O que é transformador de corrente de equilíbrio de núcleo (CBCT)?

O transformador de corrente de equilíbrio de núcleo (também denominado CBCT) é um transformador de corrente do tipo anel (CT) através do centro do qual passam três cabos de núcleo único ou um único cabo de três núcleos do sistema trifásico. Esse cabo de três núcleos forma o enrolamento primário do CBCT.

Em outras palavras, podemos definir como um TC de sequência zero (ZCT) também conhecido como TC de equilíbrio de núcleo (CBCT) é um tipo especial de transformador de corrente (TC) que detecta a presença de corrente de sequência zero durante uma falha de curto-circuito (como LG falha) condição que causa desequilíbrio no sistema de 3-fase.

O transformador de corrente de equilíbrio central trabalha com o conceito de balanceamento de corrente de sequência zero em um sistema trifásico. É por isso que também é conhecido como transformador de corrente de seqüência zero (ZCT). O TC de equilíbrio do núcleo é geralmente usado para proteção contra falha de aterramento (ou proteção contra vazamento de terra) para sistema elétrico de média tensão. Um CBCT típico é mostrado na figura abaixo.

Ao contrário do transformador de corrente (CT), o enrolamento primário do CBCT é formado com um cabo de três núcleos passando pelo centro de seu núcleo de ferro e a bobina secundária do CBCT também é enrolada em seu núcleo de ferro tipo anel e é conectada ao relé de falha de aterramento.

Princípio de funcionamento da CBCT ou ZCT

Um transformador de corrente de equilíbrio de núcleo (CBCT) funciona com base no princípio de equilibrar a corrente de sequência zero no sistema de 3-fase. Por isso, também é chamado de transformador de corrente de sequência zero (ZCT). O princípio básico de funcionamento do transformador de corrente de seqüência zero é a baixa corrente de Kirchhoff: a soma da corrente em qualquer nó do circuito elétrico será igual a zero.

Durante a operação normal do sistema trifásico, a soma vetorial de sua corrente de fase ( Īa mais Īb mais Īc=0 ) é zero. Portanto, nenhuma corrente residual de sequência zero será apresentada no enrolamento primário do CBCT. Portanto não haverá nenhum fluxo desenvolvido no Núcleo do CBCT. Portanto, nenhuma corrente fluirá no circuito secundário do CBCT.

Considerando que em condições anormais, quando a soma da corrente de fase não for zero. Então, devido ao desequilíbrio da corrente de fase, uma corrente de sequência zero fluirá no circuito secundário do CBCT. Portanto, o relé de falha de aterramento conectado ao secundário do CBCT será energizado e isolará o sistema saudável com a ajuda do disjuntor.

Sejam Īa , Īb e Īc as correntes de linha do sistema trifásico e Φa , Φb e Φc são componentes correspondentes do fluxo magnético desenvolvido no núcleo do CT ou CBCT de seqüência zero. Assumindo que o CBCT está operando na região linear, então o fluxo magnético desenvolvido no núcleo do CBCT será diretamente proporcional à sua corrente de linha correspondente. Daí pode ser escrito como:

Φa=kIa

Φb=kIb

Φc=kIc

Aqui (k) é a constante de proporcionalidade. Uma vez que aqui todas as correntes trifásicas produzem fluxo magnético correspondente no mesmo núcleo de ZCT (mesmo material magnético). Portanto, a mesma constante de proporcionalidade (k) é usada em todos os fluxos de fase.

Portanto, o fluxo magnético resultante no núcleo de ZCT ou CBCT será

Φr=k(Īa mais Īb mais Īc) (1)

Mas como todos sabemos que do conceito de componentes simétricos

(Īa mais Īb mais Īc)=3Ī0 = Īn(2)

Aqui Īn é a corrente neutra e Ī0 é a corrente de sequência zero no transformador de corrente. Portanto, das equações acima (1) e (2), podemos concluir como

Φr = k.Īn (3)

Agora, vamos considerar dois casos

Caso 1: Durante a operação normal do sistema trifásico

Como sabemos que Īa mais Īb mais Īc=0 (4)

Aqui, comparando as equações (1) e (4), obtivemos o resultado como:

O fluxo líquido resultante (Φr=0) é zero. Isso significa que nenhuma corrente fluirá no circuito secundário do CBCT. Portanto, o relé de falha de aterramento não funcionará em condições normais de funcionamento.

Caso 2: Durante uma falha de aterramento (por exemplo, falha de LG) em condições anormais, a corrente de fase no cabo de três núcleos que passa pelo centro do transformador de corrente não se equilibrará. Portanto, uma corrente de sequência zero fluirá no circuito secundário do ZCT. Por exemplo, considere o caso de falha de linha única para o terra (falha LG).

Se=3Ia0 = Em (5)

Comparando a equação (5) com a equação (3) obtemos que o fluxo magnético líquido no núcleo do CBCT não será zero. Tem algum valor finito que induzirá corrente no circuito secundário do ZCT. Portanto, essa corrente secundária flui no relé de proteção contra falta à terra e o ativa. Por esse motivo, um TC de equilíbrio central (CBCT) também é chamado de TC de sequência zero (ZCT).

Aplicação de CBCT ou ZCT

O transformador de corrente de equilíbrio de núcleo (CBCT) é usado principalmente para proteção de falha de aterramento de máquinas elétricas. Uma de suas aplicações importantes como proteção contra falta à terra do motor de indução, é discutida abaixo em detalhes.

CBCT para proteção do motor

Na maioria das indústrias, o CBCT está sendo usado para proteção contra fuga à terra de motores industriais ( 3-motor de indução de fase). Neste esquema de proteção, o núcleo do CBCT envolve os cabos de energia conectados com o 3-motor de indução de fase. Os condutores de aterramento da bainha do cabo para a terra devem ser passados ​​pelo olhal do núcleo ZCT. Um diagrama típico é mostrado na figura abaixo.

O núcleo do CBCT é excitado pela corrente (Īa mais Īb mais Īc mais Ībainha mais Īterra).

O efeito de ( Ībainha mais Īterra ) é cancelado quando os cabos de aterramento são passados ​​pelo olhal do CBCT. Portanto, o esquema de proteção responde apenas para (Īa mais Īb mais Īc) corrente no motor de indução.

Vantagens da CBCT

A principal vantagem de usar o CBCT como esquema de proteção de falta à terra é que neste esquema de proteção apenas um núcleo de TC é usado em vez de três núcleos como no sistema convencional. Assim, o fluxo magnético necessário para a produção de determinada corrente secundária é reduzido para um terço (1/3), o que é a maior vantagem, pois a sensibilidade geral do sistema de proteção é aumentada.

Além disso, o número de voltas secundárias do TC não é necessário de acordo com a corrente nominal do cabo porque nenhuma corrente secundária flui em condições normais de operação, pois a corrente do sistema trifásico está equilibrada. Isso permite otimizar as espiras secundárias de acordo com a corrente de pickup primária efetiva do TC.

Características de ZCT ou CBCT

Estas são características muito atraentes do CT de sequência zero (ZCT) ou do transformador de corrente de equilíbrio de núcleo (CBCT), mencionados abaixo como:

• Alta sensibilidade
• boa linearidade
• operação confiável

• Instalação conveniente e fácil

Seleção de CBCT ou ZCT

O CT ou CBCT de sequência zero apropriado é selecionado com base nos seguintes fatores.

Relação nominal do TC: deve ser tal que, mesmo na menor falta à terra, a corrente seja suficiente para operar o relé de falta à terra.

Corrente mínima de fuga à terra primária

Corrente de excitação mínima necessária para a tensão de operação do relé

Tensão do ponto de joelho

Dimensões e diâmetro interno do TC (o diâmetro interno depende do tamanho do cabo)