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7/23/2019 ASP I - aula 8 http://slidepdf.com/reader/full/asp-i-aula-8 1/47 Transformadores de instrumentos: Transformadores de Potencial ( TP’s ) e Transformadores de Corrente (TC’s) Universidade Federal de Rio Grande do Norte Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica

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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 

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