Transformadores para medição e proteção

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Transformadores para medição e proteção

  1. 1. 1 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA BRUNO BATISTA FERREIRA PAULO VINÍCIUS DE ALMEIDA OLIVEIRA TRANSFORMADORES DE MEDIÇÃO E PROTEÇÃO TRABALHO ACADÊMICO CURITIBA 2013
  2. 2. 2 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira BRUNO BATISTA FERREIRA PAULO VINÍCIUS DE ALMEIDA OLIVEIRA TRANSFORMADORES DE MEDIÇÃO E PROTEÇÃO Trabalho acadêmico da disciplina de Materiais e equipamentos elétricos da Universidade Tecnológica Federal do Paraná como requisito para a composição da nota de tal disciplina Professor: Walmir Eros Wladika CURITIBA 2013
  3. 3. 3 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Sumario RESUMO ..................................................................................................................... 4 SIMBOLOGIA.......................................................................................................................................5 DEFINIÇÃO................................................................................................................. 6 FUNÇÕES.................................................................................................................... 8 APLICAÇÕES.................................................................................................................9 TERMINOLOGIA..........................................................................................................12 CLASSIFICAÇÃO........................................................................................................14 CONSTITUIÇÃO............................................................................................................23 FUNCIONAMENTO......................................................................................................29 ESPECIFICAÇÃO..........................................................................................................34 ENSAIOS........................................................................................................................35 INSTALAÇÃO................................................................................................................37 MANUTENÇÃO.............................................................................................................37 NORMAS........................................................................................................................43 PREÇOS..........................................................................................................................43 FONTES DE CONSULTA.............................................................................................46
  4. 4. 4 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Resumo O presente trabalho faz menção ao uso de transformadores para medição e proteção, isto é, transformador de corrente (TC) e transformador de potencial (TP). Neste trabalho escolar estão presentes simbologia, definição, função, aplicação, terminologia, classificação, constituição, funcionamento, especificação, ensaios, instalação, manutenção, normas, preços dos respectivos capacitores.
  5. 5. 5 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Simbologia A simbologia padrão dos transformadores de corrente (TC´s) mostra os terminais primários de alta tensão H1 e H2 e os terminais secundários X1 e X2. O ponto, para transformadores com polaridade aditiva, indica onde entra a corrente no primário e onde sai a corrente no secundário (defasamento de 180°). Modelos industriais de TCs têm os terminais de alta tensão marcados como P1 e P2 (Primário 1 e Primário 2), sendo que em muitos casos pode haver diferentes ligações do circuito primário que permitam alterar a relação de transformação. Os terminais secundários são marcados como 1s1, 1s2, 2s2... (número, algarismo, número), indicando respectivamente o número do enrolamento, o símbolo de terminal secundário (s) e o número da derivação do terminal secundário. Já quanto ao TP’s, estes possuem a mesma simbologia, porém o que difere dos TC’s é que ao invés da letra “P” para simbolizar o primário do transformador de corrente usamos “H” e para o secundário “X” conforme a imagem abaixo. Figura 1: Diagrama de TC’s e TP’s
  6. 6. 6 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 2 A figura acima nos mostra uma ligação de três transformadores de potencial e três transformadores de corrente. Definição Transformadores de Corrente O transformador de corrente (TC) é um transformador para instrumento cujo enrolamento primário é ligado em série a um circuito elétrico e cujo enrolamento secundário se destina a alimentar bobinas de correntes de instrumentos de medição e proteção ou controle. A figura acima nos mostra o esquema básico de ligação de um TC.
  7. 7. 7 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 3: esquema básico de um TC. O enrolamento primário dos TC’s é, normamente constituído de poucas espiras (2 ou 3 espiras) feitas de condutores de cobre de grande seção. Transformadores de Potencial O transformador de potencial (TP) é um transformador para instrumento cujo enrolamento primário é ligado em derivação a um circuito elétrico e cujo enrolamento secundário se destina a alimentar bobinas de potencial de instrumentos elétricos de medição e proteção ou controle. A figura a seguir, nos mostra um esquema básico de ligação de um TP.
  8. 8. 8 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 4: Transformador de potencial Nos TP’s o numero de espiras do primário é maior que o número de espiras do secundário, logo . Funções Transformador de potencial Esta classe de transformadores foi criada, porque é impraticável a ligação de instrumentos em circuitos de alta corrente, sendo, portanto obrigatório à redução das suas tensões primárias para valores secundários menores sem induzir a erros, com referencia a relação de fase. Além do fator crucial dito anteriormente este tipo de transformadores são equipamentos essenciais nos sistemas elétricos tendo como função relatar as condições reais do sistema tanto em regime permanente como durante faltas, ou ainda isolar e proteger o circuito secundário do primário, reduzindo as correntes de medição proporcionando segurança nas operações e reduzindo também custos com montagens e cabos. Transformador de corrente
  9. 9. 9 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Esta outra classe de transformadores têm a função de transformar a corrente primária que detém valores elevados e de difícil medida em valores menores para medição, como por exemplo, é fato de medirmos uma corrente em uma subestação no qual a corrente certamente será alta e com uso deste dispositivo ele faz com que haja uma alteração de parâmetros de corrente para que seja possível medi-la em menores valores, contudo este menor valor tem total correspondência com o alto valor visto do primário. Além de serem usados na medição estes TC’s são destinados a proteção de sistemas contra sobrecorrentes por meio de relés. Aplicações Figura 5 No sistema de geração, distribuição e consumo acima são encontrados transformadores para medição e proteção na geração nas subestações transmissora, distribuidora e nos consumidores industriais comerciais e residenciais. Na geração a energia precisa ser medida antes de ser transmitida para isso são utilizados TP e TC.
  10. 10. 10 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Na subestação transmissora encontramos em suas entradas um transformador para proteção um TP para medição de tenção e um TC para medição de corrente. Nos consumidores industriais, comerciais, e residenciais encontramos pelo menos um Trafo para proteção e um TC para medição no relógio de consumo. Para os consumidores cativos, o sistema de medição pode ser instalado no lado de baixa tensão do transformador de potência da unidade consumidora, devendo-se utilizar um método de compensação das perdas de transformação. A figura a seguir ilustra genericamente em diagrama unifilar uma ligação com medição na baixa tensão do transformador: Figura 6: Unidade Consumidora Fonte: http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo5_Revisao_1.pdf A figura a seguir ilustra genericamente em diagrama unifilar uma ligação de unidade consumidora atendidas em MT e AT: Figura 7: Unidade consumidora Fonte: http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo5_Revisao_1.pdf
  11. 11. 11 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira A figura a seguir ilustra genericamente uma ligação de consumidor, em diagrama unifilar: Figura 8: Unidade consumidora Fonte: http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo5_Revisao_1.pdf A figura abaixo ilustra genericamente uma ligação de consumidor livre, em diagrama unifilar, como exemplo: Figura 9: Ligação de consumidor diagrama unifilar Fonte: http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo5_Revisao_1.pdf A Figura 22 segue exemplo da utilização do relé como equipamento de proteção para sistemas de potência. Nota-se a utilização de outros equipamentos como o transformador de potencial e transformador de corrente que tem por função mudar a
  12. 12. 12 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira ordem da grandeza medida para valores menores que possam ser acompanhados pelo relé. O relé funciona como a parte lógica do sistema da figura 22, ou seja, de acordo com variação nas variáveis de entrada como a tensão e corrente ele atua no disjuntor do sistema de modo a interromper o circuito quando necessário. Terminologia Quando nos referimos aos transformadores de proteção e medição, ou melhor, transformadores de potencial e de corrente devemos conhecer alguns termos técnicos em relação ao assunto, pois eles são de suma importância para o entendimento sobre o funcionamento, instalação, dimensionamento, função dentro outros. A respeito destes componentes do sistema elétrico é interessante citar as seguintes terminologias em relação aos TP’s: 01) Tensão secundária: é a tensão vista pelos enrolamentos secundários de um transformador, nos TP’s ela gira em torno de 115 volts ou aproximadamente 115 volts, havendo também a possibilidade de 115/√3 volts. Em TP’s antigos podem ser encontradas as tensões secundárias nominais: 110V, 120V e às vezes 125V. 02) Tensão primária: A tensão primária nominal depende da tensão entre fases, ou entre fase e neutro, do circuito em que o TP vai ser utilizado. 03) Carga nominal: Carga no qual se baseiam os requisitos de exatidão do TP. 04) Classe de exatidão: valor máximo do erro, expresso em percentagem, que poderá ser introduzido pelo TP na indicação de um wattímetro, ou no registro de um medido de energia elétrica, em condições específicas. 05) Potência térmica: Maior potência aparente que um TP pode fornecer em regime permanente , sob tensão e frequências nominais, sem exceder os limites de elevação de temperatura especificados. Estes limites de temperatura estão fixados na tabela 1 do anexo conforme padrões da ABNT.
  13. 13. 13 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira 06) Nível de isolamento: define-se a especificação do TP quanto às condições a que se deve satisfazer a sua isolação em termos de tensão suportável 07) Polarização: Em TP’s a polaridade não precisa ser levada em consideração quando ele alimenta somente voltímetros, reles de tensão etc. Mas, quando ele alimenta instrumentos elétricos cuja bobina de potencial é provida de polaridade relativa, como wattímetro, medidores de energia elétrica, fasímetros, etc. , então é extremamente importante a consideração da polaridade do TP, pois a bobina de potencial destes instrumentos deve ser ligada ao terminal secundário do TP que corresponde ao seu primário que esta ligado como entrada ao circuito principal. 08) Tensão máxima do equipamento (Umax) : Tensões máximas do equipamento padronizadas, em kV, são: 15 – 24,2 – 36,2. Em relação aos TC’s temos também outras terminologias, conforme a seguir: 01) Corrente secundária: de modo geral a geral a corrente nominal secundária é de 5A. Em casos especiais em proteção pode haver TC’s com corrente secundária nominaç de 2,5A. 02) Corrente primária: caracteriza o valor nominal de suportável pelo TC. Na escolha de um TC, deve se especifica-lo tendo em vista a corrente máxima do circuito em que o TC vai ser inserido. 03) Fator térmico: fator pelo qual deve ser multiplicada a corrente primária nominal para se obter a corrente primária máxima que um TC é capaz de conduzir em regime permanente, sob frequência nominal, sem exceder os limites de elevação de temperatura especificados e sem cair fora da classe de exatidão. 04) Corrente térmica nominal: maior corrente primária que um TC é capaz de suportar durante um segundo, com o enrolamento secundário curto-circuitado, sem exceder, em qualquer enrolamento, uma temperatura máxima especificada 05) Corrente Dinâmica nominal: valor de crista da corrente primária que um TC é capaz de suportar, durante o primeiro meio ciclo, com o enrolamento secundário curto- circuitado, sem danos elétricos ou mecânicos resultantes das forças eletromagnéticas.
  14. 14. 14 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira 06) Erro de corrente: Valor percentual, referido à corrente primária, da diferença entre a corrente eficaz secundária multiplicada pela relação nominal e a corrente eficaz primária, em regime senoidal: Rn: = Relação nominal TC Valor eficaz da corrente primária Valor eficaz da corrente secundária (07) Erro de corrente composto (Ec): Valor percentual, referido a corrente primária, do valor eficaz equivalente da corrente determinada com a diferença entre a corrente secundária multiplicada pela relação nominal e a corrente primária. Valor eficaz da corrente primária Valor nominal do TC Valor instantâneo da corrente primária Valor instantâneo da corrente secundária Classificação Conforme a disposição dos enrolamentos e do núcleo, os TC’s podem ser classificados nos seguintes tipos:  TC tipo Barra
  15. 15. 15 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira É aquele cujo enrolamento primário é constituído por uma barra fixada através do núcleo do transformador, conforme mostrado abaixo. Figura 10: TC tipo barra  TC tipo enrolado É aquele cujo enrolamento primário é constituído de uma ou mais espiras envolvendo o núcleo do transformador, conforme ilustrado abaixo. Figura 11: TC tipo enrolado  TC tipo janela É aquele que não possui um primário fixo no transformador e é constituído de uma abertura através do núcleo, por onde passa o condutor que forma o circuito primário, conforme abaixo.
  16. 16. 16 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 12: TC tipo janela  TC tipo bucha É aquele cujas características são semelhantes ao TC do tipo barra, porém sua instalação é feita na bucha dos equipamentos ( transformadores, disjuntores, etc.), que funcionam como enrolamento primário, de acordo como mostrado abaixo. Figura 13: TC tipo bucha  TC de núcleo dividido É aquele cujas características são semelhantes às do tipo janela, em que o núcleo pode ser separado para permitir envolver o condutor que funciona como enrolamento primário, conforme mostrado abaixo. Figura 14: TC de núcleo dividido  TC com vários enrolamentos primários É aquele constituído de vários enrolamentos primários montados isoladamente e apenas um enrolamento secundário, conforme abaixo.
  17. 17. 17 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 15: TC com vários enrolamentos primários  TC com vários núcleos secundários É aquele constituído de dois ou mais enrolamentos secundários montados isoladamente, sendo que cada um possui individualmente o seu núcleo, formado, juntamente com o enrolamento primário, um só conjunto, conforme se na figura abaixo. Neste tipo de transformador de corrente, a seção do condutor primário deve ser dimensionada tendo em vista a maior das relações de transformação dos núcleos considerados. Figura 16: TC com vários núcleos secundários  TC com vários enrolamentos secundários É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelo enrolamento primário e vários enrolamentos secundários, conforme se mostra na figura abaixo, e que podem ser ligados em série ou paralelo.
  18. 18. 18 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 17: TC com vários enrolamentos Secundários  TC tipo derivação no secundário É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelos enrolamentos primário e secundário, sendo este provido de uma ou mais derivações. Entretanto o primário pode ser constituído de um ou mais enrolamentos, conforme se mostra na figura a seguir. Como os amperes-espiras variam em cada relação de transformação considerada, somente é garantida a classe de exatidão do equipamento para a derivação que estiver o maior número de espiras. A versão deste tipo de TC é dada na figura abaixo. Figura 18: TC tipo derivação no secundário Os transformadores de corrente de baixa tensão normalmente têm o núcleo fabricado em ferro-silício de grãos orientados e está, juntamente com os enrolamentos primário e secundário, encapsulado em resina epóxi, submetida a polimerização, o que lhe proporciona endurecimento permanente, formando um sistema inteiramente compacto e dando ao equipamento características elétricas e mecânicas de grande desempenho, ou seja: 1. Incombustibilidade do isolamento; 2. Elevada capacidade de sobrecarga, dada a excepcional qualidade de condutividade térmica da resina epóxi;
  19. 19. 19 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira 3. Elevada resistência dinâmica às correntes de curto-circuito; 4. Elevada rigidez dielétrica. Já os transformadores de corrente de média tensão, semelhantemente aos de baixa tensão, são normalmente construídos em resina epóxi, quando destinados às instalações abrigadas, conforme as figuras a seguir. Figura 19: transformadores de corrente de média tensão Também são encontrados transformadores de corrente para uso interno, construídos em tanque metálico cheio de óleo mineral e provido de buchas de porcelana vitrificada comum aos terminais de entrada e saída da corrente primária. Os transformadores de corrente fabricados em epóxi são normalmente descartados depois de um defeito interno. Não é possível a sua recuperação. Os transformadores de corrente de alta tensão para uso ao tempo são dotados bucha de porcelana vitrificada com saias, comum aos terminais de entrada da corrente primária. Os transformadores de corrente destinados a sistemas iguais ou superiores a 69 kV têm os seus primários envolvidos por uma blindagem eletrostática, cuja finalidade é uniformizar o campo elétrico.
  20. 20. 20 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Conforme a finalidade de aplicação, os TC’s podem ser classificados nos dois tipos seguintes: 1° Transformadores de corrente para serviço de medição Os TC's empregados na medição de corrente ou energia são equipamentos capazes de transformar as correntes de carga na relação, em geral, de Ip/5 A, propiciando o registro dos valores pelos instrumentos medidores sem que estes estejam ligação direta com o circuito primário da instalação. Eventualmente, são construídos transformadores de corrente com vários núcleos, uns destinados à medição de energia e outros, próprios para o serviço de proteção. Porém, as concessionárias, geralmente, especificam em suas normas unidades separadas para a sua medição de faturamento, devendo o projetista da ação, reservar uma unidade independente para a proteção, quando for o caso. 2° Transformadores de corrente destinados a proteção Os transformadores de corrente destinados à proteção de sistemas elétricos são equipamentos capazes de transformar elevadas correntes de sobrecarga ou de curto- circuito em pequenas correntes, propiciando a operação dos relés sem que estes estejam em ligação direta com o circuito primário da instalação, oferecendo garantia de segurança aos operadores, facilitando a manutenção dos seus componentes e, por fim, tornando-se uni aparelho extremamente econômico, já que envolve reduzido emprego de matérias-primas. Ao contrário dos transformadores de corrente para medição, os TC's para serviço de proteção não devem saturar para correntes de elevado valor, tais como as que se desenvolvem durante a ocorrência de um defeito no sistema. Caso contrario, os sinais de corrente recebidos pelos relés estariam mascarados, permitindo, desta forma, uma operação inconsequente do sistema elétrico. Assim, os transformadores de corrente para serviço de proteção apresentam um nível de saturação elevado, igual a 20 vezes a corrente nominal, conforme se pode mostrar na curva da Figura abaixo, como exemplo genérico.
  21. 21. 21 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Pode-se perfeitamente concluir que jamais se devem utilizar transformadores de proteção em serviço de medição e vice-versa. Além disso, deve-se levar em conta a classe de exatidão em que estão enquadrados os TC's para serviço de proteção que, segundo a NBR 6856/81, podem ser de 5 ou 10. Ainda segundo a NBR 6856, o erro de relação do TC deve ser limitado ao de corrente secundária desde 1 a 20 vezes a corrente nominal e a qualquer igual ou inferior à nominal. Deve-se alertar para o fato de que os transformadores de corrente com mais derivação no enrolamento secundário têm a sua classe de exatidão relacionada com a sua operação na posição que leva o maior número de espiras. Além da classe de exatidão, os transformadores de corrente para serviço proteção são caracterizados pela sua classe, relativamente à impedância do seu lamento secundário, ou seja: 1. Classe B são aqueles cujo enrolamento secundário apresenta reatância que ser desprezada. Nesta classe, estão enquadrados os TC's com núcleo toroidal ou simplesmente TC's de bucha; 2. Classe A são aqueles cujo enrolamento secundário apresenta uma reatância que pode ser desprezada. Nesta classe, estão enquadrados todos os TC's que NÃO se enquadram na classe B. Quanto aos TP’s eles são assim classificados: Transformador de potencial indutivo – Os transformadores de potencial indutivos são construídos segundo três grupos: Grupo 1 – São aqueles projetados para ligação entre fases. São basicamente os do tipo utilizados nos sistemas de até 34,5 kV. Os transformadores enquadrados neste grupo devem suportar continuamente 10% de sobrecarga; Grupo 2 – são aqueles projetados para ligação entra fase e neutro de sistema diretamente aterrados, isto é: onde Rz é a resistência de sequencia zero do sistema, e Xp é a reatância de sequencia positiva do sistema. Grupo 3 – São aqueles projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas onde não se garanta a eficácia do aterramento.
  22. 22. 22 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 20: TP tipo indutivo do grupo 2 e grupo 3. Transformador de potencial capacitivo – Os transformadores capacitivos são utilizados basicamente como um conjunto de capacitores que servem para fornecer um divisor de tensão e permitir a comunicação através do sistema Carrier. São construídos normalmente para tensões iguais ou superiores a 138 kV. Figura 21 : Transformador capacitivo Fonte: www.simmmei.com.br Transformador de potencial para proteção – Transformador de potencial destinado a alimentar relés de proteção. O relé funciona como a parte lógica do sistema da figura a seguir,ou seja, de acordo com variação nas variáveis de entrada como a tensão e corrente ele atua no disjuntor do sistema de modo a interromper o circuito quando necessário.
  23. 23. 23 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 22: Rele atuando ao lado de um TP como proteção do sistema
  24. 24. 24 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Constituição A figura abaixo mostra um transformador de corrente a óleo: Figura 23: TC a óleo Figura 24: Vista superior do TC a óleo
  25. 25. 25 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira ITEM Denominação Material 1 Conector de aterramento Cobre estanhado 2 Placa diagramática Aço inox 3 Placa de características Aço inox 4 Caixa secundaria Alumínio 5 Caixas individuais com dispositivo de lacre Alumínio 6 Terminais primários Alumínio 7 Isolador Porcelana vitrificada 8 Flange Alumínio Tabela 1
  26. 26. 26 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Transformador de corrente Epóxi Figura 25: Transformador de corrente Epóxi Figura 26: transformadores de corrente Epóxi vista superior Item Denominação Material 1 Terminal secundário parafuso fenda Aço Bicromatizado 2 Arruela tipo cônica Aço Bicromatizado 3 Placa de características Polipropileno 4 Placa de Diagramática Polipropileno 5 Conector primário paraf. Aço Bicromatizado
  27. 27. 27 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Sex. 6 Arruela de Pressão Aço Bicromatizado 7 Arruela lisa Aço Bicromatizado 8 Corpo do transformador de corrente Moldado em epóxi 9 Base suplementar Alumínio 10 Terminal Terra parafuso sextavado Aço Bicromatizado 11 Arruela lisa Aço Bicromatizado 12 Terminal primário Latão Tabela 2 Transformador de potencial – Alta tensão – Isolação á Óleo Figura 27: Transformador de Potencial alta tensão
  28. 28. 28 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 28: Transformador de potencial alta tensão vista superior Item Denominação Material 1 Conector de Aterramento Cobre estanhado 2 Placa Diagramática Aço Inox 3 Placa de características Aço Inox 4 Caixa secundaria Alumínio 5 Tampa do tanque Alumínio 6 Isolador Alumínio 7 Flange Porcelana Vitrificada 8 Cabeçote Alumínio Tabela 3
  29. 29. 29 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Transformador de potencial – isolação a óleo Figura 29: Transformador de potencial – isolação a óleo Funcionamento Transformador de Potencial A figura 30 O TP tem N1 > N2 dando assim uma tensão U1 > U2, sendo por isto considerado na prática como um elemento “redutor de tensão”, pois uma tensão elevada da U1 é transformada para uma tensão reduzida U2 de valor suportável pelos instrumentos elétricos usuais.
  30. 30. 30 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira FIGURA 30: Transformador de potencial Os TP ‘s são projetados e construídos para uma tensão secundária nominal padronizada em 115 volts, sendo a tensão primária nominal estabelecida de acordo com a tensão primária nominal estabelecida de acordo com a tensão entre fases do circuito em que TP será ligado.Assim, são encontrados no mercado TP ‘s para 2.300/115V, 13.800/115V, 69.000/115V, etc., isto significa que: a) quando o primário se aplica a tensão nominal para o qual o TP foi construído, no secundário tem-se 115V; b) quando no primário se aplica uma tensão menor ou maior do que a nominal, no secundário tem-se também uma tensão maior ou menor que 115 volts, mas nas mesmas proporções de tensões do TP utilizado. Os TP’s a serem ligados entra fase e neutro são construídos para terem como tensão primária nominal a tensão entre fases do circuito dividida por √3, e como tensão secundária nominal 115/√3 volts ou 115volts aproximadamente, podendo ainda ter essas duas possibilidades de tensões ao mesmo tempo por meio de uma derivação, conforme a figura a seguir:
  31. 31. 31 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 31: Transformador de corrente Assim, são também encontrados no mercado TP’s, por exemplo, será: 1°) Tensão primária nominal: 13800/√3 volts.Tensão secundária nominal: 115/√3volts ou as duas tensões: 115/√3 volts e 115 volts aproximadamente. 2°) Tensão primária nominal: 69000/√3 volts. Tensão secundária nominal: 115/√3 volts ou as duas tensões: 115/√3 volts ou 115 aproximadamente.
  32. 32. 32 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira O quadro a seguir mostra as tensões primárias nominais e as relações nominais padronizadas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) para TP’s fabricados normamente no Brasil. Figura 32: tensões primárias nominais e as relações nominais padronizadas pela ABNT Transformadores de corrente Um transformador de corrente ou simplesmente TC, figura a seguir, é um dispositivo que reproduz no seu circuito secundário, uma amostra da corrente que circula no enrolamento primário. Esta corrente tem proporções definidas e conhecidas, sem alterar sua posição vetorial.
  33. 33. 33 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 33: Transformador de Corrente As relações mais utilizadas no mercado são de 200/5A, 500/5A, 1000/5ª etc., isto significa que: a) Quando o primário é percorrido pela corrente nominal para o qual o TC foi construído, no secundário tem-se 5A; b) Quando o primário é percorrido por uma corrente menor ou maior do que a nominal, no secundário tem-se também uma corrente menor ou maior que 5A, mas na mesma proporção das correntes nominais do TC utilizado. Exemplo: Se o primário de um TC de 100/5A é percorrido por uma corrente de 84A, tem-se no secundário 4,2A; se é percorrido por 16 A, tem se no secundário 5,3 A. O quadro seguinte nos mostra as correntes primárias nominais e as relações nominais padronizadas pela ABNT para os TC’s fabricados em linha normal no Brasil.
  34. 34. 34 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 34: correntes primárias nominais e as relações nominais padronizadas pela ABNT Como os TC’s são empregados para alimentar instrumentos elétricos de baixa impedância (amperímetros, bobinas de corrente de wattímetros, bobinas de corrente de medidores de energia elétrica, relés de proteção etc.) diz-se que são transformadores de força que funcionam quase em curto-circuito. Especificação Tanto os transformadores de corrente quanto o de potencial têm especificações similares quanto ao seu uso, finalidade dentre outros conforme listados abaixo. 1 – Destinação: Medição, proteção ou automação; 2 – Uso: Interior, exterior, conjunto de manobra; 3 – Carga instalada: Especificação dos instrumentos e dispositivos além de potência nominal; 4 – Não devem ser instalados como fonte de carga auxiliar;
  35. 35. 35 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira 5 – Classe de exatidão; 6 – Classe de tensão (nível de isolamento); 7 – Número de enrolamentos secundários ou derivações; 8 – Relação de transformação; 9 – Valor nominal das correntes e tensões no primário e secundário; 10 – Fator térmico; 11 – Tensão aplicada (suportáveis e impulso); 12 – Tipo de encapsulamento (epóxi, seco, imerso); Todas estas verificações devem ser levadas em consideração quando se faz qualquer tipo de projeto em que será inserido um TP, TC ou um conjunto deles, pois através destes critérios é que fazemos o dimensionamento destes transformadores, bem como a compra destes para alguma finalidade. Ensaios Figura 35: Transformador As empresas que fornecem serviços de revitalização, conserto e repotencialização são muito questionados quanto aos tipos de testes efetivos e necessários que atestam as condições elétricas em que se encontra o transformador após a execução desses serviços. Esclarecemos a seguir a relação dos testes recomendados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) para a certificação dos equipamentos:
  36. 36. 36 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira 1. Resistência elétrica dos enrolamentos Finalidade: verificar se não há irregularidades nos enrolamentos, contatos, soldas, etc. 2. Relação de tensões Finalidade: verificar se não há irregularidades nos enrolamentos quanto ao número de espiras. 3. Resistência de isolamento Finalidade: verificar a isolação entre enrolamentos e terra para atestar a secagem da parte ativa. 4. Polaridade Finalidade: verificar se o sentido dos enrolamentos está correto. 5. Deslocamento angular e sequência de fase Finalidade: verificar se a conexão dos enrolamentos está correta de acordo com o diagrama fasorial. 6. Perdas em vazio e corrente de excitação Finalidade: verificar perdas no ferro e corrente de magnetização do núcleo. 7. Perdas em carga e Impedância de curto circuito Finalidade: verificar perdas nos enrolamentos e o valor da impedância de curto circuito. 8. Tensão aplicada (75% para transformadores usados e reparados)
  37. 37. 37 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Finalidade: verificar se as isolações entre enrolamentos e terra suportam as tensões especificadas de testes de acordo com o nível de isolamento dos enrolamentos. Figura 36: Tensão máxima X Tensão suportável 9. Tensão induzida (75% para transformadores usados ou reparados) Finalidade: verificar as isolações entre espiras do próprio enrolamento. Valor teste = 2 x tensão nominal do enrolamento (durante 7.200 ciclos) 10. Determinação do fator de potência (FP) Finalidade: verificar a qualidade do processo de secagem da parte ativa. Não se trata de ensaio de rotina, mas em transformadores com tensão igual ou superior a 36,2 kV, é recomendado fazê-lo. Estes testes devem ser contemplados em quaisquer tipos de serviços em transformadores elétricos e exigi-los, além das análises completas do estado do óleo em suas diversas fases, não deverá comprometer nenhum valor orçamentário, pois se trata da verificação da qualidade destes serviços e comprovação normatizada de seu uso. Instalação Antes da instalação de ambos transformadores (TP ou TC) são necessárias as seguintes verificações:
  38. 38. 38 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira - Observar se os dados fornecidos nas etiquetas ou na placa de identificação são compatíveis com as especificações do sistema onde o transformador será usado; -Certificar-se que todos os acessórios estão montados corretamente e que não há nenhuma avaria no transformador; -Em caso de longa estocagem, ligar o transformador a vazio para eliminar possível umidade absorvida neste período; Local da instalação No caso de instalação em local abrigado, deve-se assegurar que existam aberturas para proporcionar ventilação suficiente para o transformador, evitando o aquecimento excessivo. Alternativamente, os transformadores podem ser projetados para instalação ao ar livre. Neste caso, os transformadores são desenvolvidos com grau de proteção superior, até IP-55 (proteção contrapoeira e jatos de água), o qual é indicado na placa de identificação. Ligações As ligações do transformador devem ser realizadas de acordo com o diagrama de ligações de sua placa de identificação. As ligações das buchas deverão ser apertadas adequadamente, cuidando para que nenhum esforço seja transmitido aos terminais, o que pode vir a ocasionar afrouxamento das ligações, mau contato e posteriores vazamentos por sobreaquecimento no sistema de vedação. As terminações devem ser suficientemente flexíveis a fim de evitar esforços mecânicos causados pela expansão e contração, o que pode vir a quebrar a porcelana dos isoladores. Estas admitem valores limitados para esforços mecânicos, por isso convém evitar a conexão direta sem suporte dos cabos de ligação às buchas. É aconselhável o uso de composto antioxidante nos terminais dos cabos que serão conectados ao transformador. Esta medida tem a finalidade de romper a camada de óxido que se forma nos conectores e evitar a entrada de ar e umidade nas conexões, reduzindo a possibilidade de ocorrência de mau contato e aquecimento dos terminais.
  39. 39. 39 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Manutenção Em relação à manutenção destes transformadores, vamos usar o exemplo do tipo de manutenção feita pela concessionária de energia Eletrosul, conforme a seguir: Manutenção de Transformadores de Corrente na Eletrosul A manutenção de equipamentos na Eletrosul possui: 1 - atividades centralizadas: engenharia de manutenção; laboratórios; oficinas; 2 - atividades descentralizadas: manutenção em campo. Para os transformadores de corrente, a primeira atividade de manutenção preventiva programada é a coleta de amostra de óleo para as análises físico-química e cromatográfica. Sendo que esta manutenção é feita em dois intervalos diferentes de tempo, uma de seis anos e a outra de doze anos e em seguida uma revisão geral. Manutenção preventiva de seis anos A manutenção preventiva de seis anos nos transformadores de corrente na Eletrosul é feita com o equipamento desenergizado e consiste das seguintes atividades: • realizar limpeza geral do equipamento; • verificar as condições dos isoladores quanto a trincas e sinais de arco; • verificar o estado geral da pintura, verificando a presença de corrosão, solucionar conforme gravidade; • verificar as condições do diafragma; • verificar a existência de vazamento de óleo;
  40. 40. 40 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira • verificar o sistema de aterramento; • medir e registrar o fator de potência do isolamento; • verificar as condições das conexões do primário; • verificar as condições da caixa do secundário; • verificar o estado geral da fiação; • verificar o nível de óleo isolante, completar se necessário; • realizar inspeção final do equipamento. Para cada TC é estimada a utilização de 4 homens-hora. Manutenção Preventiva de doze anos A manutenção preventiva de 12 anos nos transformadores de corrente na Eletrosul é feita com o equipamento desenergizado e consiste dos seguintes ensaios: • realizar limpeza geral do equipamento; • verificar as condições dos isoladores quanto a trincas e sinais de arco; • verificar o estado geral da pintura, verificando a presença de corrosão, solucionar conforme gravidade; • substituir o diafragma de borracha; • verificar a existência de vazamento de óleo; • medir e registrar o fator de potência do isolamento; • medir e registrar as resistências dos isolamentos; • medir e registrar as relações de transformação; • medir e registrar as resistências ôhmicas; • retirada de uma amostra de óleo para análise físico-química; • verificar as condições das conexões do primário; • verificar as condições da caixa do secundário;
  41. 41. 41 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira • verificar o estado geral da fiação; • verificar o nível de óleo isolante, completar se necessário; • realizar inspeção final do equipamento. Para cada TC é estimada a utilização de 12 homens-hora. Revisão Geral Quando o TC apresenta anormalidades na análise do óleo ou nos ensaios funcionais realizados nas manutenções de 6 ou 12 anos, o mesmo é retirado de operação e é encaminhado para uma revisão geral em oficina. A presença de água no dielétrico formado por papel e óleo é uma das principais causas da deterioração dos TCs devido ao efeito direto sobre o envelhecimento da isolação e redução da rigidez dielétrica. O método da Secagem é utilizado para retirar a umidade da isolação sólida (papel, haste de madeira, outros) dos transformadores de corrente. Na Eletrosul, esse tipo de tratamento é realizado desde o início da década de 80 através da Autoclave. 45 A Autoclave da Eletrosul tem capacidade para secagem de um equipamento de 550kV ou seis de 242kV simultaneamente. O tratamento em autoclave consiste em submeter o equipamento a um ciclo combinado de aquecimento e vácuo com valores determinados. Existe um roteiro básico para os TCs que chegam à oficina da Eletrosul, que inclui: a) Desembalagem; b) Inspeção inicial; c) Lavagem; d) Remoção para sala de ensaios; e) Cadastramento do equipamento; f) Execução dos ensaios elétricos;
  42. 42. 42 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira g) Retirada da amostra de óleo; h) Verificação dos resultados dos ensaios; i) Circulação de óleo no TCs com fator de potência maior do que 1% para retirada de borras; j) Armazenamento na estufa a 70ºC por 24 horas para os TCs com fator de potência menor do que 1% e alta umidade da isolação; k) Desmontagem do TC; l) Lavagem do TC com óleo limpo e armazenamento da parte ativa na estufa a 70ºC; m) Tratamento da superfície; n) Montagem parcial com juntas de vedação novas; o) Execução do ensaio de polaridade; p) Tratamento de secagem em autoclave; q) Fechamento do equipamento; r) Repouso por 10 dias; s) Ensaios preliminares; t) Ensaio de estaqueidade; u) Ensaios e inspeções finais. Os ensaios iniciais permitem verificar em quais condições o TC foi retirado do campo. Os ensaios finais verificam se o equipamento está apto par entrar em operação. Os ensaios iniciais e finais do TC são: • Ensaios físico-químicos do óleo isolante; • Fator de potência da isolação; • Resistência ôhmica dos enrolamentos; • Resistência da isolação;
  43. 43. 43 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira • Polaridade; • Relação de transformação; • Medição do fator de dissipação (tg δ) e descarga parcial; • Tensão aplicada para equipamentos recuperados. Lembrando que todo este cronograma é feita pela concessionária Eletrosul, portanto é um método que eles usam e pode ser sujeito a modificação ficando ao encargo da concessionária ou proprietário destes transformadores. Normas As seguintes normas são aplicadas ao uso de TC’s e TP’s:  ABNT NBR 10020:2010 - Transformadores de potencial de tensão máxima de 15 kV, 24,2 kV e 36,2 kV — Características elétricas e construtivas  ABNT NBR 6855:2009 - Transformadores de potencial indutivos  ABNT NBR 10021:2010 - Transformador de corrente de tensão máxima de 15 kV, 24,2 kV e 36,2 kV — Características elétricas e construtivas  ABNT NBR 6856:1992 - Transformador de corrente  ABNT NBR 10021:2010 - Transformador de corrente de tensão máxima de 15 kV, 24,2 kV e 36,2 kV — Características elétricas e construtivas  IEC 60044 – 1 INSTRUMENT TRANSFORMERS – PART 1 – CURRENTE TRANSFORMERS.  IEC 60044 – 6 INSTRUMENT TRANSFORMERS – PART 1 – REQUERIMENTS FOR PROTECTIVE FOR TRANSIENT PERFORMANCE.IEEE C57.13 (ANSI), IEC SÉRIE 185, 186.
  44. 44. 44 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Preços Em relação aos TC’s e TP’s podemos encontras os mais variados preços devido aos seus materiais constituintes, sua função dentre outros. Abaixo estão alguns dos respectivos transformadores com os seus preços aproximados. Figura 37: TC Figura 38: TC Transformador de corrente Yem Características Corrente do primário 750A Corrente do secundário 5A Construção Blindada em epóxi Estado Seminovo Preço R$ 150,00 Obs: Pode ser usado como amperímetro CA 750/5A Transformador de Corrente Características Corrente do primário 50~2000A Corrente no secundário 5A Dimensões (mm) 53x155 Tamanho da janela (mm) 100x100 Frequência 50/60 Hz Classe de exatidão (%) 1 Preço R$ 108,00 Garantia 18 meses
  45. 45. 45 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Figura 39: TC Figura 40: TP Transformador de corrente SIEMENS Características Corrente primária Corrente secundária 200 A 5 A Massa 390 Kg Estado Usado Preço R$ 3000,00 Transformador de Potencial Características Fabricante Siemens Tensão primária 13,8 kV Tensão secundária 115 V Estado Usado Preço R$ 800,00 Garantia 1 ano
  46. 46. 46 Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira Fontes de consulta 1) Medição de energia elétrica, Medeiros Filho, Solon. 4° edição, livros técnicos e científicos editora. 2) http://www.siemens.com.br/templates/produto.aspx?channel=7598&produto=5507. Acessado em 07/04/2013. 3) http://www.industry.siemens.com.br/buildingtechnologies/br/pt/produtos-baixa- tensao/gerenciamento-de-energia/instrumentos-de-medicao/Documents/Catalogo- Instrumentos-mar2011.PDF. Acessado em: 02/04/2013. 4) Sassi, Medidores e transformadores elétricos, disponível em: http://www.sassitransformadores.com.br/site/transformadores.html?gclid=CObCodiVrLYCFQf qnAod3FcAXw, Acessado em: 02/04/2013. 5) http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo5_Revisao_1.pdf. Acessado em 07/04/2013.

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