TRANSFORMADORES DE CORRENTE

1. Introdução

É um equipamento que tem a finalidade de detectar a corrente de 1 barra ou cabo e transformá-lo em umaoutra de valor menor (ou maior) para ser transmitida a um instrumento de medição ou proteção. Foram desenvolvidos porque é impraticável a ligação de instrumentos em circuitos de alta corrente, sendoportanto necessário reduzir a corrente primária para valores secundários menores sem introduzir erros(normalizados) de relação a fase. É um equipamento essencial nos sistemas elétricos tendo como função relataras condições reais do sistema tanto em regime permanente como durante faltas, ou ainda, isolar e proteger ocircuito secundário do primário, reduzindo as correntes de medição proporcionando segurança nas operações (ede pessoal), reduzindo também custos com montagens e cabos.

2. Transformadores de Corrente(TC)

É um transformador destinado a reproduzir proporcionalmente em seu circuito secundário a corrente de seuprimário com sua posição fasorial mantida, conhecida e adequada para uso em instrumentos de medição,controle e proteção. Isso é o TC deve reproduzir, no seu secundário, uma corrente que é uma réplica em escalareduzida da corrente do primário do sistema.

A corrente primária a ser medida , circulando nos enrolamentos primários, cria um fluxo magnéticoalternado que induz as forças eletromotrizes, gerando uma tensão primária Ep e uma tensão secundária Es, nosenrolamentos primários e secundários. Na sua forma mais simples , eles possuem um primário, geralmente depoucas espiras, e um secundário, no qual a corrente nominal transformada é de 5 A, com o objetivo depadronizar os equipamentos de medição e proteção(relés). Na Europa a corrente secundária é normalizada em1A.

3. Características Construtivas

Os transformadores de corrente podem ser construídos de diferentes formas e para diferentes usos, ou seja:

a) TC tipo barra

E aquele cujo enrolamento primário é constituído por uma barra fixada através do núcleo do transformador,conforme mostrado na Fig. 1.

b) TC tipo enrolado

É aquele cujo enrolamento primário conforme ilustrado na Fig. 2.

é constituído de uma ou mais espiras envolvendo o núcleo do transformador,

1

e) TC tipo janela

E aquele que não possui um primário fixo no transformador e é constituído de uma abertura através do núcleo, poronde passa o condutor que forma o circuito primário, conforme se apresenta na Fig. 3.

d) TC tipo bucha

É aquele cujas caracteríequipamentos (transformador, disju

E aquele cujas caracterísseparado para permitir envolver Fig. 5.

f) TC tipo com vários enr

É aquele constituído enrolamento secundário, conform

Neste tipo de transformpropiciando a obtenção de várias

sticas são semelhantes ao TC do tipo barra, porém sua instalação é feita na bucha dosntores etc.), que funcionam como enrolamento primário, de acordo com a Fig. 4.

tio

ol

dee

a re

cas são semelhantes às do TC do tipo janela, em que o núcleo pode ser condutor que funciona como enrolamento primário, conforme se mostra na

2

amentos primários

vários enrolamentos primários montados isoladamente e apenas um a Fig. 6.

dor, as bobinas primárias podem ser ligadas em série ou em paralelo,lações de transformação.

g) TC tipo com vários núcleos secundários

É aquele constituído de dois ou mais enrolamentos secundários montados isoladamente, sendo que cadaum possui individualmente o seu núcleo, formando, juntamente com o enrolamento primário, um só conjunto,conforme se mostra na Fig. 7.

Neste tipo de transformadvista a maior das relações de tran

h) TC tipo vários enrolam

É aquele constituído de secundários, conforme se mostra

i) TC tipo derivação no s

É aquele constituído de este provido de uma ou maisenrolamentos, conforme se mostrconsiderada, somente é garantidnúmero dc espiras. A versão dest

Os transformadores de cogrãos orientados e está, juntamesubmetida a polimerização, o qumente compacto e dando ao equi

• incombustibilidade do iso• elevada capacidade de so

epóxi;• elevada resistência dinâm• elevada rigidez dielétrica.

or de corrente, a seção do condutor primário deve ser dimensionada tendo emsformação dos núcleos considerados.

entos secundários

um único núcleo envolvido pelo enrolamento primário e vários enrolamentos na Fig. 5.8, e que podem ser ligados em série ou paralelo.

ecund

um ú deriva na Fa a cle tipo

rrentente coe lhe

pamelamenbrec

ica às

ário

nico núcleo envolvido pelos enrolamentos primário e secundário, sendoações. Entretanto, o primário pode ser constituído de um ou maisig.6. Como os ampères-espiras variam em cada relação de transformação

asse de exatidão do equipamento para a derivação que contiver o maior de TC é dada Fig. 9.

3

de baixa tensão normalmente têm o núcleo fabricado em ferro-silício dem os enrolamentos primário e secundário, encapsulado em resina epóxi, proporciona endurecimento permanente, formando um sistema inteira-

nto características elétricas e mecânicas de grande desempenho, ou seja:to;

arga, dada a excepcional qualidade de condutividade térmica da resina

correntes de curto-circuito;

Já os transformadores de corrente de média tensão, semelhantemente aos de baixa tensão, sãonormalmente construídos em resina epóxi, quando destinados às instalações abrigadas, conforme as Figas. 10,11 e 12. Também são encontrados transformadores de corrente para uso interno, construídos em tanque metálico

cheio de óleo mineral e provido de umada corrente primária, de acordo com a Fi

Os transformadores de corrente finterno. Não é possível a sua recuperaçã

Os transformadores de corrente dvitrificada com saias, comum aos termipara uso ao tempo isolado para 72,6 kV.

Os transformadores de corrente envolvidos por uma blindagem eletrostá

4. Ligação do Transformador de Co

bucha de porcelana vitrificada comum aos terminais de entrada e saídag. 13.

abricados em epóxi são normalmente descartáveis depois de um defeitoo.

e alta tensão para uso ao tempo são dotados de urna bucha de porcelananais de entrada e saída da corrente primária. A Fig. 14 mostra um TC

4

destinados a sistemas iguais ou superiores a 69 kV têm seus primáriostica, cuja finalidade é uniformizar o campo elétrico.

rrente

A bobina primária do TC é ligada em série com a carga exatamente como está apresentado na figura 15.

A corrente de tensão e seu consumo de

• fios grosso• poucas espNote que, com

solicitação da mesma. variado no valor da corrinstalação do TC.

Os instrumento

5. Símbolo e Marca d

Para simplificTC , adota-se convencio

O modo comoexpressas pelas marcas d

6. Relação de Transf

carga passa pela bobina primária do TC. Portanto para que o TC não produza queda de energia seja insignificante, sua bobina primária deve ter:s, para que sua resistência elétrica seja bem pequena;iras, para que sua reatância seja a menor possível..

o a bobina primária do TC está em série com a carga, sua corrente varia de acordo com aPor isso, o TC deve ser dimensionado para ter bom desempenho para um grau bemente. Esta corrente varia desde zero até a máxima corrente de curto-circuito no local da

s ligados no secundário do TC estão todos em série.

e Polaridade do TC

ar e evitar desenhar o núcleo magnético e os enrolamentos primários e secundários donalmente o símbolo abaixo:

as bobinase polaridade

ormação do

primária e secundárias estão enroladas no núcleo, são simbolicamente como indica a figura 16.

5

TC

Dentro da precisão requerida, considera-se o TC um transformador operando dentro das característicasideais. Deste modo, vale a lei similar à Lei de Ohm, aplicada a circuitos eletromagnéticos. Isto e:

Fp - Fs = Rφ (1.6.1)

onde:

F p Força magnetomotriz da bobina primária do TC .

R Relutância do circuito magnético do núcleo do TCEs Força magnetomotriz da bobina secundária do TC.φ Fluxo magnético no núcleo do TC.

Desenvolvendo a equação 1.6.1, tem-se:

N pIp — NsIs =Rφ (1.6.2)

Supondo o transformador ideal, a sua relutância magnética vale zero.

Define-se a relação de transformação do TC, como sendo o termo designado pela expressão

Como os equipamentos de proteção convencionalmente denotadas por X/5A, com

6

são padronizados para 5A, as relações de transformação do TC sãoo mostra a figura 17.

Assim, pela P-EB-251 30 40 50 60 75 100, 125, 150, 3000,4000, 5000, 6000 e 8000

Os valores sublinhadosStandard Institute.).

7. Transformador de Corrente de

São transformadores de corfigura 18.

Para melhorar a sensibilidasua força magnétomortriz.Pelas normas, o TC de alta reatância

7.1 Transformador de Corrente de

Devido à alta corrente primespiras no núcleo do TC. Deste mofigura19.

Este TC é também conhecialicate. Neste caso , a relação de trproduzir o máximo acoplamento pos8. Circuito do transformador de

Os transformadores de corre

da ABNT, as correntes primárias do TC são de 5 10 15, 20, 25,200 250 300 400 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000,A. são os usados segundo a norma ANSI (American National

Alta Reatância.

rente que tem a bobina primária enrolada sobre o seu núcleo magnético. Ver

de

d

B

árd

doansí Cnt

e a qualidade do TC, a sua bobina primária é enrolada. Isso aumenta a

e dispersão é conhecido como:

aixa Reatância.

ia, a bobina do fio é grande, ficando impraticável construtivamente fazero , o primário é apenas uma barra que transpassa o núcleo do TC. Ver

7

como tipo Bucha. É o mesmo principio usado no TC de medição tiposformação vale Ns/1. O secundário é enrolado com muitas espiras para

vel, diminuindo consideravelmente a reatância de dispersão.orrente.e, de um modo geral, podem ser representados eletricamente através do

esquema da Fig. 8.18, em que as resistência e reatância primárias estão definidas como R1 e X1, as resistência ereatância secundárias estão definidas como R2 e X2 e o ramo magnetizante está caracterizado pelos seus doisparâmetros, isto é, a resistência Rµ , que é responsável pelas perdas ôhmicas, através das correntes de histerese ede Foucault, desenvolvidas na massa do núcleo de ferro com a passagem das linhas de fluxo magnético, e Xµresponsável pela corrente reativa devido à circulação das mesmas linhas de fluxo no circuito magnético.

Fig. 20

Através do esquema da Figde corrente. Uma determinada cargdo TC, cuja impedância (Z1= R1 + jXprovoca uma queda de tensão na suRc + jXc) que afeta o fluxo principa

A impedância do primário nãalimentação. O erro do TC é resultÉ simples entender que a corrente que circula no primário, ou seja :

Considerando um TC de reprimário, seria necessário que Ip =à corrente do primário, ocasionand Quando o núcleo entra emser transferida para a carga Zc, pro

8.1 Corrente de Magnetização

É a corrente que circula nonúcleo.

A curva de magnetização fatores, a tensão induzida no secun

Fig. 21

A corrente de magnetizaçãque são construídos os núcleos. Ascresce proporcionalmente. Esta car

A corrente de magnetizaç

8

. 18, pode-se descrever resumidamente o funcionamento de um transformadora absorve da rede uma certa corrente Ip que circula no enrolamento primárioi) pode ser desconsiderada. A corrente que circula no secundário do TC, Is

a impedância interna (Z2 = R2 + jX2) e na impedância da carga conectada (Zc=l, exigindo uma corrente magnetizante Ie diretamente proporcional.o afeta a exatidão do TC. Ela é apenas adicionada à impedância do circuito deante essencialmente da corrente que circula no ramo magnetizante, isto é, 1e.secundária Is somada à corrente magnetizante Ie deve ser igual á corrente

Íp = Íe + Ís

lação 1:1, para que a corrente secundária reproduzisse fielmente a corrente do ls . Como não é, a corrente que circula na carga não corresponde exatamenteo assim o erro do TC. saturação, exige uma corrente de magnetização muito elevada, deixando devocando assim um erro de valor considerável na medida secundária.

enrolamento primário do TC como consequência do fluxo magnetizante do

dos TCs fornecida pelos fabricantes permite que se calcule, entre outrosdário e a corrente magnetizane correspondente.

o varia para cada TC, devido à não-linealidade magnética dos materiais desim, à medida que cresce a corrente primária, a corrente de magnetização nãoacterística é que vai definir a utilização do TC; proteção ou medição.ão pode ser dada através da equação abaixo e representa menos de 1%

aproximadamente da corrente primária, para o TC em operação normal. Ie = K x H(mA) ,sendoH força de magnetização, em mA/m;K valor que depende do comprimento do caminho magnético e do numero de espiras, cuja ordem de

gandeza depende da tabela;

8.2 Tensão no ponto de Joelho

O desempenho de um TC pode svalores de força eletromotriz induzida no

O processo de classificação de TCmuitos adeptos nos Estados Unidos.

A tpj define o limite superior dtransformador. A tpj é definida no esquem

Fig.22

A tpj é a tensão acima da qual umaberto provoca um aumento de 50% na co

Para evitar a saturação é necessámáxima que possa ocorrer. Esta tensão secundário do TC) e a impedância da cargdo TC).

Quando o TC alimenta relés de asaturação por DC.

Escolhendo um TC, cuja tpj é significantemente a probabilidade de ocor

er determinado medindo-se a corrente de magnetização para váriossecundário.s pela tensão no ponto de joelho (tpj) popularizou-se na Europa e tem

a região aproximadamente linear da característica de saturação doa abaixo.

9

acréscimo de 10% na tensão com o outro enrolamento em circuitorrente de excitação.rio apenas selecionar um TC com a tpj acima da tensão secundáriaé simplesmente o produto da máxima corrente de falta (referida aoa secundária (incluindo a resistência dos condutores e do secundário

lta velocidade ,tais como relés de distância, deve-se também evitar

duas vezes a necessária para evitar saturação por CA, reduz-serer operação retardada de relé devido à saturação por DC.

9. Erros dos Transformadores de Corrente

São dois ,o erro de transformação e o erro de mudança de fase. Estes erros são obtidos verificando arelação entre as relações nominais e real.

As relações nominais são as relações entre a corrente primária e secundária para o qual o TC foiprojetado, e é indicado pelo fabricante. As reais são as obtidas através de medidas da corrente primária esecundária . Essa diferença se deve à influencia do material ferromagnético de que é construído o núcleo do TC.

9.1 Erro de Relação de Transformação

É aquele que é registrado na medição de corrente com TC, onde a corrente primária não correspondeexatamente ao produto da corrente lida no secundário pela relação de transformação nominal.

Os erros nos TC são devidos basicamente à corrente do ramo magnetizante. A impedância doenrolamento primário não exerce nenhum efeito sobre o erro do TC, representando apenas uma impedânciasérie no circuito do sistema em que está instalado, cujo valor pode ser considerado desprezível . A representaçãodo TC após estas considerações pode ser dada pela figura 23 abaixo:

O erro pode ser calculado

Is – corrente sec., de carga

O valor de Ie pode ser obt O fator de coreção de remultiplicado pela relação de transtransformação, isto é, sem erro, ou

C ondeRTCr. — relação de transformaçãoRTC — relação de transformação d

Finalmente, o erro de relaçã

ε

Ip — corrente primária que circu

O erro da relação também p

Sendo FCRp o fator de corr

Os valores percentuais de

10

pela seguinte equação:

FCRr = Is + Ie onde Is

, em A; Ie- corrente de exitação referida ao sec. ,em A.

ido através do gráfico de saturação do TC.lação relativo também pode ser definido corno sendo aquele que deve serformação de corrente nominal, RTC, para se obter a verdadeira ralação de seja:R r= RTCr (1) RTC

de corrente real;e corrente nominal.o pode ser calculado percentualmente através da equação (2):

p = RTC x Is – IP x 100(%) (2) onde Ipla no TC.

ode ser expresso pela equação (3), ou seja:εp = (100 — FCrp,)(%) (3)

eção de relação percentual, é dado pela equação(4):

FCRp = RTCr x 100(%) (4) RTCFCRp, podem ser ,também encontrados nos três gráficos, figuras 24,25e26,

abaixo, respectivamente, para as classes de exatidão iguais a 0,3-0,6-1,2.Figs. 24, 25 e 26

11

12

9.2 Erro de Ângulo de FaseÉ o angulo (β) que mede a defasagem entre a corrente vetorial primária e o inverso da corrente vetorial

secundária de um TC , como se vê no diagrama fasorial :

Para qualquer fator de correção de relação (FCRp) conhecido de um TC, os valores limites positivos enegativos do ângulo de fase β em minutos podem ser expressos pela equação:

β=2.600 x (FCRp – FCTp) onde FCTp – fator de correção da percentual.

Este fator deve ser usado para corrigir as leituras obtida por aparelhos de medição ligado aos terminaisdo TC, tendo efeito combinado do ângulo de fase e do FCRp ; os valores lidos são multiplicados por este fator.

A relação entre o angulo de fase e o fator de correção é obtido dos gráficos de exatidão das figuras 24,25e26, extraidos da NBR6856/81- Transformadores de corrente- Especificação. É dessa equação que sãoelaborados os gráficos de exatidão mencionados, fazendo-se variar os valores de FCRp e fixando os quatrovalores de FCTp para cada classe de exatidão. Assim, para o gráfico da figura 26 referente à classe de exatidão0,6 , o FCTp assume os quatro valores correspondentes a:

• FCTp = 1006,6 e 99,4 – para 100% da corrente nominal;• FCTP = 101,2 e 98,8 – para 10% da corrente nominal.

Variando-se, então, o FCRp, obtêm-se os valores negativos e positivos do ângulo β em minutos.

9.3 Classe de Exatidão

Define o erro esperado do TC levando em conta o erro de relação e o erro da defasamento entre ascorrentes primárias e secundárias.

Um TC para serviço de medição está dentro de sua classe de exatidão nominal, nas condiçõesespecificadas, quando nestas condições os pontos determinados pelo fator de relação e pelo ângulo de faseestiverem dentro dos paralelogramos das figuras 24,25 e 26.

Os TC para serviço de medição são enquadrados nas classes 0,3 –0,6 –1,2. A classe 3 é aplicada a relésde ação direta. Esta classe não tem limitação de erro de ângulo de fase e seu FCTp deve situar-se entre 103 e97 % para que possa ser considerado dentro de sua classe de exatidão.

Como o erro de um TC depende da corrente primária, para se determinar a sua classe de exatidão , aNBR 6856/81 especifica que sejam realizados dois ensaios que correspondem, respectivamente, os valores de10% e 100% da corrente nominal.Obs.: Quanto maior for a corrente primária, menor será o erro de relação permitido paro o TC.

9.3.1 Classe de Exatidão do TC pela ANSIPela ANSI, define-se o erro do TC, pela limitação da máxima tensão que pode aparecer no secundário

do TC no instante da máxima corrente de curto-circuito, de acordo com o seu fator de sobrecorrente. Ou seja, é amáxima tensão no secundário do TC para urna corrente no primário de 20 Ip nominal para que o erro nãoultrapasse 2,5 ou 10%. A figura 28 mostra os termos desta classe de exatidão do TC.

Note pela figura 28 que quando o curto-circuito no primário for 20x , no secundário do TC a corrente é

de 20 x 5= 100A. Portanto no secundário do TC a corrente não pode ultrapassar 100 A, sob pena de exceder oerro de sua classe de exatidão.

Pela ANSI antiga, as combinações possíveis das classes de exatidão dos TC são dadas pela expressãoabaixo;

Por exemplo um TC classe 10H400 é cuja corrente secundária for 20 x 5 A = 100devido a saturação do núcleo do TC não ultra

Na moderna ANSI , as letras H e L deverão ser testados para determinar sua imimpedância pode ser considerada zero. Por oindicar. Ex: T 200, C100 , etc...

9.3.2 Classe de Exatidão pela ABNT

A ABNT define a classe de exatidãopela carga conectada no secundário para uma

Ou seja, é a máxima potência aparentedo TC, para que durante o máximo curto-circo da sua classe de exatidão.

13

um TC de alta reatância, tal que quando ocorrer um curto-circuito A, no máximo poderá ter no secundário 400 V, para que o erropasse 10%.foram substituídas por T (testd) e C (calculated) .Os TC tipo Tpedância própria . Os tipos C podem ser “calculados’ já que autro lado, só se fabricam com classe 10%, assim não é necessário

do TC, corno sendo a máxima potência aparente (VA) consumida corrente nominal no secundário de 5A. Ver figura 29.

(VA) que se pode conectar em regime permanente no secundáriouito limitado pelo seu fator de sobrecarga, o seu erro não ultrapasse

As combinações possíveis da classe de exatidão TC pela ABNT, são dadas pela expressão:

Por exemplo, a nomenclatura dA — TC de alta reatância10 — Erro admissível da sua clF — Fator de Sobrecorrente20 — 20 x IN = 2Ox5A = 1OOAC — carga no secundário do T50 — 50 VA, carga do TC para

Examinando a figura 19, pode-

SObs.: Fator de sobrecorrente é a

mantém a sua classe de exatidão nomicorrente nominal secundária era empreg

Classe A Na designação moderna ocorrera

1) O fator de sobre corrente prepresentação.

2) Ao invés da carga nominconsiderando o fator de sobr

Antiga A1

9.3.3 Equivalência entre ANSI e ABNT

Pode-se analisar as equivalência

o TC-Classe A1OF2OC5O, e explicitada como segue:

asse de exatidão (10%)

no secundárioC em VA definido para a corrente nominal IN = 5A do TC. uma corrente nominal IN =5A do TC.

se explicitar diversas combinações expressas por 1.

Scarga = ZcargaI ² = VsIs (1)

carga = Zcarga5 2 = 25 Zcarga (1.1) razão da corrente máxima com a qual um TC para serviço de proteçãonal para a sua corrente nominal. Este fator expresso em múltiplos daado na designação antiga da ABNT, assim tínhamos: F 5 F5 F 10 Classe B F10 F20 F15 F20m as seguintes alterações:

assou a ser padronizado em 20X e assim o mesmo é omitido na nova

al em VA, expressa-se a tensão secundária para a corrente total,e corrente de 20XOF2OC5O moderna 10 A20 x 5 x 2 = 10 A200

Z = 50 = 2 Ω 5²

pela figura 30

14

Pela ANSI, tem-se a expressão 1 : Vmáx = Zcarga.lOO (1) Zcarga = V max (2)

100Pela ABNT, tem-se a expressão :

S carga = Z carga 5² (3) Scarga = 25 Zcarga (4)

Substituindo-se a expressão 2 em 4, tem-se:S carga = 25 Vmáx

100 (5)Vmáx = 4 S carga

Note-se que, Vmáx foi definido para Is =100A e Scarga para Is = 5A. A expressão (5), faz aequivalência de TC classe de exatidão ANSI para ABNT e vice-versa.Exemplo : Especificar o TC-classe A1OF2OC5O segundo a ANSI.Solução:

Scarga = 50VAVmáx =4 Scarga= 4x50= 200 V 1OH2OO

ABNT ANSI Antiga Moderna Antiga Moderna

A1OF2OC5O 10 A200 10H200 C200

10. Diferença entre TC de Medição e Proteção

Os TCs são divididos em dois grupo principais os TC destinados a medição e os destinados a proteçãode sistemas . Cada grupo tem sua especificação própria .

Os TCs de medição devem manter o seu erro de sua classe de exatidão para correntes de carga na faixaindicada pela expressão 10.1.

0,1 INominal ≤ Icarga ≤ I Nominal (10.1)Suas classes mais usuais são de 0,3; 0,6 e 1,2%.Isto é, os TCs de medição devem manter sua precisão para correntes de carga normal. Já os TCs de

proteção devem ser precisos até o seu erro aceitável para corrente de Curto-circuito de 20In. Portanto o núcleomagnético do TC de proteção deve ter seção transversal grande, para não saturar no instante do curto-circuito.

Os núcleos magnéticos dos TCs de medição são de seção menor que os de proteção , parapropositadamente saturarem durante o curto-circuito. Isto é benigno, porque a saturação limita o valor dasobretensão aplicada nos equipamentos de medição.

Portanto, a saturação é uma proteção evitando a perfuração por tensão da isolação dos TCs de medição.Então, para o TC poder contemplar estas duas características, o braço do núcleo magnético da bobina secundáriade medição deve ser fino, e o braço da bobina secundária de proteção deve ser grosso. Para atender estepropósito, pode-se:

• usar dois TCs, um para medição e outro para a proteção, ou• usar um TC com 3 enrolamentos, com braço de medição fino e o braço do enrolamento de proteção

grosso, exatamente como está na figura 10.1.

15

16

10.1 Características dos TCs para Serviço de Medição

Os transformadores de corrente para serviço de medição devem ser projetados para assegurar a aosaparelhos a que estão ligados (amperímetros, medidores de energia: kWh, kvarh, etc.), durante a ocorrência deum curto-circuito, que a corrente no secundário do TC não aumente na mesma proporção da corrente primária.Por efeito de saturação do núcleo magnético, a corrente secundária é limitada a valores que não danifiquem osaparelhos, normalmente quatro vezes a corrente nominal.

Os transformadores de corrente para medição apresentam as seguintes características:

a) Corrente secundária nominal

Normalmente, a corrente nominal secundária dos TCs é de 5 A. Em casos específicos, são construídosTCs com corrente nominal igual a 1 A, destinados à aferição de medidores ou padrão Europeu.

b) Corrente primária nominal

É aquela para a qual o TC foi projetado. Na especificação de um TC deve-se escolher a corrente nominalpróxima do valor da corrente de carga máxima do circuito. As correntes nominais padronizadas pela normaestão baseadas na Tabela 10.1.1.

e) Carga nominal

É aquela que deve suportar, nominalmente, o enrolamento secundário do TC e na qual estão baseadas asprescrições de sua exatidão.

d) Classe de exatidão

É o valor percentual máximo de erro que o TC pode apresentar na indicação de um aparelho de emcondições especificadas em norma. Os TCs são fabricados com as seguintes classes de exatidão: 0,2-0,3-0,6 e1,2.

Os TCs de medição para faturamento devem ter classe de exatidão 0,3, enquanto os TCs destinados, porexemplo, à medição para fins de determinação dos custos com energia elétrica em certos setores de cargaelevada de uma indústria podem ter classe de exatidão 0,6. Já os TCs para uso em instrumentos de indicaçãodas, como, por exemplo, amperímetros, podem ter classe de exatidão 1,2.

e) Fator térmico

É o fator pelo qual se deve multiplicar a corrente nominal primária do TC, a fim de se obter uma correntesecundária capaz de ser conduzida permanentemente sem que os limites de elevação de temperaturaespecificados por norma sejam excedidos e para que sejam mantidos os limites de sua classe de exatidão.

F.T = Ipmáx (em regime permanente) Ipnom.

Os valores mais usuais do TC são; 1,0; 1,3; 1,5; e 2,0.Um TC pode operar carregado plenamente e permanentemente até o limite térmico sem prejuízo no

desempenho, vida útil e nível de isolação.

17

f) Corrente térmica nominal

Conhecida também como corrente de curta duração ou limite térmico do TC, é a corrente máxima quepode circular no primário do TC, estando o secundário em curto-circuito durante o período de um segundo, semque seja excedida a elevação de temperatura especificada por norma.

Se a proteção juntamente com o disjuntor demorar um tempo maior que 1 segundo para eliminar ocurto-circuito, a sua corrente limite fica determinada pela expressão:

I²cuto x tdefeito = θ sendo, tdefeito tempo de abertura de disjuntor Icurto corrente limite de curto-circuito

θ constante que depende das características do TC

g) Corrente dinâmica nominal

É a corrente máxima, valor de crista, que pode circular no primario do TC, estando o secundário Curto-circuito durante o período do primeiro ciclo, sem que disso resulte danos eletromecânicos.

h) Polaridade

Para os TCs que alimentam aparelhos de medida de energia, é de extrema importância o conhecimentoda polaridade, devido à necessidade da ligação correta das bobinas desses instrumentos.

Diz-se que um TC tem polaridade subtrativa se a corrente que circula no primário do terminal P 1 paraP2 corresponde a uma corrente secundária que circula no instrumento de medida do terminal S1 para o S2.Normalmente, os TCs têm os terminais dos enrolamentos, primário e secundário, de mesma polaridade postosem correspondência.

Se, para uma corrente Ip, circulando no primário de Pl para P2, corresponder uma corrente secundáriasentido inverso , diz-se que o TC tem polaridade aditiva.

i) Nível básico de isolamento

É a tensão máxima que o TC pode suportar, sem que se tenha comprometimento do verniz do TC nocaso de um surto de tensão nos seus terminais.

j) Frequência nominal

As frequências nominais para as quais os TCs operam, normalmente são de 50 ou 60 Hz.

k) Tensão nominal

É definida como base na classe de tensão de serviço no qual o TC será conectado. Deve-se considerar atensão máxima de serviço.

10.2 Transformadores de Corrente para Serviço de Proteção

São equipamentos a que devem ser conectados os relés do tipo ação indireta, ou simplesmente reléssecundários.

A seguir serão descritas as principais características dos TCs de proteção.10.2.1 Classe

Os transformadores de corrente, ou simplesmente TCs, destinados a serviço de relés, dividem-se em duasclasses:

a) TCs de classe B

São aqueles cujo enrolamento secundário apresenta uma reatância que pode ser desprezada. Nessa classeestão enquadrados os TCs com núcleo toroidal, ou simplesmente TCs de bucha.

b) TCs de classe A

São aqueles cujo enrolamento secundário apresenta reatância que não pode ser desprezadas. Nesta classeestão todos os TCs que não se enquadram na classe B.

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10.2.4 Fator de Sobrecorrente do TC

O fator de sobrecorrente (F.S.) do TC é definido pela relação da máxima corrente de curto-circuito quepode passar pelo primário do TC e a sua corrente primária nominal, para que o erro de sua classe seja mantido.

F.S. = Ip máx curto-circuito (10.2.2.1) Ip nominal TC

Os erros do Transformador de Corrente para proteção são 2,5% ou de 10%. O valor mais comumenteutilizado é o de 10%.

Os valores máximos das correntes de curto-circuito que podem passar pelo primário do TC para que oseu erro seja mantido é padronizado de acordo com as normas do país ao qual o sistema elétrico pertence. Osvalores do fator de sobrecorrente (F.S.), padronizados são:

• Pela ANSI F.S.=20• Pela ABNT F.S. = 5,10, 15 e 20.

Por exemplo, um TC com relação de Transformação de 600/5 , só pode ser usado em um sistemaelétrico, se a máxima corrente de curto-circuito no local da instalação do TC não ultrapassar o valor de:

Ipmáx curto – circuito = 20 x 600 =12kA

Isto significa que para corrente de curto-circuito menor que 12 kA o erro que o TC envia ao seusecundário é menor ou igual que 10%.

Construtivamente, o F.S. produz uma limitação no TC quanto ao seu erro produzido pela nãolinearidade da curva de magnetização do núcleo. Esta limitação é dada pela expressão 10.2.2.2

Icurto—circuito ≤ F.S.I pnominal do TC (10.2.2.2)

A limitação acima é a garantia do TC de não ultrapassar o seu erro de sua classe de exatidão.Os erros do TC são expressos por classe de exatidão definidos de várias maneiras de acordo com a

norma empregada.

10.3 Classe de Exatidão

Os TCs para serviço de relés devem ser enquadrados em uma das seguintes classes de exatidão:

• classe 5: com erro percentual de 5%;

• classe 10: com erro percentual de 10%.Diz-se que um TC está dentro de sua classe de exatidão nominal quando, por exemplo, o erro percentual

não for superior a 5% para a classe de exatidão 5, desde a sua corrente nominal até uma corrente dada pelo pro-duto da corrente nominal pelo fator de sobrecorrente.

10.4 Carga admissível

É a carga máxima admitida no secundário do TC sem que o erro percentual ultrapasse o valorespecificado para a sua classe de exatidão.

Zc = Vns (10.4.1) Imáxs

Zc — carga máxima admitida no secundário do TC, em

Vns— tensão nominal secundária do TC, em

Ims — corrente máxima no secundário do TC, em A.

A tensão nominal secundária do TC é aquela medida nos terminais da carga ligada a este, quando a cor-rente secundária é igual a 20 vezes a corrente nominal secundária, e na qual o erro de relação de transformaçãonão é superior ao valor especificado. A Tabela 11.4 relaciona as cargas dos TCs com as respectivas tensõesnominais. Para exemplificar o conceito, considerar o TC 10A400 da Tabela 10.4. A tensão no secundárioquando a corrente é igual a 20 vezes a corrente nominal secundária vale:

Vns= Zrts x ImsZntc = 4 (Tabela 10.4)Ins = 5 A (corrente nominal secundária)Ims=20 X 5= l00AVns = 4X 100=400V

Os demais fatores usados para osproteção.

10.5 Ensaios e Recebimentos

Os ensaies dos transformadoresTransformador de corrente — Método de

10.5.1 Ensaios de rotina

Estes ensaios se destinam a veriempregados na fabricação dos TCs. São o

• tensão induzida;• tensão suportável à frequência ind• descargas parciais;• polaridade;• exatidão;• fator de potência do isolamento;• resistência mecânica à pressão inte

10.5.2 Ensaios de tipo

Os ensaios de tipo são realizados de funcionar satisfatoriamente nas seguint

• todos os ensaios especificados ant• resistência dos enrolamentos;• tensão suportável de impulso atmo• tensão suportável de impulso de m• elevação de temperatura;• corrente térmica nominal.

10.5.3 Ensaios especiais

Constituem ensaios especiais os se• radiointerferência (Vn ≥ 145 kV);• estanqueidade a quente.

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TCs de medição também são usados para especificar os TCs para

de corrente devem ser executados segundo a NBR 6821 —ensaio. São os seguintes os ensaios que devem ser realizados nos TCs.

ficar a qualidade e a uniformidade da mão-de-obra e dos materiaiss seguintes os ensaios de rotina exigidos pela NBR 6836/81:

ustrial;

rna.

para se comprovar se um determinado modelo ou tipo de TC é capazes condições especificadas:eriormente;

sférico;anobra;

guintes:

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10. 5 . 4 ESPECIFICAÇÃO SUMÁRIA

A especificação de um transformador de corrente implica o conhecimento prévio do emprego desteequipamento: para serviço de medição ou de proteção.

No caso de transformadores de corrente para serviço de medição, é necessário se determinar a cargaque será acoplada ao seu secundário. No caso de os transformadores destinados ao serviço de proteção, énecessário se conhecer, além da carga dos aparelhos que serão ligados ao seu secundário, as condiçõestransitórias das correntes de defeito.

De urna forma geral, na especificação de um transformador de corrente deve-se explicitar:• destinação (medição ou proteção):• uso (interior ou exterior);• classe de exatidão;• classe (para TCs de proteção);• classe de tensão;• número de enrolamentos secundários;• fator térmico;• carga nominal;• relação de transformação;• nível de isolamento;• tensões suportáveis à frequência industrial e a impulso atmosférico;• tipo: encapsulado em epóxi ou imerso em líquido isolante.

11. Abrindo o Secundário do TC

No TC é a carga do circuito que impõe a Icarga que passa pelo primário do TC.Com o TC funcionando normalmente com carga, ou com o seu secundário em curto-circuito, vale a

equação geral (11.1):

NpIp - NsIs = ℜφ (11.1)

onde: Íp =Í carga

Quando o secundário abre, Is = 0, e a equação (10.1) fica:

NpÍcarga - Ns.0= ℜφ

NpIcarga = ℜφ (11.2)

Note que neste caso o termo NpÍcarga fica fixo (constante), porque a carga no circuito não mudou.

Assim o valor ℜi’Ø’ aumenta para ficar como mesmo valor Np.Ícarga .Assim o fluxo magnético (φ’) dentro do núcleo é enorme, entrando na região da saturação do TC,

provocando distorção na sua onda de fluxo.A relutância ℜ também muda, porque ela depende da permeabilidade do material do núcleo, como

indica a expressão 10.3 ℜ = L (11.3)

µAonde:

L = comprimento médio do núcleo do material ferromagnético do TC.

A = área da secção transversal do núcleo do TC. µ = permeabilidade do material ferromagnético do qual é construído o TC.

Neste caso, a permeabilidade µ é obtida na região de saturação do núcleo do TC, figura 11.1.

No caso a permeabilidade Deste modo o fluxo magnético φ’,

O fluxo magnético φ(t), a

na figura 11.2.

Este excessivo aumento da) excessivas perdas por

queimando o TC;b) produção de elevadas elevados riscos no sistemaA tensão induzida no secu

Seu valor é obtido pela expressão 1

Pela figura 11.2, verifica-modo uma onda de tensão es (t)grande, produzido tensões elevadanível de isolamento do TC, perfura

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µ fica com valor muito pequeno, fazendo aumentar o valor da relutância ℜ.cresce de modo a satisfazer a expressão 11.2.

corrente primária Ip(t) e a tensão es (t) induzida no secundário do TC, estão

Figura 11.2 Diagrama das ondas de φ, Ip e es do TC

o fluxo magnético no núcleo do TC, causa os seguintes efeitos:histerese e correntes parasitas no núcleo do TC, aquecendo-o rapidamente, e

tensões no terminal secundário do TC, perfurando sua isolação e produzindo e na segurança humana.ndário do TC depende da taxa de variação do fluxo magnético concatenado.0.4.

es (t) = Ns dØ(t) (11.4) dt

se que o fluxo magnético devido a saturação não é senoidal, produzindo deste distorcida. No ponto de alternância, a variação do fluxo magnético φ(t) és no secundário do TC. Estas tensões induzidas geralmente são maiores que ondo-o.

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Biografia

1. João Memede Filho, Manual de Equipamentos Elétricos.2. João Memede Filho, Instalações Elétricas.3. Geraldo Kindedermann, Proteção de Sistemas Elétricos de Potência Vol.1.4. Apostila, Laboratório de Proteção UCP.

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Índice

1. Introdução....................................................................... ...012. Transformadores de Corrente......................................... ...013. Características Construtivas........................................... ...014. Ligação do Transformador de Corrente.......................... ..055. Símbolo e Marca de Polaridade.........................................056. Relação de Transformação do TC .....................................067. Transformador de Corrente de Alta Reatância............... ..077.1 Transformador de Corrente de Baixa Reatância................078. Circuito do Transformador de Corrente ......................... ..088.1 Corrente de Magnetização.................................. ...............088.2 Tensão no ponto de Joelho .............................................. .099. Erros dos Transformadores de corrente .......................... .109.1 Erro de Relação de Transformação ................................. .109.2 Erro de Ângulo de Fase................................................... ..129.3 Classe de Exatidão ............................................................129.3.1 Classe de Exatidão do TC pela ANSI ............................. .129.3.2 Classe de Exatidão pala ABNT........................................ .139.3.3 Equivalência entre ANSI e ABNT................................... .14

10. Diferença entre TC de Medição e Proteção..................... .1510.1 Características dos TCs para Serviço de Medição........... .1610.2 TCs para Serviço de Proteção............................................1710.2.3 Classes...............................................................................1710.2.4 Fator de Sobrecorrente do TC ..........................................1810.3 Classe de Exatidão.............................................................1810.4 Carga admissível................................................................1810.5 Ensaios de Recebimentos.................................................. 1910.5.1 Ensaios de rotina................................................................1910.5.2 Ensaios de tipo ..................................................................1910.5.3 Ensaios especiais................................................................1910.5.4 Especificação Sumária.......................................................2011. Abrindo o Secundário do TC ............................................20

12. Biografia.............................................................................22

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