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Transformador de Potencial e de Corrente

Universidade Federal de Itajubá - UNIFEIDisciplina EEL505 - Medidas

Prof. Fernando Belchior – Março/2009

Transformador de Potencial (TP) Transformador de Potencial (TP) e e

Transformador de Corrente (TC)Transformador de Corrente (TC)

TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOSTRANSFORMADORES TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOSPARA INSTRUMENTOS




CARGA

RELÉ

52 BO

52-a

125 Vdc TP's

TC's

ou TPC’s

INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO

CONSIDERAÇÕES INICIAIS




Função:• Retratar as condições reais de corrente e tensão de um circuito elétrico

com a fidelidade necessária, seja em regime permanente ou durante faltas.

• Isolação galvânica.

Exatidão e IsolamentoExatidão e Isolamento

NormalizadaFácil utilizaçãoSem risco para a segurança pessoal e patrimonial

Grandeza primária Grandeza secundária






Três tipos básicos convencionais:

Transformadores de Potencial (TP’s)Transformadores de Corrente (TC’s)

Transformadores de Potencial Capacitivos (TPC’s)

Relé 21Wattímetro

outros

TP

TC

Cargaelétrica






Revisão da Teoria Básica de Transformadores

• Princípio de Funcionamento– Transformação Eletromagnética.

• Tensões e correntes primárias são transformadas para valores secundários adequados para uso em relês, medidores e outros instrumentos. Em geral 115[V] e 5[A].

2

2

β = .. . ch

EkN f S V1 V

2

E2

φ






• Circuito Equivalente:

1 0 2= +I I I2

2

β = .. . ch

EkN f S

2 1

1 1

2 1 0

1 1

100 100

100 100

− Δ=

−=

( . ). .

( . ). .

KnV V VV V

Kn I I II I

E2

L1 L2 R2R1

Iw

I1 I2

V1 V2

Z ZcIμ



TP ou TCTP ou TC

Io




Circuito Equivalente:

2 1

1 1

100 100− Δ=

( . ). .KnV V VV V

2 1 0

1 1

100 100−=

( . ). .Kn I I II I

Erro % tensão Erro % corrente

E2

Iμ



Io




Notas:• Perdas:

– Devido a indução magnética não ser linear e nem biunívoca ,a cada ciclo ter-se-á o laço de histerese.

* perdas por histeresequalidade do aço

* perdas por Foucaultlâminas

β

H

Hβ μ=






• A reatância de magnetização representa a parcela que consome Iμ, logo:

• Com a conexão uma carga de impedância Zc teremos:

0 μ= + WI I I

2

2

β = .. .T

ch

Z IkN f S

I0

Iw

Iμ

ZT – Impedância total do secundário incluindo a cargaSch – Seção da chapaN2 – Número de espiras do secundário

E2






Normas :

• NBR6820 – TPs Ensaios • NBR6821 – TCs Ensaios• NBR6855 – TPs Espec.• NBR6856 – TCs Espec.• IEEE C57.13 (ANSI)• IEEE C37.110• IEC série 185, 186

ABNTABNT






TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS

Transformadores de Potencial

TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS PARA INSTRUMENTOS

Transformadores de Transformadores de PotencialPotencial




TRANSFORMADORES DE POTENCIALTRANSFORMADORES DE POTENCIAL




a) Considerações Iniciais

b) Erros Introduzidos

c) Classes de Exatidão

d) Características Construtivas

e) Especificações Básicas

TRANSFORMADORES PARA TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOSINSTRUMENTOS

TRANSFORMADORES DE POTENCIAL




Função: Reproduzir a tensão primária no secundário, em níveis normalizados (115 ou 115/√3 [V]) - economia e segurança.

Instalação: Externa (ao tempo) ou interna (abrigada)

Condição de funcionamento: a vazio– Circuitos voltimétricos (30 < Zc < 1200 Ω)– Tensão secundária praticamente constante






Relação de transformação:

Erros: Nenhum equipamento é ideal!V1 ≠ V2 em módulo e ângulo

Causa: Quedas de tensão no secundário (passagem da corrente de carga I2) e no primário (passagem da corrente de carga mais a corrente a vazio I0 + I2).

1 1

2 2

= =TPN VKN V

2 1

1 1

100 100⎛ ⎞− Δ

= =⎜ ⎟⎝ ⎠

. Erro percentual de tensaoTPK V V VV V


ERROS INTRODUZIDOS




Diagrama Fasorial do TPEs

Im

Lp Ls RsRp

Ia

Ip Is

Vp Vs

Z Zc


ERROS INTRODUZIDOS

Ie




Fatores que determinam a exatidão:

Projeto e construção;Condições do sistema elétrico, tais como a tensão e a freqüência;Carga conectada no secundário do TP.


ERROS INTRODUZIDOS




0,8Vn

Vn

1,2Vn

VA

-ε

1,2Vn

Vn

0,8Vn

VA

-δ (cosφ = 0,8)

+δmin

Comportamento dos erros em função da carga secundária


ERROS INTRODUZIDOS




• De acordo com as normas vigentes (ANSI C57.13 – ABNT NBR 6855) a classe de precisão de um TP, expressa em %, é o erro máximo admissível que o TP pode introduzir na medição de uma potência;

• Três classes: 0,3; 0,6 e 1,2 ;

• A ABNT prevê ainda uma classe de precisão de 3%, a qual não tem limite de ângulo de fase;

• As normas estipulam que os limites de erros devem ser mantidos entre 90% e 110% da tensão nominal, entre o funcionamento a vazio e sob carga, com fp no sistema primário do TP, compreendido entre 0,6 e 1,0, uma vez que esses limites definem o traçado dos paralelogramos.


ERROS INTRODUZIDOS



Prof. Fernando Belchior – Março/2009 Ângulo de fase (δ) em minutos

1,000

1,002

1,004

1,006

1,008

1,010

1,012

0,994

0,996

0,998

0,988

0,990

0,992

0,986

1,014Erro de tensão %

0

-0,20

-0,40

-0,60

-0,80

-1,00

-1,20

+0,60

+0,40

+0,20

+1,20

+1,00

+0,80

+1,40

-1,40

FCR

0 10 20 30 40 50 60 7070 60 50 40 30 20 10+_

1,2%

0,6%

0,3%


CLASSES DE EXATIDÃO




Os TP’s podem ser considerados como Transformadores de Potência funcionando a uma carga muito reduzida, de modo que as quedas correspondentes de tensão sejam igualmente de valor reduzido.

Caracteriza-se por: • Resistências e reatâncias de fuga do primário e secundário

com valores os menores possíveis;• Corrente de magnetização relativamente fraca e uma indução

nominal fixada a um valor moderado.


CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS




Tipos• Relação única; relação dupla, com primário em duas seções; duas

relações com derivações no primário; duas relações com derivações no secundário; dois enrolamentos secundários.

Conexões• Conexão V; • Conexão estrela aterrada; • Conexão estrela aterrada-triângulo aberto.






TP's do tipo seco - resina epoxi ou papel impregnado em óleo –BT - MT - AT - EAT






TP's do tipo seco - resina epoxi ou papel impregnado em óleo - BT - MT - AT - EAT






ESPECIFICAÇÕES BÁSICASTP's do tipo seco - resina epoxi ou papel

impregnado em óleo - BT - MT - AT - EAT






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ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS




Tensões nominaisTabela I

(NBR 6855)






O ponto fundamental é o aterramento dos sistemas elétricos !!

• GL 1 – fase-fase (isolamento pleno)

• GL 2 – fase-terra (isolamento reduzido)

• GL 3 – fase-terra (isolamento pleno)

Grupos de ligação






Grupo de ligação

• GL 1 – fase-fase (isolamento pleno);• GL 2 – fase-terra (isolamento reduzido);• GL 3 – fase-terra (isolamento pleno).

Além do grau de isolamento (testes de tensão aplicada e induzida)outras diferenças fundamentais irão aparecer entre os três grupos, tais como a potência térmica nominal e ensaios de aquecimento.






Grupo de ligação• GL 1 – fase-fase (isolamento pleno)• GL 2 – fase-terra (isolamento reduzido)• GL 3 – fase-terra (isolamento pleno)

Além do grau de isolamento (testes de tensão aplicada e induzida) outras diferenças fundamentais irão aparecer entre os três grupos, tais como a potência térmica nominal e ensaios de aquecimento.

Freqüência• É importante especificar a freqüência nominal!!






Tensões nominais• Tabela I (NBR 6855)

Sinais padronizados• (:) relações nominais; (-) tensões nominais de enrolamentos

diferentes; (/) tensões e relações nominais obtidas por derivação; (x) tensões primárias nominais e relações nominais de enrolamentos série paralelo.

Níveis de Isolamento• NI = TA/NBI/NBS – Tabela II (NBR 6821)

_____ /_____ / _____ kV

Tensão de manobra

(BSL) para tensões

superiores ou iguais a 345

kVonda

200x2000μs

Nível Básico de

Isolamento para

Impulso Atmosférico (BIL) - onda

1,2X50 μs

Tensão aplicada ao dielétrico

(60Hz) - 1 min. com valores especificados por norma.

Este ensaio sódeve ser

aplicado uma única vez.






Carga nominal• Soma das cargas nominais (consumo) de todos os instrumentos

conectados no secundário do TP.Classe de exatidão %

• 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,6; 1,2; 3• A escolha da classe de exatidão dos TP’s depende da precisão dos

aparelhos a serem conectados devem ser compatíveisEx.: Classe : 0,3% - Laboratórios, medidas de energia

0,6% - Instrumentação geral e integradores1,2% - Instrumentação geral e relés de proteção







conectados no secundário do TP.

75







conectados no secundário do TP.

ANSI C57.13 - 2008 ABNT NBR 6855 – 1992Designação VA f.p. Designação VA f.p.

w 12,5 0,10 P12,5 12,5 0,10x 25 0,70 P25 25 0,70y 75 0,85 P75 75 0,85z 200 0,85 P200 200 0,85zz 400 0,85 P400 400 0,85

Conectando-se até 75 VA, o

o transformador de potencial

permanece dentro da classe de exatidão igual a 0,3%

Ex. : 0,3P75 ==> O fabricante garante que:






Potência TérmicaÉ a carga máxima que pode ser suportada pelo transformador de potencial

continuamente, sem exceder seus limites prescritos de elevação de temperatura (classe A).

• GL1 e GL 2 não deve ser inferior a 1,33VAn• GL3 não deve ser inferior a 3,6VAn

* A diferença entre estes grupos pode ser melhor compreendida, estudando-se o Anexo I (NBR6855).

Ambiente de utilização• Uso exterior ou interior• Posição de montagem• Vertical ou invertida

Observações complementaresPolaridade e marcações

• Subtrativa – Primário (H), secundário (x) ou (x, y, z)Manuseio do secundárioEnsaios : vide norma NBR6820






Obrigado pela atenObrigado pela atençção !!ão !!

FIMFIM

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