DANOS EM TRANSFORMADORES

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1 DANOS EM TRANSFORMADORES O objetivo deste material é fornecer informações básicas sobre danos em transformadores, baseado em normas específicas que tratam sobre estes danos através de curvas tempo-corrente, para efeito de proteção de sobrecarga nestes equipamentos. As curvas de danos em transformadores são definidas nas normas IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), com base na avaliação da potência nominal (kva) e em pontos pré-definidos de tempo e múltiplos da corrente nominal. A corrente nominal do transformador (In) / Full Load Amperage (FLA) é a capacidade nominal de corrente à temperatura ambiente e referenciada à elevação de temperatura admissível. 1) Curvas de capacidade de resistência (Danos) A norma IEEE-C define as características de danos em transformadores a óleo (ver tabelas 1 a 3). A norma IEEE-C12.59 define as características de danos em transformadores do tipo seco (ver tabelas 4 e 5). Tabela 1 TRANSFORMADORES IMERSOS EM ÓLEO FALHAS FREQUENTES (DANOS MECÂNICOS) OU FALHAS INFREQUENTES (LESÃO TÉRMICA) 1 (kva) 3 (kva)

2 Tabela 2 TRANSFORMADORES IMERSOS EM ÓLEO 1 (kva): (kva): FALHAS INFREQUENTES (LESÃO TÉRMICA) FALHAS FREQUENTES (DANOS MECÂNICOS) 0.7 / Z 2551 x z^2 0.7 / Z / Z 2 Tabela 3 TRANSFORMADORES IMERSOS EM ÓLEO 1 (kva): (kva): FALHAS INFREQUENTES (LESÃO TÉRMICA) FALHAS FREQUENTES (DANOS MECÂNICOS) 0.5 / Z 5000 x z^2 0.5 / Z / Z 2

3 Tabela 4 TRANSFORMADORES SECOS 1 (kva): (kva): FALHAS INFREQUENTES (LESÃO TÉRMICA) E FALHAS FREQUENTES (DANOS MECÂNICOS) Tabela 5 TRANSFORMADORES SECOS 1 (kva): (kva): FALHAS INFREQUENTES (LESÃO TÉRMICA) FALHAS FREQUENTES (DANOS MECÂNICOS) 0.7 / Z 2551 x z^2 0.7 / Z / Z 2 2) Corrente de magnetização ou ponto de Inrush Os valores mais comuns são 8 a 12 vezes a corrente nominal para um tempo de 0,1 segundo. Outro ponto menos comum é 25 vezes a corrente nominal em 0,01 segundo.

4 3) Exemplo 1 Traçar as curvas de danos de um transformador trifásico 1000 kva, /277V, triângulo-estrela aterrado, imerso em óleo, com um impedância de 6,0%. Considere os dois casos de falhas: lesão térmicas e danos mecânicos. Calcular a corrente nominal IN (FLA) IN (FLA) = 1000 kva / (1,732 x 4.16 kv) = 139A Transformador trifásico imerso em óleo de 1000 kva: pontos de lesões térmicas conforme tabela 02 I 1800s = 2 x 139A = 278A I 300s = 3 x 139A = 417A I 60s = 4.75 x 139A = 660A I 30s = 6.3 x 139A = 876A I 10s = 11.3 x 139A = 1.571A I 2s = 25 x 139A = 3.475A Se o transformador está ligado em triângulo-estrela aterrado, os dispositivos de proteção do lado primário sentirão apenas 58% (1/ 3 da corrente secundária, para uma falta fase-terra no secundário. Deve-se, deslocar os pontos de danos calculados inicialmente com um fator de 58%, mantendo os tempos. I 1800s = 0.58 x 2 x 139A = 161A I 300s = 0.58 x 3 x 139A = 242A I 60s = 0.58 x 4.75 x 139A = 383A I 30s = 0.58 x 6.3 x 139A = 508A I 10s = 0.58 x 11.3 x 139A = 911A I 2s = 0.58 x 25 x 139A = 2016A Calcular os dados de danos mecânicos conforme tabela 2. t 2551xZ^2= 2551 x (0.06)^2 = 9.2s I 2s = 139A / Z = 139 / 0.06 = 2316A I 4.08s = 0.7 x 139A / Z = 0.7 x 139 / 0.06 = 1622A I 9.2s = 1662A

5 Mais uma vez, deslocar pontos de por 0,58. I 2s = 0,58 x2316a = 1668A I 4.08s = 0,58 x1622a = 941A I 9.2s = 0,58 x 1662A = 941A danos para o primário multiplicando Calcular os pontos de Inrush. Inrush12xIN = 12 x 139A = 1668A (0,1s) Inrush25xIN = 25 x 139A = 3475A (0,01s) Os resultados estão plotados na figura 01. In Figura 01: curvas de danos e pontos de Inrush transformador do exemplo 1

6 4) Exemplo 2 Repetir o exemplo 1 considerando agora que o transformador possui o secundárioaterrado por alta impedância (resistor de aterramento). Neste caso as correntes de falta fase-terra no secundário são reduzidas para valores inferiores à corrente nominal do transformador, logo não é necessário deslocar valores de correntes de danos do secundário para o primário. A figura 02 mostra as curvas de danos e pontos de Inrush para este caso. In Figura 02: curvas de danos e pontos de Inrush transformador do exemplo 1

7 5) Exemplo 3 Traçar as curvas de danos e Inrush de um transformador trifásico de 1500 kva, /277V, triângulo-triângulo, tipo seco, impedância de 5,75%. Considere o caso de falhas pouco frequentes (lesões térmicas) para esta aplicação. Calcular a corrente nominal IN (FLA) IN = 1500 kva / (1,732 x 13,8 kv) = 62,8A Transformador trifásico seco de 1500 kva: pontos de lesões térmicas conforme tabela 05 I 100s = 3,5 x 62,8 = 220A I 10s = 11,2 x 62,8A = 703A I 2s = 25 x 62,8A = 1570A Se o transformador está ligado em triângulo-triângulo, os dispositivos de proteção do lado primário sentirão apenas 87% ( 3/2 da corrente secundária, para uma falta fase-fase no secundário. Deve-se, portanto, deslocar os pontos da curva danos inicial, com um fator de 87%, mantendo os tempos. I 100s = 0,87 x 3,5 x 62,8 = 191A I 10s = 0,87 x 11,2 x 62,8A = 612A I 2s = 0,87 x 25 x 62,8A = 1366A Calcular os pontos de Inrush. Inrush12xIN = 12 x 62,8A = 754A (0,1s) Inrush25xIN = 25 x 62,8A = 1570A (0,01s) Os resultados estão plotados na figura 03.

8 In Figura 02: curvas de danos e pontos de Inrush transformador do exemplo 1