Edição 109 – Fevereiro 2015
Por Cláudio Sérgio Mardegan
Dados históricos: tem ocorrido a queima de uma grande quantidade de transformadores nos últimos anos, principalmente transformadores secos. Isso não significa necessariamente que o transformador é de má qualidade. Mesmo transformadores de fabricantes considerados de primeira linha também têm queimado. A maior parte destas queimas é gerada por sobretensões de manobra. Apenas com os registros que chegaram até mim, nos últimos dois anos no Brasil, registraram-se 19 ocorrências. Isso levou à instalação de mais 100 conjuntos de snubbers, apenas nos processos em que participei. Na América do Norte, o maior especialista no mundo instalou mais de 2.000 snubbers. Este fenômeno ainda é pouco conhecido na comunidade técnica nacional e mesmo mundial.
Qual a causa da queima dos transformadores?
A causa da queima é falha de isolação, gerando normalmente curto-circuito entre espiras ou entre duas camadas de espiras, originadas por elevada magnitude da sobretensão, taxa de crescimento da sobretensão (dV/dt), ressonância paralela ou ressonância série. Veja Figura 1.
Figura 1 – Exemplares de transformadores queimados em casos reais.
O fenômeno
O elemento de circuito resistência (R) é um dissipador de energia (por efeito Joule Ri2). Os elementos de circuito indutância (L) e capacitância (C) são armazenadores de energia, que no indutor é igual a ½ Li2 e no capacitor é igual a ½ CV2. Todo equipamento elétrico já nasce com uma capacitância intrínseca a ele conhecida como capacitância parasita, capacitância própria ou capacitância de charging. É sabido que todo chaveamento gera sobretensão. Esta sobretensão carrega as capacitâncias do sistema com uma energia ½ CV2. Ao interromper o circuito, a capacitância ficará trocando energia com a indutância do sistema, tendo como elemento atenuador desta energia a resistência. Veja Figura 2.
Figura 2 – Unifilar simplificado.
Será explanado aqui o processo da abertura do disjuntor. Neste caso, a sobretensão de chaveamento carrega as capacitâncias (Ceq e Ccabo) e ao abrir o disjuntor esta sobretensão irá oscilar com uma frequência w do lado do transformador (lado da carga). Esta frequência é dada pela equação:
Em sistemas de potência esta frequência costuma-se situar na faixa entre 10 kHz e 1 Mhz, conforme indicado na Tabela 1 da referência [01]. Em outras palavras, a energia armazenada nas capacitâncias irá trocar energia com a indutância do transformador. Neste ponto, podemos ter quatro situações diferentes: valor elevado de tensão (que pode inclusive superar o BIL do equipamento), ter um elevado dv/dt, ter uma ressonância paralela ou uma ressonância série com o transformador.
Referência
[01] Documento Cigré 39 – “REPRESENTATION OF NETWORK ELEMENTS WHEN CALCULATING TRANSIENTS” – Working Group 02 (Internal overvoltages) Of Study Committee 33 (Overvoltages and Insulation Coordination).
Olá Mardegan, tudo bem?
você menciona, no artigo, a queima dos transformadores, causada pela falha na isolação. Essa falha ocorre geralmente no primário ou secundário do trafo? Na abertura do disjuntor, as cargas capacitivas trocam energia com as indutivas com freq (w) do lado do trafo (lado da carga): isso quer dizer do lado da carga do trafo (secundário), ou o trafo seria a carga?
Minha preocupação aqui é com os inversores de frequência, que são alimentados pelos trafos. Estamos vendo o pessoal instalar, cada vez mais, os snubbers nas obras. Precisamos entender melhor esses efeitos em nossos equipamentos.
Obrigado
Paulo