Em sistemas de medição que utilizam transformadores de corrente (TCs) externos, é comum surgir a dúvida sobre a precisão da medição quando a corrente da instalação fica muito abaixo da corrente nominal do TC.
Para TCs convencionais destinados à medição, as normas estabelecem limites de erro em determinados percentuais da corrente nominal. Para as classes convencionais 0,1, 0,2, 0,5 e 1, um dos pontos de referência utilizados é 5% da corrente primária nominal.
Esse percentual está relacionado à faixa para a qual a classe de exatidão do transformador de corrente possui limites normativos definidos. O medidor possui suas próprias especificações de exatidão e faixa de medição.
1. O que significa a relação de um TC?
Um TC identificado como 100/5 A foi projetado para fornecer aproximadamente 5 A no secundário quando houver 100 A no primário.
A relação nominal desse transformador é 20:1. Portanto, idealmente:
- 100 A no primário → 5 A no secundário;
- 50 A no primário → 2,5 A no secundário;
- 20 A no primário → 1 A no secundário;
- 5 A no primário → 0,25 A no secundário.
Na prática, entretanto, um transformador de corrente não é um dispositivo ideal. Suas características construtivas e magnéticas introduzem pequenos erros de relação e de fase.
2. O que significa a classe de exatidão?
A classe de exatidão estabelece os limites de erro que o TC deve atender em determinadas condições de corrente e carga no secundário.
Entre as classes utilizadas em TCs destinados à medição estão:
- classe 1;
- classe 0,5;
- classe 0,2;
- classe 0,5S;
- classe 0,2S.
Um TC classe 0,5, por exemplo, não significa que o erro máximo será necessariamente ±0,5% em qualquer valor de corrente. Os limites permitidos variam conforme o percentual da corrente nominal.
3. Como o erro varia com a corrente?
Para TCs de medição das classes convencionais 0,1 a 1, a IEC 61869-2 estabelece limites de erro em 5%, 20%, 100% e 120% da corrente nominal.
A tabela abaixo apresenta os limites de erro de relação para algumas das classes mais utilizadas:
| Classe | 5% de In | 20% de In | 100% de In | 120% de In |
|---|---|---|---|---|
| 0,1 | ±0,4% | ±0,2% | ±0,1% | ±0,1% |
| 0,2 | ±0,75% | ±0,35% | ±0,2% | ±0,2% |
| 0,5 | ±1,5% | ±0,75% | ±0,5% | ±0,5% |
| 1 | ±3,0% | ±1,5% | ±1,0% | ±1,0% |
Isso mostra que a própria norma admite uma tolerância maior para o TC quando ele opera com uma pequena parcela de sua corrente nominal.
4. O que acontece abaixo de 5% da corrente nominal?
Para as classes convencionais 0,1, 0,2, 0,5 e 1, os limites normativos apresentados anteriormente começam em 5% da corrente nominal.
Isso não significa que o TC deixe de funcionar, deixe de fornecer sinal ou passe imediatamente a apresentar um grande erro abaixo desse valor.
Significa que, abaixo dessa faixa, a classe de exatidão declarada, por si só, deixa de estabelecer qual é o erro máximo garantido. Para conhecer o comportamento nessa região, é necessário consultar dados adicionais do fabricante ou realizar ensaios específicos no TC.
O TC pode continuar fornecendo sinal abaixo de 5% de In e o medidor pode continuar apresentando uma leitura. O ponto de 5% indica, para as classes convencionais citadas, o menor ponto de corrente para o qual existem limites normativos definidos para a classe de exatidão.
5. Por que o erro tende a aumentar em baixas correntes?
Para reproduzir a corrente do primário no secundário, o transformador precisa estabelecer fluxo magnético no núcleo. Parte da corrente está associada à excitação do núcleo e não é reproduzida de forma ideal no secundário.
Quando a corrente primária está próxima da faixa normal de operação, essa parcela representa uma fração relativamente pequena do valor total.
Em correntes muito baixas, os efeitos relacionados à magnetização do núcleo tornam-se proporcionalmente mais relevantes. Além disso, o material magnético trabalha em uma região diferente de sua curva de magnetização.
Como consequência, podem aumentar principalmente:
- erro de relação — diferença entre a relação nominal e a relação efetivamente obtida;
- erro de fase — deslocamento angular entre a corrente primária e a corrente secundária.
Em sistemas de medição de energia, o erro de fase também é relevante porque o cálculo de potência depende da relação angular entre as referências de tensão e corrente.
6. Exemplo prático — TC 500/5 A
Considere uma instalação utilizando um TC 500/5 A.
| Corrente no primário | Percentual de In | Corrente secundária ideal | Situação |
|---|---|---|---|
| 500 A | 100% | 5 A | Ponto nominal |
| 100 A | 20% | 1 A | Faixa especificada |
| 50 A | 10% | 0,5 A | Acima do ponto mínimo normativo |
| 25 A | 5% | 0,25 A | Menor ponto de exatidão especificado para classes convencionais |
| 10 A | 2% | 0,10 A | Abaixo da faixa normativa convencional |
| 5 A | 1% | 0,05 A | Abaixo da faixa normativa convencional |
Se essa instalação normalmente operar entre 5 A e 20 A, o TC permanecerá entre aproximadamente 1% e 4% de sua corrente nominal durante grande parte do tempo.
O medidor pode possuir capacidade para detectar e medir o sinal secundário correspondente. Entretanto, para um TC convencional, a classe de exatidão declarada não informa, por si só, qual será o erro máximo nessa região.
Quando a corrente real da instalação permanece muito abaixo da corrente nominal do TC, o transformador pode operar continuamente fora da região mais adequada para uma medição de maior exatidão.
7. Por que isso não é uma limitação do medidor?
Quando são utilizados TCs externos, o sistema de medição possui elementos distintos:
O TC é responsável por transformar a corrente primária em uma corrente secundária proporcional. O medidor recebe esse sinal e realiza a medição conforme suas próprias características de entrada, resolução e classe de exatidão.
Se o TC introduzir um erro de relação ou de fase, o medidor receberá um sinal que já contém esse desvio. Um medidor de elevada exatidão não corrige automaticamente erros originados no TC.
Da mesma forma, o TC não elimina os erros próprios do medidor.
Em uma instalação com TCs externos, devem ser consideradas a exatidão do TC, a exatidão do medidor e as condições reais de instalação.
8. Exemplos do ponto de 5% para TCs de 5 A
Para qualquer TC com secundário nominal de 5 A, 5% da corrente nominal primária corresponde idealmente a 0,25 A no secundário.
| Relação do TC | 5% da corrente primária nominal | Corrente secundária ideal |
|---|---|---|
| 50/5 A | 2,5 A | 0,25 A |
| 100/5 A | 5 A | 0,25 A |
| 150/5 A | 7,5 A | 0,25 A |
| 200/5 A | 10 A | 0,25 A |
| 300/5 A | 15 A | 0,25 A |
| 500/5 A | 25 A | 0,25 A |
| 800/5 A | 40 A | 0,25 A |
| 1000/5 A | 50 A | 0,25 A |
9. E quando é necessário medir correntes menores?
Para aplicações que precisam manter requisitos definidos de exatidão em correntes ainda menores, existem classes especiais, como 0,5S e 0,2S.
Nessas classes, a IEC 61869-2 estabelece limites de erro também em 1% da corrente nominal.
| Classe | 1% de In | 5% de In | 20% de In | 100% de In | 120% de In |
|---|---|---|---|---|---|
| 0,2S | ±0,75% | ±0,35% | ±0,2% | ±0,2% | ±0,2% |
| 0,5S | ±1,5% | ±0,75% | ±0,5% | ±0,5% | ±0,5% |
Por isso, as classes S podem ser mais adequadas quando a aplicação apresenta grande variação de carga e necessita de requisitos de exatidão especificados em níveis menores de corrente.
10. Como dimensionar corretamente a relação do TC?
Um erro comum é selecionar o transformador considerando apenas uma corrente máxima eventual e escolher uma relação muito superior à corrente normalmente encontrada na instalação.
Ao selecionar um TC, avalie conjuntamente:
- corrente máxima prevista para o circuito;
- corrente normalmente encontrada durante a operação;
- menor corrente relevante para a medição;
- classe de exatidão necessária;
- carga nominal do TC em VA;
- carga total existente no circuito secundário;
- comprimento e seção dos cabos entre TC e medidor;
- condições e recomendações especificadas pelo fabricante.
A relação deve ser compatível com toda a faixa prevista de corrente da instalação. O objetivo é evitar tanto o superdimensionamento excessivo quanto a operação acima das condições permitidas para o transformador.
11. A instalação também influencia a exatidão?
Sim. Além da relação e da classe do TC, a carga conectada ao secundário também deve permanecer dentro das condições para as quais o transformador foi especificado.
Essa carga pode incluir:
- impedância da entrada de corrente do medidor;
- resistência dos cabos;
- bornes e conectores;
- chaves de aferição;
- emendas e demais elementos presentes no circuito.
Em TCs com secundário de 5 A, percursos longos ou cabos com seção inadequada podem adicionar uma carga significativa ao secundário e comprometer as condições necessárias para manter a exatidão especificada.
Nunca abra o circuito secundário de um transformador de corrente enquanto houver corrente circulando no primário. Nessas condições podem surgir tensões elevadas nos terminais secundários, oferecendo risco às pessoas e aos equipamentos.
12. Resumo prático
- Os 5% de In estão relacionados à especificação de exatidão dos TCs convencionais, e não a uma limitação específica do medidor.
- Para as classes 0,1, 0,2, 0,5 e 1, a IEC 61869-2 define limites de erro a partir de 5% da corrente nominal.
- Abaixo de 5%, o TC não necessariamente deixa de medir, mas a classe declarada não estabelece, por si só, qual será o erro máximo.
- Em TCs de secundário nominal 5 A, 5% de In corresponde idealmente a 0,25 A no secundário.
- Classes 0,2S e 0,5S possuem requisitos de exatidão definidos também em 1% da corrente nominal.
- Um TC muito superdimensionado pode permanecer grande parte do tempo operando em uma região de baixa corrente.
- A exatidão final do sistema depende do TC, do medidor e das condições de instalação.
Referência técnica
Os limites de erro apresentados neste boletim têm como referência a IEC 61869-2 — Instrument transformers — Part 2: Additional requirements for current transformers, aplicável aos requisitos adicionais para transformadores de corrente.
Para a seleção definitiva do TC, devem ser verificadas também as especificações e condições de utilização fornecidas pelo fabricante do transformador.
Conclusão
A utilização de um transformador de corrente com relação muito superior à corrente real da instalação pode fazer com que o TC trabalhe por longos períodos em uma região na qual sua classe convencional de exatidão não possui limites definidos.
Essa condição é uma característica do transformador de corrente e não deve ser interpretada como uma limitação específica do medidor conectado ao seu secundário.
Para obter uma medição adequada, a relação do TC deve ser selecionada considerando não apenas a corrente máxima, mas também a faixa normal de operação, a menor corrente relevante para a aplicação, a classe de exatidão necessária e as condições do circuito secundário.
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