ASP I - aula 8
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Transformadores de instrumentos:
Transformadores de Potencial (TP’s)e Transformadores de Corrente
(TC’s)
Universidade Federal de Rio Grande do NorteCentro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Elétrica
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Transformadores de instrumentos
• São transformadores destinados a alimentardispositivos de medição, proteção e controle;
• Devem isolar os equipamentos de medição,
proteção e controle de circuitos de alta tensão;
• Devem fornecer no secundário tensões ecorrentes proporcionais às que circulam no
primário.
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Transformadores de Corrente (TC’s)
• É um dispositivo que reproduz no seu circuitosecundário, a corrente que circula em umenrolamento primário;
• São instrumentos, utilizados em aplicações dealta tensão (situações essas onde circulam,frequentemente, altas correntes);
• Fornecem correntes suficientemente reduzidas eisoladas do circuito primário de forma apossibilitar o seu uso por equipamentos demedição, controle e proteção.
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Transformadores de Corrente (TC’s)
• Servem para reduzir o valor da corrente primáriapara valores secundários normalizados esuficientemente baixos, sem introduzir erros
acentuados na relação de transformação;• Os transformadores de corrente são utilizados
para suprir os aparelhos que apresentam baixa
impedância, tais como amperímetros, relés decorrente, medidores de energia, de potência,etc.
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Transformadores de Corrente (TC’s)
• Os TC’s tem o N1< N2, dando assim uma corrente I2 < I1,sendo por isso considerado na prática como elemento“redutor de corrente”;
• O enrolamento primário é constituído de poucasespiras feitas de condutor de cobre de grande seção(duas ou três, por exemplo).
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Transformadores de Corrente (TC’s)
• São projetados para suportar uma correntesecundária nominal padronizada de 5 A;
• A corrente primária nominal é estabelecidade acordo com a ordem de grandeza dacorrente em que o TC será ligado.
• Possíveis relações para TC’s: 200/5 A, 500/5 A,1000/5 A, etc.
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Transformadores de Corrente (TC’s)
• Quando o primário é percorrido pela correntenominal para a qual o TC foi construído, nosecundário teremos 5 A;
• Quando o primário é percorrido por umacorrente menor ou maior do que a nominal,no secundário tem-se também uma correntemenor ou maior que 5 A, mas na mesmaproporção das correntes nominais do TCutilizado.
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Transformadores de Corrente (TC’s)
• Em termos de ligação, O primário ou a barrados TCS são conectados em série com a linhade alta corrente e o secundário conectado ao
instrumento de medição ou relé.
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Relação de transformação do TC
• Considere o circuito abaixo com suas equações:
• Considerando o TC como ideal, a relutância énula. Assim:
− = ℜ ∙
∙ − ∙ = ℜ ∙
∙ − ∙ = 0
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Relação de transformação do TC
• Desenvolvendo:
•
Assim:
• Desse modo, a relação de transformação do
TC será:
∙ = ∙
=
=
=
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Correntes nominais dos TC’s •
As correntes nominais primárias devem ser compatíveiscom a carga dos circuitos;
• As correntes nominais e as relações de transformaçãoestão discriminadas na tabela:
• As correntes nominais secundárias são de 5 A.
Correntes primárias e as relações nominais Corrente
nominal
Relação
nominal Corrente
nominal
Relação
nominal
Corrente
nominal
Relação
nominal
Corrente
nominal Relação
nominal
5 1:1 60 12:1 400 80:1 2500 500:1
10 2:1 75 15:1 500 100:1 3000 600:1
15 3:1 100 20:1 600 120:1 4000 800:1
20 4:1 125 25:1 800 160:1 5000 1000:1
25 5:1 150 30:1 1000 200:1 6000 1200:1
30 6:1 200 40:1 1200 240:1 8000 1600:1
40 8:1 250 50:1 1500 300:1 - -
50 10:1 300 60:1 2000 400:1 - -
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Exemplo 1
• Considere um TC com N1 = 20 espiras e N2 =600 espiras. Determine:
a. A relação de transformação do TC.
b. Especifique o TC.
c. Para uma corrente I1 = 120 A, qual será acorrente no secundário do TC?
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Tipos de TC’s
• Alta reatância de dispersão (A ou H) TC’s cuja reatância de dispersão com valor razoávelcom relação à impedância total do secundária
com carga nominal;• Baixa reatância de dispersão (B ou L)
Reatância de dispersão desprezível com
relação à impedância total do secundária comcarga nominal.
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TC’s de alta reatância de dispersão
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TC’s de baixa reatância
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TC’s de baixa reatância
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Erros do TC
• Considere o circuito abaixo:
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Erros do TC
• Considerando o circuito equivalente do TCreferido ao secundário, tem-se:
• Desse modo i φm é a corrente responsável peloerro do TC: erro de relação e de fase.
′ = +
′
′
= +
′
=
′
−
′
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Aplicações de TC’s
• Os TC’s devem ser fabricados de acordo com a suadestinação no circuito no qual estar operando. Os TC’s são classificados em dois grupos:
1. TC’s de medição Utilizados para medição de
correntes em alta tensão, possuem características deboa precisão (ex.: 0,3%-0,6% de erro de medição) ebaixa corrente de saturação (4 vezes a correntenominal).
2. TC’s de proteção Utilizados para proteção decircuitos de alta tensão, são caracterizados pela baixaprecisão (ex.: 10%-20% de erro de medição) e elevadacorrente de saturação (da ordem de 20 vezes acorrente nominal)
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Aplicações de TC’s
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Conceitos importantes de TC’s
• Classe de exatidão;
• Fator de sobrecorrente;
•
Fator térmico;• Carga nominal.
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Classe de exatidão
• Representa o máximo erro percentual querepresenta a diferença entre o valor real deuma grandeza e o seu valor medido;
• Diferentes classes de exatidão:
a. TC’s de proteção;
b. TC’s de medição.
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Classe de exatidão
• Classe de exatidão para TC’s de medição:
Ângulo de fase ( ) [minutos]
-60’ +60’-30’ -15’ +15’+30’0
1,012
1,006
1,003
0
0,997
0,994
0,988
FCR
Classe 1,2
Classe 0,6
Classe 0,3
Classe Aplicação
0,3 medidas de precisão, laboratório e/ou faturamento (medida de energia).
0,6 faturamento (medida de energia), instrumentação operacional
1,2 instrumentação operacional, serviços de medição em geral. 3,0
uso geral, sem necessidade de exatidão elevada
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Classe de exatidão
• Para TC’s de proteção:
• A classe de exatidão para TC’s de proteção émaior que para TC’s de medição.
•
As correntes de curto-circuito são maiores queas correntes de carga.
Classe Aplicação
2,5 proteção que possam exigir precisão: distância, diferencial, etc. 10 outras proteções
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Fator de Sobrecorrente (FS)
• É a relação entre máxima corrente de curto-circuito no primário do TC e a correntenominal primária do TC.
• Fatores típicos: FS = 5, 10, 15 e 20 (maiscomum);
=
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Fator de Sobrecorrente (FS)
• Considere um TC 600/5 e FS = 20;
• Esse TC somente pode ser utilizado em umainstalação onde a máxima corrente de curto-circuito no local de instalação do TC seja de12.000 A (20 x 600 = 12.000);
• Aplicando uma classe de exatidão de 10%, o
erro do TC no secundário é menor ou igual a10%.
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Fator térmico (FT )
• É a relação entre a máxima corrente primáriaadmissível em regime permanente e a suacorrente nominal;
• Um TC pode operar carregado plenamente até o
limite térmico sem prejuízo à vida útil;• O Fator térmico contempla o crescimento de carga;
• Fatores típicos: FT = 1,0; 1,2; 1,3; 1,5 e 2,0.
= á
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Carga nominal
• As cargas nominais definidas por norma são:
• Para TC’s de medição, o valor representa apotência nominal em VA do TC;
•
Para TC’s de proteção, representa a máximatensão que pode ser desenvolvida nosecundário do TC, quando se tem 20 x IN.
ABNT
2,5
5
12,5
25
50
100
200
ANSI 10 20 50 100 200 400 800
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Especificações de TC
• TC segundo ANSI: Considera FS = 20.
2,55
10
102050
100
200400800
Classe de Exatidão
Tipo de reatância
Máxima tensão
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Especificação do TC
• TC segundo ABNT
2,55
10
510
1520
2,55
12,525
50100200
Tipo de reatância
Classe de Exatidão
Fator de sobrecorrente
Máximacarga em
VA
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Exercício 2
• Considere um TC 10H400, 600 / 5. A correntede curto-circuito primária no local onde estáinstalado o TC é 8.400 A. Determine:
a. A corrente no secundário do TC quando acorrente no primário for 480 A.
b. Qual a corrente no secundário do TC para o
máximo curto-circuito previsto no primário.
c. Qual a máxima carga no secundário para queo TC fique dentro da classe de exatidão.
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Relação ANSI X ABNT
• Para ABNT:
= ∙
= 25 ∙
• Para ANSI: = ∙
= 100 ∙
• Substituindo:
= 25 ∙ 100
= 4 ∙
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Exercício 3
• Especifique um TC considerando carga parasistema trifásico com 30 MVA em 69 kV,máxima corrente de curto-circuito de 8 kA no
primário.
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Observação importante sobre TC’s
• Quando o primário de um TC está alimentado, o seusecundário nunca deve ficar aberto. No caso de senecessitar retirar o instrumento do secundário do TC,
este enrolamento deve ser curto-circuitado atravésde um fio condutor de baixa impedância, um fio decobre por exemplo.
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Observação importante sobre TC’s
• Com o secundário não haverá a o efeito
desmagnetizante da corrente secundária. Comoconseqüência originará um fluxo magnético
muito elevado no núcleo do TC provocado pelacorrente primária.
• Consequências:
1. Aquecimento excessivo causando destruição doisolamento;
2. Uma fem induzida de valor elevado, comiminente perigo para o operador;
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Transformadores de Potencial (TP’s)
• São equipamentos projetados e construídos paraalimentarem instrumentos elétricos de medição,controle ou proteção.
• É um equipamento capaz de reduzir a tensão docircuito para níveis compatíveis com a tensãomáxima suportável pelos aparelhos de medida.
•
São próprios para alimentar instrumentoscomo voltímetro, bobina de potencial de
medidores de energia, etc.
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Transformadores de Potencial (TP’s)
• O Transformador de Potencial (TP) possui a tensãonominal de entrada em função da tensão nominal dosistema elétrico ao qual se quer ligar. A tensão de
saída, entretanto, pode ser padronizada egeralmente tem valor fixo de 115V;
• São projetados para serem ligados entre fase ouentre fase e neutro ou terra;
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Transformadores de Potencial (TP’s)
• São constituídos de um enrolamento primário demuitas espiras e um enrolamento secundário atravésdo qual se obtém a tensão padronizada em 115 V ou
115/√3 V;• São projetados para serem ligados entre fase ou
entre fase e neutro ou terra;
Representação de um TP Representação de um TP com derivação
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Relação de transformação do TP
• Considere o circuito abaixo:
•
A relação de transformação do TP será:
=
=RTP
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Relação de transformação do TP
• Os transformadores de potencial funcionamcom base na conversão eletromagnética entreos enrolamentos primário e secundário. Se,
por exemplo, é de 13.800 V a tensão aplicadanos bornes primários de um TP, cuja relaçãode transformação nominal é de 120, logo se
obtém no seu secundário a tensão convertidade 115V, ou seja: 13.800/120 = 115 V.
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Erros do TP
• Considere o circuito abaixo
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Erros do TP
• Desprezando o ramo de magnetização econsiderando o circuito equivalente do TPreferido ao secundário, tem-se:
• Desse modo, Z ’ eq*I2 é a queda de tensãoresponsável pelo erro do TP: erro de relação e defase.
′
− ′
+ + ′
+ ∙ =
−
′ + + ′ + ∙ =
−
′ ∙ =
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Classe de exatidão dos TP’s
Classe
Aplicação
0,3 medidas de precisão, laboratório e/ou faturamento (medida de energia).
0,6 faturamento (medida de energia), instrumentação operacional 1,2 instrumentação operacional, serviços de medição em geral.
Ângulo de fase ( ) [minutos]
-60’ +60’-30’ -15’ +15’+30’0
1,012
1,006
1,003
0
0,997
0,994
0,988
FCR
Classe 1,2
Classe 0,6
Classe 0,3
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Carga nominal dos TP’s
• As cargas nominais definidas por norma são:
• O valor representa a potência nominal em VAdo TP;
•
Exemplo:
ABNT P12,5 P25 P75 P200 P400
ANSI W X Y Z ZZ
0,3 P 75
Classe designa TP Potência VA
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Observação importante sobre TP’s
• Quando se desconecta a carga do secundário do TP,seus terminais devem ficar em aberto, pois se forligado um condutor de baixa resistência provocará
um curto-circuito, suficiente para danificar oequipamento.
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Ilustração de TP’s: TP de 15 kV
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Ilustração de TP’s: TP para V>69 kV