Uma comparação prática de transformadores de corrente para medição versus proteção.

Precisão da TC de proteçãoA precisão de um TC de proteção não se resume à precisão da fatura, mas sim ao desempenho previsível durante uma falha. Sua precisão é definida por um "erro composto" em um múltiplo específico de sua corrente nominal. Uma classe de proteção comum é5P10.Essa designação se divide da seguinte forma::

• 5O erro composto não excederá 5% no limite de precisão.
• PEsta carta a designa como sendo da classe de proteção CT.
• 10Este é o Fator Limite de Precisão (ALF). Significa que o TC manterá sua precisão especificada até 10 vezes a sua corrente primária nominal.

Em resumo, um TC 5P10 garante que, mesmo quando a corrente primária for 10 vezes maior que sua corrente nominal, o sinal enviado ao relé ainda estará dentro de 5% do valor ideal, assegurando que o relé tome uma decisão de disparo correta.

Ônus e classificação VA

FardoA carga elétrica total conectada aos terminais secundários do TC é medida em Volt-Ampères (VA) ou ohms (Ω). Todos os dispositivos e fios conectados ao TC contribuem para essa carga. Exceder a carga nominal de um TC degradará sua precisão.

A carga total é asoma das impedâncias de todos os componentesno circuito secundário:

• A resistência do enrolamento secundário do próprio TC.
• A resistência dos fios condutores que ligam o TC ao dispositivo.
• A impedância interna do dispositivo conectado (medidor ou relé).

Cálculo do ônus total:Um engenheiro pode calcular a carga total usando a fórmula:Carga Total (Ω) = Enrolamento CT R (Ω) + Fio R (Ω) + Dispositivo Z (Ω)Por exemplo, se a resistência do enrolamento secundário de um TC for de 0,08 Ω, os fios de conexão tiverem uma resistência de 0,3 Ω e o relé tiver uma impedância de 0,02 Ω, a carga total do circuito será de 0,4 Ω. Esse valor deve ser menor que a carga nominal do TC para que ele funcione corretamente.

Os TCs de medição normalmente têm classificações de VA baixas (por exemplo, 2,5 VA, 5 VA) porque se conectam a dispositivos de medição de alta impedância e baixo consumo em curtas distâncias. Os TCs de proteção exigem classificações de VA muito mais altas (por exemplo, 15 VA, 30 VA) porque devem fornecer energia suficiente para operar as bobinas de baixa impedância e alto consumo de um relé de proteção, frequentemente em cabos com comprimentos muito maiores. A incompatibilidade entre a capacidade de carga do TC e a carga real do circuito é uma fonte comum de erros tanto em sistemas de medição quanto de proteção.

Entendendo a tensão do ponto de inflexão

A tensão de ponto de joelho (KPV) é um parâmetro crítico exclusivo dos transformadores de corrente de proteção. Ela define o limite superior da faixa de operação útil de um transformador de corrente antes que seu núcleo comece a saturar. Esse valor é essencial para garantir que um relé de proteção receba um sinal confiável durante uma falta de alta corrente.

Os engenheiros determinam a KPV a partir da curva de excitação do TC, que representa a tensão de excitação secundária em função da corrente de excitação secundária. O "joelho" é o ponto nessa curva onde as propriedades magnéticas do núcleo mudam drasticamente.

OPadrão IEEE C57.13fornece uma definição precisa para este ponto. Para uma TC de núcleo sem intervalo, o ponto de inflexão é onde uma tangente à curva forma um ângulo de 45 graus com o eixo horizontal. Para uma TC de núcleo com intervalo, esse ângulo é de 30 graus. Este ponto específico marca o início da saturação.

Quando um TC opera abaixo da tensão do seu ponto de joelho (KPV), seu núcleo encontra-se em um estado magnético linear. Isso permite que ele reproduza com precisão a corrente de falta para o relé conectado. No entanto, assim que a tensão secundária excede o KPV, o núcleo entra em saturação. A saturação, frequentemente causada por grandes correntes CA e offsets CC durante uma falta, faz com que o TC...a impedância de magnetização diminui significativamenteO transformador já não consegue refletir fielmente a corrente primária para o seu lado secundário.

A relação entre KPV e a confiabilidade da proteção é direta e crucial:

• Abaixo do ponto do joelho:O núcleo do TC opera linearmente. Ele fornece uma representação precisa da corrente de falta para o relé de proteção.
• Acima do joelho:O núcleo satura. Isso leva a um grande aumento na corrente de magnetização e à operação não linear, o que significa que o TC deixa de refletir com precisão a verdadeira corrente de falta.
• Operação de relé:Os relés de proteção precisam de um sinal preciso para funcionar corretamente. Se um TC saturar antes que o relé possa tomar uma decisão, o relé poderá não detectar a verdadeira magnitude da falta, levando a um disparo atrasado ou à falha completa de funcionamento.
• Segurança do sistema:Portanto, a tensão de joelho do TC deve ser suficientemente superior à tensão secundária máxima esperada durante uma falha. Isso garante que o relé receba um sinal confiável para proteger equipamentos caros.

Os engenheiros calculam o KPV necessário para garantir que o TC permaneça não saturado nas piores condições de falha. Uma fórmula simplificada para esse cálculo é:

KPV necessário ≥ Se × (Rct + Rb)

Onde:

• If= Corrente máxima de falha secundária (Amperes)
• Retículo= Resistência do enrolamento secundário do TC (Ohms)
• Rb= Carga total do relé, fiação e conexões (Ohms)

Em última análise, a tensão do ponto de inflexão serve como o principal indicador da capacidade de um TC de proteção desempenhar sua função de segurança sob estresse elétrico extremo.

Decodificando as designações da placa de identificação do transformador de corrente

A placa de identificação de um transformador de corrente contém um código compacto que define suas capacidades de desempenho. Essa designação alfanumérica é uma linguagem abreviada para engenheiros, especificando a precisão, a aplicação e os limites operacionais do componente. Compreender esses códigos é essencial para selecionar o dispositivo correto.

Interpretação das classes de medição CT (ex.: 0,2, 0,5S, 1)

As classes de medição de TC são definidas por um número que representa o erro percentual máximo permitido na corrente nominal. Um número menor indica um maior grau de precisão.

• Classe 1:Adequado para medição geral em painéis onde alta precisão não é essencial.
• Classe 0,5:Utilizado em aplicações de faturamento comercial e industrial.
• Classe 0.2:Necessário para medição de receita de alta precisão.

Algumas classes incluem a letra 'S'. A designação 'S' nas classes de TC de medição IEC, como 0,2S e 0,5S, significa alta precisão. Essa classificação específica é geralmente empregada em aplicações de medição tarifária onde medições precisas são críticas, especialmente na extremidade inferior da faixa de corrente.

Interpretação das classes de proteção CT (ex.: 5P10, 10P20)

As classes de TC de proteção usam um código de três partes que descreve seu comportamento durante uma falha. Um exemplo comum é5P10.

Analisando o código 5P10:

• 5Este primeiro número é o erro composto máximo em porcentagem (5%) no limite de precisão.
• PA letra 'P' em uma classificação como 5P10 significa 'Classe de proteção'. Isso indica que o TC foi projetado principalmente para aplicações de relés de proteção, e não para medições de precisão.
• 10Este último número é o Fator Limite de Precisão (ALF). Significa que o TC manterá sua precisão especificada até uma corrente de falta que seja 10 vezes maior que sua classificação nominal.

Da mesma forma, um10P20A classe CT possui um limite de erro composto de 10% e um fator limite de precisão de20Em uma designação como 10P20, o número '20' representa o fator de limite de precisão. Esse fator indica que o erro do transformador permanecerá dentro dos limites aceitáveis ​​quando a corrente for 20 vezes o seu valor nominal. Essa capacidade é crucial para garantir que os relés de proteção funcionem corretamente durante condições severas de curto-circuito.

Guia de Aplicação: Adequação do CT à Tarefa

A escolha do transformador de corrente adequado não é uma questão de preferência, mas sim uma exigência da aplicação. Um transformador de corrente de medição proporciona a precisão necessária para transações financeiras, enquanto um transformador de corrente de proteção oferece a confiabilidade exigida para a segurança dos ativos. Compreender onde aplicar cada tipo é fundamental para o projeto e a operação adequados de um sistema elétrico.

Quando usar um TC de medição

Os engenheiros devem utilizar um TC de medição em qualquer aplicação onde o rastreamento preciso do consumo de energia elétrica seja o objetivo principal. Esses dispositivos são a base para faturamento preciso e gestão de energia. Seu projeto prioriza alta precisão em condições normais de carga.

As principais aplicações dos tomógrafos computadorizados de medição incluem:

• Medição de Receitas e TarifasAs concessionárias de serviços públicos utilizam transformadores de corrente de alta precisão (por exemplo, Classe 0.2S, 0.5S) para faturamento de clientes residenciais, comerciais e industriais. A precisão garante transações financeiras justas e corretas.
• Sistemas de Gestão de Energia (EMS)As instalações utilizam esses tomógrafos computadorizados para monitorar o consumo de energia em diferentes departamentos ou equipamentos. Esses dados ajudam a identificar ineficiências e otimizar o uso de energia.
• Análise da Qualidade da EnergiaAnalisadores de qualidade de energia requerem entradas precisas para diagnosticar problemas como harmônicos e afundamentos de tensão. Para essas medições, especialmente em sistemas de média tensão, a resposta em frequência do transformador do instrumento é crucial. Analisadores modernos podem precisar de dados confiáveis.até 9 kHz, exigindo transformadores com frequência otimizada para capturar todo o espectro harmônico.

Nota sobre a seleção:Ao escolher um TC (transformador de corrente) para um medidor ou analisador de energia, vários fatores são cruciais.

• Compatibilidade de saídaA saída do TC (por exemplo, 333mV, 5A) deve corresponder aos requisitos de entrada do medidor.
• Tamanho da cargaA faixa de amperagem do TC deve estar alinhada com a carga esperada para manter a precisão.
• Aptidão físicaO TC deve encaixar fisicamente ao redor do condutor. Bobinas Rogowski flexíveis são uma solução prática para grandes barramentos ou espaços reduzidos.
• PrecisãoPara faturamento, uma precisão de 0,5% ou melhor é o padrão. Para monitoramento geral, 1% pode ser suficiente.

Quando usar um TC de proteção

Os engenheiros devem utilizar um TC de proteção sempre que o objetivo principal for proteger o pessoal e o equipamento contra sobrecorrentes e falhas. Esses TCs são projetados para permanecerem operacionais durante eventos elétricos extremos, fornecendo um sinal confiável para um relé de proteção.

Aplicações comuns para CTs de proteção incluem:

• Proteção contra sobrecorrente e falha de aterramentoEsses TCs enviam sinais para relés (como o dispositivo ANSI 50/51) que detectam faltas de fase ou de terra. O relé então aciona um disjuntor para isolar a falta. Em painéis de média tensão, utiliza-se um circuito dedicado.tomografia computadorizada de sequência zeroPara proteção contra falhas de aterramento, recomenda-se frequentemente o uso de uma conexão residual em vez de uma conexão para aterramento.tomógrafos computadorizados trifásicosUma ligação residual pode causar disparos falsos devido à saturação desigual durante a partida do motor ou a falhas de fase.
• Proteção DiferencialEste esquema protege ativos importantes, como transformadores e geradores, comparando as correntes que entram e saem da zona protegida. Requer conjuntos de transformadores de corrente (TCs) de proteção idênticos.Relés digitais modernosPode compensar diferentes conexões de TC (estrela ou triângulo) e defasagens de fase por meio de configurações de software, oferecendo flexibilidade significativa nesses esquemas complexos.
• Proteção à DistânciaUtilizado em linhas de transmissão, este esquema depende de transformadores de corrente (TCs) de proteção para medir a impedância de uma falta. A saturação do TC pode distorcer essa medição, fazendo com que o relé determine incorretamente a localização da falta. Portanto, o TC deve ser projetado para evitar a saturação durante toda a medição.

De acordo com a norma ANSI C57.13, um TC de proteção padrão deve suportar até20 vezessua corrente nominal durante uma falha. Isso garante que ele possa fornecer um sinal utilizável ao relé quando for mais necessário.

O Alto Custo da Seleção Incorreta

Utilizar o tipo errado de TC é um erro crítico com graves consequências. As diferenças funcionais entre os TC de medição e os de proteção não são intercambiáveis, e uma incompatibilidade pode levar a resultados perigosos e dispendiosos.

• Utilizando um TC de medição para proteçãoEste é o erro mais perigoso. Um TC de medição é projetado para saturar em baixas sobrecorrentes para proteger o medidor. Durante uma falha grave, ele saturará quase instantaneamente. O TC saturado não conseguirá reproduzir a alta corrente de falta e o relé de proteção não detectará a verdadeira magnitude do evento. Isso pode levar a um disparo atrasado ou a uma falha completa de operação, resultando em danos catastróficos ao equipamento, incêndio e risco para o pessoal. Por exemplo, a saturação do TC pode causar a falha de um relé de proteção diferencial de transformador.maloperar, resultando em uma viagem indesejada durante uma falha externa.
• Utilizando um TC de proteção para mediçãoEssa escolha leva a imprecisões financeiras. Um TC de proteção não é projetado para precisão em correntes operacionais normais. Sua classe de precisão (por exemplo, 5P10) garante desempenho em múltiplos elevados de sua classificação, não na extremidade inferior da escala onde a maioria dos sistemas opera. Usá-lo para faturamento seria como medir um grão de areia com uma régua. As contas de energia resultantes seriam imprecisas, levando a perda de receita para a concessionária ou cobrança excessiva para o consumidor.

Um cenário de falha crítica:Em esquemas de proteção de distância, a saturação do TC faz com que o relé meça umamaior impedânciado que o valor real. Isso efetivamente reduz o alcance de proteção do relé. Uma falha que deveria ser eliminada instantaneamente pode ser vista como uma falha mais distante, causando um disparo retardado. Esse atraso prolonga a sobrecarga no sistema elétrico e aumenta o potencial de danos generalizados.

Em última análise, o custo de uma seleção incorreta de um tomógrafo computadorizado vai muito além do preço do próprio componente. Ele se manifesta na destruição de equipamentos, tempo de inatividade operacional, registros financeiros imprecisos e comprometimento da segurança.

Um único tomógrafo computadorizado (TC) pode servir tanto para medição quanto para proteção?

Embora os transformadores de corrente (TCs) de medição e proteção tenham projetos distintos, os engenheiros às vezes precisam de um único dispositivo para executar ambas as funções. Essa necessidade levou ao desenvolvimento de transformadores especializados de dupla finalidade, mas eles apresentam algumas desvantagens específicas.

O TC de dupla finalidade (Classe X)

Uma categoria especial, conhecida comoTransformador de corrente Classe X ou Classe PSEsses dispositivos podem desempenhar funções tanto de medição quanto de proteção. Eles não são definidos por classes de precisão padrão, como 5P10. Em vez disso, seu desempenho é especificado por um conjunto de parâmetros-chave que um engenheiro utiliza para verificar sua adequação a um esquema de proteção específico.

De acordo com as normas IECO desempenho de um CT de Classe X é definido por:

• Corrente primária nominal
• Relação de voltas
• Tensão do ponto de joelho (KPV)
• Corrente de magnetização na tensão especificada
• Resistência do enrolamento secundário a 75°C

Essas características permitem que o dispositivo ofereça alta precisão na medição em condições normais, além de proporcionar uma tensão de joelho previsível para operação confiável do relé durante falhas. São frequentemente utilizados em esquemas de proteção diferencial de alta impedância, onde o desempenho precisa ser conhecido com precisão.

Limitações práticas e compensações

Apesar da existência de TCs de Classe X, o uso de um único dispositivo para medição e proteção é frequentemente evitado. As duas funções têm requisitos fundamentalmente conflitantes.

Um TC de medição é projetado para saturar precocemente, protegendo assim os medidores sensíveis.A proteção CT foi projetadaPara resistir à saturação e garantir que um relé possa detectar uma falha, um TC de dupla finalidade deve encontrar um equilíbrio entre esses dois objetivos opostos.

Este compromisso significa que um TC de dupla função pode não desempenhar nenhuma das tarefas tão bem quanto uma unidade dedicada. O projeto torna-se mais complexo e caro. Para a maioria das aplicações, instalar dois TCs separados e especializados — um para medição e outro para proteção — é a solução mais confiável e econômica. Essa abordagem garante que ambos os TCs funcionem adequadamente.sistema de faturamentoe o sistema de segurança funciona sem concessões.

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A escolha entreCTs de medição e proteçãoA escolha do tipo correto de transformador de corrente (TC) é uma decisão clara baseada na prioridade operacional. Um tipo proporciona precisão na faturação, enquanto o outro garante a confiabilidade em caso de falha. Selecionar o tipo correto é imprescindível para a segurança do sistema, a precisão financeira e a longevidade do equipamento. Os engenheiros devem sempre comparar as especificações do TC com as necessidades do dispositivo conectado.

UMlista de verificação finalinclui:

1. Determinar a corrente primáriaAjuste a relação do TC à carga máxima.
2. Calcular o ônus: Some a carga de todos os componentes conectados.
3. Verificar a classe de precisãoSelecione a classe correta para medição ou proteção.

Perguntas frequentes

O que acontece se o circuito secundário de um TC for deixado aberto?

Um circuito secundário aberto cria uma alta tensão perigosa. A corrente primária torna-se corrente de magnetização, saturando o núcleo. Essa condição pode destruir o TC e representa um grave risco de choque elétrico.

Segurança em primeiro lugar:Sempre provoque um curto-circuito nos terminais secundários antes de desconectar qualquer instrumento do circuito.

Como os engenheiros selecionam a relação de transformação (TC) correta?

Os engenheiros selecionam uma relação em que a corrente máxima normal do sistema esteja próxima da classificação primária do TC. Essa escolha garante que o TC opere dentro de sua faixa de maior precisão. Por exemplo, uma carga de 90 A funciona bem com um TC de 100,5 A.

Por que uma tomografia computadorizada de medição é insegura para proteção?

Um TC de medição satura rapidamente durante uma falha. Ele não consegue reportar a corrente real da falha ao relé de proteção. O relé, então, falha em acionar o disjuntor, levando à destruição do equipamento e a graves riscos de segurança.

Um único TC (transformador de corrente) pode servir tanto para medição quanto para proteção?

Os TCs especiais de Classe X podem desempenhar ambas as funções, mas seu projeto é um compromisso. Para segurança e precisão ideais, os engenheiros normalmente instalam dois TCs dedicados e separados — um para medição e outro para proteção.