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

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02/03/2017 A importância dos protetores de surto (snubbers) para a proteção dos transformadores – Parte II | Revista O Setor Elétrico
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  by Cláudio Sérgio Mardegan
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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, registraram­se 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 re­strike. Veja Figuras 1 e 2.
 
Figura 1 – Recovery Dielectric Strenght e re­strikes nos polos do disjuntor.
 
Figura 2 – Amplificação da tensão nos polos do disjuntor devido aos sucessivos re­strikes.
Ressonâncias em série e paralela
Todo corpo possui pelo menos uma frequência de ressonância. Apresenta­se, 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.
A IMPORTÂNCIA DOS PROTETORES DE SURTO (SNUBBERS)
PARA A PROTEÇÃO DOS TRANSFORMADORES – PARTE II
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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 passa­alta).
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  para­raios  irá  resolver  os  problemas  de  sobretensão  e  queima  de  transformadores.  Pelo
exposto, pode­se 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 para­raios mais um snubber em
paralelo por fase. Veja a Figura 4.
 
Figura 4 – Protetor de surto (para­raios 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, fazendo­se 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.
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CLÁUDIO SÉRGIO MARDEGAN
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Cláudio Sérgio Mardegan é engenheiro eletricista e diretor da EngePower Engenharia e Comércio
Ltda. É consultor, membro sênior do  IEEE, autor do  livro  “Proteção e Seletividade em Sistemas
Elétricos Industriais” e coautor do “Guia O Setor Elétrico de Normas Brasileiras”.
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