Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP.Página 1 Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Alunos: R.A.: Lucas Rodrigues Guimarães 276866-6 Ricardo Manoel Bandarra Mendes 809340-7 Mário Ribeiro de Sousa A5110B-3 Pedro Henrique Sousa Carvalho A50599-7 Manoel Borges David A635HE-3 Jonathan Xavier dos Reis A1755I-7 Felipe Monteiro A3902S-9 Tuma: EE7P30 Professor: Michel Moreale Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Página 2 INDICE 1. FINALIDADE......................................................................................................................................3 2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO..............................................................................................4 3. TIPOS DE TC’S E TP’S.....................................................................................................................6 4. DIFERENCIAÇÕES BÁSICAS ENTRE TC’S DE MEDIÇÃO E PROTEÇÃO.......................10 5. BIBLIOGRAFIA...............................................................................................................................10 Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Página 3 1. Finalidade Transformadores de Potencial (TP’s): Trata-se de um transformador para instrumentos, cujo enrolamento primário é conectado entre fase e terra de um circuito elétrico de alta tensão, que se destina a reproduzir no seu enrolamento secundário a tensão primária com sua posição fasorial substancialmente mantida em uma proporção definida, conhecida e adequada para uso com instrumentos de medição, controle ou proteção. Não apresentam grande diferença em relação aos transformadores de potência, e assim o seu princípio de funcionamento é exatamente o mesmo do transformador. Eles se caracterizam por uma pequena potência e um reduzido erro devido à relação de transformação a ao erro de fase. Quanto a sua maneira de operação deve ser próximo a condição de funcionamento em vazio, o que significa uma alta impedância conectada ao seu secundário. Com isto, conseguimos ainda que a queda de tensão desde o regime em vazio até o regime de plena carga seja mínima. O transformador de potencial tem ainda a seu favor a gama de variação da tensão que é bastante restrita (o que não acontece com a corrente) e o fato de não estar sujeito a correntes de curto-circuito. São equipamentos projetados para serem conectados entre fases ou entre fase e neutro de um circuito, da mesma forma que os voltímetros em geral. A tensão secundária é reduzida, numa relação fixa com a tensão primária, mantendo a mesma posição fasorial de tal forma que qualquer mudança no potencial do circuito primário se refletirá com precisão nos medidores ou relés conectados aos terminais secundários. A tensão no secundário dos TP’s, por ser reduzida, proporciona maior segurança pessoal, além de uma padronização dos dispositivos utilizados no secundário. Transformadores de Correntes (TC’s): O transformador de corrente tem as seguintes finalidades: 1º. Adaptar os elevados valores de corrente que passam pelas linhas de transmissão, barramentos, transformadores, etc., normalmente ao valor nominal de 5A, permitindo assim a normalização e a utilização de instrumentos de medição, controle e proteção. 2º. Isolar os circuitos de medição, controle e proteção do sistema de alta tensão, protegendo os respectivos instrumentos, bem como os técnicos que lidam com os mesmos. Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Página 4 2. Princípio de Funcionamento: Transformadores de Potencial (TP’s): Um TP é formado por um núcleo magnético de ferro-silício e dois enrolamentos, um com grande número de espiras (primário) e outro com um número menor de espiras (secundário). Figura 1 - Esquema representativo do TP. Suponhamos o transformador da figura 1, com uma tensão V1 aplicada no primário, e com a carga secundária desconectada, isto é, a vazio. Esta tensão fará circular uma corrente de intensidade I1 no enrolamento primário, que possui uma impedância Z1, cujas componentes são R1 (resistência ôhmica do enrolamento) e X1 (reatância do enrolamento). A corrente I1 gera uma força magnetomotriz (f.m.m.) que faz circular no núcleo um fluxo magnético ɸ1. Este fluxo ɸ1 ao cortar as Np espiras do rolamento primário gera por indução a força contra eletromotriz e1. O fluxo ɸ1 ao circular pelo enrolamento secundário induzirá uma força contra eletromotriz e2. Zc ao secundário do TP (figura 1). A força eletromotriz e2 faz circular uma corrente Is no circuito secundário. A força magnetomotriz criada por esta corrente ao passar pelas espiras do enrolamento secundário introduz no circuito magnético um fluxo ɸ2 no sentido contrário ao fluxo ɸ1. Em um TP, as resistências e reatâncias dos enrolamentos são elevadas, portanto as correntes nos enrolamentos primário e secundário são pequenas. Transformadores de Corrente (TC’s): Um TC, em linhas gerais, é constituído de enrolamento primário, enrolamento secundário e núcleo magnético. O enrolamento primário, dependendo do valor da corrente, geralmente é constituído de poucas espiras (muitas vezes de apenas uma). Já o enrolamento secundário é constituído de um número maior de espiras, sendo este fechado através das bobinas dos diversos Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Página 5 instrumentos conectados, permitindo assim a circulação de uma corrente proporcional à corrente primária, em módulo e com o menor ângulo possível de defasagem entre ambas. Os terminais do enrolamento primário são conectados em série com o circuito de uma fase do sistema elétrico. As forças magnetomotrizes (f.m.m.) produzidas nos enrolamentos primários e secundários somam-se dando como resultado a f.m.m de magnetização. O fenômeno físico que se processa no interior do TC pode ser analisado com o auxílio do desenho representativo e do circuito equivalente, mostrados nas figuras abaixo: Figura 2 - Esquema representativo do TC. Figura 3 - Diagrama Equivalente do TC. A corrente, ao passar pelo enrolamento primário, produz um fluxo ɸp, que se dividirá em fluxo de dispersão, representado pela reatância indutiva Xp e em fluxo primário, que induzirá, no enrolamento primário, uma força contra eletromotriz (f.c.e.m) Ep e, no enrolamento secundário, uma f.e.m. Es. Vamos supor duas hipóteses sobre o estado em que se encontra o enrolamento secundário: a. Aberto com impedância infinita ligada aos seus terminais. Nessa hipótese, não há possibilidade de se passar corrente pelo enrolamento secundário (I2=0), sendo assim a força magnetomotriz de excitação será produzida pela corrente primária (I1) que causará a saturação do núcleo e consequentemente provocará um aumento das perdas no ferro, provocando assim um aquecimento excessivo. Além desse problema, uma elevada tensão será induzida no enrolamento secundário, colocando em risco o equipamento e vidas humanas. Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Página 6 Por estes motivos os TC’s devem ter sempre o seu secundário fechado, seja através de instrumentos, relés ou jumpers quando não estiverem sendo utilizados. b. Fechado ou com impedância de valor zero. Nessa hipótese, a f.e.m. Es produzirá uma corrente Is no secundário. Essa corrente produzirá um fluxo ɸ, que se dividirá em fluxo de dispersão, representado pela reatância indutiva Xs e em fluxo secundário, de sentido contrário ao fluxo ɸp. A diferença entre ɸp e ɸs será o fluxo ɸ0, que é representado pela reatância Xm. As perdas por histerese e de Focault no núcleo são representadas por Rf. As resistências dos enrolamentos primários e secundários são representados por Rp e Rs. 3. Tipos de TP’s e TC’s: Transformadores de Potencial (TP’s): O material utilizado para isolamento entre os enrolamentos e entre os enrolamentos e a terra pode ser resina epóxi (TP seco) ou papel impregnado com óleo mineral (TP imerso em óleo). Os TP’s secos são utilizados para classes de tensão até 69 kV e os imersos em óleo para classe acima desta. Quanto ao tipo, os TP’s podem ser: - Indutivos; - Divisores Capacitivos; - Divisores resistivos (DC); TP’s indutivos (TPI’s): Para tensões compreendidas entre 600 V e 69 kV os transformadores indutivos de potencial são dominantes, pois seu custo é inferior ao capacitivo. Entre 69 kV e 138 kV, não existe preferência na utilização de um tipo ou de outro, ficando a decisão a critério de cada projetista, a menos que o sistema onde será conectado o TP utilizará sistema Carrier de comunicação, controle e proteção, quando então o tipo com divisor capacitivo deverá ser o escolhido. O alto custo do tipo indutivo é devido principalmente ao elevado número de espiras do enrolamento primário para tensões mais altas, o que significa mais cobre, maior isolação, etc. As figuras a seguir ilustram transformadores de potencial indutivos Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Página 7 Figura 4 - Transformadores de Potencial Indutivos Divisores capacitivos de Potencial (DCP’s): São utilizados para reduzir a tensão entre fase e terra de um circuito. O divisor é um conjunto de capacitores em série, formando uma coluna capacitiva, utilizada para acoplar um transformador de potencial a uma linha de alta-tensão e nos sistemas de comunicação carrier. A tensão entre fase e terra é dividida pelos capacitores, de forma que os valores de tensão nos terminais do último capacitor seja adequada para o transformador potencial. Figura 5 - TC Tipo Enrolado Divisor Resistivo de Potencial: Têm aplicação principalmente nos sistemas de transmissão de potência em corrente contínua. Numa linha de DC não é possível se usar um divisor capacitivo de potencial como os que são Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Página 8 comumente usados nas linhas AC. Mas a medição da tensão DC é necessária para as mesmas finalidades, tais como carga, tensão, proteção, etc. Para tais finalidades usa-se num terminal DC um divisor de potencial resistivo. Devido à alta tensão na qual está ligado, o divisor deve possuir um alto valor de resistência ôhmica. Mas as perdas capacitivas e a capacitância do cabo conectado ao tap do divisor causarão um considerável atraso na resposta se usarmos um divisor puramente resistivo. Transformadores de Corrente (TC’s): Segundo sua forma de construção, os TC’s classificam-se nos seguintes tipo: - Enrolado; - Barra; - Janela; - Bucha; Tipo Enrolado ou Bobinado: Transformador de corrente com os enrolamentos primário e secundário completamente isolados e permanentemente montados ao núcleo. O enrolamento primário tem usualmente várias espiras, mas pode ser formado de uma única espira desde que ela envolva mecanicamente o núcleo. É o tipo mais usado em serviços de medição. Figura 6 - TC Tipo Enrolado Figura 7 - TC Tipo Enrolado Tipo Barra: Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Página 9 É um TC cujo enrolamento primário é constituído por uma barra montada permanentemente através do núcleo do transformador, conforme figura abaixo: Figura 8 - TC Tipo Barra Tipo Janela: É um TC sem primário próprio, constituído com uma abertura através do núcleo, por onde passará um condutor do circuito primário, formado de uma ou mais espiras. Pode ser provido de isolamento total ou parcial para uma ou mais espiras do condutor primário destinado a passar através da janela do núcleo. Figura 9 - TC Tipo Janela Tipo Bucha: É um TC espiral, do tipo janela, projetado para ser instalado sobre uma bucha de um equipamento elétrico, fazendo parte integrante deste. Este tipo de TC é muito utilizado em transformadores e reatores de potência. Trabalho Geradores e Motores CC - TC e TP. Página 10 Figura 10 - TC Tipo Bucha 4. Diferenciações básicas entre TC’s para medição e proteção: TC’s para medição: Em virtude dos transformadores de corrente, para serviço de medição, transformarem diretamente a corrente que circula pela linha para fins de faturamento, é importante que o erro de relação e o de ângulo de fase seja os menores possíveis. Estes TC’s são projetados para saturarem com corrente acima da nominal. Por esta razão, as correntes de curto-circuito não são transformadas proporcionalmente para o secundário, evitando assim danos aos equipamentos de medição neles conectados. TC’s para proteção: No caso dos transformadores de corrente destinados à alimentação de relés, é importante que os mesmos retratem com fidelidade as correntes de sobrecarga e curto-circuito, porém não é necessária uma grande precisão para estas transformações. Portanto, o TC não deve sofrer saturação para altas correntes. O erro de ângulo e fase para esse tipo de TC é de pouca importância, tendo em vista que a operação dos relés não é afetada, pois a corrente secundária do TC se apresenta, normalmente, com um baixo fator de potência e consequentemente em fase com a corrente de excitação . Dessa forma seu efeito na precisão do ângulo de fase é desprezível. 5. Bibliografia: Apostila “Transformadores para Instrumentos - Transformadores de Potencial” do centro de treinamento de FURNAS - CTFU.O. Apostila “Transformadores para Instrumentos - Transformadores de Corrente” do centro de treinamento de FURNAS - CTFU.O.
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