Os ensaios em transformadores de potencial indutivos (TPI)

Normalmente, o transformador de potencial indutivo possui um enrolamento de alta tensão que consiste em uma bobina multicamadas de fios de cobre isolados, bobinado sobre o enrolamento de baixa tensão e montado em um núcleo fechado de ferro e aterrado que permite a interface entre o sistema de alta tensão com o de baixa tensão, tornando os valores mensuráveis para leitura dos sistemas de proteção.

transformador2Da Redação –

Na sua forma mais simples, os transformadores de potencial possuem um enrolamento primário de muitas espiras e um enrolamento secundário através do qual se obtém a tensão desejada, normalmente padronizada em 115 V. Dessa forma, os instrumentos de proteção e medição são dimensionados em tamanhos reduzidos com bobinas e demais componentes de baixa isolação.

Os transformadores de potencial são equipamentos utilizados para suprir aparelhos que apresentam elevada impedância, tais como voltímetros, relés de tensão, bobinas de tensão de medidores de energia, etc. Os transformadores para instrumentos (TP e TC) devem fornecer corrente e/ou tensão aos instrumentos conectados nos seus enrolamentos secundários de forma a atender a algumas prescrições.

O circuito secundário deve ser galvanicamente separado e isolado do primário a fim de proporcionar segurança aos operadores dos instrumentos ligados ao TP e TC e a medida da grandeza elétrica deve ser adequada aos instrumentos que serão utilizados, tais como relés, medidores de energia, medidores de tensão, corrente, etc.

Dessa forma, construídos basicamente todos os transformadores de potencial para utilização até a tensão de 138 kV, por apresentarem custo de produção inferior ao do tipo capacitivo. Os transformadores de potencial indutivo são dotados de um enrolamento primário envolvendo um núcleo de ferrosilício que é comum ao enrolamento secundário.

São construídos segundo três grupos de ligação. No Grupo 1, são aqueles projetados para ligação entre fases. São basicamente os do tipo utilizado nos sistemas de até 34,5 kV. Os transformadores enquadrados nesse grupo devem suportar continuamente 10% de sobrecarga.

No Grupo 2, são aqueles projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas diretamente aterrados. No Grupo 3, são aqueles projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas onde não se garanta a eficácia do aterramento.

Já o transformador de potencial do tipo capacitivo é construído basicamente com a utilização de dois conjuntos de capacitores que servem para fornecer um divisor de tensão e permitir a comunicação através do sistema carrier. São construídos normalmente para tensões iguais ou superiores a 138 kV.

É constituído de um divisor capacitivo, cujas células que formam o condensador são ligadas em série e o conjunto fica imerso no interior de um invólucro de porcelana. O divisor capacitivo é ligado entre fase e terra.

A não ser pela classe de exatidão, os transformadores de potencial não se diferenciam entre aqueles destinados à medição e à proteção. Contudo, são classificados de acordo com o erro que introduzem nos valores medidos no secundário.

A NBR 6855 de 12/2018 – Transformador de potencial indutivo – Requisitos e ensaios especifica os requisitos de desempenho e os ensaios para transformadores de potencial indutivos (TPI) destinados a serviços de medição, controle e proteção. Os requisitos específicos para transformadores de potencial indutivos para uso em laboratórios e transdutores ópticos estão fora do escopo deste documento.

Não se aplica a: TPI trifásicos, TPI isolados a gás, autotransformadores, transformadores de potencial capacitivos, e outros dispositivos destinados a obter tensões reduzidas de um circuito primário, mas que não se enquadrem nas definições de TPI.

Os transformadores de potencial indutivo (TPI) devem ser projetados para operar em uma faixa de temperaturas de –10 °C e 40 °C. Para casos em que a temperatura ambiente diferir significativamente desta faixa de temperatura, o usuário deve especificar isto claramente. Recomenda-se que esta faixa de temperatura também seja considerada para as condições de transporte e armazenagem dos transformadores de potencial indutivo. A altitude não pode exceder a 1.000 m acima do nível do mar (m.a.n.m.).

Consideram-se condições normais de serviço para TPI em instalação não exposta: influência de radiação solar desprezível; ar ambiente não significativamente poluído com poeira, fuligem, gases corrosivos, vapores ou sal; condições de umidade conforme a seguir: o valor médio da umidade relativa, medido durante um período de 24 h, não pode exceder 95%; o valor médio da pressão de vapor de água para um período de 24 h, não pode exceder 2,2 kPa; o valor médio da umidade relativa, para um período de um mês, não pode exceder 90%; o valor médio da pressão de vapor d’água, para um período de um mês, não pode exceder 1,8 kPa.

Para estas condições, ocasionalmente pode ocorrer condensação. A condensação pode ocorrer quando houver mudanças súbitas de temperatura em períodos de alta umidade. Para prevenção dos efeitos de alta umidade e condensação, como descargas através do isolamento ou corrosão das partes metálicas, o transformador de potencial é projetado de modo a suportar estes tipos de problemas.

A condensação pode ser prevenida por projeto especial do invólucro, por meio de ventilação satisfatória, aquecimento ou pelo uso de equipamento de desumidificação. São consideradas condições normais de serviço para TPI em instalação exposta: o valor médio da temperatura de ar ambiente, medido em um período de 24 h, não podendo exceder 35 °C; radiação solar de até 1.000 W/m²; ar ambiente poluído com poeira, fuligem, gases corrosivos, vapores ou sal.

Os níveis de poluição devem ser especificados. A pressão de vento não pode ser superior a 1.080 Pa (correspondendo à velocidade do vento de 42 m/s) e não pode haver a ocorrência de condensação ou precipitação. O valor da frequência nominal é de 60 Hz. Quando os TPI forem utilizados em condições diferentes das especificadas para as condições normais de serviço, as especificações dos usuários devem ser baseadas em 4.3.1 a 4.3.4.

Para instalações em altitudes superiores a 1.000 m, a distância de arco externo sob condições atmosféricas normalizadas deve ser determinada multiplicando as tensões suportáveis requeridas no local de serviço por um fator k, conforme a figura abaixo. Para o isolamento interno, a rigidez dielétrica não é afetada pela altitude. Recomenda-se que o método para verificar o isolamento externo seja acordado entre o fabricante e o usuário.

O desempenho térmico do TPI é afetado para altitudes superiores a 1.000 m devido à redução da densidade do ar. Se um TPI é especificado para condições de serviço acima de 1.000 m e ensaiado abaixo de 1.000 m, os limites de elevação de temperatura devem ser corrigidos, conforme especificado em 5.4. Para instalações em lugares onde a temperatura ambiente tenha possiblidade de atingir valores significativamente fora da faixa das condições de serviço normais indicadas em 4.2.1, as temperaturas mínimas e máximas devem ser especificadas pelo usuário.

Em certas regiões com ocorrência frequente de ventos quentes e úmidos, mudanças súbitas de temperatura podem resultar em condensação, mesmo em lugar fechado. Sob certas condições de radiação solar podem ser necessárias medidas apropriadas, como por exemplo, telhado, ventilação forçada etc., para não exceder as elevações de temperatura especificadas.

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São consideradas condições especiais relacionadas a vibrações: vibrações devidas a operações de manobra ou curto-circuito para subestações blindadas; sujeição a vibrações devidas a tremores de terra, cujo nível de severidade deve ser especificado pelo usuário em conformidade com as normas pertinentes. Todas as condições não previstas nesta norma devem ser consideradas como condições especiais de serviço e devem ser objeto de acordo entre fabricante e usuário, como: exposição a ar excessivamente salino, vapores, gases ou fumaças prejudiciais; exposição a poeira excessiva; exposição a materiais explosivos em forma de gases ou pó; sujeição a condições precárias de transporte e instalação; limitação de espaço na sua instalação; instalação em locais excessivamente úmidos e possibilidade de submersão em água; requisitos especiais de isolamento; requisitos especiais de segurança pessoal contra contatos acidentais em partes vivas do TPI; dificuldade na manutenção; funcionamento em condições não usuais, por exemplo, regime ou frequência incomum e forma de onda distorcida.

Os sistemas de aterramento considerados são: sistema com neutro isolado; sistema com neutro ressonante; sistema com neutro aterrado: sistema com neutro solidamente aterrado; ou sistema com neutro aterrado por meio de impedância. O nível de isolamento nominal de um enrolamento primário de um TPI deve ser baseado na tensão máxima do equipamento Um.

Para enrolamentos com Um=0,60 kV, o nível de isolamento nominal é determinado pela tensão suportável nominal à frequência industrial. Para enrolamentos com 1,2 kV ≤ Um ≤ 245 kV, o nível de isolamento nominal é determinado pela tensão suportável nominal de impulso atmosférico e tensão suportável nominal à frequência industrial e deve ser especificado de acordo com a Tabela 9, disponível na norma. Para a escolha entre os níveis alternativos para os mesmos valores de Um, deve ser consultada a NBR 6939.

O fator de perdas dielétricas do isolamento somente deve ser medido em TPI com Um ≥ 72,5 kV. O valor-limite para o fator de perdas dielétricas do isolamento de TPI novos é de 1,0 %, medido durante os ensaios de rotina após os ensaios dielétricos, à temperatura ambiente. A medição da capacitância pode ser utilizada como meio de avaliação de uniformidade do lote.

Este ensaio pode ser solicitado para classes de tensão menores que 72,5 kV para equipamentos imersos em óleo, mediante acordo entre fabricante e usuário. Para enrolamentos divididos em duas ou mais seções, a tensão suportável nominal à frequência industrial do isolamento entre seções deve ser 3 kV eficaz. A tensão suportável nominal à frequência industrial para isolamento do enrolamento secundário deve ser de 3 kV eficaz. Se especificado adicionalmente, o enrolamento primário de TPI imersos em líquido isolante com Um ≥ 300 kV deve ser capaz de suportar o ensaio de múltiplos impulsos cortados para verificar o comportamento frente a estresses de alta frequência esperados em operação.

Recomenda-se que o projeto seja particularmente examinado com respeito às blindagens internas e conexões que conduzem correntes transitórias de alta frequência. O ensaio também pode ser aplicado para TPI com Um < 300 kV mediante acordo entre fabricante e usuário. Graus de proteção de acordo com a NBR IEC 60529 devem ser especificados, se aplicável, para todos os invólucros de transformadores de potencial indutivos que contenham partes do circuito principal sujeitos à penetração de contaminantes provenientes do ambiente externo, bem como, para invólucros que contenham os circuitos de baixa tensão e/ou circuitos auxiliares.

As classes de exatidão padronizadas para transformadores de potencial indutivos monofásicos para medição são: 0,3 – 0,6 – 1,2. Considera-se que um TPI está dentro de sua classe de exatidão quando, para as condições especificadas a seguir, os pontos determinados pelos fatores de correção de relação (FCR) e pelos ângulos de fase (γ) estão dentro do paralelogramo de exatidão para: tensões compreendidas na faixa de 90% a 110% da tensão nominal, com frequência nominal; todos os valores de cargas nominais, desde vazio até a carga nominal especificada, salvo acordo entre fabricante e usuário; TPI com dois ou mais enrolamentos secundários devendo cada enrolamento estar dentro de sua classe de exatidão, nas condições mencionadas anteriormente, com o (s) outro (s) secundário (s) alimentando cargas padronizadas, desde que a soma das cargas não ultrapasse a carga simultânea especificada.

Em um TPI com enrolamento provido de derivações, as classes de exatidão devem ser especificadas separadamente para cada derivação, caso sejam diferentes. Caso contrário, as derivações devem estar dentro da classe de exatidão do enrolamento total.

Para qualquer fator de correção da relação (FCR) conhecido de um TPI, o valor-limite, positivo ou negativo do ângulo de fase (γ), expresso em minutos, é expresso por γ = 2.600 (FCT-FCR), onde o fator de correção de transformação (FCT) deste TPI assume seus valores máximos e mínimos. O FCT é o fator da relação da potência ativa primária pela potência secundária dividido pela relação nominal de transformação. Valores de classes de exatidão especificados diferentes daqueles padronizados são objeto de acordo entre fabricante e usuário.



Categorias:Metrologia, Normalização

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