Os dois principais tipos de transformadores instrumentais em um sistema de energia.

I. Transformador de Tensão (VT)

Transformador de Tensão (Também conhecido como Transformador de Potencial, abreviado como PT; Transformador de Tensão, abreviado como VT) é um dispositivo elétrico utilizado para transformar níveis de tensão em circuitos de energia.

1. Princípio de Funcionamento

O transformador de tensão opera com base no princípio da indução eletromagnética e possui uma estrutura semelhante à de um transformador convencional, consistindo principalmente em uma bobina primária, uma bobina secundária e um núcleo. A bobina primária está conectada em paralelo ao circuito de alta tensão que está sendo medido e tem um grande número de espiras.

A bobina secundária, com menos espiras, está conectada a instrumentos de medição, relés de proteção e outras cargas. Em condições normais de operação, o lado secundário está aproximadamente em estado de circuito aberto. De acordo com a lei da indução eletromagnética, a relação entre a tensão primária e secundária é igual à razão de espiras (U₁/U₂ = N₁/N₂). Isso permite que a alta tensão seja reduzida proporcionalmente para uma tensão baixa padronizada (geralmente 100V ou 100/√3 V), tornando-a segura e adequada para dispositivos de medição e proteção.

Seu símbolo elétrico é o seguinte:

2. Funções

• Medição de Tensão: Reduz as tensões do sistema de alta tensão para tensões baixas padronizadas (por exemplo, 100V ou 100/√3 V) para uso por voltímetros, medidores de energia e outros instrumentos de medição, permitindo o monitoramento em tempo real da tensão do sistema de energia.
• Proteção por Relé: Fornece sinais de tensão confiáveis aos relés de proteção para funções de sobretensão, subtensão e outras proteções. Quando ocorrem condições anormais de tensão, o sistema de proteção responde rapidamente, acionando um comando de desligamento para isolar o circuito com falha e garantir a segurança do sistema e do equipamento.
• Medição de Energia e Faturamento: Trabalha em conjunto com medidores de energia para medir com precisão o consumo de energia em circuitos de alta tensão. Serve como base crítica para faturamento e liquidação de energia.

3. Características

• Alta Precisão: Transformadores de tensão de medição têm classes de precisão elevadas (por exemplo, 0,2, 0,5) para garantir a medição precisa de tensão e energia. Transformadores de tensão de proteção priorizam resposta rápida e têm classes de precisão relativamente menores (por exemplo, 3P, 6P).
• Requisitos Elevados de Isolamento: Transformadores de tensão de alta tensão devem suportar altas tensões de operação e geralmente usam isolamento a óleo, gás SF₆ ou resina sólida para desempenho estável e confiável. Transformadores de tensão de baixa tensão são, na maioria, do tipo seco, com estrutura simples e manutenção fácil.
• Lado Secundário Não Deve Ser Curto-Circuitado: Um curto-circuito no lado secundário pode gerar correntes extremamente altas, potencialmente superaquecendo e destruindo as bobinas. Portanto, o circuito secundário deve ser protegido por fusíveis ou disjuntores de pequena capacidade.

4. Cenários de Aplicação

• Aplicações de Alta Tensão: Adequados para linhas de transmissão e subestações com tensões de 1 kV e acima (por exemplo, sistemas de 10 kV, 35 kV, 110 kV). Utilizados para monitorar tensões de barramentos ou linhas e fornecer entrada para sistemas de proteção, garantindo a operação segura e estável da rede.
• Aplicações de Baixa Tensão: Aplicáveis a sistemas de distribuição abaixo de 1 kV (por exemplo, circuitos residenciais de 220V, sistemas industriais de 380V). Comumente instalados em quadros de baixa tensão para monitorar a tensão do lado do consumidor ou interfacear com medidores de energia para medição de potência.

II. Transformador de Corrente (CT)

Um transformador de corrente (CT), também conhecido como transdutor de corrente, é um transformador de instrumento que, nas condições normais de operação, produz uma corrente secundária substancialmente proporcional à corrente primária, com uma diferença de fase que se aproxima de zero quando corretamente conectado.

1. Princípio de Funcionamento

O transformador de corrente opera com base no princípio da indução eletromagnética e possui uma estrutura semelhante à de um transformador convencional, consistindo de uma bobina primária, uma bobina secundária e um núcleo magnético. A bobina primária está conectada em série com o circuito que está sendo medido e tem muito poucas espiras (às vezes apenas uma espira), carregando a alta corrente primária.

A bobina secundária, com muitas mais espiras, está conectada em série a instrumentos de medição, relés de proteção e outras cargas, formando um circuito fechado. Em condições normais de operação, o lado secundário está aproximadamente em condição de curto-circuito. De acordo com a indução eletromagnética, a relação entre a corrente primária e secundária é inversamente proporcional à razão de espiras (I₁/I₂ = N₂/N₁). Isso permite que grandes correntes sejam reduzidas proporcionalmente para correntes de baixo nível padronizadas (geralmente 5A ou 1A), facilitando a medição, monitoramento e proteção.

Seu símbolo elétrico é o seguinte:

A relação entre a corrente nominal primária e secundária de um transformador de corrente é chamada de razão de transformação de corrente (Ke). A expressão para a razão de transformação de corrente é:

Observação:

• W₁, W₂ são o número de espiras nas bobinas primária e secundária do transformador, respectivamente;
• I₁ₑ, I₂ₑ são as correntes nominais das bobinas primária e secundária, respectivamente;
• I₁, I₂ são as correntes reais nas bobinas primária e secundária, respectivamente.

2. Funções

• Medição de Corrente: Reduz as correntes primárias altas para correntes secundárias padronizadas de baixo nível (por exemplo, 5A ou 1A), permitindo que amperímetros, medidores de energia e outros instrumentos monitorem a corrente de carga em tempo real.
• Proteção por Relé: Fornece sinais de corrente a relés de proteção para proteção contra sobrecorrente, diferencial e distância. Quando ocorrem falhas como curtos-circuitos ou sobrecargas, o sistema de proteção aciona um sinal de desligamento para desconectar o fornecimento de energia, prevenindo danos ao equipamento e instabilidade do sistema.
• Isolamento Elétrico: Fornece isolamento galvânico entre o circuito primário de alta tensão/alta corrente e os circuitos secundários de baixa tensão utilizados para medição, controle e proteção. Isso garante a segurança das pessoas e do equipamento secundário.

3. Características

• Alta Confiabilidade: Deve suportar altas tensões mecânicas e térmicas durante eventos de curto-circuito. Os CTs são projetados com excelente estabilidade dinâmica e térmica para permanecer intactos em condições de falha extremas.
• Design com Múltiplas Bobinas: Transformadores de corrente de alta tensão frequentemente possuem múltiplas bobinas secundárias—uma para medição (alta precisão, por exemplo, classe 0,5) e outra para proteção (ampla faixa e resposta rápida, por exemplo, classe 5P ou 10P). Transformadores de corrente de baixa tensão geralmente têm uma ou duas bobinas para atender às necessidades básicas de aplicação.
• Lado Secundário Não Deve Ser Circuito Aberto: Um circuito aberto no lado secundário pode induzir tensões extremamente altas (até vários kV) através da bobina, representando riscos sérios de quebra de isolamento, danos ao equipamento e choque elétrico. Portanto, o circuito secundário deve permanecer fechado durante a operação—o abertura dele é estritamente proibida.

4. Cenários de Aplicação

• Aplicações de Alta Tensão: Utilizados em linhas de transmissão e subestações com tensões de 1 kV e acima (por exemplo, sistemas de 10 kV, 35 kV, 110 kV). Amplamente aplicados no monitoramento de corrente e proteção de equipamentos críticos como transformadores, disjuntores e barramentos, desempenhando um papel vital na garantia da confiabilidade e segurança da rede.
• Aplicações de Baixa Tensão: Aplicados em sistemas de distribuição abaixo de 1 kV (por exemplo, oficinas industriais, edifícios comerciais, condomínios residenciais). Geralmente instalados em painéis de baixa tensão ou quadros de distribuição para monitoramento de circuitos ramais, medição de energia ou integração com dispositivos de corrente residual (RCDs) e medidores inteligentes para permitir a gestão segura e eficiente do uso de energia.