Ferrorressonância

Objetivo do Artigo deste Tema

O tema ferrorressonância é um dos temas menos conhecidos pelos engenheiros eletricistas e também um dos mais complexos. Eis aí o motivo para escrever sobre o tema. Como temos apenas uma página é um grande desafio explicar o fenômeno em tão pouco espaço. Assim, seremos breves nas explanações.

O que é a ferrorressonância?

A ferrorressonância é um fenômeno não-linear complexo ocasionado por um circuito capacitivo ressonante com indutores não lineares presentes em elementos ferromagnéticos e que provoca sobretensões cuja forma de onda é irregular e possui elevado conteúdo harmônico. Essas sobretensões provocam danos à isolação, podendo ocasionar a queima e explosão desses equipamentos.

O que é necessário para que ocorra a ferrorressonância.

Segundo o Cahier Technique CT-190 (Schneider) três condições são necessárias (mas podem não ser suficientes) para a ocorrência da ferrorressonância, desdobrei em quatro:

• Presença de Indutores não Lineares (TP)
• Presença de capacitâncias (capacitâncias próprias ou intrínsecas aos equipamentos);
• Sistema com baixa carga (sistema com baixa carga ou operando por geradores). 
• Existência de pelo menos um ponto em que o potencial de terra não fica fixado (neutro não aterrado, abertura de fusível, chaveamento monofásico, etc)

A maior parte das ferrorressonâncias ocorrem por ressonância série e as frequências variam entre 0.01 a 1 kHz.

Modos de Ferrorressonância

Os modos de ocorrência podem ser classificados em:

• Modo Fundamental
• Modo Sub-harmônico
• Modo Quasi-Periódico
• Modo Caótico

No Modo Fundamental, a corrente na ressonância normalmente não é alta, mas a tensão é muito alta (E=4.44 x n x f x f).

No modo sub-harmônico a tensão não é usualmente alta, mas a corrente é alta (i = (Re x E) / (4.44 x n² x f )). É comum a explosão de TPs devidos ao sobreaquecimento.

Na ferrorressonância ocorrem variações tanto na magnitude como na frequência. Veja Figura 1.

Figura 1- Forma de onda típica de uma ferrorressonância.

Fatores indicativos da ocorrência da ferrorressonância 

• Identificação de sobretensões elevadas (até 4.5 pu conforme JC.Das [03]) 
• Formas de onda de tensão e/ou corrente irregulares (presença de harmônicas, mesmo quando não ocorrem distúrbios no sistema) Vide Figura abaixo.
• Elevadas sobrecorrentes
• Explosão de TPs. Vide Figura ao lado
• Aquecimento em transformadores operando a vazio ou à baixa carga
• Ruídos contínuos e excessivos em transformadores e reatores
• Atuação de proteções de sobretensão e de para-raios, sem uma causa aparente
• Falha de para-raios quando a sobretensão de baixa frequência dura um tempo maior do que a TOV do PR.
• Danos em equipamentos elétricos 
• (Falhas de isolação em TPs, TPCs, capacitores e 
• transformadores)

Mitigação

Uma das maneiras mais simples e baratas para mitigar a ferrorressonância é indicada na Figura 2.

Figura 2 – Mitigação da ferrorressonância utilizando o resistor de amortecimento (Damping Resistor) no Delta-Aberto do secundário do TP.

As equações para a determinação do valor ôhmico da resistência e sua potência são apresentados a seguir.

No treinamento de transitórios eletromagnéticos é estudada a ferrorressonância utilizando o software ATP/ATPDraw. Para evoluir neste tema, entre em contato através do email [email protected] e você receberá as informações mais detalhadas sobre este treinamento.

Sobre o autor:

Cláudio Mardegan é CEO da EngePower Engenharia, Membro Sênior do IEEE, Membro do Cigrè | [email protected]