transformadores para medição e proteção

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Curitiba 08/04/2013 Segunda – feira

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

BRUNO BATISTA FERREIRA

PAULO VINÍCIUS DE ALMEIDA OLIVEIRA

TRANSFORMADORES DE MEDIÇÃO E PROTEÇÃO

TRABALHO ACADÊMICO

CURITIBA

2013

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BRUNO BATISTA FERREIRA

PAULO VINÍCIUS DE ALMEIDA OLIVEIRA

TRANSFORMADORES DE MEDIÇÃO E PROTEÇÃO

Trabalho acadêmico da disciplina

de Materiais e equipamentos

elétricos da Universidade

Tecnológica Federal do Paraná

como requisito para a

composição da nota de tal

disciplina

Professor: Walmir Eros Wladika

CURITIBA

2013

3


Sumario

RESUMO ..................................................................................................................... 4

SIMBOLOGIA....................................................................................................................................... 5

DEFINIÇÃO ................................................................................................................. 6

FUNÇÕES .................................................................................................................... 8

APLICAÇÕES.................................................................................................................9

TERMINOLOGIA..........................................................................................................12

CLASSIFICAÇÃO........................................................................................................14

CONSTITUIÇÃO............................................................................................................23

FUNCIONAMENTO......................................................................................................29

ESPECIFICAÇÃO..........................................................................................................34

ENSAIOS........................................................................................................................35

INSTALAÇÃO................................................................................................................37

MANUTENÇÃO.............................................................................................................37

NORMAS........................................................................................................................43

PREÇOS..........................................................................................................................43

FONTES DE CONSULTA.............................................................................................46

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Resumo

O presente trabalho faz menção ao uso de transformadores para

medição e proteção, isto é, transformador de corrente (TC) e transformador

de potencial (TP). Neste trabalho escolar estão presentes simbologia,

definição, função, aplicação, terminologia, classificação, constituição,

funcionamento, especificação, ensaios, instalação, manutenção, normas,

preços dos respectivos capacitores.

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Simbologia

A simbologia padrão dos transformadores de corrente (TC´s) mostra os

terminais primários de alta tensão H1 e H2 e os terminais secundários X1 e X2. O

ponto, para transformadores com polaridade aditiva, indica onde entra a corrente no

primário e onde sai a corrente no secundário (defasamento de 180°).

Modelos industriais de TCs têm os terminais de alta tensão marcados como P1 e

P2 (Primário 1 e Primário 2), sendo que em muitos casos pode haver diferentes ligações

do circuito primário que permitam alterar a relação de transformação. Os terminais

secundários são marcados como 1s1, 1s2, 2s2... (número, algarismo, número),

indicando respectivamente o número do enrolamento, o símbolo de terminal secundário

(s) e o número da derivação do terminal secundário. Já quanto ao TP’s, estes possuem a

mesma simbologia, porém o que difere dos TC’s é que ao invés da letra “P” para

simbolizar o primário do transformador de corrente usamos “H” e para o secundário

“X” conforme a imagem abaixo.

Figura 1: Diagrama de TC’s e TP’s

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Figura 2

A figura acima nos mostra uma ligação de três transformadores de potencial e

três transformadores de corrente.

Definição

Transformadores de Corrente

O transformador de corrente (TC) é um transformador para instrumento cujo

enrolamento primário é ligado em série a um circuito elétrico e cujo enrolamento

secundário se destina a alimentar bobinas de correntes de instrumentos de medição e

proteção ou controle. A figura acima nos mostra o esquema básico de ligação de um

TC.

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Figura 3: esquema básico de um TC.

O enrolamento primário dos TC’s é, normamente constituído de poucas espiras

(2 ou 3 espiras) feitas de condutores de cobre de grande seção.

Transformadores de Potencial

O transformador de potencial (TP) é um transformador para instrumento cujo

enrolamento primário é ligado em derivação a um circuito elétrico e cujo enrolamento

secundário se destina a alimentar bobinas de potencial de instrumentos elétricos de

medição e proteção ou controle.

A figura a seguir, nos mostra um esquema básico de ligação de um TP.

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Figura 4: Transformador de potencial

Nos TP’s o numero de espiras do primário é maior que o número de espiras do

secundário, logo .

Funções

Transformador de potencial

Esta classe de transformadores foi criada, porque é impraticável a ligação de

instrumentos em circuitos de alta corrente, sendo, portanto obrigatório à redução das

suas tensões primárias para valores secundários menores sem induzir a erros, com

referencia a relação de fase. Além do fator crucial dito anteriormente este tipo de

transformadores são equipamentos essenciais nos sistemas elétricos tendo como função

relatar as condições reais do sistema tanto em regime permanente como durante faltas,

ou ainda isolar e proteger o circuito secundário do primário, reduzindo as correntes de

medição proporcionando segurança nas operações e reduzindo também custos com

montagens e cabos.

Transformador de corrente

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Esta outra classe de transformadores têm a função de transformar a corrente

primária que detém valores elevados e de difícil medida em valores menores para

medição, como por exemplo, é fato de medirmos uma corrente em uma subestação no

qual a corrente certamente será alta e com uso deste dispositivo ele faz com que haja

uma alteração de parâmetros de corrente para que seja possível medi-la em menores

valores, contudo este menor valor tem total correspondência com o alto valor visto do

primário. Além de serem usados na medição estes TC’s são destinados a proteção de

sistemas contra sobrecorrentes por meio de relés.

Aplicações

Figura 5

No sistema de geração, distribuição e consumo acima são encontrados

transformadores para medição e proteção na geração nas subestações transmissora,

distribuidora e nos consumidores industriais comerciais e residenciais.

Na geração a energia precisa ser medida antes de ser transmitida para isso são

utilizados TP e TC.

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Na subestação transmissora encontramos em suas entradas um transformador

para proteção um TP para medição de tenção e um TC para medição de corrente.

Nos consumidores industriais, comerciais, e residenciais encontramos pelo

menos um Trafo para proteção e um TC para medição no relógio de consumo.

Para os consumidores cativos, o sistema de medição pode ser instalado no lado

de baixa tensão do transformador de potência da unidade consumidora, devendo-se

utilizar um método de compensação das perdas de transformação. A figura a seguir

ilustra genericamente em diagrama unifilar uma ligação com medição na baixa tensão

do transformador:

Figura 6: Unidade Consumidora

Fonte: http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo5_Revisao_1.pdf

A figura a seguir ilustra genericamente em diagrama unifilar uma ligação de

unidade consumidora atendidas em MT e AT:

Figura 7: Unidade consumidora


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A figura a seguir ilustra genericamente uma ligação de consumidor, em

diagrama unifilar:

Figura 8: Unidade consumidora


A figura abaixo ilustra genericamente uma ligação de consumidor livre, em

diagrama unifilar, como exemplo:

Figura 9: Ligação de consumidor diagrama unifilar


A Figura 22 segue exemplo da utilização do relé como equipamento de proteção

para sistemas de potência. Nota-se a utilização de outros equipamentos como o

transformador de potencial e transformador de corrente que tem por função mudar a

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ordem da grandeza medida para valores menores que possam ser acompanhados pelo

relé.

O relé funciona como a parte lógica do sistema da figura 22, ou seja, de acordo

com variação nas variáveis de entrada como a tensão e corrente ele atua no disjuntor do

sistema de modo a interromper o circuito quando necessário.

Terminologia

Quando nos referimos aos transformadores de proteção e medição, ou melhor,

transformadores de potencial e de corrente devemos conhecer alguns termos técnicos

em relação ao assunto, pois eles são de suma importância para o entendimento sobre o

funcionamento, instalação, dimensionamento, função dentro outros. A respeito destes

componentes do sistema elétrico é interessante citar as seguintes terminologias em

relação aos TP’s:

01) Tensão secundária: é a tensão vista pelos enrolamentos secundários de um

transformador, nos TP’s ela gira em torno de 115 volts ou aproximadamente 115 volts,

havendo também a possibilidade de 115/√3 volts. Em TP’s antigos podem ser

encontradas as tensões secundárias nominais: 110V, 120V e às vezes 125V.

02) Tensão primária: A tensão primária nominal depende da tensão entre fases, ou entre

fase e neutro, do circuito em que o TP vai ser utilizado.

03) Carga nominal: Carga no qual se baseiam os requisitos de exatidão do TP.

04) Classe de exatidão: valor máximo do erro, expresso em percentagem, que poderá ser

introduzido pelo TP na indicação de um wattímetro, ou no registro de um medido de

energia elétrica, em condições específicas.

05) Potência térmica: Maior potência aparente que um TP pode fornecer em regime

permanente , sob tensão e frequências nominais, sem exceder os limites de elevação de

temperatura especificados. Estes limites de temperatura estão fixados na tabela 1 do

anexo conforme padrões da ABNT.

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06) Nível de isolamento: define-se a especificação do TP quanto às condições a que se

deve satisfazer a sua isolação em termos de tensão suportável

07) Polarização: Em TP’s a polaridade não precisa ser levada em consideração quando

ele alimenta somente voltímetros, reles de tensão etc. Mas, quando ele alimenta

instrumentos elétricos cuja bobina de potencial é provida de polaridade relativa, como

wattímetro, medidores de energia elétrica, fasímetros, etc. , então é extremamente

importante a consideração da polaridade do TP, pois a bobina de potencial destes

instrumentos deve ser ligada ao terminal secundário do TP que corresponde ao seu

primário que esta ligado como entrada ao circuito principal.

08) Tensão máxima do equipamento (Umax) : Tensões máximas do equipamento

padronizadas, em kV, são: 15 – 24,2 – 36,2.

Em relação aos TC’s temos também outras terminologias, conforme a seguir:

01) Corrente secundária: de modo geral a geral a corrente nominal secundária é de 5A.

Em casos especiais em proteção pode haver TC’s com corrente secundária nominaç de

2,5A.

02) Corrente primária: caracteriza o valor nominal de suportável pelo TC. Na escolha

de um TC, deve se especifica-lo tendo em vista a corrente máxima do circuito em que o

TC vai ser inserido.

03) Fator térmico: fator pelo qual deve ser multiplicada a corrente primária nominal

para se obter a corrente primária máxima que um TC é capaz de conduzir em regime

permanente, sob frequência nominal, sem exceder os limites de elevação de temperatura

especificados e sem cair fora da classe de exatidão.

04) Corrente térmica nominal: maior corrente primária que um TC é capaz de suportar

durante um segundo, com o enrolamento secundário curto-circuitado, sem exceder, em

qualquer enrolamento, uma temperatura máxima especificada

05) Corrente Dinâmica nominal: valor de crista da corrente primária que um TC é capaz

de suportar, durante o primeiro meio ciclo, com o enrolamento secundário curto-

circuitado, sem danos elétricos ou mecânicos resultantes das forças eletromagnéticas.

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06) Erro de corrente: Valor percentual, referido à corrente primária, da diferença entre a

corrente eficaz secundária multiplicada pela relação nominal e a corrente eficaz

primária, em regime senoidal:

Rn: = Relação nominal TC

Valor eficaz da corrente primária

Valor eficaz da corrente secundária

(07) Erro de corrente composto (Ec): Valor percentual, referido a corrente primária, do

valor eficaz equivalente da corrente determinada com a diferença entre a corrente

secundária multiplicada pela relação nominal e a corrente primária.

Valor eficaz da corrente primária

Valor nominal do TC

Valor instantâneo da corrente primária

Valor instantâneo da corrente secundária

Classificação

Conforme a disposição dos enrolamentos e do núcleo, os TC’s podem ser

classificados nos seguintes tipos:

TC tipo Barra

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É aquele cujo enrolamento primário é constituído por uma barra fixada através

do núcleo do transformador, conforme mostrado abaixo.

Figura 10: TC tipo barra

TC tipo enrolado

É aquele cujo enrolamento primário é constituído de uma ou mais espiras envolvendo o

núcleo do transformador, conforme ilustrado abaixo.

Figura 11: TC tipo enrolado

TC tipo janela

É aquele que não possui um primário fixo no transformador e é constituído de

uma abertura através do núcleo, por onde passa o condutor que forma o circuito

primário, conforme abaixo.

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Figura 12: TC tipo janela

TC tipo bucha

É aquele cujas características são semelhantes ao TC do tipo barra, porém sua

instalação é feita na bucha dos equipamentos ( transformadores, disjuntores, etc.), que

funcionam como enrolamento primário, de acordo como mostrado abaixo.

Figura 13: TC tipo bucha

TC de núcleo dividido

É aquele cujas características são semelhantes às do tipo janela, em que o núcleo

pode ser separado para permitir envolver o condutor que funciona como enrolamento

primário, conforme mostrado abaixo.

Figura 14: TC de núcleo dividido

TC com vários enrolamentos primários

É aquele constituído de vários enrolamentos primários montados isoladamente e

apenas um enrolamento secundário, conforme abaixo.

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Figura 15: TC com vários enrolamentos primários

TC com vários núcleos secundários

É aquele constituído de dois ou mais enrolamentos secundários montados

isoladamente, sendo que cada um possui individualmente o seu núcleo, formado,

juntamente com o enrolamento primário, um só conjunto, conforme se na figura abaixo.

Neste tipo de transformador de corrente, a seção do condutor primário deve ser

dimensionada tendo em vista a maior das relações de transformação dos núcleos

considerados.

Figura 16: TC com vários núcleos secundários

TC com vários enrolamentos secundários

É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelo enrolamento primário e

vários enrolamentos secundários, conforme se mostra na figura abaixo, e que podem ser

ligados em série ou paralelo.

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Figura 17: TC com vários enrolamentos Secundários

TC tipo derivação no secundário

É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelos enrolamentos primário

e secundário, sendo este provido de uma ou mais derivações. Entretanto o primário pode

ser constituído de um ou mais enrolamentos, conforme se mostra na figura a seguir.

Como os amperes-espiras variam em cada relação de transformação considerada,

somente é garantida a classe de exatidão do equipamento para a derivação que estiver o

maior número de espiras. A versão deste tipo de TC é dada na figura abaixo.

Figura 18: TC tipo derivação no secundário

Os transformadores de corrente de baixa tensão normalmente têm o núcleo

fabricado em ferro-silício de grãos orientados e está, juntamente com os enrolamentos

primário e secundário, encapsulado em resina epóxi, submetida a polimerização, o que

lhe proporciona endurecimento permanente, formando um sistema inteiramente

compacto e dando ao equipamento características elétricas e mecânicas de grande

desempenho, ou seja:

1. Incombustibilidade do isolamento;

2. Elevada capacidade de sobrecarga, dada a excepcional qualidade de condutividade

térmica da resina epóxi;

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3. Elevada resistência dinâmica às correntes de curto-circuito;

4. Elevada rigidez dielétrica.

Já os transformadores de corrente de média tensão, semelhantemente aos de

baixa tensão, são normalmente construídos em resina epóxi, quando destinados às

instalações abrigadas, conforme as figuras a seguir.

Figura 19: transformadores de corrente de média tensão

Também são encontrados transformadores de corrente para uso interno, construídos em

tanque metálico cheio de óleo mineral e provido de buchas de porcelana vitrificada

comum aos terminais de entrada e saída da corrente primária.

Os transformadores de corrente fabricados em epóxi são normalmente

descartados depois de um defeito interno. Não é possível a sua recuperação.

Os transformadores de corrente de alta tensão para uso ao tempo são dotados

bucha de porcelana vitrificada com saias, comum aos terminais de entrada da corrente

primária.

Os transformadores de corrente destinados a sistemas iguais ou superiores a 69

kV têm os seus primários envolvidos por uma blindagem eletrostática, cuja finalidade é

uniformizar o campo elétrico.

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Conforme a finalidade de aplicação, os TC’s podem ser classificados nos dois tipos

seguintes:

1° Transformadores de corrente para serviço de medição

Os TC's empregados na medição de corrente ou energia são equipamentos capazes de

transformar as correntes de carga na relação, em geral, de Ip/5 A, propiciando o registro

dos valores pelos instrumentos medidores sem que estes estejam ligação direta com o

circuito primário da instalação.

Eventualmente, são construídos transformadores de corrente com vários núcleos,

uns destinados à medição de energia e outros, próprios para o serviço de proteção.

Porém, as concessionárias, geralmente, especificam em suas normas unidades separadas

para a sua medição de faturamento, devendo o projetista da ação, reservar uma unidade

independente para a proteção, quando for o caso.

2° Transformadores de corrente destinados a proteção

Os transformadores de corrente destinados à proteção de sistemas elétricos são

equipamentos capazes de transformar elevadas correntes de sobrecarga ou de curto-

circuito em pequenas correntes, propiciando a operação dos relés sem que estes estejam

em ligação direta com o circuito primário da instalação, oferecendo garantia de

segurança aos operadores, facilitando a manutenção dos seus componentes e, por fim,

tornando-se uni aparelho extremamente econômico, já que envolve reduzido emprego

de matérias-primas.

Ao contrário dos transformadores de corrente para medição, os TC's para serviço

de proteção não devem saturar para correntes de elevado valor, tais como as que se

desenvolvem durante a ocorrência de um defeito no sistema. Caso contrario, os sinais de

corrente recebidos pelos relés estariam mascarados, permitindo, desta forma, uma

operação inconsequente do sistema elétrico. Assim, os transformadores de corrente para

serviço de proteção apresentam um nível de saturação elevado, igual a 20 vezes a

corrente nominal, conforme se pode mostrar na curva da Figura abaixo, como exemplo

genérico.

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Pode-se perfeitamente concluir que jamais se devem utilizar transformadores de

proteção em serviço de medição e vice-versa. Além disso, deve-se levar em conta a

classe de exatidão em que estão enquadrados os TC's para serviço de proteção que,

segundo a NBR 6856/81, podem ser de 5 ou 10.

Ainda segundo a NBR 6856, o erro de relação do TC deve ser limitado ao de corrente

secundária desde 1 a 20 vezes a corrente nominal e a qualquer igual ou inferior à

nominal.

Deve-se alertar para o fato de que os transformadores de corrente com mais derivação

no enrolamento secundário têm a sua classe de exatidão relacionada com a sua operação

na posição que leva o maior número de espiras.

Além da classe de exatidão, os transformadores de corrente para serviço proteção são

caracterizados pela sua classe, relativamente à impedância do seu lamento secundário,

ou seja:

1. Classe B são aqueles cujo enrolamento secundário apresenta reatância que ser

desprezada. Nesta classe, estão enquadrados os TC's com núcleo toroidal ou

simplesmente TC's de bucha;

2. Classe A são aqueles cujo enrolamento secundário apresenta uma reatância que pode ser

desprezada. Nesta classe, estão enquadrados todos os TC's que NÃO se enquadram na

classe B.

Quanto aos TP’s eles são assim classificados:

Transformador de potencial indutivo – Os transformadores de potencial indutivos são

construídos segundo três grupos:

Grupo 1 – São aqueles projetados para ligação entre fases. São basicamente os do tipo

utilizados nos sistemas de até 34,5 kV. Os transformadores enquadrados neste grupo

devem suportar continuamente 10% de sobrecarga;

Grupo 2 – são aqueles projetados para ligação entra fase e neutro de sistema diretamente

aterrados, isto é: onde Rz é a resistência de sequencia zero do sistema, e Xp é a

reatância de sequencia positiva do sistema.

Grupo 3 – São aqueles projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas onde não

se garanta a eficácia do aterramento.

22


Figura 20: TP tipo indutivo do grupo 2 e grupo 3.

Transformador de potencial capacitivo – Os transformadores capacitivos são utilizados

basicamente como um conjunto de capacitores que servem para fornecer um divisor de

tensão e permitir a comunicação através do sistema Carrier. São construídos

normalmente para tensões iguais ou superiores a 138 kV.

Figura 21 : Transformador capacitivo

Fonte: www.simmmei.com.br

Transformador de potencial para proteção – Transformador de potencial destinado

a alimentar relés de proteção. O relé funciona como a parte lógica do sistema da figura a

seguir,ou seja, de acordo com variação nas variáveis de entrada como a tensão e

corrente ele atua no disjuntor do sistema de modo a interromper o circuito quando

necessário.

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Figura 22: Rele atuando ao lado de um TP como proteção do sistema

24


Constituição

A figura abaixo mostra um transformador de corrente a óleo:

Figura 23: TC a óleo

Figura 24: Vista superior do TC a óleo

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ITEM Denominação Material

1 Conector de aterramento Cobre estanhado

2 Placa diagramática Aço inox

3 Placa de características Aço inox

4 Caixa secundaria Alumínio

5 Caixas individuais com

dispositivo de lacre

Alumínio

6 Terminais primários Alumínio

7 Isolador Porcelana vitrificada

8 Flange Alumínio

Tabela 1

26


Transformador de corrente Epóxi

Figura 25: Transformador de corrente Epóxi

Figura 26: transformadores de corrente Epóxi vista superior

Item Denominação Material

1 Terminal secundário

parafuso fenda

Aço Bicromatizado

2 Arruela tipo cônica Aço Bicromatizado

3 Placa de características Polipropileno

4 Placa de Diagramática Polipropileno

5 Conector primário paraf. Aço Bicromatizado

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Sex.

6 Arruela de Pressão Aço Bicromatizado

7 Arruela lisa Aço Bicromatizado

8 Corpo do transformador

de corrente

Moldado em epóxi

9 Base suplementar Alumínio

10 Terminal Terra parafuso

sextavado

Aço Bicromatizado

11 Arruela lisa Aço Bicromatizado

12 Terminal primário Latão

Tabela 2

Transformador de potencial – Alta tensão – Isolação á Óleo

Figura 27: Transformador de Potencial alta tensão

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Figura 28: Transformador de potencial alta tensão vista superior

Item Denominação Material

1 Conector de Aterramento Cobre estanhado

2 Placa Diagramática Aço Inox

3 Placa de características Aço Inox

4 Caixa secundaria Alumínio

5 Tampa do tanque Alumínio

6 Isolador Alumínio

7 Flange Porcelana Vitrificada

8 Cabeçote Alumínio Tabela 3

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Transformador de potencial – isolação a óleo

Figura 29: Transformador de potencial – isolação a óleo

Funcionamento

Transformador de Potencial

A figura 30 O TP tem N1 > N2 dando assim uma tensão U1 > U2, sendo por isto

considerado na prática como um elemento “redutor de tensão”, pois uma tensão elevada

da U1 é transformada para uma tensão reduzida U2 de valor suportável pelos

instrumentos elétricos usuais.

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FIGURA 30: Transformador de potencial

Os TP ‘s são projetados e construídos para uma tensão secundária nominal

padronizada em 115 volts, sendo a tensão primária nominal estabelecida de acordo com

a tensão primária nominal estabelecida de acordo com a tensão entre fases do circuito

em que TP será ligado.Assim, são encontrados no mercado TP ‘s para 2.300/115V,

13.800/115V, 69.000/115V, etc., isto significa que:

a) quando o primário se aplica a tensão nominal para o qual o TP foi construído,

no secundário tem-se 115V;

b) quando no primário se aplica uma tensão menor ou maior do que a nominal,

no secundário tem-se também uma tensão maior ou menor que 115 volts, mas nas

mesmas proporções de tensões do TP utilizado.

Os TP’s a serem ligados entra fase e neutro são construídos para terem como

tensão primária nominal a tensão entre fases do circuito dividida por √3, e como tensão

secundária nominal 115/√3 volts ou 115volts aproximadamente, podendo ainda ter essas

duas possibilidades de tensões ao mesmo tempo por meio de uma derivação, conforme a

figura a seguir:

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Figura 31: Transformador de corrente

Assim, são também encontrados no mercado TP’s, por exemplo, será:

1°) Tensão primária nominal: 13800/√3 volts.Tensão secundária nominal:

115/√3volts ou as duas tensões: 115/√3 volts e 115 volts aproximadamente.

2°) Tensão primária nominal: 69000/√3 volts. Tensão secundária nominal:

115/√3 volts ou as duas tensões: 115/√3 volts ou 115 aproximadamente.

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O quadro a seguir mostra as tensões primárias nominais e as relações nominais

padronizadas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) para TP’s

fabricados normamente no Brasil.

Figura 32: tensões primárias nominais e as relações nominais padronizadas pela ABNT

Transformadores de corrente

Um transformador de corrente ou simplesmente TC, figura a seguir, é um

dispositivo que reproduz no seu circuito secundário, uma amostra da corrente que

circula no enrolamento primário. Esta corrente tem proporções definidas e conhecidas,

sem alterar sua posição vetorial.

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Figura 33: Transformador de Corrente

As relações mais utilizadas no mercado são de 200/5A, 500/5A, 1000/5ª etc.,

isto significa que:

a) Quando o primário é percorrido pela corrente nominal para o qual o TC foi

construído, no secundário tem-se 5A;

b) Quando o primário é percorrido por uma corrente menor ou maior do que a nominal,

no secundário tem-se também uma corrente menor ou maior que 5A, mas na mesma

proporção das correntes nominais do TC utilizado. Exemplo: Se o primário de um TC

de 100/5A é percorrido por uma corrente de 84A, tem-se no secundário 4,2A; se é

percorrido por 16 A, tem se no secundário 5,3 A.

O quadro seguinte nos mostra as correntes primárias nominais e as relações

nominais padronizadas pela ABNT para os TC’s fabricados em linha normal no Brasil.

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Figura 34: correntes primárias nominais e as relações nominais padronizadas pela ABNT

Como os TC’s são empregados para alimentar instrumentos elétricos de baixa

impedância (amperímetros, bobinas de corrente de wattímetros, bobinas de corrente de

medidores de energia elétrica, relés de proteção etc.) diz-se que são transformadores de

força que funcionam quase em curto-circuito.

Especificação

Tanto os transformadores de corrente quanto o de potencial têm especificações

similares quanto ao seu uso, finalidade dentre outros conforme listados abaixo.

1 – Destinação: Medição, proteção ou automação;

2 – Uso: Interior, exterior, conjunto de manobra;

3 – Carga instalada: Especificação dos instrumentos e dispositivos além de potência

nominal;

4 – Não devem ser instalados como fonte de carga auxiliar;

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5 – Classe de exatidão;

6 – Classe de tensão (nível de isolamento);

7 – Número de enrolamentos secundários ou derivações;

8 – Relação de transformação;

9 – Valor nominal das correntes e tensões no primário e secundário;

10 – Fator térmico;

11 – Tensão aplicada (suportáveis e impulso);

12 – Tipo de encapsulamento (epóxi, seco, imerso);

Todas estas verificações devem ser levadas em consideração quando se faz

qualquer tipo de projeto em que será inserido um TP, TC ou um conjunto deles, pois

através destes critérios é que fazemos o dimensionamento destes transformadores, bem

como a compra destes para alguma finalidade.

Ensaios

Figura 35: Transformador

As empresas que fornecem serviços de revitalização, conserto e

repotencialização são muito questionados quanto aos tipos de testes efetivos e

necessários que atestam as condições elétricas em que se encontra o transformador após

a execução desses serviços. Esclarecemos a seguir a relação dos testes recomendados

pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) para a certificação dos

equipamentos:

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1. Resistência elétrica dos enrolamentos

Finalidade: verificar se não há irregularidades nos enrolamentos, contatos, soldas, etc.

2. Relação de tensões

Finalidade: verificar se não há irregularidades nos enrolamentos quanto ao número de

espiras.

3. Resistência de isolamento

Finalidade: verificar a isolação entre enrolamentos e terra para atestar a secagem da

parte ativa.

4. Polaridade

Finalidade: verificar se o sentido dos enrolamentos está correto.

5. Deslocamento angular e sequência de fase

Finalidade: verificar se a conexão dos enrolamentos está correta de acordo com o

diagrama fasorial.

6. Perdas em vazio e corrente de excitação

Finalidade: verificar perdas no ferro e corrente de magnetização do núcleo.

7. Perdas em carga e Impedância de curto circuito

Finalidade: verificar perdas nos enrolamentos e o valor da impedância de curto circuito.

8. Tensão aplicada (75% para transformadores usados e reparados)

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Finalidade: verificar se as isolações entre enrolamentos e terra suportam as tensões

especificadas de testes de acordo com o nível de isolamento dos enrolamentos.

Figura 36: Tensão máxima X Tensão suportável

9. Tensão induzida (75% para transformadores usados ou reparados)

Finalidade: verificar as isolações entre espiras do próprio enrolamento.

Valor teste = 2 x tensão nominal do enrolamento (durante 7.200 ciclos)

10. Determinação do fator de potência (FP)

Finalidade: verificar a qualidade do processo de secagem da parte ativa. Não se trata de

ensaio de rotina, mas em transformadores com tensão igual ou superior a 36,2 kV, é

recomendado fazê-lo.

Estes testes devem ser contemplados em quaisquer tipos de serviços em

transformadores elétricos e exigi-los, além das análises completas do estado do óleo em

suas diversas fases, não deverá comprometer nenhum valor orçamentário, pois se trata

da verificação da qualidade destes serviços e comprovação normatizada de seu uso.

Instalação

Antes da instalação de ambos transformadores (TP ou TC) são necessárias as seguintes

verificações:

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- Observar se os dados fornecidos nas etiquetas ou na placa de identificação são

compatíveis com as especificações do sistema onde o transformador será usado;

-Certificar-se que todos os acessórios estão montados corretamente e que não há

nenhuma avaria no transformador;

-Em caso de longa estocagem, ligar o transformador a vazio para eliminar possível

umidade absorvida neste período;

Local da instalação

No caso de instalação em local abrigado, deve-se assegurar que existam

aberturas para proporcionar ventilação suficiente para o transformador, evitando o

aquecimento excessivo.

Alternativamente, os transformadores podem ser projetados para instalação ao ar

livre. Neste caso, os transformadores são desenvolvidos com grau de proteção superior,

até IP-55 (proteção contrapoeira e jatos de água), o qual é indicado na placa de

identificação.

Ligações

As ligações do transformador devem ser realizadas de acordo com o diagrama de

ligações de sua placa de identificação. As ligações das buchas deverão ser apertadas

adequadamente, cuidando para que nenhum esforço seja transmitido aos terminais, o

que pode vir a ocasionar afrouxamento das ligações, mau contato e posteriores

vazamentos por sobreaquecimento no sistema de vedação.

As terminações devem ser suficientemente flexíveis a fim de evitar esforços

mecânicos causados pela expansão e contração, o que pode vir a quebrar a porcelana

dos isoladores. Estas admitem valores limitados para esforços mecânicos, por isso

convém evitar a conexão direta sem suporte dos cabos de ligação às buchas.

É aconselhável o uso de composto antioxidante nos terminais dos cabos que

serão conectados ao transformador. Esta medida tem a finalidade de romper a camada

de óxido que se forma nos conectores e evitar a entrada de ar e umidade nas conexões,

reduzindo a possibilidade de ocorrência de mau contato e aquecimento dos terminais.

39


Manutenção

Em relação à manutenção destes transformadores, vamos usar o exemplo do tipo de

manutenção feita pela concessionária de energia Eletrosul, conforme a seguir:

Manutenção de Transformadores de Corrente na Eletrosul

A manutenção de equipamentos na Eletrosul possui:

1 - atividades centralizadas: engenharia de manutenção; laboratórios; oficinas;

2 - atividades descentralizadas: manutenção em campo.

Para os transformadores de corrente, a primeira atividade de manutenção preventiva

programada é a coleta de amostra de óleo para as análises físico-química e

cromatográfica. Sendo que esta manutenção é feita em dois intervalos diferentes de

tempo, uma de seis anos e a outra de doze anos e em seguida uma revisão geral.

Manutenção preventiva de seis anos

A manutenção preventiva de seis anos nos transformadores de corrente na

Eletrosul é feita com o equipamento desenergizado e consiste das seguintes atividades:

• realizar limpeza geral do equipamento;

• verificar as condições dos isoladores quanto a trincas e sinais de arco;

• verificar o estado geral da pintura, verificando a presença de corrosão, solucionar

conforme gravidade;

• verificar as condições do diafragma;

• verificar a existência de vazamento de óleo;

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• verificar o sistema de aterramento;

• medir e registrar o fator de potência do isolamento;

• verificar as condições das conexões do primário;

• verificar as condições da caixa do secundário;

• verificar o estado geral da fiação;

• verificar o nível de óleo isolante, completar se necessário;

• realizar inspeção final do equipamento.

Para cada TC é estimada a utilização de 4 homens-hora.

Manutenção Preventiva de doze anos

A manutenção preventiva de 12 anos nos transformadores de corrente na

Eletrosul é feita com o equipamento desenergizado e consiste dos seguintes ensaios:

• realizar limpeza geral do equipamento;

• verificar as condições dos isoladores quanto a trincas e sinais de arco;

• verificar o estado geral da pintura, verificando a presença de corrosão, solucionar

conforme gravidade;

• substituir o diafragma de borracha;

• verificar a existência de vazamento de óleo;

• medir e registrar o fator de potência do isolamento;

• medir e registrar as resistências dos isolamentos;

• medir e registrar as relações de transformação;

• medir e registrar as resistências ôhmicas;

• retirada de uma amostra de óleo para análise físico-química;

• verificar as condições das conexões do primário;

• verificar as condições da caixa do secundário;

41


• verificar o estado geral da fiação;

• verificar o nível de óleo isolante, completar se necessário;

• realizar inspeção final do equipamento.

Para cada TC é estimada a utilização de 12 homens-hora.

Revisão Geral

Quando o TC apresenta anormalidades na análise do óleo ou nos ensaios

funcionais realizados nas manutenções de 6 ou 12 anos, o mesmo é retirado de operação

e é encaminhado para uma revisão geral em oficina.

A presença de água no dielétrico formado por papel e óleo é uma das principais

causas da deterioração dos TCs devido ao efeito direto sobre o envelhecimento da

isolação e redução da rigidez dielétrica.

O método da Secagem é utilizado para retirar a umidade da isolação sólida

(papel, haste de madeira, outros) dos transformadores de corrente. Na Eletrosul, esse

tipo de tratamento é realizado desde o início da década de 80 através da Autoclave. 45

A Autoclave da Eletrosul tem capacidade para secagem de um equipamento de

550kV ou seis de 242kV simultaneamente. O tratamento em autoclave consiste em

submeter o equipamento a um ciclo combinado de aquecimento e vácuo com valores

determinados.

Existe um roteiro básico para os TCs que chegam à oficina da Eletrosul, que

inclui:

a) Desembalagem;

b) Inspeção inicial;

c) Lavagem;

d) Remoção para sala de ensaios;

e) Cadastramento do equipamento;

f) Execução dos ensaios elétricos;

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g) Retirada da amostra de óleo;

h) Verificação dos resultados dos ensaios;

i) Circulação de óleo no TCs com fator de potência maior do que 1% para retirada de

borras;

j) Armazenamento na estufa a 70ºC por 24 horas para os TCs com fator de potência

menor do que 1% e alta umidade da isolação;

k) Desmontagem do TC;

l) Lavagem do TC com óleo limpo e armazenamento da parte ativa na estufa a 70ºC;

m) Tratamento da superfície;

n) Montagem parcial com juntas de vedação novas;

o) Execução do ensaio de polaridade;

p) Tratamento de secagem em autoclave;

q) Fechamento do equipamento;

r) Repouso por 10 dias;

s) Ensaios preliminares;

t) Ensaio de estaqueidade;

u) Ensaios e inspeções finais.

Os ensaios iniciais permitem verificar em quais condições o TC foi retirado do

campo. Os ensaios finais verificam se o equipamento está apto par entrar em operação.

Os ensaios iniciais e finais do TC são:

• Ensaios físico-químicos do óleo isolante;

• Fator de potência da isolação;

• Resistência ôhmica dos enrolamentos;

• Resistência da isolação;

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• Polaridade;

• Relação de transformação;

• Medição do fator de dissipação (tg δ) e descarga parcial;

• Tensão aplicada para equipamentos recuperados.

Lembrando que todo este cronograma é feita pela concessionária Eletrosul,

portanto é um método que eles usam e pode ser sujeito a modificação ficando ao

encargo da concessionária ou proprietário destes transformadores.

Normas

As seguintes normas são aplicadas ao uso de TC’s e TP’s:

ABNT NBR 10020:2010 - Transformadores de potencial de tensão máxima de

15 kV, 24,2 kV e 36,2 kV — Características elétricas e construtivas

ABNT NBR 6855:2009 - Transformadores de potencial indutivos

ABNT NBR 10021:2010 - Transformador de corrente de tensão máxima de 15

kV, 24,2 kV e 36,2 kV — Características elétricas e construtivas

ABNT NBR 6856:1992 - Transformador de corrente

ABNT NBR 10021:2010 - Transformador de corrente de tensão máxima de 15

kV, 24,2 kV e 36,2 kV — Características elétricas e construtivas

IEC 60044 – 1 INSTRUMENT TRANSFORMERS – PART 1 – CURRENTE

TRANSFORMERS.

IEC 60044 – 6 INSTRUMENT TRANSFORMERS – PART 1 –

REQUERIMENTS FOR PROTECTIVE FOR TRANSIENT

PERFORMANCE.IEEE C57.13 (ANSI), IEC SÉRIE 185, 186.

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Preços

Em relação aos TC’s e TP’s podemos encontras os mais variados preços devido aos

seus materiais constituintes, sua função dentre outros. Abaixo estão alguns dos

respectivos transformadores com os seus preços aproximados.

Figura 37: TC

Figura 38: TC

Transformador de corrente Yem

Características

Corrente do primário 750A Corrente do secundário 5A Construção Blindada em

epóxi Estado Seminovo Preço R$ 150,00 Obs: Pode ser usado como amperímetro CA

750/5A

Transformador de Corrente

Características

Corrente do primário 50~2000A Corrente no secundário 5A

Dimensões (mm) 53x155 Tamanho da janela (mm) 100x100

Frequência 50/60 Hz Classe de exatidão (%) 1 Preço R$ 108,00 Garantia 18 meses

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Figura 39: TC

Figura 40: TP

Transformador de corrente SIEMENS Características Corrente primária Corrente secundária

200 A 5 A

Massa 390 Kg Estado Usado Preço R$ 3000,00

Transformador de Potencial

Características

Fabricante Siemens Tensão primária 13,8 kV Tensão secundária 115 V Estado Usado Preço R$ 800,00 Garantia 1 ano

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Fontes de consulta

1) Medição de energia elétrica, Medeiros Filho, Solon. 4° edição, livros técnicos e científicos

editora.

2) http://www.siemens.com.br/templates/produto.aspx?channel=7598&produto=5507.

Acessado em 07/04/2013.

3) http://www.industry.siemens.com.br/buildingtechnologies/br/pt/produtos-baixa-

tensao/gerenciamento-de-energia/instrumentos-de-medicao/Documents/Catalogo-

Instrumentos-mar2011.PDF. Acessado em: 02/04/2013.

4) Sassi, Medidores e transformadores elétricos, disponível em:

http://www.sassitransformadores.com.br/site/transformadores.html?gclid=CObCodiVrLYCFQf

qnAod3FcAXw, Acessado em: 02/04/2013.

5) http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo5_Revisao_1.pdf. Acessado em 07/04/2013.