Uma reflexão sobre a resposta em frequência de transformadores de potencial e suas implicações no sistema elétrico de potência

Os setores de geração de energia elétrica provenientes das fontes eólica e solar passaram, nos últimos anos, a representar parcela significativa na matriz energética brasileira. São mais de 400 parques eólicos distribuídos ao redor do país e mais de 5.200 geradores instalados. Como de conhecimento geral, a conexão destes geradores à rede elétrica é feita por meio de inversores frequência que são causadores de distorção da forma de onda da tensão nos barramentos onde estão conectados. Assim, torna-se evidente quantificar o nível destas distorções harmônicas com o intuito de atenuar ao máximo os efeitos causados por elas ou mesmo deixá-las dentro dos limites estabelecidos pelo Operador Nacional do Sistema (ONS).

Como na maioria dos casos das grandes gerações de energia fotovoltaica ou eólica, os geradores estão conectados a barramentos que possuem níveis de tensão elevados, sendo indispensável a utilização dos transdutores de potencial para realizar a interface entres os analisadores de qualidade de energia e os elevados potenciais elétricos encontrados nestes pontos do sistema elétrico. Porém, tal equipamento, por questões tecnológicas e construtivas, tem seu desempenho não linear dependendo da faixa de frequências harmônicas a serem medidas, uma vez que os transdutores são projetados para aferir sinais de tensão de amplitude fixada por seus dados de placa e frequência de ordem fundamental (60 Hz).

Uma vez que normas internacionais, como a IEC61000-4-30, não estabelecem limites para a precisão de equipamentos de medição como TPs, para frequências distintas da fundamental, é de total interesse para operadores e reguladores do sistema elétrico conhecer a curva característica de resposta em frequência destes componentes, assim como o impacto da precisão destes equipamentos quando realizam a medição em pontos do sistema que requerem mais atenção, do ponto de vista de distorções prévias de tensão. Ou seja, a curva de resposta em frequência servirá como garantia de medições confiáveis para assegurar medidas corretivas acertadas.

Das diferentes formas construtivas dos TPs, o custo de construção, design e complexidade para TPs indutivos (TPIs) de alta tensão tornam esse tipo de transformador inviável economicamente para medições em sistemas com tensões superiores a 230 kV, fazendo com que os transformadores de potencial capacitivos (TPCs) sejam uma opção economicamente mais viável. Este é amplamente utilizado para medições em redes básicas, acima de 230 kV, especialmente em conexões de parques eólicos, usinas geradoras, dentre outras instalações. Sua desvantagem, porém, está condicionada aos maiores erros encontrados nas tensões elétricas medidas quando comparadas aos transdutores de potencial indutivo.

Vale destacar ainda que as medições de distorções harmônicas pré e pós conexão no parque eólico são fundamentais para os estudos computacionais que podem definir a instalação de filtros harmônicos necessários à manutenção do indicador Distorção de Tensão Harmônica Total (DTHT) abaixo dos valores especificados pelo ONS. Ou seja, medições influenciadas por erros de medição podem levar, ocasionalmente, à concepção de soluções não adequadas.

Nesse sentido, pesquisadores de três diferentes instituições (UFPR, UFU e LACTEC) realizaram estudos e análises da resposta em frequência de TP indutivos de forma a avaliar os erros impostos em medições que envolvam sinais de tensão distorcidos [1]. Não foram realizados estudos da resposta em frequência de TP capacitivos devido à indisponibilidade de equipamentos para tal procedimento. Os resultados podem ser conferidos na Figura 1, em que é usado um divisor capacitivo (resposta em frequência linear) para fins de comparação. Pelos resultados, percebe-se uma clara diferença na resposta em frequência entre os equipamentos, dependendo do fabricante e da tecnologia empregada na sua construção.

Assim, sem o levantamento da resposta em frequência destes componentes, não é possível a determinação de valores reais de sua medição. Decisões tomadas baseadas em seus resultados podem estar em desacordo com as legislações nacionais, ou seja, levando a diagnósticos errados.

Referência bibliográfica:

[1] L. E. Camilotti, M. D. Teixeira, H. J. F. Neto e A. C. Delaiba, “Frequency Response Analysis Applied in Potential Transformers and theirs Implications in the Electrical Power System”, VII SBSE – Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos, Niterói, 2018.

*Mateus Duarte Teixeira é gerente de P&D na BREE Brazilian Energy Efficiency, professor da Universidade Federal do Paraná (UFPR) e presidente da Sociedade Brasileira de Qualidade de Enrgia Elétrica (SBQEE);

Luis Eduardo Camilotti é Engenheiro na Exxon Mobil;

Henrique J. F. Neto é estudante de Mestrado na Universidade Federal de Uberlândia (UFU);

Antônio Carlos Delaiba é Professor de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia (UFU).