07 Proteção de transformadores(impressão)

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Proteção de transformadores
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Funções de proteção para transformadores:
87T, 87G – proteção diferencial
50/51 – proteção de sobrecorrente
64 – defeito a terra
63 – proteção de gás (buchholz)
63VS – válvula de alívio de pressão
26 – Termômetros (RTD – Resistence
Temperature Detector)
49 – proteção de imagem térmica
20 – proteção de súbita pressão
24 – sobre-excitação
71 – proteção de baixo nível de óleo
59 – sobretensão
27 – subtensão
81u – sobre frequência
90 – regulação de tensão
86 – Relé de bloqueio promove a programação 
de retirada da máquina do sistema, 
implementa a função de falha do disjuntor
Proteção de transformadores
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Proteção de transformadores
• Vantagens dos transformadores em relação às linhas de transmissão:
� Pequena dimensão;
� Área protegida (subestação);
� Carcaça metálica envolve e protege os componentes internos.
• Vantagens dos transformadores em relação aos geradores:
� Não possuem peças rotativas.
• Desvantagens
� As altas sobrecorrentes de faltas deterioram o material isolante e diminuem a vida 
útil do equipamento;
� Risco de explosão, podendo atingir outros equipamentos ou pessoas;
� Grande possibilidade de comprometer parte do fornecimento de energia.
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• De modo geral, os transformadores devem ser protegidos contra:
� Curto-circuito entre fases e entre fase e terra e entre espiras;
� Sobrecargas;
� Sub e sobre tensão;
� Presença de gás;
� Sobreaquecimento.
Proteção de transformadores
• O nível de exigência de proteção depende da potência do transformador:
� Transformadores de distribuição (S � 225	KVA): proteção por elo-fusíveis;
� Transformadores industriais ( 	 � 2	
�� ): proteção por elo-fusíveis e relés de
sobrecorrente;
� Transformadores industriais e concessionárias (S>2 MVA): proteção por relés diferenciais,
entre outras (intrínsecas).
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Proteção diferencial – 87T
• A proteção diferencial é a mais indicada e utilizada para defeitos internos no transformador de
potência.
• Quando o transformador é ligado em D-Y (ou Y-D), deve-se fazer a compensação de módulo e
ângulo nas correntes de linha em função do tipo de conexão.
• Como regra geral, o TC deve possuir a mesma conexão, porém com os lados trocados:
� Transformador em triângulo � TC em estrela
� Transformador em estrela � TC em triângulo
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Proteção diferencial – 87T
Possíveis conexões:
Os diversos tipos de conexões são combinações das ligações aditiva e subtrativa e das 
possibilidades de ligação: i) a-b, b-c, c-a ou ii) a-c, b-a, c-b
Defasagem Conexões
0° Dd0 Yy0
30° Dy1 Yd1
60° Dd2 -
120° Dd4 -
150° Dy5 Yd5
180° Dd6 Yy6
-150° Dy7 Yd7
-120° Dd8 -
-60° Dd10 -
-30° Dy11 Yd11
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Proteção diferencial – 87T
• Nos relés digitais podem-se utilizar amostras de correntes de TC’s em estrela e empregar
matrizes rotacionais para correta comparação das correntes.
�
�∆
�∆
�∆
�
1
3
			1 �1 			0
			0 			1 �1
�1 			0 			1
�
�
�
∠30
∠30
∠30
�
1
3
			1 �1 			0
			0 			1 �1
�1 			0 			1
�
�
�
8
Proteção diferencial – 87T
 0 �
			1 			0 			0
			0 			1 			0
			0 			0 			1
 1 �
1
3
			1 �1 			0
			0 			1 �1
�1 			0 			1
 2 �
1
3
			1 �2 			1
			1 			1 �2
�2 			1 			1
 4 �
1
3
�1 �1 			2
			2 �1 �1
�1 			2 �1
 5 �
1
3
�1 			1 			0
			1 �1 			0
			0 			1 �1
 6 �
1
3
�2 			1 			1
			1 �2 			1
			1 			1 �2
 7 �
1
3
�1 			1 			0
			0 �1 			1
			1 			0 �1
 8 �
1
3
�1 			2 �1
�1 �1 			2
			2 �1 �1
 10 �
1
3
			1 			1 �2
�2 			1 			1
			1 �2 			1
 11 �
1
3
			1 			0 �1
�1 			1 			0
			0 �1 			1
 12 �
1
3
			2 �1 �1
�1 			2 �1
�1 �1 			2
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Proteção diferencial – 87T
• As correntes secundárias dos TC’s devem alimentar o relé de modo que as correntes nas
bobinas de restrições sejam iguais.
• Porém, devem ser considerados os seguintes erros:
� Diferença nas RTC’s entre os lados primário e secundário ;
� Erro na escolha dos taps do relé nos lados primário e secundário;
� Erro da classe de exatidão dos TC’s;
� Erro da comutação de taps do transformador de força (em geral 10%);
� Erro de regulação;
� Margem de segurança (em geral 5%).
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Proteção diferencial – 87T
• Para evitar que o relé atue intempestivamente em função dos erros mencionados, deve-se
ajustar uma curva de declividade. Dessa forma, o relé deve atuar somente quando a diferença
das correntes for maior que a média em um certo valor percentual.
� A corrente de excitação deve ser considerada no ajuste de tap de operação
� Nos relés digitais é comum utilizar duas declividades devido ao erro de classe de exatidão
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Proteção diferencial
Exercício: um transformador Dy5d4 de 3 enrolamentos de 13,8 kV/ 69 kV / 23 kV com 15 MVA
/ 15 MVA / 4,25 MVA está conectado conforme Figura abaixo. Faça o ajuste da proteção
diferencial, considerando relé digital com resolução de 0,01; dois ajustes de declividade e
corrente de operação mínima de 0,03 A. Em seguida faça um esboço das correntes circulando
pelo transformador e pelas bobinas de operação e restrição.
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Proteção diferencial de terra restrita – 87N
• A proteção de terra restrita é utilizada quando o equipamento possui impedância de 
aterramento que limita a corrente de defeitos monofásicos.
� Essa impedância inibe a proteção diferencial para defeitos monofásicos. Para corrigir o 
problema é utilizada a proteção diferencial de terra restrita.
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Consideração da corrente de magnetização
• Na energização ou magnetização (troca de tap) do transformador de potência a corrente
transitória pode atingir de 8 a 12 vezes a corrente nominal, além de apresentar grande
quantidade de harmônicos.
• Correntes de curto-circuito
� ocorrem apenas nas fases envolvidas com o curto
� apresentam baixo conteúdo harmônico
• Correntes de magnetização:
� possuem alto conteúdo harmônico, com predomínio do 2º harmônico
� têm duração média de 6 ciclos (0,1 s)
� ocorrem simultaneamente nas três fases, do lado da alimentação
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Consideração da corrente de magnetização
Corrente característica de curto-circuito
Corrente característica de magnetização
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Consideração da corrente de magnetização
• Meios utilizados para evitar a atuação da proteção diferencial durante a magnetização:
� Bloquear a operação diferencial por 0,1 s, (desuso)
� Utilizar filtros atenuadores de transitórios (desuso);
� Utilizar filtros para retenção de harmônicos;
� Utilizar relés digitais com lógicas em função dos harmônicos (filtros digitais).
• Nos transformadores elevadores acoplados nos geradores síncronos não é necessária a 
proteção com retenção de harmônicos, pois a energização é feita de forma gradual 
(gerador é acoplado sincronizado).
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Proteção de Terra – 64
• Esta função protege contra qualquer defeito entre o equipamento e a carcaça
� Todos os cabos devem ser isolados da carcaça, inclusive o cabo de neutro, para evitar 
que curtos externos sejam percebidos pelo relé;
� Inconveniente: atua no caso de defeito para carcaça do circuito auxiliar (ventilação, 
lâmpadas, regulador de tensão, entre outros), ou energização acidental da carcaça por 
outro equipamento (condutor).
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Proteção de gás (Buchholz) – 63
• Protege contra defeitos incipientes na isolação do transformador, defeitos mais graves que 
produzem grande quantidade de gases, além de proteger contra perda do óleo (desligando 
o disjuntor).
� Pequenos defeitos: acumulo de gás em G � fecha contato 3 e 4 (alarme);
� Defeitos maiores: grande fluxo de gás � fecha contato 1 e 2 (trip);� Falta de óleo: atua os dois estágios
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Proteção de gás (Buchholz) – 63
• Análise físico química do gás:
� H
2
(hidrogênio), C
2
H
2
(acetileno) � arco elétrico
� H
2
, C
2
H
2
, CH
4
(metano) � deterioração no isolamento fenólico
� H
2
, CH
4
, C
2
H
4
(etileno) � temperatura elevada e deterioração do núcleo
� H
2
, CH
4
, CO
2
, C
3
H
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(propileno) � ponto quente no enrolamento
• No caso de LTC (Load Tap Changing) é conveniente a utilização de dois tanques de óleo e a 
instalação de dois relés Buchholz. 
� O relé do comutador não possui o primeiro estágio, pois a comutação sempre gera 
pequenas bolhas de gás.
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Proteção de imagem térmica - 49
• Proteções utilizadas para detectar aumento na temperatura:
� termômetros (função 26)instalados no local de monitoramento (óleo, enrolamentos, 
ambiente) 
� Imagem térmica, processamento de sinais para identificar pontos de elevação da 
temperatura
� Relé de imagem térmica (49), estima a temperatura em função da corrente do 
enrolamento primário
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Proteção de sobre-excitação – 24
• Esta proteção monitora a relação Volts/ Hertz (59/81) para verificar o nível de excitação
(magnetização) no núcleo do transformador.
• Ocorre, principalmente, em transformadores elevadores em função de perda de carga das
unidades geradoras e consequente aumento da tensão.
• A sobre-excitação provoca aquecimento que pode ser avaliado por uma curva de danos.
Neste caso o relé deve ser ajustado de forma temporizada abaixo da curva de danos.
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Demais proteções
• Relé de sobrecorrente (50/51), conjunto transformador-alimentador;
• Relé de súbita pressão (20);
• Válvula de alívio de pressão (63VS);
• Proteção de baixo nível de óleo (71);
• Proteção contra falha no disjuntor (50BF);
• Desumidificador de ar;