O que são Transformadores de Corrente e de Potencial? Para que servem e como funcionam? Desenhar os esquemas de ligação. Pesquisar alguns valores de referência de níveis de tensões e correntes para fabricantes de TC’s e TP’s.
Passo 1
O enunciado pede quatro coisas principais:
- Definir o que são Transformadores de Corrente (TC) e Transformadores de Potencial (TP).
- Explicar para que servem e como funcionam (ou seja, princípio físico e relações importantes).
- Desenhar (descrever) esquemas de ligação típicos.
- Pesquisar e apresentar valores de referência (faixas de tensões, correntes, classes e cargas) usados por fabricantes de TC e TP.
Informações dadas pelo enunciado: nenhum dado numérico específico — devo explicar os conceitos e fornecer exemplos típicos de mercado (valores de referência). Vou então responder cada item, dando a teoria com passo a passo, exemplos numéricos simples e esquemas de ligação em forma textual/ASCII.
Passo 2
Conceito básico e por que usamos instrument transformers
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Definição curta: Instrument transformers (transformadores instrumentais) são transformadores projetados para reduzir tensões ou correntes de um sistema de potência a valores padronizados, seguros e compatíveis com instrumentos de medição e relés de proteção.
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Motivos práticos:
- Segurança: isolam o circuito de medição da alta tensão/corrente do sistema.
- Padronização: fornecem valores secundários padronizados (p.ex.
ou para TCs; para TPs) que instrumentos e relés aceitam. - Precisão: permitem medições com classes de exatidão controladas.
- Proteção: permitem relés detectarem faltas sem estarem diretamente no circuito primário de alta energia.
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Princípio físico: funcionamento por acoplamento magnético (mesmo princípio de transformador comum). Fluxo magnético no núcleo induz tensão/ corrente entre enrolamentos primário e secundário conforme as relações de transformação.
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Fórmulas ideais (modelo ideal de transformador):onde
e são as tensões primária e secundária, e as correntes primária e secundária, e e os números de espiras do primário e do secundário. -
Interpretação prática das relações: se a razão (razão de transformação) é chamada de
com para um TC, então Para um TP com razão, temos
Passo 3
Transformador de Corrente (TC) — definição, estrutura e funcionamento passo a passo
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Definição e função: um TC é um transformador projetado para medir ou alimentar relés a partir da corrente de um condutor de potência. Ele reduz correntes altas a um nível padrão (usualmente
ou ). -
Estrutura física:
- Primário: muitas vezes um único condutor passando pelo núcleo (ou um enrolamento com poucas espiras). Às vezes o próprio cabo do circuito é a “espira primária”.
- Núcleo magnético: material ferromagnético, projetado para baixa histerese e perda.
- Secundário: muitas espiras ao redor do núcleo; leva corrente reduzida aos instrumentos.
-
Notação de ratio: um TC costuma ser indicado como, por exemplo,
. Significado: quando a corrente primária for , a corrente secundária ideal será . Logo a razão é . -
Relação prática (exemplo mostrado em cálculo):
- Ex.: se
e o TC é , então (ou mais direto: .)
- Ex.: se
-
Características importantes:
- Corrente secundária normalizada: geralmente
ou . - Classe de exatidão (medição): exemplos
, , , , etc. (quanto menor, mais preciso). - Classes/proteção: classes como
, indicam comportamento sob curto-circuito para proteção (especificam erro percentual até certo múltiplo da corrente nominal). - Burden (carga): potência aparente máxima que pode ser conectada ao secundário sem ultrapassar a classe de erro, medida em VA (por exemplo
, , , , , etc.). - Ponto de joelho (knee point)
: relevante para TCs de proteção com núcleo de alta linearidade — determina a tensão de excitação além da qual o núcleo entra em saturação rapidamente. Usado na norma IEC para especificar TCs de proteção.
- Corrente secundária normalizada: geralmente
-
Regras práticas e segurança (extremamente importantes):
- Nunca abrir o secundário de um TC com primário energizado — isso cria tensão muito alta no secundário (risco ao pessoal e ao equipamento). Se o secundário não estiver conectado a instrumentos, deve ser curto-circuitado temporariamente nos bornes ou ter curto de fábrica.
- Notar polaridade: bornes normalmente marcados
(primário) e (secundário) — atenção para fiação correta em medições e relés.
Passo 4
Esquemas de ligação típicos para TC (desenho textual/ASCII e explicações)
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Esquema 1: TC monofásico medição (um condutor atravessa o núcleo)
(representação simples; números e legendas em TeX)
Fonte (linha) —[condutor]–> (núcleo do TC)
Secundário do TC:— instrumento (amperímetro) —
ASCII:
[Linha com] ──( núcleo do TC )──>
|
S1 —(amperímetro)— S2Explicação: o condutor primário (1 espira) passa pelo núcleo; o secundário alimenta o amperímetro/relé. Se instrumento for retirado, curto-circuitar- . -
Esquema 2: TC para proteção (ligado a relé)
— relé de proteção —
Observação: relés têm cargas maiores; por isso burdenses maiores e TCs de proteção são dimensionados para erros aceitáveis sob múltiplos da corrente nominal. -
Esquema 3: três TCs em sistema trifásico (medição por fase)
Fase A ─ TC A —> Sa1 — instrumento A — Sa2
Fase B ─ TC B —> Sb1 — instrumento B — Sb2
Fase C ─ TC C —> Sc1 — instrumento C — Sc2 -
Observações sobre conexões trifásicas especiais:
- Existem métodos com 2 TCs para sistema de 3 fios (método de ligação em triângulo/estrela - tema clássico) — atenção na prova: explique se perguntarem o método com 2 TCs (é diferente do uso de 3 TCs).
Passo 5
Transformador de Potencial (TP) — definição, estrutura e funcionamento passo a passo
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Definição e função: um TP (também chamado VT - Voltage Transformer) é um transformador que reduz tensões de linhas de alta tensão a tensões baixas padronizadas (seguras e compatíveis com instrumentos de medição e relés).
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Estrutura física:
- Enrolamento primário: desconhe em múltiplas espiras, ligado ao sistema de alta tensão.
- Núcleo magnético: dimensionado para menor fluxo de excitação e boa linearidade.
- Enrolamento secundário: fornece tensão reduzida e isolada.
-
Ratio e exemplo:
- Ex.: TP
. Significa que com , o secundário . - Relação: se
, então .
- Ex.: TP
-
Características importantes:
- Tensões secundárias padronizadas: tipicamente
, , ou conforme norma/mercado. - Classes de exatidão: ex.:
, , , , (para medição); existem classes específicas para proteção. - Potência nominal (burden) para instrumentos: normalmente alguns VA (p.ex.
, , , etc.), mas TPs maiores (para alimentação de relés/CTs) têm capacidades maiores.
- Tensões secundárias padronizadas: tipicamente
-
Segurança e ligação:
- O secundário do TP normalmente deve ter o ponto neutro aterrada ou referenciada conforme a prática da subestação (para segurança e medida correta).
- Nunca trate TP como divisor puramente resistivo; é um transformador com característica de carga.
Passo 6
Esquemas de ligação típicos para TP (desenho textual/ASCII e explicações)
-
Esquema 1: TP monofásico para medição
Fase— primário do TP —>
|
Secundário: — voltímetro —
ASCII:
[Fase] ───( primário TP )───
|
S1 —(voltímetro)— S2 -
Esquema 2: Sistema trifásico
- Três TPs, um por fase, secundários para instrumentos.
- Alternativa: banco de TPs com ligações em estrela (Y) ou delta para criar certas fases de referência para medição e proteção.
-
Observação sobre aterramento: é comum aterrar o neutro do secundário dos TPs (quando se usa banco Y) para estabilizar referências de medição e garantir segurança.
Passo 7
Valores de referência típicos (exemplos de mercado e valores comuns) — atenção: valores são típicos/indicativos; sempre ver catálogo do fabricante para projeto
-
Transformadores de Corrente (TC):
- Corrente secundária padrão:
ou . - Correntes primárias típicas (exemplos de ratios comuns):
, , , , , , , , , , . Também há TCs com primários até vários milhares de ampères (p.ex. ou mais) e com secundário . - Burden (carga) típicas: medição de alta precisão:
a ; proteção: a ou mais dependendo do relé e distância. - Classes de exatidão (exemplos conforme IEC/ANSI): medição:
, , , ; proteção: , , , além de especificações de ponto de joelho para TCs de proteção (p.ex. alguns volts até algumas centenas de volts dependendo do TC). - Fabricantes com catálogos típicos: ABB, Siemens, Schneider Electric, WEG, GE. Nos catálogos você encontra as curvas de erro, classes e VA para cada ratio.
- Corrente secundária padrão:
-
Transformadores de Potencial (TP / VT):
- Tensões secundárias padrão:
, , , (varia conforme norma / região). - Tensões primárias típicas em sistemas de potência:
etc. Ex.: TP , TP . - Classes de exatidão: medição:
, , , , ; classes de proteção/operacionais específicas também existem. - Burden (VA) típicos: alguns VA (p.ex.
, , ), mas podem ser maiores para alimentarem múltiplos instrumentos. - Fabricantes com catálogos típicos: ABB, Siemens, Schneider Electric, WEG, GE, SGB-SMIT; os catálogos mostram tensão primária, secundária, classes de exatidão e potências nominais.
- Tensões secundárias padrão:
Passo 8
Conceitos avançados importantes (que costumam cair em prova) explicados passo a passo
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Por que TC tem
ou no secundário? - Padronização: instrumentos (medidores/relés) são projetados para essas correntes; escolher
reduz perdas em longas correntes secundárias (menos corrente secundária) e é comum em sistemas de média tensão/longas distâncias.
- Padronização: instrumentos (medidores/relés) são projetados para essas correntes; escolher
-
Erro de CT/TP:
- O erro é a diferença percentual entre o valor real e o valor ideal transformado sob uma carga (burden) e determinado por classe de exatidão. Em provas: mostre que erro aumenta com carga e próximo da saturação do núcleo.
-
Ponto de joelho (
) para CTs de proteção: - Definição: tensão de excitação onde o núcleo começa a saturar; os TCs de proteção são projetados para manter precisão até a corrente de H x In (ex.:
) dado um mínimo. Em prova, saber a definição e implicação prática basta.
- Definição: tensão de excitação onde o núcleo começa a saturar; os TCs de proteção são projetados para manter precisão até a corrente de H x In (ex.:
-
Polos e polaridade:
- Bornes
e para TC; para TP normalmente no primário e no secundário. Em medições trifásicas, polaridade errada leva a leituras erradas e a mau funcionamento de relés.
- Bornes
Passo 9
Exemplos numéricos práticos (para treinar resolução passo a passo)
-
Exemplo TC:
- Enunciado: TC
. Se a corrente primária é , qual a corrente secundária ? - Resolução:
- Enunciado: TC
-
Exemplo TP:
- Enunciado: TP
. Qual é quando ? - Resolução:
- Se o sistema estiver com
(tensão um pouco menor), então
- Enunciado: TP
Passo 10
Dicas de prova e de projeto prático (curtas e diretas)
- Memorizar: secundários padrão de TC (
e ), secundários típicos de TP ( ), não abrir secundário de TC. - Ao dimensionar TC: escolha ratio tal que a corrente nominal do circuito esteja perto da faixa nominal do TC (evita grandes erros em regime normal) e verificar classe de exatidão e burden para os instrumentos reais.
- Ao ligar TPs: verifique neutro e aterramento do secundário conforme normas da subestação.
- Leia sempre o catálogo do fabricante para confirmar
, VA, classes e limites de operação.
Resposta
Transformador de Corrente (TC): transformador usado para reduzir e isolar correntes elevadas para valores padronizados (geralmente
ou
) para medição e proteção; relação dada por exemplo
com
.
Transformador de Potencial (TP): transformador usado para reduzir tensões de linha elevadas para tensões de medição padronizadas (tipicamente ) e isolar o circuito de medição; relação
.
Esquemas de ligação (resumo): TC monofásico: condutor primário atravessa núcleo; secundário ‑instrumento‑
(secundário nunca aberto). TP monofásico: primário na fase, secundário
‑voltímetro‑
(secundário normalmente referenciado/aterrado conforme prática). Para trifásico: usar 3 TCs/TPs (um por fase) ou ligações especiais em Y/Δ conforme necessidade de medição/proteção.
Valores de referência típicos de fabricantes (exemplos): TCs — secundário ou
; ratios comuns
; burden típicos
a
; classes de exatidão
; TPs — secundários típicos
; primários comuns
etc.; classes de exatidão
; fabricantes típicos: ABB, Siemens, Schneider Electric, WEG, GE (ver catálogos para dados precisos).
Transformador de Potencial (TP): transformador usado para reduzir tensões de linha elevadas para tensões de medição padronizadas (tipicamente
Esquemas de ligação (resumo): TC monofásico: condutor primário atravessa núcleo; secundário
Valores de referência típicos de fabricantes (exemplos): TCs — secundário