TRANSFORMADORES DE

MEDIDAS ELÉCTRICAS

Grupo I

׃

Songo, Outubro de 2014

INTRODUCÃO

TRANSFORMADORES DE MEDIDAS

ELÉCTRICAS

Os transformadores de medida são

equipamentos eléctricos projectados

especificamente para alimentarem instrumentos

eléctricos de medição controle e protecção;

Existem dois tipos de transformadores de medida:

Transformadores de corrente (TC);

Transformadores de potencial (TP).

Transformador de corrente (TC): o enrolamento

primário é ligado em série com um circuito

elétrico e o enrolamento secundário se destina a

alimentar bobinas de corrente de instrumentos

elétricos de medição, controle ou proteção;

Transformador de potencial (TP): o enrolamento

primário é ligado em paralelo com um circuito

elétrico e o enrolamento secundário se destina a

alimentar bobinas de potencial de instrumentos

elétricos de medição, controle ou proteção.

Finalidades

Fornecer alimentação elétrica a reles ou

medidores com intensidades de

corrente(TC) ou voltagem(TP) proporcionais

às existentes no circuito de potência;

Reduzir níveis de corrente e de tensão,

tornando reles e medidores de fabricação

compacta reduzindo custos.

TRANSFORMADORES DE CORRENTE (TC)

Os transformadores de

corrente são

equipamentos que

permitem aos

instrumentos de medição

e proteção funcionarem

adequadamente sem que

seja necessário

possuírem correntes

nominais de acordo com a

corrente de carga do

circuito ao qual são

ligados.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

TC TIPO BARRA

O seu enrolamento

primário é constituído

por uma barra fixada

através do núcleo do

transformador.

TC TIPO ENROLADO

É aquele cujo

enrolamento primário é

constituído de uma ou

mais espiras

envolvendo o núcleo

do transformador

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.

TC TIPO BUCHA

Semelhante ao TC do

tipo barra, porém sua

instalação é feita na

bucha dos

equipamentos

(transformadores,

disjuntores, etc.), que

funcionam como

enrolamento primário.

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

TC COM VÁRIOS ENROLAMENTOS PRIMÁRIOS

É aquele constituído de

vários enrolamentos

primários montados

isoladamente e apenas

um enrolamento

secundário

TC COM VÁRIOS NÚCLEOS NO

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

TC COM VÁRIOS ENROLAMENTOS

SECUNDÁRIOS

É aquele constituído de

um único núcleo

envolvido pelo

enrolamento primário e

vários

enrolamentossecundári

os, e que podem ser

ligados em série ou

paralelo.

TC TIPO DERIVAÇÃO NO SECUNDÁRIO

É aquele constituído de

um único núcleo

envolvido pelos

enrolamentos primário e

secundário, sendo o

enrolamento do

secundario provido de

uma ou mais derivações.

CARACTERISTICAS ELÉTRICAS

Ip = Ic + Is

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

ELÉTRICAS

Correntes nominais;

Cargas nominais ;

O factor de sobre-corrente;

𝐹 =𝐶𝑛

𝐶𝑠× 𝐹𝑠

Onde:

𝐹- Fator de sobre-corrente

𝐶𝑠- Carga ligada ao secundário, em VA;

𝐹𝑠- Fator de sobre-corrente nominal ou de

segurança;

𝐶𝑛- Carga nominal, em VA.

Corrente de magnetização;

Fator térmico nominal;

Corrente térmico nominal;

Fator térmico de curto-circuito.

CLASSIFICAÇÃO

Os transformadores de corrente para medição;

Os transformadores de corrente para proteção.

TRANSFORMADORES DE

CORRENTE PARA SERVIÇO DE

MEDIÇÃO

São usados transformadores de corrente com

vários núcleos.

Nos equipamentos são especificados seus

parametros, devendo o projetista reservar uma

unidade independente para a proteção, quando

for o caso.

Factor de sobrecarga o seu núcleo é especificado para entrar em

saturação para correntes superiores à corrente

nominal vezes o fator de sobrecorrente.

𝐹𝑠 =corrente primária nominal de segurança(𝐼𝑝𝑠 )

corrente nominal primária do TC (𝐼𝑛𝑝)

ERROS DOS

TRANSFORMADORES DE

CORRENTE

Os transformadores de corrente se caracterizam, entre outros elementos essenciais, pela relação de transformação nominal e real.

Para a qual o equipamento foi projetado,

obtém realizando medidas precisas em laboratório,

os erros de relação,

os erros de ângulo de fase,

Em geral, os erros de relação e de ângulo de fase dependem do valor da corrente primária do TC, do tipo de carga ligada no seu secundário

ERRO DE RELAÇÃO DE

TRANSFORMAÇÃO

É aquele que é registrado

na medição de corrente

com TC, onde a corrente

primária não corresponde

exatamente ao produto

da corrente lida no

secundário.

Entretanto, este erro pode

ser corrigido através do

fator de correção de

relação dado pela

equação:

𝐹𝐶𝑅𝑟 = 1 +𝐼𝑒

𝐼𝑠

Relação Nominal

𝐾𝑛 =𝐼𝑝𝑛

𝐼𝑠𝑛

Relação Real

𝐾𝑟 =𝐼𝑝

𝐼𝑠

Fator de Correlação de Relação

𝐹𝐶𝑅𝑟 =𝐾𝑟

𝐾𝑛

Erro

𝜖% =𝐾𝑛𝐼𝑠−𝐼𝑝

𝐼𝑝𝑥100 ou Єc% =

100 - FCRc%

ERRO DE ÂNGULO DE FASE

É o ângulo (ß) que mede a defasagem entre a corrente vetorial primária e o inverso da corrente vetorial secundária.

ẞ = 2.600 x (FCRp –FCTp)

CLASSE DE EXATIDÃO DOS TC

Para aferição e calibração: 0,1;

Medidores de demanda e consumo : 0,3;

Medidores de custos industriais: 0,6;

Alimentação de reles de ação direta: 3,0

TRANSFORMADORES DE

CORRENTE DESTINADOS A

PROTEÇÃO

Os transformadores de corrente para serviço de proteção

apresentam um nível de saturação elevado.

EXEMPLO DE APLICAÇÃO DE

TC

Uma medição efetuada por um

amperímetro indicou que a corrente

no secundário de um transformador

de corrente suprindo uma

determinada carga é de 4,16A.

Calcular o valor real desta corrente

no circuito primário, sabendo-se que

o TC é de 400-5A e apresenta um

fator de correção igual a 100,5%.

EXEMPLO DE APLICAÇÃO

DOS TC

𝐾𝑛 =𝐼𝑝𝑛

𝐼𝑠𝑛=

400

5= 80

𝐼𝑛𝑝= 𝐾𝑛x Is = 80 x 4,16 = 332, 8 A (corrente não corrigida)

Para FCRp = 100,5%, o valor de Є% é:

Є% = (100,5 – 100) = 0,5%

Logo, o valor verdadeiro da corrente é:

𝐼𝑟𝑝 = 332,8 −332,8×0.5

100= 331.14 𝐴

TRANSFORMADORES DE

POTENCIAL (TP)

são equipamentos que

permite a medição e a

protecção dos

equipamentos de medida

Os TTs possuem um

enrolamento primário

com muitas espiras e um

secundário onde se tem

uma tensão desejada.

Desta forma os instrumentos de medição são

dimensionados em tamanhos reduzidos com

bobinas e demais componentes de baixa

isolação, promovendo economia e segurança.

Os transformadores de tensão são utilizados

em aparelhos com elevada impedância

Em geral os TT`s são instalados juntamente

com os TC`s .

TIPOS DE TRANSFORMADORES

DE POTENCIAL

Existem dois tipos de Transformadores de

potencial (TP’s), que são:

TT’s indutivos e os capacitivos.

A utilização do último é mais conveniente e

económica em circuitos de alta tensão.

As explanações a seguir versam sobre os TP’s

indutivos, os quais são amplamente utilizados

na indústria. Seu princípio de funcionamento é

idêntico ao dos transformadores de potência.

CONSTITUIÇÃO

O transformador de

potencial é constituído

por:

Núcleo ferromagnético;

Espiras do enrolamento

primário

Espiras do enrolamento

secundário

ENROLAMENTO

Os enrolamentos do primário e secundário

do transformador de potencial (TP) são

normalmente de cobre e tem uma camada

de verniz sintético como isolante.

NÚCLEO

O núcleo é constituído por um material

ferromagnético que na maioria das vezes

são ligas de ferro, carbono, silício.

Destacam-se duas formas de construção: Núcleos laminados ;

Nucleos toroidais.

Núcleos laminados

São núcleos compostos por chapas

laminadas de material ferromagnético,

isoladas, e prensadas para formar o núcleo,

com o intuito de atenuar as correntes

induzidas no núcleo.

NÚCLEOS TOROIDAIS

São núcleos que têm a forma fechada do

anel que elimina as aberturas de ar

inerentes na construção de um núcleo. As

bobinas primárias e secundárias são

enroladas de maneira concêntrica para

cobrir a superfície inteira do núcleo. Isto

minimiza o comprimento do fio

necessitado, e fornece também a selecção

para minimizar o campo magnético do

núcleo de gerar interferência

electromagnética.

PRINCÍPIO DE

FUNCIONAMENTO

Quando aplicada a tensão no primário, estamos pondo em circulacao uma corrente eléctrica. Tal corrente eléctrica irá gerar um fluxo magnético no núcleo ferromagnético do transformador,a variação de fluxo magnético sobre uma placa condutora gera uma corrente parasita ou corrente de Foucault. Esta corrente passará a fluir pelo núcleo do transformador. Pela lei da indução de Faraday, o fluxo magnético gerado pelo enrolamento primário do transformador irá então passar pelo enrolamento secundário, onde o volume de espiras é reduzido devido a aplicação do transformador de potencial. Com este fluxo magnético passando pelo núcleo do transformador temos então uma corrente induzida no enrolamento secundário do transformador. E, portanto esta corrente irá gerar uma tensão de saída V2 nos terminais do secundário.

APLICAÇÕES

Transformador a óleo;

Transformador a seco.

CARACTERÍSTICAS

A tensão no circuito secundário é normalmente

menor;

São dimensionados para suportar uma

sobretensão de 15% ou 90% de tensão primária

nominal, com frequência nominal, sem exceder

os limites de elevação de temperatura;

São utilizados para alimentar instrumentos de

alta impedância, tendo no secundário uma

corrente muito pequena;

CLASSE DE EXATIDÃO DOS TP

EXEMPLO DE

APLICAÇÃO

No ensaio de um TP de 13.800-115V, obteve-se

UPa=13.800V; USM= 113,6𝑉

𝐾𝑛 =13800

115 = 120; 𝐾𝑟 =13800

113,6= 121,47 ;

𝐹𝐶𝑅 =𝐾𝑟

𝐾𝑛=

121,47

120= 1,01225

𝐹𝐶𝑅 𝑝 =𝐾𝑟

𝐾𝑛× 100% = 1,01225 × 100% =

101,225%

Erro de relação percentual: 𝜀𝑝 = (100 −

101,225)%= − 1,225%

CONCLUSÃO

obrigado