Document

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transforrnad
r (fig. 1a
C001
v
b)
Fig. 1
alternador
formador
Instalação
de en aio com ten âo
ltcrn d.
) E Quem
g ral
Irifá ico, auro-tran
Ior mador de reGulação da alta tCD ão, rran de cn aio. f)n)\cte
P; b) Diagrama
vecroria! do tran formador
de en aio com carga
CDPQcitl\1\
nurmn •.! (Lo
ten ito
cm \bZIO Igual
1('11 ;io nominal
( ,,: VII
tensão
de curto-circuito).
prefere-se a alimentação
por alternadore
trifá H.:O a
fim de obv iar a \ ariaçõe
aleatória
que normalmente
a rede introduz.
porquanto
pequena
alteraçõe
de
amplitude na baixa tensão,
endo a relação de tr n formação
m uito elev ada. vã. reprod llZI r-se ign ificativnrnente na alta tensão.
O alrernadore
trifá ico também geram urna terceira harmónica
c n iderável, dev ido a a imetria da
carga que origina um campo alternad
de iquilibrado
no e tator. cuja componente
irnétrica directa ac rnpanha
o campo
de e citação
teoria da
componente
imétrica : di recta, in\ er a e h mopolar
enquantr
a
componente
imétrica
mver a e m. \e em sentido
contrário
com UIl1~1 frequência
dupla da frequência
de excitação dandc lugar a uma corrente
no rotor
com frequência dupla, a qual por ua vez reage
bre
o c tator induzindo
uma ten ão
m a fr quência
tripla da inicial, ( u o de enrolamento
de ame rt 1mente
I e d liZ
embebidos na face
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d
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do
1f11 e t ria
altcrnad
r
.
Por seu turno ( próprio tran f rmador de en aio
di torse a r rrna de nda fornecida pelo altern de r
(a lad de bai a ten ao d tran f rrnad r) porv u
C rrente
de rnagn tiza ao n
tran forrnad re 111 ln r l ic nã é H1U oidal c. fluindo na auto-indu e
c r i tência
do alternador
e condut rc de liga ao
pr \ o ti queda
de ten ão que
brcp em harrn mca
à Iorç .. clecu motriz
riginal do
lternador.
I mb ir
rnpli tud da corren te de magnet
ej rei uvamente reduzida c a u
harmónic
anda men r
a I tcncu de: ..iltr frequência
p de c nduzir
unp rtante qucdr s de tcn ãc na unp dân I t d pe nd nte
d: fr quên i.. (prin IP lrncnt
na aut -inducã
d
altcrnad r e dos cc ndut ire de lig
o ln luind o aut )-tran forrnad r d regula J da alt ten a)
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c n eque 1
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i olad re . et .) xer e n \ ai r da \ rd id
de tran forma
afa tand -o do \ aI ir
definido pela rela ão do num ro d e pir 1 d
un
dário e o primári[6].
diagrama
\ ror ial (11 I b
põe claramente ern real
que uma orr nt de
ca paciti \
pr \ oca uma
br I \ a
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facto a c rrente que percorre a te 1\ICIl J
na ,1 u
volta um campo magnético e um campo clé inco CUJ
efeito
e podem traduzir num c qu mi equivalcnt
de parâmetros concentrados (fig. 2a) por mterrn dJO
de uma auto-Indu ao 1 cm érie 0111 a rcsi tencia R c
e te conjunto em par alelo com uma determina a capacidadc própria C.
uma resi tência de alto \ alor éhrnic
orno
u a na medição da alta tensão alternada, u react nct I
CJ.)J... nas baixas frequência
pode de prezar- c p rantc
o \ alor R ma a reactância I (J) exer c Iníluênci
apreciá \ el cau ando uma ligeira desfá ..lg 111 enu c ,
corrente e a ten ão
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R
numa
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condensador
padrão de capacidade
C em érie com
um amperímetro
de ferro móvel. que indi a o 'alar
eficaz J da corrente
•
•
(fig. 2b : e como I = jwC'L obtém-
wC
•• •
supondo, como acontece na maiona dos ca o pratico,
que apenas existem harmónica
ímpares, A onda
fundamental
U. origina a corrente 11 - wC ,_ c terceira harmónica
prov oca a corrente 13
3wCU3• e
analogamente
a re tante harmónica.
donde
9
I
u:
•••
2
11
2
n
, que uma terceira harmónica
da tensão igual a 10 o o da fundamental
dá lugar
urna medida da corrcn te 4 o o derna iad alta. e p r
con equência também o \ alar da teu ão
.
concluindo-se,
por exempl
6
o
inconv eniente
minad
u ando. em
de ten ão capacitiv
de baixa ten ã em
do div I ar (fig. 2c).
da harmónica
da ten ão é eh\ cz do conden ad r, um di, I ar
com uln \ ltírnetro electr táuco
paralelo no ramo de bai a ten ão
p01S
ne la
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circun tância
2
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da alta ten ão altern da dev
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a rigidez dielé tn
do, parelh
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para a fonte de alirnent
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c mprirnido.
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idad do \ oltlrnctro clcctrostátic
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devendo portanto o condensador
padrão er in en 1\ el
ao local e a campos e ternos (conden ador de ga
comprimido ).
Se a alta tensão contém harmónica
introduz-se
um erro dependente do conteúdo de harmónicas.
De
facto o valor eficaz da ten ão define-se pela raiz quadrada
da soma dos quadrado
do valore eficaze da har• •
•
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J 7
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o erro
nos limites das
tolerâncias
da respectiva classe de precisão, tensões
inferiores pouco influem no erro e tensões superiores
aumentam
o erro por efeito de saturação.
Para compensar a queda de tensão interna devida à corrente
de carga (do \ oltiructro) o enrolamento de baixa tensão
possui várias espiras adicionais acopladas a diversos
terrni n..iis com os quais \C obtém
ucessiv amente \I alores
da baixa tensão um pouco superiores ao determinado
pela relação de trunsforrnacão
em vazio. Deste modo
consegue-se eliminar praticamente
o erro da relação
de transformação.
O erro ainda depende da frequência (por intermédio
das reactâncias indutivos incluídas em Z, e Z'). e por
conseguinte
é função da forma de onda da tensão.
Por outro lado a frequência limite superior é apenas
de alguns quilohertz. por imposição
da corrente capacitiv a das capacidades distrrbuidas
à terra e nos enrolamentes nas altas frequências,
deformando
muito as
ondas com harmónicas
elevadas. Por esta razão o
transformador
de tensão indutivo transfere com fidelidade as harmónicas
de baixa frequência
contidas
normalmente
na tensão industrial de 50 Hz, mas não
se pode usar na medição de fenómenos rápidos, corno
no caso da tensão choque.
As propriedades
e pecíficas do transformador
de
tensão indutiv o são cumpridas por meio de uma construção adequada. No dimensionamento
é sobretudo a
queda de tensão que Interessa considerar
e não o
aquecimento,
donde a preocupação
de reduzir a dispersão usando condutores
longos e finos em ambos
os enrolamentos,
o que se condiciona
pela limitação
da resistência. O enrolamento de alta tensão é realizado
com espiras de fio de cobre dex idamente isolado, em
camadas isoladas entre si para resistirem às sobretensões que aparecem em serviço por eventuais anomalias, favorecendo-se
muitas vezes esta propriedade
com folhas metálicas de grande área na formação
de
condensadores
de repartição
linear dos esforços provocados por essas tensões transi tórias. Razões económicas
aconselham
executar
o núcleo em chapas
é
mantido
peta
construção
o
magnéticas
ao silício, sobrepostas
e bem apertadas,
com secção transversal graduada por chapas de diferentes larguras. O isolamento pode fazer-se em óleo,
mas ultimamente
cresceu a preferência pela aplicação
da resina epóxido,
quer na impregnação
dos enrolamentos devido à sua baixa viscosidade antes do endurecimento. quer no fabrico do corpo isolante envolvente
por ser material robusto e de boas propriedades
dieléctricas,
obtendo-se
construções
muito compactas
e bastante resistentes ao choque mecânico e às intempéries. O problema do isolamento nas tensões muito
altas simplifica-se
ainda na construção
em cascata
(fig. 3d) em vários andares magnética e galvanicamente
acoplados, apenas com um polo isolado, mas o equipamento exibe o inconveniente
de depender mais da
carga do que no caso de um só andar.
10 - TRANSFORMADOR
DE TENSÃO CAPACITIVO E VOLTÍMETRO ELECTRODINÂMICO
Nas redes eléctricas de transporte
e distribuição
de energia usa-se principalmente
o transformador
de
tensão capacitivo, constituído por um divisor de tensão
capacitivo em ressonância com um transformador
de
tensão Indutivo ligado ao ramo de menor tensão (fig. 2e).
As condições de carga do transformador
de tensão
capacitivo são muito diferentes das verificadas num
divisor de tensão: enquanto neste se liga ao ramo de
baixa tensão uma impedância muito elevada (v oltímetro
electrostánco
ou osciloscópio) aquele é carregado por
impedâncias
de valores óhmicos relativamente
baixos,
pois além de servir para medir a alta tensão (num
voltímetro
electrodinâmico)
e o consumo
energético
(contadores de energia, wattímetros registadores) aplica-se simultaneamente
no tratamento
de curto-circuitos
à terra ou entre fases (relés de protecção). A sua construção deve evidentemente atender a estas propriedades
peculiares.
Nos ramos de alta tensão dos div isores capacitiv os
aplicados
na medição
da tensão nos laboratórios
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Fig. 4 - Propriedades do transformador
de tensão
capacitivo. a) Esquema equivalente; b) Diagrama
vectorial;
c) Esquema
de construção
(Z' e Z·
- impedânciascontra
fenorressonância.
Terminais: I - pau medição; II - para relés de protecção contra curto-circuitos;
lU - para telecomunicações ou )jeação à terra dodivisor de tensão.
b)
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c)
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da bobina e d tr n formador indutix o
representada
por XI
w(L
1 ) nde
1 TT
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l' 2.
Em virtude da condição de r
nânci l , rrnpcdância do tran formador de ten o
pa 111' o I t l
da carga é éhrni a pura, COOl
alor R, Igual ti
111 t
d
re j tência do enrol ln nto d tran form d r
indutivo no referencial do prirnári
R1 e R 2) e d i
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u
111 ten
pnru r d
I
11 -
DISRUPTOR
DE ESFERAS
1000
A medida do valor de pico da tensão alternada
à
a
900
frequência industrial
relaciona-se facilmente com
distância disruptiva num disruptor de esferas montado
num laboratório
de ensaios, definindo a chamada
tensão de disrupção estática do disruptor para o correspondente intervalo interelectródico.
Num modo de realizar esta correspondência mantém-se a alta tensão constante e vai-se reduzindo o intervalo
entre as esferas, no máximo à razão de 1 % do seu
diâmetro por segundo, até se dar a disrupção do ar.
Noutra
maneira conserva-se
constante
o intervalo
interelectródico e aumenta-se a amplitude da tensão,
devendo a disrupção dar-se pelo menos após 30 s.
O valor da alta tensão obtém-se por meio de tabelas
normalizadas, que fornecem o valor
em função
dos parâmetros d e D, respectivamente
a distância
disruptiva e o diâmetro das esferas do disruptor de
medição, nas condições standard (temperatura
do ar
ambiente de 200 C e pressão de 760 Torr) e efectuando
a correcção devida às diferenças atmosféricas
,.
U
800
@
700
[kV]
600
500
400
300
o;
200
100
o
o
20
10
30
50
d[cm}--onde o factor de correcção k é determinado pela densidade ó do ar ambiente [7], obtendo-se imediatamente
da tabela que relaciona k(ó) e mostra ser k = ó para
0,95 ~
< 1,05.
A correspondência
regulamentada
= f(d,D)
só
é válida sob condições de ensaio prescritas, no que se
refere a distâncias mínimas entre o disruptor e corpos
vizinhos, concedendo então a precisão de ± 3 ~~ na
tensão alternada
até afastamentos
das esferas de
d < 0,5D e ± 5 % nas distâncias superiores
o
o:
(0,5D
< d < 0,7D)
Na verdade o campo eléctrico entre as esferas do
disruptor torna-se inuniforme com o crescimento da
razão di D, resultando uma certa dispersão nos valores
da tensão de disrupção, pelo que a relação di D se deve
manter limitada (fig. 5). Como regra, a... medição de
uma tensão de amplitude igual ao valor U em quilovolt
deve efectuar-se num disruptor com esferas de diâmetro
D expresso.... em milímetros cumprindo
a condição
D(mlll)
> U(kV).
O disruptor de esferas usa-se cada vez menos como
instrumento
de medição da tensão, sobretudo
nas
tensões ultra altas, pois exige muito espaço (oneroso)
para um funcionamento
correcto, não permite uma
medição sem interrupções e curto-circuita a fonte de
tensão durante a disrupção. Mas utiliza-se para medir
pontos de controlo da indicação da tensão por outros
métodos. nomeadamente
na curva de aferição para
conhecimento da alta tensão do secundário de um
transformador
de ensaio em função da baixa tensão
do primário. Além do mais oferece assinaláveis vantagens como disruptor de protecção dos provetes,
para o que se costuma regular uma distância interelectródica relativa à disrupção entre 1,1 e 1,2 vezes o pico
da tensão de ensaio. Por isso ainda é um instrumento
indispensável em qualquer laboratório de alta tensão,
tanto mais que pode utilizar-se com múltiplos propósitos (não só na limitação da tensão aplicada aos
provetes, mas também como condensador
de alta
Fie. 5 standard
Tensão de disrupção Odo de um disruptor de esferas nas condições
em função da distância disruptiva d e do diâmetro de esferas D.
tensão de capacidade variável, estudo da disrupção
do ar, etc.) e pode usar-se na medição de qualquer
tipo de tensão (choque, contínua, alternada industrial
e de alta frequência) de um modo simples e directo.
12 -
PRÉ-CONDENSADOR
DE BOBINA MÓVEL
E A!vlPERÍ~fETRO
Um condensador de capacidade C alimentado por
uma tensão sinusoidal lI(t) é percorrido
por uma
corrente sinusoidal i( (t) = C . dujdt, ou e01 valore
•
•
complexos I, = j(uCU. A rectificação de meia-onda
desta corrente aproveita um tipo de alternâncias e
exclui o outro. tendo o valor médio
-
1
(/2
1M = --)(
T o
.
lc
(t) dI
&
que se mostra ser proporcional ao valor de pico da
tensão.
Estas considerações de princípio levaram eh li bb e
Fortescue [1] a conceber no ano de 1913 um esquema
de medição do pJCO da tensão alternada, hoje conhecido pelos nomes dos seus autores (fig, 6a): um díodo
realiza a rectificação de meia-onda da corrente alternada do condensador, cuja média aritmética da corrente
rectificada se mede num miliamperirnetro
de bobina
móvel, e outro díodo em derivação serve de pas agem
às alternâncias da corrente bloqueadas pelo díodo
anterior. Um tubo de descarga, C0010 sempre se deve
prever, protege o eq uipamento de medição contra
sobretensões acidentais.
Desprezando a resistência dos diodos no sentido
da condução e a queda de tensão no ampertrnetro a
corrente i,(t) tem o valor médio (fig. 6b)
C
1M =
I -o
T ..
~+O
du = 2fCÚ
ELECTRiCIDADE
151
125
•
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alternada, c do ap relho de m díção dir t
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tensão, são baseado
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