Relatório Tecnico - Transformadores de Potencial TP e Corrente TC

FEPI Centro Universitário de Itajubá Engenharia Elétrica TDE 2 TP E TC TDE 2 TP E TC Relatório de pesquisa sobre transformadores de potencial e de corrente Descrição Relatório realizado para a disciplina de conversão eletromecânica de energia do 6 º período de Engenharia Elétrica Professor Tiago Rodrigues Aluno Michael Moises da Silva Roque 2022 Relat ório Projeto Integrador Projetos Eletrônicos Relatório apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica do Centro Universitário de Itajubá FEPI Professor Tiago Rodrigues Relatório apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica do Centro Universitário de Itajubá FEPI Professor Tiago Rodrigues Introdução Os transformadores são componentes extremamente importantes dentro do s sistema s elétrico s pois reduzem ou aumentam valores de tensão e corrente tendo como base de funcionamento a indução eletromagnética T ornandose assim uma ferramenta de grande aplicabilidade em todos os tipos de sistemas elétricos desde pequenos transformadores usados em circuitos eletrônicos de bai xa potência até aqueles usados em subestações que podem ocupar um cômodo inteiro Como já citado anteriormente existem vários tipos de transformadores que possuem aplicações quase sempre muito específicas sendo assim será feito um estudo sobre duas classes muito utilizadas de transformadores que são os transformadores de potencial TP e os transformadores de corrente TC Objetivo O objetivo deste trabalho é mostrar a pesquisa feit a sobre o funcionamento dos transformadores de corrente e de potencial evidenciando as particularidades de cada um assim como as características que possuem em comum Meto dologia cientifica A pesquisa foi feita pela internet focando principalmente em artigos acadêmicos e trabalhos de conclusão de curso sendo complementadas com dados obtidos em sala de aula alguns documentos de sites sobre eletricidade e vídeos reunindo o máximo de informações possíveis tornando mais fácil a compreensão do assunto tratado Desenvolvimento Transformador de corrente TC Geralmente o TC possu i poucas espiras no enrolamento primário e um enrolamento secundário que nunca estão em contato físico direto No enrolamento secundário a corrente que está no circuito primário é transformada geralmente em uma corrente de 5 amperes que é o padrão adotado pela indústria para a máxima corrente que pode circular por um equipamento de medição Figura 1 simbologias de um TC Os TCs podem ser construídos de diferentes formas adaptandose a requisitos de funcionamento A seguir temse alguns exemplos que são os principais tipos de TCs utilizados TC tipo barra Este transformador de corrente utiliza de uma barra fixada por um material isolante Os terminais do circuito que se deseja medir devem estar conectados em série com a barra A barra passa pelo núcleo de uma to r o ide o n de se encontra o enrolamento secundário do circuito sendo assim a própria barra se torna o primário do transformador equivalendose a uma única espira C om esse tipo de constru ção temse uma propriedade que é a alta isolação elétrica A ba rra por onde circula a corrente d o circuito que se quer medir ou proteger pode estar isolada do sistema em tensões bem mais elevadas do que a sua tensão de trabalho gerando assim uma grande segurança em um sistema quanto a possíveis anomalias de funcionamento A figura a seguir mo dela como se dá a construção d e um TC tipo barra Figura 2 TC tipo barra TC tipo janela É um tipo de TC que não possui um primário fixo n a sua estrutu ra física E s t e tipo de transformador é comu mente utilizado em estruturas de medição pois não p ossui uma isolação elétrica tão satis fatória quando comparado ao TC tipo barra por exemplo Ele é constituído geralmente de uma toroide onde se encontra o condutor que constitui o enrolamento secundário No núcleo da toroide tem se o cabo do sistema a ser medido de maneira que a interação eletromagnética ent re o cabo e a toroide que pode ser vista como uma bobina de uma única espira se tornam o primário do TC A corrente gerada na abertura através do núcleo por onde passa o condutor que forma o circuito primário tem uma relação praticamente linear com a corrente do secundário que geralmente é padronizada para 5A que é a corrente máxima utilizada em equipamentos de medição Figura 3 TC tipo janela Figura 4 TC tipo janela com cabo passante Existem muitos outros tipos de TC que são criados dependendo de sua aplicação e dos parâmetros desejados porém a teoria de ba se seguida para a construção de um TC é a mesma para todos os variados tipos As imagens a seguir mostram outros tipos de TC de alta e m édia corrente Figura 5 TC de alta Tensão Figura 6 TC de média tensão Figura 7 Variados tipos de TC Transformadores de potencial TP Os transformadores de potencial são equipamentos que fazem o controle d o nível de tensão Este controle é chamado de rebaixamento e tem como intensão fazer com que os instrumentos de medição e proteção funcionem de maneira satisfatória sem contato direto com a tensão de acordo com o valor nominal da rede em que será feita a medição Figura 8 simbologia de um TP Os transformadores de potencial são de dois tipos Tipo indutivo o transformador de potencial indutivo é constituído de um enrolamento primário e um enrolamento secundário com o objetivo de obter uma relação de transformação que gere no secundário at ravés de indução eletromagnética um valor padrão de tensão A norma diz que o valor deve ser padronizado em 115v 115 3 𝑉 𝑜𝑢 115 3 𝑉 a última relação não é tão utilizada Relação de transformação Kp Kp N1 N2 U1 U2 Onde N1 número de espiras do primário N2 número de espiras do secundário U1 Tensão no primário U2 Te nsão no secundário Tipo capacitivo Este tipo de transformador é comumente utilizado para altas tensões que são tensões iguais ou superiores a 138kV Devido a sua classe de exatidão muito alta que se dá pela grande estabilidade da capacitância os TP do São Idea is para instalação em pontos de medição T am bém é muito utilizado na transmissão de sinais de alta frequência através das linhas Sinais de onda portadora e a juda na redução dos picos de tensão na linha constituído de dois conjuntos de capacitores em série de tal forma que o primeiro conjunto C1 seja responsável por reduzir a alta tens ão de entrada para níveis de tens ão entre 5 e 15kV E s t a mesma tensão é aplicad a ao segundo conjunto de capacitores C2 em paralelo a um TP indutivo que através da relação de espiras entre primário e secundário irá apresentar a tensão 115V adequada para os instrumentos Figura 9 Modelagem de um TP do tipo capacitivo Polaridade de TCs e TP s A polaridade de um transformador é a indica ção d o sentido da circulação de uma corrent e instant ânea que é dada pelo sentido do fluxo magnético produzido Sendo assim a polaridade é um parâmetro determinado p or quem irá projetar fabric ar ou us ar um TP isto é feito para determinar a marcação da polaridade dos terminais dos enrolamentos e a condição dos enrolamentos conforme sua disposição isto é a relação entre os sentidos momentâneos das forças eletromotrizes nos enrolamentos primário e secundário Sendo assim a polaridade depende de como são enroladas as espiras que formam os enrolamentos primário e secundário O sentido da queda de tensão é determinado pelo sentido do enrolamento e pela marcação realizada A Figura 1 mostra duas situações distintas para as correntes induzidas em um TP Na primeira figura as tensões induzidas E 1 e E 2 dirigemse para os bornes adjacentes H 1 e X 1 este tipo de TP é chamado de TP de polarização subtra tiva Na outra figura a marcação é feita de maneira contrária sendo as tensões induzidas dirigidas para os bornes invertidos Neste caso temos o TP de polarização aditiva Figura 10 Tipos de polariza ção de transformadores Tensão de saturação em TP e TC Para os transformadore s tanto de corrente quanto o de potencial q uand o o núcleo ferromagnético do não está saturado ou seja a tensão de magnetização não atingiu seu valor máximo temse o trabalh o em regime linear isso significa que a corrente de magnetização apresenta um valor baixo e próximo à corrente secundária do TC Poré m quando é atingida a tensão de saturação o valor da corrente de magnetização aumenta diminuindo a corrente que vai do primário para o secundário isso se dá pelo fato de após o núcleo atingir o nível de saturação se torna necessário um grande gasto de energia para se faça o aumento do campo magnético É como se os domínios de campo estivessem totalmente alinhados Com isso concluise que fora do regime de saturação podemos perder a fidelidade em equipamentos de medição ou ocasiona r o funcionamento incorret o ou até mesmo o não funcionamento de equipamentos de proteção por exemplo Visto dessa forma tem se que o mais desejável para TC s e TPs é que se trabalhe com uma corrente de excitação do material ferromagné tico de maneira a não atingir a saturação mantendo a fidelidade dos equipamentos de medição e fazendo com que os equipamentos de proteção atuem de maneira mais ideal C onclusões O estudo de TC e TP é de extrema importância para o curso de engenharia elétrica pelo fato de que como en genheiros devemos dominar as variáveis que afetam diretamente o funcionamento desse s equipamentos que possuem uma enorme aplicabilidade em nossa área de atuação e assim sendo com um entendimento maior sobre este sistema possamos dimensionar fazer pesquisas eou buscar a otimização desse tipo de equipamento Isso sempre com base nos conhecimentos obtidos e principalmente buscando soluções que sejam em sua grande maioria eficientes e satisfatórias no seu emprego Referências BO RDIN Paula ESTUDO DE SATURAÇÃO DE TRANSFORMADORES DE CORRENTE APLICADOS EM SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA Uni versidade tecnológica federal do Paraná 2017 Disponível em httpsrepositorioutfpredubrjspuibitstream1272521CPCOELT2017109pdf Acesso em 0609 22 FERGUTZ Marcos TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTAÇÃO TRANSFORMADOR DE POTENCIAL TP NBR68552015 E TRANSFORMADOR DE CORRENTE TC NBR68562015 Disponível em httpswwwudescbrarquivosudescidcpmenu9731TRANSFORMADORESPARAINSTRUMENTAOv721162619938492319731pdf Acesso em 05092022