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Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina EEL505 - Medidas
TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS
Transformadores de Corrente Prof. Fernando Belchior – Março/2009
Transformador de Potencial e de Corrente
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE
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Transformador de Potencial e de Corrente
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TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS TRANSFORMADORES DE CORRENTE a) b) c) d) e) f) g) h)
Considerações Iniciais Paralelogramo de Exatidão Exatidão Curva de Magnetização Enrolamentos Distribuídos Principais Características Características Construtivas Características Básicas para Seleção de TC
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CONSIDERAÇÕES INICIAIS O TC tem o primário em série com o circuito que se deseja fazer a medição ou a proteção. Obedece também o mesmo princípio da transformação eletromagnética, porém com duas condições especiais de funcionamento:
1) A
corrente primária é absolutamente independente do transformador propriamente dito.. dito 2) Funciona praticamente em curto--circuito curto circuito.. Prof. Fernando Belchior – Março/2009
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CONSIDERAÇÕES INICIAIS Instalação: Externa ou interna. Representação:
Relação de transformação:
I1
n1
I2
n2
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Zc
KTC =
I1n n2 = de Potencial e de Corrente I 2 n Transformador n1
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CONSIDERAÇÕES INICIAIS I1
I2 Io
L2
R2
V1
Iw
Iμ
V2
Z
Circuito Equivalente Zc
Em um TC as causas dos erros se apresentam de uma forma completamente diferente: as impedâncias primárias não exercem qualquer influência sobre a precisão do TC, somente t introduzindo i t d i d uma impedância i dâ i em série é i com a linha, li h a quall pode d ser desprezada. Assim, o erro será unicamente devido à corrente de magnetização I0.
I1 = I2 + I0
ε=
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I1 − I 2 I ⋅100 = 0 ⋅100% I1 I1 Transformador de Potencial e de Corrente
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CONSIDERAÇÕES INICIAIS Exatidão: Fatores de influência: ‐ Projeto e construção; ‐ Condições do sistema elétrico (freqüência, formas de onda, campos magnéticos intensos); ‐ Carga conectada no secundário do TC. Para serviço de medição: É o máximo erro admissível que o TC pode introduzir na medição de uma potência. Classes: 0 3%; Classes: 0,3%; V I Carga (ϕ) 0,6%; 1,2%; I’ 3%. W
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Erro de relação %
TRANSFORMADORES DE CORRENTE PARALELOGRAMO DE EXATIDÃO
1,014
‐1,40
1,2%
‐1,20
1,012 1,010
‐1,00 ‐0,80 ‐0,60
0 6% 0,6%
1,008 1,006
0,3%
‐0,40
1,004
‐0,20
1,002
0
1,000
+0,20
0,998
+0,40
0,996
+0,60
0,994
+0,80
0,992
+1,00
0,990
+1,20
0,988
+1,40 70 60 50 40 30 20 10 ‐
0
0,986 10 20 30 40 50 60 70 +
Ângulo de fase (δ) em minutos
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE EXATIDÃO Exatidão para serviço de proteção: É o máximo má imo valor alor admissível admissí el de erro relativo relati o entre as correntes primária e secundária, desde a corrente nominal até 20 vezes a corrente nominal do TC. Classes: 5% e 10% Conforme descrito anteriormente, o erro de precisão nos TC’s é função da corrente de magnetização I0, que está relacionada à tensão E2, desenvolvida no secundário por uma relação não-linear, que é dada pela curva de magnetização do transformador. Concluímos também que, para uma corrente secundária I2 e um número de ampéresvolta secundários n2I2, aparecerá nos terminais secundários (incluindo o consumo interno) uma tensão V2 = ZI2. A essa tensão corresponde uma indução β e um campo H, dos quais se deduz o número de ampéres-volta de excitação n2I0, que se pode representar pelas suas duas componentes: a componente ativa n2Iw e a componente reativa n2Iμ. Prof. Fernando Belchior – Março/2009
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CURVA DE MAGNETIZAÇÃO
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CURVA DE MAGNETIZAÇÃO
Melhoria da Precisão • Para se obter a melhor precisão de um TC, deve-se reduzir I0 ao mínimo. I Isso é possível í l de d duas d maneiras: i 1.
Utilizando núcleos com as melhores qualidades magnéticas β II 15000 I III 5000
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE ENROLAMENTOS DISTRIBUÍDOS Diminuir o valor de E2.
kE2 β= n2 f Sch ⇒
I1
I2 L2
V1
Iw
G E 2 = ZT I2
R2 Z
2.
Iμ
V2
Zc
Tornar os valores de R2 e L2 os menores possíveis. • R2 até o limite tecnicamente viável • X2 ≅ 0 !!!
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ENROLAMENTOS DISTRIBUÍDOS
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS Tipos Construtivos Isolamento : De acordo com classe de tensão - A seco (resina epoxi) – até 34,5 kV; - Papel impregnado em óleo.
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE Tipos Construtivos PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS Isolamento: Para uso externo e interno
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E t Externo
Interno
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS Tipos Construtivos Isolamento: Para uso externo e interno
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE Tipos Construtivos
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
- enrolado; - barra; - núcleo bipartido; - janela; - pedestal; - um ou mais secundário OBS.: i ) cada secundário significa um núcleo / enrolamento. enrolamento ii) secundário de medição‚ diferente de secundário de proteção e um não pode ser utilizado como outro e vice-versa.
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE Tipos Construtivos
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
Na maioria dos casos, casos um TC comporta vários núcleos, núcleos cada um com um enrolamento secundário, porém o enrolamento primário e o isolamento são comuns. Os núcleos são destinados a diferentes funções, como, por exemplo, um núcleo que alimenta aparelhos de medição e um ou vários outros destinados a alimentar relés de proteção. Deve-se notar que, em uma construção normal, o funcionamento de cada núcleo é independente dos demais. Pode-se muito bem escolher relações de transformação diferentes para otimizar a construção e, por exemplo, definir o núcleo de medida ap partir d da máxima co corrente e e de ccarga g e os núcleos úc eos de p proteção o eç o eem função u ç od da corrente de falta. Medição
Proteção
400‐5A
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2000‐5A
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS Sinais Padronizados • ( - ) correntes nominais de enrolamentos diferentes • ( : ) exprimir relações nominais • ( / ) separa correntes primárias ou relações obtidas por derivações secundárias. Ex.: 150/200 – 5A • ( x ) separa correntes primárias ou relações obtidas por bobinas série-paralelas no primário. Ex.: 100x200 – 5A • Ex.: 150x300x600-5A
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC 9 Corrente nominal As correntes e relações normalizadas estão indicadas na norma NBR 6856 - 1992
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC 9 Corrente nominal Notas: • Escolhe-se a corrente nominal normalizada sempre acima da corrente de serviço e verifica-se a condição 20xIn no caso de TC’s de proteção. • Corrente de 1 A deve ser escolhida, sempre que o comprimento da fiação entre o TC e os aparelhos for relativamente grande, causando quedas de tensão acima de 10%. • No caso de TC’s com várias relações, todas elas devem estar contidas nas tabelas. • Os TC’s devem ser selecionados para serviço de medição, de tal modo que a corrente de serviço esteja compreendida entre 10% e 100% da corrente nominal primária. Prof. Fernando Belchior – Março/2009
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC 9 Nível de isolamento: idem TP TP'ss 9 Fator térmico: É um fator multiplicativo da corrente nominal, para o qual o TC poderá funcionar em regime permanente sem exceder o seu limite de temperatura. Por norma Ö ft: 1,0 - 1,2 - 1,3 - 1,5 - 2,0
Ex. TC 1000 – 5, ft = 1.2 Ö 1200 – 6 A continuamente
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC 9 Classe e carga de exatidão Medição ç : - Classes: 0,3% ; 0,6% e 1,2% - Carga: ABNT – NBR 6856 Designação C2,5 C5,0 C12,5 C25 C50 C100 C200
IEEE ANSI C57.13 - 2008
VA
f.p
2,5 5,0 12,5 25 50 100 200
0,9 0,9 0,9 0,5 0,5 0,5 0,5
B0,1 B0,2 B0,5 B1,0 B2,0 B4,0 B8,0
OBS.: A norma americana IEEE especifica o "BURDEN" em ohms
de Potencial e de Corrente Prof. Fernando Belchior – Março/2009 Ex.: 0,6C50 ou Transformador 0,6B2,0
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARGA DE EXATIDÃO As cargas padronizadas dos TC’s são designadas pela letra “C” seguida do número ú d volt-ampére de lt é correspondente d t a corrente t secundária dá i nominal. i l
0 3C25 0,3C25
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC Proteção : É importante fazer uma comparação entre algumas normas: 1 - Antiga norma americana (ASA) A classe de exatidão ‚ designada por 2 símbolos H - Alta impedância (High) L - Baixa impedância (Low) Também é especificada a tensão secundária nominal: aquela que o TC fornece para uma determinada carga padrão, quando a corrente secundária for igual a 20 vezes a corrente nominal. O erro não deve ultrapassar 10% ou 2,5% conforme especificado.
Ex. : 10 H 100 100 Volts (20xIn) => Z = 1 [Ω] ou 25 [VA] Tipo alta impedância (High) 10 % é a exatidão
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC 2 - ANSI IEEE - C57.13 - 2008 A classe de exatidão para TC de proteção‚ designada por 2 símbolos que descrevem efetivamente o desempenho para o estado permanente. C - (Calculated) : São os TC’s nos quais o fluxo de dispersão no núcleo não tem efeito apreciável na relação de transformação dentro de limites de corrente (1 a 20 x In) e carga padrão. A relação pode ser calculada através das curvas de excitação e circuitos equivalentes. T - (Tested) : São os TC’s nos quais o fluxo de dispersão no núcleo tem efeito apreciável na relação de transformação dentro de limites de corrente (1 a 20 x In) e carga padrão. Um efeito apreciável é definido como uma diferença de 1% entre a correção de relação atual e a correção de relação calculada usando-se usando se curvas de excitação. excitação Essa relação deve ser testada. Também é especificada a tensão secundária nominal: aquela que o TC fornece para uma determinada carga padrão, quando a corrente secundária for igual a 20 vezes a corrente nominal. O erro não deve ultrapassar 10% ou 2,5% conforme especificado.
Ex. :
T 100
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC 2 - ANSI IEEE - C57.13 - 2008 T - (Tested) : Ex. : T 100
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC 3 - ABNT - EB-251/1972 Os TC's para proteção são especificados: A - alta impedância (a reatância secundária não pode ser desprezada) B - baixa impedância (a reatância secundária pode ser desprezada) Classe : 2,5% ou 10% ε20% é o erro percentual quando a corrente nominal secundária (Ins) atinge 20 vezes o seu valor. Carga nominal ‚ especificada em VA. Ex. : A 10 F20 C25 Prof. Fernando Belchior – Março/2009
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC 4 - ABNT - NBR6856 - SET - 1981 Os TC's de proteção devem ser enquadrados numa das seguintes classes de exatidão: 5 ou 10%. Considera-se que um TC de proteção está dentro de classe de exatidão se o seu erro de relação percentual não ultrapassar o valor especificado, desde a corrente secundária nominal até 20 vezes a mesma, com carga igual ou inferior a nominal. B - (Baixa (B i reatância) tâ i ) - O erro de d relação l ã percentual t l pode d ser determinado d t i d por cálculo uma vez que a reatância de dispersão do enrolamento secundário pode ser desprezada. A - (Alta reatância) - TC de alta reatância cujo erro de relação percentual deve ser determinado por ensaio de exatidão. Prof. Fernando Belchior – Março/2009
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC Tensão secundária nominal: É a tensão que aparece nos terminais da carga nominal imposta ao TC, quando a corrente atinge 20 vezes a corrente secundária nominal, sem que o erro exceda ao valor especificado (5 ou 10%). Ex. :
10 A 100
OBS.: A classe de exatidão em TC's com derivação no secundário, refere-se somente ao funcionamento com o maior número de espiras.
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE CARACTERÍSTICAS BÁSICAS PARA A SELEÇÃO DE TC Observação final
Nunca abrir o secundário de um TC quando o mesmo estiver energizado!
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Obrigado pela atenção !! FIM Prof. Fernando Belchior – Março/2009
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