Transformador de corrente, ou simplesmente TC, é um dispositivo eletromagnético capaz de transformar correntes elevadas, na casa das dezenas, centenas, e milhares de amperes, em correntes menores, da ordem de 1, 5, ou 10 amperes.
São utilizados em circuitos de corrente alternada, e viabilizam o acesso de dispositivos de medição, controle, e proteção, em sistemas que não permitem tal acesso direto, devido a baixa resistência destes instrumentos. (Equipamentos que naturalmente seriam danificados (Leia-se queimados, torrados, explodidos ? ) se ligados diretos).
Como especificar um transformado de corrente?
São vários os detalhes a serem verificados com relação a escolha do TC adequado para cada aplicação. Portanto, a partir de agora, iremos executar uma especificação sumária, de forma a permitir que o leitor consiga aplicá-la de forma algorítmica para medição de energia e controle do fator de potência.
Para os exemplos a seguir, daremos enfoque a opção de TC’s aptos a medição em medidores e controladores, para que o leitor atente-se a precisão envolvendo consumo, potência, e as possíveis concatenações de erros em sistemas com TCs ou ranges mal dimensionados.
As aplicações aqui são restritas às mencionadas, portanto, para aplicações diferentes, é importante o leitor validar seu projeto e escolha, junto às normas vigentes e ponderamentos de cada fabricante.
Destinação do TC, exatidão e saturação
A destinação, ou finalidade, é a primeira informação necessária para dimensionamento de um transformador de corrente. Destacamos aqui algumas das finalidades mais conhecidas, focando na medição.
TC para medição e controle de FP
Queremos aqui a medição de corrente, e/ou potência ou fator de potência. Neste caso, precisamos dar maior atenção à precisão do dispositivo, que pode variar entre 0,3%, 0,6%, 1%, 1,2%, e 3,0% (Valor não recomendado em função do alto erro de defasagem, o que prejudica a medição, ou controle de potência e fator de potência, respectivamente).
A classe de exatidão deve representar nominalmente o erro esperado do transformador de corrente, levando em conta o erro de relação de transformação (o valor da corrente em magnitude ou amplitude), e o erro de defasagem (a inserção de um atraso ou adiantamento do sinal) entre as correntes primária e secundária.
A NBR 6856/92 garante a exatidão levando em conta os dois erros, assim como grandes players de mercado, respeitando outras normas internacionais. No entanto, tome muito cuidado com TC’s que possuem pouca documentação, ou pouca informação, sendo assim mais baratos financeiramente. Para maioria deles, a aplicação é restrita a amperímetros analógicos, ou seja, apenas corrente, logo a informação com relação a erro de defasagem é omitida, e em aplicações para medição de energia, consumo, ou fator de potência (principalmente), a precisão pode variar em valores absurdos e totalmente incoerentes com a realidade.
Para aplicação em medição de energia e fator de potência, opte por TCs com saturação maior (ou corrente dinâmica nominal mais elevada). Isto é importante porque em diversas situações de medição podemos ter grupos de cargas diferentes sendo medidas pelos mesmos TCs (considerando 1 por fase). Muitas vezes, neste grupo medido, é possível termos uma quantidade de motores, logo a verificação de opções que suportam correntes de partida se faz necessária. Veja a seguir a aplicação em CCMs.
Abaixo citamos outras possíveis destinações para transformadores de corrente:
TC para Proteção: Para circuitos que devem ser protegidos contra sobrecorrentes, utilizando de relés de proteção (Recomenda-se optar por saturação em 20 vezes a corrente nominal ou mais).
TC para CCMs (Centro Controle Motores): Como estamos em circuitos com motores, bombas, ou máquinas, o TC deve suportar picos de corrente na partida, sem saturar (saturação em 10 vezes a corrente nominal ou mais, conforme o motor), uma vez que é natural tal comportamento, para tirar o equipamento da inércia. Uma medição é aconselhável, uma vez que os tipos de partida, e a simultaneidade destas, são fatores de definição do TC.
TCs Auxiliares: aplicação mais específica devido a correntes não normatizadas como 10/0,1A ou 0,05/1A. Possivelmente customizados.
Tipos e uso
Quando nos referimos a uso, é importante decidir se é para uso interno (abrigado) ou externo (exposto a alguma intempérie ao tempo, “na rua”). Na esmagadora maioria dos casos, o uso é abrigado em uma subestação protegida das condições do tempo, ou ainda dentro de painéis, mas é possível vermos alguns no sistema de distribuição da concessionária, na rua, ou subestações.
Temos inúmeros tipos que influenciam principalmente em aspectos mecânicos e construtivos. Destacamos para a nossa aplicação (medição de energia e controle de FP, por exemplo) os modelos janela fixa e bipartido (preferencial), em material termoplástico ou epóxi.
- TC de Barra: Enrolamento primário constituído por uma barra fixada através do núcleo;
- TC Enrolado: Enrolamento primário constituído de uma ou mais espiras envolvendo o núcleo;
- TC de janela fixa: Possui um primário fixo no transformador e é constituído de uma abertura através do núcleo, por onde passa o condutor que forma o circuito primário.
- TC tipo bucha: Semelhantes ao TC do tipo barra, porém sua instalação é feita na bucha dos equipamentos (transformadores, disjuntores, etc.), que funcionam como enrolamento primário.
- TC bipartido: Semelhantes às do TC do tipo janela, só que o núcleo pode ser separado para permitir envolver o condutor que funciona como enrolamento primário.
- TC com vários enrolamentos primários: Os enrolamentos primários são isolados e há apenas um enrolamento secundário. Neste tipo, as bobinas primárias podem ser ligadas em série ou paralelo, propiciando a obtenção de várias relações de transformação.
- TC com vários núcleos secundários: É aquele constituído de dois ou mais enrolamentos secundários montados isoladamente, sendo que cada um possui individualmente o seu núcleo, formando, juntamente com o enrolamento primário, um só conjunto.
- TC tipo vários enrolamentos secundários: É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelo enrolamento primário e vários enrolamentos secundários.
- TC tipo derivação no secundário: É aquele constituído de um único núcleo envolvido pelos enrolamentos primário e secundário, sendo este provido de uma ou mais derivações. Entretanto, o primário pode ser constituído de um ou mais enrolamentos.
| TC com núcleo bipartido | TC com janela fixa |
 |  |
Relação de TC
Relação de TC é a relação entre a corrente do primário com a corrente do secundário. Um fator de multiplicação estabelece a transformação. Veja:
Para um TC com relação 500/5A (lê-se quinhentos para cinco), o fator de multiplicação é 100, pois se multiplicarmos a corrente de secundário, 5A, por 100, temos a corrente do primário, 500A .
Normalmente nos atemos à relação para aplicação e escolha, e não ao fator de multiplicação, ou seja, escolhemos conforme a corrente nominal do nosso circuito, pelo valor do primário do TC. Veja a tabela a seguir com algumas relações disponíveis.
!! ->> TOME MUITO CUIDADO!!!! <<- !!
É muito comum na hora da escolha da relação, optar por correntes no primário, verificando disjuntores, ou dispositivos de proteção, para termos a noção da corrente que circulará no primário, no entanto, nem sempre isto favorece a medição.
Por questões de segurança, há a tendência de termos sistemas com dimensionamento maior que a carga instalada, ou seja, imagine um disjuntor de 400A, mas nele, as cargas ou a carga, em seu total, nunca chegam a 50A. Se dimensionarmos um TC 400/5A para esta aplicação, ele sempre estará trabalhando subutilizado, com valores próximos do limite do range inferior, inserindo um erro na medida. Este erro cresce quando trabalhamos próximo dos limites inferiores e superiores do range de medição (40A à 400A, respectivamente).
É de suma importância um estudo da carga e suas dinâmicas (entradas e saídas de cargas e suas partidas) para saber qual relação de TC utilizar! Dessa forma, garantindo que a maior parte da medição se mantenha dentro do range, entre 10 e 100% do valor do primário.
Neste exemplo anterior, um TC 50/5 ou 100/5 poderia ser suficiente e muito mais preciso, se obviamente o tamanho da janela (medidas internas) atenderem ao tamanho do cabo! Falaremos nisso daqui a diante!
Abaixo, veja uma situação de especificação real, em função de uma corrente medida com um analisador de energia. Note que se não houvesse a medição, o TC seria possivelmente superdimensionado.
Para o gráfico acima foi adotado um TC1200/5, e note que a corrente não ultrapassou nunca 1040A. O disjuntor era de 2000A, o que induz a escolha de um TC 2000/5. 90% das cargas foram ligadas simultaneamente neste estudo, e os 10% instalados foram estimados. A especificação considerou correntes de partida e teve tempo suficiente para garantir a melhor interpretação da dinâmica de funcionamento do sistema ao longo do tempo. Se o circuito for alterado, deve-se reavaliar o TC!
Janela e dimensões
Defina onde os TCs serão instalados, e meça as distâncias entre cabos ou barramentos, e a seção destes. Lembre-se, o TC deve ficar bem acomodado e fixo, e em termos de fixação, trace a estratégia adequada para o local.
Note que além da janela interior, as medidas externas são importantes para sabermos se o TC vai caber no espaço ou entre barramentos, por exemplo.
Existem TCs com janelas com geometria adequada para cabos e barras! Veja os catálogos e datasheets sempre!
Potência do TC
Muito importante no dimensionamento, devemos nos atentar a potência na saída do secundário.
Quando conectamos uma carga ao secundário, há um limite de potência estabelecido pelos fabricantes dos transformadores. Veja ao lado, um exemplo de tabela extraída de um catálogo, onde o fabricante deixa explícita as diferentes potências para mesma classe ou mesma relação.
Temos as relações de transformação na primeira coluna, e as demais são separadas pelas potências: 2,5VA; 5,0VA; 12,5VA; 25VA. Veja que um modelo pode ter mais de uma
Temos que escolher o modelo de TC adequado a carga instalada, levando em conta a contribuição dos cabos que o conectam a esta carga. Maiores lances de cabos exigem maiores potências, logo, considere a potência dissipada pela impedância dos cabos, somando-a a potência dissipada pela impedância da carga, seja ela um medidor, controlador ou outro dispositivo.
Carga (VA) = Consumo do dispositivo (VA) + potência consumida nos 2 fios para ligação (VA).
Cuidados em aplicações
Nunca deixe o secundário do transformador aberto quando sob carga. Mantenha-o conectado a carga ou em curto! Isto evitará danos ao sistema e ao TC.
A imagem ao lado mostra um sistema com TCs instalados, e curto circuitados, não conectados a cargas, ou desativados propositalmente para inserção das bobinas, em vermelho.
Em todas as instalações, utilize chaves de aferição! Elas garantem a manobra segura, evitando desligamentos ou danos em um TC com secundário aberto.
No caso de dúvida ou incompatibilidade entre características técnicas…
Este conteúdo, pretende resumir um assunto amplo. No entanto, ele facilita quem busca uma solução para sensoriamento de corrente, para os casos de medição de energia e controle do fator de potência.
Seguindo os passos anteriores, possivelmente acertará o dimensionamento, mas, existem casos, onde é necessário partirmos para outros tipos de sensoriamento. Vamos a um exemplo prático:
Na foto ao lado, vemos um disjuntor de 500A, conectado com cabos de 240mm². Neste sistema, está instalado um medidor de energia e 3 TCs compatíveis com a corrente do disjuntor: 500/5A.
Ao longo do tempo, notou-se grandes diferenças no kWh medido, frente ao que foi faturado na conta de energia, e novamente um analisador foi utilizado para auditar tal diferença.
Constatou-se que ao longo do tempo medido de 30 dias, a corrente máxima não chegou a 50A, ficando em 100% do tempo abaixo de 10% da corrente do primário do TC. Um caso clássico de superdimensionamento.
A estrutura está dimensionada para uma carga muito maior do que a instalada, o que não é difícil de encontrarmos em inúmeros casos por n motivos.
À primeira vista, um TC50/5 resolveria, no entanto, o tamanho do cabo não permite. A janela do TC é menor que a seção do cabo. Não passa. Logo, temos que aumentar a relação do TC até encontrarmos uma janela que caiba. Basicamente é avaliar pela tabela até a janela permitir a passagem do cabo. Agora, fazendo isso, está correto em termos de medição? A resposta é NÃO! pois estamos novamente superdimensionando a relação frente a corrente nominal por causa de uma incompatibilidade mecânica.
Então o que fazer neste caso?
Utilize bobinas, e não transformadores!
Os sensores flexíveis são bobinas de rogowski. Este tipo de sensor permite que o equipamento seja calibrado para medir qualquer corrente, com uma bobina de qualquer tamanho. Ou seja, pode-se fazer uma bobina de tamanho adequado ao cabo, com a calibração atendendo a real corrente nominal. Neste caso a precisão tanto em módulo quanto em fase é muito superior a uso dos TCs.
Exemplo para especificação
Veja uma especificação sumária que ajuda a especificar corretamente seu TC:
Aspectos mínimos para aplicação de medição e controle:
- Destinação (medição e/ou proteção): Medição ou Controle;
- Uso (interior ou exterior): Interno (dentro do quadro);
- Classe de exatidão: 1,2% ou 0,6% ou 0,3%;
- Relação de transformação; 200/5 ou outra conforme tabela;
- Dimensional: ? 42 mm ou conforme condutor e instalação;
- Carga nominal (Potência): 2,5VA mín ou mais conforme instalação e carga;
- Frequência nominal: 60HZ ou 50HZ para outros países.
Aspectos importantes não citados e mais abrangentes à demais aplicações:
- Classe de tensão: 600V ou 1kV;
- Fator térmico: 1,2 x In ou mais;
- Nível de isolamento ou impulso: 3 kV ou mais;
- Tipo: Encapsulado em epóxi ou outro;
- Classe de temperatura: A – 105ºC;
- Corrente dinâmica nominal: 2,5 x In.
Quer ajuda para dimensionar a corrente no teu sistema, medidor ou controlador?
