1.1 - Transformador de Potencial

Universidad Univer sidade e Federal Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina Disci plina EEL505 EEL505 - Medidas

TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS Transformador de Potencial (TP) e Transformador de Corrente (TC) Transformador de Potencial e de Corrente

Prof. Fernando Fernando Belchior – Março/2009

Universidad Univer sidade e Federal Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina Disci plina EEL505 EEL505 - Medidas

INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES INICIAIS

52-a

52

BO

125 Vdc

TP'sou TPC’s

RELÉ

TC's

CARGA

Prof. Fernando Fernando Belchior – Março/2009

Transformador de Potencial e de Corrente

Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina EEL505 - Medidas

INTRODUÇÃO 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. Grandeza secundária

Grandeza primária

Exatidão e Isolamento Normalizada Fácil utilização Sem risco para a segurança pessoal e patrimonial Transformador de Potencial e de Corrente

Prof. Fernando Belchior – Março/2009



TC

Carga elétrica

TP

Relé 21 Wattímetro outros

Três tipos básicos convencionais: Transformadores de Potencial (TP’s) Transformadores de Corrente (TC’s) Transformadores de Potencial Capacitivos (TPC’s) Prof. Fernando Belchior – Março/2009



INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES INICIAIS Revisão da Teoria Básica de Transformadores • Princípio de Funcionamento – Transformação Eletromagnética.

β = k.

E2 N 2 . f .Sch

φ

E2

V1

V 2

• 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]. Transformador de Potencial e de Corrente



INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES INICIAIS • Circuito Equivalente:

I1 L1 V1

(KnV . 2 − V1 ).100 ΔV .100 =

TP ou TC

V1 V 1 (Kn.I 2 − I1 ).100 I 0 = .100 I1 I 1

I2 R1 Io Iw

L2

R2

Iμ

I1 = I0 + I 2 Prof. Fernando Belchior – Março/2009

E2

V2

Z

Zc

β = k.

E2 N 2 . f .Sch




Io Circuito Equivalente:

Iμ E2

Erro % tensão

Erro % corrente

(KnV . 2 − V1 ).100 ΔV = .100 V1

(Kn. I2 − I1 ).100 I 0 = .100

V 1

I1


I 1



INTRODUÇÃO Notas: Perdas:

•

–

CONSIDERAÇÕES INICIAIS

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

β 

β



* perdas por histerese qualidade do aço

= μ H * perdas por Foucault lâminas  H




INTRODUÇÃO CONSIDERAÇÕES INICIAIS • A reatância de magnetização representa a parcela que consome I , logo: 0 =

I

Iμ

+

I w

I 

E2

W

I μ

I 0

• Com a conexão uma carga de impedância Zc teremos:

β = k.

ZT I 2 N 2 . f .Sch

– Impedância total do secundário incluindo a carga – Seção da chapa N 2 – Número de espiras do secundário Z T Sch





Normas : • • • • • • •

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


ABNT



TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS Transformadores de Potencial Prof. Fernando Belchior – Março/2009



TRANSFORMADORES DE POTENCIAL




TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS TRANSFORMADORES DE POTENCIAL a)

Considerações Iniciais

b)

Erros Introduzidos

c)

Classes de Exatidão

d)

Características Construtivas

e)

Especificações Básicas




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL CONSIDERAÇÕES INICIAIS 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




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ERROS INTRODUZIDOS Relação de transformação: K TP = N1 = V 1 N2

V 2

Erros: Nenhum equipamento é ideal! V 1 ≠ V 2 em módulo e ângulo ⎛ KTP .V2 − V1 ⎞ ΔV 100 100 = Erro percentual de tensao = ⎜ ⎟   V V 1 1 ⎝ ⎠

: Quedas de tensão no secundário (passagem da corrente de carga  I 2) e no primário (passagem da corrente de carga mais a corrente a vazio  I 0 + I 2). Causa




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ERROS INTRODUZIDOS Ip

Lp

Diagrama Fasorial do TP


Vp

Is Rp

Ia

Ie

Ls

Im

Rs

Es

Vs

Z

Zc



TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ERROS INTRODUZIDOS

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.




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ERROS INTRODUZIDOS Comportamento dos erros em função da carga secundária +δmin VA

1,2Vn

0,8Vn Vn

VA

1,2Vn Vn

-ε

0,8Vn -δ (cosφ = 0,8)




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL 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. Prof. Fernando Belchior – Março/2009



TRANSFORMADORES DE POTENCIAL CLASSES DE EXATIDÃO FCR

Erro de tensão % -1,40 -1,20 -1,00 -0,80 -0,60 -0,40 -0,20 0 +0,20 +0,40 +0,60 +0,80 +1,00 +1,20 +1,40

1,2% 0,6% 0,3%

1,014 1,012 1,010 1,008 1,006 1,004 1,002

1,000 0,998 0,996 0,994 0,992 0,990 0,988 0,986 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 _ +


Transformador Potencial e de Corrente Ângulo de fase (δ) em de minutos


TRANSFORMADORES DE POTENCIAL CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS 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.




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL 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.




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS TP's do tipo seco - resina epoxi ou papel impregnado em óleo – BT - MT - AT - EAT




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS TP's do tipo seco - resina epoxi ou papel impregnado em óleo - BT - MT - AT - EAT




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

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




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

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TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS

Tensões nominais Tabela I (NBR 6855)




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Grupos de ligação


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) Prof. Fernando Belchior – Março/2009



TRANSFORMADORES DE POTENCIAL 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.




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL 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!!




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Tensões nominais ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS • 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 aplicada ao dielétrico (60Hz) - 1 min. com valores especificados por norma. Este ensaio só deve ser aplicado uma única vez. Prof. Fernando Belchior – Março/2009

Nível Básico de Isolamento para Impulso Atmosférico (BIL) - onda 1,2X50 s

Tensão de manobra (BSL) para tensões superiores ou iguais a 345 kV onda 200x2000 s



TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS 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 compatíveis Ex.: Classe : 0,3% - Laboratórios, medidas de energia 0,6% - Instrumentação geral e integradores 1,2% - Instrumentação geral e relés de proteção




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS Carga nominal • Soma das cargas nominais (consumo) de todos os instrumentos conectados no secundário do TP.

75




TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ESPECIFICAÇÕES BÁSICAS Carga nominal • Soma das cargas nominais (consumo) de todos os instrumentos conectados no secundário do TP. ANSI C57.13 - 2008 Designação w x y z zz

VA 12,5 25 75 200 400

f.p. 0,10 0,70 0,85 0,85 0,85

ABNT NBR 6855 – 1992 Designação P12,5 P25 P75 P200 P400

VA 12,5 25 75 200 400

f.p. 0,10 0,70 0,85 0,85 0,85

Ex. : 0,3P75 ==> O fabricante garante que: Conectando-se até 75 VA, o o transformador de potencial Prof. Fernando Belchior – Março/2009

permanece dentro dade classe de exatidão igual a 0,3% Transformador Potencial e de Corrente


TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Potência Térmica


É 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, estudandose o Anexo I (NBR6855).

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

Observações complementares Polaridade e marcações • Subtrativa – Primário (H), secundário (x) ou (x, y, z) Manuseio do secundário Ensaios : vide norma NBR6820 Prof. Fernando Belchior – Março/2009



Obrigado pela atenção !! FIM Prof. Fernando Belchior – Março/2009


1.1 - Transformador de Potencial

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