Um transformador de corrente (TC ou CT para abreviar) é um transformador usado para aumentar ou diminuir uma corrente alternada (CA). Produz uma corrente no enrolamento secundário proporcional à corrente no primário.
Os transformadores de corrente, juntamente com os transformadores de tensão ou potencial, fazem parte dos transformadores de instrumento. Os transformadores de instrumentos reduzem os sinais de corrente e tensão, respectivamente, para valores padronizados que podem ser conectados às entradas de instrumentos de medição e relés de proteção. Os transformadores de instrumentos isolam e protegem os equipamentos de medição e proteção dos altos níveis de tensão do sistema primário. Um transformador de corrente fornece uma corrente no secundário que é exatamente proporcional à corrente que flui em seu primário. O transformador de corrente gera uma carga insignificante no circuito primário.[1].
Transformadores de corrente são unidades que medem corrente em sistemas de energia e são utilizados em usinas de geração, subestações elétricas e na distribuição de energia elétrica industrial e comercial.
Operação
Um transformador de corrente possui um enrolamento primário, um núcleo (ar ou material magnético) e um enrolamento secundário. Embora os princípios físicos sejam os mesmos, os detalhes de um transformador de “corrente” e de um transformador de “tensão” são diferentes devido aos requisitos de sua aplicação. Um transformador de corrente é projetado para manter uma relação precisa entre as correntes em seus circuitos primário e secundário em uma faixa específica.
A corrente alternada no enrolamento primário produz um campo magnético variável no tempo no núcleo, que por sua vez induz uma corrente alternada no enrolamento secundário. O circuito primário não é afetado pela conexão do CT. A precisão do transformador de corrente depende do acoplamento que existe entre o primário e o secundário; Isto garante que a corrente secundária seja proporcional à corrente primária em uma faixa de corrente mais ampla. A corrente no secundário é a corrente no primário (assumindo uma única espira primária) dividida pelo número de espiras do enrolamento secundário. Na ilustração à direita, 'I' é a corrente no primário, 'B' é o campo magnético, 'N' é o número de voltas no secundário e 'A' é um amperímetro CA.
transformadores de corrente
Introdução
Em geral
Um transformador de corrente (TC ou CT para abreviar) é um transformador usado para aumentar ou diminuir uma corrente alternada (CA). Produz uma corrente no enrolamento secundário proporcional à corrente no primário.
Os transformadores de corrente, juntamente com os transformadores de tensão ou potencial, fazem parte dos transformadores de instrumento. Os transformadores de instrumentos reduzem os sinais de corrente e tensão, respectivamente, para valores padronizados que podem ser conectados às entradas de instrumentos de medição e relés de proteção. Os transformadores de instrumentos isolam e protegem os equipamentos de medição e proteção dos altos níveis de tensão do sistema primário. Um transformador de corrente fornece uma corrente no secundário que é exatamente proporcional à corrente que flui em seu primário. O transformador de corrente gera uma carga insignificante no circuito primário.[1].
Transformadores de corrente são unidades que medem corrente em sistemas de energia e são utilizados em usinas de geração, subestações elétricas e na distribuição de energia elétrica industrial e comercial.
Operação
Um transformador de corrente possui um enrolamento primário, um núcleo (ar ou material magnético) e um enrolamento secundário. Embora os princípios físicos sejam os mesmos, os detalhes de um transformador de “corrente” e de um transformador de “tensão” são diferentes devido aos requisitos de sua aplicação. Um transformador de corrente é projetado para manter uma relação precisa entre as correntes em seus circuitos primário e secundário em uma faixa específica.
A corrente alternada no enrolamento primário produz um campo magnético variável no tempo no núcleo, que por sua vez induz uma corrente alternada no enrolamento secundário. O circuito primário não é afetado pela conexão do CT. A precisão do transformador de corrente depende do acoplamento que existe entre o primário e o secundário; Isto garante que a corrente secundária seja proporcional à corrente primária em uma faixa de corrente mais ampla. A corrente no secundário é a corrente no primário (assumindo uma única espira primária) dividida pelo número de espiras do enrolamento secundário. Na ilustração à direita, 'I' é a corrente no primário, 'B' é o campo magnético, 'N' é o número de voltas no secundário e 'A' é um amperímetro CA.
Os transformadores de corrente geralmente consistem em um núcleo toroidal feito de aço silício, com muitas voltas de fio de cobre enroladas nele, conforme mostrado na ilustração à direita. O condutor que transporta a corrente primária passa pelo orifício do TC. Neste caso, a bobina primária do TC possui uma única espira. O enrolamento primário pode fazer parte do transformador de corrente; por exemplo, uma barra de cobre para transportar corrente através do núcleo. Também são muito comuns os transformadores de corrente do tipo janela, que podem ter fios de circuito passando pelo meio de uma abertura no núcleo para fornecer um enrolamento primário de volta única. Para aumentar a precisão, o condutor primário deve estar centralizado na abertura.
Os transformadores de corrente são especificados pela sua relação de corrente entre primário e secundário. Por convenção, a corrente nominal secundária é igual a 1 ou 5 amperes. Por exemplo, um TC com uma relação de 4.000:5 A terá uma corrente de saída de 5 A quando 4.000 A passam pela bobina primária. Esta relação também é utilizada para encontrar a impedância ou tensão de um lado do transformador, tendo um valor adequado do outro lado. Para o TC 4000:5, a impedância secundária pode ser calculada como e a tensão secundária pode ser encontrada como. A impedância do secundário refletida no lado primário é encontrada como Para refletir a impedância, basta multiplicar o valor da impedância secundária inicial pela relação de corrente. O enrolamento secundário de um TC pode ter diversas derivações para fornecer diversas relações de corrente. Normalmente os TCs têm 5 derivações, sendo cinco derivações comuns.[1].
Os transformadores de corrente podem ser fabricados em diferentes formatos e tamanhos dependendo das necessidades do usuário final. Os transformadores de corrente de baixa tensão são fabricados em formato de anel em uma caixa moldada de plástico.
Os transformadores de corrente de núcleo dividido consistem em um núcleo dividido em duas partes ou um núcleo com seção removível. Estes transformadores podem ser instalados sem a necessidade de desconectar ou desligar o condutor a ser medido. Os transformadores de corrente de núcleo dividido são usados principalmente em instrumentos de medição de baixa corrente, normalmente dispositivos portáteis operados por bateria (veja a ilustração abaixo à direita).
Usar
Os transformadores de corrente são usados principalmente para medir corrente e monitorar a operação da rede elétrica.
Os transformadores de corrente de alta tensão são instalados em isoladores de polímero ou porcelana para isolá-los do solo. Alguns transformadores de corrente estão localizados na bucha de um transformador ou chave de alta tensão, que centraliza automaticamente o condutor dentro da janela do TC.
Os transformadores de corrente podem ser montados nos terminais de baixa ou alta tensão de um transformador de potência. Às vezes, uma seção do barramento é removida para instalar um transformador de corrente.
É muito comum encontrar vários transformadores de corrente juntos. Por exemplo, dispositivos de proteção e medição podem utilizar transformadores de corrente separados para isolar os circuitos de medição e proteção e permitir transformadores de corrente com diferentes características (classe de precisão, capacidade de carga) exigidas por tais dispositivos.
A carga conectada ao transformador de corrente não deve ultrapassar a carga especificada pelo fabricante, para evitar que a tensão secundária ultrapasse os limites do transformador de corrente para o qual foi projetado. Também não se deve ultrapassar a corrente nominal do primário para que o núcleo não entre na sua região não linear e sature “Saturação (magnetismo)”). Isso ocorreria perto do final da primeira metade de cada metade (positiva e negativa) da onda senoidal CA no primário e afetaria a precisão.[1].
Segurança
Os transformadores de corrente são frequentemente usados para monitorar altas correntes ou correntes em altas tensões. As normas técnicas são utilizadas para garantir a segurança das instalações que utilizam transformadores de corrente.
O secundário de um transformador de corrente não deve ser desconectado de sua carga enquanto houver corrente no primário, pois o enrolamento secundário tentará gerar uma corrente até ultrapassar sua rigidez dielétrica, colocando em risco a segurança da operação. Esta tensão induzida pode atingir vários kV causando um arco elétrico. Exceder a tensão secundária também pode afetar a precisão do transformador ou até mesmo destruí-lo. Energizar um transformador de corrente com um circuito secundário aberto é o mesmo que energizar um transformador de tensão com um circuito secundário em curto. No primeiro caso, o secundário tentará produzir uma tensão infinita e no segundo caso, o secundário tentará produzir uma corrente infinita. Ambos os cenários podem ser perigosos, danificando o transformador.[1].
Precisão
A precisão de um TC é afetada por vários fatores, como:
A norma IEC 61869-1 determinou que as classes de precisão dos transformadores de corrente são 0,1, 0,2s, 0,2, 0,5, 0,5s, 1 e 3, dependendo da carga e da precisão da medição necessária. A classe de precisão é uma medida aproximada da precisão do TC. Por exemplo, o erro de relação (entre a corrente primária e a corrente secundária) de um TC com classe 1 é de 1% com a corrente nominal; enquanto o erro de relação é de 0,5% para um TC com classe de precisão 0,5. O erro de mudança de fase também é importante para medições de potência. Cada classe tem um erro de desvio permitido para uma carga específica.[1].
Os transformadores de corrente usados para proteção têm requisitos especiais de precisão porque precisam medir correntes muito mais altas que as normais para garantir a operação do relé durante faltas no sistema. De acordo com a classificação de precisão ASA, um transformador de corrente classificado com classe de precisão 2,5L400 é aquele que tem uma relação de corrente primária para secundária de 20 vezes (normalmente 5 A X 20 = 100) e queda de 400 V, com uma precisão de 2,5%.
Padrões
Dependendo das necessidades do cliente, os transformadores de corrente são projetados sob dois padrões principais. O padrão IEC 61869-1 (anteriormente IEC 60044-1) e o padrão IEEE C57.13 (ANSI).[1][2].
Encontre mais "transformadores de corrente" nos seguintes países:
[1] ↑ a b c d e f Donald G. Fink, H. Wayne Beatty (ed), Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition, Mc-Graw Hill,1978, 0-07-020974-X, pp. 10-51 - 10-57.
Os transformadores de corrente geralmente consistem em um núcleo toroidal feito de aço silício, com muitas voltas de fio de cobre enroladas nele, conforme mostrado na ilustração à direita. O condutor que transporta a corrente primária passa pelo orifício do TC. Neste caso, a bobina primária do TC possui uma única espira. O enrolamento primário pode fazer parte do transformador de corrente; por exemplo, uma barra de cobre para transportar corrente através do núcleo. Também são muito comuns os transformadores de corrente do tipo janela, que podem ter fios de circuito passando pelo meio de uma abertura no núcleo para fornecer um enrolamento primário de volta única. Para aumentar a precisão, o condutor primário deve estar centralizado na abertura.
Os transformadores de corrente são especificados pela sua relação de corrente entre primário e secundário. Por convenção, a corrente nominal secundária é igual a 1 ou 5 amperes. Por exemplo, um TC com uma relação de 4.000:5 A terá uma corrente de saída de 5 A quando 4.000 A passam pela bobina primária. Esta relação também é utilizada para encontrar a impedância ou tensão de um lado do transformador, tendo um valor adequado do outro lado. Para o TC 4000:5, a impedância secundária pode ser calculada como e a tensão secundária pode ser encontrada como. A impedância do secundário refletida no lado primário é encontrada como Para refletir a impedância, basta multiplicar o valor da impedância secundária inicial pela relação de corrente. O enrolamento secundário de um TC pode ter diversas derivações para fornecer diversas relações de corrente. Normalmente os TCs têm 5 derivações, sendo cinco derivações comuns.[1].
Os transformadores de corrente podem ser fabricados em diferentes formatos e tamanhos dependendo das necessidades do usuário final. Os transformadores de corrente de baixa tensão são fabricados em formato de anel em uma caixa moldada de plástico.
Os transformadores de corrente de núcleo dividido consistem em um núcleo dividido em duas partes ou um núcleo com seção removível. Estes transformadores podem ser instalados sem a necessidade de desconectar ou desligar o condutor a ser medido. Os transformadores de corrente de núcleo dividido são usados principalmente em instrumentos de medição de baixa corrente, normalmente dispositivos portáteis operados por bateria (veja a ilustração abaixo à direita).
Usar
Os transformadores de corrente são usados principalmente para medir corrente e monitorar a operação da rede elétrica.
Os transformadores de corrente de alta tensão são instalados em isoladores de polímero ou porcelana para isolá-los do solo. Alguns transformadores de corrente estão localizados na bucha de um transformador ou chave de alta tensão, que centraliza automaticamente o condutor dentro da janela do TC.
Os transformadores de corrente podem ser montados nos terminais de baixa ou alta tensão de um transformador de potência. Às vezes, uma seção do barramento é removida para instalar um transformador de corrente.
É muito comum encontrar vários transformadores de corrente juntos. Por exemplo, dispositivos de proteção e medição podem utilizar transformadores de corrente separados para isolar os circuitos de medição e proteção e permitir transformadores de corrente com diferentes características (classe de precisão, capacidade de carga) exigidas por tais dispositivos.
A carga conectada ao transformador de corrente não deve ultrapassar a carga especificada pelo fabricante, para evitar que a tensão secundária ultrapasse os limites do transformador de corrente para o qual foi projetado. Também não se deve ultrapassar a corrente nominal do primário para que o núcleo não entre na sua região não linear e sature “Saturação (magnetismo)”). Isso ocorreria perto do final da primeira metade de cada metade (positiva e negativa) da onda senoidal CA no primário e afetaria a precisão.[1].
Segurança
Os transformadores de corrente são frequentemente usados para monitorar altas correntes ou correntes em altas tensões. As normas técnicas são utilizadas para garantir a segurança das instalações que utilizam transformadores de corrente.
O secundário de um transformador de corrente não deve ser desconectado de sua carga enquanto houver corrente no primário, pois o enrolamento secundário tentará gerar uma corrente até ultrapassar sua rigidez dielétrica, colocando em risco a segurança da operação. Esta tensão induzida pode atingir vários kV causando um arco elétrico. Exceder a tensão secundária também pode afetar a precisão do transformador ou até mesmo destruí-lo. Energizar um transformador de corrente com um circuito secundário aberto é o mesmo que energizar um transformador de tensão com um circuito secundário em curto. No primeiro caso, o secundário tentará produzir uma tensão infinita e no segundo caso, o secundário tentará produzir uma corrente infinita. Ambos os cenários podem ser perigosos, danificando o transformador.[1].
Precisão
A precisão de um TC é afetada por vários fatores, como:
A norma IEC 61869-1 determinou que as classes de precisão dos transformadores de corrente são 0,1, 0,2s, 0,2, 0,5, 0,5s, 1 e 3, dependendo da carga e da precisão da medição necessária. A classe de precisão é uma medida aproximada da precisão do TC. Por exemplo, o erro de relação (entre a corrente primária e a corrente secundária) de um TC com classe 1 é de 1% com a corrente nominal; enquanto o erro de relação é de 0,5% para um TC com classe de precisão 0,5. O erro de mudança de fase também é importante para medições de potência. Cada classe tem um erro de desvio permitido para uma carga específica.[1].
Os transformadores de corrente usados para proteção têm requisitos especiais de precisão porque precisam medir correntes muito mais altas que as normais para garantir a operação do relé durante faltas no sistema. De acordo com a classificação de precisão ASA, um transformador de corrente classificado com classe de precisão 2,5L400 é aquele que tem uma relação de corrente primária para secundária de 20 vezes (normalmente 5 A X 20 = 100) e queda de 400 V, com uma precisão de 2,5%.
Padrões
Dependendo das necessidades do cliente, os transformadores de corrente são projetados sob dois padrões principais. O padrão IEC 61869-1 (anteriormente IEC 60044-1) e o padrão IEEE C57.13 (ANSI).[1][2].
Encontre mais "transformadores de corrente" nos seguintes países:
[1] ↑ a b c d e f Donald G. Fink, H. Wayne Beatty (ed), Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition, Mc-Graw Hill,1978, 0-07-020974-X, pp. 10-51 - 10-57.