TRANSFORMADORES DE CORRENTE

1.

Introduo

um equipamento que tem a finalidade de detectar a corrente de 1 barra ou cabo e transform-lo em uma outra de valor menor (ou maior) para ser transmitida a um instrumento de medio ou proteo. Foram desenvolvidos porque impraticvel a ligao de instrumentos em circuitos de alta corrente, sendo portanto necessrio reduzir a corrente primria para valores secundrios menores sem introduzir erros (normalizados) de relao a fase. um equipamento essencial nos sistemas eltricos tendo como funo relatar as condies reais do sistema tanto em regime permanente como durante faltas, ou ainda, isolar e proteger o circuito secundrio do primrio, reduzindo as correntes de medio proporcionando segurana nas operaes (e de pessoal), reduzindo tambm custos com montagens e cabos. 2. Transformadores de Corrente(TC)

um transformador destinado a reproduzir proporcionalmente em seu circuito secundrio a corrente de seu primrio com sua posio fasorial mantida, conhecida e adequada para uso em instrumentos de medio, controle e proteo. Isso o TC deve reproduzir, no seu secundrio, uma corrente que uma rplica em escala reduzida da corrente do primrio do sistema. A corrente primria a ser medida , circulando nos enrolamentos primrios, cria um fluxo magntico alternado que induz as foras eletromotrizes, gerando uma tenso primria Ep e uma tenso secundria Es, nos enrolamentos primrios e secundrios. Na sua forma mais simples , eles possuem um primrio, geralmente de poucas espiras, e um secundrio, no qual a corrente nominal transformada de 5 A, com o objetivo de padronizar os equipamentos de medio e proteo(rels). Na Europa a corrente secundria normalizada em 1A. 3. Caractersticas Construtivas

Os transformadores de corrente podem ser construdos de diferentes formas e para diferentes usos, ou seja: a) TC tipo barra E aquele cujo enrolamento primrio constitudo por uma barra fixada atravs do ncleo do transformador, conforme mostrado na Fig. 1.

b) TC tipo enrolado

aquele cujo enrolamento primrio constitudo de uma ou mais espiras envolvendo o ncleo do transformador, conforme ilustrado na Fig. 2.

1

e) TC tipo janela E aquele que no possui um primrio fixo no transformador e constitudo de uma abertura atravs do ncleo, por onde passa o condutor que forma o circuito primrio, conforme se apresenta na Fig. 3.

d) TC tipo bucha

aquele cujas caractersticas so semelhantes ao TC do tipo barra, porm sua instalao feita na bucha dos equipamentos (transformador, disjuntores etc.), que funcionam como enrolamento primrio, de acordo com a Fig. 4.

E aquele cujas caractersticas so semelhantes s do TC do tipo janela, em que o ncleo pode ser separado para permitir envolver o condutor que funciona como enrolamento primrio, conforme se mostra na Fig. 5.

f) TC tipo com vrios enrolamentos primrios

aquele constitudo de vrios enrolamentos primrios montados isoladamente e apenas um enrolamento secundrio, conforme a Fig. 6.

Neste tipo de transformador, as bobinas primrias podem ser ligadas em srie ou em paralelo, propiciando a obteno de vrias relaes de transformao. 2

g) TC tipo com vrios ncleos secundrios

aquele constitudo de dois ou mais enrolamentos secundrios montados isoladamente, sendo que cada um possui individualmente o seu ncleo, formando, juntamente com o enrolamento primrio, um s conjunto, conforme se mostra na Fig. 7.

Neste tipo de transformador de corrente, a seo do condutor primrio deve ser dimensionada tendo em vista a maior das relaes de transformao dos ncleos considerados. h) TC tipo vrios enrolamentos secundrios

aquele constitudo de um nico ncleo envolvido pelo enrolamento primrio e vrios enrolamentos secundrios, conforme se mostra na Fig. 5.8, e que podem ser ligados em srie ou paralelo.

i) TC tipo derivao no secundrio

aquele constitudo de um nico ncleo envolvido pelos enrolamentos primrio e secundrio, sendo este provido de uma ou mais derivaes. Entretanto, o primrio pode ser constitudo de um ou mais enrolamentos, conforme se mostra na Fig.6. Como os ampres-espiras variam em cada relao de transformao considerada, somente garantida a classe de exatido do equipamento para a derivao que contiver o maior nmero dc espiras. A verso deste tipo de TC dada Fig. 9.

Os transformadores de corrente de baixa tenso normalmente tm o ncleo fabricado em ferro-silcio de gros orientados e est, juntamente com os enrolamentos primrio e secundrio, encapsulado em resina epxi, submetida a polimerizao, o que lhe proporciona endurecimento permanente, formando um sistema inteiramente compacto e dando ao equipamento caractersticas eltricas e mecnicas de grande desempenho, ou seja: incombustibilidade do isolamento; elevada capacidade de sobrecarga, dada a excepcional qualidade de condutividade trmica da resina epxi; elevada resistncia dinmica s correntes de curto-circuito; elevada rigidez dieltrica. 3

J os transformadores de corrente de mdia tenso, semelhantemente aos de baixa tenso, so normalmente construdos em resina epxi, quando destinados s instalaes abrigadas, conforme as Figas. 10, 11 e 12. Tambm so encontrados transformadores de corrente para uso interno, construdos em tanque metlico

cheio de leo mineral e provido de uma bucha de porcelana vitrificada comum aos terminais de entrada e sada da corrente primria, de acordo com a Fig. 13.

Os transformadores de corrente fabricados em epxi so normalmente descartveis depois de um defeito interno. No possvel a sua recuperao. Os transformadores de corrente de alta tenso para uso ao tempo so dotados de urna bucha de porcelana vitrificada com saias, comum aos terminais de entrada e sada da corrente primria. A Fig. 14 mostra um TC para uso ao tempo isolado para 72,6 kV.

Os transformadores de corrente destinados a sistemas iguais ou superiores a 69 kV tm seus primrios envolvidos por uma blindagem eletrosttica, cuja finalidade uniformizar o campo eltrico. 4. Ligao do Transformador de Corrente 4

A bobina primria do TC ligada em srie com a carga exatamente como est apresentado na figura 15.

A corrente de carga passa pela bobina primria do TC. Portanto para que o TC no produza queda de tenso e seu consumo de energia seja insignificante, sua bobina primria deve ter: fios grossos, para que sua resistncia eltrica seja bem pequena; poucas espiras, para que sua reatncia seja a menor possvel.. Note que, como a bobina primria do TC est em srie com a carga, sua corrente varia de acordo com a solicitao da mesma. Por isso, o TC deve ser dimensionado para ter bom desempenho para um grau bem variado no valor da corrente. Esta corrente varia desde zero at a mxima corrente de curto-circuito no local da instalao do TC. Os instrumentos ligados no secundrio do TC esto todos em srie. 5. Smbolo e Marca de Polaridade do TC

Para simplificar e evitar desenhar o ncleo magntico e os enrolamentos primrios e secundrios do TC , adota-se convencionalmente o smbolo abaixo:

O modo como as bobinas primria e secundrias esto enroladas no ncleo, so simbolicamente expressas pelas marcas de polaridade como indica a figura 16.

6.

Relao de Transformao do TC 5

Dentro da preciso requerida, considera-se o TC um transformador operando dentro das caractersticas ideais. Deste modo, vale a lei similar Lei de Ohm, aplicada a circuitos eletromagnticos. Isto e: Fp - Fs = R onde: Fp Fora magnetomotriz da bobina primria do TC . (1.6.1)

REs

Relutncia do circuito magntico do ncleo do TCFora magnetomotriz da bobina secundria do TC. Fluxo magntico no ncleo do TC. Desenvolvendo a equao 1.6.1, tem-se:

N pIp NsIs =R

(1.6.2)

Supondo o transformador ideal, a sua relutncia magntica vale zero.

Define-se a relao de transformao do TC, como sendo o termo designado pela expresso

Como os equipamentos de proteo so padronizados para 5A, as relaes de transformao do TC so convencionalmente denotadas por X/5A, como mostra a figura 17. 6

Assim, pela P-EB-251 da ABNT, as correntes primrias do TC so de 5 10 15, 20, 25, 30 40 50 60 75 100, 125, 150, 200 250 300 400 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000,4000, 5000, 6000 e 8000A. Os valores sublinhados so os usados segundo a norma ANSI (American National Standard Institute.).7. Transformador de Corrente de Alta Reatncia. So transformadores de corrente que tem a bobina primria enrolada sobre o seu ncleo magntico. Ver figura 18.

Para melhorar a sensibilidade e a qualidade do TC, a sua bobina primria enrolada. Isso aumenta a sua fora magntomortriz. Pelas normas, o TC de alta reatncia de disperso conhecido como: 7.1 Transformador de Corrente de Baixa Reatncia. Devido alta corrente primria, a bobina do fio grande, ficando impraticvel construtivamente fazer espiras no ncleo do TC. Deste modo , o primrio apenas uma barra que transpassa o ncleo do TC. Ver figura19.

Este TC tambm conhecido como tipo Bucha. o mesmo principio usado no TC de medio tipo alicate. Neste caso , a relao de transformao vale Ns/1. O secundrio enrolado com muitas espiras para produzir o mximo acoplamento possvel, diminuindo consideravelmente a reatncia de disperso. 8. Circuito do transformador de Corrente. Os transformadores de corrente, de um modo geral, podem ser representados eletricamente atravs do 7

esquema da Fig. 8.18, em que as resistncia e reatncia primrias esto definidas como R1 e X1, as resistncia e reatncia secundrias esto definidas como R2 e X2 e o ramo magnetizante est caracterizado pelos seus dois parmetros, isto , a resistncia R , que responsvel pelas perdas hmicas, atravs das correntes de histerese e de Foucault, desenvolvidas na massa do ncleo de ferro com a passagem das linhas de fluxo magntico, e X responsvel pela corrente reativa devido circulao das mesmas linhas de fluxo no circuito magntico.

Fig. 20

Atravs do esquema da Fig. 18, pode-se descrever resumidamente o funcionamento de um transformador de corrente. Uma determinada carga absorve da rede uma certa corrente Ip que circula no enrolamento primrio do TC, cuja impedncia (Z1= R1 + jXi) pode ser desconsiderada. A corrente que circula no secundrio do TC, Is provoca uma queda de tenso na sua impedncia interna (Z2 = R2 + jX2) e na impedncia da carga conectada (Zc= Rc + jXc) que afeta o fluxo principal, exigindo uma corrente magnetizante Ie diretamente proporcional. A impedncia do primrio no afeta a exatido do TC. Ela apenas adicionada impedncia do circuito de alimentao. O erro do TC resultante essencialmente da corrente que circula no ramo magnetizante, isto , 1e. simples entender que a corrente secundria Is somada corrente magnetizante Ie deve ser igual corrente que circula no primrio, ou seja : p = e + s Considerando um TC de relao 1:1, para que a corrente secundria reproduzisse fielmente a corrente do primrio, seria necessrio que Ip = ls . Como no , a corrente que circula na carga no corresponde exatamente corrente do primrio, ocasionando assim o erro do TC. Quando o ncleo entra em saturao, exige uma corrente de magnetizao muito elevada, deixando de ser transferida para a carga Zc, provocando assim um erro de valor considervel na medida secundria. 8.1 Corrente de Magnetizao

a corrente que circula no enrolamento primrio do TC como consequncia do fluxo magnetizante do ncleo. A curva de magnetizao dos TCs fornecida pelos fabricantes permite que se calcule, entre outros fatores, a tenso induzida no secundrio e a corrente magnetizane correspondente.

Fig. 21

A corrente de magnetizao varia para cada TC, devido no-linealidade magntica dos materiais de que so construdos os ncleos. Assim, medida que cresce a corrente primria, a corrente de magnetizao no cresce proporcionalmente. Esta caracterstica que vai definir a utilizao do TC; proteo ou medio. A corrente de magnetizao pode ser dada atravs da equao abaixo e representa menos de 1% 8

aproximadamente da corrente primria, para o TC em operao normal. Ie = K x H(mA) ,sendo H fora de magnetizao, em mA/m; K valor que depende do comprimento do caminho magntico e do numero de espiras, cuja ordem de gandeza depende da tabela;

8.2 Tenso no ponto de Joelho O desempenho de um TC pode ser determinado medindo-se a corrente de magnetizao para vrios valores de fora eletromotriz induzida no secundrio. O processo de classificao de TCs pela tenso no ponto de joelho (tpj) popularizou-se na Europa e tem muitos adeptos nos Estados Unidos. A tpj define o limite superior da regio aproximadamente linear da caracterstica de saturao do transformador. A tpj definida no esquema abaixo.

Fig.22

A tpj a tenso acima da qual um acrscimo de 10% na tenso com o outro enrolamento em circuito aberto provoca um aumento de 50% na corrente de excitao. Para evitar a saturao necessrio apenas selecionar um TC com a tpj acima da tenso secundria mxima que possa ocorrer. Esta tenso simplesmente o produto da mxima corrente de falta (referida ao secundrio do TC) e a impedncia da carga secundria (incluindo a resistncia dos condutores e do secundrio do TC). Quando o TC alimenta rels de alta velocidade ,tais como rels de distncia, deve-se tambm evitar saturao por DC. Escolhendo um TC, cuja tpj duas vezes a necessria para evitar saturao por CA, reduz-se significantemente a probabilidade de ocorrer operao retardada de rel devido saturao por DC.

9

9.

Erros dos Transformadores de Corrente

So dois ,o erro de transformao e o erro de mudana de fase. Estes erros so obtidos verificando a relao entre as relaes nominais e real. As relaes nominais so as relaes entre a corrente primria e secundria para o qual o TC foi projetado, e indicado pelo fabricante. As reais so as obtidas atravs de medidas da corrente primria e secundria . Essa diferena se deve influencia do material ferromagntico de que construdo o ncleo do TC. 9.1 Erro de Relao de Transformao aquele que registrado na medio de corrente com TC, onde a corrente primria no corresponde exatamente ao produto da corrente lida no secundrio pela relao de transformao nominal. Os erros nos TC so devidos basicamente corrente do ramo magnetizante. A impedncia do enrolamento primrio no exerce nenhum efeito sobre o erro do TC, representando apenas uma impedncia srie no circuito do sistema em que est instalado, cujo valor pode ser considerado desprezvel . A representao do TC aps estas consideraes pode ser dada pela figura 23 abaixo:

O erro pode ser calculado pela seguinte equao: FCRr = Is + Ie onde Is Is corrente sec., de carga, em A; Ie- corrente de exitao referida ao sec. ,em A. O valor de Ie pode ser obtido atravs do grfico de saturao do TC. O fator de coreo de relao relativo tambm pode ser definido corno sendo aquele que deve ser multiplicado pela relao de transformao de corrente nominal, RTC, para se obter a verdadeira ralao de transformao, isto , sem erro, ou seja: CR r= RTCr (1) RTC onde RTCr. relao de transformao de corrente real; RTC relao de transformao de corrente nominal. Finalmente, o erro de relao pode ser calculado percentualmente atravs da equao (2):

p = RTCIp corrente primria que circula no TC.

x Is IP x 100(%) Ip

(2) onde

O erro da relao tambm pode ser expresso pela equao (3), ou seja:

p = (100

FCrp,)(%)

(3)

Sendo FCRp o fator de correo de relao percentual, dado pela equao(4): FCRp = RTCr x 100(%) (4) RTC Os valores percentuais de FCRp, podem ser ,tambm encontrados nos trs grficos, figuras 24,25e26, 10

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

11

9.2 Erro de ngulo de Fase o angulo () que mede a defasagem entre a corrente vetorial primria e o inverso da corrente vetorial secundria de um TC , como se v no diagrama fasorial :

Para qualquer fator de correo de relao (FCRp) conhecido de um TC, os valores limites positivos e negativos do ngulo de fase em minutos podem ser expressos pela equao: =2.600 x (FCRp FCTp) onde FCTp fator de correo da percentual. Este fator deve ser usado para corrigir as leituras obtida por aparelhos de medio ligado aos terminais do TC, tendo efeito combinado do ngulo de fase e do FCRp ; os valores lidos so multiplicados por este fator. A relao entre o angulo de fase e o fator de correo obtido dos grficos de exatido das figuras 24,25 e26, extraidos da NBR6856/81- Transformadores de corrente- Especificao. dessa equao que so elaborados os grficos de exatido mencionados, fazendo-se variar os valores de FCRp e fixando os quatro valores de FCTp para cada classe de exatido. Assim, para o grfico da figura 26 referente classe de exatido 0,6 , 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, ento, o FCRp, obtm-se os valores negativos e positivos do ngulo em minutos. 9.3 Classe de Exatido Define o erro esperado do TC levando em conta o erro de relao e o erro da defasamento entre as correntes primrias e secundrias. Um TC para servio de medio est dentro de sua classe de exatido nominal, nas condies especificadas, quando nestas condies os pontos determinados pelo fator de relao e pelo ngulo de fase estiverem dentro dos paralelogramos das figuras 24,25 e 26. Os TC para servio de medio so enquadrados nas classes 0,3 0,6 1,2. A classe 3 aplicada a rels de ao direta. Esta classe no tem limitao de erro de ngulo de fase e seu FCTp deve situar-se entre 103 e 97 % para que possa ser considerado dentro de sua classe de exatido. Como o erro de um TC depende da corrente primria, para se determinar a sua classe de exatido , a NBR 6856/81 especifica que sejam realizados dois ensaios que correspondem, respectivamente, os valores de 10% e 100% da corrente nominal. Obs.: Quanto maior for a corrente primria, menor ser o erro de relao permitido paro o TC. 9.3.1 Classe de Exatido do TC pela ANSI Pela ANSI, define-se o erro do TC, pela limitao da mxima tenso que pode aparecer no secundrio do TC no instante da mxima corrente de curto-circuito, de acordo com o seu fator de sobrecorrente. Ou seja, a mxima tenso no secundrio do TC para urna corrente no primrio de 20 Ip nominal para que o erro no ultrapasse 2,5 ou 10%. A figura 28 mostra os termos desta classe de exatido do TC. Note pela figura 28 que quando o curto-circuito no primrio for 20x , no secundrio do TC a corrente 12

de 20 x 5= 100A. Portanto no secundrio do TC a corrente no pode ultrapassar 100 A, sob pena de exceder o erro de sua classe de exatido.

Pela ANSI antiga, as combinaes possveis das classes de exatido dos TC so dadas pela expresso abaixo;

Por exemplo um TC classe 10H400 um TC de alta reatncia, tal que quando ocorrer um curto-circuito cuja corrente secundria for 20 x 5 A = 100 A, no mximo poder ter no secundrio 400 V, para que o erro devido a saturao do ncleo do TC no ultrapasse 10%. Na moderna ANSI , as letras H e L foram substitudas por T (testd) e C (calculated) .Os TC tipo T devero ser testados para determinar sua impedncia prpria . Os tipos C podem ser calculados j que a impedncia pode ser considerada zero. Por outro lado, s se fabricam com classe 10%, assim no necessrio indicar. Ex: T 200, C100 , etc... 9.3.2 Classe de Exatido pela ABNT A ABNT define a classe de exatido do TC, corno sendo a mxima potncia aparente (VA) consumida pela carga conectada no secundrio para uma corrente nominal no secundrio de 5A. Ver figura 29.

Ou seja, a mxima potncia aparente (VA) que se pode conectar em regime permanente no secundrio do TC, para que durante o mximo curto-circuito limitado pelo seu fator de sobrecarga, o seu erro no ultrapasse o da sua classe de exatido. 13

As combinaes possveis da classe de exatido TC pela ABNT, so dadas pela expresso:

Por exemplo, a nomenclatura do TC-Classe A1OF2OC5O, e explicitada como segue: A TC de alta reatncia 10 Erro admissvel da sua classe de exatido (10%) F Fator de Sobrecorrente 20 20 x IN = 2Ox5A = 1OOA no secundrio C carga no secundrio do TC em VA definido para a corrente nominal IN = 5A do TC. 50 50 VA, carga do TC para uma corrente nominal IN =5A do TC. Examinando a figura 19, pode-se explicitar diversas combinaes expressas por 1. Scarga = ZcargaI = VsIs (1) Scarga = Zcarga5 2 = 25 Zcarga (1.1) Obs.: Fator de sobrecorrente a razo da corrente mxima com a qual um TC para servio de proteo mantm a sua classe de exatido nominal para a sua corrente nominal. Este fator expresso em mltiplos da corrente nominal secundria era empregado na designao antiga da ABNT, assim tnhamos: F5 F5 Classe A F 10 Classe B F10 F20 F15 F20 Na designao moderna ocorreram as seguintes alteraes: 1) O fator de sobre corrente passou a ser padronizado em 20X e assim o mesmo omitido na nova representao. 2) Ao invs da carga nominal em VA, expressa-se a tenso secundria para a corrente total, considerando o fator de sobre corrente de 20X Antiga A1OF2OC5O moderna 10 A20 x 5 x 2 = 10 A200 Z = 50 = 2 5 9.3.3 Equivalncia entre ANSI e ABNT Pode-se analisar as equivalncia pela figura 30

14

Pela ANSI, tem-se a expresso 1 : Vmx = Zcarga.lOO Zcarga = V max 100 Pela ABNT, tem-se a expresso : S carga = Z carga 5 Scarga = 25 Zcarga Substituindo-se a expresso 2 em 4, tem-se: S carga = 25 Vmx 100 (5) Vmx = 4 S carga Note-se que, Vmx foi definido para Is =100A e Scarga para Is = 5A. A expresso (5), faz a equivalncia de TC classe de exatido ANSI para ABNT e vice-versa. Exemplo : Especificar o TC-classe A1OF2OC5O segundo a ANSI. Soluo: S carga = 50VA Vmx =4 Scarga= 4x50= 200 V 1OH2OO ABNT ANSI Antiga Moderna Antiga Moderna A1OF2OC5O 10 A200 10H200 C200 10. Diferena entre TC de Medio e Proteo Os TCs so divididos em dois grupo principais os TC destinados a medio e os destinados a proteo de sistemas . Cada grupo tem sua especificao prpria . Os TCs de medio devem manter o seu erro de sua classe de exatido para correntes de carga na faixa indicada pela expresso 10.1. 0,1 INominal Icarga I Nominal (10.1) Suas classes mais usuais so de 0,3; 0,6 e 1,2%. Isto , os TCs de medio devem manter sua preciso para correntes de carga normal. J os TCs de proteo devem ser precisos at o seu erro aceitvel para corrente de Curto-circuito de 20In. Portanto o ncleo magntico do TC de proteo deve ter seo transversal grande, para no saturar no instante do curto-circuito. Os ncleos magnticos dos TCs de medio so de seo menor que os de proteo , para propositadamente saturarem durante o curto-circuito. Isto benigno, porque a saturao limita o valor da sobretenso aplicada nos equipamentos de medio. Portanto, a saturao uma proteo evitando a perfurao por tenso da isolao dos TCs de medio. Ento, para o TC poder contemplar estas duas caractersticas, o brao do ncleo magntico da bobina secundria de medio deve ser fino, e o brao da bobina secundria de proteo deve ser grosso. Para atender este propsito, pode-se: usar dois TCs, um para medio e outro para a proteo, ou usar um TC com 3 enrolamentos, com brao de medio fino e o brao do enrolamento de proteo grosso, exatamente como est na figura 10.1. (3) (4) (1) (2)

15

10.1 Caractersticas dos TCs para Servio de Medio Os transformadores de corrente para servio de medio devem ser projetados para assegurar a aos aparelhos a que esto ligados (ampermetros, medidores de energia: kWh, kvarh, etc.), durante a ocorrncia de um curto-circuito, que a corrente no secundrio do TC no aumente na mesma proporo da corrente primria. Por efeito de saturao do ncleo magntico, a corrente secundria limitada a valores que no danifiquem os aparelhos, normalmente quatro vezes a corrente nominal. Os transformadores de corrente para medio apresentam as seguintes caractersticas: a) Corrente secundria nominal Normalmente, a corrente nominal secundria dos TCs de 5 A. Em casos especficos, so construdos TCs com corrente nominal igual a 1 A, destinados aferio de medidores ou padro Europeu. b) Corrente primria nominal aquela para a qual o TC foi projetado. Na especificao de um TC deve-se escolher a corrente nominal prxima do valor da corrente de carga mxima do circuito. As correntes nominais padronizadas pela norma esto baseadas na Tabela 10.1.1.

e) Carga nominal aquela que deve suportar, nominalmente, o enrolamento secundrio do TC e na qual esto baseadas as prescries de sua exatido. d) Classe de exatido o valor percentual mximo de erro que o TC pode apresentar na indicao de um aparelho de em condies especificadas em norma. Os TCs so fabricados com as seguintes classes de exatido: 0,2-0,3-0,6 e 1,2. Os TCs de medio para faturamento devem ter classe de exatido 0,3, enquanto os TCs destinados, por exemplo, medio para fins de determinao dos custos com energia eltrica em certos setores de carga elevada de uma indstria podem ter classe de exatido 0,6. J os TCs para uso em instrumentos de indicao das, como, por exemplo, ampermetros, podem ter classe de exatido 1,2. e) Fator trmico o fator pelo qual se deve multiplicar a corrente nominal primria do TC, a fim de se obter uma corrente secundria capaz de ser conduzida permanentemente sem que os limites de elevao de temperatura especificados por norma sejam excedidos e para que sejam mantidos os limites de sua classe de exatido. F.T = Ipmx (em regime permanente) Ipnom. Os valores mais usuais do TC so; 1,0; 1,3; 1,5; e 2,0. Um TC pode operar carregado plenamente e permanentemente at o limite trmico sem prejuzo no desempenho, vida til e nvel de isolao. 16

f) Corrente trmica nominal Conhecida tambm como corrente de curta durao ou limite trmico do TC, a corrente mxima que pode circular no primrio do TC, estando o secundrio em curto-circuito durante o perodo de um segundo, sem que seja excedida a elevao de temperatura especificada por norma. Se a proteo juntamente com o disjuntor demorar um tempo maior que 1 segundo para eliminar o curto-circuito, a sua corrente limite fica determinada pela expresso: Icuto x tdefeito = sendo, tdefeito tempo de abertura de disjuntor Icurto corrente limite de curto-circuito constante que depende das caractersticas do TC g) Corrente dinmica nominal a corrente mxima, valor de crista, que pode circular no primario do TC, estando o secundrio Curtocircuito durante o perodo do primeiro ciclo, sem que disso resulte danos eletromecnicos. h) Polaridade Para os TCs que alimentam aparelhos de medida de energia, de extrema importncia o conhecimento da polaridade, devido necessidade da ligao correta das bobinas desses instrumentos. Diz-se que um TC tem polaridade subtrativa se a corrente que circula no primrio do terminal P 1 para P2 corresponde a uma corrente secundria que circula no instrumento de medida do terminal S1 para o S2. Normalmente, os TCs tm os terminais dos enrolamentos, primrio e secundrio, de mesma polaridade postos em correspondncia. Se, para uma corrente Ip, circulando no primrio de Pl para P2, corresponder uma corrente secundria sentido inverso , diz-se que o TC tem polaridade aditiva. i) Nvel bsico de isolamento a tenso mxima que o TC pode suportar, sem que se tenha comprometimento do verniz do TC no caso de um surto de tenso nos seus terminais. j) Frequncia nominal

As frequncias nominais para as quais os TCs operam, normalmente so de 50 ou 60 Hz. k) Tenso nominal definida como base na classe de tenso de servio no qual o TC ser conectado. Deve-se considerar a tenso mxima de servio. 10.2 Transformadores de Corrente para Servio de Proteo So equipamentos a que devem ser conectados os rels do tipo ao indireta, ou simplesmente rels secundrios. A seguir sero descritas as principais caractersticas dos TCs de proteo. 10.2.1 Classe Os transformadores de corrente, ou simplesmente TCs, destinados a servio de rels, dividem-se em duas classes: a) TCs de classe B So aqueles cujo enrolamento secundrio apresenta uma reatncia que pode ser desprezada. Nessa classe esto enquadrados os TCs com ncleo toroidal, ou simplesmente TCs de bucha. b) TCs de classe A So aqueles cujo enrolamento secundrio apresenta reatncia que no pode ser desprezadas. Nesta classe esto todos os TCs que no se enquadram na classe B. 17

10.2.4 Fator de Sobrecorrente do TC

O fator de sobrecorrente (F.S.) do TC definido pela relao da mxima corrente de curto-circuito que pode passar pelo primrio do TC e a sua corrente primria nominal, para que o erro de sua classe seja mantido. F.S. = Ip mx curto-circuito (10.2.2.1) Ip nominal TC Os erros do Transformador de Corrente para proteo so 2,5% ou de 10%. O valor mais comumente utilizado o de 10%. Os valores mximos das correntes de curto-circuito que podem passar pelo primrio do TC para que o seu erro seja mantido padronizado de acordo com as normas do pas ao qual o sistema eltrico pertence. Os valores do fator de sobrecorrente (F.S.), padronizados so: Pela ANSI F.S.=20 Pela ABNT F.S. = 5,10, 15 e 20. Por exemplo, um TC com relao de Transformao de 600/5 , s pode ser usado em um sistema eltrico, se a mxima corrente de curto-circuito no local da instalao do TC no ultrapassar o valor de: Ipmx 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 seu secundrio menor ou igual que 10%. Construtivamente, o F.S. produz uma limitao no TC quanto ao seu erro produzido pela no linearidade da curva de magnetizao do ncleo. Esta limitao dada pela expresso 10.2.2.2 Icurtocircuito F.S.I pnominal do TC (10.2.2.2) A limitao acima a garantia do TC de no ultrapassar o seu erro de sua classe de exatido. Os erros do TC so expressos por classe de exatido definidos de vrias maneiras de acordo com a norma empregada. 10.3 Classe de Exatido Os TCs para servio de rels devem ser enquadrados em uma das seguintes classes de exatido: classe 5: com erro percentual de 5%;

classe 10: com erro percentual de 10%. Diz-se que um TC est dentro de sua classe de exatido nominal quando, por exemplo, o erro percentual no for superior a 5% para a classe de exatido 5, desde a sua corrente nominal at uma corrente dada pelo produto da corrente nominal pelo fator de sobrecorrente. 10.4 Carga admissvel

a carga mxima admitida no secundrio do TC sem que o erro percentual ultrapasse o valor especificado para a sua classe de exatido. Zc = Vns Imxs Zc carga mxima admitida no secundrio do TC, em Vns tenso nominal secundria do TC, em Ims corrente mxima no secundrio do TC, em A. 18 (10.4.1)

A tenso nominal secundria do TC aquela medida nos terminais da carga ligada a este, quando a corrente secundria igual a 20 vezes a corrente nominal secundria, e na qual o erro de relao de transformao no superior ao valor especificado. A Tabela 11.4 relaciona as cargas dos TCs com as respectivas tenses nominais. Para exemplificar o conceito, considerar o TC 10A400 da Tabela 10.4. A tenso no secundrio quando a corrente igual a 20 vezes a corrente nominal secundria vale:

Vns= Zrts x Ims Zntc = 4 (Tabela 10.4) Ins = 5 A (corrente nominal secundria) Ims=20 X 5= l00A Vns = 4X 100=400V

Os demais fatores usados para os TCs de medio tambm so usados para especificar os TCs para proteo. 10.5 Ensaios e Recebimentos Os ensaies dos transformadores de corrente devem ser executados segundo a NBR 6821 Transformador de corrente Mtodo de ensaio. So os seguintes os ensaios que devem ser realizados nos TCs. 10.5.1 Ensaios de rotina Estes ensaios se destinam a verificar a qualidade e a uniformidade da mo-de-obra e dos materiais empregados na fabricao dos TCs. So os seguintes os ensaios de rotina exigidos pela NBR 6836/81: tenso induzida; tenso suportvel frequncia industrial; descargas parciais; polaridade; exatido; fator de potncia do isolamento; resistncia mecnica presso interna. 10.5.2 Ensaios de tipo Os ensaios de tipo so realizados para se comprovar se um determinado modelo ou tipo de TC capaz de funcionar satisfatoriamente nas seguintes condies especificadas: todos os ensaios especificados anteriormente; resistncia dos enrolamentos; tenso suportvel de impulso atmosfrico; tenso suportvel de impulso de manobra; elevao de temperatura; corrente trmica nominal. 10.5.3 Ensaios especiais Constituem ensaios especiais os seguintes: radiointerferncia (Vn 145 kV); estanqueidade a quente. 19

10. 5 . 4 ESPECIFICAO SUMRIA A especificao de um transformador de corrente implica o conhecimento prvio do emprego deste equipamento: para servio de medio ou de proteo. No caso de transformadores de corrente para servio de medio, necessrio se determinar a carga que ser acoplada ao seu secundrio. No caso de os transformadores destinados ao servio de proteo, necessrio se conhecer, alm da carga dos aparelhos que sero ligados ao seu secundrio, as condies transitrias das correntes de defeito. De urna forma geral, na especificao de um transformador de corrente deve-se explicitar: destinao (medio ou proteo): uso (interior ou exterior); classe de exatido; classe (para TCs de proteo); classe de tenso; nmero de enrolamentos secundrios; fator trmico; carga nominal; relao de transformao; nvel de isolamento; tenses suportveis frequncia industrial e a impulso atmosfrico; tipo: encapsulado em epxi ou imerso em lquido isolante. 11. Abrindo o Secundrio do TC No TC a carga do circuito que impe a Icarga que passa pelo primrio do TC. Com o TC funcionando normalmente com carga, ou com o seu secundrio em curto-circuito, vale a equao geral (11.1): NpIp - NsIs = onde: p = carga Quando o secundrio abre, Is = 0, e a equao (10.1) fica: Npcarga - Ns.0= NpIcarga = (11.2) (11.1)

Note que neste caso o termo Npcarga fica fixo (constante), porque a carga no circuito no mudou. Assim o valor i aumenta para ficar como mesmo valor Np.carga . Assim o fluxo magntico () dentro do ncleo enorme, entrando na regio da saturao do TC, provocando distoro na sua onda de fluxo. A relutncia tambm muda, porque ela depende da permeabilidade do material do ncleo, como indica a expresso 10.3 = L (11.3) A onde: L = comprimento mdio do ncleo do material ferromagntico do TC. A = rea da seco transversal do ncleo do TC. = permeabilidade do material ferromagntico do qual construdo o TC. Neste caso, a permeabilidade obtida na regio de saturao do ncleo do TC, figura 11.1. 20

No caso a permeabilidade fica com valor muito pequeno, fazendo aumentar o valor da relutncia . Deste modo o fluxo magntico , cresce de modo a satisfazer a expresso 11.2. O fluxo magntico (t), a corrente primria Ip(t) e a tenso na figura 11.2.

es (t) induzida no secundrio do TC, esto

Figura 11.2 Diagrama das ondas de , Ip e es do TC Este excessivo aumento do fluxo magntico no ncleo do TC, causa os seguintes efeitos: a) excessivas perdas por histerese e correntes parasitas no ncleo do TC, aquecendo-o rapidamente, e queimando o TC; b) produo de elevadas tenses no terminal secundrio do TC, perfurando sua isolao e produzindo elevados riscos no sistema e na segurana humana. A tenso induzida no secundrio do TC depende da taxa de variao do fluxo magntico concatenado. Seu valor obtido pela expresso 10.4. (11.4) dt Pela figura 11.2, verifica-se que o fluxo magntico devido a saturao no senoidal, produzindo deste modo uma onda de tenso es (t) distorcida. No ponto de alternncia, a variao do fluxo magntico (t) grande, produzido tenses elevadas no secundrio do TC. Estas tenses induzidas geralmente so maiores que o nvel de isolamento do TC, perfurando-o.

es (t) = Ns d(t)

21

Biografia

1. 2. 3. 4.

Joo Memede Filho, Manual de Equipamentos Eltricos. Joo Memede Filho, Instalaes Eltricas. Geraldo Kindedermann, Proteo de Sistemas Eltricos de Potncia Vol.1. Apostila, Laboratrio de Proteo UCP.

22

ndice

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 7.1 8. 8.1 8.2 9. 9.1 9.2 9.3 9.3.1 9.3.2 9.3.3 10. 10.1 10.2 10.2.3 10.2.4 10.3 10.4 10.5 10.5.1 10.5.2 10.5.3 10.5.4 11. 12.

Introduo....................................................................... ...01 Transformadores de Corrente......................................... ...01 Caractersticas Construtivas........................................... ...01 Ligao do Transformador de Corrente.......................... ..05 Smbolo e Marca de Polaridade.........................................05 Relao de Transformao do TC .....................................06 Transformador de Corrente de Alta Reatncia............... ..07 Transformador de Corrente de Baixa Reatncia................07 Circuito do Transformador de Corrente ......................... ..08 Corrente de Magnetizao.................................. ...............08 Tenso no ponto de Joelho .............................................. .09 Erros dos Transformadores de corrente .......................... .10 Erro de Relao de Transformao ................................. .10 Erro de ngulo de Fase................................................... ..12 Classe de Exatido ............................................................12 Classe de Exatido do TC pela ANSI ............................. .12 Classe de Exatido pala ABNT........................................ .13 Equivalncia entre ANSI e ABNT................................... .14 Diferena entre TC de Medio e Proteo..................... .15 Caractersticas dos TCs para Servio de Medio........... .16 TCs para Servio de Proteo............................................17 Classes...............................................................................17 Fator de Sobrecorrente do TC ..........................................18 Classe de Exatido.............................................................18 Carga admissvel................................................................18 Ensaios de Recebimentos.................................................. 19 Ensaios de rotina................................................................19 Ensaios de tipo ..................................................................19 Ensaios especiais................................................................19 Especificao Sumria.......................................................20 Abrindo o Secundrio do TC ............................................20 Biografia.............................................................................22

23

24