O estudo de saturação dos transformadores de corrente é importante porque ajuda a assegurar o desempenho adequado e a precisão das medições elétricas. Isso é fundamental para a segurança e o funcionamento confiável das redes de energia.
- Saturação para faltas com correntes simétricas
- Saturação para faltas com correntes assimétricas
Introdução
Ao obtermos um conhecimento profundo sobre a saturação dos transformadores de corrente, podemos reduzir erros de medição.
Neste artigo, explicamos algumas avaliações realizadas no contexto da especificação e da análise de desempenho de um transformador de corrente.
No primeiro artigo desta série, exploramos as avaliações realizadas na etapa inicial de especificação de um transformador de corrente (TC). A avaliação da suportabilidade de corrente em regime permanente e de curto-circuito foi apresentada de forma didática por meio de análises simplificadas.
É responsabilidade do engenheiro de proteção avaliar a suportabilidade e especificar corretamente o TC para fins de proteção. Esse profissional também deve avaliar o desempenho dinâmico dos TCs quando submetidos a correntes elevadas de curto-circuito, que podem provocar a saturação do equipamento.
Desempenho dinâmico do TC
Durante um curto-circuito, a corrente elétrica pode atingir níveis muito elevados e exceder a capacidade nominal do transformador de corrente. A saturação do transformador de corrente pode acarretar distorções significativas nos valores medidos pelos relés de proteção.
A corrente elevada pode levar o transformador a operar em uma região não linear de sua curva de magnetização, resultando em distorção da forma de onda da corrente de saída. Isso pode reduzir a precisão das medições e comprometer o desempenho do sistema de proteção.
A análise de desempenho dinâmico do TC é dividida em duas etapas: a verificação de saturação para faltas simétricas e a verificação de saturação para faltas assimétricas, considerando a presença da componente de corrente contínua.
Circuito equivalente do TC
Em ambas as verificações, é fundamental definir os parâmetros de entrada presentes no circuito equivalente do TC.
No modelo simplificado adotado, a impedância secundária, conhecida como burden (Zb), é representada pela soma da resistência da conexão do cabo condutor do secundário (Rw) e da resistência interna do IED (Rr).
Saturação para faltas simétricas
Inicialmente, deve-se identificar a possibilidade de o TC sofrer saturação. Essa verificação é realizada comparando-se a tensão imposta ao TC durante uma falta simétrica trifásica (Vsim) com sua tensão de saturação (Vsat), obtida por meio da análise da curva de magnetização do equipamento.
A tensão imposta ao secundário do TC durante um curto-circuito simétrico é calculada pela expressão:
Na expressão, RTC e Isim correspondem, respectivamente, à relação de transformação do transformador de corrente e à corrente de curto-circuito simétrica.
Caso a inequação a seguir seja satisfeita, o TC estará sujeito à saturação na condição de falta simétrica:
Saturação para faltas assimétricas
Quando um transformador de corrente sofre saturação assimétrica, ocorrem distorções na corrente secundária, causadas pela incapacidade do transformador de acompanhar rapidamente as variações assimétricas da corrente primária durante uma falta.
Devido à forma assimétrica da corrente de falta e à presença da componente de corrente contínua, a distorção pode durar alguns ciclos. À medida que essa componente contínua decai, a distorção tende a diminuir, conforme ilustrado a seguir.
No gráfico, a curva verde representa a corrente secundária em valor eficaz na condição sem saturação assimétrica. As curvas em vermelho claro e escuro correspondem aos valores obtidos após o equipamento entrar na condição de saturação assimétrica.
Para o cálculo da tensão assimétrica imposta ao secundário (Eal), tem-se:
Ktd corresponde ao fator de dimensionamento transitório. Nesse fator são incorporadas informações como as constantes de tempo e o ciclo de operação do disjuntor.
Caso a inequação a seguir seja satisfeita, o TC estará sujeito à saturação na condição de falta assimétrica:
Aplicação na proteção
A avaliação da saturação durante a especificação dos TCs é fundamental para assegurar a confiabilidade e a eficiência dos sistemas de proteção, contribuindo para uma operação segura e precisa em diferentes condições.
Se for detectada uma condição de saturação assimétrica, uma das medidas que podem ser avaliadas, conforme o estudo da proteção, é a revisão da temporização das funções instantâneas de sobrecorrente para evitar operações indevidas.
A correta especificação do TC deve considerar não apenas a suportabilidade em regime permanente e em curto-circuito, mas também seu desempenho dinâmico diante de faltas simétricas e assimétricas.
Referências
- ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico. Critérios para análise de superação de equipamentos e instalações de alta tensão, 2015.
- MAMEDE FILHO, João. Manual de Equipamentos Elétricos. Grupo Gen-LTC, 2000.
- MAMEDE FILHO, João; MAMEDE, Daniel Ribeiro. Proteção de sistemas elétricos de potência. Grupo Gen-LTC, 2000.
- IEEE. IEEE C37.110-2023 — Guide for the Application of Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes.
- IEC. IEC 61869-2:2012 — Additional requirements for current transformers.
- IEC. IEC TR 61869-100:2017 — Guidance for application of current transformers in power system protection, com corrigendum de 2023.
- Fonte original: Pronext Engenharia. Suportabilidade dos Transformadores de Corrente — Guia de Aplicação, Parte II.