UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA – UFVCENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS – CCE

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA - DEL

Medidas Elétricas e MagnéticasELT210

Prof. Tarcísio Pizziolo

AULA 08 – Transformadores para Instrumentos de Medição

TP’s e TC’s

Transformadores de Potência

1. Acoplamento de BobinasAs bobinas são constituídas por um fio enrolado as quais produzem um

fluxo φ de campo magnético ao serem percorridas por uma corrente alternada ousubmetidas a uma tensão alternada em seus terminais. Ao aproximarmos umabobina B1 energizada por uma fonte V1 a outra bobina B2 desenergizada, uma partedo fluxo φ de B1 provoca uma tensão V2 em B2. Em uma bobina com N espiras ofluxo total produzido será igual a:� � �.� [Wb] .

NOTA:Quando uma corrente I1 flui pela bobina B1 é produzido um fluxo magnético � enlaçando abobina B2 o qual produz, pela Lei de indução de Faraday , uma tensão nos terminais de B2.Quando uma carga ZL é conectada nos terminais de B2 há a circulação de uma corrente I2.

N1 N2V1 ~ ZL

s1 s2I1 I2

V1 V2

Bobina B1 Bobina B2

Fluxo φ

2. Transformadores de PotênciaO Transformador é uma aplicação clássica do indutor.Transformadores são equipamentos (máquinas elétricas estáticas)

que transformam os valores de tensões e correntes mantendo o valor dapotência relacionada a estas duas variáveis constante.

2.1. Transformadores IdeaisSão transformadores os quais o acoplamento entre as bobinas é

considerado perfeito, ou seja, não há perdas no fluxo de enlace entre asbobinas. Também não são consideradas as perdas no equipamento (EfeitoJoule, etc...).

MODELO ESTRUTURAL

v1 v2

φ

2.2 Relações de Tensões e Correntes em Transformadores IdeaisLei da indução magnética (Faraday) : “a tensão induzida em

uma bobina é igual à taxa de variação do fluxo magnético total que aenlaça”. Como o fluxo magnético total é dado por � � �.�, então:

��� �� ��λ

��� �.

�φ

��Assim sendo, a tensão induzida é diretamente proporcional aonúmero N de espiras da bobina.

MODELO CIRCUITALA Potência no primário têm que ser a mesma no secundário , então:

v1(t)

N1 N2

v2(t)

i1(t) i2(t)

v1(t) ~B1 B2

2

1

2

1

2221

21221121

1

2

2

12211

2211

221121

NN

vv

i.v)i.NN

.(vi.vi.vPP

:tensõesdasrelaçãoaPara

NN

ii

i.Ni.N

i).dtd

.N(i).dtd

.N(:dtd

.NvdoSubstituin

i.vi.vPP

====⇒⇒⇒⇒

⇒⇒⇒⇒====⇒⇒⇒⇒====⇒⇒⇒⇒====

====⇒⇒⇒⇒====⇒⇒⇒⇒

⇒⇒⇒⇒ϕϕϕϕ====

ϕϕϕϕϕϕϕϕ====

====⇒⇒⇒⇒====��

�����

��

�

����

��

6

2.3 Exemplo de Aplicação de Transformador Ideal

IDEAL

1) Qual é a relação de transformação do Transformador Ideal dado acima?2) Se a bobina (enrolamento) do primário possuir 500 espiras, quantas espiras terá

a bobina do secundário?3) Este Transformador Ideal (ou TRAFO IDEAL) acima apresenta quaiscaracterísticas de transformação em relação à tensão e à corrente?4) Devido à sua característica de transformação de tensão do primário para osecundário como o mesmo é classificado?5) Devido à sua característica de transformação de tensão do secundário para oprimário como o mesmo é classificado?

i1 i2v1 v2

Transformadores de Potencial

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3. Considerações sobre Transformadores para Instrumentos

São dispositivos utilizados de modo a tornar compatívelas faixas (escalas) de atuação dos instrumentos de medição,controle e/ou proteção.

Os medidores de grandezas elétricas são fabricados paramedição em baixa tensão e baixa corrente , o que impossibilitasua ligação direta nas linhas de Alta Tensão . Para estes casos énecessário utilizar transformadores especiais , denominados deTransformadores para Instrumentos que podem ser:

1- Transformador de Potencial (TP).2- Transformador de Corrente (TC).

Os TC’s e TP’s também servem como elementos de isolamentoentre os instrumentos ligados no secundário e o circuito de altatensão, reduzindo o perigo para o operador.

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4. Transformadores de Potencial

Os Transformadores de Potencial (TP’s) são equipamentos cujoenrolamento primário é conectado em derivação (ou paralelo) comum circuito elétrico de Alta Tensão e o enrolamento secundário édestinado a alimentar bobinas de potencial em Baixa Tensão deinstrumentos elétricos de medição, controle e proteção.

Transformador de Potencial(Abaixador)

Baixa Tensão

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- Por norma, a tensão secundária é de 115 V, nos TP’s empregadosem medição.

Alguns TP’s encontrados no mercado:2.300 / 115 V

13.800 / 115 V69.000 / 115 V

- Se em um TP de 13.800 / 115V for aplicada uma tensão de 13.440V no primário, no secundário teremos 112 V, mantendo a relação detransformação (a = 120).- Os TP’s são projetados para suportarem uma sobretensão de até10% em regime permanente;- Os TP’s alimentam instrumentos de alta impedância , como osvoltímetros, e assim a corrente secundária dos mesmo é muitopequena (praticamente vazios).

4. Transformadores de Potencial

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- Relação Nominal do TP (Kp):

- Relação Real (Kr):

- Fator de Correção da Relação (FCRp):

- Erro de Relação:

- Erro de Fase (ᵧ): defasagem entre a tensão medida do primário e

a do secundário;

Tensões para as quaiso TP foi construído!

Se modifica a cada nova medição, e depende da carga no secundário!

Estabelece limites inferior e superior para o FCRp

1 1

2 2

n

n

U nkp

U n= =

1

2

medida

medida

Ukr

U=

100%rP

p

kFCR

k= ×

100 PFCR∈= −

4.1 Características dos Transformadores de Potencial

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De acordo com a ABNT os TP’s são classificados em trêsdiferentes classes de exatidão , são elas:1- Classe de exatidão 0,3;2- Classe de exatidão 0,6;3- Classe de exatidão 1,2;

Para se estabelecer a classe de exatidão dos TP’s, são feitosensaios em vazio e depois com cargas padronizadas, sobre trêscondições de tensões: tensão nominal 100%, 90% da tensãonominal e 110% da tensão nominal.

Os TP’s utilizados em medição de energia elétrica para fins defaturamento devem possuir uma classe de exatidão de 0 ,3.

4.2 Classificação dos Transformadores de Potencial

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5. Classe de Exatidão de TP’s.

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5. Classe de Exatidão de TP’s.

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Ex.: ε = -0,2%FCRP = 100,2%

ᵧ = +20’

TP classe 1,2

5. Classe de Exatidão de TP’s.

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6. Foto de um TP.

- Primário com isolamento para Alta Tensão!- Secundário com isolamento para Baixa Tensão!

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- O TP é similar em construção a um pequenoTransformador de Potência , onde o primário possui muitasespiras com fios de bitola menores , sendo conectado aolado de Alta Tensão, enquanto o secundário é conectado aovoltímetro .

- Se um voltímetro estiver permanentemente ligado, a escalado aparelho é projetada para aparecer no visor a tensão dealta tensão, sem a necessidade de conhecer a relação detransformação.

6. Considerações Finais sobre Transformadores de Potencial

Transformadores de Corrente

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- Os transformadores de corrente (TC’s) são equipamentos quepermitem aos instrumentos de medição e proteção funcionaremadequadamente, sem que seja necessário possuírem correntesnominais de acordo com a corrente do circuito a qual estãoligados. Pois nos sistemas elétricos industriais os níveis decorrente envolvidos, geralmente são muito elevados para osequipamentos de medição e proteção.- Os TC’s possuem um enrolamento primário com poucasespiras e fios de bitolas maiores , suportando uma alta corrente.- Em geral a saída no secundário é de 5 A, quando no primáriopassa a corrente nominal.

Alguns TC’s de mercado:200 / 5 A500 / 5 A

1000 / 5 A- Impedância do secundário baixa:- Transformador praticamente com secundário em curto-circuito!

1. Transformadores de Corrente

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Existem vários tipos de transformadores de corrente, os principaissão:�Tipo Barra: o enrolamento primário é uma barra fixada nonúcleo do TC.

Tipo Barra

Tipo Enrolado

S2

S1

P1 P2

S2

S1P1

P2

2. Tipos de Transformadores de Corrente

�Tipo Enrolado: o primário e o secundário são enrolados em ummesmo núcleo.

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�Tipo janela: não possui primário próprio sendo construído comuma abertura através do núcleo por onde passa o condutor docircuito primário formando uma ou mais espiras.

�Tipo núcleo dividido: tipo de TC janela onde a parte do núcleoé separável facilitando o enlaçamento do condutor primário

Tipo Janela

Tipo Núcleo Dividido

S1

S2

S1

S2

2. Tipos de Transformadores de Corrente

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6. Foto de um TC.

- Primário com fios de bitolas maiores!- Secundário com fios de bitolas menores!