Introdução de Diferentes Tipos de Carga no Secundário do Transformador

Até ao momento, considerou-se que o transformador se encontrava a funcionar em vazio aquando da sua ligação e consequente aparecimento do curto-circuito. Na presente subsecção, irá ser realizada uma avaliação à amplitude da sobretensão resultante da abertura do disjuntor, quando o transformador se encontra em regime de funcionamento permanente, com diferentes tipos de carga aos seus terminais e na ausência de curto-circuito. A abertura do disjuntor será realizada num instante de corrente-zero.

Os tipos de carga e respetivas potências, a alimentar pelo transformador, encontram-se na Tabela4.9.

Os resultados obtidos para a carga resistiva, para a carga indutiva e para a carga capacitiva podem ser encontrados, respetivamente, nas Figuras4.32,4.33e4.34. Através destas, é possível

Tabela 4.9: Tipo de carga a alimentar pelo transformador e respetiva potência.

Tipo de Carga Potência Resistiva 20 MW

Indutiva 20 Mvar Capacitiva 20 Mvar

concluir-se que a sobretensão mais elevada está associada ao caso em que o transformador alimenta uma carga indutiva. No caso da carga capacitiva, a sobretensão a ela associada é reduzida, apenas ultrapassando a tensão do sistema em algumas dezenas de kV. Quando o transformador alimenta uma carga resistiva, não existe ocorrência de sobretensão, algo que se justifica pelo facto de este tipo de carga não possuir capacidade para acumular energia (ao contrário das cargas indutiva e capacitiva), apenas a dissipando sob a forma de calor.

Figura 4.32: Tensão no transformador quando este alimenta uma carga resistiva e ocorre a aber- tura do disjuntor.

Figura 4.33: Tensão no transformador quando este alimenta uma carga indutiva e ocorre a abertura do disjuntor.

Figura 4.34: Tensão no transformador quando este alimenta uma carga capacitiva e ocorre a abertura do disjuntor.

4.5

Resumo

No Capítulo4realizou-se um conjunto diversificado de estudos com vista à avaliação do im- pacto das sobretensões de manobra num transformador, resultantes de abertura do seu disjuntor de proteção. Para a realização daqueles estudos, foi necessário desenvolverem-se modelos de componentes (nomeadamente, do disjuntor, do transformador e do cabo) que possibilitassem uma representação adequada das formas de onda de tensão e da corrente para frequências elevadas, tipicamente associadas às sobretensões de manobra.

Através da variação da indutância representativa da impedância equivalente da rede verificou- se que o valor da sobretensão estará sempre dependente daquela, mesmo que indiretamente, pois a indutância influencia o valor da corrente no instante da interrupção.

A introdução de vários comprimentos de cabo, com vista a simular um aumento da distância entre o transformador e o curto-circuito, revelou que a impedância do cabo (e o seu aumento com o comprimento do mesmo) limita significativamente o valor da corrente e, por conseguinte, da sobretensão, a partir dos 10 km.

A variação do instante de abertura do disjuntor possibilitou realizar a interrupção da corrente com diferentes valores da mesma. Desta forma, mostrou-se que o valor da corrente interrom- pida é diretamente proporcional à sobretensão resultante, visto que, quanto maior for a corrente interrompida, maior será a energia libertada no circuito aquando da interrupção.

A inclusão de um circuito RC de amortecimento provou ser a solução ideal para a atenuação da sobretensão de manobra que atinge os terminais do transformador, quer em termos de amplitude, quer em frequência.

Com a aplicação de diferentes tipos de curto-circuito pré-feitos nos terminais de BT do trans- formador e realizando o processo de ligação e posterior corte da corrente, foi possível concluir que a sobretensão mais gravosa está associada ao curto-circuito trifásico, envolvendo as fases A, B e C, e o menor valor de sobretensão ao curto-circuito fase-fase, envolvendo as fases A e B.

Com o transformador a funcionar em regime permanente e a alimentar diferentes tipos de carga, concluiu-se que a sobretensão resultante da abertura do disjuntor é mais elevada no caso de o transformador se encontrar a alimentar uma carga indutiva.

Conclusões e Trabalhos Futuros

5.1

Conclusões Gerais

A presente dissertação permitiu explorar o panorama dos transitórios eletromagnéticos em transformadores, com especial enfoque nas sobretensões de manobra. Apesar de as sobretensões de manobra com elevada magnitude possuírem uma probabilidade de ocorrência diminuta, o seu aparecimento pode ter consequências devastadoras para os transformadores.

Realizando uma comparação entre os fenómenos que decorrem das manobras de fecho e aber- tura do disjuntor de proteção de um transformador, é possível concluir-se que a abertura do disjun- tor poderá resultar num conjunto de fenómenos mais prejudiciais para o transformador. Destes, destaca-se a interrupção da corrente com supressão da mesma, a qual, devido à quantidade de energia acumulada no circuito, origina uma libertação repentina dessa energia, que se traduz no aparecimento de uma sobretensão.

As técnicas para mitigação das sobretensões de manobra em transformadores de potência exis- tem num número limitado. Com efeito, a solução que provou ser a mais eficaz consiste na intro- dução de um circuito RC de amortecimento perto dos terminais de linha dos transformadores. Neste circuito, a resistência possibilita uma atenuação da amplitude das sobretensões que atingem o transformador, enquanto que a capacidade permite uma diminuição do gradiente da sobretensão. Apesar das técnicas numéricas mais robustas e das interfaces gráficas apelativas presentes nas diversas ferramentas de simulação de transitórios, estas encontram a sua maior limitação nos modelos de componentes disponíveis. Com efeito, uma modelização adequada dos componentes apresenta-se como determinante para a validação dos resultados das simulações.

Relativamente ao caso de estudo, a análise de sensibilidade realizada permitiu concluir que a sobretensão resultante da manobra do disjuntor é influenciada por um vasto conjunto de parâ- metros e condições do sistema, como a impedância equivalente da rede, o comprimento do cabo entre o transformador e o curto-circuito e o instante de abertura do disjuntor. Verificou-se, igual- mente, que a introdução de um circuito RC de amortecimento próximo aos terminais de linha do transformador atenua significativamente o valor da sobretensão e da sua taxa de crescimento.