Especificar um Tp para medição de energia elétrica para faturamento a um consumidor energizado a 69 kV , em que serão especificados os seguintes instrumentos:
medidor de kvarh sem indicador de demanda máxima.

Passo 1

Vou explicitar claramente o que o enunciado pede e quais dados temos. O pedido é: especificar um transformador de potencial (Tp) para medição de energia elétrica destinada a faturamento para um consumidor energizado a 69\\ \text{kV}. O instrumento que será alimentado pelo Tp é um medidor de energia reativa (medidor de \text{kvarh}) sem indicador de demanda máxima. Informações do enunciado que usarei: \,69\\ \text{kV} (tensão do ponto de medição) e existência do medidor de \text{kvarh} sem demanda. Não foi informado modelo do medidor, se a medição é 3-fases 3-fios ou 4-fios, nem a frequência do sistema. Farei escolhas e hipóteses padrão (que explico adiante) para poder propor uma especificação completa; se alguma dessas hipóteses estiver diferente no seu caso, a especificação pode ser ajustada rapidamente.

Passo 2

Entendendo o papel do Tp e princípios básicos (aula rápida e didática).
  • Para que serve um Tp (transformador de potencial, também chamado VT ou PT)? Ele reduz a tensão da rede (muito alta, p.ex. 69\\ \text{kV}) para uma tensão segura e padronizada no secundário que alimenta instrumentos de medição (medidores, relés, instrumentos de proteção). Sem o Tp não dá para ligar o medidor diretamente à alta tensão.
  • O que define um Tp? Dois pontos principais: a razão (ratio) entre tensão primária e secundária e a classe/precisão (quanto erro ele introduz). Também importam o tipo de isolamento, capacidade em VA do secundário (burden), condições de ensaio, e a forma de conexão (unidades trifásicas ou três monofásicos).
  • Notação: a tensão primária nominal vou chamar de V_P e a tensão secundária nominal de V_S. A razão (ratio) é \displaystyle r=\frac{V_P}{V_S}. Ex.: se V_P=69\,000\\ \text{V} e V_S=110\\ \text{V} então r\approx627{,}27.
Vou usar essa teoria para escolher parâmetros práticos. Sempre que eu apresentar uma fórmula ou número, explico o porquê.

Passo 3

Escolha da tensão secundária V_S (por que escolher um valor e qual).
  • Instrumentos de faturamento aceitam normalmente tensões secundárias padronizadas de instrument transformers. Uma escolha prática e muito comum em subestações é V_S=110\\ \text{V} (há variações: 100\\ \text{V}, 115\\ \text{V} ou 110\\ \text{V} conforme norma local e fabricante). Eu adoto 110\\ \text{V} aqui como valor padrão prático. Se o seu medidor exigir outra tensão secundária (p.ex. 100\\ \text{V} ou 115\\ \text{V}), o raciocínio é idêntico e só muda a razão.
  • Raciocínio: escolher V_S conforme o que o medidor aceita. Como o enunciado não diz o modelo, 110\\ \text{V} é uma boa escolha padrão.

Passo 4

Cálculo da razão (ratio) do Tp com a escolha padrão.
  • Dados: \;V_P=69\,000\\ \text{V} e \;V_S=110\\ \text{V}.
  • Fórmula: \displaystyle r=\frac{V_P}{V_S}.
  • Cálculo: \displaystyle r=\frac{69\,000}{110}\approx 627{,}27.
  • Interpretação prática: especifica-se o Tp como 69\,\text{kV} / 110\\ \text{V} (ou, em termos de ratio aproximado, 627{,}27:1). Normalmente o fabricante fornece a relação nominal como 69\,\text{kV} : 110\\ \text{V} e entrega o Tp com ajustes tolerantes ao valor exato; às vezes adota-se um ratio padronizado arredondado, por ex. 630:1, mas o mais claro para contrato é pedir 69\,\text{kV} / 110\\ \text{V}.

Passo 5

Escolha da classe de exatidão (por que é importante e qual escolher).
  • A classe de exatidão de um Tp define o erro admissível nas condições de ensaio (porcentagem de erro de tensão e defasagem) sob determinados burdens. Para faturamento (medição de energia para cobrança), exige-se precisão alta porque erro no Tp se traduz em erro no faturamento.
  • Valores típicos: classes como 0{,}5, 0{,}2, 0{,}5S, 0{,}2S (onde o S indica “special” com requisitos mais rígidos em uma faixa maior de carga). Muitas concessionárias e normas de medição exigem pelo menos classe 0{,}5 para faturamento; para medições críticas pode-se pedir 0{,}2 ou 0{,}2S.
  • Recomendações práticas: especificar, como requisito mínimo para faturamento, classe de exatidão de tensão \;0{,}5. Se a concessionária ou norma local exigir maior precisão, usar \;0{,}2 ou \;0{,}2\text{S}. Vou adotar 0{,}5 como padrão e indicar opção para 0{,}2 se for exigido.

Passo 6

Burden (capacidade em VA do secundário) — explicação e cálculo prático.
  • O burden ( Z_b em VA) é a carga que o secundário do Tp precisa alimentar: o medidor (input de tensão), cabos entre Tp e medidor, eventual relé/auxiliar e perdas. O fabricante do medidor especifica quanto de VA ele “puxa” na entrada de tensão (ex.: <10\\ \text{VA} por fase).
  • Como o enunciado não traz o consumo VA do medidor, vou estimar números típicos: medidores modernos trifásicos geralmente têm consumo de tensão por fase da ordem de 5 a 15\\ \text{VA}. Supondo pior caso prático: 10\\ \text{VA} por fase para o medidor, mais 5\\ \text{VA} para cabos e terminais e \;30\% de margem de segurança.
  • Cálculo simples (exemplo): carga estimada =10+5=15\\ \text{VA}. Adicionando 30\% de reserva: 15\times1{,}3=19{,}5\\ \text{VA}. Arredondamos para o patamar comercial: 20\\ \text{VA}.
  • Decisão prática: especificar Tp com burden nominal de secundário de pelo menos 20\\ \text{VA} por fase. Se existirem outros equipamentos (relés, medições auxiliares) esse valor deve ser aumentado.

Passo 7

Tipo e arranjo (monofásico x conjunto trifásico; conexão primária e secundária).
  • Opções: (a) três Tp monofásicos (um por fase) ou (b) um Tp trifásico integrado. Ambos são aceitos; três monofásicos dão flexibilidade e facilidade de troca, o trifásico é compacto. Vou recomendar três monofásicos de medição ou um conjunto trifásico com isolamento equivalente — escolha operacional conforme prática da Cemig/Cia local.
  • Conexão primária: em barra aérea/subestação de 69\\ \text{kV} normalmente o Tp é conectado via pára-raios/buchas no ponto de derivação. Escolher conexão fase-terra (se o medidor precisa de tensão fase-neutro) ou fase-fase (se o medidor trabalha com tensões entre fases). Como o medidor é de \text{kvarh} (energia reativa trifásica) é comum alimentar o medidor com tensões linha-a-linha (3-fios) quando o medidor for de 3-fios; se o medidor for 4-fios (com neutro), usa-se fase-terra. Como não temos o modelo, explicito as duas alternativas e recomendo checar o manual do medidor:
    • Se o medidor aceita tensão linha-a-linha: conectar os Tp em derivação LL (phase-to-phase) e levar as três saídas secundárias ao medidor.
    • Se o medidor precisa de fase-neutro: usar Tp com secundário referenciado a terra (ou fornecer um neutro através de um point grounded) para obter VN.
  • Aterramento do secundário: obrigatoriamente aterrar um ponto do secundário (normalmente o neutro do secundário ou um terminal de referência) para segurança e referência de medição. Especificar ligação de aterramento do secundário conforme norma; geralmente o terminal secundário ‘0’ deve ser aterrado.

Passo 8

Frequência, tensão máxima de sistema e requisitos de isolamento (BIL etc.).
  • Frequência: presumirei 60\\ \text{Hz} (padrão em grande parte do Brasil). Se o seu sistema for 50\\ \text{Hz}, alterar a especificação para 50\\ \text{Hz}.
  • Tensão nominal de ensaio/isolamento: equipamentos em rede 69\\ \text{kV} geralmente são dimensionados para um valor comercial de 72{,}5\\ \text{kV} de equipamento (classe de isolamento), ou a tensão indicada pela concessionária. Além disso, escolher Basic Impulse Level (BIL) adequado. Um valor típico de BIL para classe próxima a 69\\ \text{kV} é порядка 325\\ \text{kV} (ver normas IEEE/IEC). Eu especificarei: Tp com isolamento para sistema 69\\ \text{kV} (equipamento classificado 72{,}5\\ \text{kV}) e BIL típico 325\\ \text{kV} — isto é aceitável como especificação padrão; o fabricante deve confirmar conforme norma local.
  • Nota: esses parâmetros (tensão de curta duração, tensão de impulso, testes hipot) devem obedecer à norma aplicável (IEC 61869 ou norma local equivalente).

Passo 9

Proteções, fusíveis secundários e exigências de segurança.
  • No secundário é prática corrente colocar fusíveis ou enlaces e bloqueadores conforme projeto, além de bornes adequados e identificação. Entretanto, atenção: proteger o secundário de um Tp com fusível pode causar riscos se não houver norma específica — a prática segura é ter capacidade de curto-circuito nos terminais secundários e permitir curto-circuitar o secundário para descarregar o Tp (evitar tensões perigosas no primário). Siga normas locais para proteções secundárias.
  • Especificar bornes com identificação, tampa de proteção, parafusos de fixação e terminal de aterramento claramente marcado.

Passo 10

Ensaios e conformidade técnica que devem constar na especificação de compra.
  • Ensaios de tipo: ensaios de impulso, ensaios de rotina, ensaio de relação de transformação (ratio test), ensaio de excitação, ensaio de razão e deslocamento de fase com burdens comerciais, ensaio de isolamento, ensaios de temperatura/corrente térmica se aplicável.
  • Ensaios de rotina obrigatórios: verificação da razão sob burden nominal, teste de polaridade, medição da energia dieletrica, ensaio de continuidade dos terminais e verificação da tensão secundária em vazio.
  • Certificados: conformidade com IEC 61869 (ou norma nacional equivalente), relatório de ensaios do lote e certificado de fábrica.

Passo 11

Requisitos mecânicos e de montagem (práticos para obra).
  • Tipo de bucha/montagem: buchas para 69 kV (especificar se montado em painel, em coluna, em tanque, ou em poste). Normalmente em subestação usa-se Tp em buchas ou Tp sobre suporte com pára-raios. A especificação deve pedir o tipo conforme o local de instalação (indicar “montagem em poste/bucha/estrutural” conforme o caso).
  • Grau de proteção (enclosure) para equipamento interno/externo: IP conforme exposição; por exemplo IP23 para abrigos de subestação, IP54 para painéis internos.
  • Bornes secundários isolados e identificados, placa de identificação com ratio, classe, ano, número de série.

Passo 12

Resumo dos parâmetros escolhidos e justificativa final (vai para a resposta final). Aqui eu resumo de forma direta e prática tudo o que deve constar na especificação de contrato do Tp para medição de faturamento alimentando um medidor de \text{kvarh} sem indicador de demanda em 69\\ \text{kV}. Expliquei os cálculos (ratio, burden) e as opções que devem ser verificadas no campo (tipo de medidor: 3-fios ou 4-fios; frequência). Abaixo eu apresento a especificação final pronta para uso (seu checklist de compra/contratação): veja em "

Resposta

Transformador de potencial (Tp) para medição de faturamento em ponto a 69\\ \text{kV}, alimentando medidor de \text{kvarh} (sem indicador de demanda):
  • Tipo: conjunto de três transformadores monofásicos de medição (ou conjunto trifásico equivalente) para medição de faturamento. Entrega e execução conforme prática da concessionária/local.
  • Tensão primária nominal: 69\\ \text{kV}. (Especificar que o equipamento deve ser adequado para sistema com tensão nominal 69\\ \text{kV} e classe de equipamento 72{,}5\\ \text{kV} se for política local.)
  • Tensão secundária nominal: 110\\ \text{V} (cada secundário). Ajustar para 100\\ \text{V} ou 115\\ \text{V} se o medidor exigir outra tensão — confirmar com o manual do medidor antes da fabricação.
  • Razão (ratio): especificar nominalmente 69\,\text{kV} : 110\\ \text{V} (aprox. 627{,}27:1). Aceitar variações comerciais conforme fabricante, indicando explicitamente 69\,\text{kV}/110\\ \text{V} no contrato.
  • Classe de exatidão (tensão): mínima 0{,}5 para faturamento; opção para 0{,}2 ou 0{,}2\text{S} se exigido por norma local ou contrato de medição.
  • Burden (capacidade do secundário): mínimo 20\\ \text{VA} por fase (estimativa padrão: cobre medidor + cabos + margem). Se houver cargas adicionais no secundário (relés, instrumentos), aumentar o burden conforme somatório dos consumos.
  • Conexão primária/secundária: especificar de acordo com o tipo de medidor:
    • Para medidor 3-fios (linha-a-linha): conectar Tp em configuração LL (tensão entre fases) e levar os três secundários ao medidor.
    • Para medidor 4-fios (fase-neutro): prover secundário fase-neutro com referência aterrada (ou Tp com secundário ligado fase-terra conforme necessário). Confirmar exigência do medidor e descrever esquema de ligação no projeto.
  • Aterramento: terminal secundário de referência (neutro do secundário) a ser aterrado conforme Norma (indicar ponto de aterramento e bitola de cabo de aterramento).
  • Isolamento e BIL: isolamento para classe 69\\ \text{kV} (equipamento classificado 72{,}5\\ \text{kV} se aplicável) com BIL típico 325\\ \text{kV} (ou conforme norma local). Ensaios de impulso e dielétricos conforme IEC 61869 (ou norma nacional).
  • Frequência: 60\\ \text{Hz} (ajustar p/ 50\\ \text{Hz} se necessário).
  • Proteções/terminais: bornes secundários isolados e identificados, provisionamento para curto-circuito seguro do secundário, possibilidade de instalação de fusíveis secundários conforme norma local; caixa/encaixe com grau de proteção adequado ao local (ex.: IP54/externo conforme necessidade).
  • Ensaios e documentação obrigatórios: ensaios de tipo e rotina (ratio test, excitação, ensaio de razão e deslocamento de fase sob burden nominal, ensaio de impulso, ensaio dielétrico, teste de polaridade), relatórios de ensaio de fábrica, certificado de conformidade com IEC 61869 (ou norma equivalente nacional), identificação legível do produto (ratio, classe, serial).
  • Requisitos mecânicos e montagem: especificar tipo de bucha/montagem compatível com a subestação (bucha/painel/apoio), placa de identificação, bornes para aterramento, condição de instalação (externa/interna) e IP apropriado.
  • Observações e instruções ao comprador/obra: confirmar junto ao fabricante do medidor o V_S exato e o consumo VA do medidor; ajustar burden e ratio se o medidor requerer 100\\ \text{V} ou outro valor; confirmar se medição será 3-fios ou 4-fios para definir conexão primária e aterramento do secundário.

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