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Os transformadores de corrente atendem a duas finalidades fundamentalmente diferentes nos sistemas de energia elétrica - medição de receita e proteção contra falhas. Cada aplicação exige características de desempenho específicas e é por isso que existem classes de precisão de TCs. Um TC de medição otimizado para precisão de faturamento em correntes de carga normais falhará em condições de falha. Um TC de proteção projetado para funcionar durante eventos de sobrecorrente de 20× não tem a precisão fina necessária para os cálculos de receita.
Este guia detalha as designações de classe de precisão da IEC 61869-2, explica as diferenças técnicas entre as classes de medição (0,1, 0,2, 0,5) e as classes de proteção (5P, 10P) e fornece orientações práticas de seleção para aplicações de média tensão.
A classe de precisão de um TC é uma designação padronizada que define o erro de medição máximo permitido sob condições operacionais especificadas. O número da classe indica diretamente o erro percentual permitido na corrente nominal, com especificações adicionais para deslocamento de fase e comportamento durante condições de falha.
Existem dois sistemas de classificação distintos. As classes de medição (0,1, 0,2, 0,5, 1,0) otimizam a precisão em correntes operacionais normais, normalmente de 5% a 120% da corrente nominal. As classes de proteção (5P, 10P) priorizam o desempenho durante condições de falha, mantendo a precisão em múltiplos de corrente que excedem em muito a operação normal.
A distinção é importante porque esses requisitos são fisicamente conflitantes. A precisão da medição exige materiais de núcleo de alta permeabilidade que saturam rapidamente durante as falhas. A confiabilidade da proteção exige núcleos maiores que resistem à saturação, mas sacrificam a precisão de baixa corrente. Um TC não pode se destacar em ambos.
Os erros do transformador de corrente decorrem da corrente de magnetização necessária para estabelecer o fluxo do núcleo. Essa corrente representa a energia desviada do processo de transformação ideal, criando dois desvios mensuráveis.
Erro de proporção (ε) quantifica a diferença percentual entre as taxas de transformação real e nominal. Um TC de 1000/5 A pode, na verdade, fornecer 4,98 A em um primário de 1000 A - um erro de 0,4%. Esse erro varia de acordo com a magnitude da corrente primária e a carga conectada.
Deslocamento de fase (δ) mede a diferença angular entre os fasores de corrente primária e secundária, expressa em minutos de arco. A transformação ideal produz mudança de fase zero; os TCs reais apresentam pequenos deslocamentos devido aos requisitos de corrente de magnetização.
Os materiais do núcleo influenciam significativamente o comportamento do CT. Os núcleos de aço silício orientado a grãos normalmente operam em densidades de fluxo máximas de 1,5 a 1,8 T (Tesla), enquanto os núcleos nanocristalinos atingem perdas menores em densidades de fluxo em torno de 1,2 T. A carga nominal - expressa em VA (volt-amperes) - determina a carga máxima que o TC pode fornecer mantendo a precisão, com valores padrão que variam de 2,5 VA a 30 VA para aplicações de medição.
Ambos os erros devem permanecer dentro dos limites específicos da classe em toda a faixa de operação. Para os TCs de medição da Classe 0.2, o erro de proporção não pode exceder ±0,2% e o deslocamento de fase deve permanecer abaixo de ±10 minutos na corrente nominal. As classes de proteção permitem erros maiores - até ±1% de erro de relação em condições normais - mas mantêm esses limites em múltiplos de corrente muito mais altos.
As classes de precisão de medição priorizam a precisão em correntes operacionais normais, onde ocorrem os cálculos de faturamento. A norma IEC 61869-2 define essas classes por meio de limites de erro de proporção e deslocamento de fase em vários pontos de teste.
| Classe | Erro de proporção em 100% In | Deslocamento de fase | Faixa de precisão | Aplicação típica |
|---|---|---|---|---|
| 0.1 | ±0,1% | ±5 min | 5-120% | Padrões de referência de laboratório |
| 0.2 | ±0,2% | ±10 min | 5-120% | Medição de receita de transmissão |
| 0.2S | ±0,2% | ±10 min | 1-120% | Medição de receita de carga variável |
| 0.5 | ±0,5% | ±30 min | 5-120% | Medição de subestação de distribuição |
| 0.5S | ±0,5% | ±30 min | 1-120% | Medição de receita industrial |
| 1.0 | ±1,0% | ±60 min | 5-120% | Instrumentos indicadores |
O sufixo “S” indica precisão estendida em baixas correntes. As classes padrão mantêm a precisão especificada de 5% a 120% da corrente nominal. As classes 0.2S e 0.5S estendem essa faixa até 1% da corrente nominal - essencial para instalações com cargas variáveis em que a precisão do faturamento de cargas leves afeta a receita.
No trabalho de comissionamento em instalações industriais, constatamos que a especificação de 0,2S torna-se crítica quando as liquidações de faturamento excedem $50.000 mensais. Um erro de 0,3% a 10% de carga - aceitável para a classe 0,5 padrão, mas fora dos limites de 0,2S - se agrava ao longo dos ciclos de faturamento.
Saturação intencional distingue os núcleos de medição. Esses TCs saturam de 2 a 5 vezes a corrente nominal, limitando a saída secundária durante as falhas. Isso protege os medidores conectados contra danos, mas torna os TCs de medição inadequados para aplicações de proteção em que a precisão da corrente de falta é importante.
[Percepção do especialista: seleção de TC de medição].
- Especifique a classe 0,2S ou 0,5S quando as cargas caírem regularmente abaixo de 20% da classificação do CT
- Verifique se a carga conectada real permanece abaixo de 75% da carga nominal para obter a precisão ideal
- Os medidores digitais modernos apresentam <1 VA de carga - confirmar que o CT mantém a precisão em cargas leves
- Solicite certificados de teste de fábrica que mostrem os erros reais medidos, não apenas a conformidade com a classe
As classes de proteção seguem um sistema de notação diferente que reflete sua função principal: medição precisa da corrente de falta. A designação “5P20” codifica três parâmetros essenciais para a coordenação do relé.
| Classe | Erro composto na ALF | Valores comuns de ALF | Aplicação típica |
|---|---|---|---|
| 5P | ≤5% | 10, 15, 20, 30 | Relés de proteção primária, esquemas diferenciais |
| 10P | ≤10% | 10, 15, 20 | Proteção de backup, relés de sobrecorrente |
O Fator de limite de precisão determina o múltiplo máximo de corrente de falta em que o TC mantém a saída linear. Um TC 5P20 com classificação primária de 1.000 A funciona com precisão até 20.000 A de corrente primária. Além desse limite, a saturação do núcleo distorce a forma de onda secundária, podendo causar mau funcionamento do relé.
As classes de proteção seguem um sistema de designação diferente: o número antes do “P” indica o limite de erro composto como uma porcentagem. Um TC de classe 5P20 permite um erro composto de até ±5% e mantém a precisão até 20 vezes a corrente nominal (o fator de limite de precisão, ou ALF). Os TCs de proteção devem reproduzir com precisão as correntes de falta que variam de 2 kA a 63 kA, dependendo dos requisitos do sistema.
Cálculo do ALF para a especificação adequada:
ALF necessário ≥ Corrente de falha máxima ÷ Corrente primária nominal do TC
Para um nível de falha de 12,5 kA com TCs de 500/5 A:
ALF necessário ≥ 12.500 ÷ 500 = 25
Uma classificação de 5P20 não é suficiente; especifique 5P30 para fornecer uma margem adequada.
Os núcleos de proteção usam seções transversais maiores e materiais de maior saturação em comparação com os núcleos de medição. Isso atrasa a saturação magnética, garantindo que os relés recebam sinais precisos de corrente de falha. A contrapartida: precisão reduzida em correntes operacionais normais, normalmente ±1% de erro de relação contra ±0,2% para classes de medição.
As filosofias fundamentais de design entram em conflito. A compreensão dessas diferenças evita a aplicação incorreta.
| Parâmetro | TC de medição | Proteção CT |
|---|---|---|
| Função primária | Faturamento de receitas, monitoramento de energia | Detecção de falhas, operação de relé |
| Faixa de precisão | 1-120% de classificação (classe S) | Até ALF × corrente nominal |
| Especificação de erro | Erro de proporção + deslocamento de fase | Erro composto |
| Comportamento de saturação | Precoce (2-5× classificação) - protetora | Atrasado (até ALF × classificação) - essencial |
| Projeto principal | Aço menor e de alta permeabilidade | Materiais maiores e de alta saturação |
| Classes típicas | 0,2, 0,2S, 0,5, 0,5S, 1,0 | 5P10, 5P20, 10P10, 10P15 |
| Dispositivos conectados | Medidores de kWh, analisadores de energia | Relés de proteção, registradores de falhas |
Durante a análise de falhas em uma fábrica, observamos que um TC de medição de classe 0,5 fornecia apenas 15% de corrente de falha real ao relé durante uma falha de 12 kA. O núcleo de medição saturou quase imediatamente, colapsando a saída secundária enquanto a falta persistia. A operação do relé foi atrasada em 150 ms - o suficiente para causar falha na coordenação upstream.
Esse cenário ilustra por que núcleos separados servem para funções de medição e proteção em instalações adequadamente projetadas.
A carga conectada afeta diretamente a precisão do TC. Exceder a carga nominal degrada a precisão da medição e reduz o ALF efetivo para os TCs de proteção.
Cálculo da carga de chumbo:
VA de chumbo = I²secundário × 2 × Rlead
Para secundário de 5 A com 50 m de cabo (cobre de 2,5 mm², ~0,35 Ω unidirecional):
VA de chumbo = 25 × 2 × 0,35 = 17,5 VA
Isso explica por que os secundários de 1 A são adequados para cabos longos - a carga é reduzida em 25 vezes em comparação com os secundários de 5 A para cabos idênticos.
Lista de verificação de seleção:
[Expert Insight: Especificação de CT de proteção].
- As aplicações de fechamento automático exigem uma margem ALF adicional de 50% devido aos efeitos do fluxo remanescente
- Os esquemas de proteção diferencial exigem características de TC compatíveis - especifique tensões de ponto de joelho idênticas
- Os relés numéricos modernos apresentam carga <1 VA contra 15-30 VA para tipos eletromecânicos - calcule o ALF efetivo
- Solicite as curvas de excitação dos fabricantes para verificar se a tensão do ponto de joelho atende aos requisitos do relé
A maioria das instalações de média tensão exige medição e proteção de cada alimentador. Os TCs de núcleo duplo (ou múltiplos núcleos) resolvem esse problema incorporando núcleos magnéticos separados enrolados no mesmo condutor primário.
Especificação típica de núcleo duplo:
Cada núcleo é submetido a testes independentes de acordo com a norma IEC 61869-2. O núcleo de medição mantém a precisão do faturamento em correntes normais enquanto satura durante as falhas. O núcleo de proteção preserva a fidelidade da corrente de falta para a operação do relé. Nenhum deles compromete a função do outro.
Integração com disjuntores a vácuo de média tensão requer uma especificação coordenada do TC. O fator limite de precisão do TC deve exceder a capacidade nominal de interrupção do disjuntor para garantir que os relés de proteção recebam sinais precisos durante toda a sequência de eliminação de falhas. Para montagens de painéis de distribuição, fabricantes de componentes normalmente fornecem recomendações de TC correspondentes a classificações específicas de disjuntores.
Ao especificar TCs para novas instalações, forneça os seguintes dados ao seu fornecedor:
A experiência de campo em mais de 75 projetos de comissionamento de subestações revela erros recorrentes nas especificações.
Um TC de classe 0,5 satura durante as falhas, fornecendo sinais distorcidos aos relés de proteção. Os tempos de disparo se estendem; a coordenação falha.
Solução: Sempre especifique núcleos de proteção dedicados com ALF que exceda a corrente de falta máxima ÷ classificação primária do TC.
Longos trechos de cabos até as salas de relés adicionam uma carga VA significativa, especialmente com secundários de 5 A.
Solução: Calcule a carga do cabo usando a resistência real do cabo. Considere um secundário de 1 A para percursos superiores a 30 m.
As características desiguais do TC criam uma corrente diferencial falsa, causando disparos espúrios ou falha na operação.
Solução: Especifique proporções idênticas de TCs, classes de precisão e tensões de ponto de joelho para todos os TCs em zonas diferenciais.
Após a eliminação da falha inicial, a magnetização residual permanece no núcleo. Após o religamento de uma falha persistente, essa remanência causa uma saturação anterior.
Solução: Especifique o ALF 50% superior para aplicações de fechamento automático ou use projetos de núcleo anti-remanência.
Compreensão classificações do disjuntor a vácuo ajuda a coordenar as especificações do TC com os recursos do disjuntor - o TC deve manter a precisão em toda a faixa de corrente de interrupção nominal do disjuntor.
A designação indica um TC de classe de proteção que mantém o erro composto abaixo de 5% até 20 vezes a corrente primária nominal. Em uma classificação de 400/5 A, esse TC fornece medição precisa de corrente de falta de até 8.000 A antes que a saturação do núcleo comprometa a saída.
Essa configuração pode causar falhas na proteção. Os núcleos de medição saturam de 2 a 5 vezes a corrente nominal, colapsando a saída secundária exatamente quando os relés precisam de sinais de falha precisos. Núcleos de proteção separados com classificações ALF apropriadas são essenciais para a detecção confiável de falhas.
Escolha 0,2S quando as cargas operarem regularmente abaixo de 20% da classificação do CT. A classe 0,2 padrão garante precisão somente de 5-120% da corrente nominal; a classe 0,2S estende essa precisão para 1-120%, mantendo a precisão do faturamento durante períodos de carga leve.
A operação abaixo da carga nominal aumenta o ALF efetivo - um TC 5P20 com metade da carga tem desempenho semelhante ao 5P40. Entretanto, alguns projetos de CT apresentam erros maiores em cargas muito leves. Verifique se a carga real está entre 25% e 100% da carga nominal para obter um desempenho previsível.
A tensão de ponto de joelho indica a tensão secundária em que a magnetização do núcleo se torna não linear - especificamente, onde um aumento de tensão de 10% produz um aumento de corrente de magnetização de 50%. Os relés de proteção exigem TCs com tensão de ponto de joelho que exceda a tensão secundária desenvolvida durante as condições de falha máxima para garantir uma medição precisa.
A IEC 61869-2 usa classes de medição decimais (0,2, 0,5) e classes de proteção designadas por P (5P, 10P). O IEEE C57.13 especifica as classes de medição como 0,3 e 0,6, com classes de proteção designadas pela capacidade de tensão do terminal secundário (C100, C200). Para projetos internacionais, especifique as classes IEC para evitar ambiguidade na conversão.
A proteção do capacitor exige a medição precisa de correntes de desequilíbrio relativamente pequenas em vez de altas correntes de falta. A classe 5P10 normalmente fornece ALF adequado, enquanto o núcleo de medição (se for de núcleo duplo) deve ser de classe 0,5 ou melhor para monitoramento da corrente do capacitor e análise harmônica.
Para obter suporte para a especificação de TCs de acordo com os requisitos do seu painel de distribuição, entre em contato com a equipe de engenharia da XBRELE. Fornecemos soluções integradas que combinam tecnologia de interruptor a vácuo com transformadores de instrumentos devidamente coordenados para um desempenho confiável de medição e proteção.
Referência externa: IEC 61869-2:2012 Transformadores de instrumentos - Requisitos adicionais para transformadores de corrente
