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8/15/2019 Microsoft PowerPoint - 02_1_TI_TC.ppt.pdf

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Transformadores paraInstrumentos

Rui Menezes de Moraes

IntroduçãoTRANSFORMADOR PARA INSTRUMENTOS (TI)

Transformador que alimenta instrumentos de medição,dispositivos de controle e/ou relés de proteção, destinados a:

Reproduzir no secundário as grandezas primárias em valoresreduzidos em módulo e substancialmente em fase, adequados àalimentação dos instrumentosIsolar os instrumentos da tensão primária, permitindo a construção

econômica dos mesmos

NBR 6546 – Transformadores para instrumentos – TerminologiaNBR 6856 – Transformador de corrente – EspecificaçãoNBR 6821 – Transformador de corrente – Método de ensaioNBR 6855 – Transformador de potencial – EspecificaçãoNBR 6820 – Transformador de potencial – Método de ensaio

Normas Aplicáveis


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TRANSFORMADORES DE CORRENTE

TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

DIVISORES RESISTIVOS

DIVISORES CAPACITIVOS

DIVISORES DE POTENCIAL

SENSOR ÓTICO DE CORRENTE

SENSOR ÓPTICO DE POTENCIAL

DISPOSITIVOS OPTO-ELETRÔNICOS

TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS

Classificação

IP IS

VP VS

TCA corrente que sai pelo terminal marcado nosecundário está substancialmente em fasecom a corrente que entra pelo terminalmarcado no primário

TPA queda de tensão do terminal marcado parao não marcado no secundário estásubstancialmente em fase com a queda detensão do terminal marcado para o nãomarcado no primário

Determina o sentido de circulação da corrente num terminal de um TI

As Normas definem as formas de representação da polaridade(letras, números ou sinais)

Polaridade Relativa Instantânea


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SECO

MASSA ISOLANTE

LÍQUIDO ISOLANTE

ISOLANTE

ABRIGADA

AO TEMPO

INSTALAÇÃO

HORIZONTAL

VERTICAL

INCLINADA

MONTAGEM

PRINCIPAL

AUXILIAR

ESPECIAL

APLICAÇÃO

Características Gerais

Aplicação

TRANSFORMADORES PRINCIPAISUtilizados para alimentar relés e medidores

TRANSFORMADORES AUXILIARESUtilizados para modificação da relação ou ligação dos TI principais

TRANSFORMADORES ESPECIAISAuto-transformadores de balançoTransformadores misturadores ou de somaTransformadores saturáveis


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Aterramento do secundário

OBJETIVOSPrevenir diferenças de potencial no circuito secundário ocasionadaspor diferenças de potencial entre diferentes pontos da malha de terrada subestação, que poderiam resultar em circulação de correntes

indevidas nos relésFacilitar a remoção temporária e o restabelecimento do aterramento,para a verificação da integridade da isolação ou eventuais pontos deterra acidentais nos circuitos secundários

Os circuitos secundários dos Transformadores paraInstrumentos, independente do número de secundáriosconectados, devem ser ligados ao terra da subestação

EM UM ÚNICO PONTO

Aterramento do secundário

RECOMENDAÇÃOO ponto de aterramento deve ser eletricamente localizado em um doslados do enrolamento de cada TI e fisicamente no primeiro ponto deaplicação do seu circuito secundário (painel de medição ou de relés,desde que não interfira no correto funcionamento do sistemasecundário)

PROVER O MÁXIMO DE PROTEÇÃO PARA O PESSOAL EEQUIPAMENTOS INSTALADOS NOS PAINÉIS, OS QUAIS

ESTARÃO MAIS SUJEITOS À SOBRETENSÕES


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Transformadores de Corrente - TCDEFINIÇÃO

Transformador para instrumento cujo enrolamento primário é ligadoem série em um circuito elétrico e reproduz no secundário umacorrente proporcional à do seu circuito primário, com sua posiçãofasorial substancialmente mantida.

H1 H2

X1 X2

I P

I S

n P = N°de espiras do primárion S = N°de espiras do secundário

P

S n n

nk =

S

P

I I k =

RepresentaçõesH1 H2

X1 X2

(a)

X1 X2

H1 H2

(b)

X1 X2 X3 X4

H1 H2

(c) (d) (e)

Tipos construtivos


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bucha, anel, janela, núcleo dividido

Sem enrolamento primário

barra, pedestal

Com enrolamento primário

Com vários enrolamentos primários

Com vários núcleos

CONSTRUTIVAS

SIMPLES

DUPLA

MÚLTIPLA

RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO

PROTEÇÃO

MEDIÇÃO

SERVIÇO

Características dos TC´s

Ligações

A

B

C

Instrumento

IC

ic

A

B

C

IA

IB

IC

ic iaibin = ia + ib + ic

A

B

C

IA

IB

IC

in = ia + ib + ic

A

B

C

IA

IB

IC

in = ia + ib + ic

Monopolar Estrela

Residual Residual


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LigaçõesDelta Delta

V

A

B

C

IA

IB

IC

ia - ib

ib - ic

ic - ia

A

B

C

IA

IB

IC

ia - ic

ib - ia

ic - ib

A

B

C

IA

IB

IC

ic ia

ia + ic = -ib

Carga Secundária

F f s Z r r Z ++=φ φ 3,2

N F f snn Z Z r r Z +++= .22,1 φ φ

1. Ligação estrela - Fechamento nos TC´s

r S r f Z F

r f Z N


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8

Carga Secundária

F f s Z r r Z ++= .23,2 φ φ

N F f snn Z Z r r Z +++= .22,1 φ φ

2. Ligação Estrela - Fechamento no painel de relésr S r f Z F

r f Z N

Carga Secundária1. Ligação Delta - Fechamento nos TC´s

).(33,2 F f s Z r r Z ++=φ φ

).(21 F f sn Z r r Z ++=φ

r S r f Z F


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9

Carga Secundária

F f s Z r r Z .3.23,2 ++=φ φ

).(21 F f sn Z r r Z ++=φ

2. Ligação Delta - Fechamento no painel de relésr S r f Z F

Especificação de um TCA especificação do TC deve incluir:

Freqüência nominalCorrente primária nominalCorrente secundária nominal (1 ou 5A)Classe de exatidão e cargas nominais

Fatores de sobrecarga térmica contínuaCorrente de curta duração – efeito mecânicoCorrente de curta duração – efeito térmico

Para TC´s isolados para a tensão primária:Tensão NominalMáxima tensão de operaçãoNível básico de isolação para impulso (BIL)


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EspecificaçãoFator de Sobrecarga Térmica Contínua

Fator pelo qual deve ser multiplicada a corrente primária nominal paraobter a corrente máxima em regime contínuo que o TC pode conduzir.

A norma IEE padroniza os seguintes valores: 1 – 1,33 – 1,5 – 2 – 3 e 4.

Valor rms da componente AC da corrente primária assimétrica que oTC deve suportar com o enrolamento secundário em curto, sem danos.

Corrente de curta duração – efeito mecânico

Corrente de curta duração – efeito térmicoValor rms da corrente primária simétrica que o TC deve suportar por 1s,com o enrolamento secundário em curto, sem exceder em nenhumenrolamento o limite de temperatura (250°C para enrolamentos decobre e 200°C para alumínio

Relações de Transformação

RELAÇÃO SIMPLES120:5A

RELAÇÃO DUPLA20X40:5A = Ligação série paralelo no primário20:5//5A = 2 enrolamentos secundários em núcleos independentes20&20:5A = 2 enrolamentos primários em um núcleo

MÚLTIPLA RELAÇÃO240/200/180/160/120/100/80/60/40/20:5A


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Circuito Equivalente

rcarga

xcarga

ESRa

Ip' = IP/kn Ia ImISIe +

-

ES = ZS.IS

IS

Ip /kn

Ia

Ie

Im

Ia

Ie

Im

φφφφS

ββββ

ZS=(rS+rcarga) +j (xS+xcarga)

Não linearidadesrs xs

rcarga

xcarga

ESRa

Ip' = IP/kn Ia ImIS

IP/kn

Ie +

-

Lm

Es ~ B

Ie ~ H

1. Correntes próximas da nominal2. Correntes elevadas3. Transitórios (correntes unidirecionais)


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Exatidão em Regime Permanente

t

φφφφ

ie

t

B

H

1. Operação com correntes próximas da nominal2. Operação com correntes elevadas

Exatidão em Regime Permanente

( ) −=T

PS nP

C dt iik T I pico picorms 0

2 ...1

.100

(%)ε

1. Operação com correntes próximas da nominal

nk k

FCR =

=

nP

S

k I

I arg β

Fator de Correção de Relação

Defasagem angular

Erro composto

2. Operação com correntes elevadas


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Baixas Correntes

−= 100.(%)

n

n

k k k

FCR

Fator de Correção de Relação PercentualES = ZS.IS

IS

Ip /kn

Ia

Ie

Im

Ia

Ie

Im

φφφφS

ββββ


( )100.

sen.cos.(%)

n

P

S mS a

k I

I I FCR

φ φ +−=

( )[ ]100.1(%) −= FCRFCR

Baixas Correntes

Defasagem angular

ES = ZS.IS

IS

Ip /kn

Ia

Ie

Im

Ia

Ie

Im

φφφφS

ββββ


n

P

S aS m

k I

I I φ φ β β

sen.cos.sen

−=≈

θ β θ

cos)cos( +=FCAF

Fator de Correção de Fase:Relação entre o fator de potência real e o medido. É função do fator depotência do circuito sendo medido e da defasagem angular.


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Baixas CorrentesFator de Correção do Transformador:Multiplicação do fator de correção de relação pelo fator de correção doângulo de fase para um fator de potência do circuito primário especificado

θ β θ

cos)cos(

. +

= RCF TCF

Para um fator de potência de 0,6 indutivo obtém-se:

( )minutosem2600

sen1cos06,0

sen.8,0cos.6,0.

β β β β β β

β β

−≈

≈≈≈

−=

RCF TCF

e

RCF TCF

TC para serviço de medição

Os TC´s de medição são projetados para operardentro de determinados limites de erro de relaçãoe de ângulo de fase, para a carga nominalespecificada, numa faixa de corrente entre 10 e100% da corrente primária nominal.

Exatidão para mediçãoClasse de exatidãoCarga secundária máxima


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Classes de exatidão para mediçãoO Fator de Correção do Transformador deve estar dentro de limitesespecificados quando o fator de potência do circuito medido varia de 0,6 a1,0 na carga padrão especificada e em 10% e 100% da corrente primárianominal (ou o fator de sobrecarga correspondente, se maior do que 1)

máximomínimomáximomínimo10% de In100% de InClasse

1,0240,9761,0120.9881.2

1,0120,9881,0060,9940.6

1,0060,9941,0030,9970.3

Limites das classes de exatidão


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Carga padrão para medição (IEEE)

0,945,01,82,0801,62B-1.8

0,922,50,91,0400,81B-0.9

0,912,50,50,5800,45B-0.5

0,95,00,20,2320,18B-0.2

0,92,50,10,1160,09B-0.1

FatorPotência

PotênciaVA em 5A

Impedância(ΩΩΩΩ)

Indutância(mH)

Resistência(ΩΩΩΩ)NOME

Deve ser indicada a classe de exatidão para cada carga padrão nominal

Exemplo de especificaçãoNorma NBR

Norma ANSI/IEEE

0,3-C12,5Carga padrão nominal (VA)

Classe de exatidão

0.3B-0.5

Carga padrão nominal ( ΩΩΩΩ)

Classe de exatidão

0.3B-0.1 e B-0.2, 0.6B-0.5

Cargas padrão nominais

Classe de exatidão paracargas B-0.1 e B-0.2

Classe de exatidão paracarga B-0.5


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TC para serviço de proteção

Os TC´s de proteção são projetados para operardentro de determinados limites de erro de relação,para a carga nominal especificada, numa faixa decorrente entre 1 e 20 vezes a corrente primárianominal.

A especificação é dada por:Tipo de núcleo (alta ou baixa reatância de dispersão)Fator de sobrecorrenteClasse de exatidãoTensão secundária máxima

Tipos de Núcleo

Núcleo toroidalEnrolamentos uniformemente distribuídosBaixa reatância de dispersãoCustos mais elevados

rs

rcarga

xcarga

LmRa

IP/kn

Ia Im

IS

IP/kn


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Tipos de NúcleoNúcleo convencional

Enrolamentos concentrados nas pernasMaior reatância de dispersãoCustos mais baixos

rs xs

rcarga

xcarga

ESRa

Ip' = IP/kn Ia Im IS

IP/kn

Ie +

-

Lm

Tipos de núcleoAs normas fazem distinção entre os tipos de núcleos, uma vez que nos TCcom reatâncias de dispersão desprezível, a corrente de carga quenormalmente possui fator de potência baixo (0,5), está praticamente emfase com a corrente de magnetização, permitindo obter o erro de relaçãopor meio de cálculo

NBRIEEEASATIPO

ATHAlta reatância

BCLBaixa reatância

TC´s de baixa reatância são aqueles nos quais a reatância de dispersãonão causa efeito apreciável no erro de relação.Efeito apreciável corresponde a uma diferença de 1% entre o erro derelação real e o calculado.


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Fator de SobrecorrenteRelação entre a corrente de falta simétrica para a qual a exatidão égarantida e a corrente nominal

NBRIEEEASA

51020

2020FSC

n

simétricaCC

I I FSC =

Classe de exatidão

Limite do erro composto para a corrente de falta simétrica definida peloFator de Sobrecorrente, quando alimentando a carga secundária nominalespecificada

10

IEEE NBRASAErro (%)

510

2,510εεεεC(%)


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Classe de exatidão

εεεεC(%)δδδδ(min)εεεεn(%)CLASSE

10-+310P

5+60+15P

εεεεn(%) Erro de relação emInδδδδ(min) Erro de fase emInεεεεC(%) Erro composto na corrente limite de exatidão

A norma IEC define TC de classe P (Proteção) aqueles especificados paracorrentes de faltas simétricas, sem limites para fluxo residual.

Tensão Secundária Nominal

Fator de

potência

Potência

(VA)

Impedância(ΩΩΩΩ)

NOME

Carga Padrão (Valores em 5A)

2001005025

12,55,02,5

0,50,50,50,50,90,90,9

0,2B-0.2200,5B-0.5501,0B-11002,0B-22004,0B-4400

Vs(V)

8,0B-8800

0,1B-0110

Tensão que o TC fornecerá a carga padrão nominal quando submetido acorrente de falta simétrica determinada pelo fator de sobrecorrente, semexceder o limite de erro definido pela classe de exatidão especificada


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Exemplo de especificaçãoNorma ASA

Norma ANSI/IEEE

10L800

Tensão secundária nominal (V)Classe de exatidão

C800

Baixa reatância de dispersão

Baixa reatância de dispersão

Tensão secundária nominal (V)

Norma NBR(FSC=20) Baixa reatância de dispersão

Tensão secundária nominal (V)

B800

Determinação dos erros

Os erros são determinadospor ensaios.

As normas determinam queo fabricante forneça ascurvas de desempenhopara FSC de 1 a 22 paratodas as cargas padrõesaté aquela que cause umfator de correção derelação de 50%

TC´s de alta reatância de dispersão


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Determinação dos erros

Os erros podem serdeterminados porcálculo

As normasdeterminam que ofabricante forneça ascurvas de saturação(tensão secundáriaversus corrente deexcitação), em papellog-log com décadasquadradas.

TC´s de baixa reatância de dispersão

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