8º EnTec – Encontro de Tecnologia da UNIUBE / 28 a 30 de outubro

8º EnTec – Encontro de Tecnologia da UNIUBE / 28 a 30 de outubro de 2014
MÉTODO DE REDUÇÃO DA CORRENTE INRUSH DURANTE ENERGIZAÇÃO DE
TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA – SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL VIA ATP
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Christopher Alexandre dos Santos Gonçalves ; Antonio Manoel Batista da Silva ;
12
Universidade de Uberaba
[email protected]; [email protected]
1 - Introdução
O sistema elétrico de potência (SEP) é
suprido por geradores de unidades industriais,
de usinas hidrelétricas, entre outras máquinas
de produtores de energia, por meio de
transformadores. Esses equipamentos são
sujeitos a algumas perturbações transitórias,
a se preocupar, como a corrente inrush
durante o processo de energização. O efeito
transitório devido a corrente Inrush é
preocupante por ser prejudicial ao sistema
elétrico de potência ao aumentar o consumo e
desgastes físicos nos filamentos de cobre e
no núcleo do transformador. Além disso, pode
provocar outros problemas operacionais como
a atuação da proteção de maneira
equivocada
durante
a
energização.
Adicionalmente, o efeito transitório pode
causar uma falsa impressão de curto-circuito
no dispositivo. Dentro deste contexto, o
propósito do presente trabalho é mostrar a
redução da corrente inrush, mediante
simulação computacional envolvendo o
método de energização por chaves e o
método do resistor de pré-inserção.
2 - Materiais e métodos
O transformador simulado é um dispositivo
abaixador que possui os seguintes dados,
informações e parâmetros: Potência aparente:
15 MVA; Frequência nominal: 60 Hz; Tensões
elétricas: 138kV/13.8kV; Ligação: Δ/Y- AT/BT;
Impedância (Z): 7,0%; Perdas em vazio:
0,12%; Perdas em curto-circuito: 1,03%;
Corrente em vazio: 1,0%.
De posse destes informes foi possível
obter a curva de magnetização do
transformador. Ela foi construída com os
dados no sistema internacional de unidades,
visando a modelagem do núcleo do
transformador no ATP (Alternative Transient
Program). Os itens envolvidos são: a
intensidade do campo [H] e a densidade do
fluxo magnético [B], Lynce (2003). Para
configurar o transformador no ATP é
necessário obter a corrente [I] e o fluxo
magnético concatenado [λ], inserindo-os na
curva de magnetização. De acordo com ATPEMTP (2007), as expressões (1) e (2) são
utilizadas para associar [H] com [I] e [B] com
[λ]. Os valores são expostos na tabela 1.
λi=(Bi/Bn).λn [Wb]
(1)
Ii= (Hi/Hn).Io [A]
(2)
Tabela 1 – Dados para a curva de magnetização
H [A/m]
8,43
10,89
14,91
22,87
36,19
76,37
159,10
572,76
1431,90
7955,00
79550,00
B [T]
0,2
0,3
0,5
1,0
1,4
1,6
1,7
1,8
1,86
1,98
2,143
I [A]
0,169
0,219
0,299
0,459
0,727
1,535
3,198
11,515
28,787
159,93
1599,308
λ [Wb]
64,752
97,128
161,881
323,762
453,267
518.02
550.396
582,772
602,198
641,049
693,823
Assim, plota-se o gráfico da curva da
magnetização do aço silício (λ x I) gerada
pelo programa ATP, sendo esta mostrada na
Figura 1.
Figura 1 – Curva de magnetização
A curva mostra que nos valores iniciais da
corrente, o fluxo sobe consideravelmente,
depois de 3A, o fluxo cresce praticamente de
forma linear.
Este fato ocorre devido à
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saturação do núcleo do transformador. Após
configurar o transformador com os dados da
curva de magnetização foram realizadas as
simulações com o programa ATP.
Com o método do resistor de pré-inserção
inserido no circuito do transformador trifásico
foi possível verificar a grande redução do
transitório da corrente de inrush durante a
energização como mostrado na figura 5.
Figura 2 – Circuito do transformador trifásico
Figura 5 – Corrente inrush simulada com o ATP.
Figura 3 – Circuito com resistor de pré-inserção
As estruturas dos circuitos referentes ao
transformador trifásico para energização por
chaves e com resistor de pré-inserção são
mostrados na figura 2 e 3.
A análise dos resultados foi realizada
observando a variação da corrente de partida
resultante das simulações.
3 - Resultados e discussão
Na simulação do sistema com energização
por chaves foi possível visualizar o pico de
corrente de partida em 300A, como mostrado
na figura 4.
Com a utilização do método com resistores
de pré-inserção ocorreu significativa redução
da corrente inrush de 300A para 100A
aproximadamente. Corroborando sua boa
eficiência de redução dos efeitos indesejáveis
da corrente transitória.
4 - Considerações finais
Concluímos que os efeitos transitórios
provenientes do processo de energização de
transformadores
podem
ser
reduzidos
significativamente. Algo obtido por meio de
artifícios físicos e métodos utilizados na
prática como o chaveamento controlado e o
método com o resistor de pré-inserção. A
simulação numérica com o emprego do
sistema de computacional ATP apresenta-se
como eficiente ferramenta de cálculos e
plotagem de resultados gráficos para simular
esses eventos.
5 - Referências
Lynce, Marcelo – Transformadores de Três
colunas - Notas de aula – Universidade
federal de Uberlândia, 2013.
Figura 4 – Corrente de inrush simulada com o ATP
A análise do gráfico da figura 4 mostra a
existência da corrente inrush que se diminui
ao longo do tempo.
ATP-EMTP – alternative transient programa,
disponível em http://www.emtpo.org. Acesso
em 22/11/2007.
Agradecimentos
À instituição Uniube pela oportunidade de
realização do trabalho e ao orientador pelo
apoio as atividades de pesquisas.
www.uniube.br/entec - UNIUBE Campus Aeroporto – Uberaba/MG