Corrente de Magnetização na Energização de Transformadores

O Que é a Corrente de Magnetização

A corrente de magnetização (Inrush) é uma corrente transitória e significativamente elevada que flui durante os primeiros ciclos após a energização de um transformador. Ela ocorre devido à saturação momentânea do núcleo magnético do transformador quando o fluxo magnético ainda não está estabilizado.

Causas da Corrente de Inrush

• Saturação do Núcleo: A saturação ocorre quando o fluxo magnético atinge o limite máximo suportado pelo material magnético do núcleo. Isso resulta em um aumento abrupto da corrente.

• Capacitância do Sistema: A capacitância presente no sistema elétrico contribui para o aumento inicial da corrente durante a energização.

Impactos dessa Corrente

• Estresse Mecânico: A corrente de Inrush pode causar estresse mecânico nos enrolamentos do transformador e em seus suportes, levando a vibrações e ruídos.

• Aquecimento dos Enrolamentos: O aumento repentino da corrente pode resultar em um aquecimento temporário dos enrolamentos do transformador.

• Impacto nos Disjuntores: A corrente de Inrush pode levar à atuação indevida de dispositivos de proteção, como disjuntores, se não forem adequadamente dimensionados.

Mitigação do Problema

• Pré-Magnetização: Pré-magnetizar o transformador antes da energização pode reduzir a corrente de magnetização, minimizando a saturação do núcleo.

• Uso de Núcleos Especiais: Núcleos projetados para reduzir a susceptibilidade à saturação podem ser empregados para minimizar os efeitos da corrente de Inrush.

• Sincronização da Energização: Sincronizar a energização de vários transformadores em uma rede pode reduzir a corrente de magnetização total.

• Temporização dos disjuntores:  Ajustar a temporização de atuação do disjuntor com o mesmo tempo em que a fase A, por exemplo, passa pelo pico, pois no momento de maior tensão tem-se a menor corrente.

Simulações

Realizamos algumas simulações com o software ATPDraw de modo a ilustrar o comportamento da corrente de Inrush para diferentes valores de resistência da linha e tempo de chaveamento.

Considerando inicialmente a resistência igual a 0,02 Ohm e obtendo o tempo em que uma das fases (nesse caso a fase C) passa pelo zero no gráfico de tensão, como pode ser observado abaixo:

Adotando esse tempo para atuação do disjuntor pode-se observar que o valor máximo de Inrush foi de 264 Ampères, como pode ser observado abaixo:

Agora, ao adotar o tempo de fechamento do disjuntor para o momento de pico da tensão da fase C, o valor máximo da corrente caiu para 223 Ampères.

Realizando o mesmo procedimento, mas agora para uma resistência de 0,1 Ohm, o resultado foi o seguinte:

Para o tempo em que a fase C passa pelo zero no gráfico de tensão (0,21495 s), a corrente de pico tem valor de 259 Ampères, como pode ser observado abaixo:

E considerando o tempo do valor da tensão de pico da fase C teremos:

Observe que o aumento no valor da resistência ocasionou uma redução nos valores das correntes de fase.

Considerando agora uma resistência de 2 Ohms e realizando o mesmo procedimento, o resultado foi o seguinte:

Para o tempo em que a fase C passa pelo zero no gráfico de tensão (0,2069 s), a corrente de pico máxima tem valor de 244 Ampères, como pode ser observado abaixo:

E considerando o tempo do valor da tensão de pico da fase C teremos:

Pode-se observar, novamente, uma redução nos valores das correntes das três fases devido ao aumento no valor da resistência da linha. Diante disso, podemos concluir que à medida em que se aumenta a resistência do circuito a montante temos um maior amortecimento da resposta do sistema.

Conclusão

A corrente de Inrush é um fenômeno transitório e inevitável durante a energização de transformadores. Compreender suas causas e impactos é crucial para implementar estratégias eficazes de mitigação. Ao adotar técnicas adequadas, é possível minimizar os efeitos adversos da corrente de Inrush, garantindo a operação segura e eficiente dos transformadores em sistemas de energia elétrica.

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