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Transformadores de Instrumentos
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Transformadores de Instrumentos
Definição
São equipamentos utilizados para abaixar os níveis das grandezas elétricas em um sistema
elétrico de potência para níveis que possam ser medidos e processados com segurança.
Basicamente duas grandezas são medidas por Transformadores de instrumentos:
• Corrente: transformador de corrente (TC)
• Tensão: transformador de potencial (TP)
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Transformadores de Instrumentos
Função dos transformadores
• Fornecer no secundário uma medida proporcional à grandeza no primário;
• Isolar galvanicamente os equipamentos de medição, controle e proteção;
• Padronizar os níveis de tensão e corrente a fim de ser compatíveis para diversos
medidores e equipamentos de proteção .
TC
• Brasil� 5A
• Europa� 1A
TP
• 115 V
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Transformadores de Corrente
Símbolo e polaridade
Regra: A corrente primária entra pela 
polaridade e a corrente secundária sai pela 
polaridade. Lembrando que as duas correntes 
estão em fase.
A norma NBR6856 estabelece que os TC’s para 
serviços de medição e proteção devam ser 
construídos conforme a Figura (a).
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Transformadores de Corrente
Normas técnicas
• Normas ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
� NBR6546 – Transformadores para instrumentos – terminologia 
� NBR6821 – Transformador de corrente – método de ensaio
� NBR6856 – Transformador de corrente – especificação
• Normas ANSI – American National Standards Institute
� IEEE Std C57.13 – 1993 (R2003) – IEEE Standard Requirements for Instrument Transformers
� IEEE Std C37.110 – 2007 - IEEE Guide for the Application of Current Transformers 
Used for Protective Relaying Principles.
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Transformadores de Corrente
Relação de transformação
� Para um transformador ideal:
�� − �� = ℜΦ
���� − ���� = 0 �� =
����
��
���� − ���� = ℜΦ�
� ��� =
��
��
�� = ��� �� ou
�� =
��
���
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Transformadores de Corrente
Valores típicos RTC
Como os equipamentos são padronizados em 5 A, as relações são denotadas por x – 5, onde
x é a própria corrente do primário.
Pela NR6856 da ABNT: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400,
500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000, 6000 e 8000 A. Os
sublinhados refere-se a norma ANSI.
300-5
~
150 A
R
2,5 A
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Transformadores de Corrente
Exemplo de conexões
Diagrama representativo de ligação do TC 400/600/800 x 800/1200/1600 - 5/5/5 A
: Representar relações nominais
- Separar correntes nominais e relações nominais de enrolamentos diferentes
x Separar correntes nominais e relações nominais obtidas por religação série ou paralelo
/ Separar correntes nominais e relações nominais obtidas por derivações
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Transformadores de Corrente
Tipos de TC’s quanto a características
• Construtivas: barra, janela, bucha, núcleo dividido, pedestal, entre outros.
• Elétricas
Alta impedância: Baixa impedância:
ABNT tipo A
ANSI tipo H
ABNT tipo B
ANSI tipo L
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Transformadores de Corrente
Circuito equivalente e erro do TC
O erro de um TC está relacionado a corrente de magnetização e saturação do núcleo.
�% =
��
��
× 100
��
���
= �� + ��
• A corrente no primário depende da carga do SEP;
• A corrente no secundário depende da carga do TC;
� Se a corrente no primário aumentar, aumenta a de 
magnetização;
� Se a corrente da carga do TC diminui, aumenta a de 
magnetização.
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Transformadores de Corrente
Abertura do secundário do TC
É proibida a abertura do secundário do TC
Para retirar equipamentos ligados ao TC � curto-circuitar os terminais do secundário
Diagramas de ondas no instante da
abertura do secundário do TC 
• O aumento do fluxo causa:
� Excessivas perdas por histerese e Foucault , 
aquecimento e queima do transformador;
� Produção de elevadas tensões, perfuração 
da isolação e risco para segurança humana.
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Transformadores de Corrente
Curva de magnetização do TC
Durante o defeito, a prioridade da proteção
é atuar para uma estimativa razoável da
corrente. Portanto, admite-se precisões de
2,5% , 5% ou 10% nas correntes do
secundário do TC, no ponto ANSI.
• Para garantir a corrente de magnetização abaixo do ponto ANSI é necessário:
� Limitar a máxima corrente no primário – Fator de Sobrecorrente
� Limitar a máxima impedância no secundário – Classe de Exatidão.
Ponto ANSI: um acréscimo de 10% da tensão provoca um aumento de 50% 
da corrente de excitação
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Transformadores de Corrente
Fator de Sobrecorrente
É definido pela razão entre a máxima corrente de curto-circuito que atravessa o primário do
TC e sua corrente primária nominal.
Representa a máxima corrente de curto-circuito para qual o erro se mantém.
Padrão ANSI� 20
ABNT� 5, 10, 15 e 20 A tendência no Brasil é usar 20
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Transformadores de Corrente
Fator de Sobrecorrente
Exemplo: seja um TC 600-5, erro=10% e FS=20
Para correntes acima de 12 kA o erro pode ultrapassar os 10%.
Construtivamente, o FS produz uma limitação no TC quanto ao seu erro produzido pela
sua saturação:
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Transformadores de Corrente
Diferença entre TC de Medição e TC de Proteção
• TC de medição: deve manter seu erro de precisão até a corrente nominal.
0,1�������� �� ≤ �	�
�� ≤ �������� ��
Suas classes de exatidão mais usuais são 0,3; 0,6 e 1,2%
• TC de proteção: deve ser preciso até o seu erro aceitável para corrente de curto-circuito,
considerando o fator de sobrecorrente (20��).
Suas classes de exatidão mais usuais são 2,5; 5 e 10%
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Transformadores de Corrente
Diferença entre TC de Medição e TC de Proteção
Os núcleos magnéticos dos TC’s de proteção
devem ser de seção transversal maior, para
não saturarem no instante do curto-circuito.
Já os de medição são de seção transversal
menor para propositalmente saturarem e
servir de proteção para os equipamentos de
medição, evitando a sobretensão nos
mesmos.
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Transformadores de Corrente
Classe de exatidão de um TC pela ABNT
Limita a máxima potência aparente (VA), em regime permanente (�
,�������), que se pode
conectar no secundário para que na condição de curto-circuito, considerando o FS (fator de
sobrecorrente), seja satisfeito o erro de exatidão.
% FS
VA
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Transformadores de Corrente
Classe de exatidão de um TC pela ANSI
Limita a máxima tensão no secundário para a condição de curto-circuito considerando o FS
(fator de sobrecorrente), ou seja, I
s
= 20x5=100 A.
%
volts
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Transformadores de Corrente
Classe de exatidão de um TC pela ANSI
• Seja o TC classe 10H400.
Trata-se de um TC de alta impedância tal que para a condição de curto-circuito, I
s
= 20x5 A, 
deve atingir uma tensão de no máximo 400 V.
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Transformadores de Corrente
Carga no secundário de um TC
É a máxima carga conectada ao secundário de modo a não ultrapassar a máxima tensão
definida pela classe de exatidão.
� Exemplo 1: Qual a máxima carga que se pode conectar no secundário de um TC classe
10H400?
Z = V/I � Z = 400/(20x5) = 4 Ω
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Transformadores de Corrente
Classe de exatidão equivalente ABNT / ANSI
Exercício: Especificar os TC’s abaixo segundo a norma ANSI
a) A10F20C50
b) B10F10C25
c) 10A600
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Transformadores de Corrente
Carga no secundário de um TC
Exemplo 2: Em relação ao diagrama unifilar da figura abaixo, para um TC10H400, calcular:
a) A corrente no secundário do TC, para uma corrente primária de 480 A.
b) A corrente no secundário para o curto-circuito apresentado.
c) A máxima carga no secundário, para que o TC fique dentro da classe de exatidão,
considerando a corrente de curto-circuito apresentada.
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Transformadores de Corrente
Carga dosRelés
Os relés são os principais equipamentos de proteção que representam uma carga considerável
para o secundário do TC.
• Relés de carga fixa: Relés em que o ajuste é feito por mudança no entreferro ou tração da
mola. Portanto, a carga é fixa, isto é, não varia com a mudança no ajuste do relé.
• Relés de carga variável: São os relés em que o ajuste é feito através da mudança de tap da
bobina do primário.
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Transformadores de Corrente
Carga dos Relés
O menor tap representa a maior impedância do relé. Em outro tap a impedância diminui, tendo o
seu menor valor no tap máximo.
A potência aparente do relé, correspondente ao seu tap, é sempre a mesma.
Portanto:
Exemplo: O relé IAC 51 da GE tem uma impedância de 21,2 Ω e a faixa de taps disponíveis é de:
0,5-0,6-0,7-0,8-1,0-1,5-2,0 A.
Qual a impedância do relé no tap=1 A?
�
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Transformadores de Corrente
Impedância da fiação
Considera-se a distância entre os TC’s e a sala de operação, onde se encontram os relés.
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Transformadores de Corrente
Fator térmico de um TC
• Os valores mais usuais do transformador de corrente são: 1,0; 1,2; 1,3; 1,5 e 2,0.
• O TC pode operar carregado plenamente e permanentemente até o limite térmico sem 
prejuízo no desempenho, vida útil e nível de isolação.
• Contempla o futuro crescimento da carga e possíveis sobrecargas em situações de 
emergência.
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Transformadores de Corrente
Limite térmico de um TC
É a máxima corrente de curto-circuito simétrica que o TC pode suportar durante 1 s, com o
secundário em curto-circuito (efeito joule de curta duração).
Se o tempo total de atuação da proteção for maior que 1s para eliminar o curto-circuito, a
corrente limite para o curto fica determinada por:
Onde � é uma constante que depende de características construtivas do TC
������
	
�
������ = 	
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Transformadores de Corrente
Limite térmico de um TC
Exemplo: Sendo o tempo de atuação da proteção de 2s, qual a corrente máxima permissível de
curto-circuito para um TC com limite térmico de 40 kA?
�
� Sempre utilizara a equação:
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Transformadores de Corrente
Resumo de limitações dos TC’s
Fator de Sobrecorrente
Classe de Exatidão
Fator térmico
Limite térmico
� �
 ≤ 100 �
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Transformadores de Corrente
Exemplo de especificação de um TC
Seja um alimentador trifásico com fluxo de 30 MVA, V
N
=69 kV, I
cc
3f=9 kA, I
cc
1f=6 kA:
a) Dimensionar o TC, quanto a relação de transformação.
b) Especificar a classe de exatidão para ABNT e ANSI, considerando a carga total do TC igual a
0,234 Ω e a potência aparente de 5,945 VA para I
s
=5 A.
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Transformadores de Potencial
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Transformadores de Potencial
Definição
Os TP’s são unidades monofásicas destinadas a fornecer um sinal proporcional de tensão a
instrumentos de medição, controle e proteção. Podem-se adotar diversas configurações, sendo a
configuração Y-Y a mais utilizada.
Polaridade e relação de transformação:
��
 =
��
��
=
��
��
�� =
��
��
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Transformadores de Potencial
Circuito equivalente do TP
O modelo equivalente do TP é o mesmo do TC, porém:
• a corrente no primário Não depende da carga do SEP;
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Transformadores de Potencial
Carga nominal
• Definida como sendo a máxima potência aparente (VA) que se pode conectar no secundário,
para que o TP não ultrapasse o erro de sua classe de exatidão.
• A soma dos diversos equipamentos ligados em paralelo ao TP não deve ultrapassar a carga
nominal.
ANSI ABNT Carga nominal (VA)
P12,5 W 12,5
P25 X 25
P35 M 35
P75 Y 75
P200 Z 200
P400 ZZ 400
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Transformadores de Potencial
Classe de exatidão
Classe de 
exatidão
Aplicações
0,1 % Instrumentos de laboratórios
0,3 % Medições de grandezas para fins de faturamento
0,6 % Medição para acompanhamento das condições operativas
1,2 % Relés de proteção
3,0 % TP’s com ligação ∆ aberto para proteção residual fase-terra
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Transformadores de Potencial
Diferença Transformadores de força e TP
• Limite de máxima transferência de potência
� Transformador de força: aquecimento fixado pela classe de isolação do material. O
uso de ventiladores e radiadores de calor aumenta a capacidade do transformador.
� Transformador de potencial (TP): erro de transformação dado pela classe de exatidão.
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Transformadores de Potencial
Transformador de Potencial Capacitivo (TPC)
São construídos basicamente com a utilização de dois conjuntos de capacitores que servem
para fornecer um divisor de tensão capacitivo conectado ao primário do TP.
Objetivos:
• Diminuir o custo do TP para níveis de tensão
mais elevados (≥ �� �� �	
 ��);
• Em geral, o TP é normalizado para 15 ou 23 kV;
• Permitir filtrar sinais de alta frequência,
utilizados para comunicação de dados.
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Transformadores de Potencial
Transformador de Potencial Capacitivo (TPC)
��� = �� =
��
�� + ��
��
��� =
1
−��(�� + ��)
 =
�
3
×
1
���
×
��
�� + ��
�′� = �� + �� + �′	
� Para que 
 independa da corrente de carga, o 
reator deve ser ajustado para ressonância: 
�� =
1
−��(�� + ��)
− �� + �
�
� Assim:
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Filtros de sequência
Filtros de sequencia
São dispositivos utilizados para separar as componentes simétricas de tensão ou corrente de
um sistema trifásico.
São utilizados principalmente:
• quando o sistema encontra-se sobrecarregado, próximo dos limites de estabilidade;
• Para identificar qual a fase defeituosa, durante os religamentos automáticos;
• No ajuste do relé de distância de neutro.
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Filtros de sequencia Zero
Verificar dedução no livro do Amadeu Caminha
Filtros de sequência
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Filtros de sequencia Positiva e Negativa
Verificar dedução no livro do Amadeu Caminha
Filtros de sequência
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Exercícios
Estudar no livro do Amadeu Caminha
Capítulo 7: Exemplos 2, 3 e 4 ; Exercício 1