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

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.

Atualizado em 7 de junho de 2021 por Redação

Posts Relacionados

Política de Privacidade
When you visit our website, it may store information through your browser from specific services, usually in form of cookies. Here you can change your privacy preferences. Please note that blocking some types of cookies may impact your experience on our website and the services we offer.
O Setor Elétrico