Proteção Diferencial de um Transformador

Proteção Diferencial de um Transformador

Os transformadores são componentes-chave nos sistemas de energia. Como dispositivos estáticos, totalmente fechados e geralmente imersos em óleo, as falhas neles são relativamente raras. No entanto, mesmo uma falha rara pode ter consequências graves para um transformador de potência. Assim, proteger os transformadores de potência contra possíveis falhas é de suma importância.

As falhas nos transformadores são principalmente categorizadas em dois tipos: falhas externas e falhas internas. As falhas externas são rapidamente eliminadas pelo sistema de relés fora do transformador para evitar qualquer dano ao transformador por essas falhas. Para falhas internas nesse tipo de transformador, é empregado um sistema de proteção diferencial.

Os esquemas de proteção diferencial são predominantemente utilizados para se proteger contra falhas fase-a-fase e fase-terra. A proteção diferencial para transformadores de potência baseia-se no princípio da corrente circulante de Merz-Prize. Essa proteção é geralmente aplicada a transformadores com potência superior a 2 MVA.

Conexão para Proteção Diferencial de Transformador

Os transformadores de potência estão conectados em estrela de um lado e em delta do outro. Os transformadores de corrente (TCs) do lado conectado em estrela estão conectados em delta, enquanto aqueles do lado conectado em delta estão conectados em estrela. Os neutros tanto da conexão em estrela dos transformadores de corrente quanto da conexão em estrela do transformador de potência estão aterrados.

Uma bobina de restrição é conectada entre as bobinas secundárias dos transformadores de corrente. Esta bobina de restrição regula a sensibilidade do sistema. A bobina operacional é posicionada entre o ponto de derivação da bobina de restrição e o ponto de estrela das bobinas secundárias dos transformadores de corrente.

Funcionamento do Sistema de Proteção Diferencial

Em circunstâncias normais, a bobina operacional não carrega corrente, pois as correntes dos dois lados do transformador de potência estão em equilíbrio. No entanto, quando ocorre uma falha interna nas bobinas do transformador de potência, esse equilíbrio é interrompido. Consequentemente, as bobinas operacionais do relé diferencial carregam uma corrente que corresponde à diferença de corrente entre os dois lados do transformador. Como resultado, o relé dispara os disjuntores principais de ambos os lados do transformador de potência.

Problemas com o Sistema de Proteção Diferencial

Quando um transformador é energizado, uma corrente transitória de magnetização flui através dele. Essa corrente pode ser até 10 vezes a corrente de carga total e decresce com o tempo. Essa corrente de magnetização flui na bobina primária do transformador de potência, causando uma discrepância na saída dos transformadores de corrente. Isso, por sua vez, pode fazer com que a proteção diferencial do transformador opere incorretamente.

Para resolver esse problema, um fusível de disparo é colocado sobre a bobina do relé. Estes fusíveis são do tipo de tempo-limite com característica inversa e não operam durante a breve duração do surto de inrush. Quando ocorre uma falha, os fusíveis queimam, permitindo que a corrente de falha flua através das bobinas do relé e ative o sistema de proteção. Este problema também pode ser mitigado usando um relé com característica inversa e mínima definida em vez de um relé do tipo instantâneo.