Transformador de Potencial Indutivo e Capacitivo (TP e TPC)

📘 Transformador de Potencial Indutivo e Capacitivo (TP / TPC)

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1. Identificação Normativa e Símbolos

Os Transformadores de Potencial (TP) são transformadores para instrumentos cujo enrolamento primário é conectado em paralelo com o circuito de alta tensão do sistema elétrico para monitorar a tensão de fase-terra ou fase-fase, fornecendo em seus enrolamentos secundários tensões proporcionais reduzidas e em fase com o primário (padronizadas internacionalmente em $115.0\text{V}$ ou $115.0/\sqrt{3}\text{V}\approx 66.4\text{V}$), destinadas à alimentação de voltímetros, medidores tarifários de faturamento e funções de proteção por tensão (subtensão 27, sobretensão 59, direcional 67, distância 21 e frequência 81).

São classificados em duas grandes famílias tecnológicas normatizadas pelas normas IEC 61869-3 (TP Indutivo), IEC 61869-5 (TP Capacitivo - TPC), IEEE C57.13 e ABNT NBR 6855:

1. TP Indutivo: Opera puramente por indução eletromagnética entre bobinas de cobre e núcleo de ferro laminado. É o padrão absoluto em média tensão ($13.8\text{kV}$ a $34.5\text{kV}$) e subtransmissão até $145.0\text{kV}$.
2. TP Capacitivo (TPC): Emprega uma coluna de capacitores acopladores de alta tensão como divisor capacitivo de tensão, reduzindo a tensão primária para um patamar intermediário ($\approx 10\text{ a }22\text{kV}$), seguido por uma unidade eletromagnética indutiva (EMU) com reator de sintonia e circuito amortecedor de ferrorressonância. É economicamente e fisicamente mandatório em alta e extra-alta tensão ($230\text{kV},500\text{kV},765\text{kV}$), servindo simultaneamente como injetor de sinal de comunicação por onda portadora em linhas (Carrier / Power Line Carrier - PLC).

Parâmetro Normativo de Engenharia	TP Indutivo Monopolar de Média Tensão (ex: Arteche / WEG / Balteau)	TP Capacitivo de Alta Tensão - TPC (ex: Trench / GE / ABB)
Norma Internacional de Ensaio	ABNT NBR 6855, IEC 61869-3, IEEE C57.13	ABNT NBR 6855, IEC 61869-5, IEC 60358
Tensão Máxima de Operação ($U_m$)	$15.0\text{kV}/24.2\text{kV}/36.2\text{kV}$	$145.0\text{kV}/245.0\text{kV}/550.0\text{kV}$
Nível de Isolamento (BIL)	$95.0\text{kV}\text{ a }170.0{\text{kV}}_{\text{pico}}$ ($1.2/50\mu \text{s}$)	$650.0\text{kV}\text{ a }1550.0{\text{kV}}_{\text{pico}}$
Tecnologia de Isolação Dielétrica	Resina Epóxi Cicloalifática Sólida a vácuo	Óleo Mineral em Filme de Polipropileno / Papel
Tensão Primária Nominal ($V_{pn}$)	$13800/\sqrt{3}\text{V}$ ou $34500/\sqrt{3}\text{V}$	$230000/\sqrt{3}\text{V}$ ou $500000/\sqrt{3}\text{V}$
Tensão Secundária Nominal ($V_{sn}$)	$115.0/\sqrt{3}\text{V}$ (medição) e $115.0/3\text{V}$ (delta aberto)	$115.0/\sqrt{3}\text{V}$ (secundários 1 e 2)
Classe de Exatidão para Faturamento	$0.3\%$ (entre $90\%\text{ a }110\%\times V_{pn}$ e $\cos \varphi =0.6\text{ a }1.0$)	$0.2\%$ ou $0.3\%$
Classe de Exatidão para Proteção	$0.3\text{P}75$ ou $0.6\text{P}75$ (erro $\le 0.3\%$ sob carga de $75\text{VA}$)	$0.3\text{P}150$ / $3\text{P}$ (precisão sob faltas transitórias)
Fator de Sobretensão Nominal ($F_t$)	$1.9\times V_{pn}$ durante $8.0\text{horas}$ (sistema não aterrado)	$1.5\times V_{pn}$ durante $30\text{s}$ ou $1.9\times V_{pn}/8\text{h}$
Potência Térmica Máxima ($S_{\text{term}}$)	$400.0\text{ a }800.0\text{VA}$ (limite de aquecimento contínuo)	$1000.0\text{ a }2000.0\text{VA}$

graph LR
    subgraph "Simbologia IEC 61869 para TP Monopolar Indutivo (Fase-Terra)"
        direction TB
        subgraph "Lado Primário de Alta Tensão"
            H1["Terminal H1 (Linha MT 13.8kV/√3)"] --- FusivelHV["[ Fusível Primário ]"]
            FusivelHV --- PrimarioHV["Enrolamento Primário N1 (Alta Tensão)"]
            PrimarioHV --- H2["Terminal H2 (Terra da Subestação)"]
        end
        subgraph "Lado Secundário de Baixa Tensão (Instrumentação)"
            Blindagem["--- Blindagem Eletrostática Aterrada ---"] -.-> PrimarioHV
            Nucleo["[ ] Núcleo Magnético Fechado"] -.-> PrimarioHV
            Nucleo -.-> Secundario["Enrolamento Secundário N2 (115V/√3)"]
            Secundario --- X1["Terminal X1 (115V/√3)"]
            Secundario --- X2["Terminal X2 (Terra da Proteção)"]
            FusivelSec["Fusível Secundário 2A"] --- X1
        end
    end

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2. Prancha Visual de Engenharia: Aspecto e Anatomia em Corte

Tabela de Chamada Anatômica do Corte

N°	Elemento Construtivo	Material de Engenharia	Função Física e Justificativa de Projeto
①	Terminal Primário de Alta Tensão H1	Parafuso olhal M12 em latão estanhado ou bronze naval com fusível limitador interno	Conexão ao barramento primário: recebe o potencial de fase de alta tensão. Em TPs modernos de cubículo de média tensão, um fusível de média tensão de prata pura com areia de sílica limitador de corrente ($0.5\text{ a }2.0\text{A}$) fica alojado na bucha para seccionar o TP instantaneamente em caso de curto interno sem derrubar o barramento geral.
②	Enrolamento Primário de Alta Tensão (HV)	Milhares de espiras de fio de cobre esmaltado ultrafino (Classe H $180{}^{\circ }\text{C}$) em camadas graduadas	Transformação de tensão: conectado entre a fase e a terra ($V_{\text{fase-terra}}$). As espiras são distribuídas em bobinas parciais crespadas intercaladas por filmes isolantes de poliéster ou papel kraft de alta pureza para distribuir uniformemente o gradiente de campo elétrico ($\vec{E}=-\nabla V$) e impedir perfuração dielétrica sob ondas de impulso atmosférico (BIL $95\text{kV}$).
③	Blindagem Eletrostática Interposta Aterrada	Folha delgada de cobre eletrolítico aberta (sem fechamento de espira em curto)	Supressão de acoplamento capacitivo parasitário: inserida fisicamente entre o enrolamento primário e o secundário. Aterra as correntes de deslocamento capacitivas de alta frequência provocadas por descargas atmosféricas ou manobras de disjuntores, impedindo que picos de alta tensão sejam transferidos por capacitância mútua diretamente para os relés e medidores no secundário.
④	Enrolamento Secundário de Baixa Tensão (LV)	Fio de cobre eletrolítico de seção transversal mais espessa, bobinado mais próximo ao núcleo	Alimentação dos circuitos de instrumentação ($115\text{V}$): dimensionado com baixa resistência interna ($R_2\approx 0.1\text{ a }0.5\Omega$) para minimizar a queda de tensão interna sob carga, garantindo que o erro de relação de transformação permaneça dentro dos estritos limites da classe de exatidão de $0.3\%$ sob qualquer fator de potência de carga.
⑤	Núcleo Magnético Laminado Fechado	Chapas de aço-silício com grão orientado (CRGO) de alta permeabilidade em corte step-lap	Guia do fluxo magnético com baixa densidade de indução: opera intencionalmente em regime permanente com densidade de fluxo magnético moderada ($B_{\text{op}}\approx 0.8\text{ a }1.0\text{Tesla}$), muito abaixo do joelho de saturação ($B_{\text{sat}}\approx 1.8\text{T}$). Essa folga de saturação é mandatória para evitar o fenômeno destrutivo da ferrorressonância durante faltas assimétricas fase-terra na rede.
⑥	Caixa de Bornes Secundários (X1-X2) e Aterramento H2	Bornes de latão parafusados em caixa IP54/IP65 com tampa transparente selável	Aloja os terminais X1 e X2 do secundário e o borne H2 do primário (que é aterrado internamente ou por lâmina metálica externa). Permite instalação de fusíveis de proteção locais e lacração metrológica contra fraudes tarifárias por órgãos de fiscalização de energia.

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3. Física e Princípios de Funcionamento

O TP opera sob os princípios do transformador com baixa impedância interna, comportando-se essencialmente como uma fonte de tensão ideal para o circuito de instrumentação.

3.1 A Física do Erro de Tensão e Queda de Tensão Interna

Em um TP real, os enrolamentos possuem resistência ôhmica ($R_1,R_2$) e reatâncias de dispersão magnética ($X_1,X_2$). O circuito equivalente referido ao secundário demonstra que a tensão secundária terminal ($V_s$) difere da tensão ideal ($V_p/RTP$) pela queda de tensão interna causada pela corrente de carga do burden ($I_s$): ${\vec{V}}_s=\frac{{\vec{V}}_p}{K_n}-{\vec{I}}_s\cdot \left(R_{\text{eq}}+j{X}_{\text{eq}}\right)-{\vec{I}}_{0\_ref}\cdot \left(R_1^{\prime }+j{X}_1^{\prime }\right)$

O erro de relação percentual ($\epsilon$) e a defasagem angular ($\gamma$) entre primário e secundário são aproximados por: $\epsilon =\frac{K_n\cdot V_s-V_p}{V_p}\times 100\%\approx -\frac{I_s\cdot (R_{\text{eq}}\cdot \cos \varphi +X_{\text{eq}}\cdot \sin \varphi )}{V_s}\times 100\%$

Para garantir a classe de exatidão de faturamento $0.3\%$, o TP é projetado com:

1. Resistência dos condutores minimizada através do uso de cobre de máxima pureza.
2. Acoplamento geométrico ultra-íntimo entre primário e secundário para reduzir as reatâncias de dispersão ($X_{\text{eq}}\approx 0$).
3. Compensação de espiras (turns compensation): o fabricante retira um pequeno número de espiras do primário para elevar artificialmente a tensão secundária em vazio em $+0.3\%$, compensando perfeitamente a queda de tensão sob carga média nominal!

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3.2 O Perigo Mortal do Secundário Curto-Circuitado

Enquanto no Transformador de Corrente (TC) o perigo mortal reside no secundário aberto, no Transformador de Potencial (TP) o perigo mortal é exatamente o OPOSTO:

flowchart TD
    OperacaoNormal["Operação Normal do TP: Alimentando voltímetro e relé (Impedância do burden > 500 Ω)"] --> CorrenteMinima["Corrente secundária I_s é diminuta (fração de ampère: I_s ≈ 0.2 A)"]
    CorrenteMinima --> PerdasBaixas["Potência térmica dissipada é mínima (< 50 VA) e regime térmico frio"]
    
    CurtoSecundario["Ocorre um CURTO-CIRCUITO acidental no secundário X1-X2! (Z_carga = 0)"] --> QuedaImpedancia["Impedância refletida para a linha de alta tensão desaba para a resistência do cobre!"]
    QuedaImpedancia --> CorrenteMonstruosa["A corrente primária I_p sobe bruscamente para centenas de ampères em 13.8 kV!"]
    CorrenteMonstruosa --> Megawatts["Potência térmica instantânea atinge MEGAWATTS no interior do bloco de epóxi!"]
    Megawatts --> ExplosaoViolenta["Vaporização instantânea do cobre, explosão mecânica estilhaçante e arco aberto no cubículo!"]

Se o secundário for curto-circuitado ($V_s=0$):

• A corrente de curto-circuito secundária é limitada apenas pela diminuta impedância interna do TP: $I_{\text{cc\_sec}}=\frac{V_{sn}}{Z_{\text{eq}}}=\frac{115.0\text{V}}{0.35\Omega }\approx 328.5\text{A}!$
• Essa corrente de mais de trezentos ampères no secundário reflete no primário de alta tensão ($13.8\text{kV}$): $I_{\text{cc\_prim}}=\frac{I_{\text{cc\_sec}}}{K_n}=\frac{328.5\text{A}}{120}\approx 2.74\text{A}$
• A potência dissipada por efeito Joule no diminuto volume de cobre interno é: $P_{\text{destrutiva}}=I_{\text{cc\_sec}}^2\cdot R_{\text{eq}}=(328.5\text{A}{)}^2\times 0.35\Omega \approx 37770.0\text{W}\approx 37.8\text{kW}!$
• O calor brutal gerado em frações de segundo vaporiza o verniz dos condutores, carboniza o isolante e gera gases em expansão ultra-violenta que estilhaçam o bloco cerâmico ou de resina epóxi em uma explosão mecânica destrutiva, podendo cegar ou matar técnicos próximos!

Regra Mandatória de Segurança: Fusíveis Secundários em TPs

É estritamente obrigatório instalar fusíveis de proteção de ação rápida (classe gG/gL de $2.0\text{A}$ a $4.0\text{A}$) ou mini-disjuntor monopolar curva B diretamente na saída dos bornes secundários X1 de todo e qualquer TP imediatamente após a bucha!

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3.3 A Física da Ferrorressonância em Redes de Média Tensão

A ferrorressonância é um fenômeno ressonante não-linear destrutivo que ocorre frequentemente em redes de distribuição de média tensão ($13.8\text{kV}$ e $34.5\text{kV}$) com neutro isolado ou aterrado por alta impedância, ao manobrar chaves fusíveis monopolares:

1. Circuito Ressonante Não-Linear: Forma-se um circuito ressonante série entre a capacitância distribuída das fases e cabos subterrâneos para a terra ($C_0$) e a indutância magnetizante não-linear saturável do primário do TP ($L_m(I)$).
2. Gatilho da Ressonância: Ao abrir uma ou duas fases de uma chave fusível, a tensão neutra desloca-se bruscamente, forçando o núcleo do TP para a saturação profunda ($B>B_{\text{sat}}$).
3. Pulo de Ressonância (Jump Resonance): Com a saturação, a indutância do TP desaba ($L_m\downarrow$). No instante em que $\omega L_m(I)\approx \frac{1}{\omega C_0}$, o circuito entra em ressonância violenta, com circulação de correntes elevadíssimas e sobretensões contínuas de $3.0\text{ a }4.5\times V_{\text{nominal}}$ em frequências sub-harmônicas ($20\text{Hz}$ ou fundamental $60\text{Hz}$).
4. Consequências: O TP atinge temperaturas acima de $200{}^{\circ }\text{C}$ em minutos, emitindo zumbido acústico estridente acompanhado de fumaça e explosão por sobreaquecimento da resina.
5. Mitigação de Engenharia:
   • Empregar TPs com baixa densidade de fluxo de regime ($B\ll B_{\text{sat}}$) e fator de sobretensão de $1.9\times V_n/8\text{h}$.
   • Conectar um resistor de amortecimento de ferrorressonância ($R_{\text{damping}}\approx 20\text{ a }50\Omega /200\text{W}$) nos terminais do enrolamento terciário em delta aberto (broken delta).

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4. Diagrama de Aplicação Prática

O diagrama abaixo ilustra o arranjo de medição e proteção com três TPs monopolares ligados em Estrela Aterrada no Primário e Estrela Aterrada no Secundário (Yn-yn), incluindo um enrolamento terciário em Delta Aberto para medição da tensão de sequência zero ($3V_0$) e detecção de faltas à terra (função de proteção 59N):

graph TD
    subgraph "Barramento de Alta Tensão 13.8 kV"
        FaseA["Fase A (13.8 kV)"] --> TP_A["TP Fase A (H1)"]
        FaseB["Fase B (13.8 kV)"] --> TP_B["TP Fase B (H1)"]
        FaseC["Fase C (13.8 kV)"] --> TP_C["TP Fase C (H1)"]
        
        TP_A --- H2_A["H2 Aterrado"]
        TP_B --- H2_B["H2 Aterrado"]
        TP_C --- H2_C["H2 Aterrado"]
    end
    
    subgraph "Proteção Secundária Local"
        TP_A --> F1["Fusível Secundário 2A (F1)"]
        TP_B --> F2["Fusível Secundário 2A (F2)"]
        TP_C --> F3["Fusível Secundário 2A (F3)"]
    end
    
    subgraph "Painel de Proteção e Faturamento (115V / √3)"
        F1 --> ReleU["Relé de Proteção (Funções 27 / 59 / 81)"]
        F2 --> ReleU
        F3 --> ReleU
        F1 --> MedidorEnergia["Medidor de Faturamento Tarifário"]
        F2 --> MedidorEnergia
        F3 --> MedidorEnergia
        AterramentoX2["Ponto Único de Aterramento Secundário X2"] --- ReleU
    end
    
    subgraph "Circuito Terciário em Delta Aberto (Tensão Residual 3V0)"
        TP_A -.-> da1["Terciário A (da-dn)"]
        TP_B -.-> da2["Terciário B (da-dn)"]
        TP_C -.-> da3["Terciário C (da-dn)"]
        da1 --- da2 --- da3 --> ResistorAmortecimento["Resistor de Amortecimento de Ferrorressonância (30Ω / 200W)"]
        ResistorAmortecimento --> Rele59N["Relé de Sobretensão Residual (59N - Falta à Terra)"]
    end

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5. Dimensionamento Passo a Passo e Projeto Numérico Resolvido

5.1 Especificações do Projeto de Engenharia

Projetar e especificar o banco de Transformadores de Potencial (TP) para uma subestação de consumidor livre industrial conectada em $13.8\text{kV}$:

• Tensão Nominal do Barramento de MT: $V_L=13.8\text{kV}=13800.0{\text{V}}_{\text{RMS}}$ (tensão entre fases a $60\text{Hz}$).
• Regime de Aterramento do Neutro: Neutro aterrado por resistor de aterramento de $10.0\Omega$ limitando a corrente de falta fase-terra a $800.0\text{A}$.
• Topologia de Ligação Adotada: 3 TPs monopolares conectados entre fase e terra no primário ($Y_n$), com secundário principal em estrela aterrada ($y_n$) para medição de energia e proteção de sobre/subtensão, e enrolamento terciário em delta aberto ($d_a$) para proteção 59N contra falta fase-terra.
• Instrumentos Alimentados no Secundário Principal ($115/\sqrt{3}\text{V}$):
  1. Relé Digital Microprocessado de Proteção (SEL-751A): Funções 27, 59, 81 e elemento direcional 67. Consumo nos canais de tensão: $S_{\text{releˊ}}=0.15\text{VA}$ por fase ($\cos \varphi =1.0$).
  2. Medidor Tarifário Eletrônico Classe 0.2 (Schneider ION7650): $S_{\text{medidor}}=0.40\text{VA}$ por fase ($\cos \varphi =1.0$).
  3. Voltímetro Digital Microprocessado de Painel: $S_{\text{volt}}=1.20\text{VA}$ por fase.
• Fiação Secundária: Cabo blindado de cobre flexível de seção transversal $S=2.5{\text{mm}}^2$, com percurso de $l=35.0\text{m}$ do cubículo de TPs até o painel de proteção.

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5.2 Passo 1: Cálculo das Tensões Nominais e Relação de Transformação ($RTP$)

Tensão primária nominal fase-terra: $V_{pn}=\frac{V_L}{\sqrt{3}}=\frac{13800\text{V}}{\sqrt{3}}=7967.43{\text{V}}_{\text{RMS}}$

Tensão secundária nominal fase-terra (padronizada por norma): $V_{sn}=\frac{115.0\text{V}}{\sqrt{3}}=66.40{\text{V}}_{\text{RMS}}$

Relação nominal de transformação de potencial ($RTP$): $RTP=\frac{V_{pn}}{V_{sn}}=\frac{13800/\sqrt{3}}{115/\sqrt{3}}=\frac{13800}{115}=120.0$

Para o enrolamento terciário de delta aberto destinado à medição de tensão residual ($3V_0$):

• Em caso de falta metálica franca fase-terra em uma das fases, a tensão de sequência zero atinge $3V_0=\sqrt{3}\times V_{sn}=115.0\text{V}$.
• Tensão do terciário por polo: $V_{tn}=\frac{115.0\text{V}}{3}=38.33\text{V}$.
• Assim, a soma fasorial sob falta franca resulta exatamente em $115.0\text{V}$ nos terminais abertos do delta!

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5.3 Passo 2: Cálculo da Carga Total Conectada ao Secundário (Total Burden)

A carga secundária conectada é a soma das potências dos instrumentos somada às perdas ôhmicas no cabeamento:

1. Carga dos Instrumentos: $S_{\text{instrumentos}}=S_{\text{releˊ}}+S_{\text{medidor}}+S_{\text{volt}}=0.15+0.40+1.20=1.75\text{VA}$
2. Corrente Secundária em Regime Nominal: $I_s=\frac{S_{\text{instrumentos}}}{V_{sn}}=\frac{1.75\text{VA}}{66.40\text{V}}=0.02635\text{A}=26.35\text{mA}$
3. Resistência do Cabeamento Secundário ($35.0\text{m}$ de cabo $2.5{\text{mm}}^2$ Cu a $50{}^{\circ }\text{C}$): $R_{\text{cabo}}={\rho }_{50}\cdot \frac{l}{S}=0.0199\times \frac{35.0}{2.5}=0.2786\mathbf{\Omega }$
4. Queda de Tensão no Cabo: $\Delta V_{\text{cabo}}=I_s\cdot R_{\text{cabo}}=0.02635\text{A}\times 0.2786\Omega =0.00734\text{V}$ $\text{Erro percentual de queda de tensa˜o}=\frac{0.00734}{66.40}\times 100\%=0.011\%\ll 0.1\%\text{✅ Desprezıˊvel!}$
5. Potência Perdida no Cabo: $S_{\text{cabo}}=I_s^2\cdot R_{\text{cabo}}=(0.02635\text{A}{)}^2\times 0.2786\Omega =0.00019\text{VA}$

Carga total de operação: $S_{\text{operacao}}=1.75+0.0002\approx 1.75\text{VA}$

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5.4 Passo 3: Seleção da Classe de Exatidão e Carga Nominal Normativa

Consultando a norma ABNT NBR 6855:

• Para medição com fins de faturamento tarifário da concessionária, exige-se classe de exatidão $0.3\%$.
• As cargas nominais padronizadas são:
  • Carga P: $25.0\text{VA}$ ($\cos \varphi =0.7$)
  • Carga P: $75.0\text{VA}$ ($\cos \varphi =0.85$)
  • Carga P: $200.0\text{VA}$

Especificação selecionada: Classe de Exatidão $0.3\text{P}75$:

• O erro de relação será inferior a $\pm 0.3\%$ e o erro de ângulo inferior a $\pm 15\text{minutos de arco}$ para qualquer carga conectada entre $25\%$ e $100\%$ de $75\text{VA}$.
• Para garantir que a carga opere dentro da faixa garantida da classe ($>25\%\times 75\text{VA}=18.75\text{VA}$), instala-se um resistor de carga de lastro (ballast burden) de $20.0\text{VA}$ no painel de faturamento.

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5.5 Passo 4: Fator de Sobretensão Térmico Normativo ($F_t$)

Em sistemas aterrados por resistor ou neutro isolado, uma falta fase-terra em uma das fases eleva a tensão das fases sãs para a tensão fase-fase plena ($\sqrt{3}\times V_{pn}=1.732\times V_{pn}$). Portanto, a norma NBR 6855 impõe: $F_t=1.9\times {\mathbf{V}}_{\mathbf{pn}}\text{ com durac¸a˜o admissıˊvel de }8.0\text{horas}$ O TP especificado deve suportar continuamente essa elevação térmica sem que a temperatura de seus enrolamentos ultrapasse a classe térmica de isolação.

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5.6 Passo 5: Dimensionamento da Proteção Secundária (Fusível de Instrumentação)

Para proteger o TP contra o curto-circuito mortal no secundário:

• Corrente máxima de carga em regime permanente: $I_{s\_\text{maˊx}}=\frac{75.0\text{VA}}{66.4\text{V}}=1.13\text{A}$.
• Capacidade de condução do cabo de $2.5{\text{mm}}^2$ no painel: $I_z\approx 18.0\text{A}$.
• Seleção do Fusível: Especifica-se um Fusível Cerâmico $5\times 20\text{mm}$ de Ação Rápida (Classe F) com corrente nominal $I_n=2.0\text{A}$ e poder de interrupção de $1500\text{A}$ @ $250\text{V CA}$: $I_{s\_\text{maˊx}}(1.13\text{A})<I_{\text{fusıˊvel}}(2.0\text{A})\ll I_z(18.0\text{A})\text{✅ Protec¸a˜o Perfeita!}$

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6. Modos de Falha, Diagnóstico e Regras de Manutenção

6.1 Modos Críticos de Falha em TPs

1. Destruição por Ferrorressonância Não-Amortecida:
   • Manobra de chaves unipolares na rede ou chaveamento de bancos de capacitores que induzem oscilação sub-harmônica. O núcleo satura em ciclo contínuo, a corrente primária sobe para mais de $10\times I_n$ e o bloco de resina epóxi explode por sobrepressão térmica.
2. Curto-Circuito Entre Espiras Primárias (Inter-turn Fault):
   • Sobretensões atmosféricas que superam o nível BIL perfuram o verniz entre espiras adjacentes do primário de alta tensão. Cria-se uma espira em curto-circuito que drena centenas de ampères locais, derretendo o isolamento até o curto franco fase-terra.
3. Descargas Parciais por Degradação Dielétrica:
   • Envelhecimento térmico da resina cicloalifática em ambientes com alta umidade e poluição salina gera microtrilhamentos condutivos na superfície das saias.

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6.2 Regras Mandatórias de Segurança e Montagem em Subestações

1. Aterramento Rigoroso do Borne Primário H2:
   • Em TPs monopolares projetados para conexão fase-terra, o terminal H2 da extremidade do enrolamento primário deve ser conectado solidamente e sem fusíveis à malha de terra da subestação. Deixar o H2 desconectado ou flutuante eleva seu potencial para milhares de volts, destruindo a base do TP por arco elétrico.
2. Ponto Único de Aterramento no Secundário (Borne X2):
   • O polo neutro secundário (X2) de todos os três TPs deve ser interligado em estrela e aterrado em APENAS UM PONTO no painel de comando. Isso protege os operadores contra choque caso ocorra ruptura dielétrica entre primário e secundário, escoando o potencial perigoso diretamente para a terra.
3. Inspeção de Rotina e Ensaios Preditivos:
   • Ensaio de Fator de Dissipação Dielétrica ($\tan \delta$ / Fator de Potência da Isolação): Mede o envelhecimento do isolante epóxi/óleo. Valores normais: $\tan \delta <0.5\%$. Valores $>1.0\%$ indicam umidade ou degradação terminal e exigem descarte imediato do equipamento.

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Engenhar.IA • Atlas de Componentes Elétricos e Eletrônicos • Área 5: Componentes do SEP e Média/Alta Tensão