Transformador de Corrente Split Core: medição sem desligamento e monitoramento de energia multiponto

Núcleo bipartido, retrofit em painéis energizados, precisão versus entreferro e dimensionamento de burden — HVEX | Itajubá, MG

Resumo executivo

Medir corrente é o primeiro passo de qualquer programa de eficiência energética, monitoramento de ativos ou automação — e, na maioria das instalações em operação, o maior obstáculo é justamente instalar o sensor: um transformador de corrente (TC) convencional, de núcleo fechado, exige desconectar o condutor para passá-lo pela janela, o que significa desligar o circuito, parar o processo e mobilizar equipe para uma intervenção invasiva. O TC split core — de núcleo dividido, ou tipo janela aberta — elimina essa barreira: seu núcleo magnético bipartido se articula e abraça o condutor existente, permitindo a instalação em minutos, sem interromper o fluxo de corrente.

Este white paper apresenta o princípio de funcionamento do TC de núcleo dividido, o compromisso entre facilidade de instalação e exatidão imposto pelos entreferros do plano de junção, as diretrizes de dimensionamento — faixa de corrente, janela, burden e classe de exatidão conforme a IEC 61869-2 — e as aplicações típicas em retrofit de painéis de baixa e média tensão para monitoramento de energia multiponto. Ao final, descreve o Transformador de Corrente Split Core HVEX, com faixa nominal de 10 A a 200 A, corrente máxima de 600 A, saídas de 0 a 500 mA, 1 A e 5 A e certificações CE e ETL.

1. O gargalo da medição em instalações existentes

A gestão de energia moderna — impulsionada por normas de sistemas de gestão como a ISO 50001, pela tarifação horária e pela pressão por eficiência — depende de dados por circuito, não apenas do medidor de fronteira [5]. Saber que a planta consome 2 GWh por mês não diz quais alimentadores concentram desperdício, quais motores operam fora do ponto ótimo ou onde o fator de potência degrada a fatura: essa visibilidade exige medição multiponto, com dezenas de sensores de corrente distribuídos pelos quadros gerais (QGBT), centros de controle de motores (CCM) e painéis de distribuição.

É aqui que o TC convencional se torna gargalo. Instalar um TC de núcleo fechado em um painel em operação exige desligamento programado, desconexão de cabos ou barramentos, e recomissionamento — um custo que, em plantas de processo contínuo, hospitais e data centers, frequentemente inviabiliza o projeto de monitoramento inteiro. O TC split core inverte a equação: a instalação não requer desconexão do condutor, reduzindo a intervenção a minutos por ponto e tornando economicamente viável instrumentar instalações inteiras em retrofit [7][8]. Não por acaso, é o sensor padrão de sistemas de submedição, inversores solares e plataformas de monitoramento de energia em tempo real [8].

2. Fundamentos: o núcleo dividido e o preço do entreferro

O TC split core opera pelo mesmo princípio de qualquer transformador de corrente: o condutor primário que atravessa a janela constitui uma espira primária; o fluxo magnético que ele induz no núcleo é enlaçado pelo enrolamento secundário de N espiras, no qual circula uma corrente proporcional à primária, reduzida na razão de transformação. A diferença é construtiva (Figura 1): o núcleo magnético é bipartido, com uma metade articulada por dobradiça e um fecho de trava, de modo que o conjunto se abre, abraça o condutor em serviço e se fecha novamente — sem desconectar nada [7][8].

Figura 1 – Esquema construtivo do TC split core: núcleo magnético bipartido articulado que abraça o condutor primário, com entreferros no plano de junção e enrolamento secundário de baixa potência. Elaboração: HVEX, com base em [1][3][8].

Essa conveniência tem um preço físico: os dois planos de junção entre as metades do núcleo introduzem entreferros residuais no circuito magnético. Mesmo com superfícies retificadas e pressão de fechamento controlada, o entreferro eleva a relutância do núcleo, aumentando a corrente de magnetização — a parcela da corrente primária que não é transferida ao secundário — e, com ela, os erros de relação e de fase [3]. Pesquisas recentes sobre otimização de núcleos divididos mostram que a exatidão final depende criticamente da caracterização da curva B-H do material e do controle dimensional dos entreferros no processo de fabricação [3]. Em contrapartida, o entreferro reduz a remanência do núcleo — efeito que a própria IEC 61869-2 explora nas classes de proteção com núcleo com entreferro (classes PR e TPY) para limitar o fator de remanência [1].

O resultado prático: para uma mesma seção de núcleo, um TC split core tem classe de exatidão tipicamente inferior à de um TC de núcleo fechado equivalente — e é por isso que o núcleo fechado permanece preferível em medição para faturamento de fronteira, enquanto o split core domina o monitoramento operacional. A distância entre os dois, porém, vem diminuindo: há TCs de núcleo dividido comerciais que atingem classes 0,5S e até grau de faturamento, mediante projeto magnético otimizado [4][6]. Para os fins de gestão de energia, rateio interno e diagnóstico, classes de 0,5% a 3% são plenamente adequadas [1][8].

3. Aplicação em campo: retrofit e monitoramento multiponto

A aplicação emblemática do split core é o retrofit de monitoramento em painéis existentes (Figura 2). Em cada alimentador de interesse, um TC split core é fechado ao redor do cabo ou barramento — respeitadas as distâncias de segurança e os procedimentos da NR-10 para trabalho em painéis energizados —, e seu secundário alimenta um multimedidor ou transdutor que calcula grandezas elétricas: correntes, potências ativa e reativa, energia, fator de potência e distorção harmônica. Os medidores comunicam-se por protocolos industriais (tipicamente Modbus RTU/TCP) com um gateway, que consolida os dados e os publica em uma plataforma de monitoramento local ou em nuvem, onde dashboards por circuito, alarmes de sobrecarga e indicadores de eficiência transformam a medição em decisão [7][8].

Figura 2 – Aplicação retrofit de monitoramento multiponto: TCs split core instalados sem desligar os circuitos alimentam multimedidores/transdutores conectados via gateway à plataforma de monitoramento. Elaboração: HVEX, com base em [7][8].

Em baixa tensão, o TC split core é aplicado diretamente sobre condutores isolados de QGBTs, CCMs e painéis de distribuição — o caso de uso dominante em eficiência energética, submedição predial e industrial e integração com inversores solares [8]. Em média tensão, a prática usual é aplicá-lo sobre a fiação secundária de TCs de medição já existentes (para replicar sinais para um novo sistema de monitoramento sem tocar no circuito primário) ou empregar sensores especificamente projetados e isolados para instalação sobre cabos isolados de MT, sempre respeitando os níveis de isolamento e a suportabilidade dielétrica declarada do acessório [1][2]. Essa distinção é essencial no projeto: a suportabilidade entre primário e secundário do sensor — 2.000 VRMS por 1 minuto, no caso do TC HVEX — define onde ele pode ser instalado com segurança [8].

4. Dimensionamento: corrente, janela, burden e exatidão

O dimensionamento correto começa pela corrente: a nominal do TC deve ser escolhida próxima da corrente de operação típica do circuito, pois a exatidão declarada vale dentro da faixa de linearidade do sensor — operar um TC de 200 A para medir 5 A degrada a leitura, assim como saturá-lo acima da corrente máxima [1][8]. A janela deve acomodar o condutor com folga (cabos unipolares, múltiplos condutores em paralelo ou barramentos têm geometrias distintas), e a posição do condutor deve ficar o mais centrada possível, pois a assimetria do fluxo em núcleos com entreferro contribui para o erro [3].

O segundo pilar é o burden — a carga total conectada ao secundário, somando o instrumento e a fiação. TCs com saída em corrente (1 A ou 5 A) exigem que a impedância total do circuito secundário não exceda a carga nominal para a qual a classe de exatidão foi declarada, conforme a IEC 61869-2 [1]; cabos longos entre o TC e o medidor consomem parcela relevante desse orçamento. Sensores com saída em milimperes e resistor de carga definido — como o resistor nominal de 20 Ω do TC Split Core HVEX — são projetados para operar diretamente com entradas de medidores eletrônicos, simplificando o projeto [8]. Permanece válida a regra de ouro de segurança: o secundário de um TC com saída em corrente jamais deve ficar em aberto com o primário energizado, sob pena de tensões perigosas nos terminais; a instalação deve prever curto-circuitamento ou conexão permanente à carga.

5. O Transformador de Corrente Split Core HVEX

O Transformador de Corrente Split Core HVEX (TC Split Core) é a solução da HVEX para medição de corrente em sistemas de energia com facilidade máxima de instalação: seu núcleo bipartido permite montá-lo ao redor de condutores existentes sem interromper o circuito, ideal para manutenção e retrofit de redes em operação [7]. Compacto e robusto, é indicado para monitoramento e medição em painéis elétricos, distribuidores e sistemas industriais, além de aplicações de proteção de sobrecorrente, e atende às certificações internacionais CE e ETL [7]. As especificações a seguir são as declaradas pela fabricante [7][8]:

A faixa nominal de 10 A a 200 A com corrente máxima de 600 A e erro de linearidade de 1% entre 5 A e 600 A cobre com um único modelo a grande maioria dos alimentadores de baixa tensão industriais e prediais; as três opções de saída (0 a 500 mA, 1 A e 5 A) permitem integrá-lo tanto a transdutores e medidores eletrônicos de entrada em milimperes quanto a instrumentação convencional de 1 A/5 A [8]. O TC Split Core integra a linha de medição e monitoramento da HVEX — fabricante brasileira com portfólio dedicado à transdução de sinais de medição e proteção —, ao lado de multimedidores de painel e sensores Rogowski, compondo soluções completas de monitoramento [7][8].

5.1 Aplicações típicas

•       Retrofit de medição em QGBTs, CCMs e painéis de distribuição em operação, sem desligamento dos circuitos;

•       Sistemas de medição de energia elétrica e submedição por circuito para rateio e gestão de custos;

•       Monitoramento de eficiência energética e automação industrial e predial;

•       Inversores solares e integração de geração distribuída;

•       Equipamentos de monitoramento de energia em tempo real e sistemas de medição distribuídos;

•       Proteção de sobrecorrente em painéis, dentro dos limites declarados do sensor.

6. Benefícios operacionais mensuráveis

O benefício central do split core é converter custo de parada em custo de sensor. Em uma planta de processo contínuo, cada hora de desligamento de um barramento principal pode custar mais do que todo o sistema de monitoramento; instalar dezenas de pontos de medição sem nenhuma interrupção muda a economia do projeto de eficiência energética. A instalação rápida reduz também a exposição da equipe e a janela de intervenção em painéis; a padronização em um único modelo de ampla faixa simplifica estoque e reposição; e os dados por circuito viabilizam ações com retorno direto — correção de fator de potência localizada, balanceamento de fases, detecção de consumos espúrios e alarmes de sobrecarga antes do desarme [7][8].

7. Conclusão

O TC split core é o exemplo raro de tecnologia em que a maior virtude é logística: ao dispensar a desconexão do condutor, ele remove a principal barreira econômica à medição multiponto em instalações existentes. Compreender o compromisso imposto pelo entreferro — e dimensionar corretamente corrente nominal, janela, burden e classe de exatidão conforme a IEC 61869-2 — permite extrair dele exatamente o que o monitoramento de energia exige: dados confiáveis, instalados sem parar a operação.

O Transformador de Corrente Split Core HVEX entrega essa capacidade com faixa nominal de 10 A a 200 A, corrente máxima de 600 A, três opções de saída e certificações CE e ETL, com o suporte de uma fabricante brasileira especializada em transdução de sinais de medição e proteção. Para conhecer as especificações completas, o datasheet e as demais soluções de medição e monitoramento, acesse hvex.com.br ou agende uma conversa com a equipe técnica da HVEX.

Fotos reais

Referências

[1] IEC 61869-2, Instrument transformers – Part 2: Additional requirements for current transformers. IEC, Genebra.

[2] IEC 61869-1, Instrument transformers – Part 1: General requirements. IEC, Genebra.

[3] KIM, S. et al. B-H Curve Estimation and Air Gap Optimization for High-Performance Split Core Current Transformers. Sensors (MDPI). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC11820830/

[4] ACCUENERGY. AcuCT R Series – Revenue Grade Split-Core Current Transformers. https://www.accuenergy.com/products/acuct-r-revenue-grade-split-core-current-transformers/

[5] ABNT NBR ISO 50001, Sistemas de gestão da energia – Requisitos com orientações para uso. ABNT, Rio de Janeiro.

[6] ABNT NBR 6856, Transformador de corrente – Especificação e ensaios. ABNT, Rio de Janeiro.

[7] HVEX. Transformador de Corrente de núcleo dividido (Split Core): página do produto. https://hvex.com.br/solutions/medicao-e-monitoramento/transformador-de-corrente-de-nucleo-dividido-split-core-

[8] HVEX. Transformador de Corrente Split Core: datasheet técnico. https://space-website.nyc3.digitaloceanspaces.com/produtos-datasheet/1740397665701-Transformador_de_Corrente_Split_Core_Datasheet.pdf