Prática 5 GTD

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS 
BARCHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
 
ANDERSON DA SILVA ROSA 
FELIPE LIMA MARTINS 
 
 
 
 
 
 
GERAÇÃO DISTRIBUIÇÃO E TRASMISSÃO DE ENERGIA 
 
ENERGIZAÇÃO DE TRANSFORMADORES 
AULA PRÁTICA 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ITUIUTABA - MG 
2024 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
No campo da engenharia elétrica, a energização de transformadores de potência é um tema 
de grande relevância, especialmente quando se considera a segurança e a eficiência dos 
sistemas elétricos. Este relatório aborda, de maneira detalhada, os fenômenos que ocorrem 
durante esse processo, destacando os desafios e as soluções relacionadas às sobretensões e 
aos harmônicos gerados. Transformadores de potência são componentes cruciais nas 
subestações elétricas, e sua energização pode provocar sobretensões com alto teor de 
harmônicos e baixo amortecimento, devido às características de saturação do núcleo de 
ferro. Esses fenômenos, embora técnicos, têm implicações práticas significativas. Por 
exemplo, quando um transformador é desligado e posteriormente religado, o fluxo residual 
no núcleo pode intensificar as sobretensões transitórias, resultando em correntes de "inrush" 
substanciais e tensões distorcidas. Entender esses comportamentos é essencial para 
minimizar os riscos associados à operação dos transformadores e garantir a estabilidade e a 
longevidade dos equipamentos. Este relatório explora as condições que exacerbam as 
sobretensões, como a configuração da rede elétrica e a presença de bancos de capacitores, 
além de discutir os impactos nas subestações vizinhas e nas proteções de neutro e diferencial 
de barramento. A seguir, apresentamos uma análise detalhada das características de 
magnetização de transformadores, os efeitos das sobretensões, e as estratégias para mitigar 
esses impactos, com o objetivo de fornecer uma compreensão abrangente dos fenômenos 
envolvidos e das melhores práticas para a sua gestão. 
OBJETIVOS 
Este relatório tem como objetivo oferecer uma compreensão aprofundada e acessível dos 
fenômenos que ocorrem durante a energização de transformadores de potência, com um 
enfoque especial nas sobretensões e nos harmônicos gerados. Obter o gráfico da tensão no 
primário e no secundário do transformador. Determinar o valor máximo de tensão e em que 
fase ela ocorre. Obter o gráfico da corrente de "inrush" . 
Determinar o valor máximo da corrente de "inrush" e em que fase ela ocorre. 
Pretendemos explorar as causas e os efeitos dessas sobretensões, detalhando como a 
saturação do núcleo de ferro e outros fatores influenciam a performance do transformador. 
Nosso intuito é fornecer informações claras e práticas para profissionais da área, ajudando 
a identificar os principais desafios e a implementar estratégias eficazes para mitigar os 
impactos negativos. Isso inclui analisar a corrente de "inrush", as condições que agravam as 
sobretensões e as melhores práticas para proteger equipamentos e redes elétricas associadas. 
Ao final deste relatório, esperamos que os leitores tenham uma visão abrangente 
dos aspectos técnicos envolvidos e se sintam mais preparados para lidar com as 
complexidades da energização de transformadores de potência, garantindo 
operações mais seguras e eficientes. 
 
DESEMVOLVIMENTO 
Neste relatório, utilizamos o software ATPDraw para simular e analisar os fenômenos 
associados à energização de transformadores de potência, proporcionando uma visão 
detalhada das sobretensões e dos harmônicos gerados. O ATPDraw, uma ferramenta 
reconhecida pela sua precisão em simulações eletromagnéticas, nos permitiu modelar com 
precisão as condições reais de operação e observar os comportamentos complexos dos 
transformadores durante a energização. 
CARACTERÍSTICAS DE MAGNETIZAÇÃO E SOBRETENÇÕES 
 
 Figura 1 - Curva de magnetização de um transformador de potência. 
 
A curva de magnetização 𝜓 × 𝐼, ilustrada na Figura 1, é fundamental para entender o 
comportamento do transformador durante a energização. Em regime permanente, a corrente 
de magnetização de um transformador em vazio situa-se entre 0,5% e 2% da corrente 
nominal, com perdas por histerese muito pequenas. A região de saturação da característica 
de magnetização começa tipicamente em torno de 1,2 pu de tensão, ponto em que o núcleo 
de ferro do transformador começa a saturar. 
IMPACTO DO FLUXO RESIDUAL 
Quando um transformador é desligado, um fluxo residual permanece no núcleo magnético, 
dependendo da característica de magnetização e das oscilações entre as capacitâncias e as 
indutâncias do transformador. Ao ser religado, este fluxo residual pode intensificar as 
sobretensões transitórias, levando a uma forte saturação do núcleo. Neste contexto, a 
corrente de "inrush" se torna significativa e a tensão resultante é bastante distorcida, 
contendo um alto teor de harmônicos. A simulação no ATPDraw nos ajudou a visualizar 
como fatores como o instante de fechamento dos contatos do disjuntor, o fluxo residual, a 
tensão antes do fechamento e a configuração da rede influenciam essa tensão resultante. 
SOBRETENSÕES E HARMÔNICOS 
A saturação do transformador durante a energização atua frequentemente como um 
limitador de sobretensões, reduzindo a magnitude e distorcendo a forma de onda devido à 
injeção de harmônicos na rede. Contudo, se a impedância harmônica do sistema for elevada, 
as magnitudes das sobretensões podem ser consideráveis. O ATPDraw foi essencial para 
modelar esses cenários, permitindo a análise de diferentes condições de rede e suas 
implicações nas sobretensões. 
 
 
EFEITO DOS BANCOS DE CAPACITORES 
A presença de grandes bancos de capacitores no sistema pode influenciar significativamente 
as sobretensões geradas. Esses bancos têm o efeito de reduzir a ordem dos picos de 
ressonância da impedância harmônica do sistema, impactando diretamente as magnitudes 
das sobretensões. Através das simulações, foi possível observar como a adição de 
capacitores modifica o comportamento do sistema, oferecendo insights valiosos para a 
mitigação de sobretensões. 
 
1 Modelagem no ATPDraw 
 
O estudo da energização do transformador será realizado através do circuito mostrado na Figura 2: 
 
Figura 2 - Circuito para a energização do transformador. 
Os elementos do circuito são: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIRCUITO SIMULADO NO SOFTWARE ATPDRAW 
Aqui obtivemos os gráficos das tensões no primário e secundário de cada fase , e também 
obtivemos os valores das tensões de cada fase e em qual das fases temos o valor máximo. 
VALORES: 
Fase A: 150kv 
Fase B: 200kv 
Fase C: 200kv 
Com valor máximo de 200kv as fases B e C 
 
 
 
6 
 
FASE A 
 
FASE B 
 
FASE C 
 
 
7 
 
Aqui obtivemos o gráfico da corrente de "inrush" de cada fase e em qual das fases temos o 
valor máximo da corrente de inrush. 
 
VALORES: 
FASE A 0.17A 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FASE B 0.19A 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FASE C 0.20A 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
Valor maximo de corrente inrush é o da fase C com 0.20 A. 
 
 
 
Na simulação anterior fizemos com que o transformador fosse energizado no instante que a 
tensão na fase "a" estava no zero. Agora ajustamos o T-op da chave para um instante onde a 
tensão na fase "a" seja diferente de zero e vamos fazer as mesmas simulações feitas 
anteriormente. 
T-op 0.0315 
 
Aqui obtivemos os gráficos das tensões no primário e secundário de cada fase , e também 
obtivemos os valores das tensões de cada fase e em qual das fases temos o valor máximo. 
VALORES: 
Fase A: 165522kv Tempo: 0.032 s 
Fase B: 196062kv Tempo: 0.036 s 
Fase C: 203947kv Tempo: 0.042 s 
Com valor máximo de 20964kv fase C 
 
 
 
 
9 
 
FASE A 
 
FASE B 
 
FASE C 
 
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Aqui obtivemos o gráfico da corrente de "inrush" de cada fase e em qual das fases temos o 
valormáximo da corrente de inrush com o T-op diferente de 0. 
 
VALORES: 
Fase A: 0.1653 A Tempo: 0.032 s 
Fase B: 0.1960 A Tempo: 0.036 s 
Fase C: 0.2040 A Tempo: 0.042 s 
Com valor máximo de 0.2040 A fase C 
 
Comparação dos Resultados: 
 
Tensões Máximas: 
Primeira Simulação: As tensões máximas nas fases B e C foram iguais, com 200 kV, enquanto 
a fase A teve uma tensão máxima menor de 150 kV. 
Segunda Simulação: Após o ajuste do T-op, as tensões máximas aumentaram em todas as 
fases, especialmente na fase A, que subiu para 165.522 kV. As fases B e C também tiveram um 
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aumento significativo, com a fase C alcançando 203.947 kV, tornando-se a fase com a maior 
tensão máxima. 
Corrente de "Inrush" Máxima: 
Primeira Simulação: A corrente de "inrush" máxima foi de 0.20 A na fase C. 
Segunda Simulação: A corrente de "inrush" máxima aumentou ligeiramente para 0.2040 A na 
fase C, mostrando um impacto direto do ajuste do T-op. 
Impacto do Ajuste do T-op: 
Tensões: Ajustar o T-op para um instante onde a tensão na fase "a" fosse diferente de zero 
resultou em um aumento nas tensões máximas observadas em todas as fases. Isso sugere que o 
momento de energização tem um impacto significativo nas sobretensões transitórias. 
Corrente de "Inrush": A corrente de "inrush" também foi afetada pelo ajuste do T-op, com 
valores ligeiramente mais altos na segunda simulação. Este aumento, embora pequeno, indica 
que a corrente de "inrush" é sensível ao instante de energização. 
 
CONCLUSÃO 
Ajustar o T-op da chave para um instante onde a tensão na fase "a" seja diferente de zero é 
crucial para obter simulações mais precisas e realistas no ATPDraw. Esse procedimento permite 
estudar os efeitos das sobretensões e harmônicos sob condições específicas e aprimorar as 
estratégias de mitigação de impactos negativos durante a energização de transformadores de 
potência. 
Energização no Zero: Quando o transformador foi energizado no instante em que a tensão na 
fase "a" estava em zero, as tensões e correntes de "inrush" eram moderadas, com a fase C 
apresentando a maior corrente de "inrush" e tensões máximas iguais nas fases B e C. 
Energização com T-op Ajustado: Ajustar o T-op para um instante onde a tensão na fase "a" 
fosse diferente de zero resultou em aumentos significativos nas tensões máximas, 
particularmente na fase C. As correntes de "inrush" também mostraram um pequeno aumento. 
Esses resultados destacam a importância do instante de energização na mitigação de 
sobretensões e correntes de "inrush" em transformadores de potência. Ajustes precisos no T-op 
podem ajudar a minimizar os impactos adversos, contribuindo para uma operação mais segura 
e eficiente do sistema elétrico. 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 
 
Microsoft Teams – canal que possui o material necessário para elaboração do desenvolvimento 
do relatório. 
ATPDraw – software para realização da pratica.