TC's e TP's TRANSFORMADORES PARA INSTRUMENTOS

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Transformadores Para 
Instrumentos
Prof. Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.
Sumário
• 1. Tipos de Transformadores. 
• 2. Transformadores de Corrente - TCs.
• 3. Transformadores de Potencial – TPs.
• 4. Ligação para Medição de Energia.
• 5. Considerações finais.
• 6. Exemplo de aplicação de medição de 
energia.
Introdução
Introdução
Introdução
Tipos de Transformadores
• Transformador de alimentação;
• Transformador de áudio;
• Transformador de distribuição;
• Transformador de potencial;
• Transformador de corrente;
• Transformador de rádio freqüência;
• Transformadores de pulso;
• Autotransformadores.
Transformador Industrial
Transformadores
Transformadores
Transformadores
Transformadores
Transformadores
Transformador Ideal
Transformadores
Histerese
Transformadores
Transformadores
Transformadores
Transformadores
Bobinas BT e AT
Transformadores
Transformador de Distribuição
Transformadores
Transformadores
Transformadores
Transformadores para Instrumentos
• São dispositivos utilizados de modo a tornar 
compatível as faixas (escalas) de atuação 
dos instrumentos de medição, controle e 
fornecer a devida proteção dos mesmos.
• Função importante dos transformadores é a 
isolação, permitindo a atuação com nível de 
tensão diferente do circuito com o dispositivo.
Transformadores de Corrente
• Definição :
• São transformadores destinados a operar 
com seus secundários sobre cargas com 
impedância reduzidíssima, como bobinas de 
amperímetros, bobinas de corrente de relés, 
etc (SIMONE, 1998).
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
• Aspectos Construtivos : 
• Consiste em poucas espiras no primário e 
com uma bitola apropriada para a corrente do 
circuito de força, conectado em série com 
este enrolamento, fazendo com que a 
corrente que flui para a carga circule pelo 
enrolamento primário.
Transformadores de Corrente
• Aspectos Construtivos : 
• O secundário contém várias espiras de fio 
relativamente fino, adequado ao equipamento 
de medição conectado a ele.
• A impedância interna do equipamento
conectado ao secundário do TC é pequena, 
de modo a fazer com que o secundário esteja 
praticamente em curto-circuito.
• Isto “significa” que um TC opera como se 
fosse um transformador com o secundário 
em curto-circuito.
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
• Aspectos Construtivos : 
• As bobinas dos instrumentos são conectadas 
em série e a impedância total deve ser a 
menor possível (menor que 1 Ω). 
• A tensão do secundário do TC é aplicada 
sobre a pequena impedância do(s) 
instrumento(s) de medida e dos condutores 
que fazem conexão com ele é da ordem de 
alguns Volts.
Transformadores de Corrente
• Aspectos Construtivos : 
• Como um pequeno valor de tensão 
corresponde a um pequeno valor de FEM 
(E2), isto leva a um pequeno fluxo magnético 
mútuo.
• Neste caso pode-se desprezar as perdas no 
ferro, corrente de excitação e de 
magnetização e a corrente do primário tende 
a ser proporcional a corrente do secundário.
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
• Aspectos Construtivos : 
• Como foi desprezadas as perdas, a 
constante (k) de proporção entre a corrente 
do primário em ralação a corrente do 
secundário do TC é a própria relação de 
transformação.
• Neste caso, temos: 
Transformadores de Corrente
• Aspectos Construtivos : 
• Portanto, a relação de transformação é
constante se for desprezada a corrente de 
magnetização.
• Na prática, em função das propriedades dos 
materiais magnéticos usados para a 
construção dos TCs, ocorrem algumas 
imprecisões (erros) de medição que devem 
ser considerados.
Transformadores de Corrente
• Aspectos Construtivos : 
• Estas peculiaridades dos TCs faz com que o 
enrolamento primário tenha poucas espiras e 
no caso de grandes correntes, o enrolamento 
primário não passa de uma barra ou um 
condutor cilíndrico que passa por uma janela 
do núcleo de aço-silício.
• A tensão do primário de um TC é da ordem 
de milivolts, enquanto o secundário é da 
ordem de alguns Volts.
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
Transformadores de Corrente
TC – Correntes Nominais
• As correntes nominais primárias e as 
relações devem ser compatíveis com a 
corrente de carga do circuito primário.
• As correntes nominais primárias podem ser 
de 5 A a 8000 A e a corrente secundária via 
de regra é 5 A, podendo em alguns casos ser 
de valor 1 A, 500mA, 300mA e 100 mA ou 
menos, dependendo do emprego do TC.
TC – Correntes Nominais
• A NBR6856 adota as seguintes simbologias 
para definir as relações de corrente.
• Dois pontos(:) é usado para exprimir relações 
nominais. Ex.: 300:1; 
• Hífen(-) é usado para separar correntes
nominais de enrolamentos diferentes. Ex.: 
300-5A, 300-300-5 (dois enrolamentos 
primários) e 300-5-5 (dois enrolamentos 
secundários);
TC – Correntes Nominais
• O x é usado para separar correntes primárias 
nominais, ou relações nominais duplas, como 
300x600-5A, correntes primárias nominais, 
cujos enrolamentos podem ser ligados em série 
ou paralelo;
• Barra (/) é usada para separar correntes 
primárias nominais ou relações nominais 
obtidas por meio de derivações, efetuadas 
tanto nos enrolamentos primários como nos 
secundários. Ex.: 300/400-5A, ou 300-5/5.
TC – Polaridade
• Os TCs destinados ao serviço de medição de 
energia, relés de potência, fasímetros, etc. 
são identificados nos terminais de ligação 
primário e secundário por letras que indicam 
a polaridade para a qual foram construídos e 
que pode ser positiva ou negativa.
• São empregados as letras com seus índices, 
P1, P2, e S1, S2.
TC – Polaridade
• Um TC tem polaridade subtrativa, quando a 
onda de corrente, num determinado instante, 
percorre o circuito primário de P1 para P2 e a 
onda de corrente correspondente no 
secundário assume a trajetória de S1 para 
S2.
• Caso contrário, diz-se que o TC tem 
polaridade aditiva.
TC – Polaridade
• A maioria dos TCs tem polaridade subtrativa, 
sendo inclusive indicada pela NBR6856.
• Somente sob encomenda são fabricados 
transformadores de corrente com polaridade 
aditiva.
TC – Classe de Exatidão
• De acordo com os instrumentos a serem 
ligados aos terminais secundários do TC, 
devem ser as seguintes as classes de 
exatidão deste equipamento:
• Para ajuste e calibração dos instrumentos de 
medidas de laboratórios: 0,1%;
• Alimentação de medidores de demanda e 
consumo ativo e reativo para fins de 
faturamento, 0,3%;
TC – Classe de Exatidão
• Alimentação de medidores para fins de 
acompanhamento de custos industriais, 
0,6%;
• Alimentação de amperímetros indicadores, 
registradores gráficos, relés de impedância, 
relés diferenciais, relés de distância, relés 
direcionais, 1,2%;
• Alimentação de relés de ação direta, por 
exemplo, aplicado em disjuntores primários 
de subestações de consumidores, 3,0%.
Transformadores de Potencial
• Definição :
• São transformadores desenvolvidos para 
operar com os terminais do secundário com 
cargas de elevadas impedâncias, como é o 
caso da bobina de voltímetros, bobinas 
voltimétricas dos relés, etc (SIMONE, 1998).
Transformadores de Potencial
Transformadores de Potencial
Transformadores de Potencial
Transformadores de Potencial
Transformadores de Potencial
Transformadores de Potencial
• Aspectos Construtivos :
• O enrolamento primário de um TP consiste 
de um número elevado de espiras adequado 
a tensão operacional da rede à qual será
conectado.
• O enrolamento secundário, entretanto, possui 
um número de espiras menor, adapta-se a 
tensão do equipamento ou dispositivo que 
será conectado ao enrolamento secundário. 
Transformadores de Potencial
• AspectosConstrutivos :
• Por norma, a tensão secundária é de 115 V, 
nos TPs empregados em medição.
• As condições de operação normal de um TP 
correspondem a operação de um 
transformador em vazio.
• O TP é usado para conectar, voltímetros, 
freqüêncímetros, e bobinas de aparelhos 
eletrodinamométricos (como Wattímetros, 
Wattímetro integrador e Cossímetro). 
Transformadores de Potencial
Transformadores de Potencial
• Aspectos Construtivos :
• Os TPs são conectados diretamente a rede 
de alimentação e são fabricados para todas 
as Classes de Tensão de Isolamento 
previstas na norma NBR 5410.
• O TP é similar em construção a um pequeno 
transformador de potência, onde o primário 
com várias espiras, é conectado ao lado de 
alta tensão, enquanto o secundário é
conectado ao voltímetro.
Transformadores de Potencial
• Aspectos Construtivos :
• Os TPs tem enrolamentos concêntricos e o 
enrolamento de alta envolve o enrolamento 
de baixa, à semelhança dos transformadores 
de potência.
• Todos os instrumentos de medida são 
conectados em paralelo ao mesmo 
secundário, atuando sobre todos os 
instrumentos simultaneamente.
Transformadores de Potencial
Transformadores de Potencial
• Aspectos Construtivos :
• As resistências dos voltímetros, em geral, 
são da ordem de milhares de Ohms, de modo 
que o TP opere em condições similares ao 
transformador de potência com o secundário 
em aberto.
Transformadores de Potencial
• Aspectos Construtivos : 
• Devido a isto, as quedas de tensão internas 
aos mesmos, dadas por suas resistências e 
suas reatâncias equivalentes, são 
relativamente pequenas, e pode-se 
considerar que: 
Transformadores de Potencial
• Aspectos Construtivos :
• Portanto a relação de transformação é a 
própria constante de proporção entre o 
primário e o secundário do TP.
• A tensão do secundário tem fase oposta a 
tensão do primário e a polaridade do 
enrolamento deve ser avaliada quando se 
necessita da fase do sinal.
Transformadores de Potencial
• Aspectos Construtivos :
• A correta transmissão da fase do sinal de 
primário é de vital importância para 
instrumentos como um registrador integrador 
(Wattímetro hora).
• Se um voltímetro estiver permanentemente 
ligado, a escala do aparelho é projetada para 
aparecer no visor a tensão de alta tensão, 
sem a necessidade de conhecer a relação de 
transformação.
Transformadores de Potencial
• Aspectos Construtivos :
• Por segurança, um dos terminais do 
secundário do TP, a carcaça e principalmente 
o núcleo magnético devem ser aterrados no 
mesmo ponto.
• Isto evita que uma fuga de corrente pela 
isolação dos enrolamentos, ou um transitório
de sinal, que gere um pulso de alta tensão, 
venha a danificar o equipamento ou alcançar 
o operador.
TPs Indutivos
• Os TP indutivos são construídos segundo 
três grupos:
• Grupo 1 - são aqueles projetados para 
ligação entre fases.
• São basicamente os do tipo utilizados nos 
sistemas de até 34,5 kV. 
• Os transformadores enquadrados neste 
grupo devem suportar continuamente 10% de 
sobrecarga;
TPs Indutivos
• Grupo 2 - são aqueles projetados para 
ligação entre fase e neutro de sistema 
diretamente aterrados, isto é: onde Rz é a 
resistência de seqüência zero do sistema; e 
Xp é a reatância de seqüência positiva do 
sistema.
• Grupo 3 - são aqueles projetados para 
ligação entre fase e neutro de sistemas onde 
não se garante a eficácia do aterramento.
TPs Indutivos
TPs Capacitivos
• Os transformadores capacitivos basicamente 
utilizam-se de dois conjuntos de capacitores 
que servem para fornecer um divisor de 
tensão e permitir a comunicação através do 
sistema carrier.
• São construídos normalmente para tensões 
iguais ou superiores a 138 kV.
TPs Capacitivos
• O esquema básico do TP, onde se vê que o 
primário constituído por um conjunto C1 e C2 
de elementos capacitivos em série.
• É ligado entre fase e terra, havendo uma 
derivação intermediária B, correspondente a 
uma tensão V da ordem de 5 kV a 15 kV, 
para alimentar o enrolamento primário de um 
TP tipo indução intermediário, o qual 
fornecerá a tensão V2 aos instrumentos de 
medição e de proteção ali instalados.
TPs Capacitivos
TPs Capacitivos
• Notação adotada pela NBR6855:
• Dois pontos (:) é usado para representar 
relações nominais como por exemplo 120:1
(13800 para 115 V);
• Hífen (-) é usado para separar relações 
nominais de enrolamentos diferentes, como 
por exemplo 13.800-115 volts;
TPs Capacitivos
• Sinal x é usado para separar tensões 
primárias nominais e relações nominais de 
enrolamentos destinados a serem ligados em 
série ou paralelo, como por exemplo 
69000x13800-115 volts;
• A barra (/) é usada para separar tensões 
primárias nominais e relações nominais 
obtidas por meio de derivações, seja no 
enrolamento primário ou no secundário, por 
exemplo, TP grupo 2:
TPs Capacitivos
• Condições de Instalação :
• Queda de tensão no circuito de não deve 
ultrapassar a 5%, em regime intermitente;
• Carga a ser computada para o 
dimensionamento do transformador de 
potencial deve levar em consideração a 
potência das lâmpadas de sinalização, a carga 
consumida continuamente pelas bobinas e a 
sua potência de operação;
TPs Capacitivos
• Condições de Instalação :
• No cálculo da carga total deve-se levar em 
consideração tanto as cargas ativas como as 
cargas reativas das bobinas em regime 
contínuo e em regime de operação.
Ligação
Dados de Especificação
• Destinação: medição, proteção ou automação;
• Uso: interior, exterior, conjunto de manobra;
• Carga instalada (especificação dos 
instrumentos e dispositivos) (Potência 
nominal);
• Não empregar como fonte de carga auxiliar
• Classe de exatidão (finalidade);
• Classe de tensão (nível de isolamento);
Dados de Especificação
• Números de enrolamentos secundários ou 
derivações;
• Relação de transformação;
• Valor nominal das correntes e tensões 
(primárias e secundárias);
• Grupo de ligação (TP);
• Fator térmico;
• Tensão aplicada (Suportáveis e impulso)
• Tipo de encapsulamento (epóxi, imerso, seco).
Considerações Finais
• Os TPs e TCs servem também como 
elementos de isolamento entre os 
instrumentos ligados no secundário e o circuito 
de alta tensão, reduzindo assim o perigo para 
o operador e tornando desnecessário uma 
isolação especial para tais instrumentos.
• Assim, é que há TCs de 5- 5 A, mas com nível 
de isolamento para alta tensão;
Considerações Finais
• Um mesmo instrumento elétrico, utilizado com 
TCs ou TPs de diferentes relações nominais, 
podem servir para um campo muito largo de 
medições graças à padronização dos valores 
secundários deles, 5A para os TCs e 115 volts 
para os TPs.
• Deve-se ter o cuidado de ligar à terra o 
secundário e o núcleo dos TCs e TPs por 
medida de segurança.
Considerações Finais
• Além disso, os TCs para alta tensão são 
construídos normalmente com camadas de 
material condutor envolvendo o enrolamento 
primário para uniformização da distribuição 
dos potenciais.
• Estas camadas são ligadas entre si e também 
a um terminal externo, o qual deve ser ligado 
ao terra.
• Os TCs e TPs têm todos os terminais 
primários e secundários providos de marcas 
indeléveis.
Considerações Finais
• Estas marcas permitem ao instalador a rápida 
identificação dos terminais de mesma 
polaridade.
• O instalador somente precisa se preocupar 
com a polaridade no momento em que for ligar 
ao secundário dos TCs ou TPs os 
instrumentos elétricos que têm bobinas 
providas de polaridades relativa, tais como 
wattímetros, medidores de energia elétrica, 
fasímetros, etc.
Considerações Finais
• A entrada das bobinas destes instrumentos 
deve ser ligada ao terminal secundário do TC 
ou TP que corresponde ao terminal primário 
que foi utilizado como entrada.
• É aconselhável, antes de instalar os TCs e 
TPs verificar pelo menos a "relação de 
transformação nominal" e a polaridade.
Considerações Finais
• O núcleo dos TPs e TCs é feito de chapas de 
ferro silício.• Para os de melhor qualidade, emprega -se 
ferro silício de grãos orientados, laminado a 
frio, conseguindo-se bons resultados quanto à
permeabilidade magnética e menores perdas.
Considerações Finais
• Os TCs especiais, os que serão utilizados 
como padrão por exemplo, para os quais se 
exige excelente classe de exatidão, tem o 
núcleo feito de chapas de ligas especiais de 
ferro níquel.
• Estas ligas têm alta permeabilidade magnética 
e perdas reduzidas, mas o seu custo é bem 
maior.
BIBLIOGRAFIA
• Simone, Gilio Aluísio. Transformadores . São 
Paulo: Érica, 1998.
• WEG. Catálogo de Transformadores . 2009.