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TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS
Introdução:
Transformadores de instrumentos são equipamentos elétricos destinados a transformar grandezas elétricas elevadas (corrente e tensão) dos circuitos de AT em grandezas elétricas acessíveis a instrumentos de medição, tais como: amperímetros, voltímetros, wattímetros, relés de proteção etc.
Existem essencialmente 2 tipos de transformadores: Transformadores de Corrente e Transformadores de Potencial.
Transformadores de Corrente (TC ou CT em inglês)
TC’s são equipamentos elétricos que transformam correntes altas em correntes baixas. As correntes baixas são padronizadas pela NORMA, que poderá ser de 1 A – 5 A ou 10 A. Normalmente é utilizado o de 5 A.
Fig. 1
Fig. 2
A corrente que circula no circuito de AT é chamada de corrente primária (I (^) 1) e corrente de BT é chamada de corrente secundária (I (^) 2).
O enrolamento primário (N (^) 1) é constituído de fio grosso para suportar
altas correntes, possuindo poucas espiras ou mesmo apenas 1 espira. O enrolamento secundário (N (^) 2) é constituído de fio fino capaz de suportar baixas correntes, possuindo muitas espiras. Por exemplo, se o TC possui relação de corrente de 50/1, se N1 for 1 espira, temos N igual a 50 espiras. Na figura 2 é mostrada a configuração de TC com 1 espira primária.
Fig. 3
Fig. 4
Circuito Elétrico Equivalente do TC
Fig. 5
Diagrama vetorial de um TC
Fig. 6
No primário R1, X1, E 1 0 daí não foi representado no diagrama vetorial. A corrente primária I1, depende de I^ 1’ e da corrente I^0 de excitação. Devido a I (^) 0, o TC produz um erro na relação de transformação e também em ângulo, levando I 2 a afastar-se de um ângulo em relação a 180º que deveria fazer com I (^) 1.
Tanto a relação de transformação como o ângulo de fase é influenciado pela impedância da carga secundária.
Define-se ângulo de fase positivo quando –I 2 está em avanço em relação a I1.
Fórmula de Relação Real
Como foi visto pelo diagrama vetorial o TC não transforma a corrente primária I 1 para a corrente secundária I 2 numa fração bem definida dada pela relação de espiras N (^) 2/N (^) 1. Onde
Fórmula de erro de Ângulo de Fase () da fig. 6
Como pode-se notar pelo diagrama vetorial a corrente primária I 1 está deslocado de um ângulo em relação ã corrente –I (^) 2. Isto é, devido a corrente de excitação I 0 na qual vai introduzir erro de ângulo de fase. Este erro não tem muita importância quando estamos utilizando TC para relés de proteção, porém se queremos utilizá-lo para medida de energia para fins de cobrança é de suma importância. Por esse motivo existem classes de precisão para TC’s de utilização em proteção, diferentes para os de utilização em medição. Este assunto será abordado com detalhes mais adiante.
A fórmula que nos dá o erro de ângulo de fase é:
em radianos I’ 1 = relação nominal x I 2 I’ 1 = N x I 2
em graus
Como pode-se notar pelo diagrama vetorial, o ângulo depende da impedância da carga ligada no secundário do TC, daí existe erro de ângulo de fase bem definido para uma determinada carga ligada no secundário do TC. A curva a seguir dá o erro de ângulo de fase para uma determinada carga, com variação da corrente secundária:
Curva de Excitação Secundária
No caso real a corrente de excitação I 0 é suprida pela corrente primária, que aumenta proporcionalmente a medida que cresce a corrente primária. Porém esta proporcionalidade entre corrente de excitação e corrente primária se mantém até um certo limite, até o ponto de saturação do núcleo. Na prática podemos levantar a curva de excitação aplicando tensão no enrolamento secundário e medindo a corrente de excitação secundária:
