Um transformador de aterramento também é chamado de transformador de aterramento de neutro. Ele cria um ponto neutro artificial em sistemas de energia onde o neutro não está diretamente disponível ou não está aterrado.
Normalmente, ele não transporta corrente de carga significativa. Em vez disso, fornece um caminho confiável para a corrente de sequência zero durante um defeito de terra monofásico. Ele trabalha em conjunto com um resistor de aterramento de neutro, resistor de terra ou bobina de supressão de arco. Isso ajuda a limitar a corrente de defeito, suprimir sobretensões transitórias e habilitar o relé de proteção.
Transformadores de aterramento do tipo seco são amplamente utilizados em subestações, salas de equipamentos de manobra, data centers, hospitais, plantas industriais e estações de energia renovável. Eles são livres de óleo, resistentes ao fogo e requerem manutenção relativamente baixa.
Por que Transformadores de Aterramento São Necessários?
Muitas redes de distribuição de média tensão de 6 kV, 10 kV e 35 kV utilizam um neutro não aterrado ou aterrado por bobina de supressão de arco. Se o lado de baixa tensão do transformador principal estiver conectado em delta, não há ponto neutro acessível para aterramento.
Quando ocorre um defeito de terra monofásico, a corrente capacitiva de defeito à terra pode se tornar grande o suficiente para sustentar um arco. Isso pode levar a sobretensões de arco à terra, ferrorressonância ou até mesmo defeitos fase a fase.
Um transformador de aterramento fornece um ponto neutro artificial estável. O sistema pode então ser aterrado através de um resistor, reator ou outro dispositivo de aterramento. Isso melhora tanto a segurança do sistema quanto a sensibilidade da proteção.
Como Funciona: A Vantagem da Conexão Zig-Zag?
Transformadores de aterramento comumente usam uma conexão zig-zag. Cada enrolamento de fase é dividido em duas partes. Essas partes são enroladas em direções opostas em diferentes colunas do núcleo e então conectadas em série para trazer o ponto neutro.
Em condições normais, as tensões trifásicas são essencialmente equilibradas.
O transformador de aterramento transporta principalmente corrente de magnetização. Ele apresenta alta impedância às correntes de sequência positiva e negativa, portanto, opera próximo a vazio.
Durante um defeito de terra monofásico, a corrente de sequência zero flui através do ponto neutro para a terra.
O arranjo zig-zag permite que o fluxo de sequência zero forme um caminho fechado dentro do núcleo. Isso resulta em baixa impedância à corrente de sequência zero.
Comparado com transformadores de potência convencionais, um transformador de aterramento zig-zag tem uma impedância de sequência zero muito menor.
Portanto, é mais adequado para transportar corrente de defeito à terra. A impedância de sequência zero exata depende da capacidade do produto, estrutura do núcleo e nível de tensão do sistema. Deve ser confirmada a partir dos relatórios de teste do fabricante e estudos de defeitos do sistema.
Tipos Comuns e Arranjos de Conexão
Os transformadores de aterramento podem ser classificados da seguinte forma:
- Por meio de isolamento: transformadores de aterramento imersos em óleo e transformadores de aterramento do tipo seco.
- Por número de fases: transformadores de aterramento trifásicos e monofásicos.
- Por arranjo de enrolamento: transformadores de aterramento de dois enrolamentos e três enrolamentos.
Um transformador de aterramento de três enrolamentos frequentemente inclui um enrolamento auxiliar de baixa tensão. Este enrolamento pode servir como um transformador de serviço da subestação. A unidade então fornece tanto um ponto neutro artificial quanto uma fonte de alimentação auxiliar, reduzindo a contagem de equipamentos e economizando espaço.
Arranjos de conexão típicos incluem ZNyn e YNd. A seleção final deve ser baseada na tensão do sistema, método de aterramento, requisitos de proteção e qualquer demanda de carga auxiliar.
Parâmetros Chave e Considerações de Seleção
Parâmetros importantes para seleção incluem:
- Tensão nominal: deve corresponder à tensão do sistema, como 10 kV ou 35 kV.
- Impedância de sequência zero: afeta a corrente de defeito de terra monofásico. Deve ser coordenada com o resistor de aterramento de neutro, bobina de supressão de arco e configurações de proteção.
- Capacidade nominal: determinada pela corrente capacitiva do sistema, método de aterramento e corrente de defeito de curta duração.
- Classe de isolamento: classes comuns para unidades do tipo seco são Classe F e Classe H.
- Capacidade de corrente de curta duração: o transformador deve suportar a corrente de defeito à terra pela duração de defeito requerida.
- Método de aterramento: aterramento de baixa resistência, aterramento de alta resistência, aterramento por reatância, aterramento por bobina de supressão de arco ou aterramento sólido.
Em sistemas aterrados por baixa resistência, a capacidade do transformador de aterramento deve ser verificada em relação à tensão do sistema e à corrente de defeito alvo. Também deve ser verificada em relação à duração de defeito requerida. A classificação contínua deve ser derivada da carga térmica de curta duração. Se a unidade também fornecer uma carga de serviço da subestação, a carga auxiliar deve ser adicionada para evitar superaquecimento a longo prazo.
Aplicações Típicas
- Redes de distribuição de 10 kV / 35 kV: fornecendo um ponto neutro artificial e limitando sobretensões de arco.
- Redes de cabos: uma corrente capacitiva de defeito à terra mais alta requer um método de aterramento controlado.
- Usinas de energia renovável: estabilizando o potencial do ponto neutro em sistemas de coleta de usinas fotovoltaicas e eólicas.
- Data centers, hospitais e instalações industriais: melhorando a segurança de aterramento e a detecção de defeitos.
- Alimentação auxiliar de subestação: usando um transformador de aterramento de três enrolamentos como um transformador de serviço da subestação.
Checklist de Inspeção Diária
Um transformador de aterramento do tipo seco normalmente opera em vazio ou com carga muito leve. Ele só transporta corrente significativa durante um defeito à terra. As inspeções de rotina devem cobrir tanto os itens gerais do transformador do tipo seco quanto o circuito de aterramento do neutro.
| Área de Inspeção |
Itens Principais |
Condição Normal / Ação |
| Aparência e isolamento |
Invólucro, enrolamentos, isoladores, buchas, grampos do núcleo |
Sem rachaduras, descoloração, carbonização, rastreamento ou material estranho; limpar poeira acumulada durante a parada |
| Conexões elétricas |
Terminações de cabos, barramentos, terminais, parafusos |
Sem folgas, oxidação, descoloração ou queimaduras; verificar com termografia infravermelha |
| Neutro e aterramento |
Cabo do neutro, resistor de aterramento ou bobina de supressão de arco, aterramento do invólucro, aterramento do núcleo |
Condutores de aterramento seguros e livres de corrosão; resistência de aterramento de proteção tipicamente ≤ 4 Ω ou conforme exigido pela malha de aterramento; a resistência de aterramento do neutro deve ser determinada por cálculo do sistema |
| Temperatura e refrigeração |
Controlador de temperatura, temperatura do enrolamento, ventiladores de refrigeração, dutos de ar |
Unidades de Classe F geralmente alarmam em torno de 130 °C e disparam em torno de 150 °C; a Classe H permite temperaturas mais altas; confirmar configurações com a placa de identificação e dados do fabricante |
| Som e vibração |
Núcleo, grampos, invólucro, ventiladores |
Zumbido uniforme é normal; investigar imediatamente estalos, arcos elétricos ou ruídos metálicos |
| Parâmetros de operação |
Tensão, corrente, equilíbrio de fases, corrente de sequência zero |
Desvio de tensão preferencialmente dentro de ±5%; correntes de fases equilibradas; corrente de sequência zero anormal requer investigação |
| Ambiente |
Ventilação, temperatura, umidade, condensação, proteção contra pragas |
Temperatura ambiente geralmente ≤ 40 °C; umidade relativa ≤ 85%; sem condensação, detritos ou vedação danificada |
Falhas Comuns e Solução de Problemas
| Sintoma |
Causa Possível |
Ação Recomendada |
| Deslocamento da tensão do ponto neutro |
Desequilíbrio de fase, aterramento deficiente, falta à terra no sistema |
Verificar o equilíbrio de carga, o circuito de aterramento e a tensão de sequência zero |
| Corrente de sequência zero anormal |
Falta à terra monofásica, falha no resistor de aterramento, problema de proteção |
Verificar a condição de falta do sistema; inspecionar o circuito neutro, o resistor de aterramento e o TC de sequência zero |
| Superaquecimento de enrolamentos ou conexões |
Conexão frouxa, sobrecarga, falha do ventilador |
Realizar inspeção por infravermelho; apertar as conexões; verificar os ventiladores e os dutos de ar |
| Ruído ou odor de descarga |
Umidade, acúmulo de poeira, descarga parcial |
Inspecionar a superfície de isolamento durante a interrupção; realizar testes de isolamento, se necessário |
| Corrente de aterramento do núcleo alta |
Múltiplos pontos de aterramento do núcleo, envelhecimento do isolamento |
Medir a resistência de isolamento do núcleo; localizar e remover pontos de aterramento não intencionais |
| Atuação da proteção de sequência zero |
Falta à terra real, dano no resistor de aterramento, mau funcionamento do TC ou do relé |
Confirmar se ocorreu uma falta real; inspecionar o circuito neutro, o resistor de aterramento, o TC de sequência zero e as configurações do relé |
Recomendações de Manutenção e Testes
Mantenha registros operacionais de temperatura do enrolamento, corrente, tensão, corrente de sequência zero e operação do ventilador. As atividades mensais podem incluir inspeção visual, aperto de terminais e testes de função do ventilador. As verificações trimestrais devem cobrir o sistema de aterramento, corrente de aterramento do núcleo e condição do isolamento.
Os testes anuais ou baseados em normas podem incluir resistência de isolamento, resistência CC do enrolamento, relação de transformação, calibração do controlador de temperatura e testes de descarga parcial, quando aplicável.
Embora um transformador de aterramento carregue muito pouca carga durante a operação normal, sua confiabilidade afeta diretamente o desempenho da proteção contra faltas à terra. O condutor do neutro, o resistor de aterramento, a bobina de supressão de arco e o circuito de proteção de sequência zero devem ser tratados como pontos de inspeção prioritários.
Escopo e Notas de Segurança
Este artigo destina-se a uma referência geral sobre transformadores de aterramento do tipo seco utilizados em sistemas de distribuição de média tensão. Parâmetros específicos, configurações e intervalos de manutenção devem sempre seguir a placa de identificação do equipamento, instruções do fabricante, especificações do projeto e normas locais aplicáveis.
Durante as inspeções com o sistema energizado, mantenha uma distância segura das partes energizadas. Qualquer trabalho que envolva isolamento, aperto de terminais ou testes deve seguir os procedimentos adequados de bloqueio e etiquetagem, verificação de desenergização e aterramento.
As informações fornecidas aqui são apenas para discussão técnica e não constituem projeto de engenharia, coordenação de proteção ou instrução operacional.
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