Alto Nível de Curto-circuito Monofásico e Ausência de Resistência de Aterramento no Transformador

Introdução

Os transformadores são componentes essenciais nos sistemas de energia elétrica, responsáveis por ajustar os níveis de tensão para a transmissão e distribuição de energia. No entanto, a configuração de aterramento desses transformadores pode influenciar significativamente o desempenho e a segurança do sistema. Este artigo se concentra nos transformadores sem resistência de aterramento, analisando como essa configuração pode afetar o sistema elétrico em casos de alto nível de curto-circuito monofásico.

Conceitos Básicos

O que é um Curto-Circuito Monofásico?

Um curto-circuito monofásico ocorre quando há uma conexão acidental (toque) entre um condutor de fase e o neutro ou a terra em um sistema elétrico. Isso cria um caminho de baixa resistência, permitindo que a corrente elétrica flua diretamente, sem passar pelas cargas que normalmente limitariam essa corrente.

Resistência de Aterramento

A resistência de aterramento é uma resistência adicionada entre o neutro do transformador e a terra. Sua função é controlar a magnitude das correntes de curto-circuito monofásico, limitando assim os danos ao sistema elétrico e aumentando a segurança.

Impacto no Nível de Curto-Circuito Monofásico

Transformador sem Resistência de Aterramento

Quando um transformador não possui resistência de aterramento, a corrente de curto-circuito monofásico pode atingir valores significativamente elevados. Isso ocorre porque a resistência total no caminho da corrente de falta é praticamente nula, permitindo que uma corrente maior flua durante o evento. A elevação no nível de curto-circuito monofásico pode causar danos severos aos equipamentos, como o próprio transformador, disjuntores e outros componentes do sistema elétrico. Além disso, uma parte dessa corrente vai para a malha de aterramento, influenciando nos valores das tensões de passo e de toque, o que representa um risco à segurança dos operadores.

Exemplos Práticos

Para ilustrar, consideremos um sistema com um transformador de 7,5 MVA, com tensão de 69 kV no primário e 13,8 kV no secundário. A corrente nominal no secundário do transformador é de 313,8 A. Vamos simular três cenários distintos de curto-circuito monofásico:

1. Transformador Solidamente Aterrado

Nesse cenário, a corrente de curto-circuito monofásico no secundário é de 4021 A, um valor muito superior à corrente nominal (313,8 A), o que poderia causar a queima da bobina do transformador, mesmo com a atuação do relé de proteção.

2. Transformador Não Aterrado

Se o transformador não estiver aterrado, não haverá corrente de curto-circuito monofásico, apenas sobretensão nas duas fases sãs. A tensão fase-neutro de referência de 7967,4 V passará para 13800 V, acionando o relé por sobretensão (função 59), se parametrizado adequadamente.

3. Transformador com Resistência de Aterramento

Para dimensionar corretamente a resistência de aterramento, devemos considerar o nível de tensão fase-neutro e a corrente nominal do secundário do transformador. Assim, temos:

13800:√3 = R × 313,8

Portanto,

R ≈ 25,4 Ω

Ao simular o curto-circuito monofásico, observamos que novamente ocorreu sobretensão nas fases sãs e a corrente ficou limitada em 313 A, um valor que pode ser detectado pelo relé de proteção, permitindo a atuação da proteção de sobrecorrente de neutro (50/51 N) sem danificar a bobina do transformador. É importante notar a relação de transformação do TC de neutro, pois o erro do TC pode ser maior que a corrente de curto-circuito monofásico, impossibilitando a correta atuação do relé de proteção.

Conclusão

A ausência de resistência de aterramento no transformador em casos de alto nível de curto-circuito monofásico pode gerar consequências potencialmente graves para o sistema elétrico e a segurança dos operadores. É essencial entender esses impactos e adotar medidas preventivas para mitigar os riscos.

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