Marcelo Paulino

Uma viagem pelas instalações elétricas.
Conceitos & aplicações
Avaliação do Sistema de Transformação em
Subestações e Painéis de Média Tensão - Operação,
Manutenção e Ensaios
Eng. Marcelo Paulino
Subestações Elétricas
• As subestações cumprem a importante função de ligar a Geração,
através de seu transformador, caso exista, ao sistema de transmissão,
distribuição ou industrial, dependendo de sua localização, finalidade e
porte.
• Este objetivo é alcançado pela conveniente comutação ou manobra
de disjuntores e chaves seccionadoras, energizando ou desligando os
barramentos e linhas ou cargas conectadas. Além destes, outros
componentes auxiliares garantem o cumprimento seguro desta
tarefa, tais como, TC, TP, relés, para-raios, malha de terra, chaves de
aterramento, dentre outros.
Vista da Subestação
Vista da Subestação
Principio de Funcionamento de Transformadores
Transformadores
• Chama-se “transformador” a um equipamento elétrico, sem partes
necessariamente em movimento, que transfere energia elétrica de
um ou mais circuitos (primário) para outro ou outros circuitos
(secundário, terciário) através da indução eletromagnética.
• Nesta transferência, poderá ocorrer uma alteração dos valores das
tensões e das correntes em cada circuito, porém as suas frequências
são sempre as mesmas.
Transformadores - Critérios de Classificação
• Finalidade
•
•
•
•
De corrente
De potencial
De distribuição
De potência
• Função no sistema
• Elevador
• De interligação
• Abaixador
• Separação elétrica entre os
enrolamentos
• De dois ou mais enrolamentos
• Autotransformador
• Material do núcleo
• Ferromagnético
• Núcleo a ar
• Quantidade de fases
• Monofásico
• Polifásico
Transformador de Potência
• Transformador de Potência: utilizados para gerar, transmitir e distribuir
energia, potência de 5 até 300 MVA e operam com tensões de até 765 kV.
• Transformadores de Distribuição: utilizados para rebaixar a tensão para o
consumidor final. Potência de 30 a 300 kVA, alta tensão de 15 ou 24,2 kV e
baixa tensão de 380/220 ou 220/127 V.
A característica nominal é constituída, basicamente, das seguintes grandezas:
• potências nominais dos enrolamentos;
• tensões nominais dos enrolamento
• correntes nominais dos enrolamentos;
• frequência nominal;
• níveis de isolamento dos enrolamentos.
Transformadores de Distribuição e de Força
Dados para especificação
A especificação de um transformador define e descreve as propriedades
operacionais, e estão relacionadas com:
• Regime normal de operação.
• Condições anormais de operação.
• Avaliação de perdas
Para o regime normal de operação:
•
•
•
•
•
•
•
Potência nominal
Tensões (incluindo os taps)
Grupo vetorial
Frequência
Meio de resfriamento
Temperaturas de projeto
Impedâncias
Normas
• ABNT. Transformadores de Potência: Partes 1 a 5, ABNT NBR 5356-1:2007, Associação
Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. 2007.
• ABNT. Transformadores para redes aéreas de distribuição — Requisitos, ABNT NBR
5440:2014, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. 2014.
• ABNT. Guia de Aplicação de Transformadores de Potência, ABNT NBR 7276:1998,
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. 1998.
• ABNT. Transformadores de Potência de tensões Máximas de até 145 kV – Características
Elétricas e Mecânicas, ABNT NBR 9368:2011, Associação Brasileira de Normas Técnicas.
Rio de Janeiro, RJ. 2011.
• IEC. Power Transformers. IEC60076. IEC International Electrotechnical Commission.
Geneva, CH. 2000-2011.
• IEEE. IEEE Standard Requirements for Liquid-Immersed Power Transformers. IEEE Std.
C57.12.10-2010. IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers. New York, USA.
2011.
Transformador de Corrente
• Os TCs reduzem os níveis de correntes das instalações a valores mais
baixos, compatíveis com a segurança de operadores e equipamentos
secundário (medidores, relés de proteção, etc.)
Conexão Primária
Conexão
Secundária
Transformador de Corrente – Conforme construção
Polaridade e Terminais
Subtrativa
Aditiva
18-set-04
Vários Enrolamentos Secundários em Núcleos Distintos
Em geral, os TC’s possuem dois tipos de enrolamentos
secundários, um para medição e outro para proteção. Por
este fato, nota-se que, neste caso, deve haver dois
núcleos diferentes e independentes entre si devido às
diferenças de saturação
18-set-04
Transformador de Corrente – Características nominais
• Os valores nominais que caracterizam um TC, de acordo com a NBR 6856/2015, são:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
l)
m)
n)
Corrente nominal primária (I1n);
Relação nominal do TC (RTC);
Tensão máxima e nível de isolamento;
Frequência;
Carga nominal;
Exatidão;
Número de núcleos para medição e proteção;
Fator térmico nominal – Ftn;
Corrente suportável nominal de curta-duração (curto-circuito térmica – Iccth) para um segundo;
Valor de crista da corrente suportável (corrente de curto-circuito dinâmica – Iccdyn);
Classe de isolamento;
Nível básico de isolamento – NBI (BIL);
Tipo de aterramento do sistema;
Uso: interior (indoor) ou exterior (outdoor)
Transformador de Corrente – Corrente Prim. e Relação
• Corrente Primária: TCs deve ser
escolhido de acordo com a corrente
máxima do circuito ao qual será
inserido;
• Corrente Secundária: No Brasil
padronizada 5[A],
casos especiais em proteção
pode haver 2,5[A], 1[A].
Transformador de Corrente – Nível de Isolamento
Normalmente considera a tensão como sendo a imediatamente
superior à nominal de linha do circuito em que o TC será utilizado
Transformador de Corrente – Cargas Nominais
• Designadas pela letra C seguida da carga em [VA] em 60 [HZ],
corrente secundária 5[A].
• A resistência, indutância, das cargas nominais são obtidas
multiplicando-se os valores especificados na tabela 3 pelo quadrado
da relação entre 5[A], e a corrente secundária nominal do
transformador.
Transformador de Corrente – classe de exatidão - Med
Classe de Precisão
Aplicação
Menor que 0,3
TC padrão; medições em
(não padronizado) laboratório; medições especiais.
Medidas de energia com fins de
0,3
cobrança ao consumidor; medidas
em laboratório.
Alimentação usual de:
amperímetros, wattímetros,
0,6 e 1,2
medidores estatísticos,
fasímetros, etc.
Aplicações diversas. Não deve
3
ser usado em medição de energia
ou potência.
Classes Especiais:
03S e 06S
FCR e ângulo de fase para 20% In
Transformador de Corrente – classe de exatidão - Prot
Transformador de Corrente – para Especificação
TC de Medição
Verificar a aplicação do TC, para se
determinar a classe de exatidão.
Depois determina-se as cargas em
termos de suas potências
consumidas (tabelas 8 a 11 NBR
6856:2015)
Método antigo
0,6C25
Método NBR 6856:2015
25 VA 0,6
Método ANSI
0,6B1
Transformador de Corrente – para Especificação
TC de Proteção
Método NBR 6856:2009
Método NBR 6856:2015
5A200
25 VA 5P 15
Classe de exatidão = 5%
Alta impedância
200 V de tensão secundário
nominal
Carga secundária 25 VA
Classe de exatidão = 5%
Fator Limite de Exatidão de 15
vezes a Corrente Nominal
Transformador de Corrente – para Especificação
 O cálculo de potência é idêntico ao cálculo feito para
o TP.
 Os condutores secundários devem entrar no cálculo
de carga;
 Os TCs fornecem isolamento também;
 Definir o tipo e utilização:




Enrolamento: primário enrolado;
Barra: circ. primário é uma barra
Janela; - Bucha;
Núcleo dividido: alicate amperímetro.
 As cargas devem ser ligadas em série;
 I secundária;
 I primária;
 Classe de exatidão;
 Carga nominal;
 Fator térmico - FT x In (Para atingir temperatura limite
mantendo-se dentro da precisão) - 1,0; 1,2; 1,3; 1,5; 2,0
 Nível de Isolamento;
 Corrente térmica nominal → chegar à temperatura
limite para determinada corrente em 1s;
 Corrente din. nominal → 2,5 x Ith para não destruir o TC,
aplicação = 0,5 ciclo;
 Polaridade.
 O aumento de carga se dá pelo aumento da impedância
da carga secundária (analisar I2= constante).
Especificação de TCs – caso exemplo
300/5+5
15KV
Proteção
10B50 ou 12,5 VA 10P 20
Medição
0,3C12,5 ou 12,5 VA 0,3
Normas
• ABNT. Transformadores para Instrumentos - terminologia, ABNT NBR 6546:1991,
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. 1991.
• ABNT. Transformadores de Corrente – Métodos de Ensaio, ABNT NBR 6821:1992,
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. 1992.
• ABNT. Transformadores de Corrente – Especificação e Ensaios, ABNT NBR 6856:2015,
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. 2015.
• IEC. Instrument Transformers – Part 1: Current Transformers. IEC60044-1. IEC
International Electrotechnical Commission. Geneva, CH. 2003.
• IEC. Instrument Transformers – Part 1: Requirments for Protective Current Transformers.
IEC60044-6. IEC International Electrotechnical Commission. Geneva, CH. 1992.
• IEC. Instrument transformers - Part 1: General requirements. IEC61869-1:2007 IEC
International Electrotechnical Commission. Geneva, CH. 2007..
• IEEE. IEEE Standard Requirements for InstrumentTransformers. IEEE Std. C57.13-1993
(R2003). IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers. New York, USA. 2003.
Transformador de Potencial
• Os TPs reduzem os níveis de tensões das instalações a valores mais
baixos, compatíveis com a segurança de operadores e equipamentos
secundário (medidores, relés de proteção, etc.)
Conexão Primária
Conexão
Secundária
𝑉1 𝑁1
=
𝑉2 𝑁2
Tipos de Transformador de Potencial
Transformador
de Potencial
Indutivo
Transformador
de Potencial
Capacitivo
Transformador de Potencial
• Os valores nominais que caracterizam um TP, de acordo com a NBR
6855/2009, são:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Tensão primária nominal e relação nominal;
Nível de isolamento;
Frequência nominal;
Carga nominal;
Classe de exatidão;
Potência térmica nominal.
Tensão Primária e Relação Nominal de TPs
• A tensão primária nominal depende do circuito em que o TP vai ser utilizado;
• A tensão secundária nominal é, aproximadamente, 115 Volts (fase-fase). Caso
a ligação seja fase-neutro, utiliza-se 115/√3 volts. Outras possibilidades de
tensão no secundário (não muito comum): 110[V], 120 [V], 125[V];
• A relação de transformação é definida como:
RTP=
𝑈1
𝑈2
Tensão Primária e Relação Nominal de TPs
Cargas Nominais
“carga na qual se baseiam os requisitos de
exatidão do TP”
Classe de Exatidão de TPs
• Classe de exatidão é o valor máximo de erro, expresso em
porcentagem, que poderá ser causado pelo TP aos instrumentos a ele
conectados.
• De acordo com as normas
NBR 6855/2009 da ABNT
e C57.13 da ANSI os TPs
são enquadrados em uma
ou mais das três seguintes
classes de exatidão: 0,3, 0,6 e 1,2
Classe de Exatidão de TPs
Especificação do TP
0,3 P 75
Carga 75 VA
Classe de
exatidão
Potencial
Grupos de Ligação de TPs
• Grupo 1 - TPs projetados para ligação entre fases;
• Grupo 2 - TPs projetados para ligações entre fases e neutro de sistemas aterrados;
• Grupo 3 – TPs projetados para ligações entre fases e neutro de sistemas onde não
se garanta a eficácia do aterramento.
Potência Térmica Nominal de TPs
• Potência térmica nominal é a maior potência aparente que um TP pode oferecer em regime permanente e
tensão e frequência nominais.
• Para os TPs dos grupos 1 e 2 a potência térmica deve ser superior a 1,33 vezes a carga mais alta em [VA],
referente a exatidão do TP, com sobretensões de 15% continuamente.
• Para TPs do grupo 3 a potência térmica superior a 3,6 vezes a carga mais alta em [VA] com sobretensões 90%
continuamente.
Potência Térmica Nominal de TPs
• Potência térmica é dada por:
•
•
•
•
2
𝑈
𝑃𝑡 > 𝐾 ∗ 1,21 ∗
𝑍
Pt - potência térmica;
K - 1,33 (grupos 1 e 2) ou 3,6 (grupo 3);
U - tensão secundária em [V];
Z - impedância correspondente à carga nominal em [Ω].
Exemplo:
U1 = 13800 V
RTP = 120:1
Grupo 1
Z ≈220Ω
Pt > 1,33 * 1,21 * (1152/220) = 96,74
Pt escolhida 110 VA → especificado P75
Representção de TPs
• Representação ABNT
0,6P25 -> 0,6 – exatidão e 25 – potência máxima VA
• Representação ANSI:
0,3WXY -> TP com cargas padronizadas W, X e Y acopladas ao secundário, tem classe 0,3;
0,6Z -> Com carga padronizada Z acoplada ao secundário, tem classe de exatidão 0,6.
Especificação de TPs – caso exemplo
13,2kV/220V
ligação em delta aberto
500VA
0,3P75
Normas
• ABNT. Transformadores para Instrumentos - terminologia, ABNT NBR 6546:1991,
Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. 1991.
• ABNT. Transformadores de Potencial Indutivos, ABNT NBR 6855:2009, Associação
Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. 2009.
O processo de validação dos equipamentos
Testar ou
não Testar?
O processo de validação dos equipamentos
Quais testes
executar?
O fator......
Transformador de Potencial – Ensaio de Rotina (NBR6855)
• Tensão induzida
• Tensão suportável à frequência
industrial
• Medição de descargas Parciais
• Verificação de marcação dos
terminais e polaridade
• Exatidão
• Medição de capacitância e perdas
dielétricas
• Estanqueidade, a frio.
Devem ser realizados de acordo com a
NBR 6820 => NBR 6855
Transformador de Corrente – Ensaio de Rotina (NBR6856)
• Verificação de marcação dos
terminais e polaridade
• Ensaio de tensão suportável
• Medição de descargas Parciais
• Medição de capacitância e perdas
dielétricas
• Sobretensão entre espiras
• Estanqueidade
• Exatidão
• Fator de segurança do
instrumento
• Erro composto para classes P e PR
• Fato de remanência para classe PR
• Determinação da constante de
tempo secundária para classe PR
• Resistencia de enrolamento
• Curva de excitação (proteção)
• Ensaios no óleo mineral isolante
Como devemos testar?
Teste Natural
Como devemos testar?
Teste Natural
Como devemos testar?
Teste com simulação de falha
Como devemos testar?
Teste...?????
Testes Convencionais
Variac
Caixa de carga
Instrumento de medida
Amplificador de corrente
TC padrão
Novas Ferramentas e novas técnicas
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