Quando as “coisas” partem – Parte I

jul, 2014

Edição 101 – Junho de 2014
Por José Starosta

As partidas das máquinas elétricas (motores e transformadores), a energização de capacitores e alguns circuitos especiais, mesmo as lâmpadas a vapores metálicos ou de sódio, possuem comportamento durante a partida ou energização que pode afetar outras partes das instalações elétricas ou ainda os próprios equipamentos. As causas e os efeitos são os mais diversos e trataremos de algumas dessas situações na sequência.

Partidas de transformadores

Correntes de partida em transformadores são conhecidas e reconhecidas como uma das principais fontes de afundamentos de tensão em circuitos e barramentos à montante e em sistemas de distribuição típicos de concessionárias ou mesmo de instalações industriais. A situação piora quando diversos transformadores tentam partir simultaneamente e circuitos longos associados agravam o problema.

Os valores clássicos das correntes de partida (também chamadas de acordo com a terminologia internacional de “In rush”) podem atingir valores 20 vezes maiores que a corrente nominal e em sistemas com baixas potências de curto-circuito a situação pode ser também piorada.

Considerando-se ainda a impossibilidade de sincronismo com a manobra mecânica, os valores de corrente são os mais improváveis possíveis, uma vez que dependem do instante (associado à forma de onda de tensão) em que a conexão se estabelece. Além disso, a própria corrente não é equilibrada, uma vez que depende da energização do circuito magnético do transformador que tem pela própria construção uma característica desequilibrada.

A Figura 1 ilustra o comportamento das correntes e tensões eficazes, bem como formas de ondas registradas na partida de um transformador de 2.000 kVA em 13,2 kV para 220 V. Chama a atenção o desequilíbrio das correntes e os efeitos na tensão como a ocorrência de transientes.

Tomando-se as 1.024 amostras por ciclo da forma de onda de corrente fornecida pelo instrumento, pode-se efetuar uma análise mais detalhada do fenômeno, representado na Figura 2. Além dos altos valores esperados, observa-se o comportamento da soma das correntes das fases, representada pela corrente de neutro ou de terra dependendo do caso (In) e tem efetiva aplicação do modelo de proteção de fuga à terra que se deseja empregar. Naturalmente, a corrente é transitória e tão logo o transformador é energizado esta corrente desaparece.

Solução

Uma das possíveis soluções são os pouco conhecidos dispositivos de partida suave para transformadores, que, a exemplo dos seus “irmãos”, aplicados em grande volume na partida dos motores elétricos, utilizam componentes e elementos estáticos para o controle da tensão de alimentação e, como consequência, da corrente de partida. O sistema possui uma unidade de controle e outra de potência. Toda a operação é realizada com o trafo sem carga. No instante em que o trafo é energizado, um contator de “by pass” assume a carga propriamente dita em sincronismo com o sistema de partida suave, após a partida do transformador. No instante em que a operação é realizada, a unidade de controle manda um sinal para que a carga seja conectada.

Registros de operação

As Figuras 4 e 5 ilustram outros registros da corrente de Inrush de transformadores.

 

Na Figura 4, nota-se a corrente de partida três vezes maior que a corrente nominal; já a Figura 5 apresenta o mesmo caso com dispositivo de partida suave. Observa-se corrente máxima da ordem de 60% da corrente nominal com tempo de partida da ordem de 1 ciclo.

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