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Transformadores ParaInstrumentos
Prof. Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.
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Sumário
• 1. Tipos de Transformadores.• 2. Transformadores de Corrente - TCs.• 3. Transformadores de Potencial – TPs.• 4. Ligação para Medição de Energia.
• 5. Considerações finais.• 6. Exemplo de aplicação de medição de
energia.
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Introdução
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Introdução
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Introdução
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Tipos de Transformadores• Transformador de alimentação;• Transformador de áudio;• Transformador de distribuição;• Transformador de potencial;
• Transformador de corrente;• Transformador de rádio freqüência;
• Transformadores de pulso;• Autotransformadores.
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Transformador Industrial
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Transformadores
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Transformadores
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Transformadores
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Transformadores
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Transformadores
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Transformador Ideal
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Transformadores
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Histerese
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Transformadores
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Transformadores
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Transformadores
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Transformadores
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Bobinas BT e AT
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Transformadores
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Transformador de Distribuição
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Transformadores
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Transformadores
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Transformadores
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Transformadores para Instrumentos
• São dispositivos utilizados de modo a tornarcompatível as faixas (escalas) de atuação
dos instrumentos de medição, controle efornecer a devida proteção dos mesmos.
• Função importante dos transformadores é aisolação, permitindo a atuação com nível detensão diferente do circuito com o dispositivo.
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Transformadores de Corrente
• Definição:• São transformadores destinados a operar
com seus secundários sobre cargas comimpedância reduzidíssima, como bobinas de
amperímetros, bobinas de corrente de relés,etc (SIMONE, 1998).
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Transformadores de Corrente
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Transformadores de Corrente
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Transformadores de Corrente
• Aspectos Construtivos:• Consiste em poucas espiras no primário e
com uma bitola apropriada para a corrente docircuito de força, conectado em série comeste enrolamento, fazendo com que acorrente que flui para a carga circule peloenrolamento primário.
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Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• O secundário contém várias espiras de fio
relativamente fino, adequado ao equipamentode medição conectado a ele.• A impedância interna do equipamento
conectado ao secundário do TC é pequena,de modo a fazer com que o secundário estejapraticamente em curto-circuito.
• Isto “significa ” que um TC opera como sefosse um transformador com o secundárioem curto-circuito.
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Transformadores de Corrente
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Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• As bobinas dos instrumentos são conectadas
em série e a impedância total deve ser amenor possível (menor que 1 Ω).
• A tensão do secundário do TC é aplicadasobre a pequena impedância do(s)instrumento(s) de medida e dos condutores
que fazem conexão com ele é da ordem dealguns Volts.
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Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• Como um pequeno valor de tensão
corresponde a um pequeno valor de FEM(E2), isto leva a um pequeno fluxo magnéticomútuo.
• Neste caso pode-se desprezar as perdas noferro, corrente de excitação e de
magnetização e a corrente do primário tendea ser proporcional a corrente do secundário.
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Transformadores de Corrente
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Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• Como foi desprezadas as perdas, a
constante (k) de proporção entre a correntedo primário em ralação a corrente dosecundário do TC é a própria relação detransformação.
• Neste caso, temos:
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Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• Portanto, a relação de transformação é
constante se for desprezada a corrente demagnetização.
• Na prática, em função das propriedades dosmateriais magnéticos usados para aconstrução dos TCs, ocorrem algumas
imprecisões (erros) de medição que devemser considerados.
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Transformadores de Corrente• Aspectos Construtivos:• Estas peculiaridades dos TCs faz com que o
enrolamento primário tenha poucas espiras eno caso de grandes correntes, o enrolamentoprimário não passa de uma barra ou umcondutor cilíndrico que passa por uma janelado núcleo de aço-silício.
• A tensão do primário de um TC é da ordemde milivolts, enquanto o secundário é daordem de alguns Volts.
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Transformadores de Corrente
T f d d C
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Transformadores de Corrente
T f d d C
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Transformadores de Corrente
T f d d C t
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Transformadores de Corrente
T f d d C t
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Transformadores de Corrente
T f d d C t
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Transformadores de Corrente
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Transformadores de Corrente
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Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
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Transformadores de Corrente
TC Correntes Nominais
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TC – Correntes Nominais• As correntes nominais primárias e as
relações devem ser compatíveis com a
corrente de carga do circuito primário.• As correntes nominais primárias podem ser
de 5 A a 8000 A e a corrente secundária viade regra é 5 A, podendo em alguns casos serde valor 1 A, 500mA, 300mA e 100 mA ou
menos, dependendo do emprego do TC.
TC Correntes Nominais
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TC – Correntes Nominais• A NBR6856 adota as seguintes simbologias
para definir as relações de corrente.
• Dois pontos(:) é usado para exprimir relaçõesnominais. Ex.: 300:1;
• Hífen(-) é usado para separar correntesnominais de enrolamentos diferentes. Ex.:300-5A, 300-300-5 (dois enrolamentos
primários) e 300-5-5 (dois enrolamentossecundários);
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TC Polaridade
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TC – Polaridade• Os TCs destinados ao serviço de medição de
energia, relés de potência, fasímetros, etc.
são identificados nos terminais de ligaçãoprimário e secundário por letras que indicama polaridade para a qual foram construídos e
que pode ser positiva ou negativa.• São empregados as letras com seus índices,
P1, P2, e S1, S2.
TC – Polaridade
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TC – Polaridade• Um TC tem polaridade subtrativa, quando a
onda de corrente, num determinado instante,
percorre o circuito primário de P1 para P2 e aonda de corrente correspondente nosecundário assume a trajetória de S1 para
S2.• Caso contrário, diz-se que o TC tem
polaridade aditiva.
TC – Polaridade
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TC – Polaridade• A maioria dos TCs tem polaridade subtrativa,
sendo inclusive indicada pela NBR6856.
• Somente sob encomenda são fabricadostransformadores de corrente com polaridadeaditiva.
TC – Classe de Exatidão
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TC – Classe de Exatidão• De acordo com os instrumentos a serem
ligados aos terminais secundários do TC,
devem ser as seguintes as classes deexatidão deste equipamento:• Para ajuste e calibração dos instrumentos de
medidas de laboratórios: 0,1%;• Alimentação de medidores de demanda e
consumo ativo e reativo para fins defaturamento, 0,3%;
TC – Classe de Exatidão
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TC Classe de Exatidão• Alimentação de medidores para fins de
acompanhamento de custos industriais,
0,6%;• Alimentação de amperímetros indicadores,
registradores gráficos, relés de impedância,relés diferenciais, relés de distância, relésdirecionais, 1,2%;
• Alimentação de relés de ação direta, porexemplo, aplicado em disjuntores primáriosde subestações de consumidores, 3,0%.
Transformadores de Potencial
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Transformadores de Potencial• Definição:• São transformadores desenvolvidos para
operar com os terminais do secundário comcargas de elevadas impedâncias, como é ocaso da bobina de voltímetros, bobinasvoltimétricas dos relés, etc (SIMONE, 1998).
Transformadores de Potencial
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Transformadores de Potencial
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Transformadores de Potencial
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Transformadores de Potencial
Transformadores de Potencial
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Transformadores de Potencial
Transformadores de Potencial
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• Aspectos Construtivos:• O enrolamento primário de um TP consiste
de um número elevado de espiras adequadoa tensão operacional da rede à qual seráconectado.
• O enrolamento secundário, entretanto, possuium número de espiras menor, adapta-se a
tensão do equipamento ou dispositivo queserá conectado ao enrolamento secundário.
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Transformadores de Potencial
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Transformadores de Potencial
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• Aspectos Construtivos:• Os TPs são conectados diretamente a rede
de alimentação e são fabricados para todasas Classes de Tensão de Isolamentoprevistas na norma NBR 5410.
• O TP é similar em construção a um pequenotransformador de potência, onde o primário
com várias espiras, é conectado ao lado dealta tensão, enquanto o secundário éconectado ao voltímetro.
Transformadores de Potencial
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• Aspectos Construtivos:• Os TPs tem enrolamentos concêntricos e o
enrolamento de alta envolve o enrolamentode baixa, à semelhança dos transformadoresde potência.
• Todos os instrumentos de medida sãoconectados em paralelo ao mesmo
secundário, atuando sobre todos osinstrumentos simultaneamente.
Transformadores de Potencial
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Transformadores de Potencial
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• Aspectos Construtivos:• Portanto a relação de transformação é a
própria constante de proporção entre oprimário e o secundário do TP.• A tensão do secundário tem fase oposta a
tensão do primário e a polaridade doenrolamento deve ser avaliada quando se
necessita da fase do sinal.
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TPs Indutivos
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• Os TP indutivos são construídos segundotrês grupos:
• Grupo 1 - são aqueles projetados paraligação entre fases.• São basicamente os do tipo utilizados nos
sistemas de até 34,5 kV.• Os transformadores enquadrados neste
grupo devem suportar continuamente 10% desobrecarga;
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• Grupo 2 - são aqueles projetados paraligação entre fase e neutro de sistema
diretamente aterrados, isto é: onde Rz é aresistência de seqüência zero do sistema; eXp é a reatância de seqüência positiva do
sistema.• Grupo 3 - são aqueles projetados para
ligação entre fase e neutro de sistemas ondenão se garante a eficácia do aterramento.
TPs Indutivos
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TPs Capacitivos
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• Os transformadores capacitivos basicamenteutilizam-se de dois conjuntos de capacitores
que servem para fornecer um divisor detensão e permitir a comunicação através dosistema carrier .
• São construídos normalmente para tensõesiguais ou superiores a 138 kV.
TPs Capacitivos
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• O esquema básico do TP, onde se vê que oprimário constituído por um conjunto C1 e C2
de elementos capacitivos em série.• É ligado entre fase e terra, havendo umaderivação intermediária B, correspondente a
uma tensão V da ordem de 5 kV a 15 kV,para alimentar o enrolamento primário de umTP tipo indução intermediário, o qualfornecerá a tensão V2 aos instrumentos demedição e de proteção ali instalados.
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TPs Capacitivos
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• Notação adotada pela NBR6855:• Dois pontos(:) é usado para representar
relações nominais como por exemplo 120:1(13800 para 115 V);• Hífen (-) é usado para separar relações
nominais de enrolamentos diferentes, comopor exemplo 13.800-115 volts;
TPs Capacitivos
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• Sinal x é usado para separar tensõesprimárias nominais e relações nominais de
enrolamentos destinados a serem ligados emsérie ou paralelo, como por exemplo69000x13800-115 volts;
• A barra (/) é usada para separar tensõesprimárias nominais e relações nominaisobtidas por meio de derivações, seja noenrolamento primário ou no secundário, porexemplo, TP grupo 2:
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Ligação
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Dados de Especificação
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• Destinação: medição, proteção ou automação;• Uso: interior, exterior, conjunto de manobra;
• Carga instalada (especificação dosinstrumentos e dispositivos) (Potêncianominal);
• Não empregar como fonte de carga auxiliar• Classe de exatidão (finalidade);
• Classe de tensão (nível de isolamento);
Dados de Especificação
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• Números de enrolamentos secundários ouderivações;
• Relação de transformação;• Valor nominal das correntes e tensões
(primárias e secundárias);• Grupo de ligação (TP);• Fator térmico;
• Tensão aplicada (Suportáveis e impulso)• Tipo de encapsulamento (epóxi, imerso, seco).
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Considerações Finais
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• Um mesmo instrumento elétrico, utilizado comTCs ou TPs de diferentes relações nominais,
podem servir para um campo muito largo demedições graças à padronização dos valoressecundários deles, 5A para os TCs e 115 volts
para os TPs.• Deve-se ter o cuidado de ligar à terra o
secundário e o núcleo dos TCs e TPs pormedida de segurança.
Considerações Finais
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• Além disso, os TCs para alta tensão sãoconstruídos normalmente com camadas de
material condutor envolvendo o enrolamentoprimário para uniformização da distribuiçãodos potenciais.
• Estas camadas são ligadas entre si e tambéma um terminal externo, o qual deve ser ligadoao terra.
• Os TCs e TPs têm todos os terminaisprimários e secundários providos de marcas
indeléveis.
Considerações Finais
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• Estas marcas permitem ao instalador a rápidaidentificação dos terminais de mesma
polaridade.• O instalador somente precisa se preocuparcom a polaridade no momento em que for ligar
ao secundário dos TCs ou TPs osinstrumentos elétricos que têm bobinasprovidas de polaridades relativa, tais comowattímetros, medidores de energia elétrica,fasímetros, etc.
Considerações Finais
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• A entrada das bobinas destes instrumentosdeve ser ligada ao terminal secundário do TC
ou TP que corresponde ao terminal primárioque foi utilizado como entrada.• É aconselhável, antes de instalar os TCs e
TPs verificar pelo menos a "relação detransformação nominal" e a polaridade.
Considerações Finais
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• O núcleo dos TPs e TCs é feito de chapas deferro silício.
• Para os de melhor qualidade, emprega -seferro silício de grãos orientados, laminado afrio, conseguindo-se bons resultados quanto à
permeabilidade magnética e menores perdas.
Considerações Finais
O TC i i ã ili d
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• Os TCs especiais, os que serão utilizadoscomo padrão por exemplo, para os quais se
exige excelente classe de exatidão, tem onúcleo feito de chapas de ligas especiais deferro níquel.
• Estas ligas têm alta permeabilidade magnéticae perdas reduzidas, mas o seu custo é bemmaior.
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