Um transformador de corrente (CT) é um dispositivo utilizado com um sistema de medição/proteção para medir grandes quantidades de corrente/níveis que não são diretamente mensuráveis; ele converte corrente de 400, 1000 e 3000 A em um valor utilizável de 5 ou 1 A. Essa mudança ocorre sob certas condições que devem ser seguidas pelo dispositivo CT: a polaridade deve estar correta, a carga deve ser precisa, a fiação secundária nunca deve estar exposta a um circuito aberto enquanto a corrente estiver fluindo. O manual inclui especificações sobre a conexão da fiação dos CTs com dispositivos de medição, relé e monitoramento, como configurar a fiação passo a passo e a forma como os modelos trifásicos devem ser conectados.
Caso a corrente primária ou o condutor conectado ao dispositivo seja permitido passar pelo transformador P1 e P2, então a leitura registrada nos terminais secundários P1 e P2 pode estar errada devido ao fato de que S1 pode não estar correspondendo a P1 em todos os casos, levando a uma leitura de tensão da corrente nas conexões S1 S2. Ao usar um único transformador, ambas as conexões S1 e S2 não são utilizadas em relação a todas as conexões trifásicas. Não há necessidade de qualquer outro método de conexão se um único CT for utilizado, uma vez que sempre será uma conexão direta para os dois de S1 e S2. Em caso de fiação trifásica, o transformador deve ser conectado usando o método de conexão “Y” ou estrela, com S1 sendo conectado às três entradas do instrumento, onde o uso das conexões S2 é feito no ponto de união onde S2 será conectado ao ponto comum da estrela, independentemente de qualquer um dos dois métodos acima ser utilizado.
O que um transformador de corrente faz e por que a conexão é importante
Os CTs são transformadores especializados que podem funcionar de uma única maneira: pegando a corrente primária e produzindo uma corrente secundária proporcional enquanto garantem isolamento do circuito primário. Um CT 400/5 produz cinco amperes no secundário quando o primário tem uma corrente elétrica de 400 amperes. Além disso, fornece dois e meio amperes em meia carga, e o medidor ou relé conectado interpretará essa informação e a levará de volta ao primário.
| Tipo de CT | Construção | Uso típico |
|---|---|---|
| CT de barra primária (janela) | O primário é uma barra fixa ou o barramento passa pela janela | Equipamento de manobra, medição em painel, retrofit em torno de barras existentes |
| CT de primário enrolado | O primário é um enrolamento trazido para terminais (P1/P2) | Aplicações de baixa relação e relação especial |
| CT de núcleo dividido | Grampos ao redor de um condutor existente sem desconexão | Monitoramento de energia retrofit, sub-medindo |
| CT de bucha | Integrado em uma bucha de transformador ou disjuntor | Proteção de transformador e equipamento de manobra |
| CT de equilíbrio de núcleo (zero-sequência) | Todos os condutores de fase passam por um núcleo | Detecção de falha à terra e medição de vazamento sensível |
Existem dois fatores importantes que mostram como um CT deve ser conectado. A relação para a corrente secundária significa quanta corrente o CT fornecerá para uma certa corrente primária (por exemplo, 400/5 ou 1.000/1). A carga em VA indica a quantidade de carga (medição e relé) que deve ser conectada ao CT sem afetar seu desempenho. Assim, se um CT estiver funcionando de acordo com a relação correta, mas estiver sobrecarregado de forma inadequada, as leituras não serão precisas.
Terminais e polaridade: P1, P2, S1, S2
Os terminais do CT seguem uma convenção estabelecida pela qual a fiação é sempre inequívoca uma vez que as letras são compreendidas:
| Terminal | Significado | Regra de conexão |
|---|---|---|
| P1 | Lado primário, marcado com polaridade | Geralmente enfrenta a fonte (o lado de entrada do condutor) |
| P2 | Lado primário, não marcado | Enfrenta a carga |
| S1 | Secundário, corresponde a P1 | Conecta-se à entrada do instrumento marcada como S1 (ou a entrada “linha”/polaridade) |
| S2 | Secundário, corresponde a P2 | Conecta-se à entrada do instrumento marcada como S2, ou ao ponto estrela/comum em esquemas trifásicos |
A regra de polaridade é uma das principais fontes de falhas na comissionamento. Como S1 deve sempre corresponder à entrada S1 do instrumento, e P1 com a fonte, uma mudança na orientação do CT ou na conexão de S1 para S2 fará com que as correntes medidas sejam invertidas. Aplicações de proteção sensíveis à direção podem falhar, assim como as leituras de potência (kW) nas quais a importação pode aparecer como exportação. Por outro lado, K e L como marcações podem ser usados por alguns fabricantes, o princípio permanece o mesmo (K deve corresponder a P1 e L a P2), significando que a placa de identificação deve ditar a fiação e não o modo de vida.
As três configurações de fiação que você realmente usará
Quase toda instalação de CT é dividida em três tipos de configuração:
- Um CT usado em conjunto com um único instrumento. Um CT com um medidor ou sensor: S1 é conectado a S1 do instrumento, e S2 é conectado a S2 do instrumento, enquanto o lado secundário é aterrado em um ponto (geralmente no painel do instrumento). Esta é a maneira padrão de usá-lo para um painel de alimentador dedicado ou monitoramento de corrente de motor. O mesmo procedimento é repetido três vezes no caso de medição trifásica de quatro fios.
- Uso de três CTs em uma configuração Y para medição e proteção trifásica. Aqui, todos os três fios S1 estão conectados à entrada de corrente correspondente do instrumento, enquanto todos os três fios S2 são levados a um único ponto estrela. Este ponto estrela é o ponto onde o secundário é aterrado. A configuração estrela é usada como a configuração padrão para medidores de energia trifásicos e medidores de potência, pois fornece uma cópia precisa das correntes de fase e também fornece um caminho para desequilíbrios de corrente.
- Um CT de equilíbrio de núcleo é usado para detecção de falhas à terra. Neste caso, todos os três condutores de fase (e o neutro, dependendo da aplicação) são passados através do núcleo de um CT. Em uma condição normal, a soma vetorial das correntes é igual a zero, e assim o secundário do CT lê zero; qualquer falha à terra leva a alguma corrente retornando através da terra em vez de através do neutro e produz um sinal residual que é detectado pelo relé de falha à terra. A fiação é menos complicada nesta configuração (apenas dois fios secundários vão para o relé), mas certas regras físicas devem ser seguidas: nenhum outro fio pode passar pelo núcleo, e o escudo ou armadura do cabo não pode criar uma rota paralela que cancele a corrente residual.
Se o mesmo CT precisar fornecer dados tanto para um medidor quanto para um relé de proteção, então as duas cargas são conectadas em série (o medidor primeiro, depois o relé, ou usando núcleos alternados se o CT tiver múltiplos secundários) e não em paralelo ou com núcleos não utilizados. A filosofia de proteção por trás das conexões residuais é explicada mais adiante em nosso fundamentos de proteção contra falhas à terra guia.
O diagrama de conexão do CT, explicado
Deve-se ler um esquema de fiação do CT começando pelo lado primário e terminando no instrumento. Este é um exemplo de como uma instalação de medição trifásica pareceria quando apresentada em um diagrama:
| De | Para | Condutor |
|---|---|---|
| Condutor da Fase A (lado da fonte) | CT-A P1 | Circuito primário — não fiação do CT |
| CT-A S1 | Entrada de corrente do medidor IA (S1) | 2,5-4 mm² cobre, 600 V nominal |
| CT-A S2 | Ponto estrela | Mesmo tamanho que S1 |
| CT-B S1 | Entrada de corrente do medidor IB (S1) | Mesmo tamanho |
| CT-B S2 | Ponto estrela | Mesmo tamanho |
| CT-C S1 | Entrada de corrente do medidor IC (S1) | Mesmo tamanho |
| CT-C S2 | Ponto estrela | Mesmo tamanho |
| Ponto estrela | Terra (apenas um ponto) | Condutor de aterramento conforme código local |
| Cada par S1/S2 | Bloco de terminais de curto/teste | Instalado entre o CT e o instrumento |
Se o seu projeto tiver um diagrama de fiação fornecido, ele deve ser usado como o documento fonte principal. No entanto, todas as três convenções a seguir devem ser usadas para verificá-lo antes de finalizar a instalação: uso do emparelhamento S1 a S1, uso de um único ponto de terra e presença de um mecanismo de curto no circuito. Quaisquer discrepâncias nesses três aspectos podem levar a uma comissionamento inadequado e criar condições inseguras.
Passo a passo: como conectar um transformador de corrente
- O primeiro passo é verificar os dados do CT e checar as demandas do instrumento. Verifique a placa de identificação quanto à relação, classificação de precisão, carga (VA) e marcações de polaridade. Confirme que a classificação de entrada do instrumento (1 A ou 5 A) é consistente com o secundário do CT, pois se um CT de 5 A for conectado a uma entrada de 1 A, o instrumento lerá de forma imprecisa por um fator de cinco e pode saturar a entrada.
- O dispositivo deve ser isolado, seguido pela verificação da condição de desligado. O circuito primário deve ser desenergizado, e medidas adequadas de bloqueio/etiquetagem devem ser aplicadas. É importante lembrar que “mesmo que o circuito primário tenha sido isolado, ainda pode haver um secundário do CT energizado de outra fonte” e, portanto, é importante considerar cada circuito do CT como energizado até que se prove o contrário.
- O próximo passo é encurtar o circuito secundário. O link de curto no bloco de terminais de teste precisa ser fechado ou um dispositivo de curto adequado pode ser usado para conectar S1 e S2. Este procedimento elimina o perigo de falha do CT.
- O próximo passo é encontrar a polaridade que envolve localizar os pontos P1 e P2 do primário, bem como S2 e S1 para o secundário. É essencial confirmar que a orientação primária (onde P1 aponta para a fonte) e o arranjo físico correspondem ao diagrama.
- Selecione o cabo secundário adequado. Condutores de cobre do tamanho apropriado devem ser usados tanto para a carga quanto para o comprimento do percurso (padrão 2,5 mm², 600 volts) com o objetivo de evitar a passagem de condutores de potência na capa enquanto se alcançam as três fases.
- A terminação deve ocorrer no instrumento com S1 na entrada S1 (polaridade) no instrumento e S2 na segunda entrada.
- Certifique-se de que há aterramento em apenas um ponto, tipicamente no instrumento ou no painel de relé.
- Verifique os terminais para configurações de torque de acordo com o fabricante e aplique etiquetas nas fases, incluindo a etiqueta de relação.
- O link de curto deve ser removido antes que os testes comecem com a verificação da relação e polaridade.
- Ligue o circuito de energização para que o circuito esteja lendo corretamente no instrumento, com as três fases sendo observadas na leitura atual.
Carga e dimensionamento de cabos: o cálculo que a maioria dos instaladores ignora
Transformadores de corrente (CTs) têm uma carga nominal acima da qual não serão precisos. O total da carga inclui todos os dispositivos conectados ao secundário e a resistência da fiação secundária:
- Carga do instrumento: esta é a carga em VA (ou ôhmica) especificada pelo fabricante do medidor ou relé. Pode variar de acordo com o tipo de instrumento, mas geralmente está na faixa de 0,2-1 VA por entrada de corrente para instrumentos eletrônicos modernos e cargas maiores para relés eletromecânicos mais antigos.
- Carga da fiação: a resistência da fiação é calculada da seguinte forma: 2 x comprimento unidirecional x resistência por metro (por exemplo, a resistência para fiação de cobre de 2,5 mm2 é aproximadamente 7,4 ohm/km), vezes o quadrado da corrente secundária. Dependendo do comprimento do percurso, não é incomum que a carga do instrumento seja excedida simplesmente devido à carga da fiação.
- Carga de conexão: a resistência entre os terminais e blocos de teste é geralmente pequena, mas se o total da fiação estiver próximo da carga do CT, esse valor deve ser incluído.
Se a carga total exceder a classificação do CT, ele não poderá fornecer leituras precisas e pode saturar durante correntes de falta – que é quando a proteção é mais necessária. Possíveis soluções incluem um percurso de cabo mais curto, um condutor maior, usar um instrumento de carga mais baixa ou comprar um CT com uma classificação de VA mais alta.
As classes de precisão em si — 0,5 e 1 para medição, 5P e 10P para proteção — são explicadas em nosso guia de classes de precisão de transformadores.
E a lógica de seleção de relação para uma instalação específica, desde a corrente de carga e nível de falta até a escolha final da placa de identificação, é abordada em nosso seleção de relação de transformador de corrente artigo.
Testes e verificação
Três testes são usados para garantir que um CT esteja instalado corretamente antes de ser permitido carregar carga:
| Teste | O que isso prova | Método |
|---|---|---|
| Teste de relação | O CT produz a corrente secundária esperada para uma corrente primária conhecida | Injeção primária a uma fração da corrente nominal, ou um método de tensão secundária para CTs grandes |
| Teste de polaridade | S1 realmente corresponde a P1 e o instrumento lê a potência ativa corretamente. | Pulso DC ou injeção primária com um instrumento sensível à polaridade. |
| Isolamento e continuidade. | Nenhum condutor secundário em curto ou aberto, e isolamento adequado para a terra. | Verificações de resistência de isolamento e continuidade antes da energização. |
A verificação pós-energização é igualmente importante porque você deve comparar as leituras do CT com uma leitura de um medidor de garra no lado primário, verificar se as leituras são consistentes em todas as três fases e confirmar que os circuitos de falha à terra registram zero resíduos em um alimentador saudável. Onde o CT faz parte de um esquema de proteção, essa coordenação — e as referências de aterramento das quais depende — é o assunto de nossas. fundamentos de aterramento de transformadores guia.
Regras de segurança e os erros que danificam equipamentos.
Os secundários dos transformadores de corrente apenas conduzem pequenas quantidades de corrente em baixas tensões — até que algo dê errado. As seguintes são diretrizes obrigatórias para lidar com circuitos de transformadores de corrente:
- Nunca abra os circuitos secundários do transformador de corrente enquanto o circuito primário estiver energizado. O transformador de corrente tentará gerar tensões muito altas (centenas ou milhares de volts) nos terminais secundários quando estiver aberto, levando a uma situação extrema de sobretensão, saturação do núcleo, superaquecimento e potencialmente explosão e incêndio.
- Aterre o secundário do transformador de corrente apenas em um ponto. Conectar o aterramento em dois pontos fará com que uma corrente desnecessária circule pelo aterramento, contribuindo para uma medição incorreta e potencialmente causando uma desconexão desnecessária do equipamento de proteção.
- Evite instalar um interruptor ou fusível no circuito do transformador de corrente que não seja um bloco de teste do tipo curto. Circuitos padrão podem falhar em aberto, o que cria a mesma condição que um circuito aberto.
- Não deixe núcleos de transformadores de corrente sobressalentes abertos. Curto-circuito as bobinas não utilizadas e anote-as no desenho, ou técnicos futuros podem levar incorretamente o pessoal de serviço a assumir que são circuitos abertos.
- Certifique-se de observar a polaridade correta em cada conexão. As conexões S1 para S1 e P1 para fonte não são convenções arbitrárias que podem ser alteradas posteriormente.
- Mantenha os fios do transformador de corrente afastados de cabos de potência e de acionamento de frequência variável (VFD), e não passe o transformador de corrente apenas por uma parte do condutor em um esquema de balanceamento de núcleo.
Dois outros pontos práticos a lembrar são que um transformador de corrente deve ser conectado com a classificação de entrada do instrumento correspondente à classificação secundária do transformador (1A ou 5A) e que o condutor primário deve passar pela janela em uma única direção. Passar uma barra ou cabo de volta pelo núcleo ao contrário inverterá a polaridade efetiva do transformador de corrente. Para medidores que devem ser removidos para calibração, o bloco de teste deve ser do tipo que automaticamente curto-circuita o CT quando o instrumento é desconectado; as práticas de fiação em torno de medidores e transformadores de instrumentos também são abordadas em nosso guia de instalação do transformador de corrente.
Perguntas Frequentes
Quais são as desvantagens de usar um transformador de corrente?
Existem várias desvantagens; ter um secundário em circuito aberto é perigoso, pois cria a possibilidade de ferimentos graves; o cálculo da carga conectada deve ser feito corretamente, caso contrário, leituras imprecisas serão produzidas; polaridade incorreta pode resultar não apenas em leituras imprecisas, mas também em dispositivos de proteção com mau funcionamento; há um pequeno deslocamento de fase introduzido pelo CT que resulta em uma leve imprecisão nas medições; custo adicional e espaço no painel; o dimensionamento adequado é necessário, caso contrário, o CT saturará durante uma condição de falha. Embora medidores eletrônicos modernos reduzam alguns dos problemas associados a essas desvantagens, todos eles não podem ser eliminados.
Como os transformadores de corrente são conectados?
Para conectar o condutor primário através do CT, há P1 (o lado da fonte) e P2 (o lado da carga) ou a linha é passada pela barra/janela. O lado secundário será S1 e S2, com S1 correspondendo a P1. O S1 e S2 levarão a um medidor, relé ou transdutor diretamente para um único CT ou em uma configuração estrela para medição trifásica (três S1s para o medidor e três S2s acoplados a um ponto estrela aterrado, etc.). Há um bloco de terminais de curto-circuito/teste montado na junção do CT e do instrumento.
Importa qual fio vai onde em um transformador?
Para qualquer transformador, importa; no entanto, os CTs têm requisitos únicos. Isso se deve ao fato de que os fios têm uma polaridade específica (ou seja, S1 correlacionando-se com P1). Ao inverter esses dois fios, faz com que a corrente flua na direção oposta, criando leituras de potência imprecisas, juntamente com a possibilidade de dispositivos de proteção com mau funcionamento. Isso se aplica em ambos os transformadores com relação aos fios primário e secundário.
Como você conecta um transformador elétrico?
No caso de um transformador de instrumento, como um CT: verifique a relação e a carga, isole o transformador e comprove que está desligado, faça um curto no lado secundário, identifique qual fio corresponde a P1 e qual fio corresponde a S1; conecte o cabo secundário de tamanho adequado de modo que S1 e S2 levem às entradas respectivas do instrumento, aterre o secundário em um ponto, rotule e aperte a conexão, remova o aterramento; e finalmente, injete um padrão conhecido no sistema para verificar a polaridade e a relação. O processo para conectar um transformador de potência difere deste procedimento, mas ainda requer que o indivíduo verifique classificações, polaridade, aterramento e testes antes de energizar a carga.
Referências
- IEEE — C57.13, Requisitos Padrão para Transformadores de Instrumento
- IEC — Série 61869, Transformadores de Instrumento
- NFPA — Código Elétrico Nacional (Circuitos de Transformador de Instrumento)
- NETA — Especificações de Teste de Aceitação para Equipamentos de Potência Elétrica
Conclusão
A instalação do transformador de corrente tem um grande peso, embora possa parecer uma tarefa sem importância. A função do transformador de corrente é reduzir a quantidade de corrente primária que flui pelo fio para uma leitura segura para o medidor ou relé. Portanto, você pode ver quão importante essa tarefa é a longo prazo. Para o fio primário (P1), você terá que passar o fio até a fonte, enquanto o fio secundário (S1) irá do transformador de corrente até o medidor ou relé. Se você estiver ligando medidores trifásicos, os circuitos devem ser conectados em um padrão estrela e aterrados em um único ponto à terra. Use um CT de equilíbrio de núcleo para correntes residuais; certifique-se de dimensionar o fio secundário adequadamente de acordo com a carga de carga. Sempre use um bloco de teste para fazer um curto no circuito antes de energizá-lo e nunca quebre o circuito enquanto a corrente estiver fluindo pelo lado primário. Certifique-se de verificar as leituras primeiro usando injeção primária e, em seguida, registre a relação na folha para referência futura.