Existem aplicações em que a utilização de transformadores com múltiplos secundários é adotada por diversos fatores, desde a diminuição da corrente nominal da baixa tensão (limitação de disjuntores ou sistema de proteção) até mesmo para aumentar as configurações disponíveis para conexão dos circuitos envolvidos (conexão de múltiplos inversores no caso da geração renovável ou de sub-circuitos de menor potência no caso do sistema elétrico de potência).
Neste casos, a conexão comumente utilizada nos transformadores com múltiplos secundários é baseada na divisão do enrolamento de alta tensão em partes que operam paralelamente acopladas magneticamente com cada um dos enrolamentos da baixa tensão, conforme pode ser visto na figura ao lado.
Na próxima figura (imagem da esquerda) é mostrada a distribuição da indução magnética [T] e dos vetores de força de um curto-circuito simétrico envolvendo os 2 enrolamentos de baixa tensão. Na mesma figura (imagem da direita) é mostrada a distribuição da indução magnética [T] e dos vetores de força de um curto-circuito assimétrico envolvendo somente 1 dos enrolamentos da baixa tensão.
Na próxima figura (imagem da esquerda) é mostrada a distribuição da indução magnética [T] e dos vetores de força de um curto-circuito simétrico envolvendo os 2 enrolamentos de baixa tensão. Na mesma figura (imagem da direita) é mostrada a distribuição da indução magnética [T] e dos vetores de força de um curto-circuito assimétrico envolvendo somente 1 dos enrolamentos da baixa tensão.
O evento de curto-circuito em único enrolamento de baixa tensão de transformadores com múltiplos secundários pode gerar a falsa impressão de que se trata de um evento de baixa intensidade quando observado pelos sistemas de proteção e medição instalados no lado de alta tensão.
Esse efeito acontece porque quando ocorre um curto-circuito em somente um dos enrolamentos de baixa tensão, a amplitude da corrente que circula vindo do lado de alta tensão para “alimentar” este evento é praticamente a metade da corrente máxima de curto-circuito prevista para o enrolamento de alta tensão no projeto do equipamento (e, normalmente, inseridos nos dados de placa).
Isso ocorre porque, idealmente, apenas a metade do enrolamento de alta tensão que foi envolvida diretamente no curto-circuito tem a circulação de corrente do evento (ignorando algum acoplamento mútuo menor). A outra metade do enrolamento de alta tensão, pelo efeito da conexão em paralelo, praticamente não sofre influência do evento e não apresenta significativa circulação de corrente, conforme pode ser visto com mais detalhes na figura abaixo.
Obviamente este valor máximo de corrente na alta tensão é uma estimativa porque, na prática, o cálculo da amplitude correta depende de parâmetros construtivos do transformador, nível de tensão e impedâncias envolvidas do sistema e do curto-circuito.
Deste modo, o que acontece é que mesmo se a corrente medida no lado de alta tensão for menor que a amplitude máxima suportada pelo equipamento, os efeitos que ocorrem nos enrolamentos internamente ao transformador são tão, ou mais, críticos que um curto pleno que envolvesse ambos os secundários.
No vídeo abaixo é mostrada o resultado da simulação das forças geradas com um curto-circuito simétrico nos dois enrolamentos de baixa tensão (esquerda) e ao mesmo passo de tempo são mostrados os efeitos das forças geradas quando um único enrolamento de baixa tensão é envolvido (direita).
Analisando com mais detalhes o vídeo é possível visualizar que os vetores apresentados têm amplitudes em patamares parecidos. Entretanto, o campo magnético assimétrico gerado no curto em único enrolamento de baixa tensão pode gerar forças com maiores amplitudes em pontos específicos do enrolamento, como no exemplo hipotético deste vídeo, na parte central do conjunto analisado.
É importante que tanto os fabricantes quanto os clientes finais dos transformadores com múltiplos secundários considerem as características da ocorrência de curtos-circuitos em um único enrolamento de baixa tensão durante a concepção de seus projetos e na definição dos parâmetros de proteção deste equipamentos.
O fabricante precisa considerar os efeitos assimétricos dos esforços de curtos-circuitos em um único enrolamento de baixa tensão para determinar a correta margem de segurança do projeto do ponto de vista de suportabilidade a estes eventos intrínsecos de operação do sistema. Os clientes finais, por sua vez, precisam estar cientes desta característica de operação dos transformadores com múltiplos secundários para que a proteção destes equipamentos seja adequadamente parametrizada.
Ainda, é importante considerar as características do comportamento dos transformadores quando expostos a curtos-circuitos em um único enrolamento de baixa tensão abordadas neste relatório quando ocorrem falhas definitivas que culminam na retirada de operação do transformador, principalmente para o processo de análise e determinação da causa raiz.
Este texto foi escrito por Odirlan Iaronka.
Engenheiro da TRINSE – Consultoria e Serviços de Engenharia em Transformadores.
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