Conexões do Transformador de Interconexão

A seleção do tipo de conexão dos enrolamentos do transformador de interconexão é de fundamental importância nos estudos de impactos da conexão de geradores no sistema de distribuição ([8], [21]-[23]). Não existe uma conexão universalmente aceita como a melhor. Todavia, existem vantagens e desvantagens de um tipo de conexão em relação às demais, no que se refere ao projeto da interconexão e como a coordenação da proteção é afetada. A Figura 3.1 mostra as cinco conexões mais usuais. A seguir as implicações da escolha destas conexões são brevemente discutidas. Subestação da Concessionária P S Transformador de Interconexão F2 F1 F3 D1 D2 D3

Figura 3.1 – Conexões do transformador de interconexão.

3.1.1. Primário ligado em delta ou em estrela com neutro isolado

Nesta subseção, as seguintes conexões são analisadas: delta (P)/delta (S), delta (P)/estrela aterrada (S) e estrela isolada (P)/delta (S), tal que (P) designa enrolamento primário e

(S) designa enrolamento secundário. Destaca-se que primário refere-se ao lado da concessionária, enquanto que secundário refere-se ao lado do gerador. Uma vantagem destas conexões é que do lado do gerador não há contribuição de corrente de terra (i.e. correntes de seqüência zero) para faltas à terra na rede de distribuição. Portanto, não há impacto na coordenação das proteções de sobrecorrente de terra (50/51N) da concessionária.

Referindo-se à Figura 3.1, para faltas à terra em F1 e F2, toda a corrente de falta à terra é fornecida pela subestação da concessionária. Porém, faltas à terra no secundário do transformador de interconexão, em F3, não serão detectadas pelas proteções de sobrecorrente de terra do disjuntor D1.

Se o disjuntor D1 é aberto, para uma falta à terra em F1, as tensões nas fases sãs (fases não envolvidas no defeito) ficarão submetidas à magnitudes de 3 vezes a tensão nominal fase- terra do sistema. Caso esta sobretensão persista, enquanto do disjuntor D2 permanecer fechado, poderão ocorrer os seguintes danos aos equipamentos do alimentador de interconexão:

• Saturação dos núcleos dos transformadores monofásicos que eventualmente existam no alimentador;

• Descarga dos pára-raios de média tensão que, porventura, estejam especificados para tensão de fase e não para tensão de linha. Ainda que os pára-raios estejam especificados para tensão de linha, poderá ocorrer a descarga em virtude de elevados picos de sobretensão transitória.

Para faltas entre fases, em F1 e F2, haverá a contribuição de corrente vinda do disjuntor D1 e do disjuntor D2, uma vez que existem duas fontes de correntes de falta. Problemas com a coordenação das proteções deverão ser avaliados para faltas nos ramais secundários protegidos por fusíveis e nos alimentadores adjacentes que derivam da subestação.

3.1.2. Primário ligado em estrela com neutro aterrado e secundário em delta

Este tipo de conexão estabelece uma fonte de corrente de terra para faltas à terra no sistema de distribuição, a qual poderá ter um impacto significativo na coordenação das proteções de sobrecorrente de terra (50/51N) da concessionária. Para uma falta à terra em F1, a corrente de falta à terra será dividida entre a contribuição vinda do disjuntor D1 e do neutro do transformador de interconexão.

A distribuição das correntes de falta à terra será dependente das impedâncias do circuito e do transformador de interconexão. A rede de componentes simétricas da Figura 3.2 mostra que, devido à conexão do enrolamento secundário em delta, a fonte de corrente de seqüência zero torna-se aberta do lado do gerador; portanto, independente do estado do disjuntor D3, se aberto ou fechado, e do aterramento do neutro do gerador. Entretanto, se do lado primário existir qualquer carga desbalanceada ligada à terra, ou se ocorrer alguma abertura de fase, circulará uma corrente de terra entre o neutro do transformador da subestação da concessionária e o neutro do transformador de interconexão, podendo ocasionar atuação das proteções de sobrecorrente de terra do alimentador. XSISTEMA XTSUB XL1 D1 XTGER D3 X’’dGER XSISTEMA XTSUB XL1 D1 XTGER D3 X2GER XSISTEMA XTSUB X0L1 D1 XTGER D3 X0GER F1 F1 F1 D2 D2 D2 Seq. positiva Seq. negativa Seq. zero XL2 XL2 X0L2 VS VGER I’1 I’2 I’0 I’’1 I’’2 I’’0 I 0

Figura 3.2 – Rede de componentes simétricas da conexão estrela aterrada (P) / delta (S).

A vantagem deste tipo de conexão é que a proteção 50/51N do disjuntor D1 não detecta uma falta à terra em F3 e não ocorre nenhuma sobretensão para faltas à terra no alimentador, mesmo com a abertura do disjuntor D1, quando o disjuntor D2 estiver fechado.

3.1.3. Primário e secundário ligados em estrela com neutro aterrado

Este tipo de conexão estabelece uma fonte de corrente de seqüência zero idêntica àquela da discussão anterior quando o gerador estiver ligado em estrela com o neutro aterrado. Assim, os problemas com a coordenação das proteções 50/51N da concessionária e a circulação de correntes de terra devido à desbalanços são os mesmos previamente discutidos.

Uma análise da rede de componentes simétricas, conforme mostra a Figura 3.3, demonstra que a contribuição de correntes de seqüência zero, para faltas à terra no sistema de distribuição, depende do estado do disjuntor D3, se aberto ou fechado, da impedância de seqüência zero do gerador e do método de aterramento do neutro: solidamente aterrado, baixa impedância, alta impedância ou isolado.

XSISTEMA XTSUB XL D1 XTGER D3 X’’dGER XSISTEMA XTSUB XL D1 XTGER D3 X2GER XSISTEMA XTSUB X0L D1 XTGER D3 X0GER F3 F3 F3 D2 D2 D2 Seq. positiva Seq. negativa Seq. zero VS VGER I’1 I’’1 I’2 I’’2 I’0 I’’0 I 0

Figura 3.3 – Rede de componentes simétricas da conexão estrela aterrada (P) / estrela aterrada (S).

A conexão em estrela com neutro aterrado do lado secundário representa uma dificuldade adicional aos engenheiros de proteção, pois as proteções 50/51N do disjuntor D1 podem detectar uma falta à terra em F3. Não obstante, o estado do disjuntor D3 modifica a sensibilidade destas proteções, ora o disjuntor D1 contribui com a corrente de falta total, ora com uma parcela desta.