Tipos de tp's

Transformadores de Potencial © Clever Pereira

1

TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

1 - Introdução:

• Tipos de TPs

• Funções Básicas - Isolamento contra altas tensões. - Fornecimento no secundário de uma tensão proporcional à

tensão primária, com um certo grau de precisão, dentro de uma faixa especificada para a tensão primária.

• Classes TP’s de Medição

Faixa de operação: ( 0 – 1,1 ) Vn

TP’s de Proteção Faixa de operação: ( 0,05 – 1,9 ) Vn

TPs de proteção possuem maiores erros normalizados e maiores faixas de operação que os TPs de medição

TPs Eletromagnéticos (TPs)

TPs Capacitivos (TPCs)

Até 138 kV Acima de 138 kV


2

2 - Definições: (a) Tensão Primária Nominal (Vpn)

Acima de 115 V (ASA-ABNT) ou 110 V (IEC).

(b) Tensão Secundária Nominal (Vsn)

115 – 115 / 3 (ASA-ABNT) 110 – 110 / 3 (IEC)

(c) Relação de Transformação Nominal (kn)

sn

pnn V

Vk =

(d) Relação de Transformação Real (k)

s

p

VV

k =

(e) Fator de Correção de Relação (FCR)

nkkFCR =

(f) Erro de Relação ou de Corrente [ξi(%)]

100(%) xk

kknv

−=ξ

(g) Erro de Ângulo de Fase (γ)

)/(arg ps VV=γ

(h) Carga ou Burden

Zb , cosΦ ou S , cosΦ ( para Vs = Vsn )


3

3 – Transformadores de Potencial Eletromagnéticos 3.1. Características Gerais 1. Projetos: similares aos trafos de potência e funcionamento bem

abaixo do limite térmico.

• Limite de Tensão

Vpn ≤ 138 kV

Em geral: Vpn ≤ 15 kV

• Exemplo

A = 5 cm x 5 cm = 25 cm2 TP Bm ≤ 1,6 Wb/m2

f = 50 Hz Burden: Vs = 110 V (65 V fase/neutro); Ss ≤ 150 VA

- Trifásico com 5 pernas - Monofásico

Tipos

⎩⎨⎧

=

=

sss

pmp

IVS

NfABE 44,4

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

===

=××××

== −

AVSI

EE

fABE

N

s

ss

pp

m

pp

36,25,63

150

126,15010256,144,444,4 4


4

Desta forma, pode ser construída uma tabela mostrando o número de espiras do primário e a corrente primária nominal para diversas classes de tensão nominal. Assim procedendo:

Tensão de Linha

[kV] Ep [kV] Np (espiras) Ip (mA)

11 311 71503

11126,1 ≈× 6,23110001102360 =×

132 3132 858153

132126,1 ≈× 96,1132000

1102360 =×

380 3380 2470003

380126,1 ≈× 68,0380000

1102360 =×

Pode-se notar que à medida que a tensão nominal vai aumentando, o número de espiras necessários para se estabelecer a densidade de campo magnético desejada de 1,6 Wb/m2 também aumenta. Por outro lado, a corrente primária nominal diminui. Isto significa construir, para níveis de tensões elevadas, TPs 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 (a chance de romper o fio fica muito grande), sem esquecer a natural necessidade de maiores quantidades de isolamentos, para tensões maiores. Desta forma é praticamente impossível bons projetos de TPs com tensão primária nominais acima de 138 kV. Desta forma, é usual construir-se TPs eletromagnéticos até a classe de tensão de 138 kV e para aplicações em sistemas com tensões superiores a 138 kV utilizam-se TPs de 13,8 kV acoplados a um divisor de potencial capacitivo, denominados TPCs (transformadores de potencial capacitivos).

• Forma de Ligação

A ligação usual em TPs é a ligação estrela aterrada-estrela aterrada.


5

3.2. Circuito Equivalente (referido ao secundário)

3.3. Diagrama Fasorial

3.4. Erros em Regime Permanente Senoidal

(a) Erro de relação ou de tensão (εv)

%100%100(%) '

'

×−

=×−

=p

psn

p

psv V

VVkV

VVε

(a) Erro de ângulo de fase ou de fase (γ)

)/(arg 'ps VV=γ

V’p = Vp / kn Es

R’p X’p Rs Xs

VsRa Xm

Im Ia Ie

Is I’p

Rb

Xb

Zb = Rb + j Xb

Zb =! Zb! ∠Φb

Vs

Rs Is

j Xs Is

j X’p I’p R’p Ip

Es

V’p

Ia

Im Ie

Is

I’p

Φ

γ

Φ = arg(Es / Is) Es = Vs + RsIs + j XsIs Ia em fase com Es Im atrasada 90° de Es Ie = Ia + Im I’p = Is + Ie V’p = Es+R’p I’p+j X’p I’p

Construção do Diagrama


6

3.5 Valores de Norma

(a) Normalização IEC

TPs de Medição

Vp = (0,9 – 1,1) Vpn Classe de Exatidão ξv (%) γ (min)

A + 0,5 + 2

B + 1,0 + 30

C + 2,0 + 60

⎩⎨⎧

=−=

1cos)0,125,0(

φnSS

TPs de Proteção

Vp = (0,25 – 0,9) Vpn Vp = (1,1 – k) Vpn Classe de Exatidão ξv (%) γ (min) ξv (%) γ (min)

E + 3 + 120 + 3 + 120

F + 5 + 250 + 10 + 300

Condições de Aterramento k Duração Enrolamento Primário Aterramento do Sistema

1,1 - não aterrado efetivamente ou não efetivamente

1,5 30 seg aterrado efetivamente

1,9 30 s – 8 horas aterrado não efetivamente


7

(b) Normalização ASA (ABNT)

Vp = (0,9 – 1,1) Vpn Classe de Exatidão ξv (%) γ (min)

Ensaios

0,3 + 0,3 - 0,9 Vpn

0,6 + 0,6 - Vpn

1,2 + 1,2 - 1,1 Vpn

CARGAS NOMINAIS PADRONIZADAS PARA ENSAIOS EM TP’S

Designação Potência Aparente

(VA)

Fator de Potência

Z (Ω) 60 Hz - 120 V

Z (Ω) 60 Hz - 69,3 V

W 12,5 0,10 1152 384

X 25 0,70 576 192

Y 75 0,85 192 64

Z 200 0,85 72 24

ZZ 400 0,85 36 12

Exemplo: TP 0,3WXY;0,6Z TP ensaiado com cargas padronizadas W, X e Y → εv ≤ 0.3%

Z → εv ≤ 0.6%


8

4 – Transformadores de Potencial Capacitivos TPC’s 4.1. Introdução

• Circuito Básico

Observações:

(a) Capacitores C1 e C2

funcionam como divisores de tensão circuito de acoplamento para sistema Carrier

(b) Tensão no ponto T é ajustada próxima de 15 kV (na

tensão nominal do TP)

(c) Reator variável L utilizado para sintonizar com os capacitores de

maneira que a corrente de carga não afete a tensão de saída Vs

Vs

Rb

Xb

TP L

gap

C1

C2 Vp

T

Linha


9

4.2. Circuito equivalente do TPC (referido ao primário)

Desprezando-se o circuito de excitação e as resistências Rp e R’s ,e tomando-se o circuito equivalente de Thevenin visto dos terminais do secundário do TP obtem-se o circuito abaixo.

Para que a tensão V’s independa da corrente de carga I’s , o reator XL deve ser ajustado de tal forma que

21

21''

CC

CCThspLL XX

XXXXXXX+

==++=

ou seja

( )'

21

21sp

CC

CCL XX

XXXXX +−

+=

V’s

R’b

X’b

XL XC1

XC 2

+Vp -

T XpRp X’s R’s

R’a X’m

I’s

V’s Z’b

X’L

Z0 + VTh -

T I’s

XTh ''spLL XXXX ++=

21

21

CC

CCTh XX

XXX+

=

pCC

CTh V

XXXV

21

2

+=


10

Desta forma

021

21'0 =⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−=CC

CCL XX

XXXjZ

e a tensão no secundário V’s não será influenciada pela corrente de carga I’s sendo dada por

pCC

CThs V

XXXVV

21

2'

+==

4.3. Diagrama Fasorial

Notas:

1. Na prática não se pode desconsiderar o circuito de excitação ( R’a em paralelo com Xm ) e as resistências dos enrolamentos ( Rp e R’s ). Neste caso, vão aparecer pequenos erros que podem ser mantidos dentro de níveis aceitáveis em razão das baixas correntes de carga.

2. Para que a presença do gap de ar? Se a corrente no secundário I’s crescer muito, como por exemplo num curto-circuito no secundário do TP, a tensão no ponto T pode atingir níveis perigosos. O gap vai ter então a função de limitar esta tensão a níveis seguros (em geral a máxima tensão suportável pelo capacitor C2 ).

Zb é conhecido (burden) V’s é conhecida também Determina-se I’s= V’s / Zb V’s = k Vp (em fase) VC2 = V’s + j X’L I’s VC2 + VC1 = Vp então VC1 = Vp - VC2

Construção do Diagrama

V’s

Vp

VC2 VC1

j I’s .X’L

I’s

T

Tipos de tp's

Education

Transcript of Tipos de tp's