Post on 05-Jan-2016
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA – UFVCENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS – CCE
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA - DEL
Medidas Elétricas e MagnéticasELT210
Prof. Tarcísio Pizziolo
AULA 08 – Transformadores para Instrumentos de Medição
TP’s e TC’s
Transformadores de Potência
1. Acoplamento de BobinasAs bobinas são constituídas por um fio enrolado as quais produzem um
fluxo φ de campo magnético ao serem percorridas por uma corrente alternada ousubmetidas a uma tensão alternada em seus terminais. Ao aproximarmos umabobina B1 energizada por uma fonte V1 a outra bobina B2 desenergizada, uma partedo fluxo φ de B1 provoca uma tensão V2 em B2. Em uma bobina com N espiras ofluxo total produzido será igual a:� � �.� [Wb] .
NOTA:Quando uma corrente I1 flui pela bobina B1 é produzido um fluxo magnético � enlaçando abobina 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.
N1 N2V1 ~ ZL
s1 s2I1 I2
V1 V2
Bobina B1 Bobina B2
Fluxo φ
2. Transformadores de PotênciaO Transformador é uma aplicação clássica do indutor.Transformadores são equipamentos (máquinas elétricas estáticas)
que transformam os valores de tensões e correntes mantendo o valor dapotência relacionada a estas duas variáveis constante.
2.1. Transformadores IdeaisSão transformadores os quais o acoplamento entre as bobinas é
considerado perfeito, ou seja, não há perdas no fluxo de enlace entre asbobinas. Também não são consideradas as perdas no equipamento (EfeitoJoule, etc...).
MODELO ESTRUTURAL
v1 v2
φ
2.2 Relações de Tensões e Correntes em Transformadores IdeaisLei da indução magnética (Faraday) : “a tensão induzida em
uma bobina é igual à taxa de variação do fluxo magnético total que aenlaça”. Como o fluxo magnético total é dado por � � �.�, então:
��� �� ��λ
��� �.
�φ
��Assim sendo, a tensão induzida é diretamente proporcional aonúmero N de espiras da bobina.
MODELO CIRCUITALA Potência no primário têm que ser a mesma no secundário , então:
v1(t)
N1 N2
v2(t)
i1(t) i2(t)
v1(t) ~B1 B2
2
1
2
1
2221
21221121
1
2
2
12211
2211
221121
NN
vv
i.v)i.NN
.(vi.vi.vPP
:tensõesdasrelaçãoaPara
NN
ii
i.Ni.N
i).dtd
.N(i).dtd
.N(:dtd
.NvdoSubstituin
i.vi.vPP
====⇒⇒⇒⇒
⇒⇒⇒⇒====⇒⇒⇒⇒====⇒⇒⇒⇒====
====⇒⇒⇒⇒====⇒⇒⇒⇒
⇒⇒⇒⇒ϕϕϕϕ====
ϕϕϕϕϕϕϕϕ====
====⇒⇒⇒⇒====��
�����
��
�
����
��
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2.3 Exemplo de Aplicação de Transformador Ideal
IDEAL
1) Qual é a relação de transformação do Transformador Ideal dado acima?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 quaiscaracterísticas de transformação em relação à tensão e à corrente?4) Devido à sua característica de transformação de tensão do primário para osecundário como o mesmo é classificado?5) Devido à sua característica de transformação de tensão do secundário para oprimário como o mesmo é classificado?
i1 i2v1 v2
Transformadores de Potencial
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3. Considerações sobre Transformadores para Instrumentos
São dispositivos utilizados de modo a tornar compatívelas faixas (escalas) de atuação dos instrumentos de medição,controle e/ou proteção.
Os medidores de grandezas elétricas são fabricados paramedição em baixa tensão e baixa corrente , o que impossibilitasua ligação direta nas linhas de Alta Tensão . Para estes casos énecessário utilizar transformadores especiais , denominados deTransformadores para Instrumentos que podem ser:
1- Transformador de Potencial (TP).2- Transformador de Corrente (TC).
Os TC’s e TP’s também servem como elementos de isolamentoentre os instrumentos ligados no secundário e o circuito de altatensão, reduzindo o perigo para o operador.
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4. Transformadores de Potencial
Os Transformadores de Potencial (TP’s) são equipamentos cujoenrolamento primário é conectado em derivação (ou paralelo) comum circuito elétrico de Alta Tensão e o enrolamento secundário édestinado a alimentar bobinas de potencial em Baixa Tensão deinstrumentos elétricos de medição, controle e proteção.
Transformador de Potencial(Abaixador)
Baixa Tensão
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- Por norma, a tensão secundária é de 115 V, nos TP’s empregadosem medição.
Alguns TP’s encontrados no mercado:2.300 / 115 V
13.800 / 115 V69.000 / 115 V
- Se em um TP de 13.800 / 115V for aplicada uma tensão de 13.440V no primário, no secundário teremos 112 V, mantendo a relação detransformação (a = 120).- Os TP’s são projetados para suportarem uma sobretensão de até10% em regime permanente;- Os TP’s alimentam instrumentos de alta impedância , como osvoltímetros, e assim a corrente secundária dos mesmo é muitopequena (praticamente vazios).
4. Transformadores de Potencial
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- 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;
Tensões para as quaiso TP foi construído!
Se modifica a cada nova medição, e depende da carga no secundário!
Estabelece limites inferior e superior para o FCRp
1 1
2 2
n
n
U nkp
U n= =
1
2
medida
medida
Ukr
U=
100%rP
p
kFCR
k= ×
100 PFCR∈= −
4.1 Características dos Transformadores de Potencial
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De acordo com a ABNT os TP’s são classificados em trêsdiferentes classes de exatidão , são elas:1- Classe de exatidão 0,3;2- Classe de exatidão 0,6;3- Classe de exatidão 1,2;
Para se estabelecer a classe de exatidão dos TP’s, são feitosensaios em vazio e depois com cargas padronizadas, sobre trêscondições de tensões: tensão nominal 100%, 90% da tensãonominal e 110% da tensão nominal.
Os TP’s utilizados em medição de energia elétrica para fins defaturamento devem possuir uma classe de exatidão de 0 ,3.
4.2 Classificação dos Transformadores de Potencial
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5. Classe de Exatidão de TP’s.
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5. Classe de Exatidão de TP’s.
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Ex.: ε = -0,2%FCRP = 100,2%
ᵧ = +20’
TP classe 1,2
5. Classe de Exatidão de TP’s.
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6. Foto de um TP.
- Primário com isolamento para Alta Tensão!- Secundário com isolamento para Baixa Tensão!
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- O TP é similar em construção a um pequenoTransformador de Potência , onde o primário possui muitasespiras com fios de bitola menores , sendo conectado aolado de Alta Tensão, enquanto o secundário é conectado aovoltímetro .
- Se um voltímetro estiver permanentemente ligado, a escalado aparelho é projetada para aparecer no visor a tensão dealta tensão, sem a necessidade de conhecer a relação detransformação.
6. Considerações Finais sobre Transformadores de Potencial
Transformadores de Corrente
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- Os transformadores de corrente (TC’s) são equipamentos quepermitem aos instrumentos de medição e proteção funcionaremadequadamente, sem que seja necessário possuírem correntesnominais de acordo com a corrente do circuito a qual estãoligados. Pois nos sistemas elétricos industriais os níveis decorrente envolvidos, geralmente são muito elevados para osequipamentos de medição e proteção.- Os TC’s possuem um enrolamento primário com poucasespiras e fios de bitolas maiores , suportando uma alta corrente.- Em geral a saída no secundário é de 5 A, quando no primáriopassa a corrente nominal.
Alguns TC’s de mercado:200 / 5 A500 / 5 A
1000 / 5 A- Impedância do secundário baixa:- Transformador praticamente com secundário em curto-circuito!
1. Transformadores de Corrente
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Existem vários tipos de transformadores de corrente, os principaissão:�Tipo Barra: o enrolamento primário é uma barra fixada nonúcleo do TC.
Tipo Barra
Tipo Enrolado
S2
S1
P1 P2
S2
S1P1
P2
2. Tipos de Transformadores de Corrente
�Tipo Enrolado: o primário e o secundário são enrolados em ummesmo núcleo.
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�Tipo janela: não possui primário próprio sendo construído comuma abertura através do núcleo por onde passa o condutor docircuito primário formando uma ou mais espiras.
�Tipo núcleo dividido: tipo de TC janela onde a parte do núcleoé separável facilitando o enlaçamento do condutor primário
Tipo Janela
Tipo Núcleo Dividido
S1
S2
S1
S2
2. Tipos de Transformadores de Corrente
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6. Foto de um TC.
- Primário com fios de bitolas maiores!- Secundário com fios de bitolas menores!