Transformador de corrente

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Índice 1 Introdução 2 Princípios Básicos 3 Símbologia e Convenções 4 Circuito Equivalente 5 Tipos construtivos 6 Classificação

[editar] Introdução

Um transformador de corrente ou simplesmente TC é um dispositivo que transforma a corrente que circula em um enrolamento primário, através de um acoplamento magnético, em uma corrente induzida no secundário. Os transformadores de corrente, também chamados de transformadores de instrumentos, utilizados em aplicações de alta corrente, tem a função de fornecer correntes proporcionais às medidas no circuito primário de potência, mas suficientemente reduzidas e isoladas galvânicamente de forma a possibilitar a medição por equipamentos de proteção e medição.

[editar] Princípios Básicos

Segundo a lei de Faraday-Neumann-Lenz se uma tensão variável for aplicada no enrolamento primário de espiras será produzido um fluxo magnético variável induzido no núcleo que, por sua vez irá induzir no enrolamento secundário de espiras uma tensão variável (AC) que, com o enrolamento secundário aberto, tentará se opor a variação de fluxo que a produziu.

     e         portanto:    

onde:

• v₁ e v₂ são as tensões nos enrolamentos,
• N₁ e N₂ são o número de espiras nos enrolamentos,
• dΦ_M / dt é a variação de fluxo mútua em relação ao tempo comum aos dois enrolamentos

Como a potência em um transformador de corrente ideal permanece inalterada nos dois enrolamentos, pela Lei da Conservação de Energia, tem-se que:

     logo, tem-se que:    

De (1) e (2) obtem-se a equação fundamental do transformador de corrente ideal:

A relação das correntes primária e secundária é inversamente proporcional à relação dos enrolamentos. Isso nos leva a concluir que para reduzir 100 vezes a corrente primária devemos ter, no enrolamento secundário, 100 vezes o número de espiras do enrolamento primário.

[editar] Símbologia e Convenções

A simbologia padrão dos transformadores mostra os terminais primários de alta tensão H1 e H2 e os terminais secundários X1 e X2, o ponto, para transformadores com polaridade aditiva, indica onde entra a corrente no primário e onde sai a corrente no secundário(defasamento de 180°).

Modelos industrais de TCs têm os terminais de alta tensão marcados como P1 e P2 (Primário 1 e primário 2), sendo que em muitos casos podem haver diferentes ligações do circuito primário que permitam alterar a relação de transformação, os terminais secundários são marcados como 1s1, 1s2, 2s2 ... (número, algarismo, número), onde o primeiro número indica o número do enrolamento, o s indica que é um terminal secundário e o terceiro número indica o número da derivação do terminal secundário.

[editar] Circuito Equivalente

O circuito equivalente aproximado para um transformador de corrente é mostrado na figura ao lado, onde a transformação da corrente entre os circuitos primário e secundário é feita sem perdas. A impedância de dispersão do primário Z₁ é multiplidaca pelo quadrado da relação N² quando referida ao secundário. A impedância de dispersão secundária é Z₂. Os componentes de perdas no núcleo por correntes parasitas e por magnetização são dados por Z_m e a impedância de carga é dada por Z_c.

Este circuito generalizado pode ser simplificado como mostrado no outro esquema ao lado. A impedância primária Z₁ pode ser desprezada uma vez que o reduzido número de espiras no primário (o que é verdadeiro para a maioria dos TCs comerciais) tem pequena resistência e pouca dispersão. A corrente atravéz do ramo magnetizante X_m é I_m, chamada corrente de excitação. A corrente de excitação é atrasada de 90° em relação a V1'.

[editar] Tipos construtivos

São classificados de acordo com o modelo do enrolamento primário, já que o enrolamento secundário é constituído por uma bobina com derivações (taps) ou múltiplas bobinas ligadas em série e/ou paralelo, para se obter diferentes relações de transformação. Quanto aos tipos construtivos, os TCs mais comuns, são:

• Tipo enrolado

Este tipo é usado quando são requeridas relações de transformações inferiores a 200/5. Possui isolação limitada e portanto, se aplica em circuitos até 15kV. Ocorre quando o enrolamento primário, constituído de uma ou mais espiras, envolve mecanicamente o núcleo do transformador.

• Tipo barra

Transformador de corrente cujo enrolamento primário é constituído por uma barra, montada permanentemente através do núcleo do transformador.

• Tipo bucha

Consiste de um núcleo em forma de anel (núcleo toroidal), com enrolamentos secundários. O núcleo fica situado ao redor de uma “bucha” de isolamento, através da qual passa um condutor, que substituirá o enrolamento primário. Este tipo de TC, é comumente encontrado no interior das “buchas” de disjuntores, transformadores, religadores, etc..

• Tipo janela

Tem construção similar ao tipo bucha, sendo que o meio isolante entre o primário e o secundário é o ar. O enrolamento primário é o próprio condutor do circuito, que passa por dentro da janela.

• Tipo Núcleo Dividido

Transformador de corrente tipo janela em que parte do núcleo é separável ou basculante, para facilitar o enlaçamento do condutor primário.

• Tipo com vários enrolamentos primários

Transformador de corrente com vários enrolamentos primários distintos e isolados separadamente.

• Tipo com vários núcleos

Transformador de corrente com vários enrolamentos secundários isolados separadamente e montados cada um em seu próprio núcleo, formando um conjunto com um único enrolamento primário, cujas espiras(ou espira) enlaçam todos os secundários.

[editar] Classificação

Os transformadores de corrente são classificados em dois tipos:

• Transformadores de Corrente para serviços de medição

Utilizados para medição de correntes em alta tensão, possuem características de boa precisão (ex.: 0,3% ; 0,6% de erro de medição) e baixa corrente de saturação (4 vezes a corrente nominal).

• Transformadores de Corrente para serviços de proteção

Utilizados para proteção de ciruitos de alta tensão, são caracterizados pela baixa precisão (ex.: 10% , 20% de erro de medição) e elevada corrente de saturação ( da ordem de 20 vezes a corrente nominal).