TEMA DA AULA PROFESSOR: RONIMACK TRAJANO DE SOUZA

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1 TEMA DA AULA TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS PROFESSOR: RONIMACK TRAJANO DE SOUZA

2 MEDIÇÃO DE GRANDEZAS ELÉTRICAS Por que medir grandezas elétricas? Quais grandezas elétricas precisamos medir? Como medir grandezas elétricas em sistemas de potência? Quais os riscos humanos e materiais? Quais as vantagens e desvantagens da medição direta? Quais as vantagens e desvantagens da medição indireta?

3 TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS Os transformadores de instrumentos (TIs) são equipamentos elétricos projetados e construídos especificamente para alimentarem instrumentos elétricos de medição, controle ou proteção. Os TIs devem fornecer corrente e/ou tensão aos instrumentos conectados aos seus enrolamentos secundários, de modo a atender as seguintes prescrições: O circuito secundário deve ser galvanicamente separado do primário, proporcionando segurança aos operadores dos instrumentos ligados ao mesmo; A medida da grandeza elétrica deve ser adequada aos instrumentos que serão utilizados.

4 TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS Os transformadores de instrumentos (TIs) se dividem basicamente em dois tipos: Transformadores de potencial Transformador de Potencial Eletromagnético (TP) Para tensões até 138 kv Transformador de Potencial Capacitivo (TPC) Para tensões acima de 138 kv Transformadores de corrente (TC)

5 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL O transformador de potencial (TP) é um TI cujo enrolamento primário, de muitas espiras, e ligado em derivação com um circuito elétrico, enquanto o enrolamento secundário se destina a alimentar as bobinas de potencial de aparelhos que apresentam elevada impedância, tais como: voltímetros, relés de tensão, medidores de energia, entre outros. Os TP são empregados indistintamente nos sistemas de proteção e medição de energia elétrica. A tensão nominal secundaria de um TP e padronizada em 115 V ou 115/ 3 V, de modo que os instrumentos de medição e proteção sejam dimensionados com baixa isolação.

6 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Principais características dos transformadores de potencial: Proporciona o isolamento contra altas tensões; Enrolamento primário ligado em paralelo com o circuito elétrico; Enrolamento secundário: se destina a alimentar bobinas de potencial de instrumentos elétricos de medição, controle ou proteção; Na prática é considerado um redutor de tensão. Observação: O limite da máxima potência que se pode transferir por um transformador de força é determinado pelo seu aquecimento. Enquanto que o limite da potência máxima de um TP é determinado por seu erro de relação (Kindermann, 1999).

7 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ELETROMAGNÉTICO Esses TP são constituídos de um enrolamento primário envolvendo um núcleo de ferro-silício, que é comum ao enrolamento secundário. Utilizados em sistemas até 138 kv, por apresentarem menor custo que o TPC, exceto nos casos em que haja necessidade da utilização de carrier (PLC Power Line Carrier) nos esquemas de controle, proteção e comunicação. Quanto a construção são divididos em três grupos de ligação : Grupo 1: TP projetados para ligação entre fases; Grupo 2: TP projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas diretamente aterrados; Grupo 3: TP projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas onde não se garanta a eficácia do aterramento.

8 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ELETROMAGNÉTICO Figura 1 - Circuito equivalente referido ao secundário e diagrama fasorial TP eletromagnético.

9 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ELETROMAGNÉTICO Os TPC são constituídos de um divisor capacitivo que serve para fornecer um divisor de tensão, alem de permitir a comunicação através do sistema Carrier. O divisor capacitivo é ligado entre fase e terra e uma derivação intermediaria alimenta um grupo de medida de média tensão, que compreende, basicamente, os seguintes elementos: Um TP ligado na derivação intermediária que fornece as tensões secundarias (geralmente até 15 kv); Um reator de compensação ajustável para controlar as quedas de tensão e a defasagem do divisor capacitivo; Um circuito de amortecimento dos fenômenos de ferroressonância; Um circuito de proteção contra sobtensões.

10 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO Figura 2 - Circuito equivalente TPC referido ao primário.

11 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO Figura 3 - Circuito equivalente TPC referido ao primário e diagrama fasorial.

12 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL Tensão primária nominal (Vpn) Tensão secundária nominal (Vpn) Relação de transformação nominal (kn) Relação de transformação real (k)

13 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL Fator de correção real (FCR) Erro de relação ou de tensão (ξ v (%)) Erro de ângulo de fase (γ) Carga ou Burden

14 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Figura 4 Diagrama construtivo TP eletromagnético e TPC, respectivamente.

15 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Terminal Primário Porcelana (isolador) Tanque Terminais Secundários Figura 5 Tipos de TP.

16 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Figura 6 Diagrama de Subestação.

17 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Figura 7 Diagrama de Subestação.

18 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL NORMATIZAÇÃO - IEC

19 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL NORMATIZAÇÃO-ABNT

20 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL NORMATIZAÇÃO-ABNT Cargas Nominais: São as cargas padronizadas em que se baseiam os requisitos de exatidão de um TP. De acordo com a ABNT, as cargas nominais são designadas por um símbolo formado pela letra P, seguida do número de volt-ampères correspondente a tensão de 120V ou 69,3 V. Exemplo: 0,3-P25 (classe de exatidão 0,3 carga padrão de 25VA).

21 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL NBR 6855-ABNT Considera-se que um TP está dentro de sua classe de exatidão quando os pontos determinados pelos fatores de correção de relação (FCR) e pelos ângulos de fase (ß) estiverem dentro dos paralelogramos de exatidão. Classe 1,2 Classe 0,6 Classe 0,3 Figura 8 Paralelogramo de Exatidão.

22 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL NORMATIZAÇÃO-ABNT Dados de Especificação Destinação: medição, proteção ou automação; Uso: interior, exterior, conjunto de manobra; Carga instalada (especificação dos instrumentos e dispositivos) (Potência nominal); Não empregar como fonte de carga auxiliar Classe de exatidão (finalidade); Classe de tensão (nível de isolamento);

23 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL LIGAÇÕES Os enrolamentos primário e secundários dos TP podem ser conectados entre fase e neutro (ou entre fase e o centro de uma ligação estrela equilibrada) ou entre fases. As duas formas de ligação empregadas nos circuitos usuais de medição. Figura 9 Ligações de TP. YY aterrado e VV aterrado.

24 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL APLICAÇÕES Proteção e medição de sistema elétricos.

25 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL APLICAÇÕES Controle de sistema elétricos.

26 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL APLICAÇÕES Controle e monitoramento de sistema elétricos.

27 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL APLICAÇÕES Controle e monitoramento de sistema elétricos.

28 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ENSAIOS Ensaios de tipo previstos pela norma NBR 6855 para TP: Elevação de temperatura. Curto-circuito. Impulso atmosférico. Surto de manobra. Tensão suportável a frequência industrial sob chuva. Tensão de radiointerferência. Resistência ôhmica dos enrolamentos. Corrente de excitação e perdas em vazio. Impedância de curto-circuito. Estanqueidade a quente.

29 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL - CARACTERÍSTICAS Principais características Utilizado normalmente em tensões acima de 600 V; Tensão secundária nominal padronizada em 115 V; Opera próximo a situação à vazio; Carga nominal: carga na qual se baseiam os requisitos de exatidão do TP; Potência térmica: maior potência aparente que um TP pode fornecer em regime permanente; Nível de isolamento; Polaridade do TP;

30 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL - CARACTERÍSTICAS Fator de Correção de transformação Surge quando o TP alimenta um instrumento cuja indicação depende dos módulos da tensão e da corrente, como também, de sua defasagem; É o fator pelo qual se deve multiplicar a leitura indica da por um wattímetro, ou por um medidor de energia elétrica, cuja bobina de potencial é alimentada através de um TP.

31 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL - CARACTERÍSTICAS Classe de exatidão dos Transformadores de potencial Aferição e calibração de instrumentos de medidas de laboratório: 0,1; Medição de consumo e demanda para faturamento: 0,3; Alimentação de medidores sem finalidade de faturamento: 0,6; Alimentação de instrumentos indicadores instalados em painéis e proteção: 1,2;

32 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ESQUEMA Modelo simplificado do TP Ilustração simplificada do TP

33 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO - ESQUEMA Terminal Primário Unidade Eletromagnética Divisor Capacitivo Reator de compensação Modelo simplificado do TP Terminais primários TPI Circuito de limitador de ferrorressonância Terminais Secundários Sistema Carrier de comunicação Enrolamento de ajuste de exatidão

34 TPC TRANSMISSÃO COM COMUNICAÇÃO CARRIER O TPC utiliza-se um aparelho transmissor receptor para tratamento de sinal normalmente com freqüência na faixa de 10 khz a 300 khz. O sinal e transmitido no próprio condutor da linha de transmissão. Capacitor de acoplamento (filtro Passa Alta) Bobina de drenagem (filtro Passa Baixa) para que o potencial no ponto X seja baixo Centelhador de proteção para evitar que eventuais sobretensões em altas frequências atinjam a caixa de sintonia, ja que a bobina de drenagem oferece alta impedância a essas frequências.

35 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ESQUEMA A - Terminal primário; B - Terminal de aterramento C - Caixa de ligação

36 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO ESQUEMA

37 TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS Os transformadores de instrumentos (TIs) são equipamentos elétricos projetados e construídos especificamente para alimentarem instrumentos elétricos de medição, controle ou proteção. Os TIs devem fornecer corrente e/ou tensão aos instrumentos conectados aos seus enrolamentos secundários, de modo a atender as seguintes prescrições: O circuito secundário deve ser galvanicamente separado do primário, proporcionando segurança aos operadores dos instrumentos ligados ao mesmo; A medida da grandeza elétrica deve ser adequada aos instrumentos que serão utilizados.

38 TRANSFORMADOR DE CORRENTE Principais características dos transformadores de corrente: Proporciona o isolamento contra altas tensões; Enrolamento primário: ligado em série em circuito elétrico; Enrolamento secundário: se destina a alimentar bobinas de corrente de instrumentos elétricos de medição, controle ou proteção; Na prática é considerado um redutor de corrente.

39 TRANSFORMADOR DE CORRENTE

40 TRANSFORMADOR DE CORRENTE

41 TRANSFORMADOR DE CORRENTE

42 TRANSFORMADOR DE CORRENTE

43 TRANSFORMADOR DE CORRENTE - SIMPLIFICAÇÃO

44 TRANSFORMADOR DE CORRENTE

45 TRANSFORMADOR DE CORRENTE

46 TRANSFORMADOR DE CORRENTE NORMATIZAÇÃO Classe de exatidão dos Transformadores de Corrente Aferição e calibração de instrumentos de medidas de laboratório: 0,1; Medição de consumo e demanda para faturamento: 0,3; Alimentação de medidores sem finalidade de faturamento: 0,6; Alimentação de instrumentos indicadores instalados em painéis e registradores gráficos: 1,2; Alimentação de instrumentos indicadores de ponteiros: 3,0;

47 TRANSFORMADOR DE CORRENTE NORMATIZAÇÃO

48 TRANSFORMADOR DE CORRENTE NORMATIZAÇÃO

49 TRANSFORMADOR DE CORRENTE DIMENSIONAMENTO

50 TRANSFORMADOR DE CORRENTE DIMENSIONAMENTO

51 TRANSFORMADOR DE CORRENTE DIMENSIONAMENTO

52 TRANSFORMADOR DE CORRENTE DIMENSIONAMENTO

53 TRANSFORMADOR DE CORRENTE MEDIÇÃO X PROTEÇÃO Medição Proteção

54 TRANSFORMADOR DE CORRENTE MEDIÇÃO X PROTEÇÃO

55 TRANSFORMADOR COMBINADOS TC E TP Os transformadores combinados foram desenvolvidos para serem instalados em obras que, por espaço ou custo, não permitem utilizar equipamentos independentes. Dimensionados com características de exatidão e isolamento similar aos demais transformadores de instrumentos.

56 TRANSFORMADOR COMBINADOS TC E TP

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