transform adores para instrumentos2

8/6/2019 Transform Adores Para Instrumentos2

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Transformadores ParaInstrumentos

Prof. Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.

Sumário

• 1. Tipos de Transformadores.• 2. Transformadores de Corrente - TCs.• 3. Transformadores de Potencial – TPs.• 4. Ligação para Medição de Energia.

• 5. Considerações finais.• 6. Exemplo de aplicação de medição de

energia.

Introdução

Tipos de Transformadores• Transformador de alimentação;• Transformador de áudio;• Transformador de distribuição;• Transformador de potencial;

• Transformador de corrente;• Transformador de rádio freqüência;

• Transformadores de pulso;• Autotransformadores.

Transformador Industrial

Transformadores

Transformador Ideal

Transformadores

Histerese

Transformadores

Bobinas BT e AT

Transformadores

Transformador de Distribuição

Transformadores

Transformadores para Instrumentos

• São dispositivos utilizados de modo a tornarcompatível as faixas (escalas) de atuação

dos instrumentos de medição, controle efornecer a devida proteção dos mesmos.

• Função importante dos transformadores é aisolação, permitindo a atuação com nível detensão diferente do circuito com o dispositivo.

Transformadores de Corrente

• Definição:• São transformadores destinados a operar

com seus secundários sobre cargas comimpedância reduzidíssima, como bobinas de

amperímetros, bobinas de corrente de relés,etc (SIMONE, 1998).

• Aspectos Construtivos:• Consiste em poucas espiras no primário e

com uma bitola apropriada para a corrente docircuito de força, conectado em série comeste enrolamento, fazendo com que acorrente que flui para a carga circule peloenrolamento primário.

Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• O secundário contém várias espiras de fio

relativamente fino, adequado ao equipamentode medição conectado a ele.• A impedância interna do equipamento

conectado ao secundário do TC é pequena,de modo a fazer com que o secundário estejapraticamente em curto-circuito.

• Isto “significa ” que um TC opera como sefosse um transformador com o secundárioem curto-circuito.

Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• As bobinas dos instrumentos são conectadas

em série e a impedância total deve ser amenor possível (menor que 1 Ω).

• A tensão do secundário do TC é aplicadasobre a pequena impedância do(s)instrumento(s) de medida e dos condutores

que fazem conexão com ele é da ordem dealguns Volts.

Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• Como um pequeno valor de tensão

corresponde a um pequeno valor de FEM(E2), isto leva a um pequeno fluxo magnéticomútuo.

• Neste caso pode-se desprezar as perdas noferro, corrente de excitação e de

magnetização e a corrente do primário tendea ser proporcional a corrente do secundário.

Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• Como foi desprezadas as perdas, a

constante (k) de proporção entre a correntedo primário em ralação a corrente dosecundário do TC é a própria relação detransformação.

• Neste caso, temos:

Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• Portanto, a relação de transformação é

constante se for desprezada a corrente demagnetização.

• Na prática, em função das propriedades dosmateriais magnéticos usados para aconstrução dos TCs, ocorrem algumas

imprecisões (erros) de medição que devemser considerados.

Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• Estas peculiaridades dos TCs faz com que o

enrolamento primário tenha poucas espiras eno caso de grandes correntes, o enrolamentoprimário não passa de uma barra ou umcondutor cilíndrico que passa por uma janelado núcleo de aço-silício.

• A tensão do primário de um TC é da ordemde milivolts, enquanto o secundário é daordem de alguns Volts.

T f d d C

T f d d C t

TC Correntes Nominais

TC – Correntes Nominais• As correntes nominais primárias e as

relações devem ser compatíveis com a

corrente de carga do circuito primário.• As correntes nominais primárias podem ser

de 5 A a 8000 A e a corrente secundária viade regra é 5 A, podendo em alguns casos serde valor 1 A, 500mA, 300mA e 100 mA ou

menos, dependendo do emprego do TC.

TC Correntes Nominais

TC – Correntes Nominais• A NBR6856 adota as seguintes simbologias

para definir as relações de corrente.

• Dois pontos(:) é usado para exprimir relaçõesnominais. Ex.: 300:1;

• Hífen(-) é usado para separar correntesnominais de enrolamentos diferentes. Ex.:300-5A, 300-300-5 (dois enrolamentos

primários) e 300-5-5 (dois enrolamentossecundários);

TC Polaridade

TC – Polaridade• Os TCs destinados ao serviço de medição de

energia, relés de potência, fasímetros, etc.

são identificados nos terminais de ligaçãoprimário e secundário por letras que indicama polaridade para a qual foram construídos e

que pode ser positiva ou negativa.• São empregados as letras com seus índices,

P1, P2, e S1, S2.

TC – Polaridade

TC – Polaridade• Um TC tem polaridade subtrativa, quando a

onda de corrente, num determinado instante,

percorre o circuito primário de P1 para P2 e aonda de corrente correspondente nosecundário assume a trajetória de S1 para

S2.• Caso contrário, diz-se que o TC tem

polaridade aditiva.

TC – Polaridade

TC – Polaridade• A maioria dos TCs tem polaridade subtrativa,

sendo inclusive indicada pela NBR6856.

• Somente sob encomenda são fabricadostransformadores de corrente com polaridadeaditiva.

TC – Classe de Exatidão

TC – Classe de Exatidão• De acordo com os instrumentos a serem

ligados aos terminais secundários do TC,

devem ser as seguintes as classes deexatidão deste equipamento:• Para ajuste e calibração dos instrumentos de

medidas de laboratórios: 0,1%;• Alimentação de medidores de demanda e

consumo ativo e reativo para fins defaturamento, 0,3%;

TC – Classe de Exatidão

TC Classe de Exatidão• Alimentação de medidores para fins de

acompanhamento de custos industriais,

0,6%;• Alimentação de amperímetros indicadores,

registradores gráficos, relés de impedância,relés diferenciais, relés de distância, relésdirecionais, 1,2%;

• Alimentação de relés de ação direta, porexemplo, aplicado em disjuntores primáriosde subestações de consumidores, 3,0%.

Transformadores de Potencial

Transformadores de Potencial• Definição:• São transformadores desenvolvidos para

operar com os terminais do secundário comcargas de elevadas impedâncias, como é ocaso da bobina de voltímetros, bobinasvoltimétricas dos relés, etc (SIMONE, 1998).

• Aspectos Construtivos:• O enrolamento primário de um TP consiste

de um número elevado de espiras adequadoa tensão operacional da rede à qual seráconectado.

• O enrolamento secundário, entretanto, possuium número de espiras menor, adapta-se a

tensão do equipamento ou dispositivo queserá conectado ao enrolamento secundário.

• Aspectos Construtivos:• Os TPs são conectados diretamente a rede

de alimentação e são fabricados para todasas Classes de Tensão de Isolamentoprevistas na norma NBR 5410.

• O TP é similar em construção a um pequenotransformador de potência, onde o primário

com várias espiras, é conectado ao lado dealta tensão, enquanto o secundário éconectado ao voltímetro.

• Aspectos Construtivos:• Os TPs tem enrolamentos concêntricos e o

enrolamento de alta envolve o enrolamentode baixa, à semelhança dos transformadoresde potência.

• Todos os instrumentos de medida sãoconectados em paralelo ao mesmo

secundário, atuando sobre todos osinstrumentos simultaneamente.

• Aspectos Construtivos:• Portanto a relação de transformação é a

própria constante de proporção entre oprimário e o secundário do TP.• A tensão do secundário tem fase oposta a

tensão do primário e a polaridade doenrolamento deve ser avaliada quando se

necessita da fase do sinal.

TPs Indutivos

• Os TP indutivos são construídos segundotrês grupos:

• Grupo 1 - são aqueles projetados paraligação entre fases.• São basicamente os do tipo utilizados nos

sistemas de até 34,5 kV.• Os transformadores enquadrados neste

grupo devem suportar continuamente 10% desobrecarga;

TPs Indutivos

• Grupo 2 - são aqueles projetados paraligação entre fase e neutro de sistema

diretamente aterrados, isto é: onde Rz é aresistência de seqüência zero do sistema; eXp é a reatância de seqüência positiva do

sistema.• Grupo 3 - são aqueles projetados para

ligação entre fase e neutro de sistemas ondenão se garante a eficácia do aterramento.

TPs Indutivos

TPs Capacitivos

• Os transformadores capacitivos basicamenteutilizam-se de dois conjuntos de capacitores

que servem para fornecer um divisor detensão e permitir a comunicação através dosistema carrier .

• São construídos normalmente para tensõesiguais ou superiores a 138 kV.

TPs Capacitivos

• O esquema básico do TP, onde se vê que oprimário constituído por um conjunto C1 e C2

de elementos capacitivos em série.• É ligado entre fase e terra, havendo umaderivação intermediária B, correspondente a

uma tensão V da ordem de 5 kV a 15 kV,para alimentar o enrolamento primário de umTP tipo indução intermediário, o qualfornecerá a tensão V2 aos instrumentos demedição e de proteção ali instalados.

TPs Capacitivos

• Notação adotada pela NBR6855:• Dois pontos(:) é usado para representar

relações nominais como por exemplo 120:1(13800 para 115 V);• Hífen (-) é usado para separar relações

nominais de enrolamentos diferentes, comopor exemplo 13.800-115 volts;

TPs Capacitivos

• Sinal x é usado para separar tensõesprimárias nominais e relações nominais de

enrolamentos destinados a serem ligados emsérie ou paralelo, como por exemplo69000x13800-115 volts;

• A barra (/) é usada para separar tensõesprimárias nominais e relações nominaisobtidas por meio de derivações, seja noenrolamento primário ou no secundário, porexemplo, TP grupo 2:

Ligação

Dados de Especificação

• Destinação: medição, proteção ou automação;• Uso: interior, exterior, conjunto de manobra;

• Carga instalada (especificação dosinstrumentos e dispositivos) (Potêncianominal);

• Não empregar como fonte de carga auxiliar• Classe de exatidão (finalidade);

• Classe de tensão (nível de isolamento);

Dados de Especificação

• Números de enrolamentos secundários ouderivações;

• Relação de transformação;• Valor nominal das correntes e tensões

(primárias e secundárias);• Grupo de ligação (TP);• Fator térmico;

• Tensão aplicada (Suportáveis e impulso)• Tipo de encapsulamento (epóxi, imerso, seco).

Considerações Finais

• Um mesmo instrumento elétrico, utilizado comTCs ou TPs de diferentes relações nominais,

podem servir para um campo muito largo demedições graças à padronização dos valoressecundários deles, 5A para os TCs e 115 volts

para os TPs.• Deve-se ter o cuidado de ligar à terra o

secundário e o núcleo dos TCs e TPs pormedida de segurança.

• Além disso, os TCs para alta tensão sãoconstruídos normalmente com camadas de

material condutor envolvendo o enrolamentoprimário para uniformização da distribuiçãodos potenciais.

• Estas camadas são ligadas entre si e tambéma um terminal externo, o qual deve ser ligadoao terra.

• Os TCs e TPs têm todos os terminaisprimários e secundários providos de marcas

indeléveis.

• Estas marcas permitem ao instalador a rápidaidentificação dos terminais de mesma

polaridade.• O instalador somente precisa se preocuparcom a polaridade no momento em que for ligar

ao secundário dos TCs ou TPs osinstrumentos elétricos que têm bobinasprovidas de polaridades relativa, tais comowattímetros, medidores de energia elétrica,fasímetros, etc.

• A entrada das bobinas destes instrumentosdeve ser ligada ao terminal secundário do TC

ou TP que corresponde ao terminal primárioque foi utilizado como entrada.• É aconselhável, antes de instalar os TCs e

TPs verificar pelo menos a "relação detransformação nominal" e a polaridade.

• O núcleo dos TPs e TCs é feito de chapas deferro silício.

• Para os de melhor qualidade, emprega -seferro silício de grãos orientados, laminado afrio, conseguindo-se bons resultados quanto à

permeabilidade magnética e menores perdas.

O TC i i ã ili d

• Os TCs especiais, os que serão utilizadoscomo padrão por exemplo, para os quais se

exige excelente classe de exatidão, tem onúcleo feito de chapas de ligas especiais deferro níquel.

• Estas ligas têm alta permeabilidade magnéticae perdas reduzidas, mas o seu custo é bemmaior.

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