Importância da Proteção de Transformadores

O transformador de potência é um equipamento simples de construir e de alta confiabilidade, mas o processo de construção é um fator crucial para o correto funcionamento deste equipamento. Detalhes importantes como isolação dos enrolamentos e das buchas, e boas conexões e um serviço de manutenção adequado proporcionam uma boa operação do transformador (WARRINGTON, 1962). A taxa de falha dos transformadores é baixa, mas quando encontramos no sistema uma falha envolvendo transformador, geralmente leva a desligamentos não programados, e a manutenção corretiva consiste em substituições de equipamentos e manobras, que podem ser demoradas.

A ANEEL estabeleceu indicadores que supervisiona e controla o serviço das distribuidoras referente à continuidade dos serviços públicos de energia elétrica, nos aspectos de duração e frequência de um conjunto de consumidores, como também dos consumidores individualmente. Estes indicadores são:

 Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (DEC);

 Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (FEC);

 Duração de Interrupções por Unidade Consumidora ou ponto de conexão considerado (DIC);

 Frequência de Interrupções por Unidade Consumidora ou ponto de conexão considerado (FIC);

 Duração Máxima das Interrupções por Unidade Consumidora ou ponto de conexão considerado (DMIC).

A demora no atendimento de ocorrências de interrupções de fornecimento de energia acarreta em prejuízos para as empresas distribuidoras (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA,

2000). Quando os limites dos indicadores são ultrapassados, a distribuidora deve compensar a unidade consumidora automaticamente, sendo que o pagamento deve ser realizado até 2 meses após o mês de apuração do indicador.

Para as empresas transmissoras de energia elétrica é previsto manter a qualidade do serviço público com base na disponibilidade e capacidade plena do conjunto de instalações funcionalmente dependentes. O pagamento base destas instalações é sujeita a desconto, através da Parcela Variável por Indisponibilidade e da Parcela Variável por Restrição Operativa Temporária. Caso sejam respeitadas as metas impostas pela ANEEL, as empresas podem ser beneficiadas com um adicional a Receita Anual Permitida (RAP), como incentivo à melhoria da disponibilidade das instalações de transmissão (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, 2007). Caso algum desligamento não programado ocorra no sistema e se o tempo de atendimento a esta contingência não seja efetuada de forma ágil, ou se há um atraso no tempo de entrada de alguma instalação em operação, as punições podem levar a multas que comprometem o pagamento base das instalações, sofrendo prejuízo em sua receita anual.

De acordo com Agência Nacional de Energia Elétrica (2004), a instalação da rede básica possui indicadores de continuidade do serviço. Os indicadores são:

• Duração da Interrupção do Ponto de Controle (DIPC); • Frequência da Interrupção do Ponto de Controle (FIPC), e; • Duração Máxima da Interrupção do Ponto de Controle (DMIPC).

Considera-se interrupção do Ponto de Controle a ausência de tensão por um período maior ou igual a um minuto na instalação da rede básica devido a um problema interno ou externo, considerando eventos programados e forçados. O Ponto de Controle consiste na instalação da Rede Básica que faz fronteira com ativos de conexão dos agentes de geração, de distribuição, consumidores livres e demais instalações de transmissão (ANEEL, 2004).

A disponibilidade de transformadores é calculada anualmente, através do Relatório de Avaliação do Desempenho da Manutenção, onde o ONS estabelece os limites classificados como normal, alerta e insatisfatório. O acompanhamento da manutenção consiste em realizar uma inspeção física das instalações, verificando o estado de conservação e atualização do sistema de proteção e os relés.

Os transformadores de potência de grande porte necessitam de sistemas de proteção com filosofias e equipamentos sofisticados, caso estejam conectados a um grande sistema, que transmite energia para muitos consumidores ou consumidores importantes. A localização do transformador também influencia nos tipos de proteção que serão adotados, como, por exemplo, se o transformador está próximo a um gerador, necessita de um sistema de proteção que se adapte a presença das correntes de magnetização de alta magnitude. Outro fator determinante para escolha de um determinado sistema de proteção é o tipo de conexão dos transformadores.

Além das funções de proteção descritas na seção 5.1, o ONS determina que o sistema de proteção de transformadores deva dispor de outras funções para complementar as proteções restritas e irrestritas, visando aperfeiçoar o sistema perante situações adversas na operação do equipamento. A proteção unitária deve ter restrição de atuação para correntes de magnetização e desempenhos transitórios desiguais de transformadores de corrente e número de circuitos de restrição igual ao número de transformadores de corrente de malha diferencial, além da função de proteção diferencial, que será do tipo percentual com atuação individual por fase. A proteção gradativa do transformador deve ter suas funções de sobrecorrente temporizada de fase e de neutro vinculadas a cada enrolamento do transformador, e cada ponto de aterramento terá uma função de sobrecorrente temporizada de terra. Caso o transformador tenha três enrolamentos, deve dispor de proteção de sobretensão de sequência zero no enrolamento terciário ligado em delta, para emitir alarmes de falta à terra.

Com o desenvolvimento dos relés digitais, se tornou possível agrupar as muitas funções de proteção em um mesmo equipamento, o que economiza espaço físico na locação dos equipamentos de proteção nas subestações. Permitiu-se criar grupos de ajustes para que, em casos de contingência no sistema, o relé de proteção possa adotar outra filosofia de proteção para se adequar ao novo arranjo do sistema. Esta característica dos relés digitais é uma vantagem nos momentos em que uma contingência fora de sua zona de proteção muda o sistema para um novo ponto de operação, alterando os valores de tensão e corrente de entrada do equipamento protegido. Novos elementos de proteção inseridos na proteção podem detectar rapidamente faltas em equipamentos, os retirando de operação em um curto período de tempo, não causando danos extras tanto ao sistema como ao próprio equipamento, melhorando a coordenação de ajustes do sistema de proteção.

Uma configuração de proteção adaptativa foi proposta em Anderson (2011), onde múltiplos grupos de proteção foram ajustados em relés digitais comerciais para desenvolver a proteção de alimentadores de distribuição considerando geração distribuída (GD). A conexão de GD no sistema de distribuição interfere na operação do sistema de proteção, tornando-o passível de falhas.

As funções de proteção dos transformadores serão brevemente descritas, explicitando como é a filosofia e o princípio de funcionamento de cada uma. Aprofundar-se-á na proteção por sobrecorrente e proteção diferencial, esta que pode ser adaptada visando melhorar o desempenho do sistema de proteção perante condições especiais de operação do transformador.