A importância dos protetores de surto (snubbers) para a proteção dos transformadores – Parte II

abr, 2015

Edição 110 – Março 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.

Magnitude e dV/dt

Além do simples processo de sobretensão (magnitude) gerado pelo chaveamento, ao mesmo tempo é superposto um outro fenômeno conhecido como re-strike, que nada mais é do que o reacendimento do arco elétrico entre os polos de uma mesma fase de um disjuntor devido ao dV/dt gerado pelo sistema superar o “recovery dielectric strenght” do disjuntor. Quando isso acontece, o arco tem um reignição entre os polos e o aumento da tensão vai se amplificando a cada re-strike. Veja Figuras 1 e 2.


Figura 1 – Recovery Dielectric Strenght e re-strikes nos polos do disjuntor.


Figura 2 – Amplificação da tensão nos polos do disjuntor devido aos sucessivos re-strikes.

Ressonâncias em série e paralela

Todo corpo possui pelo menos uma frequência de ressonância. Apresenta-se, na Figura 3, o FSRA (Frequency Scan Response Analysis) que, em outras palavras, representa o comportamento da impedância versus a frequência, Z (w), do transformador. Os picos máximos representam as ressonâncias paralelas na qual haverá a amplificação da tensão e os pontos mínimos correspondem às ressonâncias série em que ocorrerão as amplificações das correntes.


Figura 3 – Z (w). Impedância versus a frequência típica de um transformador.

Se uma dada frequência gerada pelo sistema coincidir com os picos máximos ou mínimos do Z (w) do transformador ocorrerá a ressonância.

Particularidades do fenômeno

Os transformadores secos são mais suscetíveis a estas sobretensões devido ao fato de que sua capacitância equivalente da alta para a terra é menor do que a dos transformadores a óleo, o que implica um Xc (reatância capacitiva) maior. Assim, para altas frequências, a reatância capacitiva “empurrará” as correntes para dentro do transformador. Já os transformadores a óleo são menos suscetíveis a este tipo de problema, visto que apresentam uma capacitância equivalente entre o enrolamento de alta e a terra maior, implicando reatância capacitiva menor e drenando melhor as correntes nesta frequência (funciona como um filtro passa-alta).

Outro detalhe importante é que, quando se utiliza disjuntores a vácuo, eles apresentam uma “chop current” de um valor maior. Em teoria, os disjuntores interrompem a corrente quando ela passa por zero. O disjuntor a vácuo interrompe essas correntes antes mesmo de passar por zero. A consequência disso é que as sobretensões ficam amplificadas.

Comprimentos de cabos curtos entre o dispositivo de manobra (disjuntor) e o transformador atuam negativamente neste processo, pois o valor da resistência do cabo é menor e a atenuação fica muito pequena. Se o comprimento é maior haverá uma atenuação mais significativa.

A mitigação

Alguns profissionais acreditam que a simples utilização de para-raios irá resolver os problemas de sobretensão e queima de transformadores. Pelo exposto, pode-se verificar que estaremos praticamente cercando um tipo de problema que é a magnitude, mas estaremos abrindo a guarda para os outros fenômenos de dV/dt e ressonâncias.

Dessa maneira, os engenheiros de sistema de potência costumam lançar mão do protetor de surto composto de um para-raios mais um snubber em paralelo por fase. Veja a Figura 4.


Figura 4 – Protetor de surto (para-raios mais snubber).

Modelagem, simulação, especificação e montagem

A modelagem, a simulação, a especificação e a montagem exigem uma boa experiência e poucas empresas ainda estão aptas a realizarem este tipo de estudo e implementação. Para aqueles que ainda quiserem aprofundar um pouco mais nesse assunto, existem alguns papers, como a referência [02], além de uma apresentação, cujo arquivo .pdf pode ser baixado no site indicado, fazendo-se o cadastramento: http://www.engepower.com/downloads/

Referências

[01]  Documento Cigrè 39 – “REPRESENTATION OF NETWORK ELEMENTS WHEN CALCULATING TRANSIENTS”. Working Group 02 (Internal overvoltages) Of Study Committee 33 (Overvoltages and Insulation Coordination).

[02]  IEEE Std C57.142™ – 2010 IEEE Guide to Describe the Occurrence and Mitigation of Switching Transients Induced by Transformers, Switching Device, and System Interaction.

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