Transformadores de Corrente (TCs)
Transformadores de corrente (TCs) são instrumentos elétricos especializados utilizados para medição e monitoramento de corrente alternada (CA) ou detecção de níveis elevados de corrente em sistemas de energia. Esses instrumentos desempenham uma função essencial para garantir a proteção e permitir aplicações de medição precisas. Ao reduzir efetivamente os altos valores de corrente a um nível padronizado, os TCs garantem a execução segura das medições e permitem a operação adequada dos dispositivos interligados no sistema.
O enrolamento primário consiste em uma única volta de grande área de seção transversal conectada em série com o condutor condutor de alta corrente. O enrolamento secundário compreende muitas voltas de pequena área de seção transversal. A bobina secundária é conectada a um amperímetro normal para medições de corrente.
Princípio de funcionamento do transformador de corrente
Os transformadores de corrente utilizam o princípio da indução eletromagnética para funcionar de forma eficaz. Esses dispositivos consistem em dois elementos vitais: enrolamento primário e secundário. O enrolamento primário é interligado em série com o circuito de alta corrente, gerando um campo magnético proporcional à corrente que flui.
Em contrapartida, o enrolamento secundário está ligado a dispositivos utilizados para medir ou fornecer proteção. É intencionalmente projetado com um número de voltas distinto em relação ao enrolamento primário, estabelecendo a relação de transformação. Consequentemente, o enrolamento secundário gera uma corrente que reflete com precisão a proporcionalidade da corrente primária.
Os transformadores de corrente são basicamente transformadores elevadores que aumentam a tensão e diminuem a corrente no enrolamento secundário.
Para transformadores, a relação entre as correntes secundária e primária é igual à razão de espiras nos enrolamentos primário e secundário, conforme dado por:
No caso do transformador de corrente, a relação de espiras é bastante elevada e, portanto, a relação entre as correntes secundária e primária é significativamente alta.
As relações CT são geralmente da ordem de 500:2, 200:1. A relação do TC 500:2 implica a conversão de corrente primária de 500A para corrente secundária de 2A.
Tipos de transformador de corrente
Os transformadores de corrente possuem diferentes variações de acordo com o tipo de construção e isolamento. Eles são classificados em duas grandes categorias: tipos internos e externos.
Transformador de corrente interno
Os transformadores de corrente internos são usados em ambientes internos e podem ser divididos em três tipos principais com base na construção:
1: Barra Tipo CT
Esses transformadores de corrente utilizam barras metálicas como enrolamento primário e, portanto, são chamados de transformadores de corrente tipo barra.
2: CT tipo slot/janela/anel
Esses transformadores de corrente têm formato oco e o condutor primário é colocado do avesso nesta abertura:
3: CT tipo núcleo dividido
É um tipo especial de transformador de corrente que pode ser dividido em duas partes. Este tipo de arranjo pode proporcionar fácil acesso para abrir a estrutura e os enrolamentos.
3: CT do tipo de ferida
Os enrolamentos primários desses transformadores de corrente são enrolados em torno do núcleo central. O número de voltas deve ser qualquer número maior que um.
Os transformadores de corrente internos também podem ser divididos com base no isolamento; estes incluem transformadores de corrente isolados com fita e transformadores de corrente isolados com resina fundida.
Transformador de corrente externo
Os transformadores de corrente externos são instalados ao ar livre e podem ser divididos com base no seu princípio de funcionamento. Por serem ao ar livre, requerem isolamento e resfriamento para seu funcionamento. Principalmente, o óleo do transformador é usado como meio de isolamento. Os transformadores de corrente a óleo são ainda classificados conforme abaixo:
1: Tanque Vivo Tipo CT
Tanque ativo significa que o tanque do CT é mantido na tensão do sistema. O ponto de gravidade está localizado na altura.
2: Tanque Morto Tipo CT
Tanque morto significa que o tanque do CT é mantido no potencial de terra. O ponto de gravidade é mais baixo do que nos CTs de tanques Live.
Transformador de corrente de medição
Esses transformadores de corrente são usados apenas para fins de medição e indicação. Os transformadores de corrente do tipo medição são projetados para precisão nas funções de medição dentro da corrente nominal. Assim que a corrente excede os limites nominais, os TCs de medição ficam saturados para limitar qualquer corrente adicional nele. Entretanto, os TCs de medição possuem valores de carga mais baixos quando comparados aos transformadores de corrente de proteção. Uma classe de medição CT é representada principalmente por três parâmetros.
Esses parâmetros incluem precisão, classe de medição e carga do transformador de corrente. Abaixo do CT tem 0,3% de limite de erro, classe de medição denotada por ‘B’ e carga de 0,9 Ω.
Transformador de corrente de proteção
Esses transformadores de corrente são usados apenas para funções de proteção. Esses TCs operam em uma ampla faixa de correntes nominais e de falta. Portanto, os TCs de proteção exibem resposta linear até 20 vezes o seu nível de corrente nominal. Os transformadores de corrente de proteção são indicados por seus valores 'C', que indicam a taxa de erro e os valores de tensão terminal.
Para TCs classe C, o limite de erro é inferior a 3%, carga padrão de 2Ω, tensão secundária de 200V.
Taxa de giro dos transformadores de corrente
Relações de transformador de corrente mais altas são conversíveis em relações menores, modificando o número de loops na bobina primária. Considere uma construção normal de TC 300/5A, onde uma única bobina primária passa pela janela conhecida como TC de passagem única. O mesmo pode ser reconfigurado passando a bobina primária duas ou três vezes pela janela conhecida como TC de duas ou três passagens.
Com duas passagens da bobina primária, 300/5A pode ser convertido em seu equivalente 150/5A CT. Da mesma forma, com três passagens da bobina primária, 300/5A pode ser convertido em seu equivalente 100/5A CT.
Exemplo: Calcular Corrente Secundária e Tensão
Considere um TC Bar com cinco espiras primárias e 300 espiras secundárias para ser utilizado em conjunto com um amperímetro de resistência interna de 0,5 ohms. O amperímetro deve fornecer deflexão total da escala quando a corrente primária atingir 1000A.
A corrente secundária é dada por:
Calculando a tensão através da lei de Ohm:
Conclusão
Transformadores de corrente são transformadores de instrumentos usados para medir correntes de alta magnitude que não podem ser medidas por amperímetros padrão. Os transformadores de corrente fornecem funções de medição e proteção em redes elétricas.