Sistemas de Medição - Aula 6: Transformadores para Instrumentos de Medição

Nota O material a seguir é um slide de aula apresentado pelo prof William Caires Silva Amorim como material pedagógico do IFMG dentro de suas atividades curriculares ofertadas em ambiente virtual e presencial de aprendizagem Seu uso cópia e ou divulgação em parte ou no todo por quaisquer meios existentes ou que vierem a ser desenvolvidos somente poderá ser feito mediante autorização expressa deste docente e do IFMG Caso contrário estarão sujeitos às penalidades legais vigentes SISTEMAS DE MEDIÇÃO Aula 6 Transformadores para Instrumentos de Medição TPs e TCs Prof Me William Caires Silva Amorim SISTEMAS DE MEDIÇÃO SISTEMAS DE MEDIÇÃO SISTEMAS DE MEDIÇÃO 3 Sumário Transformadores de Potência Transformadores de Tensão Transformadores de Corrente SISTEMAS DE MEDIÇÃO 4 Acoplamento de Bobinas As bobinas são constituídas por um fio enrolado as quais produzem um fluxo φ de campo magnético ao serem percorridas por uma corrente alternada ou submetidas a uma tensão alternada em seus terminais Ao aproximarmos uma bobina B1 energizada por uma fonte V1 a outra bobina B2 desenergizada uma parte do fluxo φ de B1 provoca uma tensão V2 em B2 Em uma bobina com N espiras o fluxo total produzido será igual a λ Nφ Wb SISTEMAS DE MEDIÇÃO 5 Acoplamento de Bobinas NOTA Quando uma corrente I1 flui pela bobina B1 é produzido um fluxo magnético φ enlaçando a bobina B2 o qual produz pela Lei de indução de Faraday uma tensão nos terminais de B2 Quando uma carga ZL é conectada nos terminais de B2 há a circulação de uma corrente I2 SISTEMAS DE MEDIÇÃO 6 Transformadores de Potência O Transformador é uma aplicação clássica do indutor Transformadores são equipamentos máquinas elétricas estáticas que transformam os valores de tensões e correntes mantendo o valor da potência relacionada a estas duas variáveis constante Transformadores Ideais São transformadores os quais o acoplamento entre as bobinas é considerado perfeito ou seja não há perdas no fluxo de enlace entre as bobinas Também não são consideradas as perdas no equipamento Efeito Joule etc SISTEMAS DE MEDIÇÃO 7 Transformadores de Potência Transformadores Ideais MODELO ESTRUTURAL SISTEMAS DE MEDIÇÃO 8 Transformadores de Potência Lei da indução magnética Faraday a tensão induzida em uma bobina é igual à taxa de variação do fluxo magnético total que a enlaça Como o fluxo magnético total é dado por λ Nφ Wb então Assim sendo a tensão induzida é diretamente proporcional ao número N de espiras da bobina SISTEMAS DE MEDIÇÃO 9 Transformadores de Potência MODELO CIRCUITAL A Potência no primário têm que ser a mesma no secundário então SISTEMAS DE MEDIÇÃO 10 Transformadores de Potência Exemplo de Aplicação de Transformador Ideal 1 Qual é a relação de transformação do Transformador Ideal dado ao lado 2 Se a bobina enrolamento do primário possuir 500 espiras quantas espiras terá a bobina do secundário 3 Este Transformador Ideal ou TRAFO IDEAL acima apresenta quais características de transformação em relação à tensão e à corrente 4 Devido à sua característica de transformação de tensão do primário para o secundário como o mesmo é classificado 5 Devido à sua característica de transformação de tensão do secundário para o primário como o mesmo é classificado SISTEMAS DE MEDIÇÃO 11 Transformadores de Potencial Considerações sobre Transformadores para Instrumentos São dispositivos utilizados de modo a tornar compatível as faixas escalas de atuação dos instrumentos de medição controle eou proteção Os medidores de grandezas elétricas são fabricados para medição em baixa tensão e baixa corrente o que impossibilita sua ligação direta nas linhas de Alta Tensão Transformadores para Instrumentos que podem ser 1 Transformador de Potencial TP 2 Transformador de Corrente TC Os TCs e TPs também servem como elementos de isolamento entre os instrumentos ligados no secundário e o circuito de alta tensão reduzindo o perigo para o operador SISTEMAS DE MEDIÇÃO 12 Transformadores de Potencial Os Transformadores de Potencial TPs são equipamentos cujo enrolamento primário é conectado em derivação ou paralelo com um circuito elétrico de Alta Tensão e o enrolamento secundário é destinado a alimentar bobinas de potencial em Baixa Tensão de instrumentos elétricos de medição controle e proteção SISTEMAS DE MEDIÇÃO 13 Transformadores de Potencial No Brasil segundo a ABNT NBR 68552009 a tensão secundária é de 115 V nos TPs empregados em medição Alguns TPs encontrados no mercado 2300 115 V 13800 115 V 69000 115 V Se em um TP de 13800115V for aplicada uma tensão de 13440 V no primário no secundário teremos 112 V mantendo a relação de transformação a 120 Os TPs são projetados para suportarem uma sobretensão de até 10 em regime permanente Os TPs alimentam instrumentos de alta impedância como os voltímetros e assim a corrente secundária dos mesmo é muito pequena praticamente vazios SISTEMAS DE MEDIÇÃO 14 Características dos Transformadores de Potencial Relação Nominal do TP Kp Relação Real Kr Fator de Correção da Relação FCRp Erro de Relação Erro de Fase ᵧ defasagem entre a tensão medida do primário e a do secundário SISTEMAS DE MEDIÇÃO 15 Características dos Transformadores de Potencial De acordo com a ABNT os TPs são classificados em três diferentes classes de exatidão são elas 1 Classe de exatidão 03 2 Classe de exatidão 06 3 Classe de exatidão 12 Para se estabelecer a classe de exatidão dos TPs são feitos ensaios em vazio e depois com cargas padronizadas sobre três condições de tensões tensão nominal 100 90 da tensão nominal e 110 da tensão nominal Os TPs utilizados em medição de energia elétrica para fins de faturamento devem possuir uma classe de exatidão de 03 SISTEMAS DE MEDIÇÃO 16 Classe de Exatidão de TPs SISTEMAS DE MEDIÇÃO 17 Classe de Exatidão de TPs Fator de Correção da Relação FCRp SISTEMAS DE MEDIÇÃO 18 Classe de Exatidão de TPs Fator de Correção da Relação FCRp Erro de Relação SISTEMAS DE MEDIÇÃO 19 Classe de Exatidão de TPs Primário com isolamento para Alta Tensão Secundário com isolamento para Baixa Tensão Isolador Tipo Bucha Isolador Tipo Pino SISTEMAS DE MEDIÇÃO 20 Considerações Finais sobre Transformadores de Potencial O TP é similar em construção a um pequeno Transformador de Potência onde o primário possui muitas espiras com fios de bitola menores sendo conectado ao lado de Alta Tensão enquanto o secundário é conectado ao voltímetro Se um voltímetro estiver permanentemente ligado a escala do aparelho é projetada para aparecer no visor a tensão de alta tensão sem a necessidade de conhecer a relação de transformação SISTEMAS DE MEDIÇÃO 21 Transformadores de Corrente Os transformadores de corrente TCs são equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionarem adequadamente sem que seja necessário possuírem correntes nominais de acordo com a corrente do circuito a qual estão ligados Nos sistemas elétricos industriais os níveis de corrente envolvidos geralmente são muito elevados para os equipamentos de medição e proteção Os TCs possuem um enrolamento primário com poucas espiras e fios de bitolas maiores suportando uma alta corrente SISTEMAS DE MEDIÇÃO 22 Transformadores de Corrente Em geral a saída no secundário é de 5 A quando no primário passa a corrente nominal Alguns TCs de mercado 200 5 A 500 5 A 1000 5 A Impedância do secundário baixa Transformador praticamente com secundário em curtocircuito SISTEMAS DE MEDIÇÃO 23 Transformadores de Corrente Existem vários tipos de transformadores de corrente no mercado os principais são Tipo Barra o enrolamento primário é uma barra fixada no núcleo do TC Tipo Enrolado o primário e o secundário são enrolados em um mesmo núcleo SISTEMAS DE MEDIÇÃO 24 Transformadores de Corrente Tipo janela não possui primário próprio sendo construído com uma abertura através do núcleo por onde passa o condutor do circuito primário formando uma ou mais espiras Tipo núcleo dividido tipo de TC janela onde a parte do núcleo é separável facilitando o enlaçamento do condutor primário SISTEMAS DE MEDIÇÃO 25 Transformadores de Corrente Obrigado pela atenção Bons estudos Dúvidas Email williamamorimifmgedubr 26 SISTEMAS DE MEDIÇÃO O seu sucesso como engenheiro será diretamente proporcional à sua habilidade em se comunicar Charles K Alexander