BR112015025407B1 - Método e dispositivo para testar um transformador de tensão - Google Patents

Abstract

método e dispositivo para testar um transformador. para testar um transformador (20), o transformador (20) será representado por uma imagem substituta (30) e pela avaliação de uma resposta de teste do transformador (20) será automaticamente determinada uma precisão do transformador (20) referida à imagem substituta (30), a qual, em seguida, automaticamente será transformada em uma precisão do transformador (20) referida a um caso operacional.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método e a um disposi tivo para testar um transformador ou transformador de medida. Especialmente a invenção abrange um método e um dispositivo para testar a precisão de transformadores de tensão sem, todavia, estar restrita a esta área preferida de uso.

[002] Transformadores de tensão com um princípio atuante indu tivo ou capacitivo são meios operacionais da técnica de alta tensão e fazem parte de qualquer rede de abastecimento de energia. No princípio atuante indutivo trata-se essencialmente do princípio de um transformador monofásico, e no princípio atuante capacitivo trata-se de uma combinação de um divisor de tensão capacitivo, bonina estranguladora e transformador monofásico. Transformadores de tensão capacitivos são empregados, por exemplo, em redes de alta tensão e de tensão máxima com tensões muitos elevadas na faixa de algumas centenas kV, sendo que o divisor de tensão capacitivo do transformador de tensão serve como conversor redutor a fim de transformar a alta tensão em uma faixa de tensão média de alguns kV e alimentar o transformador com esta tensão.

[003] Transformadores de tensão servem por um lado para a transformação da tensão de serviço em tensões proporcionais, as quais, segundo a técnica de informação, permitem ser sequencialmente pro-cessadas, e, por outro lado, tem a tarefa da separação galvânica de alta tensão e técnica secundária.

[004] As tensões transformadas dos transformadores são sequen cialmente usadas para fins de cálculos ou de proteção. Dependendo desta área de uso (cálculo ou proteção) os transformadores precisam observar uma determinada classe de precisão. As classes de precisão são definidas para transformadores indutivos na norma de DIN EN 60044-2 e para transformadores capacitivos na norma DIN EN 600445, sendo que estas normas são atualmente abstraídas da série de normas DIN EN 61869.

[005] De acordo com o padrão os transformadores de tensão, de acordo com a finalidade de uso, são subdivididos em diferentes classes de precisão. De acordo com a classe, falhas de ângulo e de amplitude da transmissão não podem ultrapassar um determinado valor. Os trans-formadores estão especialmente subdivididos em classes que são dire-cionadas de acordo com o seu máximo desvio percentual admissível, desvio da medição de tensão na medição da tensão e resistências de medição (classes exemplificadas são: 0,1 - 0,2 - 0,5 - 1,0 - 3,0). Nos transformadores para fins de medição as classes mencionadas na frequência operacional (50Hz, ou seja, 60Hz), resistência de medição (por exemplo, na faixa de 25% a 100%) com um fator de potência, por exemplo, na faixa de 0,8 até um 1,0 indutivo e tensões, por exemplo, de 80% a 120% da tensão de medição não podem ser abandonadas. Nos transformadores para fins de proteção as classes na frequência operacional, resistências de medição (25% a 100%) com fator de potência de 0,8 indutivo e tensões de 5% até 190% (de acordo com o fator de falha de terra) da tensão de medição precisam ser observados. As classes e valores limites acima mencionados podem variar de acordo com as especificidades de cada país, sendo que clientes também podem requisitar valores divergentes.

[006] Na observação das classes de precisão pode-se verificar aqui nos transformadores de tensão precisa tratar-se de aparelhos de medição de alta precisão, aos quais são formuladas exigências de precisão muito elevadas tanto com relação à transferência da tensão como relativamente ao ângulo da transferência. Imprecisões, devido à desvios da medição da energia transferida, podem causar custos elevados ou podem expor à perigo a operação segura.

[007] Para testar os transformadores quanto a sua precisão, atual mente são desmontados, de acordo com as necessidades, sendo substituídos por um transformador substituto e para o teste de precisão serão encaminhados para um laboratório de alta tensão. Com as complexas medidas surgem elevados custos, tempos de paralização e um grande esforço de teste de montagem. Para compensar os custos e o esforço, no passado foram desenvolvidas soluções de teste que permitem no local um exame na tensão nominal, minimizando desta maneira os custos de montagem e de despacho.

[008] Não obstante, atualmente não existe um método para exa minar os transformadores no local quanto a sua precisão sem praticamente usar a tensão nominal do transformador como uma tensão de teste. A não linearidade dos meios operacionais não permite diretamente realizar um teste com tensões reduzidas.

[009] Métodos conhecidos na área de transformadores de corrente não podem ser totalmente transferidos para transformadores de tensão, porque os parâmetros do transformador, em virtude de influências parasitárias e sua constituição interna, não podem ser facilmente ser determinados. Além disso, os métodos já conhecidos não levam em conta o comportamento não linear, dependendo da frequência, da expansão de perda dos transformadores de tensão.

[0010] Portanto, a presente invenção tem como objetivo prover um método aprimorado e um dispositivo de configuração correspondente com o qual transformadores ou transformadores de medição, com reduzido esforço, podem ser testados no local com relação à sua precisão, sendo que a invenção deve ser adequada especialmente para testar transformadores de tensão.

[0011] Esta tarefa será solucionada de acordo com a invenção por um método e um dispositivo.

[0012] A invenção propõe configurar o transformador a ser testado por uma imagem substitutiva e automaticamente, pela avaliação de uma resposta de teste do transformador, gerada na sequência de um sinal de teste, determinar a precisão do transformador relativamente ao circuito equivalente. A precisão referida ao circuito equivalente será em seguida - também em processo automático ou apoiado por computador, transformada em uma precisão do transformador referida a um caso de operação.

[0013] A presente invenção garante um teste autárquico da preci são de transformadores em geral, sendo possível uma aproximação exata e reprodutível do estado operacional do transformador com relação ao seu comportamento de transferência com reduzidas tensões de teste.

[0014] A invenção pode ser concretizada na forma de um aparelho de teste portátil de maneira que o teste do transformador pode ser feito no local (in-situ). No caso, a invenção está adequada especialmente para testar transformadores de tensão indutivos ou capacitivos, sendo que, todavia, de uma maneira geral a invenção pode ser empregada para testar a precisão de transformadores.

[0015] Segundo uma modalidade da invenção, será usado um mo delo de medição e de cálculo a fim de que a partir dos resultados da medição, com tensões de medição reduzidas, com frequências diferenciadas, derivar indicações sobre o comportamento, no caso, operacional. Como base para este procedimento serve um circuito equivalente configurado para este caso operacional, cujos elementos podem ser ajustados para diferentes variantes. Se forem conhecidos todos os parâmetros do circuito equivalente, na base deste circuito equivalente, torna-se possível - com apoio ao diagrama indicador de tensão do transformador, calcular o comportamento do transformador e sua precisão em extensão e fase em diferentes estados operacionais.

[0016] Segundo um outro exemplo de execução, a invenção permite determinar com reduzidas tensões do lado da baixa tensão do transformador, com frequência variável e com um correspondente modelo de interpretação de perdas e de cálculo, todos os parâmetros necessários do transformador, a relação da transformação, ou seja, da transferência, e as perdas de ferro do transformador dependentes da frequência linear ou não linear.

[0017] Segundo outro exemplo de execução da invenção, é usado um circuito equivalente do transformador, na qual a capacidade do en-rolamento complexa e distribuída primária é considerada como elemento concentrado, sendo empregado um método inovador para determinar a capacidade de enrolamento primária e, baseado neste procedimento, um método para determinar a transmissão em marcha vazia do transformador.

[0018] Segundo um exemplo preferido da invenção será levada em conta uma correção de enrolamento que pode ter sido realizada no processo da fabricação do transformador, visando manter a classe da precisão.

[0019] Em outros exemplos de execução da invenção podem tam bém ser concretizadas as seguintes características individualmente ou em combinação: - Nos transformadores de tensão capacitivos poderá, além disso, ser examinado o divisor de tensão capacitivo do transformador de tensão relativamente à sua precisão. - Poderá ser usado um modelo de simulação das perdas de ferro dependentes de frequência ou de fluxo do transformador, que reduz convencionais modelos de perdas empíricos-analíticos pela dependência das densidades de fluxo em Pges = C • fx • Φy. No caso, C, fx e Φx descrevem os componentes dependentes do transformador bem como da frequência f e do fluxo Φ. Para possibilitar esta simplificação, são realizadas medições com frequências diferenciadas sempre para o mesmo fluxo encadeado. Com um método baseado em modelo podem, finalmente, ser determinados o coeficiente dinâmico C, bem como o expoente x da frequência f e o expoente y para o fluxo ^. Para o comando do modelo de simulação são realizadas medições preferivelmente com tensões reduzidas inferiores a 10V e com frequência variável entre 0 e 50Hz. - A capacidade de enrolamento primária concentrada do cir-cuito equivalente, baseado em medições de referência, poderá ser de-terminado com uma capacidade de referência precisamente conhecida. Para tanto um sinal reduzido com frequência variável será aplicado no lado secundário no transformador de tensão, a fim de encontrar a pri-meira ressonância paralela. Com o auxílio de uma capacidade de refe-rência que é aplicada, será depois intencionalmente dessintonizada esta frequência de ressonância a fim de determinar - com o conhecimento da capacidade referencial e da nova ressonância ajustada - a capacidade de enrolamento primária. Este método será realizado apenas nos transformadores de tensão indutivos, porque a capacidade de enrolamento nos transformadores de tensão capacitivos com relação aos transformadores indutivos usados, para a faixa de frequência ao redor de 50Hz, é negligenciável. - A determinação das resistências de enrolamento do cir-cuito equivalente poderá ser feita com sinais de tensão contínua. - O somatório das indutividades difusas do circuito equiva-lente poderá ser determinado na base da capacidade de enrolamento primária determinada ou na base de reatância de curto-circuito medida. Nos transformadores com um enrolamento poderá ser suposta uma di-visão das indutâncias de divisão de acordo com valores empiricamente determinados. Nos transformadores com vários enrolamentos podem ser determinadas as indutâncias de dispersão referidas ao respectivo lado, na base de medições recíprocas dos diferentes enrolamentos.

[0020] De uma maneira geral, a invenção viabiliza uma indicação completa sobre a precisão do transformador sem fingerprints e conhecimentos sobre os materiais usados, permitindo, em apoio à série de normas DIN EN 60044 ou atual DIN EN 61869, levar em conta uma resistência variável com fatores de potência diferenciados e tensões de serviço igualmente diferenciadas.

[0021] Em seguida, a invenção será explicada mais detalhada mente com referência aos exemplos de execução preferidos com base no desenho anexo.

[0022] A Figura 1 apresenta a constituição de um transformador na forma de um transformador de tensão acoplado em forma capacitiva bem como um circuito equivalente correspondente.

[0023] A Figura 2 apresenta um diagrama de bloco esquemático simplificado de um dispositivo para testar um transformador de acordo com uma modalidade da invenção.

[0024] A Figura 3 apresenta um acoplamento e comutação exem plificados do dispositivo de teste com o transformador de tensão acoplado em forma capacitiva, mostrado na Figura 1, para mostrar o transformador de tensão, especialmente para testar a relação de transferência total do transformador de tensão.

[0025] A Figura 4 mostra uma comutação exemplificada do disposi tivo de teste com o transformador de tensão da Figura 1 para testar a relação da transmissão do segmento do transformador de tensão indutivo do transformador e para testar a divisão da tensão capacitiva do transformador.

[0026] A Figura 5 apresenta um fluxograma para explicar o sequen- ciamento de um método para testar a precisão de transformadores de acordo com um exemplo de execução da invenção.

[0027] A Figura 6 apresenta um fluxograma para determinar a indu- tância principal e a resistência de perda do circuito equivalente mostrado na Figura 1, empregando um modelo de perda ferromagnético de acordo com um exemplo de execução da invenção.

[0028] A Figura 7 apresenta um diagrama de fluxo para determinar a indutância principal e a resistência de perda do circuito equivalente mostrado na Figura 1, empregando um modelo de perda ferromagnético de acordo com outro exemplo de execução da invenção.

[0029] Em seguida, a invenção será explicada com base em um transformador de tensão acoplado, capacitivo, sendo que a invenção, todavia, não está restrita a este uso, porém da mesma maneira pode ser empregada em transformadores indutivos, bem como geralmente em transformadores e transformadores de medição.

[0030] A Figura 1 apresenta a estrutura de um transformador de ten são 20 capacitivo, assim acoplado, sendo que o transformador de tensão 20 possui um segmento de acoplamento 21 com capacidades acopladoras C1 e C2, que formam um divisor de tensão capacitivo, bem como uma bobina estranguladora L, sintonizada com as capacidades C1 e C2, um segmento (indutivo) de transformador 22 com um transformador monofásico. Os acoplamentos do lado primário do transformador de tensão 20 são designados com A, ou seja, NHF, ao passo que os acoplamentos do lado secundário são designados com 1a e 1n. Para melhor visibilidade, na Figura 1 o transformador de tensão, ou seja, transformador é mostrado com apenas um enrolamento secundário.

[0031] No contexto da presente invenção, o transformador, ou seja, o transformador de tensão será copiado por um circuito equivalente, sendo que este circuito equivalente pode ser referido seletivamente ao lado primário ou ao lado secundário do transformador de tensão.

[0032] Um circuito equivalente 30 deste tipo é mostrado a título de exemplo também na Figura 1, sendo que um segmento 31 do circuito equivalente está alocado ao segmento acoplador 21 do transformador de tensão 20, ao passo que um segmento 32 do circuito equivalente corresponde ao segmento 22 do transformador de tensão 20.

[0033] A Figura 2 apresenta um diagrama de bloco de um disposi tivo de teste 10 de acordo com um exemplo de execução, o qual, baseado em um diagrama substituto desta espécie, através de sequencia- mentos automáticos, testa a exatidão do transformador de tensão e, para tanto, pela aplicação de um somatório de sinais de teste e realização de diferentes medidas a seguir explicadas mais detalhadamente, determina os diferentes componentes, ou seja, parâmetros do circuito equivalente para que, em seguida, com referência a esta base, determinar inicialmente a precisão do transformador de tensão com relação ao circuito equivalente e a precisão, referida ao circuito equivalente, ser transformada para uma precisão referida a um caso de operação.

[0034] O dispositivo de teste 10 esquematicamente mostrado na Fi gura 2 abrange uma fonte de sinal 11 parar gerar um sinal de teste ou de medição de determinada amplitude e frequência bem como um amplificador 12 controlável, através do qual o sinal de teste amplificado de forma e maneira desejada será aplicada para a unidade testada. O dispositivo de teste pode dispor de saídas separadas para um teste de baixa tensão por um lado e para um teste de alta tensão por outro lado. A ativação da fonte de sinal 11 e do amplificador controlável 12 verifica- se através de uma unidade de controle 14 que pode ser configurada a exemplo de um micro controlador ou processador de sinal digital. A resposta ao teste que se apresenta no objeto testado ou na peça testada será registrada por um conjunto de medição ou de registro 13, sendo alimentada para a unidade de controle 14, a qual avalia a resposta do teste e, em dependência desta avaliação, inicia outras ações.

[0035] A unidade de controle 14 é o componente central do dispo sitivo de teste 10 e é responsável pela sequência automática continuada do processo de teste a seguir explicado com base em um exemplo de execução preferido. Como é mostrado na Figura 2, o dispositivo de teste 10 dispõe de uma memória 15 para memorização de programas de operação, ou seja, de controle para a unidade de controle 14 ou para memorizar resultados de testes, etc. Através de um segmento de alimen- tação/saída 16 podem ser alimentados comandos ou informações de controle para o aparelho de teste 10 ou resultados de teste, ou seja, informações de controle para outros aparelhos podem ser fornecidos. Este segmento de alimentação/saída pode, por exemplo, abranger um teclado, uma indicação e diferentes tipos de interfaces (USB, D-Sub 9, fendas para inserção de cartões, etc.). Da mesma maneira o dispositivo de teste pode dispor de um acoplamento compensador de potencial.

[0036] Preferencialmente, o dispositivo de teste 10 é configurado à semelhança de um aparelho portátil compacto, de maneira que com o auxílio deste aparelho um transformador pode ser testado no local de uma forma simples. Conforme em seguida ainda será explicado mais detalhadamente, para a realização de determinadas medições o dispositivo de teste 10 poderá ser acoplado com um reforçador de tensão (booster), o qual reforça a tensão de teste fornecida pelo aparelho de teste para um valor de tensão elevado desejado, fazendo a aplicação ao objeto testado.

[0037] A unidade de controle 14 do dispositivo de teste é configu rada de tal maneira que com o auxílio de várias medições de sequenci- amento automático determina os diferentes componentes do circuito equivalente, mostrado a título de exemplo na Figura 1, e baseado no circuito equivalente assim conhecido determina a precisão do transformador de tensão, referido ao circuito equivalente. O acoplamento do dispositivo de teste 10 ao transformador de tensão 20 pode ser feito de acordo com um processo de medição de quatro fios, sendo que a tensão diretamente aplicada no objeto testado será retromedida a fim de evitar que cabos ou resistências de transferência nos bornes afetem a medição.

[0038] A precisão referida ao circuito equivalente será em seguida transformada pela unidade de controle 14 para precisão referida a um caso de operação, a fim de viabilizar uma avaliação do transformador de tensão tanto com relação à precisão da amplitude como também com relação à precisão de fase.

[0039] Para determinação dos componentes do circuito equiva lente, de acordo com um exemplo de execução da invenção, serão realizadas especialmente as medições em seguida explicadas mais detalhadamente: medições de curto-circuito-impedância primárias e secundárias, medição da resistência dos rolamentos secundários do transformador de tensão, medição do comportamento de magnetização do transformador de tensão, medição da relação de transferência do transformador de tensão.

[0040] A resistência de enrolamento-CC será determinada para cada enrolamento secundário do transformador de tensão 20, de maneira que da resposta de teste do transformador de tensão 20 será conhecida a informação sobre a respectiva resistência do enrolamento secundário R2 do circuito equivalente 30 (ver Figura 1). A medição verifica- se de preferência na sequência do enrolamento mais alto para o enrolamento mais baixo para reduzir o esforço de fiação. A resistência transformada do enrolamento primário R1" do circuito equivalente 30 poderá ser calculada a partir de perdas de dispersão igualmente medidas e dos valores de resistência secundária-CC.

[0041] As medições de impedância e curto-circuito podem ser reali zadas pelo dispositivo de teste 10 tanto no lado primário como também no lado secundário.

[0042] Na medição de impedância de curto-circuito no lado primário, os acoplamentos de entrada A e NHF do transformador de tensão 20 serão acoplados em curto e aplicados em potencial terra, sendo aplicado um sinal de teste, no transformador de tensão para registrar seguidamente, em cada enrolamento secundário, a resposta ao teste e baseado na resposta do teste do transformador de tensão 20 poder determinar as perdas de dispersão já antes mencionadas. Caso estiverem previstos vários enrolamentos secundários, esta medição será realizada em separado para cada enrolamento secundário.

[0043] A medição de impedância de curto-circuito no lado secundá rio será realizada apenas para um enrolamento secundário, isto é, por exemplo, apenas o segundo enrolamento secundário 2a-2n do transformador de tensão 20, será ligado em curto e a impedância do curto será medido no primeiro enrolamento secundário 1a-1n (caso o transformador de tensão disponha apenas de um enrolamento secundário, não será necessária uma medição de impedância de curto-circuito secundária).

[0044] Isto possibilita ao todo que para o circuito equivalente, mos trado na Figura 1, a indutividade de dispersão primária x1" transformada bem como a indutividade da dispersão secundária x2" podem ser determinadas separadamente para cada enrolamento secundário.

[0045] A medição do comportamento de magnetização do transfor mador de tensão deverá ser realizada basicamente apenas para um en-rolamento secundário, por exemplo, para um enrolamento secundário 1a-1n mais interno, porque o núcleo do ferro do transformador de tensão para todos os enrolamentos secundários é o mesmo e as perdas de dispersão desse enrolamento secundário já são conhecidas para poder calcular correspondentemente a tensão-EMF. Mesmo assim podem também ser realizadas várias dessas medições.

[0046] A medição da relação de transferência, ou seja, da transfor mação, do transformador de tensão 20 será realizada pelo dispositivo de teste 10 a fim de determinar a efetiva relação do enrolamento ou de voltas do transformador de tensão 20, levando em conta neste procedimento especialmente uma correção de voltas realizada durante o processo de produção.

[0047] Basicamente, um transformador de tensão será calculado pelo fabricante durante o processo do seu desenvolvimento antes de que o transformador de tensão passa a ser produzido em série. Este cálculo é feito em valores básicos "constantes" dos materiais a serem empregados e geralmente também levando em conta as tolerâncias no processo de fabricação. Tantas tolerâncias do material empregado como também as tolerâncias dos processos de produção influenciam, em última análise, a precisão do produto final. Portanto, durante o processo da fabricação, geralmente após a montagem dos enrolamentos e antes do isolamento será realizada uma medição de controle para verificar se o transformador de tensão se encontra dentro da faixa operacional convencional. Caso se apresentem desvios, o transformador de tensão será "sintonizado" através de uma alteração do número das voltas para a faixa desejada. Baseado nesta correção das voltas, a mera relação de transferência, ou seja, transformação do enrolamento do transformador de tensão não mais coincidirá com a relação de transformação de tensão nominal.

[0048] Conforme antes já explanado, o dispositivo de teste 10 abrange geralmente as perdas do transformador de tensão 20 a ser testado a fim de determinar, ou seja, calcular a sua "precisão". Com relação a estas perdas, portanto também terá de ser registrada uma correção de voltas desta espécie, realizada durante o processo da fabricação do transformador de tensão 20, a fim de que possa ser determinada a precisão absoluta do transformador de tensão 20. Por esta razão, o dispositivo de teste 10 para a realização de uma medição da realização de transformação do transformador de tensão 20 é configurada no sentido de que, para este fim, uma tensão de teste é aplicada no lado primário do transformador de tensão 20 a ser testado.

[0049] Para medir a transmissão, seja transformação, é importante que esta seja realizada com uma tensão que não seja demasiado reduzida em comparação com a tensão nominal primária do objeto testado. Mostraram-se adequadas tensões que correspondem com cerca de 3% até 80% à tensão nominal.

[0050] Como o aparelho de teste 10 para a realizar as outras medi ções acima descritas trabalha com reduzidas tensões, de preferência na ordem de grandeza máxima de 10V, ou seja, 40V valor efetivo, sendo por conseguinte a fonte da tensão 11 do dispositivo de teste 10 configurado correspondentemente para tensões menores, torna-se necessária para realizar a medição da relação de transmissão, ou seja, de transformação, o uso de um conjunto de reforço correspondentes, na forma de um reforçador (booster) de tensão. Um conjunto de reforço desta natureza poderá também estar integrada no dispositivo de teste 10, o que, todavia, aumentaria de modo correspondente o peso e o tamanho do dispositivo de teste. O uso de um conjunto de reforço separado, em virtude das altas tensões incidentes, também poderá ser vantajoso devido a razões de segurança. Caso houver necessidade diferentes variantes de tensão, também poderá ser vantajoso trabalhar com diferentes componentes.

[0051] Uma comutação exemplificada do dispositivo de teste 10 com um reforçador de tensão 40 e com o transformador de tensão 20 mostrado na Figura 1, é apresentado na Figura 3.

[0052] Finais de sinal de teste do dispositivo de teste 10 estão aco plados com o lado primário de um transformador 41 do reforçador de tensão 40 ao passo que entradas de medição - resposta de teste primárias e secundárias do dispositivo de teste 10 estão acoplados através de um divisor de tensão 42 com o lado secundário do transformador 41 e com o lado primário do transformador de tensão 20, ou seja, com o lado secundário do transformador de tensão 20. O acoplamento do dispositivo de teste ao transformador de tensão verifica-se, no caso, de acordo com um sistema de medição de quatro fios, sendo que a tensão diretamente aplicada no objeto de teste será retromedida a fim de evitar que cabos ou resistências de passagem nos bornes influenciem a medição.

[0053] Com o conjunto mostrado na Figura 3, a relação total de transformação do transformador de tensão 20 poderá ser medida. Os acoplamentos NHF e N, do transformador de tensão 20 estão unidos com a massa. A alta tensão de teste fornecido pelo reforçador de tensão 40 está, portanto, aplicada entre as conexões A e NHF e, portanto, entre A e a massa. A entrada de medição de baixa tensão do dispositivo de teste 10 está unida com o enrolamento secundário1a-1n do transformador de tensão 20.

[0054] A medição da relação total de transformação do transforma dor de tensão 20 com o conjunto mostrado na Figura 3, será realizada também na presença de vários enrolamentos secundários, de preferência uma única vez para o primeiro enrolamento secundário 1a-1n. Além disso, a medição da relação global de transformação será realizada somente para transformadores de tensão capacitivos acoplados, ao passo que nos transformadores de tensão indutivos pode se dispensar este teste. Como resultado desta medição, a relação global de transformação será determinada na forma da relação da tensão nos acoplamentos A e HNF para com a tensão no enrolamento secundário 1a-1n do transformador de tensão 20.

[0055] Com um conjunto de teste com reduzida modificação, apre sentada na Figura 4, a transformação do segmento indutivo do transformador de tensão 20 poderá ser determinada. A finalidade desta medição é poder diferenciar especialmente entre uma relação de modificação capacitiva e uma relação de transformação indutiva.

[0056] Conforme mostrado na Figura 4, para este fim o acopla mento NHF está unido com o acoplamento de alta tensão A do transformador de tensão 20, sendo que a tensão de teste será aplicada entre os dois acoplamentos e a massa. Afora isto o circuito é semelhante ao mostrado no conjunto de teste da Figura 3. A tensão aplicada no lado primário do transformador de tensão será preferivelmente ajustada de tal maneira que a tensão corresponda no enrolamento secundário 1a- 1n à tensão medida com o conjunto de medição da Figura 3. Como resultado nesta medição, a transformação do transformador de tensão indutivo, isto é, sem o divisor de tensão capacitivo C1, C2, será determinado na forma da relação da tensão no lado primário do transformador indutivo para com a tensão nos bornes secundários 1a-1n.

[0057] Também esta medição de preferência será feita apenas uma única vez para o primeiro enrolamento secundário 1a-1n. Se esta medição for realizada para uma transformação de tensão indutiva, o resultado da medição corresponderia diretamente à relação da transformação do transformador de tensão indutivo em condições de marcha em vazio.

[0058] A partir do resultado da medição obtido conforme a Figura 3 e Figura 4 poderá também ser calculado, finalmente, a relação da trans-formação do divisor de tensão capacitivo C1, C2 do transformador de tensão 20, sendo que a tensão obtida da medição da Figura 3 entre os acoplamentos A e NHF do transformador de tensão 20, será dividida pela tensão obtida da medição da Figura 4 no lado primário do transformador com os bornes A-NHF fechados em curto.

[0059] As medições acima descritas serão realizadas pelo disposi tivo de teste 10 a fim de que na base das informações assim obtidas poder determinar, finalmente, a precisão do transformador de tensão 20 testado.

[0060] A Figura 5 apresenta a forma de um fluxograma com um se- quenciamento possível do método que se processa no dispositivo de teste 10 mediante controle pela unidade de controle 14, em forma automática, visando a determinação da classe de precisão de transformadores de tensão indutivos, de acordo com um exemplo de execução da presente invenção. Em seguida ainda serão abordados separadamente os pontos adicionais a serem levados em conta no emprego deste método para transformadores de tensão capacitivos acoplados.

[0061] Como base deste método serve o circuito equivalente-trans formador (ESB) já descrito que pode se referir ao lado secundário do transformador de tensão a ser testado (passo 100). Assim sendo, uma medição do lado secundário garante uma correspondência direta para com o circuito equivalente. A capacidade concentrada e integrada no circuito equivalente representa a capacidade de enrolamento que aqui terá de ser levada em conta para as frequências, neste caso, relevantes de até 50Hz, ou seja, 60Hz, (em determinados tipos de transformadores, a capacidade do enrolamento pode ser negligenciada). Outra propriedade deste método é o fato de que o elemento transversal que é constituído da indutividade principal Xm e da resistência de perda Rc, inicialmente é aceita como sendo desconhecida.

[0062] Para determinação dos elementos do circuito equivalente se rão realizados o ensaio de marcha em vazio e de curto-circuito acima descrito (passo 101), a fim de aplicar o circuito equivalente às informações assim obtidas (passo 102).

[0063] Com uma varredura de frequência com capacidade referen cial acoplada (passo 103) pode ser determinado em seguida o valor da capacidade de enrolamentos Cp primárias (passo 104). Os passos 103 e 104 para determinação da capacidade de enrolamento primária Cp preferivelmente serão apenas realizados quando a capacidade de enrolamento primária for relativamente elevada, portanto, sendo necessário levar em conta a influência da capacidade de enrolamento primária.

[0064] Caso não sejam plausíveis os valores obtidos (passo 105), as medições e, portanto, os passos 101, 105 serão repetidos.

[0065] Caso, todavia, os resultados forem plausíveis a relação da magnetização do transformador de tensão poderá ser medida através do lado secundário. Para tanto, para cada caso de operação imaginável da regulação será medido com resolução temporal tanto a corrente i(t) como a tensão u(t) (passo 106), sendo que preferivelmente serão usadas apenas tensões de até 10V. Da variação da frequência com amplitude inalterada o fluxo poderá ser ajustado de acordo com os dados prévios.

[0066] Em conexão à medição da relação da magnetização será le vada em conta a influência da capacidade de enrolamento primária já calculada (passo 107). A corrente capacitiva será subtraída da corrente dos bornes, de maneira que continua a ser considerada somente apenas o componentes de corrente i0(t) aplicável para a magnetização do núcleo, bem como a tensão Ukern(t) aplicada no núcleo.

[0067] Como para as medições são usadas frequências diferentes da frequência operacional, apresentando, todavia, o do núcleo transformador um comportamento acentuadamente dependente da frequência, os valores medidos u(t) e i(t) são transformados em valores referidos ao caso de uso. Para tanto serve um modelo de interpretação de perda- e cálculo de perdas amplo, ferromagnético (passo 108), que será separadamente descrito mais detalhadamente mais adiante em relação à Figura 6. A partir do modelo de perda- interpretação serão finalmente transformados os valores de corrente e de tensão em elementos da rede. Os valores simulados da curva de magnetização (linha característica corrente-tensão) na frequência operacional, bem como a informação de ângulo nas tensões diferenciadas serão retornados. Agora torna- se possível calcular para cada resistência e tensão de serviço aleatórios o desvio de tensão referido bem como ângulos de falhas, ou seja, falhas de fase do transformador de medição com apoio ao diagrama indicador da tensão.

[0068] A fim de calcular baseado nesta "precisão referencial" do cir cuito equivalente do transformador de tensão a precisão real em caso operacional, conforme descrito, a transformação da marcha em vazio do transformador de tensão terá de ser medida com muita precisão. Normalmente este diverge da transformação nominal porque é preciso levar em conta um ajuste de voltas eventualmente realizado com relação a uma queda de tensão dependente de resistência através da im- pedância secundária do transformador de tensão como também um ajuste de voltas eventualmente realizado na produção. A consideração do ajuste do ângulo é aqui designada como "correção de volta". A correção de volta, na dependência da configuração física do transformador de tensão (passo 109) poderá ser feita em duas variantes diferenciadas. Por um lado, conforme descrito, poderá ser aplicada uma alta tensão no lado primário do transformador de tensão (passo 111). A medição do lado secundário permitirá então para medição explícita a medição da correção da volta. Uma segunda e universal solução para levar em conta esta correção da volta oferece uma medição de ressonância do lado secundário em conexão com os valores da capacidade de enrolamento e indutância dispersiva já determinada no pré-campo (passo 110). Os valores de tensão indicados na Figura 5 devem ser compreendidos apenas a título de exemplo.

[0069] O desvio da medição (passo 112), inicialmente determinado sem conhecimento da transformação efetiva do transformador de tensão, poderá agora ser corrigido levando em conta a correção de volta (passo 113), de maneira que finalmente serão fornecidas curvas de falhas para o desvio da medição em extensão e fase, referidas ao caso operacional (passo 114).

[0070] Em seguida, com referência a Figura 6, será explicado um método para a determinação da indutância principal e da resistência de perda do circuito equivalente mediante o emprego do modelo de perda ferromagnético já mencionado (ver passo 108 na Figura 5) de acordo com o exemplo de execução da invenção.

[0071] Em virtude dos materiais de núcleo usados os transformado res de tensão possuem um comportamento de perda nitidamente dependente da frequência e da polarização. De acordo com a conformação das chapas de núcleo este comportamento é mais ou menos não linear. De acordo com a taxa de indução e amplitude da indução apresenta-se uma disposição da estrutura de domínios dependente da intensidade do campo e, portanto, uma polarização, ou seja, da densidade de fluxo dependente da intensidade de campo, que é acompanhada por uma expansão de perda não linear na forma de calor de Joule. Quando, portanto, for usado um sinal de medição com uma frequência divergente da frequência original, é recomendado, com o auxílio de um modelo, compensar a expansão de perda dependente da frequência.

[0072] Para tanto, poderá ser usado um modelo de simulação das perdas de ferro dependentes da frequência e de fluxo do transformador, que reduz convencionais modelos de perda empíricos-analíticos pela dependência da densidade de fluxo com relação a Pges = C • fx • Φy. No caso, C, fx, Φy descrevem os componentes dependentes do transformador bem como da frequência f e do fluxo Φ. Para possibilitar esta simplificação são realizadas medições com frequências diferenciadas sempre para o mesmo fluxo e encadeado. Com um método baseado em modelo podem ser determinados finalmente o coeficiente dinâmico C bem como o expoente x da frequência f e o expoente y para o fluxo Φ. Para o comando do modelo de simulação serão realizadas medições preferivelmente com tensões pequenas inferiores a 10V e frequência variável entre 0 e 50Hz.

[0073] A Figura 6 apresenta um fluxograma para determinação da indutância principal e da resistência de perda do circuito equivalente, mostrado na Figura 1, mediante emprego de um modelo de perda ferro-magnético desta espécie ou modelo simulado conforme o exemplo de execução da invenção.

[0074] No começo do método (passo 200), serão transferidos (passo 201) para o modelo de perda incialmente os valores de corrente i0(t) já corrigidos pela corrente capacitiva pela capacidade de enrolamento primária bem como os valores de tensão Ukern(t) pertencentes. Seguem-se medições de potencial de baixa frequência nas densidades de fluxos convencionais para a operação (passo 202).

[0075] A frequência de medição baixa acompanha a exigência de reduzidas amplitudes de tensão.

[0076] As perdas Pges que ocorrem nas medições de potencial serão separadas com um conjunto de perda-separação em perdas estáticas Pstat e perdas dinâmicas Pdyn. As perdas estáticas Pstat aumentam em sentido linear com a frequência (passo 203). A partir do componente estático poderá ser calculada a resistência de perda estática direta Rstat para o modelo da rede (passo 204).

[0077] O comportamento dinâmico da expansão de perda com a frequência será em seguida interpretado (passo 206). Este comportamento poderá ser constante e linear ou não linear de acordo com o tipo do transformador sobre a frequência. Para um dos dois primeiros casos poderá ser calculada diretamente a resistência de perda dinâmica Rdyn. Como no caso não linear a expansão de perdas acompanha o perfil Pdyn = Cdyn • fx, terão de ser determinados, neste caso, incialmente o coeficiente Cdyn e o expoente x da função de potência de acordo com um determinado método (passo 208). Desta maneira, a resistência de perda dinâmica Rdyn, também no caso de uma expansão não linear, fisica- mente baseado poderá ser transformada em um elemento da rede (passos 209 e 210). As bases para este fator são constituídas por medições amplas da expansão de perdas no laboratório.

[0078] A indutância principal no seu decurso temporal (curva de his- terese) poderá ser determinada da diferença da corrente de magnetização global e das correntes ôhmicas através das resistências calculadas Rdyn e Rstat (passo 211).

[0079] A partir do modelo, finalmente, a linha característica da cor rente de magnetização/tensão, bem como a informação sobre o ângulo de fase da impedância principal com tensões de núcleo diferenciadas serão transformadas em informações correspondentes na frequência operacional, ou seja, em caso operacional (passo 212), e como dados serão transferidos para o processamento sequencial através do método indicado na Figura 5.

[0080] A Figura 7 é o fluxograma e um método alternativo com relação a Figuras 5 e Figura 6, mediante emprego de um modelo de perda ferro-magnético ou modelo simulado de acordo com outro exemplo de execução da invenção, sendo que neste exemplo de execução é abandonada a de-terminação da capacidade de enrolamento primária Cp. No caso, na figura 7, os passos correspondentes ao passos mostrados nas Figuras 5 e 6, possuem um mesmo número de referência, de maneira que neste sentido poderá ser feita referência à descrição anterior desses passos.

[0081] O método apresentado na Figura 7 diferencia-se do método mostrado na Figura 5 e na Figura 6 essencialmente por um lado pelo fato de que aqueles passos que se referem a determinação e consideração da capacidade de enrolamento primária Cp são dispensados e, por outro lado, na configuração alternativa formulação do modelo de perda ferromagnética 108.

[0082] De acordo com o passo 206, as perdas Pges que se apresen tam nas medições de potencial, com um fator de perda-separação serão separadas em perdas estáticas Pstat e perdas dinâmicas Pdyn a fim de que nesta base determinar os elementos do circuito equivalente. No passo 211 será determinada a indutância principal a partir de i0(t), Ukern(t) e da resistência dinâmica Rdyn (também designada como Reddy).

[0083] Conforme indicado na Figura 7, a medição da transformação será realizada no passo 111 de preferência com tensões na faixa de 3% até 80% da tensão nominal da peça testada.

[0084] Os modelos de interpretação de perda acima explicado com base na Figura 6 e Figura 7 devem ser compreendidas apenas a título de exemplo, sendo que também outros modelos podem vir a ser empregados. Como nas medições descritas em relação com a Figura 5 são preferivelmente usadas tensões e frequências que estão situadas nitidamente abaixo dos valores nominais correspondentes do transformador de tensão a ser testado, o modelo usado tem a tarefa primária de recalcular os dados da medição divergentes dos valores nominais para dados que são referidos aos valores nominais. Neste caso, por um lado, terá de ser registrada a curva de magnetização do transformador de tensão, sendo que o núcleo do transformador de tensão preferivelmente será operado a partir do lado secundário pela aplicação de uma tensão adequada abaixo da tensão nominal até o estado saturado. Por outro lado, as perdas dependentes da frequência do transformador de tensão deverão ser registradas a fim de que estes valores, com os fatores corretos, possam novamente ser recalculados para os valores nominais. A forma como serão medidos os respectivos parâmetros e recalculados, depende do modelo respectivo usado. Determinados tipos de transformadores dispõem de uma unidade de atenuação acoplada. Esta uni-dade de atenuação, na determinação da precisão do transformador, poderá também ser levada em conta para aprimorar a plausibilidade do teste de precisão de transformação.

Claims (21)

1. Método para testar um transformador de tensão (20), ca-racterizado pelo fato de abranger as seguintes etapas, a) emulação do transformador de tensão (20) por meio de um circuito equivalente (30), b) aplicação de um sinal de teste no transformador de tensão (20), c) detecção de uma resposta de teste no transformador de tensão (20) na dependência do sinal de teste e determinar automatica-mente valores para componentes do circuito equivalente (30) em de-pendência da resposta de teste do transformador de tensão (20), d) determinação automática de uma precisão relacionada a um circuito equivalente (30) do transformador de tensão (20), baseado na resposta de teste e com base no circuito equivalente (30), assim for-necidos com os valores para os componentes, ee) determinação auto-mática de uma precisão relacionada com a condição de operação do transformador de tensão (20), a partir da precisão relacionada ao circuito equivalente (30), sendo que na etapa d), um desvio de tensão re-lacionado com o circuito equivalente (30) e/ou um deslocamento relaci-onado à fase do circuito equivalente (30) do transformador de tensão (20) são determinados para diferentes cargas, tensões e/ou frequências de operação do transformador de tensão (20), e são convertidos na etapa e) em um desvio de tensão correspondente ou um deslocamento de fase correspondente para as condições de operação correspondentes do transformador de tensão (20).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa e), a precisão relacionada ao circuito equiva-lente (30) do transformador de tensão (20) é convertida na precisão re-lacionada à condição de operação do transformador de tensão (20) usando um modelo de simulação do transformador de tensão (20), sendo que o modelo de simulação leva em conta perdas de ferro do transformador de tensão (20), dependentes da frequência e do fluxo.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que para a determinação da precisão relacionada ao circuito equivalente (30) do transformador de tensão (20), será aplicado um sinal de teste com uma tensão máxima de 10V e/ou uma frequência máxima de 10Hz.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que para a determinação da precisão relacionada ao circuito equivalente (30) do transformador de tensão (20), será aplicado um sinal de teste com uma tensão inferior a tensão nominal do transformador de tensão (20) e uma frequência inferior a frequência nominal do transformador de tensão (20).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que nos passos b) a d), por meio de uma medição de resistência no transformador de tensão (20) serão determinados uma resistência do enrolamento primário e uma resistência do enrolamento secundário do circuito equivalente (30).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que é realizada uma medição de resistência em cada enrolamento secundário do transformador de tensão (20) a fim de determinar para cada enrolamento secundário a respectiva resistência do enrolamento secundário, sendo que a partir das resistências do enrolamento secundário determinadas e a partir de perdas de dispersão medidas do transformador (20), será automaticamente determinada uma resistência de enrolamento primária transformada do circuito equivalente (30).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que nos passos b) a d), através de uma medição de impedância de curto-circuito, serão automaticamente determinadas perdas de dispersão do transformador de tensão (20) por meio da medição da impedância de curto-circuito.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que para a determinação das perdas de dispersão do transformador de tensão (20) será feito um curto-circuito do lado primário e um sinal de teste será seguidamente aplicado em cada enrolamento secundário do transformador de tensão (20).

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que nos passos b) a d), através de medições de impedância de curto-circuito do lado primário e do lado secundário serão automaticamente determinadas indutâncias dispersivas do circuito equivalente (30) do transformador de tensão (20).

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que nos passos b) a d) é realizada uma medição do comportamento de magnetização do transformador de tensão (20) pela aplicação de sinais de teste com tensões e frequências diferenciadas.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que nos passos b) a d), é determinada a relação de transformação do transformador de tensão (20).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que para a determinação da relação de transformação será aplicado um sinal de teste com uma tensão na faixa de 3% até 80% da tensão nominal do transformador de tensão (20) no lado primário no transformador de tensão (20).

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que é realizada uma medição de uma relação de transformação total do transformador de tensão (20), uma medição de uma relação de transformação de um transformador de tensão indutivo do transformador de tensão (20), e uma medição de uma relação de transformação de um divisor de tensão capacitivo do transformador de tensão (20).

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que na determinação da precisão do transformador de tensão (20) é automaticamente considerado um ajuste de volta realizado durante a produção do transformador de tensão (20).

15. Método, de acordo com a reivindicação 14 e qualquer uma das reivindicações de 11 a 13, caracterizado pelo fato de que o ajuste de voltas na determinação da relação de transformação do transformador de tensão (20) será considerado.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a resposta do teste é registrada pelo emprego de um método de medição de quatro fios.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o método é realizado para um transformador de tensão (20), configurado como transformador de tensão indutivo, ou para um transformador de tensão (20), configurado como transformador de tensão capacitivo.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o método é realizado com o auxílio de um aparelho de teste (10) portátil no local de instalação do transformador de tensão (20).

19. Dispositivo (10) para testar um transformador de tensão (20), caracterizado pelo fato de que abrange uma fonte de sinal de teste (11) para gerar um sinal de teste a ser aplicado no transformador de tensão (20), um dispositivo de registro de resposta (13) para registrar uma resposta de teste do transformador de tensão (20) na dependência do sinal de teste e um dispositivo de avaliação (14) configurado de tal forma que emula o transformador de tensão por um circuito equivalente (30) e determina automaticamente os valores dos componentes do circuito equivalente (30) em dependência da resposta de teste do transformador de tensão (20), a fim de determinar automaticamente a precisão relacionada ao circuito equivalente (30) do transformador de tensão (20) com base na resposta de teste e com base no circuito equivalente (30), assim fornecidos com os valores para os componentes e para converter a precisão relacionada ao circuito equivalente (30) em uma precisão relacionada com a condição de operação do transformador de tensão (20), sendo que o dispositivo de avaliação (14) determina um desvio de tensão relacionado ao circuito equivalente (30) e/ou um deslocamento de fase relacionado ao circuito equivalente (30) do transformador de tensão (20) para diferentes cargas, tensões e/ou frequências de operação do transformador de tensão (20) e as converte em um desvio de tensão correspondente ou um deslocamento de fase correspondente para as condições de operação correspondentes do transformador de tensão (20).

20. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (10) é configurado como aparelho de teste portátil para realizar um teste in situ do transformador de tensão (20).

21. Dispositivo, de acordo com as reivindicações 19 a 20, caracterizado pelo fato de que o dispositivo para realizar o método é configurado de acordo com uma das reivindicações de 1 a 18.

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