Uma viagem pelas instalações elétricas. Conceitos & aplicações

Transcrição

1 Uma viagem pelas instalações elétricas. Conceitos & aplicações

2 Avaliação do Sistema de Transformação em Subestações e Painéis de Média Tensão - Operação, Manutenção e Ensaios Eng. Marcelo Paulino

3 Subestações Elétricas As subestações cumprem a importante função de ligar a Geração, através de seu transformador, caso exista, ao sistema de transmissão, distribuição ou industrial, dependendo de sua localização, finalidade e porte. Este objetivo é alcançado pela conveniente comutação ou manobra de disjuntores e chaves seccionadoras, energizando ou desligando os barramentos e linhas ou cargas conectadas. Além destes, outros componentes auxiliares garantem o cumprimento seguro desta tarefa, tais como, TC, TP, relés, para-raios, malha de terra, chaves de aterramento, dentre outros.

4 Vista da Subestação

5 Vista da Subestação

6 Principio de Funcionamento de Transformadores

7 Transformadores Chama-se transformador a um equipamento elétrico, sem partes necessariamente em movimento, que transfere energia elétrica de um ou mais circuitos (primário) para outro ou outros circuitos (secundário, terciário) através da indução eletromagnética. Nesta transferência, poderá ocorrer uma alteração dos valores das tensões e das correntes em cada circuito, porém as suas frequências são sempre as mesmas.

8 Transformadores - Critérios de Classificação Finalidade De corrente De potencial De distribuição De potência Função no sistema Elevador De interligação Abaixador Separação elétrica entre os enrolamentos De dois ou mais enrolamentos Autotransformador Material do núcleo Ferromagnético Núcleo a ar Quantidade de fases Monofásico Polifásico

9 Transformador de Potência Transformador de Potência: utilizados para gerar, transmitir e distribuir energia, potência de 5 até 300 MVA e operam com tensões de até 765 kv. Transformadores de Distribuição: utilizados para rebaixar a tensão para o consumidor final. Potência de 30 a 300 kva, alta tensão de 15 ou 24,2 kv e baixa tensão de 380/220 ou 220/127 V. A característica nominal é constituída, basicamente, das seguintes grandezas: potências nominais dos enrolamentos; tensões nominais dos enrolamento correntes nominais dos enrolamentos; frequência nominal; níveis de isolamento dos enrolamentos.

10 Transformadores de Distribuição e de Força

11 Dados para especificação A especificação de um transformador define e descreve as propriedades operacionais, e estão relacionadas com: Regime normal de operação. Condições anormais de operação. Avaliação de perdas Para o regime normal de operação: Potência nominal Tensões (incluindo os taps) Grupo vetorial Frequência Meio de resfriamento Temperaturas de projeto Impedâncias

12 Normas ABNT. Transformadores de Potência: Partes 1 a 5, ABNT NBR :2007, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ ABNT. Transformadores para redes aéreas de distribuição Requisitos, ABNT NBR 5440:2014, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ ABNT. Guia de Aplicação de Transformadores de Potência, ABNT NBR 7276:1998, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ ABNT. Transformadores de Potência de tensões Máximas de até 145 kv Características Elétricas e Mecânicas, ABNT NBR 9368:2011, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ IEC. Power Transformers. IEC IEC International Electrotechnical Commission. Geneva, CH IEEE. IEEE Standard Requirements for Liquid-Immersed Power Transformers. IEEE Std. C IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers. New York, USA

13 Transformador de Corrente Os TCs reduzem os níveis de correntes das instalações a valores mais baixos, compatíveis com a segurança de operadores e equipamentos secundário (medidores, relés de proteção, etc.) Conexão Primária Conexão Secundária

14 Transformador de Corrente Conforme construção

15 Polaridade e Terminais Subtrativa Aditiva 18-set-04

16 Vários Enrolamentos Secundários em Núcleos Distintos Em geral, os TC s possuem dois tipos de enrolamentos secundários, um para medição e outro para proteção. Por este fato, nota-se que, neste caso, deve haver dois núcleos diferentes e independentes entre si devido às diferenças de saturação 18-set-04

17 Transformador de Corrente Características nominais Os valores nominais que caracterizam um TC, de acordo com a NBR 6856/2015, são: a) Corrente nominal primária (I1n); b) Relação nominal do TC (RTC); c) Tensão máxima e nível de isolamento; d) Frequência; e) Carga nominal; f) Exatidão; g) Número de núcleos para medição e proteção; h) Fator térmico nominal Ftn; i) Corrente suportável nominal de curta-duração (curto-circuito térmica Iccth) para um segundo; j) Valor de crista da corrente suportável (corrente de curto-circuito dinâmica Iccdyn); k) Classe de isolamento; l) Nível básico de isolamento NBI (BIL); m) Tipo de aterramento do sistema; n) Uso: interior (indoor) ou exterior (outdoor)

18 Transformador de Corrente Corrente Prim. e Relação Corrente Primária: TCs deve ser escolhido de acordo com a corrente máxima do circuito ao qual será inserido; Corrente Secundária: No Brasil padronizada 5[A], casos especiais em proteção pode haver 2,5[A], 1[A].

19 Transformador de Corrente Nível de Isolamento Normalmente considera a tensão como sendo a imediatamente superior à nominal de linha do circuito em que o TC será utilizado

20 Transformador de Corrente Cargas Nominais Designadas pela letra C seguida da carga em [VA] em 60 [HZ], corrente secundária 5[A]. A resistência, indutância, das cargas nominais são obtidas multiplicando-se os valores especificados na tabela 3 pelo quadrado da relação entre 5[A], e a corrente secundária nominal do transformador.

21 Transformador de Corrente classe de exatidão - Med Classe de Precisão Menor que 0,3 (não padronizado) 0,3 0,6 e 1,2 3 Aplicação TC padrão; medições em laboratório; medições especiais. Medidas de energia com fins de cobrança ao consumidor; medidas em laboratório. Alimentação usual de: amperímetros, wattímetros, medidores estatísticos, fasímetros, etc. Aplicações diversas. Não deve ser usado em medição de energia ou potência. Classes Especiais: 03S e 06S FCR e ângulo de fase para 20% In

22 Transformador de Corrente classe de exatidão - Prot

23 Transformador de Corrente para Especificação TC de Medição Verificar a aplicação do TC, para se determinar a classe de exatidão. Depois determina-se as cargas em termos de suas potências consumidas (tabelas 8 a 11 NBR 6856:2015) Método antigo 0,6C25 Método NBR 6856: VA 0,6 Método ANSI 0,6B1

24 Transformador de Corrente para Especificação TC de Proteção Método NBR 6856:2009 5A200 Classe de exatidão = 5% Alta impedância 200 V de tensão secundário nominal Método NBR 6856: VA 5P 15 Carga secundária 25 VA Classe de exatidão = 5% Fator Limite de Exatidão de 15 vezes a Corrente Nominal

25 Transformador de Corrente para Especificação O cálculo de potência é idêntico ao cálculo feito para o TP. Os condutores secundários devem entrar no cálculo de carga; Os TCs fornecem isolamento também; Definir o tipo e utilização: Enrolamento: primário enrolado; Barra: circ. primário é uma barra Janela; - Bucha; Núcleo dividido: alicate amperímetro. As cargas devem ser ligadas em série; I secundária; Carga nominal; Fator térmico - FT x In (Para atingir temperatura limite mantendo-se dentro da precisão) - 1,0; 1,2; 1,3; 1,5; 2,0 Nível de Isolamento; Corrente térmica nominal chegar à temperatura limite para determinada corrente em 1s; Corrente din. nominal 2,5 x Ith para não destruir o TC, aplicação = 0,5 ciclo; Polaridade. O aumento de carga se dá pelo aumento da impedância da carga secundária (analisar I2= constante). I primária; Classe de exatidão;

26 Especificação de TCs caso exemplo 300/5+5 15KV Proteção 10B50 ou 12,5 VA 10P 20 Medição 0,3C12,5 ou 12,5 VA 0,3

27 Normas ABNT. Transformadores para Instrumentos - terminologia, ABNT NBR 6546:1991, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ ABNT. Transformadores de Corrente Métodos de Ensaio, ABNT NBR 6821:1992, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ ABNT. Transformadores de Corrente Especificação e Ensaios, ABNT NBR 6856:2015, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ IEC. Instrument Transformers Part 1: Current Transformers. IEC IEC International Electrotechnical Commission. Geneva, CH IEC. Instrument Transformers Part 1: Requirments for Protective Current Transformers. IEC IEC International Electrotechnical Commission. Geneva, CH IEC. Instrument transformers - Part 1: General requirements. IEC :2007 IEC International Electrotechnical Commission. Geneva, CH IEEE. IEEE Standard Requirements for InstrumentTransformers. IEEE Std. C (R2003). IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers. New York, USA

28 Transformador de Potencial Os TPs reduzem os níveis de tensões das instalações a valores mais baixos, compatíveis com a segurança de operadores e equipamentos secundário (medidores, relés de proteção, etc.) Conexão Primária Conexão Secundária V 1 V 2 = N 1 N 2

29 Tipos de Transformador de Potencial Transformador de Potencial Indutivo Transformador de Potencial Capacitivo

30 Transformador de Potencial Os valores nominais que caracterizam um TP, de acordo com a NBR 6855/2009, são: a) Tensão primária nominal e relação nominal; b) Nível de isolamento; c) Frequência nominal; d) Carga nominal; e) Classe de exatidão; f) Potência térmica nominal.

31 Tensão Primária e Relação Nominal de TPs A tensão primária nominal depende do circuito em que o TP vai ser utilizado; A tensão secundária nominal é, aproximadamente, 115 Volts (fase-fase). Caso a ligação seja fase-neutro, utiliza-se 115/ 3 volts. Outras possibilidades de tensão no secundário (não muito comum): 110[V], 120 [V], 125[V]; A relação de transformação é definida como: RTP= U 1 U 2

32 Tensão Primária e Relação Nominal de TPs Cargas Nominais carga na qual se baseiam os requisitos de exatidão do TP

33 Classe de Exatidão de TPs Classe de exatidão é o valor máximo de erro, expresso em porcentagem, que poderá ser causado pelo TP aos instrumentos a ele conectados. De acordo com as normas NBR 6855/2009 da ABNT e C57.13 da ANSI os TPs são enquadrados em uma ou mais das três seguintes classes de exatidão: 0,3, 0,6 e 1,2

34 Classe de Exatidão de TPs Especificação do TP 0,3 P 75 Classe de exatidão Potencial Carga 75 VA

35 Grupos de Ligação de TPs Grupo 1 - TPs projetados para ligação entre fases; Grupo 2 - TPs projetados para ligações entre fases e neutro de sistemas aterrados; Grupo 3 TPs projetados para ligações entre fases e neutro de sistemas onde não se garanta a eficácia do aterramento. Potência Térmica Nominal de TPs Potência térmica nominal é a maior potência aparente que um TP pode oferecer em regime permanente e tensão e frequência nominais. Para os TPs dos grupos 1 e 2 a potência térmica deve ser superior a 1,33 vezes a carga mais alta em [VA], referente a exatidão do TP, com sobretensões de 15% continuamente. Para TPs do grupo 3 a potência térmica superior a 3,6 vezes a carga mais alta em [VA] com sobretensões 90% continuamente.

36 Potência Térmica Nominal de TPs Potência térmica é dada por: Pt - potência térmica; P K - 1,33 (grupos 1 e 2) ou 3,6 (grupo 3); t > K 1,21 U2 Z U - tensão secundária em [V]; Z - impedância correspondente à carga nominal em [Ω]. Exemplo: U1 = V RTP = 120:1 Grupo 1 Z 220Ω Pt > 1,33 * 1,21 * (115 2 /220) = 96,74 Pt escolhida 110 VA especificado P75

37 Representção de TPs Representação ABNT 0,6P25 -> 0,6 exatidão e 25 potência máxima VA Representação ANSI: 0,3WXY -> TP com cargas padronizadas W, X e Y acopladas ao secundário, tem classe 0,3; 0,6Z -> Com carga padronizada Z acoplada ao secundário, tem classe de exatidão 0,6.

38 Especificação de TPs caso exemplo 13,2kV/220V ligação em delta aberto 500VA 0,3P75

39 Normas ABNT. Transformadores para Instrumentos - terminologia, ABNT NBR 6546:1991, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ ABNT. Transformadores de Potencial Indutivos, ABNT NBR 6855:2009, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ

40 O processo de validação dos equipamentos Testar ou não Testar?

41 O processo de validação dos equipamentos Quais testes executar?

42 O fator...

43 Transformador de Potencial Ensaio de Rotina (NBR6855) Tensão induzida Tensão suportável à frequência industrial Medição de descargas Parciais Verificação de marcação dos terminais e polaridade Exatidão Medição de capacitância e perdas dielétricas Estanqueidade, a frio. Devem ser realizados de acordo com a NBR 6820 => NBR 6855

44 Transformador de Corrente Ensaio de Rotina (NBR6856) Verificação de marcação dos terminais e polaridade Ensaio de tensão suportável Medição de descargas Parciais Medição de capacitância e perdas dielétricas Sobretensão entre espiras Estanqueidade Exatidão Fator de segurança do instrumento Erro composto para classes P e PR Fato de remanência para classe PR Determinação da constante de tempo secundária para classe PR Resistencia de enrolamento Curva de excitação (proteção) Ensaios no óleo mineral isolante

45 Como devemos testar? Teste Natural

46 Como devemos testar? Teste Natural

47 Como devemos testar? Teste com simulação de falha