Proteção de Transformadores

Prévia do material em texto

Aula 13
Proteção de 
Transformadores
PROF. MIGUEL MORETO
MIGUEL.MORETO@UFSC.BR
LABSPOT – LABORATÓRIO DE S ISTEMAS DE POTÊNCIA
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 1
mailto:miguel.moreto@ufsc.br
o Duas categorias principais:
◦ Externas: ocorrem fora do transformador.
◦ Internas: ocorrem dentro do transformador.
Faltas em transformadores
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 2
Faltas externas
o Condições que podem provocar danos ou reduzir a vida útil do 
equipamento.
◦ Sobrecarga: provoca o aquecimento, podendo provocar danos e perda da 
vida útil. Constante de tempo longa, pode levar horas. Em geral é utilizado 
um alarme (não há proteção dedicada).
◦ Sobretensão:
◦ Sobretensões transitórias: podem provocar danos nos enrolamentos (usa-se 
proteção anti-surto).
◦ Sobretensões devido a oscilações: provoca sobrefluxo no núcleo (perdas) e 
rápido aquecimento. Pode provocar danos ao isolamento.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 3
Faltas externas
◦ Subfrequência: Causada por oscilações de potência. Efeitos semelhantes 
a sobretensão.
◦ Trafo até pode operar em sobretensão ou subfrequência, mas ambas ao 
mesmo tempo podem provocar danos sérios. Usa-se a proteção “volts por 
hertz”. Tensão/freq. < 1.1 ok.
◦ Faltas externas: correntes de CC elevadas podem provocar danos nos 
enrolamentos devido a efeitos mecânicos. Difícil proteção pois o maior 
dano ocorre no primeiro ciclo. É mais uma questão de design do trafo. 
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 4
Faltas externas
o Em geral, o único relé de proteção para faltas externas é o 
Volts/hertz que detecta sobretensões, subfrequências ou 
ambas.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 5
Faltas internas
o Faltas que ocorram entre os pontos de instalação dos TCs (não 
apenas dentro da carcaça).
o Incipientes: faltas que se desenvolvem e evoluem lentamente. 
Podem se tornar faltas mais graves se não detectadas.
◦ Sobreaquecimento: conexões internas mal feitas, perda de líquido 
refrigerante (vazamento), bloqueio ou falha no sistema de resfriamento.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 6
Faltas internas
◦ Sobrefluxo: períodos contínuos de sobrefluxo podem danificar 
gradualmente a isolação e provocar curtos cicuitos ou descargas 
parciais.
◦ Sobrepressão: devido a liberação de gases devido a aquecimentos ou 
arcos no óleo isolante. Os gases acumulam no tanque gradualmente.
◦ Descargas parciais: pequenos arcos elétricos que ocorrem no meio 
isolante (em geral óleo).
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 7
Faltas incipientes
o Análise de gases para detectar descargas parciais
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 8
Faltas incipientes
o Exemplo de efeito de descarga parcial
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 9
Faltas internas
o Faltas ativas: curtos circuitos, ocorrem repentinamente e 
requerem ação rápida dos relés.
◦ Curtos à terra.
◦ Curtos entre fases.
◦ Curtos entre espiras.
◦ Curtos no núcleo magnético.
◦ Defeitos no comutador de “tap”.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 10
Proteções do transformador
o Apresentando as principais:
◦ Diferencial (87)
◦ Proteção de terra
◦ Proteção de gás - relé Buchholz (63)
◦ Válvula de alívio de pressão (20)
◦ Proteção térmica (26, 40)
◦ Nível de óleo
◦ Sobrecorrente
◦ Sobreexcitação: Volts/Hertz
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 11
Quando tudo dá errado:
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 12
Proteção diferencial do trafo
o Para aplicação, os TCs devem ser adequados e ligados 
corretamente.
◦ Compensar a defasagem da ligação e a rel. de transformação.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 13
Proteção diferencial do trafo
o TCs: dimensionados tal que 𝐼𝑆𝑆 = 𝐼𝑃𝑆
o
𝐼𝑃
𝑅𝑇𝐶𝑃
=
𝐼𝑆
𝑅𝑇𝐶𝑆
o Como 𝐼𝑆 = 𝑁. 𝐼𝑃  𝑅𝑇𝐶𝑆 = 𝑁.𝑅𝑇𝐶𝑃
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 14
Exemplo
o Trafo 10MVA alimenta carga de 8280 kVA.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 15
Ligação dos TCs em trafos 3
o Os enrolamentos dos transformadores podem estar ligados 
de três formas:
◦ Estrela.
◦ Delta.
◦ Zig-zag.
o Cuidado especial nos trafos - correntes de linha no lado 
podem estar defasadas em ±30°, ± 60°, ± 120° e ± 180° em 
relação ao lado .
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 16
o Ligações:
o Y - Y
o  - 
o  - zig-zag
Ligação dos TCs: trafo sem defasagem
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 17
Ligação dos TCs: trafos  - Y
o TCs devem compensar a defasagem imposta pelos 
enrolamentos do transformador.
◦ Em relés digitais esta defasagem pode ser corrigida no ajuste.
o Regra geral:
◦ No lado  do trafo, os TCs devem ser conectados em Y.
◦ No lado Y do trafo, os TCs devem ser conectados em .
◦ Ligação dos TCs em  devem ser as mesmas dos enrolamentos do trafo.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 18
Ligação dos TCs: trafos  - Y
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 19
Defasagem Conexões
0º
Dd0 Yy0 Dz0
Tipos de conexões e defasagens
AULA 22
EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 20
Defasagem Conexões
30º
Dy1 Yd1 Yz0
Tipos de conexões e defasagens
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 21
Defasagem Conexões
60º
Dd2 Dz2
Tipos de conexões e defasagens
AULA 22
EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 22
Defasagem Conexões
120º
Dd4 Dz4
Tipos de conexões e defasagens
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 23
Defasagem Conexões
150º
Dy5 Yd5 Yz5
Ainda existem ligações com 180º, -150º, -120º, -60º e -30º.
Tipos de conexões e defasagens
AULA 22
EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 24
Ajuste da proteção diferencial
o Correntes secundárias não são idênticas em condições de 
operação normal.
◦ TCs no lado de alta e baixa geralmente não possuem a relação de 
transformação exata para compensar a rel. de transformação do trafo.
◦ Erros dos TCs dados pela classe de exatidão.
◦ Erros de ±2,5%, ±5% ou ±10%.
◦ Erros associados a comutação de taps. Geralmente variação de ±10%.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 25
Ajuste da proteção diferencial
◦ Discrepância nos ajustes de tap das bobinas do relé diferencial (somente 
para os relés eletromecânicos).
◦ Exemplo: relé com taps de: 2,9; 3,2; 3,5; 3,8; 4,2; 4,6; 5,0 e 8,7.
◦ No exemplo.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 26
Ajuste da proteção diferencial
◦ Margem de segurança: porcentagem de erro de “folga”.
o Erro total (ajuste do relé).
𝜀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝜀𝑇𝐶𝑠 + 𝜀𝑐𝑙𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑒𝑥𝑎𝑡𝑖𝑑ã𝑜 + 𝜀𝑐𝑜𝑚𝑢𝑡𝑎çã𝑜 + 𝜀𝑡𝑎𝑝𝑠 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑙é + 𝜀𝑠𝑒𝑔𝑢𝑟𝑎𝑛ç𝑎
Ajuste do relé diferencial
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 27
o Com o Trafo à vazio, a corrente de excitação não deve 
provocar atuação do relé.
Ajuste da corrente mínima
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 28
Corrente de excitação em geral 
é menor do que 2,5% da 
corrente nominal do 
transformador.
Exemplo de ajuste
o No quadro
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 29
Energização de transformador
o Durante operação em regime:
◦ Corrente de magnetização pequena <1% (tipico)
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 30
o Energizando enquanto a tensão passa por zero (10 a 20 vezes 
Inom):
o Corrente com elevada proporção de 2ª harm.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 31
Corrente de magnetização
o Pode levar vários minutos
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 32
Corrente de magnetização
o Proteção: bloqueio do relé diferencial pela detecção de 2ª 
harmônica.
◦ 2ª harmônica pode chegar a valores de 16% até 70% da componente de 
freq. fundamental.
AULA 22 EEL7106 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 33