transformador de corrente

transformador de corrente

(Parte 1 de 4)

Transformadores de instrumento

TIPOS

  • Transformadores de Potencial- TP

  • Transformadores de Corrente- TC

Finalidade

  • Fornecer alimentação elétrica a reles ou medidores com intensidades de corrente(TC) ou voltagem(TP) proporcionais às existentes no circuito de potência.

  • Prever isolação da alta tensão tanto para proteção pessoal como para os equipamentos: (reles, medidores).

  • Reduzir níveis de corrente e de tensão, tornando reles e medidores de fabricação compacta reduzindo custos.

Transformadores de Corrente

INTRODUÇÃO

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 carga do circuito ao qual são ligados. Na sua forma mais simples, 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 forma, os instrumentos de medição e proteção são dimensionados 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 eletromagnética, correntes elevadas, que circulam no seu primário, em pequenas correntes secundárias, segundo uma relação de transformação.

A corrente primária a ser medida, circulando nos enrolamentos primários, cria um fluxo magnético alternado que faz induzir as forças eletromotrizes Ep e Es, respectivamente, nos enrolamentos primário 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:

  1. TC tipo Barra

É aquele cujo enrrolamento primário é constituído por uma barra fixada através do núcleo do transformador, conforme mostrado abaixo.

  1. TC tipo enrrolado

É aquele cujo enrrolamento primário é constituído de uma ou mais espiras envolvendo o núcleo do transformador, conforme ilustrado abaixo.

  1. TC tipo janela

É aquele que não possui um primário fixo no transformador e é constituído de uma abertura através do núcleo, por onde passa o condutor que forma o circuito primário, conforme abaixo.

  1. TC tipo bucha

É aquele cujas características são semelhantes ao TC do tipo barra , porém sua instalação é feita

na bucha dos equipamentos ( transformadores, disjuntores, etc.), que funcionam como enrrolamento primário, de acordo como mostrado abaixo.

  1. TC de núcleo dividido

É aquele cujas características são semelhantes às dos tipo janela , em que o núcleo pode ser separado para permitir envolver o condutor que funciona como enrrolamento primário, conforme mostrado abaixo.

  1. TC com vários enrrolamentos primários

É aquele constituído de vários enrrolamentos primários montados isoladamente e apenas um enrrolamento secundário, conforme abaixo.

  1. TC com vários núcleos secundários

É aquele constituído de dois ou mais enrrolamentos secundários montados isoladamente , sendo que cada um possui individualmente o seu núcleo, formado, juntamente com o enrrolamento primário, um só conjunto, conforme se na figura abaixo.

Neste tipo de transformador de corrente , a seção do condutor primário deve ser dimensionado tendo em vista a maior das relações de transformação dos núcleos considerados.

  1. TC com vários enrrolamentos secundários

É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelo enrrolamento primário e vários enrrolamentos secundários , conforme se mostra na figura abaixo, e que podem ser ligados em série ou paralelo.

  1. TC tipo derivação no secundário

É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelos enrrolamentos primário e secundário , sendo este provido de uma ou mais derivações . Entretanto o primário pode ser constituídos de um ou mais enrrolamentos, 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.

Os transformadores de corrente de baixa tensão normalmente têm o núcleo fabricado em ferro-silício de grãos orientados e está, juntamente com os enrrolamentos primário e secundário, encapsulado em resina epóxi, submetida a polimerização, o que lhe proporciona endurecimento permanente, formando um sistema inteiramente compacto e dando ao equipamento características elétricas e mecânicas de grande desempenho, ou seja:

  • Incombustibilidade do isolamento;

  • Elevada capacidade de sobrecarga, dada a excepcional 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.

Também são encontrados transformadores de corrente para 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 conforme figura a seguir.

.

Os transformadores de corrente fabricados em epóxi são normalmente descartados depois de um defeito interno. Não é possível a sua recuperação.

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. A Figura abaixo mostra um TC para uso ao tempo isolado 72,6 kV.

Os transformadores de corrente destinados a sistemas iguais ou superiores a 69 kV têm os seus primários envolvidos por uma blindagem eletrostática, cuja finalidade é uniformizar o campo elétrico.

CARACTERISTICAS ELÉTRICAS

Os transformadores de corrente, de um modo geral, podem ser representados eletricamente através do esquema da Figura abaixo, em que as resistência e reatância primárias estão definidas como R1 e X1, as resistência e reatância secundárias estio definidas como R2 e X2 e o ramo magnetizante está caracterizado pelos seus dois parâmetros, isto é, a resistência Rη , que é responsável pelas perdas ôhmicas, através das correntes de histerese e de Foucault, desenvolvidas na massa do núcleo de ferro com a passagem das linhas de fluxo magnético, e Xη responsável pela corrente reativa devido à circulação das mesmas linhas de fluxo no circuito magnético.

Através do esquema da Figura acima, pode-se descrever resumidamente o acionamento de um transformador de corrente. Uma determinada carga absorve da rede uma certa corrente Ip que circula no enrolamento primário do TC, cuja impedância ( Z1 = R1 + jX1 ) pode ser desconsiderada. A corrente que circula no secundário do TC, Is provoca uma queda de tensão na sua impedância interna (Z2 = R2 +jX2) e na impedância da carga conectada ( Z2= R2 +jX2 ) que afeta o fluxo principal, exigindo uma corrente magnetizante Iediretamente proporcional

A impedância do primário não afeta a exatidão do TC. Ela é apenas adicionada à impedância do circuito de alimentação. O erro do TC é resultado sensivelmente da corrente que circula no ramo magnetizante, isto é, Ie. É simples entender que a corrente secundária Is somada à corrente magnetizante Ie deve ser igual a corrente que circula no primário , ou seja: Ip = Ic + Is

Considerando um TC de relação 1:1, para que a corrente secundária reproduzisse fielmente a corrente do primário, seria necessário que Ip = Is. Como não é, a corrente que circula na carga não corresponde exatamente à corrente do primário, ocasionando assim o erro do TC.

Quando o núcleo entra em saturação, exige uma corrente de magnetização muito elevada, deixando de ser transferida para a carga ZCcomo será visto adiante com mais detalhe, provocando assim um erro de valor considerável na medida secundária.

Para melhor se conhecer um transformador de corrente, independentemente de sua aplicação na medição e na proteção, é necessário estudar as suas principais características elétricas.

Correntes nominais

As correntes nominais primárias devem ser compatíveis com a corrente de carga do circuito primário.

As correntes nominais primárias e as relações de transformação nominais estão discriminadas nas tabelas abaixo, para relações nominais simples e duplas, utilizadas para ligação série/paralelo no enrrolamento primário.

Corrente

primária

padronizada

Corrente

SECUNDÁRIA

padronizada

relação

Nominal

Corrente

primária

padronizada

relação

Nominal

5

10

15

20

25

30

40

50

60

75

100

125

150

200

250

300

400

500

600

800

1000

1200

1500

2000

2500

3000

4000

5000

6000

8000

5

1:1

2:1

3:1

4:1

5:1

6:1

8:1

10:1

12:1

15:1

20:1

25:1

30:1

40:1

50:1

60:1

80:1

100:1

120:1

160:1

200:1

240:1

300:1

400:1

500:1

600:1

800:1

1000:1

1200:1

1600:1

5 x 10

10 x 20

15 x 30

20 x 40

25 x 50

30 x 60

40 x 80

50 x 100

60 x 120

75 x 150

100 x 200

150 x 300

200 x 400

300 x 600

400 x 800

600 x 1200

800 x 1600

1000 x 2000

1200 x 2400

1500 x 3000

2000 x 4000

2500 x 5000

3000 x 6000

4000 x 8000

5000 x 10000

6000 x 12000

7000 x 14000

8000 x 16000

9000 x 18000

10000 x 20000

1 x 2:1

2 x 4:1

3 x 6:1

4 x 8:1

5 x 10:1

6 x 12:1

8 x 16:1

10 x 20:1

12 x 24:1

15 x 30:1

20 x 40:1

30 x 60:1

40 x 80:1

60 x 120:1

80 x 160:1

120 x 240:1

160 x 320:1

200 x 400:1

240 x 480:1

300 x 600:1

400 x 800:1

500 x 1000:1

600 x 1200:1

800 x 1600:1

1000 x 2000:1

1200 x 2400:1

1400 x 2800:1

1600 x 3200:1

1800 x 3600:1

2000 x 4000:1

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 interligação. NBR 6856/81 adota as seguintes simbologias para definir as relações de correntes.

 Sinal de dois pontos (:) deve ser usado para exprimir relações n como, por exemplo: 300:1;

O hífen (-) deve ser usado para separar correntes nominais 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 paralelo, 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 enrrolamentos primários como nos secundários, como, por exemplo. 300/400-5 A, ou 300-5/5 A, como visto na Figura do TC de várias derivações secundárias.

Cargas nominais

(Parte 1 de 4)

Comentários