INTRODUÇÃO trab trabal alho ho irá irá mostra strarr o princ rincíp ípio io de func funcio iona nam mento nto de um transformador de corrente é um dispositivo que reproduz no seu circuito secundário, a Este
corrente que circula em um enrolamento primário. Vamos ver também os tipos de enrolamentos que existem em TC’s, a sua simbologia e também também as suas classes classes de exatidão. exatidão. Iremos Iremos aprese apresentar ntar também também o porque porque o secundá secundário rio do transformador de corrente não pode ficar aberto.
TRANSFORMADORES DE CORRENTE Manoel nogueira da silva neto S3 eletrotécnico eletrotécnico
Os transformadores de corrente são equipamentos que permitem aos instrumentos de medição e proteção funcionarem adequadamente sem que seja necessário possuírem correntes nominais de acordo com a corrente de carg ca rga a do circ circui uito to ao qual qual sã são o liga ligado dos. s. Na sua sua form forma a mais ais sim simples ples,, ele eles possuem um primário, geralmente poucas espiras, e um secundário, no qual a corrente nominal transformada é, na maioria dos casos, igual a 5 A. Dessa form forma, a, os inst instrum rumen ento toss de me medi diçã ção o e prote proteçã ção o são dime dimens nsio iona nado doss em tamanhos reduzidos com as bobinas de corrente constituídas com fios de pouca quantidade de cobre. Os transformadores de corrente são utilizados para suprir aparelhos que apresentam baixa resistência elétrica, tais como amperímetros, relés de indução, bobinas de corrente de relés diferenciais, medidores de energia, de potência etc. Os TC's transformam, através do fenômeno de conversão elet eletro roma magn gnét étic ica, a, co corre rrent ntes es elev elevad adas, as, que que circu circula lam m no se seu u primá primário rio,, em pequenas correntes secundárias, segundo uma relação de transformação. A co corr rren ente te prim primár ária ia a se serr medid edida, a, circ circul ulan ando do nos nos enro enrola lam mento entoss primá primário rios, s, cria cria um fluxo fluxo ma magn gnét étic ico o alte alterna rnado do que faz indu induzi zirr as força forçass eletromotrizes Ep e Es , resp respec ectiv tivam amen ente te,, nos nos enro enrolam lamen ento toss primá primário rio e secundário. Dessa forma, se nos terminais primários de um TC, cuja relação de transformação nominal é de 20, circular uma corrente de 100 A, obtém-se no secundário a corrente de 5A , ou seja : 100/20 = 5A.
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS Os transformadores de corrente podem ser construídos de diferentes formas e para diferentes usos, ou seja:
TC tipo Barra
É aque aquele le cujo ujo enro nrolam lamento nto prim primár ário io é consti nstitu tuíído por por uma uma barr barra a fixada através do núcleo do transformador, conforme mostrado abaixo.
TC tipo enrolado
É aquele cujo enrolamento primário é constituído de uma ou mais espiras envolvendo o núcleo do transformador, conforme ilustrado abaixo.
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TC tipo janela
É aque aquele le que que não não poss possui ui um prim primár ário io fixo fixo no tran transf sfor orm mador ador e é constituído de uma abertura através do núcleo, por onde passa o condutor que forma o circuito primário, conforme abaixo.
TC tipo bucha
É aquele cujas características são semelhantes ao TC do tipo barra, porém sua instalação é feita a bucha dos equipamentos (transformadores, disjuntores, etc.), que funcionam como enrolamento primário, de acordo como mostrado abaixo.
TC de núcleo dividido
É aquele cujas características são semelhantes às do tipo janela, em que que o núcl núcleo eo pode pode se serr se separ parado ado para para perm permit itir ir envo envolv lver er o co condu nduto torr que funciona como enrolamento primário, conforme mostrado abaixo.
TC com vários enrolamentos primários
É aquele aquele cons constit tituído uído de de vários vários enro enrolam lament entos os primário primárioss montado montadoss isoladamente e apenas um enrolamento secundário, conforme abaixo.
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TC com vários núcleos secundários
É aque aquele le co cons nsti titu tuíd ído o de dois dois ou mais ais enrol nrolam amen ento toss se secu cund ndár ário ioss montados isoladamente, sendo que cada um possui individualmente o seu núcleo, formado, juntamente com o enrolamento primário, um só conjunto, conforme se na figura abaixo. Neste tipo de transformador de corrente, a seção do condutor primário deve ser dimensionada tendo em vista a maior das relações de transformação dos núcleos considerados.
TC com vários enrolamentos secundários
É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelo enrolamento primário e vários enrolamentos secundários, conforme se mostra na figura abaixo, e que podem ser ligados em série ou paralelo.
TC tipo derivação no secundário secundário
É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelos enrolamentos primá primário rio e se secu cund ndári ário, o, se sendo ndo es este te prov provido ido de uma uma ou ma mais is deri deriva vaçõ ções es.. Entretanto o primário pode ser constituído de um ou mais enrolamentos, conforme se mostra na figura a seguir. Como os amperes-espiras variam em cada relação de transformação considerada, somente é garantida a classe de exatidão do equipamento para a derivação que estiver o maior número de espiras. A versão deste tipo de TC é dada na figura abaixo.
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Os transformadores de corrente de baixa tensão normalmente têm o núcleo fabricado em ferro-silício de grãos orientados e está, juntamente com os enro enrolam lamen ento toss primá primário rio e se secu cund ndári ário, o, enca encaps psul ulado ado em resin resina a epóx epóxi, i, submetida a polimerização, o que lhe proporciona endurecimento permanente, form forman ando do um sis siste tema ma inte inteira irame ment nte e co comp mpac acto to e dando dando ao equi equipa pame ment nto o características elétricas e mecânicas de grande desempenho, ou seja: o o
o o
Incombustibilidade do isolamento; Elevada Elevada capacidade capacidade de sobrecarga, sobrecarga, dada a excepciona excepcionall qualidade qualidade de condutividade térmica da resina epóxi; Elevada resistência dinâmica às correntes de curto-circuito; Elevada rigidez dielétrica.
Já os transformadores de corrente de média tensão, semelhantemente aos de baixa tensão, são normalmente construídos em resina epóxi, quando destinados às instalações abrigadas, conforme as Figuras a seguir.
Tamb Também ém são enco encont ntrad rados os transf transfor orma mado dore ress de co corre rrent nte e para para uso uso interno, construídos em tanque metálico cheio de óleo mineral e provido de buchas de porcelana vitrificada comum aos terminais de entrada e saída da corrente primária. Os transformadores de corrente fabricados em epóxi são normalmente descartados depois de um defeito interno. Não é possível a sua recuperação. Manoel nogueira da silva neto S3 eletrotécnico eletrotécnico
Os transformadores de corrente de alta tensão para uso ao tempo são dotados bucha de porcelana vitrificada com saias, comum aos terminais de entrada da corrente primária. Os tran transfo sform rmado adore ress de co corre rrente nte dest destin inado adoss a sis siste tema mass igua iguais is ou superiores a 69 kV têm os seus primários envolvidos por uma blindagem eletrostática, cuja finalidade é uniformizar o campo elétrico.
Simbologia e Convenções
Simbologia de dois transformadores de corrente A simbologia padrão dos transformadores de corrente (TCs) mostra os terminais primários de alta tensão H1 e H2 e os terminais secundários X1 e X2. O ponto, para transformadores com polaridade aditiva, indica onde entra a corrente no primário e onde sai a corrente no secundário (defasamento de 180°). Modelos industriais de TCs têm os terminais de alta tensão marcados como P1 e P2 (Primário 1 e Primário 2), sendo que em muitos casos pode haver diferentes ligações do circuito primário que permitam alterar a relação de transformação. Os terminais secundários são marcados como 1s1, 1s2, 2s2... (número, algarismo, número), indicando respectivamente o número do enrolamento, o símbolo de terminal secundário (s) e o número da derivação do terminal secundário.
CORRENTES NOMINAIS As correntes nominais primárias devem ser compatíveis com a corrente de carga do circuito primário. As co corre rrent ntes es nomi nomina nais is prim primári árias as e as relaç relaçõe õess de tran transfo sform rmaç ação ão nominai nominaiss estão estão discrim discrimina inadas das nas tabela tabelass abaixo, abaixo, para para rel relaçõ ações es nominai nominaiss simpl simples es e dupl duplas, as, util utiliz izad adas as para para liga ligaçã ção o sé séri rie/ e/pa paral ralel elo o no enrol enrolam amen ento to primário.
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As correntes nominais secundárias são adotadas geralmente iguais a 5A. Em alguns casos especiais, quando os aparelhos, normalmente relés de são instalados distantes dos transformadores de corrente, pode-se adotar a corrente secundária de 1 A, a fim de reduzir a queda de tensão nos fios de interl interligaç igação. ão. NBR 6856 6856/81 /81 adota adota as seguint seguintes es simbol simbologi ogias as para defini definirr as relações de correntes. Sinal de dois pontos (:) deve ser usado para exprimir relações n como, por exemplo: 300:1; O hífe hífen n (-) (-) deve deve se serr usad usado o para para se sepa para rarr co corre rrent nte es nom nominai inaiss de enrolamento diferentes, como, por exemplo: 300-5 A, 300-300-5 A (dois enrolam primários), 300-5-5 (dois enrolamentos secundários); O sinal (x) deve ser usado para separar correntes primárias nominais, ainda relações nominais duplas, como, por exemplo, 300 x 60~5A (correntes primárias nominais) cujos enrolamentos podem ser ligados em série paralelos, segundo podemos ver nos TC`s já vistos; A barra (/) deve ser usada para separar correntes primárias nominais ou relações nominais obtidas por meio de derivações, efetuadas tanto nos nos enro enrola lam mento entoss prim primár ário ioss co como mo nos nos se secu cund ndár ário ios, s, co com mo, por por exemplo. 300/400-5 A, ou 300-5/5 A, como visto na Figura do TC de várias derivações secundárias. •
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CLASSIFICAÇÃO Os transformadores de corrente devem ser fabricados de acordo com a desti destinaç nação ão no circ circuit uito o no qual qual es esta tarão rão oper operan ando do os trans transfo form rmado adore ress de corrente para medição e para proteção.
TRANSFORMADORES TRANSFORMADORES DE CORRENTE CORRENTE PARA SERVIÇO DE MEDIÇÃO Os TC's empreg regado ados na medição ição de corre rrente ou energi rgia são equipamentos capazes de transformar as correntes de carga na relação, em gera geral, l, de Ip/5 Ip/5 A, prop propic icia iand ndo o o regi regist stro ro dos dos valo valore ress pelo peloss inst instru rum mento entoss medidores sem que estes estejam ligação direta com o circuito primário da instalação. Eventu Eventualm alment ente, e, são co constr nstruíd uídos os transfo transforma rmador dores es de corren corrente te com vários núcleos, uns destinados à medição de energia e outros, próprios para o serviço de proteção. Porém, as concessionárias, geralmente, especificam em suas suas norm normas as unid unidad ades es se sepa para rada dass para para a sua sua mediç edição ão de fatu fatura ram mento ento,, devendo o projetista da ação, reservar uma unidade independente para a proteção, quando for o caso.
TRANS TRANSFOR FORMAD MADORE ORES S DE CORREN CORRENTE TE DEST DESTINA INADOS DOS A PROTEÇÃO Os transfo transforma rmadore doress de corren corrente te destin destinados ados à proteç proteção ão de sis sistem temas as elétri elé tricos cos são equipam equipament entos os capaze capazess de transfo transforma rmarr ele elevad vadas as co corren rrentes tes de sobre so breca carga rga ou de curto curto-ci -circ rcuit uito o em pequ pequen enas as co corre rrent ntes es,, propic propicia iando ndo a operação dos relés sem que estes estejam em ligação direta com o circuito primário primário da instal instalaçã ação, o, oferec oferecend endo o garanti garantia a de seguran segurança ça aos operado operadores, res, Manoel nogueira da silva neto S3 eletrotécnico eletrotécnico
facilitando a manutenção dos seus componentes e, por fim, tornando-se uni aparel aparelho ho extrem extremame amente nte econôm econômico ico,, já que envolv envolve e reduzi reduzido do em empreg prego o de matérias-primas. Ao contrário dos transformadores de corrente para medição, os TC's para serviço de proteção não devem saturar para correntes de elevado valor, tais como as que se desenvolvem durante a ocorrência de um defeito no sistema. Caso contrario, os sinais de corrente recebidos pelos relés estariam masc ma scara arado dos, s, perm permit itin indo do,, desta desta form forma, a, uma uma oper operaç ação ão incon inconse seqüe qüent nte e do siste sis tema ma elét elétric rico. o. Assi Assim, m, os trans transfo form rmado adore ress de co corre rrent nte e para para se serv rviç iço o de prote proteçã ção o apre aprese sent ntam am um níve nívell de satura saturaçã ção o elev elevado ado,, igua iguall a 20 veze vezess a corrente nominal, conforme se pode mostrar na curva da Figura abaixo, como exemplo genérico.
Pode-s de-se e perf perfe eitam itame ente nte conc oncluir luir que jam jamais ais se deve devem m util utiliz izar ar transformadores de proteção em serviço de medição e vice-versa. Além disso, deve-se levar em conta a classe de exatidão em que estão enquadrados os TC's para serviço de proteção que, segundo a NBR 6856/81, podem ser de 5 ou 10. Ainda segundo a NBR 6856, o erro de relação do TC deve ser limitado ao de corrente secundária desde 1 a 20 vezes a corrente nominal e a qualquer igual ou inferior à nominal. Deve-se alertar para o fato de que os transformadores de corrente com mais ma is deriva derivação ção no enrola enrolame mento nto secundá secundário rio têm a sua classe classe de exatid exatidão ão relacionado com a sua operação na posição que leva o maior número de espiras. Além Além da class classe e de exati exatidão dão,, os trans transfo form rmado adore ress de co corre rrent nte e para para serv se rviç iço o prot proteç eção ão sã são o ca cara ract cter eriz izad ados os pela pela sua sua clas classe se,, rela relati tiva vam mente ente à impedância do seu lamento secundário, ou seja: Classe B são aqueles cujo enrolamento secundário apresenta reatância que que se serr desp despre reza zada. da. Ne Nest sta a class classe, e, es estã tão o enqu enquadr adrado adoss os TC TC's 's co com m núcleo toroidal ou simplesmente TC's de bucha; Class Classe e A são aque aquele less cujo cujo enrol enrolam amen ento to se secu cund ndári ário o apres apresen enta ta uma uma reatância que pode ser desprezada. Nesta classe, estão enquadrados todos os TC's que NÃO se enquadram na classe B. •
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CLASSE DE EXATIDÃO A clas classe se de exat exatid idão ão expr exprim ime e nomi nominal nalme ment nte e o erro erro es espe perad rado o do tran ransform forma ador dor de corre rrente nte levando ndo em conta o erro rro de rel relaç açã ão de tran transf sfo ormaç rmação ão e o erro rro de defa defasa sam mento nto entre ntre a co corr rre ente nte prim primár ária ia e secundária. Considera-se que um TC para serviço de medição esta dentro de sua classe de exatidão nominal, quando os pontos determinados pelos fatores de Manoel nogueira da silva neto S3 eletrotécnico eletrotécnico
correç correção ão de relaç relação ão perce percentua ntuall (FCRp) (FCRp) e pelos pelos ângul ângulos os de fase fase β estive estiverem rem dentro do paralelogramo de exatidão. De ac acor ordo do co com m os inst instru rum mento entoss a se sere rem m liga ligado doss ao aoss term termin inai aiss secundários do TC, devem ser as seguintes as classes de exatidão destes equipamentos: Para aferição e calibração dos instrumentos de medida de laboratório: 0,1; Alimentação de medidores de demanda e consumo ativo e reativo para fins de faturamento: 0,3; Alime Alimenta ntação ção de me medido didores res para para fins de acomp acompanh anhame amento nto de custos custos industriais: 0,6; Alimentação de amperímetros indicadores, registradores gráficos, reles de impedância, relés diferenciais, reles de distância, reles direcionais: 1,2; Alim Alimen enta taçã ção o de rele reless de aç ação ão dire direta ta,, por por exem exempl plo, o, apli aplica cado doss em disjuntores primários de subestações de consumidor: 3,0 •
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A classe de precisão 3,0 não tem limitação de erro de ângulo de fase e o seu fator de correção de relação percentual (FCRp) deve situar-se entre 103 e 97% para que possa ser considerado dentro de sua. Classe de exatidão. Como o erro de um transformador de corrente depende da corrente primária para ser determinada a sua classe de exatidão, a NBR 6856/81 especifica que sejam se jam real realiz izad ados os dois dois ensai ensaios os que que co corre rrespo spond ndem em,, resp respec ecti tivam vamen ente te,, ao aoss valores de 10% e 100% da corrente nominal primária.
O secundário de um TC nunca deve ficar aberto Quando o primário de um TC esta alimentado, o seu secundário nunca deve ficar aberto. No caso de se necessitar retirar o instrumento do secundário do TC, este enrolamento deve ser curto-circuitado através de um fio condutor de baixa impedância, um fio de cobre por exemplo. Vejamos as razões desta precaução: como já foi dito, a corrente I1 é fixada pela carga ligada ao circuito externo; no; se I2 = 0, isto sto é, se seccundário rio abert berto o, não have averá o efei feito desmagnetizante desta corrente e a corrente de excitação I0 passará a ser a própria corrente I1, originando em conseqüência um fluxo muito elevado no núcleo. Conseqüência dessa precaução: Aquecimento excessivo causando a destruição do isolamento, podendo provocar contato do circuito primário com o secundário e com a terra. Uma f.e.m. induzida E2 de valor elevado, com iminente perigo para o operador. Mesm smo o que que o TC não se danif anifiq ique ue,, a este ste flux fluxo o eleva levado do corr co rres espo pond nder era a uma uma magne agneti tiza zaçã ção o fort forte e no núcl núcleo eo,, o que que alterará as suas características de funcionamento e precisão. Por isso nunca se usa fusível no secundário dos TCs. •
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TC em alta tensão
Exemplo de aplicação de TC´s em proteção de transformadores
CONCLUSÃO Fazend Fazendo o este este trabalh trabalho o conclu concluii que, que, um transfo transforma rmador dor de co corren rrente te ou simplesmente TC é um dispositivo que reproduz no seu circuito secundário, a corrente que circula em um enrolamento primário com sua posição vetorial Manoel nogueira da silva neto S3 eletrotécnico eletrotécnico
mantida, em uma proporção definida, conhecida e adequada. Transformador de corrente é usado para elevar ou abaixar correntes.
Os transformadores de corrente, chamados também de transfo transforma rmadore doress de instrum instrument entos, os, utiliz utilizado adoss em aplica aplicaçõe çõess de alta alta tensão, tensão, fornecem correntes suficientemente reduzidas e isoladas do circuito primário de forma a possibilitar o seu uso por equipamentos de medição, controle e proteção.
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