Por que VT não pode ser curto-circuitado e CT não pode ser aberto? Explicado

Todos sabemos que um transformador de tensão (VT) nunca deve operar em curto-circuito, enquanto um transformador de corrente (CT) nunca deve operar em circuito aberto. Colocar o VT em curto-circuito ou abrir o circuito do CT danificará o transformador ou criará condições perigosas.

Do ponto de vista teórico, tanto os VTs quanto os CTs são transformadores; a diferença reside nos parâmetros para os quais foram projetados para medir. Então, por que, apesar de serem fundamentalmente o mesmo tipo de dispositivo, um é proibido de operar em curto-circuito, enquanto o outro não pode ser colocado em circuito aberto?

Em operação normal, a bobina secundária de um VT opera em uma condição próxima a circuito aberto com uma impedância de carga (ZL) muito alta. Se o circuito secundário for colocado em curto-circuito, ZL cai praticamente a zero, causando uma corrente de curto-circuito massiva. Isso pode destruir o equipamento secundário e apresentar riscos sérios de segurança. Para proteger contra isso, um VT pode ter fusíveis instalados no lado secundário para evitar danos devido a um curto. Onde possível, fusíveis também devem ser instalados no lado primário para proteger o sistema de alta tensão de falhas na bobina de alta tensão ou nas conexões do VT.

Por outro lado, um CT opera com uma impedância (ZL) muito baixa no lado secundário, efetivamente em estado de curto-circuito durante a operação normal. O fluxo magnético gerado pela corrente secundária se opõe e anula o fluxo da corrente primária, resultando em uma corrente de excitação líquida muito pequena e um fluxo mínimo no núcleo. Assim, a força eletromotriz (FEM) induzida na bobina secundária geralmente é apenas de algumas dezenas de volts. 

No entanto, se o circuito secundário for aberto, a corrente secundária cai a zero, eliminando este efeito desmagnetizador. A corrente primária, inalterada (já que ε1 permanece constante), torna-se inteiramente corrente de excitação, causando um aumento dramático no fluxo magnético Φ. O núcleo rapidamente satura. Dado que a bobina secundária tem muitas espiras, isso resulta em uma tensão muito alta (possivelmente atingindo vários milhares de volts) entre os terminais secundários abertos. Isso pode romper a isolação e apresentar um risco severo para as pessoas. Portanto, um circuito secundário aberto em um CT é absolutamente proibido.

Tanto os VTs quanto os CTs são transformadores em princípio—VTs são projetados para transformar tensão, enquanto CTs transformam corrente. Então, por que um CT não pode ser colocado em circuito aberto, enquanto um VT não pode ser colocado em curto-circuito?

Em operação normal, as FEMs induzidas ε1 e ε2 permanecem essencialmente constantes. Um VT está conectado em paralelo com o circuito, operando em alta tensão e corrente muito baixa. A corrente secundária também é extremamente pequena, quase zero, formando uma condição equilibrada com a impedância infinita de um circuito aberto. Se o secundário for colocado em curto, ε2 permanece constante, forçando a corrente secundária a aumentar drasticamente, queimando a bobina secundária.

De maneira semelhante, para um CT conectado em série com o circuito, ele opera em corrente alta e tensão muito baixa. A tensão secundária é praticamente zero em condições normais, formando um estado equilibrado com uma impedância próxima a zero (curto-circuito). Se o circuito secundário for aberto, a corrente secundária cai a zero, e toda a corrente primária se torna corrente de excitação. Isso causa um aumento rápido no fluxo magnético, levando o núcleo a saturação profunda e potencialmente destruindo o transformador.

Assim, embora ambos sejam transformadores, suas diferentes aplicações levam a restrições operacionais completamente diferentes.