Os ensaios em transformadores de corrente (TC)

Um TC é projetado para produzir uma corrente alternada em seu enrolamento secundário proporcional à corrente que está sendo medida no enrolamento primário. Assim, a sua função é reduzir uma corrente medida na alta tensão a um valor muito menor dando condição para que seja feita a medição e o monitoramento da corrente elétrica real que flui em uma linha de transmissão alternada. Importante reforçar que o seu princípio de operação é ligeiramente diferente do que se vê em um transformador de tensão comum. Deve-se conhecer as características de desempenho dos TC destinados a serviços de medição, controle e proteção.

transformador2Da Redação –

Ao contrário de um transformador de tensão ou de potência, o de corrente consiste em apenas uma ou poucas voltas de fio de cobre no enrolamento primário podendo ser este enrolamento primário de uma única volta plana ou uma bobina de arame de alta resistência com um orifício central. Devido a este tipo de arranjo, o transformador de corrente é frequentemente chamado também de transformador tipo série, pois o seu enrolamento primário, que dificilmente tem mais do que algumas voltas, está em série com o condutor de corrente ligado à carga.

O enrolamento secundário, no entanto, pode possuir um grande número de voltas de bobina enroladas em um núcleo laminado de material magnético com baixa perda. Este núcleo tem uma grande área de seção transversal de modo que a densidade de fluxo magnético criada seja baixa usando-se assim um fio de área transversal muito menor, dependendo do quanto que a corrente deverá ser reduzida, independentemente da conexão da carga.

O enrolamento secundário fornecerá uma corrente em curto-circuito na forma de um amperímetro, ou em uma carga resistiva, até que a tensão induzida no secundário seja grande o suficiente para saturar o núcleo ou causar falha por queda excessiva de tensão. Ao contrário de um transformador de tensão, a corrente primária de um transformador de corrente não depende da corrente de carga secundária e a corrente secundária é geralmente classificada em um padrão de 1 A ou 5 A podendo ser selecionável.

Um dos modelos possuem o enrolamento primário do transformador fisicamente conectado em série com o condutor que transporta a corrente medida que flui no circuito. A magnitude da corrente secundária depende da relação de voltas do transformador. O toroidal não contém um enrolamento primário. Em vez disso, a corrente que flui no condutor pode ser medida fazendo o condutor passar através de uma janela ou orifício no transformador toroidal.

Alguns transformadores de corrente têm um núcleo dividido que permite que ele seja aberto, instalado e fechado, sem desconectar o circuito ao qual eles estão conectados. O tipo barra usa o cabo real ou a barra do circuito principal como o enrolamento primário, o que equivale a um único giro. Eles são totalmente isolados da alta tensão de operação do sistema e são geralmente aparafusados ao dispositivo de transporte de corrente.

Dessa forma, o TC pode reduzir o nível de corrente de milhares de amperes para uma saída padrão com uma relação conhecida para 5 A ou 1 A. Assim, um medidor de energia elétrica e os dispositivos de controle pequenos e precisos podem ser usados com os TC, pois estarão isolados de qualquer rede de alta tensão. Há uma variedade de aplicações de medição e usos para o transformador de corrente, como medidores de wattímetros, medidores de fator de potência, medidores de watt-hora, relés de proteção ou bobinas de trip em disjuntores magnéticos.

Geralmente, o transformador de corrente e o amperímetro são utilizados juntos como um par combinado no qual o projeto do transformador de corrente é tal que forneça uma corrente secundária máxima correspondente a uma deflexão em escala total no amperímetro. Na maioria dos transformadores de corrente, existe uma relação inversa aproximada entre as duas correntes nos enrolamentos primário e secundário. É por isso que a calibração do TC geralmente deve ser feita para um tipo específico de amperímetro.

A maioria dos TC possuem uma classificação secundária padrão de 5 A, sendo as correntes primária e secundária expressas como uma razão de 100/5. Isso significa que a corrente primária é 20 vezes maior que a corrente secundária de modo que, quando 100 A estiverem fluindo no condutor primário, resultará em 5 A fluindo no enrolamento secundário. Um transformador de corrente de 500/5, produzirá 5 A no secundário para 500 A no condutor primário (100 vezes maior).

Deve-se notar, no entanto, que um transformador de corrente classificado como 100/5 não é o mesmo que um classificado como 20/1 ou subdivisões de 100/5. Isso ocorre porque a proporção de 100/5 expressa a corrente nominal de entrada/saída e não a relação real entre as correntes primária e secundária. Observe também que o número de voltas e a corrente nos enrolamentos primário e secundário estão relacionados por uma proporção inversa.

As mudanças relativamente grandes em uma relação de transformadores de corrente podem ser obtidas modificando as voltas primárias através da janela do TC, onde uma volta no primário é igual a um passo e mais de uma volta pela janela resulta na razão elétrica sendo modificada. A NBR 6856 (EB251-II) de 02/2015 – Transformador de corrente – Especificação e ensaios estabelece as características de desempenho de transformadores de corrente (TC) destinados a serviços de medição, controle e proteção.

Os requisitos específicos para transformadores de corrente para uso em laboratórios e transdutores ópticos não estão incluídos nesta norma. Não se aplica a: TC polifásicos, TC isolados a gás, TC óptico, TC para resposta em regime transitório e outros dispositivos destinados a obter correntes reduzidas de um circuito primário, mas que não se enquadrem nas definições de TC.

É importante conhecer a definição do transformador de corrente (TC) que é um transformador para instrumentos, cujo enrolamento primário é ligado em série em um circuito elétrico, e que reproduz, no seu circuito secundário, uma corrente proporcional à do seu circuito primário, com sua posição fasorial substancialmente mantida. Os transformadores de corrente destinam-se à proteção e à medição. Os transformadores de corrente devem ser projetados para operar nas condições de temperatura mínima de -10ºC e máxima de 40ºC.

Recomenda-se que as condições de transporte e armazenagem também sejam consideradas. Para casos em que a temperatura ambiente exceder os limites definidos, recomenda-se que o usuário especifique claramente. A altitude não pode exceder 1.000 m acima do nível do mar. Consideram-se condições normais de serviço para transformadores de corrente em instalação não exposta as seguintes: Influência de radiação solar desprezível; ar ambiente não significativamente poluído com poeira, fuligem, gases corrosivos, vapores ou sal.

As condições de umidade devem ter o valor médio da umidade relativa, medido durante um período de 24 h, não pode exceder 95 %; o valor médio da pressão de vapor de água, para um período de 24 h, não pode exceder 2,2 kPa; o valor médio da umidade relativa, para um período de um mês, não pode exceder 90%; o valor médio da pressão de vapor d’água, para um período de um mês, não pode exceder 1,8 kPa.

Para estas condições, ocasionalmente pode ocorrer condensação. A condensação pode ocorrer quando houver mudanças súbitas de temperatura em períodos de alta umidade. Para prevenção dos efeitos de alta umidade e condensação, tais como descargas através do isolamento ou corrosão das partes metálicas, o transformador de corrente é projetado de modo a suportar estes tipos de problemas. A condensação pode ser prevenida por projeto especial do invólucro, através de ventilação satisfatória, aquecimento ou uso de equipamento de desumidificação.

São consideradas condições normais de serviço para transformadores de corrente em instalação exposta: valor médio da temperatura de ar ambiente, lido em um período de 24 h, não pode exceder 35°C; radiação solar de até 1.000 W/m²; o ar ambiente ser poluído com poeira, fuligem, gases corrosivos, vapores ou sal. Os níveis de poluição devem ser especificados de acordo com a Tabela 18 (disponível na norma).

A pressão de vento não superior a 1.080 Pa (correspondendo a uma velocidade do vento de 42 m/s) deve-se levar em consideração a ocorrência de condensação ou precipitação. O valor da frequência nominal é de 60 Hz. Para TC com múltiplas relações de transformação por meio de religação primária ou derivações secundárias, os valores de corrente térmica nominal de curta duração e corrente dinâmica nominal são válidos apenas para a maior relação, exceto quando especificado de forma diferente.

Neste caso, o fabricante deve incluir na placa de características do equipamento a informação de que os valores das correntes de curta duração são válidos somente para a maior relação. Quando forem especificados valores de corrente de curta duração para as demais relações, os valores válidos para cada relação de transformação devem estar claramente indicados na placa de características do TC.

Para a corrente térmica nominal de curta duração (It) deve ser atribuído um valor de corrente térmica nominal de curta duração ao transformador. O valor padronizado para a duração da corrente térmica nominal de curta duração é 1 s. A corrente dinâmica nominal (Id), quando não especificada, o valor de corrente dinâmica nominal deve ser 2,5 vezes a corrente térmica nominal de curta duração.

Seja um TC classe A, imerso em óleo, especificado para operar à altitude de 2.000 m acima do nível do mar e ensaiado a uma altitude inferior a 1000 m. Os valores de limite de elevação de temperatura para a classe A especificados na tabela devem ser reduzidos, multiplicando estes pelo fator K0 de 0,96, ou seja, a máxima elevação de temperatura para o método da variação da resistência deve ser de 52,8 °C, para o ponto mais quente, 62,4 °C, e, para o líquido isolante 52,8 °C.

Alternativamente, pode-se limitar a corrente através do TC reduzindo-se a corrente térmica contínua nominal de 0,3 % para cada 100 m de altitude que exceder a 1.000 m. Por exemplo, seja um TC classe A, isolado a seco, cuja corrente térmica contínua nominal é de 1 200 A, especificado para operar à altitude de 1 500 m acima do nível do mar e ensaiado a uma altitude inferior a 1 000 m.

Pode-se aplicar os mesmos limites estabelecidos na tabela, reduzindo-se a corrente de ensaio de 1,5 %, ou seja 1.182 A. A elevação de temperatura dos enrolamentos está limitada pela mais baixa classe de isolamento, seja do próprio enrolamento ou do meio pelo qual é envolvido. A temperatura de elevação máxima por classes de temperatura é como indicada na tabela abaixo.

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O nível de isolamento nominal de um enrolamento primário de um transformador de corrente deve ser baseado na tensão máxima do equipamento Um. Para enrolamentos com Um = 0,60 kV, o nível de isolamento nominal é determinado pela tensão suportável nominal à frequência industrial. Para enrolamentos divididos em duas ou mais seções, a tensão suportável nominal à frequência industrial do isolamento entre seções deve ser 3 kV eficaz.

A tensão suportável nominal à frequência industrial para isolamento do enrolamento secundário deve ser 3 kV eficaz. A tensão suportável nominal para isolação entre espiras deve ser limitada a 3,5 kV de crista. Para transformadores classes PX ou PXR com f.e.m. de joelho nominal superior a 350 V, a tensão suportável nominal para isolação entre espiras deve ser um valor de crista de dez vezes o valor eficaz da f.e.m. de joelho especificada, ou 10 kV de crista, o que for menor. Estes requisitos aplicam-se ao isolamento entre espiras de um mesmo enrolamento. O isolamento entre seções de enrolamentos deve atender ao especificado em 6.1.2.

Devido ao procedimento de ensaio, a forma de onda pode ser alta mente distorcida. Quando especificado, os TC devem ser capazes de suportar por 1 min a tensão induzida no circuito secundário aberto, em condições de emergência, submetidos à corrente térmica contínua nominal, desde que o valor de crista da tensão na maior relação não seja superior a 3500 V. Se este valor for superior a 3.500 V, o TC deve possuir proteção adequada.

Quando o valor de Ek (classes PX ou PXR) ou da tensão limite de exatidão (classes P ou PR) na maior relação for superior a 3500 V de crista, não se pode utilizar dispositivo limitador de tensão secundária, e, portanto, nenhuma limitação de tensão de circuito aberto deve ser exigida. Para este caso, é obrigatória a instalação de uma placa de advertência. Calcula-se o valor de crista de Ek ou da tensão limite de exatidão multiplicando-se o valor eficaz por √2.

Os requisitos mecânicos só se aplicam aos transformadores de corrente com tensão máxima ≥ 72,5 kV. Na Tabela 19 (disponível na norma), estão especificadas as cargas estáticas que os transformadores de corrente devem suportar. A Tabela 29 (disponível na norma) indica o modo de aplicação destas cargas. As cargas especificadas podem ser aplicadas nos terminais primários, em qualquer direção.



Categorias:Metrologia, Normalização

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