A circulação de correntes de terceira harmônica pelo condutor de proteção (PE) durante transientes de manobra em sistemas trifásicos
O artigo apresenta um “case” de atuação intempestiva da proteção de fuga à terra (GS) durante transitório de corrente devido à transição de fonte de alimentação de cargas compostas por transformador que alimenta sistemas compostos por UPSs, fontes ininterruptas de energia (em tradução livre), que possuem na entrada retificadores construídos com IGBTs. A Figura 1 ilustra o esquemático da alimentação típica, composto por:
A fim de investigar a atuação intempestiva da proteção de fuga à terra durante o start-up do sistema, foram efetuadas medições nos QGBTs (no disjuntor geral) com a utilização de instrumentos classe A (IEC 61000-4-30) com taxas de amostragem de 256 e 512 amostras por ciclo e integração a cada ½ ciclo na avaliação dos valores eficazes. Foram registrados os comportamentos das tensões e as correntes representadas nas figuras que se seguem.
A Figura 2 apresenta o comportamento da tensão de alimentação do QGBT1, onde se observam transientes devido às manobras de transição das fontes durante os testes.
A Figura 3 apresenta o comportamento das correntes fundamentais (I1) e de terceiras harmônicas (I3) nas fases (1,2,3) e no condutor PE (correntes diferenciais). Durante essas medições, o trip do disjuntor foi inabilitado permitindo a visualização do fenômeno para a investigação das causas da atuação da proteção GS. Observa-se que, independentemente do valor da carga, as correntes diferenciais de 3ª harmônica (que circulam pelo PE) se repetem a cada transiente superando 1000 amperes.
A Figura 4 ilustra o comportamento das correntes eficazes (I1,I2,I3 e It) durante o período transitório em valores integrados a cada ½ ciclo.
A Figura 5 complementa a Figura 4 e apresenta a decomposição das correntes eficazes em fundamentais e de terceira harmônica das fases e da mesma forma da corrente no PE (correntes diferenciais) nas frequências fundamentais e terceira harmônica. Pode-se observar na Figura 5 que a corrente diferencial praticamente não apresenta componente de corrente fundamental. Portanto, todo o conteúdo da corrente diferencial (tratada pelo instrumento de medição como I leakage) é de terceira harmônica. Note que a corrente diferencial na frequência fundamental é aquela que indica defeito de fuga à terra e o sistema de proteção deve estar pronto a detectá-la e promover o trip do disjuntor de forma adequada.
A Figura 6 ilustra o comportamento das formas de onda de correntes harmônicas (exclusivamente) nas fases e a corrente diferencial. Nota-se que o módulo da corrente diferencial é quase o triplo da corrente relativa às fases e o período é de aproximadamente 5,5 ms/180Hz. A corrente pelo PE tem como característica dominante a terceira harmônica.
A Figura 7 apresenta o comportamento das formas de onda de corrente nas fases na frequência fundamental.
O fenômeno é bastante semelhante à situação clássica e bem conhecida, que ocorre quando são alimentadas cargas monofásicas não lineares por sistema trifásico com neutro, contudo, ao contrário dessa situação, onde as correntes de terceira harmônica no neutro atingem valores da ordem de até 1,73 vezes a corrente das fases. O registro da Figura 4 indica que a sincronia das correntes de terceira harmônica nas fases leva a corrente diferencial a valores de três vezes em relação a essas correntes das fases em situação de baixa carga, já que, independentemente do valor das correntes de fases, a corrente diferencial varia muito pouco e supera os 1000 A conforme mostra a Figura 3.
Conclusões:
Autor:
Por José Starosta, diretor da Ação Engenharia e Instalações e membro da diretoria do Deinfra-Fiesp e da SBQEE.
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