Princípio de Funcionamento e Configuração de Proteção de Transformadores de Aterramento

Transformador de Aterramento Zigzag

Estrutura do Enrolamento: Os enrolamentos de um transformador de aterramento Zigzag adotam uma conexão zigzag. Cada enrolamento de fase consiste em duas seções enroladas em colunas de núcleo diferentes. Essas duas seções possuem o mesmo número de espiras e direções de enrolamento opostas.

Princípio de Funcionamento: Em operação normal, como as tensões trifásicas são simétricas, a soma das correntes nos enrolamentos trifásicos é zero, e o transformador de aterramento opera em estado de vazio, com apenas uma pequena corrente de excitação. Quando ocorre um defeito de aterramento monofásico no sistema, a tensão da fase defeituosa cai para zero, enquanto a tensão das fases não defeituosas sobe para a tensão de linha.

Devido à estrutura especial do enrolamento Zigzag, os fluxos magnéticos de sequência zero gerados pelas duas seções de cada enrolamento de fase se cancelam mutuamente no núcleo sob a ação da tensão de sequência zero.

Isso resulta em uma impedância de sequência zero muito pequena, proporcionando assim um caminho de corrente de sequência zero suficientemente grande para o sistema, garantindo a operação confiável dos dispositivos de proteção contra aterramento.

Transformador de Aterramento Convertido a Partir de Transformador Trifásico Comum

• Conexão do Enrolamento: Normalmente, os enrolamentos de um transformador trifásico comum são conectados em configuração Estrela (Y), com o ponto neutro aterrado através de um resistor de aterramento ou de uma bobina de supressão de arco (bobina de Petersen).
• Princípio de Funcionamento: Em operação normal, as tensões trifásicas são simétricas, o potencial do ponto neutro é zero e não há corrente de sequência zero nos enrolamentos. Quando ocorre um defeito de aterramento monofásico, o potencial do ponto neutro sobe, gerando uma tensão de sequência zero. Sob a ação dessa tensão de sequência zero, a corrente de sequência zero aparece nos enrolamentos. Ao selecionar adequadamente os parâmetros do resistor de aterramento ou da bobina de supressão de arco, a magnitude da corrente de sequência zero pode ser controlada para atender aos requisitos de proteção de aterramento e limitar as sobretensões durante os defeitos.

Configuração de Proteção de Transformadores de Aterramento

Proteção de Corrente de Sequência Zero

• Princípio de Configuração: Um transformador de corrente de sequência zero é instalado na linha de saída do ponto neutro do transformador de aterramento. Em operação normal do sistema, a soma vetorial das correntes trifásicas é zero, portanto, o transformador de corrente de sequência zero não tem saída. Quando ocorre um defeito de aterramento monofásico, a corrente de sequência zero é gerada. Quando essa corrente atinge o valor definido, o dispositivo de proteção opera.
• Função: Detecta e elimina rapidamente os defeitos de aterramento para evitar a expansão do defeito, protegendo o equipamento e a segurança do sistema.

Proteção de Sobrecorrente

• Princípio de Configuração: Transformadores de corrente são instalados no lado primário ou secundário do transformador de aterramento para monitorar sua corrente. Quando a corrente excede o limite de sobrecorrente definido, o dispositivo de proteção opera após um atraso de tempo.
• Função: Protege o transformador de aterramento contra danos durante sobrecargas ou defeitos de curto-circuito.

Proteção de Gás (Proteção Buchholz)

• Princípio de Configuração: Um relé de gás (relé Buchholz) é instalado em transformadores de aterramento imersos em óleo. Quando ocorre um defeito interno menor, gerando uma pequena quantidade de gás, a proteção de gás leve é ativada para enviar um sinal. Quando ocorre um defeito grave, gerando uma grande quantidade de gás e impacto do fluxo de óleo, a proteção de gás pesado é ativada para desligar o disjuntor.
• Função: Responde sensivelmente aos defeitos internos no transformador de aterramento, especialmente defeitos menores em estágio inicial, permitindo medidas oportunas.

Proteção de Temperatura

• Princípio de Configuração: Sensores de temperatura são instalados nos enrolamentos ou no núcleo do transformador de aterramento para monitorar a temperatura em tempo real. Quando a temperatura excede o valor definido, o dispositivo de proteção opera.
• Função: Impede que o transformador de aterramento danifique seu isolamento devido ao superaquecimento, prolongando a vida útil do equipamento e garantindo a operação segura.

Proteção de Sobretensão

• Princípio de Configuração: Monitora a tensão do transformador de aterramento instalando relés de sobretensão ou utilizando a função de proteção de sobretensão dentro de dispositivos de proteção integrados. Quando ocorre uma condição de sobretensão, o dispositivo de proteção opera.
• Função: Limita as sobretensões potenciais no sistema, protegendo o isolamento do transformador de aterramento e de outros equipamentos.