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

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02/03/2017 A importância dos protetores de surto (snubbers) para a proteção dos transformadores – Parte I | Revista O Setor Elétrico
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Revista O Setor Elétrico
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Edição 109 ‐ Fevereiro 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.
Qual a causa da queima dos transformadores?
A causa da queima é falha de isolação, gerando normalmente curto­circuito entre espiras ou entre duas
camadas de espiras, originadas por elevada magnitude da sobretensão, taxa de crescimento da sobretensão
(dV/dt), ressonância paralela ou ressonância série. Veja Figura 1.
Figura 1 – Exemplares de transformadores queimados em casos reais.
O fenômeno
O elemento de circuito resistência (R) é um dissipador de energia (por efeito Joule Ri2). Os elementos de
circuito indutância (L) e capacitância (C) são armazenadores de energia, que no indutor é igual a ½ Li2 e no
capacitor é igual a ½ CV2. Todo equipamento elétrico já nasce com uma capacitância intrínseca a ele
conhecida como capacitância parasita, capacitância própria ou capacitância de charging. É sabido que todo
chaveamento gera sobretensão. Esta sobretensão carrega as capacitâncias do sistema com uma energia ½
CV2. Ao interromper o circuito, a capacitância ficará trocando energia com a indutância do sistema, tendo
como elemento atenuador desta energia a resistência. Veja Figura 2.
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Figura 2 – Unifilar simplificado.
Será explanado aqui o processo da abertura do disjuntor. Neste caso, a sobretensão de chaveamento carrega
as capacitâncias (Ceq e Ccabo) e ao abrir o disjuntor esta sobretensão irá oscilar com uma frequência w do
lado do transformador (lado da carga). Esta frequência é dada pela equação:
Em sistemas de potência esta frequência costuma­se situar na faixa entre 10 kHz e 1 Mhz, conforme indicado
na Tabela 1 da referência [01]. Em outras palavras, a energia armazenada nas capacitâncias irá trocar energia
com a indutância do transformador. Neste ponto, podemos ter quatro situações diferentes: valor elevado de
tensão (que pode inclusive superar o BIL do equipamento), ter um elevado dv/dt, ter uma ressonância
paralela ou uma ressonância série com o transformador.
Referência
[01] Documento Cigré 39 – “REPRESENTATION OF NETWORK ELEMENTS WHEN CALCULATING
TRANSIENTS” ­ Working Group 02 (Internal overvoltages) Of Study Committee 33 (Overvoltages and
Insulation Coordination).