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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
ESCOLA POLITÉCNICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
CONSOLIDAÇÃO DO MATERIAL
DIDÁTICO DA DISCIPLINA DE EQUIPAMENTOS
ELÉTRICOS – TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTO.
THAIS DE SOUZA DA SILVA
Orientador:
Prof. Jorge Nemésio Sousa, M. Sc
Rio de Janeiro, RJ - Brasil
Junho de 2014
ii
CONSOLIDAÇÃO DO
MATERIAL DIDÁTICO DA DISCIPLINA DE
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS – TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS
Thais de Souza da Silva
PROJETO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA.
Aprovado por:
________________________________________
Prof. Jorge Nemésio Sousa, M. Sc.
(Orientador)
_________________________________________
Prof. Antonio Carlos Siqueira de Lima, D.Sc
_________________________________________
Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
JUNHO, 2014
iii
RESUMO
A elaboração deste trabalho visou reunir em um só documento todas as informações
necessárias para a especificação de transformadores de instrumento, isto é, transformadores de
potencial e de corrente. Seu objetivo principal é fornecer aos estudantes da disciplina de
equipamentos elétricos meios suficientes para compreender o funcionamento dos diferentes
tipos desses equipamentos e determinar o mais adequado em cada função para cada tipo de
instalação.
Dentre os tópicos abordados nesse material, podem-se destacar as diferenças entre os
tipos de transformadores de potencial e de corrente, suas principais características, suas
funções, modos de operação, modelos, acessórios, principais fabricantes, suas vantagens e
desvantagens, o fornecimento de valores normatizados e os meios de dimensioná-lo e selecioná-
lo para determinada aplicação.
As informações aqui coletadas foram obtidas da literatura vigente sobre o assunto,
publicações de fabricantes, notas de aula e da experiência obtida ao longo de um ano de trabalho
no setor de pesquisa de TP e TC.
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 4.1: TC tipo primário enrolado......................................................................................19
Figura 4.2: TC tipo barra...........................................................................................................19
Figura 4.3: TC tipo janela.........................................................................................................19
Figura 4.4: TC tipo bucha.........................................................................................................20
Figura 4.5: TC tipo núcleo dividido..........................................................................................21
Figura 4.6: TC tipo vários núcleos............................................................................................22
Figura 4.7: TC posição livre.....................................................................................................22
Figura 4.8 TC tipo pedestal......................................................................................................23
Figura 4.9: TC tipo invertido....................................................................................................23
Figura 5.1: Nomenclatura de transformador de corrente..........................................................25
Figura 5.2: Indicação de polaridade de um transformador de corrente....................................26
Figura 5.3: marcação de terminais de relação única................................................................27
Figura 5.4: marcação de transformador de corrente religável..................................................27
Figura 5.5: marcação de terminais de relações múltiplas.........................................................27
Figura 5.6: marcação de terminais com duas relações com derivação no primário.................28
Figura 5.7: marcação de terminais com duas relações com derivações no secundário.............28
Figura 5.8: marcação de terminais com dois enrolamentos primários......................................28
Figura 5.9: marcação de terminais com dois enrolamentos secundários..................................28
Figura 6.1: Gráfico Is x Vs........................................................................................................36
Figura 6.2: Circuito equivalente de um Transformador de Corrente.......................................45
Figura 6.3: Curva de exatidão de um transformador de corrente – tensão secundária x corrente
de exatidão................................................................................................................................45
Figura 8.1: Exemplificação de um TPC - capacitor de acoplamento + TPI...............................53
Figura 8.2: Circuito com os componentes de um TPC...............................................................54
Figura 8.3: Componentes do TPC...............................................................................................54
Figura 8.4: Esquema elétrico do TPC.........................................................................................55
Figura 8.5: Circuito equivalente de um TPC..............................................................................56
Figura 9.1: Circuito equivalente de um TPI a frequência industrial.........................................58
Figura 9.2: Exemplo de um Sistema.........................................................................................59
Figura 9.3: Característica típica B x H de um material ferromagnético..................................60
Figura 9.4: Exemplificação dos três grupos de TPI pela ABNT..............................................61
Figura 9.5: Sistema a 2,4 kV neutro aterrado ou não aterrado................................................64
v
Figura 9.6: Sistema a 4,16 kV neutro aterrado ou a 4 fios.......................................................65
Figura 9.7: Sistema a 2,4 kV neutro aterrado ou não aterrado................................................66
Figura 9.8: Sistema a 2,4 kV neutro aterrado ou não aterra....................................................66
Figura 9.9: Ligação do transformador de potencial entre fase-terra.......................................67
Figura 9.10: Sistema fase-neutro 4,16 kV, aterrado ou a 4 fios..............................................69
Figura 9.11: Sistema neutro aterrado ou isolado. Fase e neutro conectados na mesma tensão
(2,4 kV) ................................................................................................................................... 69
Figura 9.12: Sistema de 69 kV com neutro aterrado ou isolado, onde o terminal primário de
cada transformador não é totalmente isolado e conectado a terra.............................................70
Figura 10.1: Marcação de terminais de conjunto de medições com três transformadores de
potencial e três de corrente ......................................................................................................83
Figura 10.2: Marcação de terminais de conjunto de medições com dois transformadores de
potencial e dois de corrente.....................................................................................................83
vi
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1: Tabela de classe térmica.......................................................................................19
Tabela 6.1: Relações nominais simples...................................................................................30
Tabela 6.2: Relações nominais duplas para ligação série/paralelo no enrolamento primário.30
Tabela 6.3: Relações nominais múltiplas obtidas por combinações e derivações no
enrolamento secundário............................................................................................................31
Tabela 6.4: Nível Básico de Isolamento para transformadores de corrente............................33
Tabela 6.5: Níveis de isolamento para equipamento de tensão máxima não inferior a 92 kV e
não superior a 242 kV...............................................................................................................33
Tabela 6.6: Níveis de isolamento para equipamento de tensão máxima não inferior a 362 kV e
não superior a 765 kV...............................................................................................................34
Tabela 6.7: Tensão suportável nominal à frequência industrial para transformador de corrente
de tensão máxima não inferior a 362 kV e não inferior a 765 kV............................................34
Tabela 6.8: Cargas nominais para TC com 5A de corrente secundária e fp 0,9 pela ABNT...37
Tabela 6.9: Cargas nominais para TC com 5A de corrente secundária e fp 0,5 ......................37
Tabela 6.10: Cargas nominais para TC de 5A de corrente secundária pela ANSI..................38
Tabela 6.11: Quadro Comparativo das Cargas Nominais e Normas ......................................39
Tabela 6.12: FCT - Fatores de correção de relação padronizados pelas normas.....................41
Tabela 6.13: Tabela de classe de precisão................................................................................43
Tabela 6.14 - Tensão secundária normalizada..........................................................................46
Tabela 6.15: Fatores térmicos nominais...................................................................................48
Tabela 7.1: Tipo de transformador de potencial.........................................................................52
Tabela 9.1: Tensões primárias nominais e relações nominais..................................................63
Tabela 9.2: Tabela de tensões nominais do grupo 1.................................................................65
Tabela 9.3: Tabela de tensões nominais do grupo 2.................................................................66
Tabela 9.4: Tensões nominais do grupo 3................................................................................68
Tabela 9.5: Tensões nominais do grupo 4.................................................................................70
Tabela 9.6: Tensões nominais do grupo 5.................................................................................71
Tabela 9.7: Níveis de isolamento para Vmáx ≤ 242 kV..........................................................71
Tabela 9.8: Níveis de Isolamento para Vmáx ≤ 362 kV...........................................................72
Tabela 9.9: Carga nominal ANSI..............................................................................................73
Tabela 9.10: Cargas nominais ABNT............................................................... .........................74
Tabela 9.11: Classes de exatidão..............................................................................................75
vii
Tabela 9.12: Classes de exatidão TP de medição.....................................................................76
Tabela 9.13: Classes de exatidão TP de proteção.....................................................................76
Tabela 9.14: fator de sobretensão.............................................................................................76
Tabela 9.15: Elevação de temperatura......................................................................................77
Tabela 9.16: Limite de elevação de temperatura.......................................................................79
Tabela 9.1: Sinais para separação de tensões nominais e relações nominais............................80
Tabela 9.2: Exemplos de marcação de terminais TP.................................................................84
Tabela 11.2: Exemplos de marcação de terminais.TC...............................................................85
viii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
°C Grau Celsius - unidade de temperatura
Ω Ohm - unidade de resistência elétrica
A Ampère - unidade de corrente elétrica
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
AC ou CA Corrente elétrica alternada
ANSI American National Standards Institute
DC ou CC Corrente elétrica contínua
FCR Fator de correção da relação
FCT Fator de correção de transformação
FS Fator de sobrecorrente
FScont Fator de sobretensão continuo
IEC International Electrotechnical Commission
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
m Metro - unidade de distância
NBR Sigla de Norma Brasileira aprovada pela ABNT
NBI Nível básico de isolamento
PLC Power line carrier
Pterm Potencia térmica nominal
RM Relações múltiplas
SF6 Hexafluoreto de enxofre
TC Transformador de Corrente
TP Transformador de Potencial
TPC Transformador de Potencial Capacitivo
TPI Transformador de Potencial Indutivo
VA VoltAmpere - unidade de potência elétrica
V Volt - unidade de tensão elétrica
W Watt - unidade de potência elétrica
ix
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 1
1.1. PROPOSTA .................................................................................................................... 1
1.2. MOTIVAÇÃO ................................................................................................................. 1
1.3. OBJETIVO DO ESTUDO ................................................................................................. 1
1.4. RELEVÂNCIA DO ESTUDO ............................................................................................ 2
1.5. LIMITAÇÕES DO ESTUDO ............................................................................................. 2
1.6. ORGANIZAÇÃO DO ESTUDO ......................................................................................... 2
1.7. METODOLOGIA DA PESQUISA ...................................................................................... 4
1.7.1 Introdução .................................................................................................................. 4
1.7.2. Etapas da Pesquisa ................................................................................................... 4
1.7.3 Definição de Pesquisa ................................................................................................ 4
1.7.4 Classificação e Tipos de Pesquisa ........................................................................... 5
2 REFERENCIAL TEÓRICO .............................................................................................. 7
2.1 NORMAS ........................................................................................................................... 8
2.2 ISOLAÇÃO dE EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS ..................................................................... 8
2.3 MATERIAL ISOLANTE ELÉTRICO ..................................................................................... 9
2.3.1 Termos e definições ................................................................................................... 9
2.3.2 Escolha do Material Isolante Elétrico ............................................................ 10
2.3.3 Classificação das Substâncias Isolantes Segundo a Natureza .......................... 10
2.3.4 Classificação das Substâncias Isolantes Segundo as Classes a Temperatura 11
3 TRANSFORMADOR DE INSTRUMENTO ................................................................. 12
3.1.TRANSFORMADOR DE CORRENTE ................................................................................. 13
3.2 FINALIDADES DO TC ..................................................................................................... 13
3.3 APLICAÇÃO DO TC ........................................................................................................ 13
4 ESPECIFICAÇÃO DE TRANSFORMADOR DE CORRENTE ................................. 14
x
4.1 INSTALAÇÃO .................................................................................................................. 14
4.1.1 Condições Especiais de Instalação ........................................................................ 14
4.2 TIPO DE SERVIÇO ........................................................................................................... 15
4.2.1 TC de Proteção ......................................................................................................... 15
4.2.2 TC de Medição ......................................................................................................... 15
4.2.3 Diferença entre TC de Proteção e Medição ........................................................ 16
4.3 TIPO DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA ............................................................................... 16
4.3.1 Primário Enrolado ................................................................................................... 16
4.3.2 Tipo Barra ................................................................................................................. 17
4.3.3 Tipo Janela ............................................................................................................... 17
4.3.4 Tipo Bucha ................................................................................................................ 18
4.3.5 Tipo Núcleo Dividido .............................................................................................. 18
4.3.6 Tipo com Vários Enrolamentos Primários .......................................................... 19
4.3.7 Vários Núcleos .......................................................................................................... 20
4.3.8 Posição Livre ............................................................................................................ 20
4.3.9 Tipo Pedestal ........................................................................................................... 21
4.3.10 Tipo Invertido ........................................................................................................ 21
5 REPRESENTAÇÃO DE UM TRANSFORMADOR DE CORRENTE ....................... 23
5.1 MARCAÇÃO DOS TERMINAIS ......................................................................................... 24
6 CARACTERÍSTICAS PARA ESPECIFICAÇÃO DE TRANSFORMADOR DE
CORRENTE .......................................................................................................................... 27
6.1 CORRENTE PRIMÁRIA NOMINAL E RELAÇÃO NOMINAL .............................................. 27
6.2 TENSÃO MÁXIMA E NÍVEIS DE ISOLAMENTO ............................................................... 31
6.3 FREQUÊNCIA NOMINAL ................................................................................................. 33
6.4 CARGAS NOMINAIS PARA TRANSFORMADORES DE CORRENTE ................................... 33
6.4.1 Tensão Secundária Nominal .................................................................................. 34
6.4.2 Cargas Nominais para Transformadores de Corrente – Nomenclatura ........ 35
xi
6.5 CLASSE DE EXATIDÃO ................................................................................................... 37
6.5.1 Transformadores de Corrente para Serviço de Medição ................................. 37
6.5.2 Transformadores de Corrente para Serviço de Proteção ................................. 42
6.5.3 Cálculo da Exatidão de um Transformador de Corrente ................................. 43
6.5.4 Formas de Especificação da Classe de Exatidão ................................................ 44
6.6 Tensão Secundária Normalizada ............................................................................. 44
6.6.1 Classificação para Corrente Secundária Diferente de 5 A ............................... 45
6.7 FATOR DE SOBRECORRENTE NOMINAL ......................................................................... 45
6.8 FATOR TÉRMICO NOMINAL ........................................................................................... 45
6.9. LIMITE DE CORRENTE DE CURTA DURAÇÃO NOMINAL PARA EFEITO TÉRMICO ....... 46
6.10 LIMITE DE CORRENTE DE CURTA DURAÇÃO NOMINAL PARA EFEITO MECÂNICO ... 47
6.11 TIPO DE INSTALAÇÃO .................................................................................................. 48
7 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL ....................................................................... 49
7.1 FINALIDADE ................................................................................................................... 49
7.2 TIPO ................................................................................................................................ 49
8 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO (TPC) .................................. 51
8.1.VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO TPC ........................................................ 51
8.2 CIRCUITO EQUIVALENTE ............................................................................................... 53
9 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL INDUTIVO .................................................. 55
9.1 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM TPI ............................................................................ 55
9.2.DESEMPENHO TRANSITÓRIO ......................................................................................... 57
9.3 CONSTITUIÇÃO DOS TPI - ABNT NBR 6855 ............................................................... 58
9.4 FERRO-RESSONÂNCIA ................................................................................................... 59
9.5 CARACTERÍSTICAS PARA ESPECIFICAÇÃO DE UM TRANSFORMADOR DE POTENCIAL . 60
9.6 CARACTERÍSTICAS NOMINAIS ....................................................................................... 61
9.6.1 Tensão Primária Nominal e Relação Nominal – ABNT .................................... 61
9.6.2 Tensão Primária Nominal e Relação Nominal – ANSI ..................................... 62
xii
9.6.3 Níveis de Isolamento ............................................................................................... 69
9.6.4 Frequência Nominal ................................................................................................ 70
9.6.5 Cargas Nominais ...................................................................................................... 70
9.6.6 Classe de Exatidão Nominal .................................................................................. 72
9.6.7 Fator de Sobretensão .............................................................................................. 74
9.6.8 Potência Térmica Nominal – Pterm ..................................................................... 75
9.7 CONDIÇÕES DE FUNCIONAMENTO ................................................................................. 76
9.7.1 Quanto à Exatidão ................................................................................................... 76
9.7.2. Quanto a Elevação de Temperatura .................................................................... 76
10 REPRESENTAÇÃO ...................................................................................................... 78
10.1 TENSÃO NOMINAL E RELAÇÕES NOMINAIS ................................................................ 78
10.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS ................................................................................. 80
11 CONCLUSÃO ............................................................................................................... 84
11.1 SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS ......................................................................... 84
1
1 INTRODUÇÃO
1.1. PROPOSTA
Este trabalho visa atender à necessidade da consolidação do material didático para a
disciplina de Equipamentos Elétricos, no tópico dos transformadores de potencial e de corrente.
O trabalho busca apresentar ao aluno de engenharia elétrica um material prático com
apresentação concisa e, também, facilitar a ação do professor, já que incorpora seus
apontamentos de aula.
1.2. MOTIVAÇÃO
Este trabalho foi motivado pela falta de material específico sobre esse assunto no
mercado, e pela necessidade de organizar o material didático vigente na disciplina de
equipamentos elétricos e pelo interesse do professor Jorge Nemésio Sousa em transformar este
assunto em um tema para o PG - Projeto de Graduação.
Foi motivado também pelo meu interesse sobre o assunto cursando a disciplina, e pela
minha necessidade na pratica fazendo projetos onde necessito especificar esses equipamentos.
1.3. OBJETIVO DO ESTUDO
O objetivo do presente trabalho é a consolidação do material didático que contribua na
formação de engenheiros eletricistas fornecendo aos estudantes meios suficientes para
compreender o funcionamento desses equipamentos e para determinar o mais adequado para
cada tipo de instalação.
Para isso, são fornecidos todos os valores normatizados, inclusive meios para
especificação desses equipamentos conforme sua instalação, incluindo também suas
características e funções.
Além disso, são disponibilizados os tipos com seus respectivos componentes, o
princípio de funcionamento e suas características.
2
1.4. RELEVÂNCIA DO ESTUDO
A ideia básica por trás da disciplina de Equipamentos Elétricos é que os alunos tenham
meios para conhecer e compreender bem os diferentes equipamentos elétricos ministrados ao
longo de toda a sua formação. Os futuros engenheiros devem estar preparados para o dinamismo
do mercado de trabalho e ter ciência de que não devem somente conhecer o funcionamento dos
equipamentos, máquinas e circuitos, mas também entender sua complexidade de concepção e
suas respectivas áreas de atuação.
1.5. LIMITAÇÕES DO ESTUDO
O tema abordado neste trabalho é complexo, até mesmo para os profissionais mais
experientes da área. A quantidade de material disponível é grande e está em constante
atualização, para incorporar as novas tecnologias aplicáveis e incluir novas abordagens sobre o
assunto. A vasta documentação existente permitiria que cada um dos capítulos apresentados
neste trabalho pudesse ser estendido para a elaboração de um PG específico sobre o tema em
questão. Boa parte do material é baseada nas informações contidas em norma, salvo algumas
publicações, catálogos e estudos específicos sobre determinado assunto, conforme a
bibliografia.
1.6. ORGANIZAÇÃO DO ESTUDO
O trabalho está organizado em 11 capítulos, compostos da seguinte maneira:
Capítulo 1 – Introdução: apresenta os aspectos gerais dos assuntos contemplados no
estudo, introduzindo a proposta, a motivação, as considerações iniciais, o objetivo, a relevância
e as limitações do estudo.
Capítulo 2 – Referencial Teórico: aponta as principais fontes consulta das para a revisão
bibliográfica da literatura disponível, que serviu como embasamento do estudo.
3
Capítulo3 – Conceitos básicos dos transformadores de corrente: introduz o estudante
nos primeiros conceitos sobre o TC. Neste capítulo são apresentados o tema, as finalidades e as
aplicações desse equipamento.
Capítulo 4 – Especificação dos transformadores de corrente: apresenta as características
de instalação desse equipamento, o serviço desempenhado pelo TC e os tipos existentes devido
às diferentes construções mecânicas.
Capítulo 5 – Representação de um transformador de corrente: são apresentadas, de
maneira didática, as formas de representar o TC e de fazer a marcação dos terminais.
Capítulo 6 – Nesse capítulo são apresentadas as características necessárias para a
especificação do transformador de corrente.
Capítulo 7 – Conceitos básicos dos transformadores de potencial: introduz o estudante
nos primeiros conceitos sobre o TP. São apresentadas as finalidades e as aplicações desse
equipamento.
Capítulo 8 – Transformador de potencial capacitivo: são abordados os conceitos do
TPC, apresentadas as vantagens e desvantagens de seu uso, os seus componentes e o circuito
equivalente.
Capítulo 9 – Transformador de potencial indutivo: são abordados os principais
conceitos e suas respectivas características.
Capítulo 10 – Representação de um transformador de potencial: são apresentadas de
maneira didática as formas de representar o TP e identificação dos terminais
Capítulo 11 – Conclusão: apresenta uma análise conclusiva a respeito do trabalho
desenvolvido e comentários a ele relacionados.
4
1.7. METODOLOGIA DA PESQUISA
1.7.1 Introdução
A metodologia de pesquisa implementada para a elaboração desse projeto é mostrada
nesse capítulo, com detalhamento das etapas desta pesquisa.
A divisão se deu da seguinte forma:
1 – Escolha do tema.
2 - Definição do objetivo do estudo.
3 - Revisão bibliográfica.
4 - Metodologia.
5 - Redação e elaboração do trabalho.
6 - Conclusão.
1.7.2. Etapas da Pesquisa
A primeira etapa do estudo foi a escolha do tema a ser explorado.
Na segunda, definiu-se o objetivo do estudo.
A terceira fase deste processo foi a revisão bibliográfica, em que foram reunidos os
materiais utilizados como fonte para sua realização. Cada uma dessas fontes é citada ao final
do presente trabalho, na seção Referências Bibliográficas.
A quarta etapa se constitui no desenvolvimento da metodologia implementada, que é o
assunto tratado neste capítulo.
O trabalho que se estende do capítulo 1 ao 10, consiste na quinta fase do projeto, a
redação e elaboração.
Finalmente, no capítulo 11 é apresentada a última etapa, a análise conclusiva do
trabalho.
1.7.3 Definição de Pesquisa
Antes de darmos continuidade à metodologia de pesquisa adotada, é importante
esclarecer o que se entende por pesquisa, pois existem várias formas de definição.
5
Segundo SANTOS (apud SOARES, 2008), o ato de pesquisar é “o exercício intencional
da pura atividade intelectual, visando melhorar as condições práticas da existência”.
A pesquisa constitui-se em um conjunto de procedimentos que visam produzir um novo
conhecimento e não reproduzir, simplesmente, o que já se sabe sobre um dado objeto em um
determinado campo científico.
Portanto, o ato da pesquisa engrandece não só o pesquisador, como também a
humanidade, já que contribui para o avanço da ciência e para o desenvolvimento social.
1.7.4 Classificação e Tipos de Pesquisa
A classificação de uma pesquisa pode ser realizada de diversas formas, de acordo com
os critérios. As formas mais clássicas são feitas segundo a natureza, os objetivos, a finalidade
e os meios.
Segundo SILVA E MENEZES (apud OLIVEIRA, 2008), quanto à natureza, uma
pesquisa pode ser classificada como básica ou aplicada.
Pesquisa básica - tem por objetivo gerar conhecimentos novos úteis para o
avanço da ciência sem aplicação prática prevista.
Pesquisa aplicada - o conhecimento gerado possui aplicações práticas e são
dirigidos à solução de um problema.
Já em relação aos objetivos, GIL (apud OLIVEIRA, 2008) classifica a pesquisa como
exploratória, descritiva ou explicativa.
Pesquisa Exploratória – tenciona uma maior familiaridade com o problema
visando torna-lo explícito. Esse tipo de pesquisa utiliza levantamento
bibliográfico; entrevistas com pessoas que tiveram experiências práticas com o
problema pesquisado; análise de exemplos que estimulem a compreensão.
Assume, em geral, as formas de pesquisas bibliográficas e estudos de caso.
Pesquisa Descritiva – Visa descrever as características de determinada
população ou fenômeno. Utiliza técnicas padronizadas de coleta de dados:
questionário e observação sistemática. Assume, em geral, a forma de
levantamento.
Pesquisa Explicativa – tem por objetivo identificar os fatores que determinam
ou contribuem para a ocorrência dos fenômenos. Aprofunda o conhecimento da
6
realidade porque explica a razão das coisas. Assume, em geral, as formas de
pesquisa experimental e ex post facto.
Já segundo GIL (apud OLIVEIRA, 2008), com relação aos procedimentos técnicos de
coleta, a pesquisa pode ser do tipo bibliográfica, documental, experimental, levantamento,
estudo de caso, ex-post facto, pesquisa ação e participante.
Pesquisa Bibliográfica – quando elaborada a partir de material já publicado e
constituído principalmente de livros, artigos de periódicos e atualmente com
material disponibilizado na Internet.
Pesquisa Documental – quando elaborada a partir de materiais que não
receberam tratamento analítico.
Pesquisa Experimental – quando se determina um objeto de estudo e
selecionam-se as variáveis que seriam capazes de influenciá-lo, definem-se as
formas de controle e de observação dos efeitos que a variável produz no objeto.
Levantamento – quando a pesquisa envolve a interrogação direta das pessoas
cujo comportamento se deseja conhecer.
Estudo de caso – quando envolve o estudo profundo e exaustivo de um ou
poucos objetos de maneira que se permita o seu amplo e detalhado
conhecimento.
Pesquisa ex-post facto – quando o 'experimento' se realiza depois dos fatos.
Pesquisa Ação – quando concebida e realizada em estreita associação com uma
ação ou com a resolução de um problema coletivo. Os pesquisadores e
participantes representativos da situação ou do problema estão envolvidos de
modo cooperativo ou participativo.
Pesquisa Participante – quando se desenvolve a partir da interação entre
pesquisadores e membros das situações investigadas.
Portanto, podemos classificar o presente trabalho como uma pesquisa aplicada, quanto
a natureza, pois se propõe a elaboração de material didático a partir do conhecimento gerado;
descritiva, por proporcionar maior familiaridade com o tema, quanto ao objetivo; bibliográfica
e documental, quanto aos procedimentos técnicos de coleta já que foi elaborada a partir de um
material já publicado e não sofreu tratamento analítico.
7
2 REFERENCIAL TEÓRICO
O trabalho foi iniciado tomando como base o material didático já existente da disciplina,
em conjunto com literatura disponível outros documentos que tratam do tema, e as normas
aplicáveis, tendo como objetivo unir todas essas informações sobre TC e TP em um único
material para a disciplina Equipamentos Elétricos. O material utilizado na disciplina
encontrava-se defasado, necessitando atualização.
Com essas fontes, o material foi expandido, enriquecido e organizado até que tomasse
a forma aqui apresentada. O texto segue as normas de elaboração de trabalhos acadêmicos da
ABNT, e a sequência de capítulos foi reorganizada de forma a facilitar a didática, respeitando
a lógica em que o professor apresenta o tema. Novas imagens foram adicionadas para facilitar
a compreensão, uma vez que determinados assuntos tornavam-se difíceis de ser compreendidos
devido à falta de ilustrações que pudessem reforçar o que era abordado.
A quantidade de material disponível sobre o assunto é grande e constantemente
atualizada. À medida que novas tecnologias passam a ser exploradas e novas técnicas de
abordagem são incorporadas, faz-se necessário rever a documentação disponível no mercado.
O objetivo deste trabalho também foi fornecer aos estudantes os meios necessários para a
compreensão do assunto e capacitá-los no momento de analisar e especificar um desses
equipamentos.
A maior dificuldade para a elaboração deste trabalho foi na delimitação do estudo. Ao
mesmo tempo em que a documentação sobre o assunto é ampla, não é muito fácil encontrar no
mercado publicações técnicas voltadas especificamente para este fim. Em alguns pontos
procurou-se fazer uma abordagem bastante didática, incluindo exemplos para facilitar a
compreensão do estudante. Por vezes este tipo de abordagem pode parecer repetitivo, mas
julgou-se preferível favorecer a didática, mesmo comprometendo a fluidez do estudo em alguns
pontos.
O trabalho, de uma maneira geral, é dividido em partes concomitantemente
independentes e interdependentes, pois ao mesmo tempo em que cada uma contempla um
assunto, umas servem de base para outras, e ainda, alguns tópicos se reafirmam em outras
partes.
8
2.1 NORMAS
Para elaboração desse trabalho levamos como base algumas normas técnicas referentes
ao TC e ao TP.
Transformadores para instrumentação (Terminologia): ABNT NBR – 6546
Transformadores de corrente - método de ensaio: ABNT NBR – 6821
Transformadores de corrente - especificação: ABNT NBR - 6856
Transformadores de potencial - método de ensaio: ABNT NBR – 6820
Transformadores de potencial: ABNT NBR - 6855
IEC C57.13 - Standards Requirements for Instruments Transformers
IEC C93.2 - Standards Requirements for Power-line Coupling Capacitor Voltage
Transformers
2.2 ISOLAÇÃO DE EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
A circulação de corrente elétrica entre corpos metálicos ocorre quando existe uma
diferença de potencial elétrico entre os dois corpos metálicos separados e entre eles existe um
terceiro corpo de material condutor.
Já se a comunicação entre os dois primeiros corpos metálicos for estabelecida por um
corpo isolante, não haverá circulação de corrente elétrica.
Temos assim duas classes bem distintas de materiais: os condutores e os isolantes.
Existem materiais que não podem ser incluídos em nenhuma destas duas classes: são os
maus condutores e maus isolantes. Entre estes, existem alguns que adquiriram enorme
importância: são os semicondutores, nos quais a condutibilidade elétrica varia
extraordinariamente sob a influência de causas diversas.
9
2.3 MATERIAL ISOLANTE ELÉTRICO
2.3.1 Termos e definições
MIE - Material Isolante Elétrico: segundo a NBR 7034, é um sólido com baixa
condutividade elétrica, ou uma simples combinação desses materiais, usado para separar
partes condutoras de diferentes potenciais elétricos em equipamentos elétricos. O termo
‘material isolante’ pode ser usado, de forma mais ampla, para também designar líquidos
e gases isolantes.
Combinação simples de materiais isolantes elétricos: estrutura de dois ou mais
Materiais Isolantes Elétricos (MIE) fisicamente unidos, utilizados em Sistemas Isolantes
Elétricos (SIE). Os MIE combinados durante o processo de fabricação de um
equipamento não constituem uma ‘combinação simples’. Por exemplo, um material
flexível consistindo em papel laminado sobre filme de tereftalato de polietileno (IEC
60626) constitui uma ‘combinação simples’. Materiais isolantes podem ser impregnados
ou revestidos, recebendo tratamento com substâncias apropriadas, tais como vernizes,
resinas, massas ou outros, em grau suficiente para melhorar suas características
dielétricas, mecânicas e outras. além de formar uma película superficial adequada que
impeça a penetração de ar, umidade, poeira ou outros contaminantes num grau tal que
assegure um perfeito comportamento para a classe térmica designada.
SIE - Sistema Isolante Elétrico: sistema isolante contendo um ou mais MIE e/ou
combinações simples destes associados com partes condutoras, utilizado em
equipamentos elétricos.
Classe Térmica: designação de um Material Isolante Elétrico (MIE/SIE) igual ao valor
numérico da temperatura máxima utilizada, em graus Celsius, para o qual o MIE/SIE é
apropriado. A descrição de um equipamento elétrico como sendo de uma classe térmica
particular não significa que cada material isolante utilizado em sua construção tenha a
mesma capacidade térmica. Pode então ser necessário atribuir classes térmicas
diferentes para o mesmo MIE/SIE para condições de serviço diferentes.
DTE - Durabilidade Térmica Estimada: valor numérico de temperatura, em graus
Celsius, para o qual o material de referência possui desempenho satisfatório conhecido
em serviço para a aplicação especificada. O valor da DTE para um mesmo material pode
10
variar conforme a aplicação. Algumas vezes refere-se como índice de durabilidade
térmica ‘absoluta’.
DTR - Durabilidade Térmica Relativa: valor numérico da temperatura em graus
Celsius no qual o tempo estimado para o ponto final do material candidato é o mesmo
tempo estimado para o ponto final do material de referência (DTE)
Material Candidato: material para o qual é necessário estimar a durabilidade térmica
relativa (DTR). A determinação é realizada por envelhecimento térmico simultâneo do
material candidato e um material de referência.
Material de Referência: material com DTE conhecido, de preferência por experiências
do equipamento em serviço, usado para ensaios comparativos com material candidato.
2.3.2 Escolha do Material Isolante Elétrico
Devem ser considerados, na escolha dos materiais isolantes, em face das propriedades
e custos, os seguintes fatores:
Propriedades Mecânicas - resistência à tração, compressão, cisalhamento, impacto,
porosidade, absorção, absorção de umidade.
Propriedades Elétricas - resistência elétrica, resistência de isolamento, resistência
dielétrica.
Propriedades Químicas - resistência aos ácidos, óleos, calor, ozônio, corrosão e
umidade, combustabilidade.
Propriedades Térmicas - resistência térmica, calor específico, coeficiente de dilatação,
ponto de fusão.
2.3.3 Classificação das Substâncias Isolantes Segundo sua Natureza
Gases
Substâncias Isolantes Líquidos
Aplicados em estado líquido
Sólidos Aplicados em estado pastoso
Aplicados em estado sólido
Subdivisões e exemplos:
Gases - ar, azoto, hexafluoreto de enxofre (SF6)
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Líquidos - óleo mineral, dielétricos sintéticos (líquidos com alto ponto de combustão
tais como, ascarel, óleo de silicone etc.), óleos vegetais, solventes empregados nos
vernizes e compostos isolantes (álcool, benzeno, nafta, benzinas etc.).
Sólidos Aplicados em Estado Líquido ou Pastoso - resinas e plásticos naturais,
materiais asfálticos, goma laca, ceras (animal, vegetal, parafina), vernizes e lacas,
resinas sintéticas, borracha sintética, silicone, compostos de celulose (termoplástico),
acetato de celulose, plásticos moldados a frio.
Sólidos - minerais (quartzo, mica, mármore), cerâmicas, porcelana, vidro, micalex,
materiais da classe da borracha (borracha natural, neoprene etc.), materiais fibrosos,
algodão, seda, papel, vidro, madeira, celofane.
2.3.4 Classificação das Substâncias Isolantes Segundo as Classes de Temperatura
A NBR 7034 designa as classes de temperatura dos materiais isolantes elétricos
(classificação térmica) ou da combinação destes materiais utilizados em máquinas, aparelhos e
equipamentos elétricos com base na temperatura máxima que podem suportar em condições
normais de operação durante a sua vida útil.
Avaliação de Durabilidade Térmica e Classificação
A classificação térmica para materiais isolantes não pode ser aplicada para um sistema de
isolação do qual eles são componentes, a não ser que isso seja provado. Da mesma forma, a
classificação térmica de um material não pode ser deduzida a partir da classe térmica de um
sistema de isolação no qual ele é um componente.
MIE - Material Isolante Elétrico
Os materiais isolantes elétricos e as combinações simples de materiais isolantes elétricos
devem ser avaliados de acordo com a IEC 60216-5 e IEC 60216-6, e referem-se às condições
de serviço esperadas.
SIE - Sistema Isolante Elétrico
Os sistemas de isolação elétrica devem ser avaliados de acordo com a IEC 61857-1 e
classificados de acordo com a IEC 62114.
12
Classe Térmica
Considerando-se que a temperatura em equipamentos elétricos é um dos principais fatores
que aceleram o envelhecimento dos materiais isolantes elétricos, são definidas classes térmicas
reconhecidas internacionalmente, sendo que a classe térmica especificada para um material
isolante elétrico representa a temperatura em graus Celsius para o qual o MIE é apropriado.
A classe térmica atribuída ao material utilizado num sistema de isolação não implica
automaticamente que a classe térmica do sistema é a mesma do material, ou para o material
com a classe térmica mais baixa, no caso de mais de um material, com classes diferentes, estar
sendo utilizado no sistema.
DTR (ºC) Classe Térmica Designação Anterior
(IEC 60085:2004)
DTR < 90 70
90 ≤ DTR < 105 90 Y
105 ≤ DTR < 120 105 A
120 ≤ DTR < 130 120 E
130 ≤ DTR < 155 130 B
155 ≤ DTR < 180 155 F
180 ≤ DTR < 200 180 H
200 ≤ DTR < 220 200 N
220 ≤ DTR < 250 220 R
DTR ≥ 250 250 C
Tabela 2.1: Tabela de classe térmica [15]
3 TRANSFORMADOR DE INSTRUMENTO
A grande expansão dos sistemas elétricos exige o uso de correntes e tensões cada vez
mais elevadas. Para controlar e proteger esses sistemas é necessário que as informações sobre
os valores de corrente e tensão sejam conhecidas. Com a impossibilidade de instrumentos que
meçam diretamente essas grandezas, utilizamos transformadores de instrumento para obtermos
valores de tensão e corrente que se adaptem aos instrumentos disponíveis. No caso da medida
de tensão utilizamos os transformadores de potencial (TP) e para corrente, temos os
transformadores de corrente (TC).
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Os transformadores de instrumento têm a função de suprir de corrente e tensão os relés
e medidores com grandeza proporcional aos circuitos de potência, contudo, suficientemente
reduzidas de maneira que esses equipamentos possam ser fabricados de forma reduzida, do
ponto de vista de seu isolamento.
3.1.TRANSFORMADOR DE CORRENTE
A impedância do enrolamento primário dos transformadores de corrente é desprezível
quando comparada com a do sistema ao qual está instalado. Assim o circuito de potência define
a corrente que circula no primário dos TC.
Os transformadores de corrente consistem em poucas espiras no primário com uma
bitola apropriada para a corrente do circuito de força, conectado em série com este enrolamento,
fazendo com que a corrente que flui para a carga circule pelo enrolamento primário.
Já o secundário contém várias espiras de fio relativamente fino, adequado ao
equipamento de medição a ele conectado. A impedância interna do equipamento conectado ao
secundário do TC é pequena, fazendo com que o secundário esteja praticamente em curto-
circuito. Logo, o TC opera como se fosse um transformador com o secundário em curto-
circuito.
3.2 FINALIDADES DO TC
Os transformadores de corrente são equipamentos elétricos projetados especialmente
para alimentar instrumentos elétricos de medição, controle ou proteção. Esses equipamentos
transformam correntes de um alto valor para um valor fácil de ser medido por relés e outros
instrumentos.
Eles proporcionam o isolamento do circuito de medição de primário na alta tensão do
sistema. E também promovem possibilidade de padronização dos instrumentos e relés para
alguns valores de correntes.
3.3 APLICAÇÃO DO TC
Os transformadores de corrente são aplicados para que possamos ter corrente
normalizada e fácil de manusear com precisão e segurança. São utilizados na medição do
consumo de energia e potência (Wattímetros e medidores de energia) e na proteção dos sistemas
elétricos (relés).
14
4 ESPECIFICAÇÃO DE TRANSFORMADOR DE CORRENTE
4.1 INSTALAÇÃO
De acordo com a NBR 6856, em condições normais os TC são projetados para operar
em local com altitude não superior a 1.000 m, com temperatura máxima ambiente não superior
a 40 ºC, média não superior a 30 ºC e mínima de -10 ºC, em qualquer período de 24 horas.
Podem ser instalados em locais com condições diferentes, desde que os valores nominais sejam
corrigidos.
Quando o transformador de corrente solicitar valores permissíveis de fator térmico (item
6.8) para temperaturas fora das condições normais, deve ser fornecido pelo fabricante o valor
máximo do fator térmico que o TC é capaz de suportar sem exceder os limites de elevação de
temperatura.
Podem ser construídos para uso externo ou interno. Por motivo de economia, de modo
geral nas instalações de até 15 kV, são do tipo interno e para as demais tensões, são de uso
externo.
4.1.1 Condições especiais de instalação
Devem ser consideradas condições especiais as que podem exigir construção, revisão
de algum valor nominal, cuidados especiais no transporte, instalação ou funcionamento do TC,
e que devem ser levadas ao conhecimento do fabricante.
Exemplos de condições especiais segundo ABNT NBR 6856.
Instalação a alturas superiores 1.000 m.
Temperatura do ar ambiente fora dos limites normalizados.
Exposição a ambientes salinos, vapores, gases ou fumaça.
Exposição a poeira excessiva
Exposição a ambientes corrosivos
Vibrações anormais - sísmicos
Exposição a gases e vapores explosivos
Transporte em condições precárias
Instalação em locais úmidos, com possibilidade de formação de fungos
15
4.2 TIPO DE SERVIÇO
Os transformadores de corrente são classificados de acordo com o tipo de serviço a ser
executado.
4.2.1 TC de Proteção
Esses equipamentos são utilizados para proteção de circuitos de alta tensão, são
caracterizados pela baixa precisão (ex.: 10 % - 20 % de erro de medição) e elevada corrente de
saturação (da ordem de 20 vezes a corrente nominal).
Para um TC de proteção é importante que sua corrente secundária que alimenta os
sistemas de proteção seja a mais fiel possível, principalmente durante os curtos-circuitos. As
correntes de curto normalmente são bastante elevadas, o que pode levar o núcleo magnético do
TC à saturação.
Na operação normal do sistema, o TC trabalha dentro da região linear, portanto o erro
do TC é pequeno.
Durante uma falta, onde a corrente de curto é elevada, é preciso fazer a proteção atuar o
mais rápido possível, dentro das limitações de operação e de coordenação, onde proteger o
sistema elétrico passa a ser mais importante do que fazer sua medição. Admite-se então para a
proteção, durante o curto, erros de até 10 % na corrente secundária do TC.
4.2.2 TC de Medição
Esse tipo de TC é utilizado para medição de correntes em alta tensão, possui
característica de boa precisão (ex.: 0,3 % - 0,6 % de erro de medição) e baixa corrente de
saturação (4 vezes a corrente nominal). Esses devem retratar fielmente a corrente a ser medida,
apresentar erros de fase e de relação mínimos dentro de suas respectivas classes de exatidão.
Em caso de curto-circuito não há necessidade que a corrente seja transformada com
exatidão. É melhor que em condições de curto-circuito o TC sature, proporcionando assim, uma
autoproteção aos equipamentos de medição conectados no seu secundário.
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4.2.3 Diferença entre TC de Proteção e Medição
O transformador de corrente de medição deve manter sua precisão para correntes
nominais, enquanto o TC de proteção deve ser preciso até o valor de Fator de Sobrecorrente
(FS - Item 6.7) especificado pelo cliente.
Outra diferença observada nesses dois tipos de TC são os núcleos magnéticos. O núcleo
do TC de medição é de seção menor do que os de proteção para que saturem durante o curto-
circuito quando a corrente primária atinge valores altos.
4.3 TIPO DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA
4.3.1 Primário Enrolado
Este tipo é usado quando são requeridas relações de transformações inferiores a 200/5.
Possui isolação limitada e, portanto, se aplica em circuitos até 15 kV. Possui os enrolamentos
primários e secundários completamente isolados e permanentemente montados no núcleo. É
fabricado de tal modo que o enrolamento primário, constituído de uma ou mais espiras, envolve
mecanicamente o núcleo do transformador.
Características - NBR 6856 –
Nível de isolamento: 600 V;
Corrente primária: 5 A até 400 A
Figura 4.1: TC Tipo Primário Enrolado [4].
17
4.3.2 Tipo Barra
Possui os enrolamentos primário e secundário completamente isolados e
permanentemente montados no núcleo. O primário consiste em uma barra condutora no interior
da janela do núcleo, e o transformador de corrente é fixado pelo primário.
Figura 4.2: TC Tipo Barra [4].
4.3.3 Tipo Janela
Este transformador de corrente possui o secundário completamente isolado e
permanentemente montado no núcleo, mas não possui enrolamento primário. É construído de
maneira análoga ao tipo bucha, descrito a seguir, exceto, que o ar é usado para separar os
enrolamentos primários e secundários. O enrolamento primário pode ser um barramento ou um
condutor que passa por dentro da janela.
Figura 4.3: TC Tipo Janela [4].
18
4.3.4 Tipo Bucha
Tipo especial de TC janela, é construído e projetado para ser instalado no interior das
buchas de um equipamento elétrico (transformador, disjuntor, reator etc.), fazendo parte
integrante do seu fornecimento.
Consiste de um núcleo toroidal (em forma de anel), com os enrolamentos secundários.
O núcleo fica situado ao redor de uma bucha de isolamento, através da qual passa um condutor,
que substituirá o enrolamento primário.
Pelo seu tipo de construção e instalação, o circuito magnético deste modelo de TC é
maior do que o dos outros, sendo mais preciso para correntes altas, pois possui menor saturação.
Em baixas correntes, tem menor precisão em virtude da maior corrente de excitação, razão pela
qual não é usado para medições com baixas correntes.
Figura 4.4: TC Tipo Bucha [4].
4.3.5 Tipo Núcleo Dividido
Possui o enrolamento secundário completamente isolado e permanentemente montado
no núcleo, mas, não possui enrolamento primário. Podendo ou não ter isolação para
enrolamento primário. Parte do núcleo é separável ou articulada para permitir o abraçamento
do condutor primário. Destina-se ao uso com enrolamento primário constituído de um condutor
completamente isolado ou um condutor nu operando com tensão dentro da relação do
transformador. Um tipo muito difundido de instrumento com núcleo dividido é o amperímetro
alicate.
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O amperímetro alicate representa uma variedade do transformador de corrente do tipo
núcleo dividido que é utilizada para medidas sem interrupção do circuito elétrico. A peça
principal destes transformadores é o núcleo secionado, composto de chapas finas, a fim de
reduzir as perdas por histerese, sobre a qual se enrola o circuito secundário. As duas partes do
núcleo são movimentadas mediante um mecanismo articulado, sendo que elas se apertam uma
contra a outra através de um mecanismo acionado por mola. Neste caso o primário é constituído
pelo condutor ‘abraçado’ pelo alicate.
No caso da corrente medida não ser suficiente para causar a deflexão do ponteiro de
modo a se obter uma boa leitura, o procedimento recomendado é enrolar o circuito primário,
dando tantas voltas quantas forem necessárias, fazendo com que a grandeza da corrente primária
seja multiplicada pelo número de voltas dadas no enrolamento primário. Não se deve esquecer
que a leitura oferecida no instrumento deve ser dividida pelo número de voltas dadas no
enrolamento primário do TC.
Figura 4.5: TC Tipo Núcleo Dividido [4].
4.3.6 Tipo com Vários Enrolamentos Primários
Transformador de corrente com vários enrolamentos primários distintos e isolados
separadamente.
20
4.3.7 Vários Núcleos
Possuí vários enrolamentos secundários isolados separadamente e montados cada um
em seu próprio núcleo, formando um conjunto com um único enrolamento primário cujas
espiras enlaçam todos os secundários.
Figura 4.6: TC Tipo Vários Núcleos [4].
Os transformadores a seguir não são contemplados pela ABNT, porem são muito
utilizados em subestações.
4.3.8 Posição Livre
Os transformadores de corrente desse tipo são indicados para tensões de 765 kV e
corrente acima de 3.000 A. Seu uso é justificado em todos os casos em que há necessidade de
recombinação par obtenção de outras relações de transformação.
Figura 4.7: TC Posição Livre [4].
21
4.3.9 Tipo Pedestal
Os transformadores de corrente desse tipo têm sua massa concentrada na base do
equipamento, proporcionando maior estabilidade mecânica e buscando compensar a altura
elevada da bucha. O enrolamento primário é reforçado de forma a suportar os esforços
mecânicos oriundos de corrente de curto circuito.
Figura 4.8: TC Tipo Pedestal [4].
4.3.10 Tipo Invertido
Nesse tipo de transformados de corrente o enrolamento primário consiste em uma barra
estacionária que é envolvido pelo enrolamento secundário em forma de toróide.
O isolamento principal é colocado nos espaços deste toróide, que envolve as partes
secundarias e a expansão tubular. Os terminais do secundário estão disponíveis em uma caixa
de terminais.
O transformador de corrente do tipo invertido é utilizado em altas correntes e tensões.
22
Figura 4.9: TC Tipo Invertido [4].
23
5 REPRESENTAÇÃO DE UM TRANSFORMADOR DE CORRENTE
Existem várias formas de representar os transformadores de corrente. Nesse item vamos
descrever o método adotado pela ABNT.
As correntes nominais primárias e secundárias devem ser expressas em amperes ou
correntes primárias e secundárias na forma de relações nominal de correntes.
As correntes primárias nominais e as relações nominais devem ser escritas em ordem
crescente.
Dois pontos (:) é usado para exprimir relações nominais. Ex.: 300:1.
Hífen (–) é usado para separar correntes nominais de enrolamentos diferentes.
Ex.: 300 – 5A
300 – 300 – 5A (dois enrolamentos primários)
300 – 5 – 5 A (dois enrolamentos secundários)
Xis (x) é usado para separar correntes primárias nominais, ou relações nominais
duplas, como 300 x 600 – 5 A, correntes primárias nominais, cujos enrolamentos
podem ser ligados em série ou paralelo.
Barra (/) é usada para separar correntes primárias nominais ou relações nominais
obtidas por meio de derivações, efetuadas tanto nos enrolamentos primários como
nos secundários. Ex.: 300/400 – 5 A.
Exemplo:
100 – 5 A
Figura 5.1: Representação no Unifilar do Transformador de Corrente [4].
24
5.1 MARCAÇÃO DOS TERMINAIS
Os terminais dos transformadores de corrente devem ser adequadamente identificados
para facilitar a ligação correta, quer quando apenas as marcas de polaridade nos transformadores
de dois enrolamentos sem derivações, quer usando além destas uma letra e algarismos em cada
um dos terminais dos transformadores, de mais de dois enrolamentos, derivações ou relações
múltiplas. Quando for usada marcação individual nos terminais, a letra distinguirá o
enrolamento a que pertence o terminal.
P (ABNT) – Terminal do enrolamento primário. H segundo ANSI.
S (ABNT) – Terminal do enrolamento secundário. X segundo ANSI.
Os algarismos, dispostos segundo a série natural dos números inteiros, serão usados
como especificado na figura 5.2.
Exemplo:
Figura 5.2: Indicação de Polaridade de um Transformador de Corrente [4].
Quando antes da letra, o algarismo indicará a quantidade de enrolamentos, no caso de
haver mais de um enrolamento primário ou secundário, ou as diferentes fases do conjunto de
medição. Quando depois da letra, o mais baixo e o mais alto algarismo da série indicarão as
derivações em sua ordem relativa. Os terminais de enrolamentos diferentes, marcados com o
algarismo 1 (um), serão da mesma polaridade. Os terminais externos primários do conjunto de
medição serão numerados com segue:
0 (zero) para terminal neutro de entrada.
1 (um), 2 (dois) e 3 (três) para os demais terminais de entrada.
4 (quatro), 5 (cinco) e 6 (seis) para os demais terminais de saída.
25
Quando o transformador de corrente for do tipo primário religável, deverão constar do
próprio TC as ligações necessárias para sua correta execução.
Exemplos típicos de marcação de terminais:
Relação única
Figura 5.3: marcação de terminais de relação única [4].
Transformador de corrente religável
Dupla relação com primário em duas seções destinadas à ligação série paralelo.
Figura 5.4: marcação de transformador de corrente religável [4].
Transformador de corrente com relações múltiplas
Relação múltipla com primário em várias seções destinadas a ligação série-paralelo.
Figura 5.5: marcação de terminais de relações múltiplas [4].
26
Duas relações com derivação no primário
Figura 5.6: marcação de terminais com duas relações com derivação no primário [4].
Dois enrolamentos com múltiplas relações.
Figura 5.7: marcação de terminais com dois enrolamentos e múltiplas relações [4].
Dois enrolamentos primários
Figura 5.8: marcação de terminais com dois enrolamentos primários [4].
Dois enrolamentos secundários
Figura 5.9: marcação de terminais com dois enrolamentos secundários [4].
27
6 CARACTERÍSTICAS PARA ESPECIFICAÇÃO DE TRANSFORMADOR DE
CORRENTE
Na especificação do TC, para consulta aos fabricantes, devem ser no mínimo indicados:
Corrente(s) primárias nominal(is) e relação(ões) nominal(ais);
Tensão máxima do equipamento e níveis de isolamento;
Frequência nominal;
Cargas nominais;
Exatidão;
Número de núcleos para medição e proteção;
Fator térmico nominal;
Corrente suportável nominal de curta duração;
Valor de crista nominal da corrente suportável;
Tipo de aterramento do sistema;
Uso para interior ou exterior.
6.1 CORRENTE PRIMÁRIA NOMINAL E RELAÇÃO NOMINAL
As correntes e relações nominais podem ser vistas nas próximas tabelas, que são
padronizadas por norma (ABNT), sendo comuns as correntes secundárias normalizadas em 5
A ou 1 A. A seleção dos TC para serviço de medição deve ser de tal modo que a corrente de
carga esteja entre 10% e 100% da corrente primária nominal, pois os paralelogramos de
precisão são definidos para esta faixa. As tabelas de 6.1 a 6.3 mostram as relações nominais
padronizadas para os transformadores de corrente.
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Relação Nominal Simples
Corrente primária nominal
Relação nominal
Corrente primária nominal
Relação nominal
Corrente primária nominal
Relação nominal
5 1 : 1 100 20 : 1 1000 200: 1
10 2 : 1 150 30 : 1 1200 240 : 1
15 3 : 1 200 40 : 1 1500 300 : 1
20 4 : 1 250 50 : 1 2000 400 : 1
25 5 : 1 300 60 : 1 2500 500 : 1
30 6 : 1 400 80 : 1 3000 600 : 1
40 8 : 1 500 100 : 1 4000 800 : 1
50 10 : 1 600 120 : 1 5000 1000 : 1
60 12 : 1 800 160 : 1 6000 1200 : 1
75 15 : 1 8000 1600 : 1
Tabela 6.1: Relações nominais simples (ABNT) [12].
Relações Nominais Duplas - Ligação Série / Paralelo
Corrente primária nominal (A)
Relação nominal Corrente primária
nominal (A) Relação nominal
5 x 10 1 x 2 : 1 800 x 1600 160 x 320 : 1
10 x 20 2 x 4 : 1 1000 x 2000 200 x 400 : 1
15 x 30 3 x 6 : 1 1200 x 2400 240 x 480 : 1
20 x 40 4 x 8 : 1 1500 x 3000 300 x 600 : 1
25 x 50 5 x 10 : 1 2000 x 4000 400 x 800 : 1
30 x 60 6 x 12 : 1 2500 x 5000 500 x 1000 : 1
40 x 80 8 x 16 : 1 3000 x 6000 600 x 1200 : 1
50 x 100 10 x 20 : 1 4000 x 8000 800 x 1600 : 1
60 x 120 12 x 24 : 1 5000 x 10000 1000 x 2000 : 1
75 x 150 15 x 30 : 1 6000 x 12000 1200 x 2400 ; 1
100 x 200 20 x 40 : 1 7000 x 14000 1400 x 2800 : 1
150 x 300 30 x 60 : 1 8000 x 16000 1600 x 3200 : 1
200 x 400 40 x 80 : 1 9000 x 18000 1800 x 3600 : 1
300 x 600 60 x 120 : 1 10000 x 20000 2000 x 4000 : 1
400 x 800 80 x 160 : 1
Tabela 6.2: Relações nominais duplas para ligação série/paralelo no enrolamento primário
(ABNT) [12].
29
Relações Nominais Múltiplas - RM
Designação genérica
Derivações Principais
Esquema Corrente Primária Nominal
Relação Nominal
Derivações Secundárias
RM600 – 5A
100/150/400/600
-5A
50
100
150
200
250
300
400
450
500
600
10:1
20:1
30:1
40:1
50:1
60:1
80:1
90:1
100:1
120:1
S2 – S3
S1 – S2
S1 – S3
S4 – S5
S3 – S4
S2 – S4
S1 – S4
S3 – S5
S2 – S5
S1 – S5
RM1200–5A
200/300/800/
1200-5A
100
200
300
400
500
600
800
900
1000
1200
20:1
40:1
60:1
80:1
100:1
120:1
160:1
180:1
200:1
240:1
S2 – S3
S1 – S2
S1 – S3
S4 – S5
S3 – S4
S2 – S4
S1 – S4
S3 – S5
S2 – S5
S1 – S5
RM2000–5A
400/1200/1500/
2000-5A
300
400
500
800
1100
1200
1500
1600
2000
60:1
80:1
100:1
160:1
220:1
240:1
300:1
320:1
400:1
S3 – S4
S1 – S2
S4 – S5
S2 – S3
S2 – S4
S1 – S3
S1 – S4
S2 – S5
S1 - S5
30
Designação genérica
Derivações Principais
Esquema Corrente Primária Nominal
Relação Nominal
Derivações Secundárias
RM4000-5A
500/200/3000/
400-5A
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
100:1
200:1
300:1
400:1
500:1
600:1
700:1
800:1
S1 – S2
S3 – S4
S2 –S3
S1 –S3
S2 – S4
S1 –S4
S2 –S5
S1 – S5
RM5000-5A
300/100/400/200
/1500/2000/
4000–5A
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
5000
100:1
200:1
300:1
400:1
500:1
600:1
700:1
800:1
1000:1
S2 – S3
S4 – S5
S1 – S2
S1 – S3
S2 –S4
S3 –S5
S2 – S5
S1 – S4
S1 – S5
RM6000-5A
1000/1500/4000/
6000 – 5A
500
1000
1500
2000
2500
3000
4000
4500
5000
6000
100:1
200:1
300:1
400:1
500:1
600:1
800:1
900:1
1000:1
1200:1
S2 – S3
S1 – S2
S1 – S3
S4 – S5
S3 –S4
S2 –S4
S1 – S4
S3 – S5
S2 – S5
S1 – S5
Tabela 6.3: Relações nominais múltiplas obtidas por combinações e derivações no
enrolamento secundário (ABNT) [12].
31
6.2 TENSÃO MÁXIMA E NÍVEIS DE ISOLAMENTO
O nível de isolamento nominal é definido pela máxima tensão do circuito, que deve ser,
no mínimo, a tensão mais elevada do sistema ao qual o transformador de corrente vai ser
conectado e é padronizado pela NBR 6856. Os níveis de isolamento são mostrados nas tabelas
de 6.4 a 6.7.
NBI - Nível Básico de Isolamento
Tensão Nominal do Sistema kV Tensão Máxima (fase terra) kV NBI e Tensão de Crista kV
0.6 0.38 10
2.4 1.53 45
4.8 3.06 60
8.32 5.29 75
13.8 8.9 110 ou 95
25.0 16.0 150 ou 125
34.5 22.0 200 ou 150
46.0 29.0 250
69.0 44.0 350
115.0 73.0 550 ou 450
138.0 88.0 650 ou 550
161.0 102.0 750 ou 650
230.0 146.0 1050 ou 900
Tabela 6.4: Nível Básico de Isolamento para transformadores de corrente (ABNT) [12].
Tensão máxima do
equipamento
kV (eficaz)
Tensão suportável
nominal de impulso
atmosférico
kV (crista)
Tensão suportável
nominal de impulso
de manobra a
frequência industrial
kV (eficaz)
Tensão suportável
nominal de impulso
atmosférico com
impulso cortado
kV (crista)
1.5 2 3 4
92.4 380
450
150
185
418
495
145 550
650
230
275
605
715
169 650
750
275
325
715
825
242 850
950
1050
360
395
460
935
1045
1155
Tabela 6.5: Níveis de isolamento para equipamento de tensão máxima não inferior a 92 kV e
não superior a 242 kV (ABNT) [12].
32
Tensão máxima
do equipamento
kV (crista)
Tensão suportável
nominal de impulso
atmosférico
kV (crista)
Tensão suportável
nominal de impulso
de manobra a
frequência industrial
kV (crista)
Tensão suportável
nominal de impulso
atmosférico com
impulso cortado
kV (crista)
362
1050 850
950 1155
1175 950
1050 1292
1300 1050
1175 1430
460
1425 1050
1175 1567
1550 1175 1705
1675 1175 1705
550
1425 1050
1175 1567
1550 1175
1300 1705
1800 1300
1425 1980
765
1800 1300
1425 1980
1950 2145
2100 2310
Tabela 6.6: Níveis de isolamento para equipamento de tensão máxima não inferior a 362 kV
e não superior a 765 kV (ABNT) [12].
Tensão máxima do
equipamento
kV (eficaz)
Tensão suportável nominal a
frequência industrial
kV (eficaz)
362 450
460 565
550 650
765 830
Tabela 6.7: Tensão suportável nominal à frequência industrial para transformador de corrente
de tensão máxima não inferior a 362 kV e não inferior a 765 kV (ABNT) [12].
33
6.3 FREQUÊNCIA NOMINAL
A frequência nominal é mais conhecida como frequência industrial. No Brasil o valor
estabelecido pela NBR é de 60 Hz, podendo variar de 58 a 62 Hz.
É um fator importante para o transformador de corrente, pois para a sua especificação,
o critério adotado é sua carga, que terá valores diferentes para diferentes frequências.
Os transformadores devem ser usados na frequência especificada em sua placa de
característica, para não ocasionar problemas de exatidão, perdas internas etc.
6.4 CARGAS NOMINAIS PARA TRANSFORMADORES DE CORRENTE
Todas as considerações sobre precisão dos transformadores de corrente requerem
conhecimento das cargas que os mesmos alimentam. A carga externa, também chamada de
‘burden’ (soma das impedâncias), pode ser expressa em termos de impedância com os
componentes de resistência e reatância ou em termos de potência e fator de potência, ou seja,
em Volt-Ampère (VA), que representam o que é consumido na impedância da carga com
corrente secundária nominal.
Assim, uma carga de 0,5 Ω, pode ser expressa, também, como 12,5 VA, assumindo uma
corrente secundária nominal de 5 A.
Os catálogos e publicações dos diversos fabricantes mostram as cargas dos relés,
medidores, etc. que, junto com as impedâncias dos condutores, permitem o cálculo da carga
total imposta ao TC. Para uma melhor compreensão das cargas nominais a serem impostas aos
transformadores de corrente de medição e proteção vamos observar as curvas típicas de
magnetização dos dois tipos.
Para os transformadores de corrente de instrumentação e medição é necessária uma
precisão elevada na faixa de 10 % a 120 % da corrente nominal, quando conectados a carga
nominal.
Já os TC para serviço de proteção, possuem uma característica linear até a tensão
secundária que corresponde à máxima corrente de defeito que circula na carga conectada.
34
6.4.1 Tensão Secundária Nominal
É a tensão que aparece nos terminais da carga nominal imposta ao transformador de
corrente, quando circula uma corrente 20 vezes a corrente secundária nominal, sem que o erro
da relação exceda o valor especificado. Esses valores são baseados para a corrente secundária
nominal de 5 A.
A figura 6.1, mostra as características dos dois tipos de transformadores de corrente com
a mesma carga nominal, porém um para instrumentação e outro para proteção. A figura mostra
que cada um dos dois TC tem características distintas. Caso seja necessário um transformador
de corrente para propósito de medição e proteção, ele terá que ter características duplas. Em
geral aparecem dificuldades no projeto, principalmente no que se referem às suas dimensões.
As diversas normas técnicas existentes indicam classes de precisão e cargas para
transformadores de corrente destinados à medição e proteção e possibilitam uma escolha direta
do tipo e característica dos transformados de corrente requerido para uma determinada
finalidade. Cada uma das normas mais utilizadas (ABNT, ANSI e IEC) apresenta métodos
ligeiramente diferentes, que, de modo geral, levam ao mesmo resultado aproximado.
Figura 6.1: Gráfico Is x Vs [4].
35
6.4.2 Cargas Nominais para Transformadores de Corrente – Nomenclatura
Nomenclatura segundo a ABNT
A carga na qual se baseiam os requisitos de exatidão para a qual o TC foi fabricado são
definidas de acordo com a tabela 6.8. É designada pela ABNT por caracteres formado pela letra
C seguida do número que indica a carga em Volt-Ampére (VA) correspondente a corrente
secundária nominal 5 A e frequência de 60 Hz.
Designação Potência
Aparente (VA)
Resistência
()
Reatância
Indutiva ()
Impedância
()
Tensão a
20 x 5 A (V)
Fator de potência fp = 0,90
C 2,5 2,5 0.09 0,044 0,1 10
C 5,0 5,0 0,18 0,087 0,2 20
C 12,5 12,5 0,45 0,218 0,5 50
C 22,5 22,5 0,81 0,392 0,9 90
C 45 45 1,62 0,785 1,8 180
C 90 90 3,24 1,569 3,6 360
Tabela 6.8: Cargas nominais para TC com 5A de corrente secundária e fp 0,9 pela ABNT [12].
Designação Potência
Aparente (VA)
Resistência
()
Reatância
Indutiva ()
Impedância
()
Tensão a
20 x 5 A (V)
Fator de potência fp = 0,50
C 25 25 0,5 0,866 1,0 100
C 50 50 1,0 1,732 2,0 200
C 100 100 2,0 3,464 4,0 400
C 200 200 4,0 6,928 8,0 800
Tabela 6.9: Cargas nominais para TC com 5A de corrente secundária e fp 0,5 (ABNT) [12].
Para correntes secundárias diferentes de 5 A, os valores de resistência, reatância
indutância e impedância das cargas nominais são obtidos multiplicando-se os valores desta
tabela pelo quadrado da relação entre a corrente nominal secundária de 5 A e a nova corrente
de secundário. Os valores do fator de potência e da potência permanecem inalterados
Nomenclatura segundo ANSI
Na nomenclatura seguindo a norma ANSI, utiliza-se a letra 'B' (Burden - carga externa)
seguida pelo número indicando a impedância em referente à carga, como mostra a tabela 6.10.
36
Designação
da Carga
Resistência
Indutância
(mH)
Impedância
Potência
Aparente
Fator de
Potência
Metering Burdens
B-0.1 0,09 0,116 0,1 2,5 0,9
B-0.2 0,18 0,232 0,2 5,0 0,9
B-0.5 0,45 0,580 0,5 15,5 0,9
B-0.9 0,81 1,04 0,9 22,5 0,9
B-1.8 1,62 2,08 1,8 45,0 0,9
Relaying Burdens
B-1 0,5 2,3 1,0 25 0,5
B-2 1,0 4,6 2,0 50 0,5
B-4 2,0 9,2 4,0 100 0,5
B-8 4,0 18,4 8,0 200 0,5
Tabela 6.10: Cargas nominais para TC de 5A de corrente secundária pela ANSI [14].
Para correntes secundárias diferentes de 5 A, os valores de resistência, indutância e
impedância das cargas nominais são obtidos multiplicando-se os valores desta tabela pelo
quadrado da relação entre a corrente de 5 A e a nova corrente de secundário. Os valores do fator
de potência e da potência permanecem inalterados.
Estas padronizações são estabelecidas para facilitar a comparação de diferentes
transformadores de corrente numa unidade básica. Note-se, por exemplo, que a designação, B-
2, corresponde a norma ANSI, a uma impedância de 2 Ω, a 60 Hz. Já na norma ABNT a
impedância de 2 Ω a 60 Hz corresponde ao C 50. Na tabela 6.11 temos a comparação das
designações pelas duas normas.
37
Designação Resistência
Ω
Indutância
mH
Potência
Aparente
VA
Fator de
Potência
Impedância
Ω ANSI ABNT
B-0,1 C 2,5 0,09 0,116 2,5 0,90 0,1
B-0,2 C 5,0 0,18 0,232 5,0 0,90 0,2
B-0,5 C 12,5 0,45 0,580 12,5 0,90 0,5
B-1 C 25 0,50 2,3 25 0,50 1,0
B-2 C 50 1,0 4,6 50 0,50 2,0
B-4 C 100 2,0 9,2 100 0,50 4,0
B-8 C 200 4,0 18,4 200 0,50 8,0
Tabela 6.11: Quadro Comparativo das Cargas Nominais e Normas (ANSI e ABNT)
[12e14].
6.5 CLASSE DE EXATIDÃO
A classe de exatidão do transformador de corrente está diretamente relacionada à função
que o equipamento está submetido.
Portanto, a determinação da classe de exatidão do transformador de corrente devido às
características intrínsecas de cada tipo (serviços de medição e proteção) será enfocada em duas
partes:
Classe de precisão para TC de serviço de medição.
Classe de precisão para TC de serviço de proteção.
Porém, independentemente da função ao qual o transformador de corrente está
submetido, ele e os equipamentos a ele ligados devem apresentar classe de exatidão semelhante.
6.5.1 Transformadores de Corrente para Serviço de Medição
Se fosse possível construir um transformador de corrente perfeito, ou seja, um
equipamento sem perdas nos enrolamentos e no núcleo, sem queda de tensão nos enrolamentos
38
e sem corrente de excitação para magnetização do núcleo, a corrente no enrolamento secundário
estaria defasada exatamente de 180º da corrente primária (supondo polaridade subtrativa) e a
relação de transformação seria exatamente igual à relação das espiras secundária para primária,
em todas as condições de corrente primária de carga. Em outras palavras, não haveria erro de
ângulo de fase nem erro de relação de transformação.
Os transformadores de corrente para serviço de medição, que alimentarão medidores
inclusive para faturamento, logo sendo importante que estes retratem com exatidão a corrente
de serviço normal do circuito devem apresentar erros de relação mínimos dentro de cada classe,
para correntes nominais entre 10% e 120% da corrente nominal.
Já em caso de curto circuito não é necessário que esta corrente seja transformada com
precisão pelos transformadores de corrente para serviço de medição. Muito pelo contrário, a
ação desta corrente provocará a saturação do núcleo do transformador o que proporcionará
autoproteção dos instrumentos conectados ao seu secundário.
Em outras palavras, considera-se que um transformador de corrente para serviço de
medição está dentro de sua classe de exatidão nominal, quando os pontos determinados pelos
Fatores de Correção da Relação (FCR) e pelos ângulos de fase (ß) estiverem dentro do
paralelogramo de exatidão, onde FCR é o fator que multiplicado pela relação nominal de placa
do TC fornece a relação real de transformação do equipamento.
𝐹𝐶𝑅 =𝐼1
𝐼2 𝑥
𝐼
𝑘= (
𝐼2 + 𝐼𝑒
𝐼2)
Onde:
I1 = Valor eficaz da corrente primária (A).
I2 = Corrente secundaria fluindo pela carga (A).
Ie = Corrente de excitação referida ao secundário.
K = Relação de espiras secundária para a primária.
Quando um transformador de corrente for usado somente na medição de corrente, seu
erro de relação precisa ser considerado. Entretanto, quando são feitas medições em que a relação
de fase entre a tensão e corrente estiver envolvida, o erro de fase (ß) da transformação da
corrente deve ser levado em consideração. Isso se faz necessário, porque um erro no ângulo de
fase da corrente constitui uma defasagem entre a corrente primária e a corrente secundária. Este
erro acarreta uma mudança na relação de fase entre a corrente e a tensão do circuito secundário,
quando comparada com a relação de fase entre a corrente e a tensão no circuito primário, o que
induzirá a um erro de medição.
39
O outro fator de correção é o chamado Fator da Correção de Transformação (FCT) que
leva em conta o efeito combinado do erro de relação de ângulo de fase (ß) na medição de
potência ou similares. O FCT deve ser entendido como o fator pelo qual se deve multiplicar a
leitura do wattímetro para se corrigir o efeito do erro de relação de ângulo de fase de um
transformador de corrente.
Os valores de FCT padronizados pelas normas ANSI e ABNT são mostrados na tabela
6.12, de acordo com o fator de potência da carga que estiver sendo medida.
Se o fator de potência do circuito primário estiver fora desta faixa, o FCT do
transformador de corrente poderá estar também fora da faixa especificada.
Classe de
Exatidão
Limites do Fator de Correção da Relação (FCR) e do
Fator de Correção de Transformação (FCT)
Limites do
Fator de
Potência
(atrasado) da
Carga Medida
100 % de I nominal 10 % de I nominal
Máximo Mínimo Máximo Mínimo
1,2 0,988 1,012 0,976 1,024 0,6 – 1,0
0,6 0,994 1,006 0,988 1,012 0,6 – 1,0
0,3 0,997 1,003 0,994 1,006 0,6 – 1,0
Tabela 6.12: FCT - Fatores de correção de relação padronizados pelas normas (ANSI
e ABNT) [12 e 14].
A Tabela 6.12 refere-se apenas as classes de exatidão referentes aos transformadores de
corrente destinados aos serviços de medição para faturamento e medidas de laboratório; para as
normas ANSI e ABNT.
Para qualquer FCR conhecido, para um transformador de corrente específico os valores
limites (positivos e negativos) do ângulo de fase (ß), em minutos pode ser obtido por:
ẞ = 2600 x (FCR – FCT)
Onde
FCT – Valores máximos e mínimos da tabela acima
FCR – Valores calculados nas condições de análise
Para os transformadores de corrente da classe 3, significa estar dentro da classe de
exatidão quando se tem o FCR entre 0.97 e 1,03.
40
Figura 6.2: Limites das classes de exatidão 0,3, em TC para serviço de medição [12]
Figura 6.3: Limites das classes de exatidão 0,6, em TC para serviço de medição [12].
41
Figura 6.4: Limites das classes de exatidão 1,2, em TC para serviço de medição [12].
Classe de Exatidão Aplicação
0,1 Para aferição e calibração dos instrumentos de medida de
laboratório.
0,3 Alimentação de medidores de demanda e consumo ativo e
reativo para fins de faturamento.
0,6 Alimentação de medidores para fins de acompanhamento de
custos industriais.
1,2
Alimentação de amperímetros indicadores, registradores
gráficos, relés de impedância, relés diferenciais, reles de distância,
relés direcionais etc.
3,0 Alimentação de reles de ação direta, por exemplo, aplicados em
disjuntores primários de subestações de consumidor.
Tabela 6.13: Tabela de classe de exatidão (ABNT) [12].
42
6.5.2 Transformadores de Corrente para Serviço de Proteção
Segundo a ABNT os transformadores de corrente para serviço de Proteção se
subdividem em duas classes:
Classe A – com alta impedância interna, isto é, aquele cuja reatância de dispersão do
enrolamento secundário possui valor apreciável. Classe T segundo a norma ANSI.
Classe B – com baixa impedância interna, isto é, aquele cuja reatância de dispersão do
enrolamento secundário possui valor desprezível. Entre estes podem ser citados os
transformadores de corrente com núcleo toroidal com enrolamento secundário uniformemente
distribuído. Classe C segundo a norma ANSI.
Estes transformadores são enquadrados pela ABNT nas seguintes classes de exatidão: 5
e 10. Pela norma ANSI o valor da exatidão é 10, e é classificado como C ou T. O C indica que
a relação de transformação pode ser calculada e o T indica que esta deve ser determinada através
de ensaio.
Os TC de proteção devem estar dentro de sua classe de exatidão para as tensões
secundárias nominais e as cargas secundárias nominais. Consideramos que um TC está dentro
de sua classe de exatidão quando, o seu erro percentual de relação não for superior ao valor
especificado (5% ou 10%) desde o valor de Isec. nominal até o valor de 20 vezes o valor de Isec.
nominal.
O erro percentual da relação pode ser calculado como:
Onde:
Is = Valor eficaz da corrente secundária considerada
Ie = Valor eficaz da corrente de excitação correspondente
É necessário se ter em mente que os instrumentos ligados a estes transformadores de
corrente devem possuir classe de exatidão semelhante.
43
6.5.3 Cálculo da Exatidão de um Transformador de Corrente
A figura 6.5 mostra o circuito equivalente de um transformador de corrente. A corrente
primária (IH) é transformada sem erros de relação, ou de ângulo de fase na corrente (IH/n) que
é chamada geralmente, de corrente primária referida ao secundário.
Figura 6.5: Circuito equivalente de um Transformador de Corrente [4].
Parte desta corrente é consumida na excitação do núcleo, e esta corrente é chamada de
corrente de excitação secundária (Ie). A diferença entre elas é a verdadeira corrente secundária
(IL). A corrente de excitação secundária (Ie) é função da tensão de excitação secundária (EL) e
da impedância de excitação secundária (Xm). A curva que relaciona a tensão de excitação
secundária (EL) com a corrente de excitação secundária (Ie) é chamada 'curva de excitação
secundária é mostrada na figura 6.6.
Figura 6.6: Curva de exatidão de um transformador de corrente – tensão secundária x corrente
de exatidão [4].
44
Se a curva de exatidão secundária e a impedância do enrolamento secundário são
conhecidas, a exatidão da relação de transformação pode ser determinada.
6.5.4 Formas de Especificação da Classe de Exatidão
A indicação da classe de exatidão de um transformador de corrente é feita como a seguir.
Para o TC de medição registra-se a classe de medição conforme o item 6.5.1, seguida
do símbolo de maior carga nominal, conforme o item 6.4.2 com a qual se verifica essa classe
de exatidão. Sendo que cada enrolamento secundário deve ter indicada sua classe de exatidão,
seguida da carga nominal correspondente.
Exemplos: 0,3C2,5 (ABNT) e 0,3B0,1 (ANSI).
Já para o TC de proteção deve-se registrar a classe de medição, conforme o item 6.5.2,
a classificação do transformador de corrente quanto à impedância interna, de acordo com o item
6.4.2, seguida a tensão secundária que aparece nos terminais do TC quando circula pela sua
carga secundária 20 vezes a corrente secundária nominal. Exemplos: 5A200 ou 10A200
(ABNT) e T200 (ANSI); 5B200 ou 10B20 (ABNT) e C400 (ANSI).
Pela norma ANSI pode-se omitir o valor da exatidão na especificação dos
transformadores de corrente já que todos têm valor igual a 10. Porém, na ABNT essa
informação não é omitida, pois isso não ocorre.
6.6 TENSÃO SECUNDÁRIA NORMALIZADA
Para o cálculo dessa tensão, foi considerada uma corrente secundaria nominal de 5 A,
com a carga de valor normalizado.
Tensões Secundárias Normalizadas (V)
10 20 50 90 100 180 200 360 400 800
Tabela 6.14 - Tensão secundária normalizada [4].
45
6.6.1 Classificação para Corrente Secundária Diferente de 5 A
O cálculo da carga ôhmica em TC com corrente secundaria diferente de 5 A será
realizado da mesma forma.
Isso significa que, quando a corrente secundária é diferente de 5A, os valores da
impedância das cargas devem ser obtidos multiplicando-se os valores da tabela pelo quadrado
da relação entre 5A e a nova Isec. nominal.
Exemplo:
Com uma corrente secundária de 1 A, a carga correspondente para B-2 será 2 vezes 25
(*), ou seja, 50 Ω, e a tensão nos terminais dos secundários será:
𝑉𝑠𝑒𝑐 = 50𝑥20𝑥1 = 1000 𝑉
(*) será 2 vezes 25, pois (5
1)
2
= 25
6.7 FATOR DE SOBRECORRENTE NOMINAL
Expressa a relação entre a máxima corrente com a qual o TC mantém a sua classe de
exatidão e a corrente nominal. Segundo a ABNT e as normas internacionais, o valor máximo
desse fator é 20 vezes a corrente primária nominal. Esse fator é muito importante para o
dimensionamento do TC de proteção, tendo em vista que esses devem responder, de acordo
com sua classe de exatidão (10%), a valores de corrente bastante severos nos seus primários
(correntes de curtos-circuitos).
6.8 FATOR TÉRMICO NOMINAL
O fator térmico (FT) determina a corrente máxima que o TC deve suportar em regime
permanente, operando em condições normais e com maior carga especificada, sem exceder os
limites de elevação de temperatura correspondentes à sua classe de isolamento, impostos pela
norma pela qual foi especificado. É o fator pelo qual se deve multiplicar a corrente primária
nominal do sistema de um TC para se obter a corrente primária máxima que o transformador
deve suportar.
46
Os fatores térmicos podem variar em função do fabricante e da norma, como
exemplificado na tabela 6.15.
Fatores Térmicos Nominais
ABNT ANSI
1,0 1,0
1,2 1,33
1,3 1,5
1,5 2,0
2,0 3,0
4,0
Tabela 6.15: Fatores térmicos nominais (ABNT e ANSI) [12 e 14].
Podemos calcular a corrente máxima que um transformador de corrente suporta, em
regime permanente sob condições normais, sem exceder os limites de temperatura especificados
para a sua classe de isolamento, com a fórmula abaixo.
6.9. LIMITE DE CORRENTE DE CURTA DURAÇÃO NOMINAL PARA EFEITO
TÉRMICO
CORRENTE TÉRMICA
Valor eficaz da maior corrente primária que o TC pode suportar por efeito Joule (com
enrolamento curto-circuitado), durante 1 segundo, sem sofrer avarias e perda da vida útil e sem
exceder os limites de temperatura especificados para sua classe de isolamento. Esse tipo de
corrente surge devido a faltas ou falhas ocorridas no sistema.
Esta corrente deve ser definida no ponto de instalação do transformador de instrumento.
Para instalação com circuitos protegidos por disjuntor, o limite de corrente de curta duração
para efeito térmico (It) do TC pode ser relacionado como: I t > I (corrente de interrupção máxima
do disjuntor).
(limitado a 40 kA)
47
Onde:
Ith = corrente térmica.
Inom = corrente nominal.
Se o tempo de duração for diferente de 1segundo, usa-se a fórmula abaixo:
Onde:
0,5 ≤ t ≤ 5 seg.
Observar que existe a possibilidade do transformador de corrente suportar maiores
elevações de temperatura, em função da temperatura de operação na qual está inserido.
Para suportar os efeitos térmicos da Icc, os enrolamentos devem ser projetados para
trabalhar durante 1 segundo, a uma densidade máxima de corrente de 160 A/mm2, pelas normas
ABNT e IEC, e 143 A/mm2, pela norma ANSI.
6.10 LIMITE DE CORRENTE DE CURTA DURAÇÃO NOMINAL PARA EFEITO
MECÂNICO
CORRENTE DINÂMICA
Valor de pico da primeira amplitude da corrente primária (valor eficaz) que o
transformador de corrente pode suportar durante determinado tempo (normalmente 0,1
segundo), com o enrolamento secundário curto-circuitado sem sofrer avarias elétricas ou
mecânicas pelo resultado das forças eletromagnéticas (forças de atração e repulsão).
Onde,
Idin = corrente dinâmica.
Ith = corrente térmica.
IthIthIdin *5,2*2*8,1
ttIthsegIth *)()1(
48
6.11 TIPO DE INSTALAÇÃO
Uso interno ou externo:
No caso de equipamento para uso interno é aquele instalado abrigado de intempéries. O
equipamento de uso externo é aquele instalado ao ar livre, sem abrigo contra as intempéries.
Condições especiais:
Altitudes superiores a 1.000 m;
Exposição a poeira excessiva, ambiente salino e ou corrosivo;
Sujeito a vibrações anormais - sísmicos.
49
7 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL
7.1 FINALIDADE
O Transformador de Potencial (TP) é um equipamento usado principalmente para
sistemas de medição de tensão, tanto para baixa tensão (a partir de 0,6 kV) como para alta tensão,
sendo capaz de reduzir a tensão do circuito para níveis compatíveis com a máxima tensão
suportável pelos instrumentos de medição.
Sua principal aplicação é na medição de tensões com valores elevados, ou seja, seu
circuito primário é conectado a tensão a ser medida, sendo que no secundário será reproduzida
uma tensão reduzida e diretamente proporcional à do primário. Assim, com menor custo e maior
segurança, pode-se conectar um instrumento de medição, como voltímetro e wattímetro, no
secundário.
A tensão reduzida do circuito secundário do TP também é usada para alimentar, de forma
igualmente segura, os circuitos de proteção e controle das instalações elétricas. Dessa forma os
instrumentos de proteção e controle são dimensionados em tamanhos reduzidos com bobinas e
demais componentes de baixa isolação.
Os transformadores de potencial são equipamentos utilizados para suprir instrumentos
que apresentam elevada impedância, tais como voltímetros, relés de tensão, bobinas de tensão
de medidores de energia e etc.
No seu dimensionamento não há necessidade de se considerar todos os fatores
observados no dimensionamento dos transformadores de corrente, pois sua ligação em paralelo
com a rede faz com que a corrente de curto não tenha a mesma influência como nos TC.
Logo, a precisão das medições deve ser mantida em todas as leituras, mas esta condição
é satisfeita facilmente, pois a faixa de variação de tensão é bem menor do que a de corrente.
7.2.TIPO
Para uso em sistema de potência os transformadores de potencial podem ser divididos
em dois tipos:
TPI - Transformador de Potencial Indutivo
TPC - Transformador de Potencial Capacitivo
50
Já para uso em circuitos de ensaio e pesquisa em laboratório os transformadores de
potencial podem ser divididos em divisores capacitivos, resistivos e mistos.
Para determinar qual o melhor tipo de transformador de potencial a ser utilizado devemos
levar em consideração as seguintes informações:
Custo do equipamento
Utilização de 'carrier', também conhecido pela sigla OPLAT (Onda Portadora
Sobre Linhas de Alta Tensão). Em nosso país, é ainda o meio de comunicação
mais utilizado para esquemas de teleproteção, em vista do baixo custo. Há o
aproveitamento dos próprios cabos de energia da Linha de Transmissão como
meio físico de propagação do sinal, interligando subestações e usinas. Esses
fatores atuam de forma harmônica, pois em tensões inferiores a 69 kV geralmente
não se utiliza ‘carrier’ e os TPI tem um custo menor para esse nível de tensão em
relação ao TPC. Logo, há um predomínio na utilização dos TPI para esses níveis
de tensão.
Para as tensões compreendidas entre 69 kV e 138 kV o fator preponderante é a utilização
do PLC - Power Line Carrier, tecnologia que consiste em transmitir dados e voz em banda larga
pela rede mais utilizada em todo o mundo, a de energia elétrica. Como utiliza uma ferramenta
já disponível, não necessita de instalações especiais para ser implantada.
No nível de tensão de 138 kV podemos observar a utilização dos dois tipos de TP em
uma mesma subestação, pois é comum usar os TPC nas linhas de transmissão onde há ‘carrier’,
e os TPI nas barras, já que esses possuem um melhor custo para esse nível de tensão e nessa
posição os equipamentos não empregam nenhum tipo de comunicação por onda.
Já para níveis de tensão superiores a 138 kV, os dois fatores citados levam a utilização
dos TPC.
Tensão Tipo de Transformador de Potencial
600 V até 69 kV Predominantemente são utilizados os TPI
69 kV até 138 kV TPI ou TPC*
Acima de 138 kV São utilizados os TPC
*É necessário o uso do TPC nos sistemas que utilizam PLC.
Tabela 7.1: Tipo de transformador de potencial [2].
51
8 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL CAPACITIVO (TPC)
O transformador de potencial capacitivo é um equipamento cuja finalidade é reproduzir
em seu circuito secundário um sinal de tensão proporcional à tensão do circuito primário,
normalizado e adequado ao uso de instrumentos de medição, controle ou proteção. É ainda
adequado ao sistema de telecomunicação via circuito de alta tensão.
Para tensões acima de 138 kV os transformadores de potencial capacitivo são mais
utilizados, como foi dito. Estes são constituídos basicamente de dois capacitores (C1 e C2) os
quais desempenham a função de divisor de tensão e acoplador da comunicação via ‘carrier’ ao
sistema de potência.
A captação da informação do secundário para os equipamentos de controle, proteção e
medição é realizada por um transformador indutivo de tensão primária de classe 15 kV.
Este executa a função de dois equipamentos, um TPI e um capacitor de acoplamento (que
atua como um divisor capacitivo de tensão) economizando estruturas e, com isso, espaço.
Figura 8.1: Exemplificação de um TPC - capacitor de acoplamento + TPI [6]
8.1.VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO TPC
Se utilizados para medição ou proteção são mais econômicos que os TPI para a classe de
tensão igual ou superior a 230 kV.
Possuem o sistema de acoplamento para equipamentos de comunicação, porém uma
resposta secundária mais lenta comparada aos TPI.
52
Podemos observar nas figuras 8.2 a 8.3 os elementos principais de um TPC.
Figura 8.2: Circuito com os componentes de um TPC [7]
Figura 8.3: Componentes do TPC [7].
53
Esquema elétrico:
Figura 8.4: Esquema elétrico do TPC [6].
8.2 CIRCUITO EQUIVALENTE
Em condições normais, quando um TPC está conectado ao sistema de potência, pode-se
representar o conjunto sistema / TPC, em regime permanente, pelo circuito equivalente da figura
9.5.
54
Figura 8.5: Circuito equivalente de um TPC [4].
Onde:
Rp, Xp – Resistência e reatância de dispersão do enrolamento primário
Rs, Xs – Resistência e reatância de dispersão do enrolamento secundário
Xm – Reatância de magnetização do núcleo
Rfe – Resistência representativa das perdas no ferro
Zb – Carga secundária
Es – Gerador equivalente do sistema
a – relação de transformação (N1/N2)
Is – Corrente secundária
Xc1, Xc2 – Reatâncias capacitivas de C1 e C2
XL – Reator de compensação
55
9 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL INDUTIVO
O TPI - Transformador de Potencial Indutivo, é constituído apenas de uma ou mais
unidades eletromagnéticas, cuja relação de transformação é definida primordialmente pela
relação de espiras de seus enrolamentos (N1/N2).
Os transformadores de potencial indutivo são usados para transformar altas tensões (kV)
em baixos valores mensuráveis (Volts). Esses podem ter vários enrolamentos de proteção e
medição, podendo ser projetado para fornecer qualquer tensão desejada de saída a partir do
enrolamento secundário.
9.1 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM TPI
Um TPI pode ser considerado como sendo um transformador de força conectado com
uma pequena carga (Zb).
Nesse tipo de equipamento, na medida em que a tensão nominal vai aumentando, o
número de espiras necessário para se estabelecer a densidade de campo magnético desejada
também aumenta. Por outro lado, a corrente primária nominal diminui. Isto significa construir,
para níveis de tensões elevadas, transformadores de potencial com enrolamento primário dotado
de um número muito grande de espiras de um fio muito fino, capaz de suportar uma corrente
primária nominal cada vez menor. Do ponto de vista construtivo isto significa maiores custos
pela dificuldade de execução da tarefa, sem esquecer a natural necessidade de um maior nível
de isolamento.
Em decorrência desse elevado número de espiras do enrolamento primário, os valores da
impedância de dispersão são bem altos. E os erros de medição introduzidos pelo TPI são
produzidos pela corrente responsável pela magnetização do núcleo e pela dispersão primária e
secundária.
56
Figura 9.1: Circuito equivalente de um TPI a frequência industrial (58 a 62 Hz) [4].
Onde:
Rp, Xp - Resistência e reatância de dispersão do enrolamento primário
Rs, Xs - Resistência e reatância de dispersão do enrolamento secundário
Rfe - Resistência representativa das perdas no ferro
Zb - Carga secundária
Es - Gerador equivalente do sistema
Lm - Indutância de magnetização do núcleo
Zb
57
9.2.DESEMPENHO TRANSITÓRIO
O desempenho transitório do TPI na ocorrência de um curto circuito próximo ao
equipamento deve ser levado em consideração, pois leva a erros consideráveis nas medições de
tensão.
Figura 9.2: Exemplo de um Sistema [4].
Temos que o fluxo máximo no secundário do TPI durante o curto circuito é:
Onde
Emáx. - Valor de pico da tensão do sistema equivalente
a = N1/N2 (relação de transformação nominal)
- Impedância da linha de transmissão (ZL), vale
Comparando-se o valor de ψbmáx com a amplitude do fluxo em regime permanente antes
do defeito (ψrp), onde ψrp = E máx. / a x, verifica-se que ψbmáx é menor que ψrp.
Concluindo, pode-se afirmar que para TPI a saturação do núcleo durante a ocorrência de
curto-circuitos não é motivo para maiores preocupações. Entretanto, como citado para curto-
circuitos próximos aos terminais da barra onde está conectado o TPI, o valor de ψbmáx será tão
ZaZE Lb /maxmax
LLLjXRZ
f 2
58
pequeno que poderá induzir a erros consideráveis nas medições de tensão. Este fato se explica
pela avaliação da curva B x H (figura 9.3) do material ferromagnético do TPI.
Figura 9.3: Característica típica B x H de um material ferromagnético [4].
A região corrida pela reta de inclinação 1 apresenta uma permeabilidade relativa (µr)
próxima a unidade, caracterizando, assim, a saturação do material.
Pela inclinação 2, temos µr elevado, caracterizando uma região de alta indutância de
magnetização e consequentemente um baixo erro de medição.
Para a região caracterizada pela inclinação 3, µr assume valor baixo, o que significa que
a indutância de magnetização decresce consideravelmente, o que caracteriza uma passagem fácil
para a corrente de magnetização e, portanto o aumento do erro na medição.
9.3 CONSTITUIÇÃO DOS TPI - ABNT NBR 6855
De acordo com a ligação para a qual são projetados, os TPI se classificam em três grupos:
Grupo 1:
São os TPI projetados para ligação entre fases. Eles são basicamente utilizados nos
sistemas de até 34,5 kV. Os transformadores enquadrados neste grupo devem suportar
continuamente 10% de sobrecarga.
59
Grupo 2:
São os TPI projetados para ligação entre fase e neutro de sistema diretamente aterrados:
RZ / Xp ≤ 1, onde Rz é a resistência de sequência zero do sistema e Xp é a reatância de sequência
positiva do sistema.
Grupo 3:
São os TPI projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas onde não se garante a
eficácia do aterramento.
Figura 9.4: Exemplificação dos três grupos de TPI pela ABNT [6].
9.4. FERRO-RESSONÂNCIA
Ferro-ressonância é um fenômeno não linear complexo, ocasionado por um circuito
capacitivo ressonante, com indutores não lineares presentes em transformadores e que provoca
sobretensões cuja forma de onda é irregular e possui elevado conteúdo harmônico. Estas tensões
elevadas provocam danos à isolação podendo ocasionar a queima e explosão desses
equipamentos.
A ressonância série ou paralela conhecida ocorre para um valor especifico de
capacitância, já a ferro-ressonância pode ocorrer para uma ampla faixa. A frequência das formas
de onda de tensão e corrente na ferro-ressonância podem ser diferentes da frequência da fonte
de alimentação.
60
Várias condições podem deflagrar a ferro-ressonância, pois, muitas situações que são
normais na condição linear, são perigosas na condição não linear.
Algumas condições são necessárias para a ocorrência de ferro-ressonância, mas podem
não ser suficientes, como a presença simultânea de capacitância e indutâncias não lineares, e a
existência de pelo menos um ponto em que o potencial de terra não fica fixado (neutro não
aterrado, chaveamento monofásico, abertura de fusível etc.).
Para mitigar esse efeito deve-se criar um ponto de aterramento no trecho do sistema que
está sujeito a esse fenômeno. Porém, quando isso não é possível, a solução para atenuar esse
fenômeno em transformadores de potencial é instalar circuitos supressores de ferro ressonância
no TP.
9.5 CARACTERÍSTICAS PARA ESPECIFICAÇÃO DE UM TRANSFORMADOR DE
POTENCIAL
Para especificação de um TP são necessárias as seguintes informações:
Normas Aplicadas
Tensão Máxima do Sistema
Níveis de Isolamento
Tensão Suportável à Frequência Industrial
Tensão Suportável de Impulso Atmosférico
Tensão Suportável de Impulso de Manobra (quando aplicável)
Tensão Primária Nominal
Fator de Sobretensão
Tensão Secundária Nominal
Frequência nominal (TPC)
Classe de exatidão
Carga de exatidão
Potencia térmica
Capacitância nominal
Uso - interno ou externo
61
9.6 CARACTERÍSTICAS NOMINAIS
9.6.1 Tensão Primária Nominal e Relação Nominal – ABNT
A norma ABNT dispõe de valores tabelados de tensão primária e relação de tensão,
conforme os grupos de ligação. As tensões primárias e as relações nominais são especificadas
de acordo com a tabela 9.1 e devem ser representadas em ordem crescente utilizando os sinais
de acordo com a tabela 10.1.
Grupo 1
Ligação Fase
para Fase
Grupos 2 e 3 - Ligação de Fase para Neutro
Tensão
Primária
Nominal (V)
Relação
Nominal
Tensão
Primária
Nominal (V)
Relação nominal
Aprox. 115/3 115/√3 Aprox. 115
115 1:1
230 2:1
402,5 3,5:1
460 4:1
2300 20:1 2300/√3 36:1 20:1 12:1
3450 30:1 3450/√3 52,5:1 30:1 17,5:1
4025 35:1 4025/√3 60:1 35:1 20:1
4600 40:1 4600 /√3 72:1 40:1 24:1
6900 60:1 6900/√3 105:1 60:1 35:1
8050 70:1 8050/√3 120:1 70:1 40:1
11500 100:1 11500/√3 180:1 100:1 60:1
13800 120:1 13800/√3 210:1 120:1 70:1
23000 200:1 23000/√3 360:1 200:1 120:1
34500 300:1 34500/√3 525:1 300:1 175:1
46000 400:1 46000/√3 720:1 400:1 240:1
69000 600:1 69000/√3 1050:1 600:1 350:1
138000/√3 2100:1 1200:1 700:1
230000/√3 3600:1 2000:1 1200:1
Tabela 9.1: Tensões primárias nominais e relações nominais (ABNT) [13].
Nota: As relações nominais de TPI com tensões primárias nominais superiores a 69 kV para o
grupo 1, e a 230 kV para os grupos 2 e 3, devem ser especificados pelo comprador.
62
9.6.2 Tensão Primária Nominal e Relação Nominal – ANSI
De acordo com a norma ANSI os TP são classificados em diferentes grupos conforme as
características descritas.
Grupo 1 - Características
a) transformadores de potencial para uso com 100% da tensão primária nominal aplicada
ao enrolamento primário, quando conectados entre fase-fase ou fase-terra.
b) Os transformadores deste grupo devem ser capazes de operar com 125% da tensão
nominal, em regime de emergência, tomando-se o cuidado de evitar que a carga a ele imposta
em volt-amperes, na tensão nominal, ultrapasse 64% da carga térmica nominal, sem exceder a
uma elevação de temperatura de 75ºC. Isso resulta em uma diminuição da expectativa de vida
útil de 0.2% por dia.
c) Os transformadores de potencial do grupo 1, também devem ser capazes de operar
continuamente com 110% da tensão primária nominal desde que a carga em volt-amperes nesta
tensão não ultrapasse a carga térmica nominal.
d) Os transformadores conectados entre fase e terra em um sistema não aterrado não
devem ser considerados como um transformador de aterramento e consequentemente não devem
operar com os secundários ligados em delta (∆), pois em caso de curto-circuito correntes
elevadas podem circular.
e) A tensão de ligação em Y pode ser igual a √3 vezes a tensão para o equipamento ligado
em ∆ como mostra a figura 9.5. Para atender ao requisito acima, os transformadores de potencial
do grupo 1 devem ter isolamento pleno.
Sistema nominal trifásico
Figura 9.5: Sistema a 2,4 kV neutro não aterrado [4].
Os transformadores da figura 9.5 podem ser conectados na tensão de linha de 2,4 kV.
63
Figura 9.6: Sistema a 4,16 kV neutro aterrado ou a 4 fios [4].
Tensão Primária
(fase-fase)
Relação de Transformação Nível Básico de
Isolamento (kV crista)
120 / 208 Y 1:1 10
240 / 416 Y 2:1 10
300 / 520 Y 2,5:1 10
480 / 832 Y 4:1 30
600 / 1040 Y 5:1 30
2400 / 4160 Y 20:1 60
4200 / 7280 Y 35:1 75
4800 / 8320 Y 40:1 75
7200 / 12470 Y 60:1 110 ou 95
8400 / 14560 Y 70:1 110 ou 95
Tabela 9.2: Tabela de tensões nominais do grupo 1 [ANSI] [14].
Nota: Os transformadores de potencial conectados em fase terra não aterrados não podem ser
considerados como transformadores aterrados e também não podem ser operados com os
secundários em delta (∆) devido à excessiva corrente que circula no delta.
Grupo 2 - Características
a) Transformadores de potencial projetados para serviço entre fase-fase. Podem ser
usados entre fase-terra ou fase-neutro desde que seja aplicada ao enrolamento primário a tensão
nominal dividida por √3. Para atender as características o transformador deve ter isolamento
pleno.
b) Os transformadores de potencial do grupo 2 devem ser capazes de operar
continuamente com 110% da tensão primária nominal desde que a carga em volt-amperes nesta
tensão não ultrapasse a carga térmica nominal.
64
As figuras 9.7 e 9.8 mostram a ligação do transformador de potencial entre fase-fase e
fase-terra, respectivamente.
Figura 9.7: Sistema a 2,4 kV neutro aterrado ou não aterrado [4].
Os transformadores da figura 9. 7 podem ser conectados na tensão de linha de 2,4 kV,
mas até o limite do isolamento.
Figura 9.8: Sistema a 2,4 kV neutro aterrado ou não aterrado [4].
Tensão Primária
(fase-fase)
Relação de
Transformação
NBI - Nível Básico de
Isolamento (kV crista)
120/120Y 1:1 10
240/240Y 2:1 10
300/300 Y 2,5:1 10
480/480 Y 4:1 10
600/600 Y 5:1 10
2400/2400 Y 20:1 45
4800/4800 Y 40:1 60
7200/7200 Y 60:1 75
12000/12000 Y 100:1 100 ou 95
14400/14400 Y 120:1 100 ou 95
24000/24000 Y 200:1 150 ou 125
34500/34500 Y 300:1 200 ou 150
46000/46000Y 400:1 250
69000/69000Y 600:1 350
Tabela 9.3: Tabela de tensões nominais do grupo 2 (ANSI) [14].
65
Nota: Os transformadores de potencial conectados em fase terra não aterrados não podem ser
considerados como transformadores aterrados e também não podem ser operados com os
secundários em delta (∆) devido à excessiva corrente que circula no delta.
Grupo 3 - Características
a) Os transformadores de potencial deste grupo são projetados para serem usados
somente entre fase-terra e tendo sempre dois enrolamentos secundários. Eles podem ser usados
em sistemas com o neutro aterrado ou isolado, como pode ser visto na figura 9.8.
b) Os TP deste grupo para tensão primária de 9,2 kV e uso em sistemas de 161 kV Y
aterrado (por exemplo), devem ser capazes de suportar uma tensão igual a √3 vezes a tensão
nominal durante 1 minuto, sem exceder uma elevação de temperatura de 175 ºC.
c) Os TP com tensão nominal de 138 kV, para uso em sistema de 230 kV Y aterrado e
acima, devem ser capazes de operar a 140% da tensão nominal com a mesma limitação de
tempo e temperatura.
d) Os transformadores de potencial do grupo 3 devem ser capazes de operar
continuamente com 110% da tensão primária nominal, desde que a carga em volt-amperes,
nesta tensão, não ultrapasse a carga térmica nominal.
e) Os transformadores conectados entre fase-terra em um sistema não aterrado não
devem ser considerados como um transformador de aterramento e consequentemente não
devem operar com os secundários ligados em delta (∆), pois em caso de curto-circuito correntes
elevadas podem circular.
Figura 9.9: Ligação do transformador de potencial entre fase-terra [4].
Sistema de 69 kV com neutro aterrado ou isolado. O terminal primário de cada
transformador não é totalmente isolado e conectado à terra.
66
Tensão Primária Nominal /
Tensão Primária Nominal
(fase-fase)
Relação de Transformação Nível Básico de Isolamento
(kV crista)
14400 / 25000 Gnd Y 120/200 e 120/200:1 150 ou 125
20125 / 34500 Gnd Y 175/300 e 175/300:1 200
27600 / 46000 Gnd Y 240/400 e 240/400:1 250
40250 / 69000 Gnd Y 350/600 e 350/600:1 350
69000 / 115000 Gnd Y 600/1000 e 600/1000:1 550 ou 450
80500 / 138000 Gnd Y 700/1200 e 700/1200:1 650 ou 550
92000 / 161000 Gnd Y 800/1400 e 800/1400:1 750 ou 650
138000 /230000 Gnd Y 1200/2000 e1200/2000:1 1050 ou 900
207000 /362000 Gnd Y* 1800/3000 e1800/3000:1 1300 ou1175
287500 /550000 Gnd Y* 1800/3000 e1800/3000:1 1800 ou1675
341250 /800000 Gnd Y* 3750/ 6250 e 3750/6250:1 2050
Tabela 9.4: Tensões nominais do grupo 3 (ANSI) [14].
As tensões de 362 kV, 550 kV e 800 kV são as máximas tensões primárias nominais destinadas
ao uso em sistemas de extra-alta tensão, pela ANSI C92.
Notas:
(1) A dupla tensão nominal é usualmente conseguida pelo tap no secundário, no caso de
terminais monopolares do terminal do enrolamento terá um terminal comum.
(2) Os transformadores de potencial conectados em fase terra não aterrados não podem ser
considerados como transformadores aterrados e também não podem ser operados com os
secundários em delta (∆) devido à excessiva corrente que circula no delta.
Grupo 4 - Características
a) Os transformadores de potencial do grupo 4 são projetados para serem usados
somente fase-terra, podendo ter terminal de neutro isolado ou aterrado.
b) São projetados somente para uso interno.
c) Devem ser capazes de operar com 110 % da tensão nominal primária nominal, desde
que a carga em volt-amperes nesta tensão não ultrapasse a carga térmica nominal.
d) Devem também ser capaz de operar com 125 % da tensão primária, em regime de
emergência, desde que a carga em volt-amperes na tensão nominal não ultrapasse 64 % da carga
nominal, sem exceder a elevação de temperatura de 75 ºC. Isso resultará em uma diminuição
da expectativa de vida do transformador de potencial em 0,2 % por dia.
e) Os TP conectados entre fase-terra em um sistema não aterrado não devem ser
considerados como um transformador de aterramento e, consequentemente, não podem operar
67
com os secundários em delta (∆), pois em caso de curto-circuito correntes elevadas podem
circular nesses enrolamentos.
As figuras 9.10 e 9.11 mostram ligações típicas do grupo 4A e grupo 4B,
respectivamente.
Figura 9.10: Sistema fase-neutro 4,16 kV, aterrado ou a 4 fios [4].
Figura 9.11: Sistema neutro aterrado ou isolado. Fase e neutro conectados na mesma tensão
(2,4 kV) [4].
Tensão Primária Nominal /
Tensão Primária Nominal
(Fase-Fase)
Relação de
Transformação
Nível Básico de
Isolamento (kV crista)
Grupo 4A – Operação próximo a 100% da tensão nominal
2400 / 4160 Gnd Y 20:1 60
4200 / 7200 Gnd Y 35:1 75
4800 / 8320 Gnd Y 40:1 75
7200 / 12470 Gnd Y 60:1 110 ou 95
8400 / 14560 Gnd Y 70:1 110 ou 95
68
Tensão Primária Nominal /
Tensão Primária Nominal
(Fase-Fase)
Relação de
Transformação
Nível Básico de
Isolamento (kV crista)
Grupo 4B – Operação próximo a 58% da tensão nominal
4200 / 4160 Gnd Y 35:1 60
4800 / 8320 Gnd Y 40:1 60
7200 / 7200 Gnd Y 60:1 75
12000 / 12000 Gnd Y 100:1 110 ou 95
14400 / 14400 Gnd Y 120:1 110 ou 95
Tabela 9.5: Tensões nominais do grupo 4 (ANSI) [14].
Os transformadores de potencial conectados em fase terra não aterrados não podem ser
considerados como transformadores aterrados e também não podem ser operados com os
secundários em ∆ devido à excessiva corrente que circula no delta.
Grupo 5 - Características
a) Os transformadores de potencial do grupo 5 são projetados para serem usados
somente entre fase-terra. Podem ter terminal fase-terra. Podem ter terminal para neutro isolado
ou neutro aterrado.
b) São projetados para uso externo.
c) Devem ser capazes de operar continuamente com 110 % da tensão primária nominal,
desde que a carga em volt-amperes nesta tensão não ultrapasse a carga térmica nominal.
d) Os transformadores de potencial devem ser capazes de operar em uma tensão igual a
140% da tensão nominal por 1 minuto sem exceder 175 ºC de elevação de temperatura.
A figura 9.12 representa a ligação típica do grupo 5.
Figura 9.12: Sistema de 69 kV com neutro aterrado ou isolado, onde o terminal primário de
cada transformador não é totalmente isolado e conectado a terra [4].
69
Tensão Primária Nominal /
Tensão Primária Nominal
(fase-fase)
Relação de
Transformação
Nível Básico de
Isolamento
7200 / 12470 Gnd Y 60:1 110
8400 / 14560 Gnd Y 70:1 110
12000 / 20800 Gnd Y 100:1 150 ou 125
14400 / 25000 Gnd Y 120:1 150 ou 125
20125 / 34500 Gnd Y 175:1 200 ou 150
Tabela 9.6: Tensões nominais do grupo 5 (ANSI) [14].
9.6.3 Níveis de Isolamento
Os níveis de isolamento estão especificados nas tabelas 9.7 e 9.8.
Tensão máxima do
Equipamento
Vmáx ≤ 242 (kV)
Tensão suportável nominal à
frequência industrial durante
1 min (kV)
Tensão Suportável Nominal
de Impulso Atmosférico
(kV crista)
0,6 4
1,2 10 30
7,2 20 40
60
15 34 95
110
24,2 50 125
150
36,2 70
150
170
200
72,5 140 350
92,4 185 450
145 230
275
550
650
242 360
395
850
950
Tabela 9.7: Níveis de isolamento para Vmáx ≤ 242 kV (ABNT) [13].
Nota: Nos casos particulares de utilização de Vmáx = 25,8 kV e de 38 kV, devem ser adotados
os mesmos níveis de isolamento normalizados para as tensões Vmáx = 24,2 kV e Vmáx = 36,2
kV, respectivamente.
70
Tensão Máxima do
Equipamento
Vmáx ≥ 362 (kV)
Tensão Suportável
Nominal a Frequência
Industrial Durante
1 min (kV)
Tensão Suportável
Nominal de Impulso
de Manobra
(kV crista)
Tensão Suportável
Nominal de Impulso
Atmosférico
(kV crista)
362 450 850
950
950
1050
1175
460 620 1050 1425
550
650 1050
1175
1425
1550
740 1300 1675
800 870
960
1425
1550
1950
2100
Tabela 9.8: Níveis de Isolamento para Vmáx ≤ 362 kV (ABNT) [13].
9.6.4 Frequência Nominal
As frequências nominais em que um transformador de potência deve operar são:
50 Hz
60 Hz (ABNT)
50 / 60 Hz
No caso de dupla frequência os transformadores de potencial devem satisfazer às
condições de temperatura, para estas duas frequências, quando a potência nominal e a carga
nominal máxima forem as mesmas nas duas frequências.
9.6.5 Cargas Nominais
Carga, ou carga secundária nominal de um instrumento, são as impedâncias ligadas aos
seus terminais, cujo valor corresponde à potência para exatidão garantida. Consideramos como
carga todos os instrumentos ligados aos terminais do transformador de potencial, bem como, os
cabos que interligam o TP e os instrumentos, em caso de grandes distâncias.
De Acordo com a Norma ANSI
Para fins de dimensionamento, as cargas devem ser expressas em volt-amperes e fator
de potência conforme a tabela 9.9.
As cargas nominais são baseadas em duas tensões secundárias: 120 e 69,3 V.
71
Assim, para transformadores de potencial tendo relações que resultem em tensões
secundárias de 115 e 66,4 V, a carga em volt-amperes na tensão nominal será reduzida a 91,8%
dos valores da tabela 10.9, pois:
(115
120)
2
= 0,918 ou (66,4
69.3)
2
= 0,918
Características das
Cargas Tabeladas
Características na
Base de 120V
Características na
Base de 69.3V
Designação VA FP Resist.
(Ω) L (H) Z (Ω)
Resist.
(Ω) L (H) Z (Ω)
W 12.5 0.10 115.2 3.04 1152 38.4 1.01 384
X 25 0.70 403.2 1.09 576 134.4 0.364 192
Y 75 0.85 163.2 0.268 192 54.4 0.0894 64
Z 200 0.85 61.2 0.101 72 20.4 0.0335 24
Z 400 0.85 30.6 0.0503 36 10.2 0.0168 12
M 35 0.20 82.3 1.07 411 27.4 0.356 137
Tabela 9.9: Carga nominal (ANSI) [14].
Nota: Precisão normalizada para transformadores de potencial estabelece limites de 90% a 110
% da tensão nominal, que frequentemente corresponde a 120 ou 115 volts secundários. Quando
um transformador de potencial é operado a 58% da tensão nominal, a precisão será diferente
que a 100 %. As cargas normalizadas nesta tabela têm impedâncias diferentes a 120 e 69,3 V
de tensão secundária, logo para valores de tensão diferentes desses não se terá precisão.
De Acordo com a ABNT
As cargas nominais estabelecidas pela ABNT são as mesmas da norma ANSI. As
designações, entretanto, são formadas pela letra ‘P’, seguida da potência em VA correspondente
às tensões de 120 a 69,3V.
Na tabela 9.10 temos a classificação segundo a norma ABNT.
Características a 60 Hz e 120 V
Designação
Potência
Aparente
(VA)
Fator de
potência
Resistência
(Ω)
Reatância
Indutiva (Ω)
Impedância
(Ω)
P 12,5 12,5 0,10 115,2 1146,2 1152
P 25 25 0,70 403,2 411,3 576
P 35 3,5 0,20 82,5 402,7 411
P 75 75 0,85 163,2 101,1 192
P 200 200 0,85 61,2 37,9 72
P 400 400 0,85 30,6 19,0 36
Características a 60 Hz e 69,3 V
72
Designação
Potência
aparente
(VA)
Fator de
potência
Resistência
(Ω)
Reatância
Indutiva (Ω) Impedância (Ω)
P 12,5 12,5 0,10 38,4 382,0 384
P 25 25 0,70 134,4 137,1 192
P 35 3,5 0,20 27,4 134,4 137
P 75 75 0,85 54,4 33,7 64
P 200 200 0,85 20,4 12,6 24
P 400 400 0,85 10,2 6,3 12
Tabela 9.10: Cargas nominais (ABNT) [13].
Nota: As características a 60 Hz e 120 V são válidas para tensões secundárias entre 100 e 130
V; e as características a 60 Hz e 69,3 V, são válidas para tensões secundárias entre 58 e 75 V.
Em tais condições, as potências aparentes são diferentes das especificadas.
9.6.6 Classe de Exatidão Nominal
Pela norma ABNT
Os transformadores de potencial indutivos devem ser enquadrados em uma das
seguintes classes de exatidão: 0,3 – 0,6 – 1,2.
Considera-se que um TPI está dentro de sua classe de exatidão, nas condições
especificadas em 9.7.1 quando nestas condições, os pontos determinados pelos fatores de
correção de relação (FCR) e pelo ângulo de fase (γ) estiverem dentro do ‘paralelogramo de
exatidão’, especificado na figura 9.12, correspondente à(s) sua(s) classe(s) de exatidão.
A classe de exatidão 3 deve ser considerada sem limitação de ângulo de fase. Logo não
pode ser utilizada para serviço de medição de potência de energia. Neste caso, considera-se a
classe de exatidão atendida quando o fator de correção da relação (FCR) estiver entre os limites
1,03 e 0,97.
Para os enrolamentos de tensão residual, destinados a ligação em delta aberto, é
suficiente a classe de exatidão 3, tendo em vista tratar-se de enrolamento destinado apenas à
proteção. Neste caso, a carga deste secundário não deve ser considerada no cálculo da carga
simultânea.
73
Figura 9.12: Limites das classes de exatidão 0,3 - 0,6 - 1,2 em TPI [4].
Pela norma ANSI
Para os TPI a serviço de medição mantendo as classes de exatidão da tabela 9.11 e carga
de 0 a 100% da nominal. São as seguintes classes de precisão: 0,3 – 0,6 – 1,2.
Classe Relação de tensão (%) Ângulo de fase (minutos)
0,3 ± 0,3 ± 16
0,6 ± 0,6 ± 32
1,2 ± 1,2 ± 63
Tabela 9.11: Classes de exatidão (ANSI) [14].
74
Pela norma IEC
Para os TP a serviço de medição mantendo a classe de exatidão da tabela 10.12, com
carga entre 20 % e 100 % da nominal e fator de potência (fp) igual a 0,8 atrasado.
Classe Relação de Tensão
(%)
Ângulo de Fase
(minutos)
0,1 ± 0,1 ± 5
0,2 ± 0,2 ± 10
0,5 ± 0,5 ± 20
1,0 ± 1,0 ± 40
3,0 ± 3,0 Não especificado
Tabela 9.12: Classes de exatidão TP de medição (IEC) [4].
Quanto à especificação do TP, pode-se dizer que a classe 0,1 é utilizada para TP de
laboratório, a classe 0,2 para medição de precisão, a classe 0,5 para medição comercial, a classe
1,0 para medição industrial e a classe 3,0 em instrumentação.
Para os TP a serviço de proteção, os desvios da tensão nominal para os enrolamentos
secundários mantendo a classe de exatidão da tabela 9.13, com carga entre 20% e 100% da
nominal e fator de potência (fp) igual a 0,8 atrasado.
Classe Relação de Tensão (%) Ângulo de Fase (minutos)
3 P ± 3,0 ± 120
6 P ± 6,0 ± 240
Tabela 9.13: Classes de exatidão TP de proteção (IEC) [4].
9.6.7 Fator de Sobretensão
Fator aplicado à tensão primária nominal, para se obter a tensão primária na qual o TPI
satisfaz, por tempo determinado, os requisitos térmicos especificados.
Os valores do fator de sobretensão são mostrados na tabela 9.14.
Grupo de
Ligação
Fator de Sobretensão
Contínuo 30 segundos
1 1,15 1,15
2 1,15 1,5
3* 1,9 1,9
Tabela 9.14: fator de sobretensão (ABNT) [13].
75
*Esse fator de sobretensão torna-se necessário, em virtude de que este nível de tensão pode
ocorrer em um sistema trifásico não aterrado, durante faltas de fase para a terra. Por não ser
possível definir a duração de tais falhas, esta condição deve ser considerada como regime
contínuo. Embora esta especificação exija que os TPI pertencentes ao grupo de ligação 3 sejam
capazes de suportar em regime contínuo tal condição, isso não significa que eles possam ser
instalados em circuitos cuja tensão nominal exceda 115% da tensão primária nominal do TPI.
9.6.8 Potência Térmica Nominal – Pterm
Pela Norma ABNT
A potência térmica nominal mínima, em VA, deve ser igual ao produto do quadrado do
fator de sobretensão contínuo (Fstcont.) pela maior carga nominal especificada, ou carga
simultânea, para TPI com dois ou mais secundários, nos quais a potência térmica é distribuída
pelos secundários proporcionalmente à maior carga nominal de cada um deles.
Transformadores de potencial dos grupos de ligação 1 e 2 – a potência térmica não deve
ser inferior a 1,32 vezes a carga mais alta em VA, referente a exatidão do TP.
Transformadores de potencial do grupo de ligação 3 – a potência térmica não deve ser
inferior a 3,61 vezes a carga mais alta em VA, referente à exatidão do TP.
Pela Norma ANSI
A potência térmica nominal de um TP é especificada como a maior carga que o
transformador pode suportar com a tensão nominal no secundário sem exceder a elevação de
temperatura estabelecida pela tabela 9.15.
ANSI Temperatura Ambiente (10 ºC) Temperatura Ambiente (40 ºC)
Elevação de
Temperatura
Temperatura
Média do
Enrolamento - ºC
(Método da Resist.)
Ponto mais
Quente do
Enrolamento
Temperatura
Média do
Enrolamento - ºC
(Método da Resist.)
Ponto mais
Quente do
Enrolamento
55ºC 55 65 30 40
80ºC - Seco 80 110 55 85
Tabela 9.15: Elevação de temperatura (ANSI) [14].
Obs.: A elevação de temperatura das outras partes metálicas não deve exceder a temperatura
do ponto mais quente.
76
9.7.CONDIÇÕES DE FUNCIONAMENTO
9.7.1 Quanto à Exatidão
Os transformadores de potencial com um único enrolamento devem estar dentro da sua
classe de exatidão nas seguintes condições:
a) Para tensões entre 90 % e 110 % da tensão nominal 60 HZ.
b) Para todos os valores de cargas nominais, desde vazio até a carga nominal especificada.
c) Para todos os valores de fatores de potência entre 0,6 e 1,0 indutivo de carga medida
no primário do transformador de potencial, estes valores definem o traçado dos
paralelogramos.
Em TPI com dois ou mais enrolamentos secundários, cada enrolamento deve estar dentro
de sua classe de exatidão, nas condições mencionadas nas condições a, b e c deste item, com
o(s) outro(s) secundário(s) alimentando cargas padronizadas, desde que a soma das cargas não
ultrapasse a carga simultânea especificada; mantendo a exatidão especificada para cada
secundário.
Num TPI com enrolamento provido de derivações, as classes de exatidão devem ser
especificadas separadamente para cada derivação, caso sejam diferentes. Caso contrário, as
derivações devem estar dentro da classe de exatidão do enrolamento total.
9.7.2. Quanto a Elevação de Temperatura
A elevação de temperatura dos enrolamentos e outras partes do TPI não deve exceder os
limites especificados na tabela 9.16, em quaisquer das seguintes condições.
Energizado à tensão primária nominal, com carga igual a potência térmica
nominal, distribuída pelos secundários proporcionalmente às maiores cargas
nominais indicadas em cada um deles, em regime contínuo.
Energizado a Fst30s vezes a tensão primária nominal por 30 segundos, depois de
estabilizada a temperatura a Fstcont vezes a tensão primária nominal, alimentando a
carga simultânea, distribuída pelos secundários, proporcionalmente às maiores
cargas nominais indicadas para cada um deles.
77
Tipo de TPI
Designação Antiga da
Classe de Temperatura
e Classe Térmica (D)
Limites de Elevação de Temperatura (A)
Dos Enrolamentos
Do Líquido
Isolante
Partes Metálicas
Método da
Variação de
Resistência
Método do Ponto
Mais Quente
Em Contato com Partes
Adjacentes à Isolação Outras Partes
Com isolação
líquida e com
conservador ou gás
inerte sobre
líquido isolante
A (105 ºC) 55 ºC 65 ºC 50 ºC (B)
Não devem atingir a
temperatura superior a
máxima especificada para
o ponto mais quente da
isolação adjacente.
Não devem atingir
temperatura excessiva que
possa prejudicara isolação
Com isolação
líquida e sem
conservador ou
gás inerte sobre
líquido isolante
A (105 ºC) 55ºC 65 ºC 50 ºC (C)
Com isolação
sólida
A (105 ºC)
E (120 ºC)
B (130 ºC)
F (155 ºC)
H (180 ºC)
55 ºC
70 ºC
80 ºC
105 ºC
130 ºC
65 ºC
80 ºC
90 ºC
115 ºC
140 ºC
-
-
-
-
-
Tabela 9.16: Limite de elevação de temperatura (ABNT) [13].
OBS.:
(A) OS TPI de uma classe de temperatura especificada podem usar, na sua isolação, combinações de materiais das classes A e H (105 ºC a 180ºC, desde que tais
combinações sejam usadas em locais do TPI não sujeitos a elevação de temperatura superiores às permitidas para material de classe mais baixa da combinação.
(B) Medida próxima à base superior do tanque
(C) Medida próxima à superfície.
(D) Nova classificação térmica exemplificada na tabela 2.1.
78
10 REPRESENTAÇÃO
10.1.TENSÃO NOMINAL E RELAÇÕES NOMINAIS
As tensões primárias e as relações nominais devem ser representadas em ordem
crescente utilizando os sinais conforme a tabela 10.1.
Sinal Função
: Representar relações nominais.
- Separar tensões nominais e relações nominais de enrolamentos diferentes.
X Separar tensões nominais e relações nominais obtidas por religação série ou paralelo.
/ Separar tensões nominais e relações nominais obtidas por derivação.
Tabela10.1: Sinais para separação de tensões nominais e relações nominais (ABNT) [13].
Exemplos:
1. TPI com um enrolamento primário e um secundário:
2. TPI com enrolamento primário e dois enrolamentos secundários com derivações:
ou
3. TPI com enrolamento primário e um enrolamento secundário, com derivação em um deles:
1:120
VkV 1158.13
1:1:120/70 1:120/70120/70
3115
115
3115
115
3
8.13
V
V
V
VkV
1:70/60
VVkkV
1153
\8.13
3
5.11
79
4. TPI com um enrolamento primário para religação série ou paralelo e um enrolamento
secundário:
5. TPI com enrolamento primário com derivação e dois enrolamentos secundários, sendo um
com derivação:
6. TPI com enrolamento primário para religação série ou paralelo e dois enrolamentos
secundários, sendo um com derivação:
7. TPI com enrolamento primário e dois enrolamentos secundários, sendo um de tensão
residual:
1:210120
3
115
3
115
3
13800
1:12060x
VkVkVx 1158.139.6
1:120/100/70/6070/60
3
115115115
3
8.13
3
5.11 VVV
kVkV
1:120/7060/357035 xx
3
115115115
3
8.13
3
9.6 VVV
kVx
kV
80
10.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS
Os terminais devem ser adequadamente identificados, para facilitar sua ligação correta,
usando as marcas de polaridade e, além destas, uma letra e algarismos em cada um dos
terminais.
A identificação deve ser feira da seguinte forma:
A letra distingue o enrolamento a que pertence o terminal:
a. H – Terminal de enrolamento primário.
b. X – Terminal de enrolamento secundário.
Os algarismos são dispostos conforme a série natural dos números inteiros e
usados como indicado a seguir:
a. Quando antes da letra, o algarismo indica o número do enrolamento
primário ou secundário, ou as diferentes fases nos conjuntos de medição.
b. Quando depois da letra, o mais baixo e o mais alto algarismo da série
indicam o enrolamento completo, e os intermediários sindicam as
derivações em sua ordem relativa.
Os terminais externos primários dos conjuntos de medição são numerados como
segue:
a. O número 0, para o terminal de neutro de entrada.
b. Os números 1, 2 e 3 para os demais terminais de entrada.
c. Os números 3, 4 e 5 para os terminais de saída.
Os terminais secundários e os terminais internos dos conjuntos de medição são
marcados de acordo com os tópicos 1 e 2 deste item.
Quando um TPI for religável, devem constar da placa de identificação as
indicações necessárias para a execução correta do religamento.
Os exemplos típicos de marcação dos terminais são demostrados nas figuras 10.1 e 10.2
e na tabela 10.2.
81
Figura 10.1: Marcação de terminais de conjunto de medições com três transformadores de
potencial e três de corrente [4].
Figura 10.2: Marcação de terminais de conjunto de medições com dois transformadores de
potencial e dois de corrente [4].
82
Transformador de Potencial indutivo
Denominação Esquema
De relação única
De relação dupla, com primário em duas
seções, destinadas a ligação série paralelo
De duas relações, com derivações no
primário
De duas relações, com derivações no
secundário
De dois enrolamentos secundários
Tabela 10.2: Exemplos de marcação de terminais TPI (ABNT) [13].
83
Para efeito de comparação, mostramos, na tabela 10.3, exemplos de marcação de
polaridade dos TC.
Tabela 10.3: Exemplos de marcação de terminais TC (ABNT) [13].
84
11 CONCLUSÃO
Conforme descrito no capítulo 1, o objetivo do presente trabalho é de fornecer aos
futuros engenheiros eletricistas um material único e conciso que lhes fornecessem meios
suficientes para compreender o funcionamento dos transformadores de instrumentos dando-
lhes condições de entrar no mercado de trabalho com maior conhecimento sobre esses
transformadores. Além disso, o trabalho visa mostrar aos estudantes a enorme complexidade
da concepção de um equipamento desse tipo.
Este projeto procurou organizar o material encontrado em livros, catálogos, sites dos
fabricantes, citações, artigos e normas em um único material, permitindo que estas informações,
antes dispersas em diversos lugares, estejam reunidas em um único exemplar.
Apesar de o material ser conciso em sua proposta, a constante evolução desses
equipamentos faz com que seja necessária a permanente atualização das informações contidas
nesse trabalho. Por isso, é importante consultar normas e fabricantes para manter atualizadas as
informações necessárias para especificar os transformadores de instrumentos.
11.1 SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS
Este trabalho deverá ser revisado no futuro de modo a incorporar as novas tecnologias
que estão atualmente em estudo ou que ainda serão desenvolvidas.
Tendo como sugestão os TC e TP ópticos que já vem sendo utilizados em alguns novos
sistemas elétricos.
85
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] OLIVEIRA, L. B. Consolidação de Material Didático para a Disciplina de Engenharia do
Trabalho Gestão da Produção – 2008
[2] D’AJUZ, A.; RESENDE, F. M.; CARVALHO, F. M. S.; NUNES, I. G. et al. Equipamentos
Elétricos; Especificação e Aplicação em Subestações de Alta Tensão. FURNAS/UFF – 1985
[3] GIL, A. C. Como Elaborar Projetos de Pesquisa. Ed. Atlas – 1991
[4] NEMÉSIO SOUSA, J. Material Didático da Disciplina de Equipamentos Elétricos
Transformador de Instrumentos. UFRJ - 2013
[5] BASSETO G. C. Introdução às Características Construtivas dos Transformadores de
Corrente de Fabricação Areva. 2007
[6] COUTINHO L. Transformador de potencial capacitivo. Areva. 2007
[7] PEREIRA T. Transformador de potencial capacitivo. Areva - 2007
[8] CELSO L. Introdução às Especificações de Transformadores de Potencial Indutivo - Alstom
- 2011
[9] MARDEGAN C. Transformadores de Corrente, potencial e bobinas de Rogowski para fins
de proteção – Parte II - O Setor Elétrico - Fevereiro de 2010
[10] FILHO SILVA C. Transformadores para Instrumentos – 2010
[11] DUALIBI P. Subestações - Tipos equipamentos e proteção. Novembro 1999.
[12] ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. Transformadores de corrente –
Especificação - NBR 6856:1992.
[13] ABNT NBR 6855:2009. Transformadores de potencial – Especificação.
[14] ANSI - American National Standards Institute. Requirements for instrument transformers
– ANSI – C57.13-2000.
[15] NEMÉSIO SOUSA, J. Material Didático da Disciplina de Manutenção de Equipamentos
e Instalações Elétricas – Isolação de Equipamentos. UFRJ - 2013