A saturação de transformadores de corrente (TCs) e as correntes de magnetização transitória (inrush) estão entre os maiores desafios para manter a estabilidade da proteção de grandes transformadores e autotransformadores de potência. O objetivo é sempre o mesmo: ser sensível a faltas internas e, ao mesmo tempo, estável para faltas externas e fenômenos que não representam defeito.

O que os Procedimentos de Rede exigem

Pelo Submódulo 2.11 do ONS, toda unidade transformadora deve ter proteção principal e alternada compostas, entre outras funções, de:

• Diferencial percentual (87) por fase, com número de circuitos de restrição igual ao número de TCs da malha e com restrição ou bloqueio para correntes de inrush e de sobre-excitação.
• Diferencial de terra restrita (87N) para cada ponto de aterramento.
• Sobrecorrente de fase, residual e de neutro vinculadas aos enrolamentos e pontos de aterramento.

Além das proteções intrínsecas (gás, pressão, temperatura de óleo e enrolamento, válvula de alívio). As diferenciais devem comandar a abertura e o bloqueio de fechamento de todos os disjuntores do transformador.

Dimensionamento de TCs contra saturação

A proteção diferencial compara correntes de TCs diferentes, em níveis de tensão diferentes. Se um deles satura durante uma falta externa de alta corrente, a corrente secundária distorcida aparece para o relé como corrente diferencial, e a proteção pode atuar indevidamente.

O pior caso é a falta passante com máxima assimetria. A componente contínua da corrente de curto-circuito, que decai com a constante de tempo do sistema (dada pela relação X/R no ponto de instalação), leva o núcleo à saturação muito mais rapidamente que a componente alternada sozinha. Por isso o dimensionamento deve considerar:

• A corrente máxima de falta passante, não apenas a corrente nominal.
• A relação X/R do ponto de instalação, que define o fator de sobredimensionamento transitório.
• A carga real do circuito secundário, incluindo cabos e o próprio relé.
• O fluxo remanente que pode permanecer no núcleo após uma falta anterior.

Os relés numéricos modernos têm algoritmos de detecção de saturação que reconhecem o intervalo inicial, antes de o TC saturar, e aumentam temporariamente a estabilidade. Ainda assim, o dimensionamento correto continua sendo a primeira linha de defesa.

Inrush e restrição por harmônicas

Na energização, o transformador pode absorver uma corrente de magnetização transitória cujo pico pode ultrapassar oito vezes a corrente nominal. Como essa corrente circula apenas pelo lado energizado, ela aparece integralmente como corrente diferencial.

A diferença está no conteúdo harmônico. A corrente de inrush é rica em segunda harmônica, ao contrário da corrente de falta. Os relés digitais filtram essa componente e a usam para restringir ou bloquear a função diferencial nos ciclos iniciais. A sobre-excitação, por sua vez, é caracterizada pela quinta harmônica, que é usada da mesma forma.

O ajuste do percentual de restrição é um compromisso. Valores baixos aumentam a segurança na energização, mas podem atrasar a atuação em faltas internas com saturação de TC (que também gera harmônicas). Transformadores com núcleos de aço de alta qualidade podem apresentar inrush com teor de segunda harmônica reduzido, o que exige atenção especial. Recursos como o bloqueio cruzado entre fases e a restrição pela soma das harmônicas ajudam a ajustar esse equilíbrio.

Diferencial de terra restrita (REF)

Em enrolamentos ligados em estrela aterrada, uma falta à terra próxima ao neutro produz uma corrente de fase pequena, porque a tensão que a alimenta é proporcional à distância ao neutro. A diferencial percentual de fase perde sensibilidade justamente nessa região.

A função diferencial de terra restrita compara a corrente residual dos TCs de fase do enrolamento com a corrente do TC de neutro. Por envolver apenas um enrolamento e não ser afetada pela corrente de carga nem pelo inrush, pode ser ajustada com sensibilidade muito maior, cobrindo uma parcela maior do enrolamento.

Ensaios e verificação em serviço

No comissionamento, além dos ensaios de característica (pick-up, inclinações e restrição harmônica) com a mala de testes, dois cuidados fazem diferença: a verificação de polaridade e de defasamento angular de todos os TCs, e a leitura das correntes diferenciais e de restrição no relé com o transformador em carga. Uma corrente diferencial residual elevada em carga é o primeiro sinal de erro de ligação ou de parametrização.

Na prática de subestações de alta tensão, aplicar esses critérios reduz o risco de desligamentos indevidos e de danos severos aos equipamentos, preservando a continuidade do fornecimento.

Como a sua equipe coordena as características dos TCs com as curvas de restrição nas parametrizações de proteção? Fale com a equipe da Eversep ou conheça nossos trabalhos na página de Cases.