SLD 1

IMPORTAcircNCIA DOS PROTETORES DE

SURTO (SNUBBERS) PARA PROTECcedilAtildeO DE

TRANSFORMADORES

CLAacuteUDIO S MARDEGAN

SLD 2

Claacuteudio Seacutergio Mardegan eacute Diretor da EngePower Engenharia e

Comeacutercio Ltda especialista em proteccedilatildeo de sistemas eleacutetricos

industriais e qualidade de energia com experiecircncia de mais de 38 anos

nesta aacuterea Jaacute ministrou por mais de 93 vezes o treinamento de proteccedilatildeo e

seletividade 28 vezes o treinamento de Subestaccedilotildees e 11 vezes o treinamento

de Qualidade de Energia 9 vezes o treinamento de Arc Flash e 5 vezes o

treinamento de partida de motores Apresentou diversos artigos em revistas

especializadas e ministrou inuacutemeras palestras teacutecnicas (Conferecircncias IEEE-IAS

e IEEE-IampCPSIEEE-ESW-Brasil CINASE CINAPE NR-10 etc) Eacute consultor

das principais empresas multinacionais e empresas corporativas Eacute engenheiro

eletricista formado em 1980 pela Escola Federal de Engenharia de Itajubaacute

(Antiga EFEI atualmente UNIFEI) Eacute autor do livro ldquoProteccedilatildeo e Seletividade em

Sistemas Eleacutetricos Industriaisrdquo patrocinado pela Schneider Eacute co-autor do Guia

de Normas do Setor Eleacutetrico Eacute Membro Senior do IEEE e participa tambeacutem dos

Working Groups do IEEE para ldquoGeneratoracutes Groundingrdquo e do Buff Book (Seacuterie

3004) Neste uacuteltimo participa na revisatildeo do Capiacutetulo de Proteccedilatildeo de

Transformadores eacute Chair do Capiacutetulo 6 ndash Ground Fault Protection e tambeacutem eacute

Chair do Capiacutetulo 13 ndash Protection Coordination Eacute secretaacuterio do Capiacutetulo 1 da

Seacuterie 3003 (antigo Green Book ndash Aterramento) Eacute vice-chair de Surge Protection

do IEEE e tambeacutem participa dos grupos de Forensics e do DC Team do IEEE Eacute

paper reviewer e associated editor do IEEE

SLD 3

O objetivo deste artigo eacute mostrar os processos envolvidos durante os

transitoacuterios de chaveamento bem como alertar fabricantes usuaacuterios e

especialistas em transformadores sobre este novo fenocircmeno que vem

ocorrendo ao redor de todo o mundo e a soluccedilatildeo para mitigar este fenocircmeno

OBJETIVO

SLD 4

1- MOTIVACcedilAtildeO PARA ESCREVER O ARTIGO

2- CONCEITOS BAacuteSICOS

3- COMENTAacuteRIOS DE CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

4- PRINCIPAIS PROTECcedilOtildeES CONTRA OS DISTUacuteRBIOS

5 ndash O FENOcircMENO

6 ndash MITIGACcedilAtildeO

7 - MODELAGEM

8 ndash SIMULACcedilAtildeO

9 ndash MONTAGEM E INSTALACcedilAtildeO

10- QUESTOtildeES A SEREM ANALISADAS AO INCLUIR ESTA PROTECcedilAtildeO

11- BIBLIOGRAFIA

IacuteNDICE

SLD 5

A motivaccedilatildeo para o desenvolvimento deste artigo se deve ao fato de que a

maior parte da comunidade teacutecnica ainda desconhece este fenocircmeno e assim a

ideia eacute demonstrar de uma maneira relativamente simples o fenocircmeno que

acontece o que ele pode provocar e tambeacutem as etapas para a mitigaccedilatildeo do

mesmo

1 - MOTIVACcedilAtildeO PARA ESCREVER ESTE ARTIGO

SLD 6

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

CONCEITOS BAacuteSICOS

(a) DEFINICcedilOtildeES

Capacitacircncia - Dois condutores separados por um dieleacutetrico formam

uma capacitacircncia Exemplo Os condutores de uma linha de

transmissatildeo satildeo condutores a terra eacute condutora e o ar eacute isolante e

desta forma tem-se um capacitor gigante

Capacitacircncia Proacutepria - Todos os equipamentos eleacutetricos tais como

cabos motores geradores etc satildeo constituiacutedos de condutores Estes

condutores satildeo isolados normalmente com papel verniz etc e como

satildeo instalados sobre uma parte metaacutelica forma-se o que chamamos

de capacitacircncia proacutepria do equipamento

Corrente de Charging - Eacute a corrente de fuga que circula pelas

capacitacircncias proacuteprias dos equipamentos Em sistemas trifaacutesicos

essas correntes teoricamente se anulam por estarem defasadas de

120 graus uma da outra

SLD 7

(b) REPRESENTACcedilAtildeO IDEAL DE UMA ISOLACcedilAtildeO

Quando se faz uma mediccedilatildeo com um Megocirchmetro mede-se apenas

a resistecircncia de isolamento pois a fonte do Megger eacute corrente

contiacutenua (DC) e iraacute enxergar a capacitacircncia como um circuito aberto

Para medir a capacitacircncia se faz necessaacuterio a utilizaccedilatildeo de um

Medidor de Fator de Potecircncia de Isolamento que nada mais eacute do

que um ensaio de tensatildeo de aplicada em corrente alternada (AC)

Desta maneira pode-se representar conforme figura abaixo

C R

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 8

(c) Surtos

A referecircncia [06] define os surtos de tensatildeo satildeo transitoacuterios de tensatildeo de qualquer

polaridade de duraccedilatildeo inferior a 1 ciclo que tipicamente satildeo decrescentes e

oscilatoacuterias A referecircncia [05] define o surto como um transitoacuterio de tensatildeo de

duraccedilatildeo inferior 1 ciclo evidenciada como uma breve e aguda descontinuidade na

forma de onda de tensatildeo A polaridade pode ser aditiva ou subtrativa

Dependendo da amplitude e energia dos surtos de tensatildeo os mesmos podem ser

a causa de dano e destruiccedilatildeo de componentes e equipamentos Isto acontece

quando o surto atinge valores e formas de onda proacuteximos eou acima do valor para

o qual os equipamentos satildeo testados (pex ANSI C6241-1991)

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 9

(c) Surtos

Os surtos satildeo normalmente decorrentes de manobras (energizaccedilatildeo

desenergizaccedilatildeo) e tambeacutem devido agrave descargas atmosfeacutericas

Surtos de Manobra

Para o melhor entendimento do processo dos surtos de manobra a

desenergizaccedilatildeo eacute o mais faacutecil de entender e consistem em primeira instacircncia na

interrupccedilatildeo de corrente

Para se interromper a corrente eacute necessaacuterio que ela exista Em existindo esta

corrente produz energia eletromagneacutetica que eacute armazenada nas indutacircncias do

sistema sob a forma de

Poreacutem natildeo se pode variar a corrente instantaneamente em uma bobina pois isto

implicaria em um tempo zero (dt=0 na equaccedilatildeo seguinte) porque neste caso seria

necessaacuteria uma tensatildeo infinita o que eacute inexequiacutevel

119907 119905 = 119871 times119889119894(119905)

119889119905

119864119862 =1

2times 119871 times 1198682

Se dt=0 v(t) rarrinfin

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 2

Claacuteudio Seacutergio Mardegan eacute Diretor da EngePower Engenharia e

Comeacutercio Ltda especialista em proteccedilatildeo de sistemas eleacutetricos

industriais e qualidade de energia com experiecircncia de mais de 38 anos

nesta aacuterea Jaacute ministrou por mais de 93 vezes o treinamento de proteccedilatildeo e

seletividade 28 vezes o treinamento de Subestaccedilotildees e 11 vezes o treinamento

de Qualidade de Energia 9 vezes o treinamento de Arc Flash e 5 vezes o

treinamento de partida de motores Apresentou diversos artigos em revistas

especializadas e ministrou inuacutemeras palestras teacutecnicas (Conferecircncias IEEE-IAS

e IEEE-IampCPSIEEE-ESW-Brasil CINASE CINAPE NR-10 etc) Eacute consultor

das principais empresas multinacionais e empresas corporativas Eacute engenheiro

eletricista formado em 1980 pela Escola Federal de Engenharia de Itajubaacute

(Antiga EFEI atualmente UNIFEI) Eacute autor do livro ldquoProteccedilatildeo e Seletividade em

Sistemas Eleacutetricos Industriaisrdquo patrocinado pela Schneider Eacute co-autor do Guia

de Normas do Setor Eleacutetrico Eacute Membro Senior do IEEE e participa tambeacutem dos

Working Groups do IEEE para ldquoGeneratoracutes Groundingrdquo e do Buff Book (Seacuterie

3004) Neste uacuteltimo participa na revisatildeo do Capiacutetulo de Proteccedilatildeo de

Transformadores eacute Chair do Capiacutetulo 6 ndash Ground Fault Protection e tambeacutem eacute

Chair do Capiacutetulo 13 ndash Protection Coordination Eacute secretaacuterio do Capiacutetulo 1 da

Seacuterie 3003 (antigo Green Book ndash Aterramento) Eacute vice-chair de Surge Protection

do IEEE e tambeacutem participa dos grupos de Forensics e do DC Team do IEEE Eacute

paper reviewer e associated editor do IEEE

SLD 3

O objetivo deste artigo eacute mostrar os processos envolvidos durante os

transitoacuterios de chaveamento bem como alertar fabricantes usuaacuterios e

especialistas em transformadores sobre este novo fenocircmeno que vem

ocorrendo ao redor de todo o mundo e a soluccedilatildeo para mitigar este fenocircmeno

OBJETIVO

SLD 4

1- MOTIVACcedilAtildeO PARA ESCREVER O ARTIGO

2- CONCEITOS BAacuteSICOS

3- COMENTAacuteRIOS DE CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

4- PRINCIPAIS PROTECcedilOtildeES CONTRA OS DISTUacuteRBIOS

5 ndash O FENOcircMENO

6 ndash MITIGACcedilAtildeO

7 - MODELAGEM

8 ndash SIMULACcedilAtildeO

9 ndash MONTAGEM E INSTALACcedilAtildeO

10- QUESTOtildeES A SEREM ANALISADAS AO INCLUIR ESTA PROTECcedilAtildeO

11- BIBLIOGRAFIA

IacuteNDICE

SLD 5

A motivaccedilatildeo para o desenvolvimento deste artigo se deve ao fato de que a

maior parte da comunidade teacutecnica ainda desconhece este fenocircmeno e assim a

ideia eacute demonstrar de uma maneira relativamente simples o fenocircmeno que

acontece o que ele pode provocar e tambeacutem as etapas para a mitigaccedilatildeo do

mesmo

1 - MOTIVACcedilAtildeO PARA ESCREVER ESTE ARTIGO

SLD 6

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

CONCEITOS BAacuteSICOS

(a) DEFINICcedilOtildeES

Capacitacircncia - Dois condutores separados por um dieleacutetrico formam

uma capacitacircncia Exemplo Os condutores de uma linha de

transmissatildeo satildeo condutores a terra eacute condutora e o ar eacute isolante e

desta forma tem-se um capacitor gigante

Capacitacircncia Proacutepria - Todos os equipamentos eleacutetricos tais como

cabos motores geradores etc satildeo constituiacutedos de condutores Estes

condutores satildeo isolados normalmente com papel verniz etc e como

satildeo instalados sobre uma parte metaacutelica forma-se o que chamamos

de capacitacircncia proacutepria do equipamento

Corrente de Charging - Eacute a corrente de fuga que circula pelas

capacitacircncias proacuteprias dos equipamentos Em sistemas trifaacutesicos

essas correntes teoricamente se anulam por estarem defasadas de

120 graus uma da outra

SLD 7

(b) REPRESENTACcedilAtildeO IDEAL DE UMA ISOLACcedilAtildeO

Quando se faz uma mediccedilatildeo com um Megocirchmetro mede-se apenas

a resistecircncia de isolamento pois a fonte do Megger eacute corrente

contiacutenua (DC) e iraacute enxergar a capacitacircncia como um circuito aberto

Para medir a capacitacircncia se faz necessaacuterio a utilizaccedilatildeo de um

Medidor de Fator de Potecircncia de Isolamento que nada mais eacute do

que um ensaio de tensatildeo de aplicada em corrente alternada (AC)

Desta maneira pode-se representar conforme figura abaixo

C R

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 8

(c) Surtos

A referecircncia [06] define os surtos de tensatildeo satildeo transitoacuterios de tensatildeo de qualquer

polaridade de duraccedilatildeo inferior a 1 ciclo que tipicamente satildeo decrescentes e

oscilatoacuterias A referecircncia [05] define o surto como um transitoacuterio de tensatildeo de

duraccedilatildeo inferior 1 ciclo evidenciada como uma breve e aguda descontinuidade na

forma de onda de tensatildeo A polaridade pode ser aditiva ou subtrativa

Dependendo da amplitude e energia dos surtos de tensatildeo os mesmos podem ser

a causa de dano e destruiccedilatildeo de componentes e equipamentos Isto acontece

quando o surto atinge valores e formas de onda proacuteximos eou acima do valor para

o qual os equipamentos satildeo testados (pex ANSI C6241-1991)

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 9

(c) Surtos

Os surtos satildeo normalmente decorrentes de manobras (energizaccedilatildeo

desenergizaccedilatildeo) e tambeacutem devido agrave descargas atmosfeacutericas

Surtos de Manobra

Para o melhor entendimento do processo dos surtos de manobra a

desenergizaccedilatildeo eacute o mais faacutecil de entender e consistem em primeira instacircncia na

interrupccedilatildeo de corrente

Para se interromper a corrente eacute necessaacuterio que ela exista Em existindo esta

corrente produz energia eletromagneacutetica que eacute armazenada nas indutacircncias do

sistema sob a forma de

Poreacutem natildeo se pode variar a corrente instantaneamente em uma bobina pois isto

implicaria em um tempo zero (dt=0 na equaccedilatildeo seguinte) porque neste caso seria

necessaacuteria uma tensatildeo infinita o que eacute inexequiacutevel

119907 119905 = 119871 times119889119894(119905)

119889119905

119864119862 =1

2times 119871 times 1198682

Se dt=0 v(t) rarrinfin

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 3

O objetivo deste artigo eacute mostrar os processos envolvidos durante os

transitoacuterios de chaveamento bem como alertar fabricantes usuaacuterios e

especialistas em transformadores sobre este novo fenocircmeno que vem

ocorrendo ao redor de todo o mundo e a soluccedilatildeo para mitigar este fenocircmeno

OBJETIVO

SLD 4

1- MOTIVACcedilAtildeO PARA ESCREVER O ARTIGO

2- CONCEITOS BAacuteSICOS

3- COMENTAacuteRIOS DE CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

4- PRINCIPAIS PROTECcedilOtildeES CONTRA OS DISTUacuteRBIOS

5 ndash O FENOcircMENO

6 ndash MITIGACcedilAtildeO

7 - MODELAGEM

8 ndash SIMULACcedilAtildeO

9 ndash MONTAGEM E INSTALACcedilAtildeO

10- QUESTOtildeES A SEREM ANALISADAS AO INCLUIR ESTA PROTECcedilAtildeO

11- BIBLIOGRAFIA

IacuteNDICE

SLD 5

A motivaccedilatildeo para o desenvolvimento deste artigo se deve ao fato de que a

maior parte da comunidade teacutecnica ainda desconhece este fenocircmeno e assim a

ideia eacute demonstrar de uma maneira relativamente simples o fenocircmeno que

acontece o que ele pode provocar e tambeacutem as etapas para a mitigaccedilatildeo do

mesmo

1 - MOTIVACcedilAtildeO PARA ESCREVER ESTE ARTIGO

SLD 6

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

CONCEITOS BAacuteSICOS

(a) DEFINICcedilOtildeES

Capacitacircncia - Dois condutores separados por um dieleacutetrico formam

uma capacitacircncia Exemplo Os condutores de uma linha de

transmissatildeo satildeo condutores a terra eacute condutora e o ar eacute isolante e

desta forma tem-se um capacitor gigante

Capacitacircncia Proacutepria - Todos os equipamentos eleacutetricos tais como

cabos motores geradores etc satildeo constituiacutedos de condutores Estes

condutores satildeo isolados normalmente com papel verniz etc e como

satildeo instalados sobre uma parte metaacutelica forma-se o que chamamos

de capacitacircncia proacutepria do equipamento

Corrente de Charging - Eacute a corrente de fuga que circula pelas

capacitacircncias proacuteprias dos equipamentos Em sistemas trifaacutesicos

essas correntes teoricamente se anulam por estarem defasadas de

120 graus uma da outra

SLD 7

(b) REPRESENTACcedilAtildeO IDEAL DE UMA ISOLACcedilAtildeO

Quando se faz uma mediccedilatildeo com um Megocirchmetro mede-se apenas

a resistecircncia de isolamento pois a fonte do Megger eacute corrente

contiacutenua (DC) e iraacute enxergar a capacitacircncia como um circuito aberto

Para medir a capacitacircncia se faz necessaacuterio a utilizaccedilatildeo de um

Medidor de Fator de Potecircncia de Isolamento que nada mais eacute do

que um ensaio de tensatildeo de aplicada em corrente alternada (AC)

Desta maneira pode-se representar conforme figura abaixo

C R

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 8

(c) Surtos

A referecircncia [06] define os surtos de tensatildeo satildeo transitoacuterios de tensatildeo de qualquer

polaridade de duraccedilatildeo inferior a 1 ciclo que tipicamente satildeo decrescentes e

oscilatoacuterias A referecircncia [05] define o surto como um transitoacuterio de tensatildeo de

duraccedilatildeo inferior 1 ciclo evidenciada como uma breve e aguda descontinuidade na

forma de onda de tensatildeo A polaridade pode ser aditiva ou subtrativa

Dependendo da amplitude e energia dos surtos de tensatildeo os mesmos podem ser

a causa de dano e destruiccedilatildeo de componentes e equipamentos Isto acontece

quando o surto atinge valores e formas de onda proacuteximos eou acima do valor para

o qual os equipamentos satildeo testados (pex ANSI C6241-1991)

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 9

(c) Surtos

Os surtos satildeo normalmente decorrentes de manobras (energizaccedilatildeo

desenergizaccedilatildeo) e tambeacutem devido agrave descargas atmosfeacutericas

Surtos de Manobra

Para o melhor entendimento do processo dos surtos de manobra a

desenergizaccedilatildeo eacute o mais faacutecil de entender e consistem em primeira instacircncia na

interrupccedilatildeo de corrente

Para se interromper a corrente eacute necessaacuterio que ela exista Em existindo esta

corrente produz energia eletromagneacutetica que eacute armazenada nas indutacircncias do

sistema sob a forma de

Poreacutem natildeo se pode variar a corrente instantaneamente em uma bobina pois isto

implicaria em um tempo zero (dt=0 na equaccedilatildeo seguinte) porque neste caso seria

necessaacuteria uma tensatildeo infinita o que eacute inexequiacutevel

119907 119905 = 119871 times119889119894(119905)

119889119905

119864119862 =1

2times 119871 times 1198682

Se dt=0 v(t) rarrinfin

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 4

1- MOTIVACcedilAtildeO PARA ESCREVER O ARTIGO

2- CONCEITOS BAacuteSICOS

3- COMENTAacuteRIOS DE CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

4- PRINCIPAIS PROTECcedilOtildeES CONTRA OS DISTUacuteRBIOS

5 ndash O FENOcircMENO

6 ndash MITIGACcedilAtildeO

7 - MODELAGEM

8 ndash SIMULACcedilAtildeO

9 ndash MONTAGEM E INSTALACcedilAtildeO

10- QUESTOtildeES A SEREM ANALISADAS AO INCLUIR ESTA PROTECcedilAtildeO

11- BIBLIOGRAFIA

IacuteNDICE

SLD 5

A motivaccedilatildeo para o desenvolvimento deste artigo se deve ao fato de que a

maior parte da comunidade teacutecnica ainda desconhece este fenocircmeno e assim a

ideia eacute demonstrar de uma maneira relativamente simples o fenocircmeno que

acontece o que ele pode provocar e tambeacutem as etapas para a mitigaccedilatildeo do

mesmo

1 - MOTIVACcedilAtildeO PARA ESCREVER ESTE ARTIGO

SLD 6

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

CONCEITOS BAacuteSICOS

(a) DEFINICcedilOtildeES

Capacitacircncia - Dois condutores separados por um dieleacutetrico formam

uma capacitacircncia Exemplo Os condutores de uma linha de

transmissatildeo satildeo condutores a terra eacute condutora e o ar eacute isolante e

desta forma tem-se um capacitor gigante

Capacitacircncia Proacutepria - Todos os equipamentos eleacutetricos tais como

cabos motores geradores etc satildeo constituiacutedos de condutores Estes

condutores satildeo isolados normalmente com papel verniz etc e como

satildeo instalados sobre uma parte metaacutelica forma-se o que chamamos

de capacitacircncia proacutepria do equipamento

Corrente de Charging - Eacute a corrente de fuga que circula pelas

capacitacircncias proacuteprias dos equipamentos Em sistemas trifaacutesicos

essas correntes teoricamente se anulam por estarem defasadas de

120 graus uma da outra

SLD 7

(b) REPRESENTACcedilAtildeO IDEAL DE UMA ISOLACcedilAtildeO

Quando se faz uma mediccedilatildeo com um Megocirchmetro mede-se apenas

a resistecircncia de isolamento pois a fonte do Megger eacute corrente

contiacutenua (DC) e iraacute enxergar a capacitacircncia como um circuito aberto

Para medir a capacitacircncia se faz necessaacuterio a utilizaccedilatildeo de um

Medidor de Fator de Potecircncia de Isolamento que nada mais eacute do

que um ensaio de tensatildeo de aplicada em corrente alternada (AC)

Desta maneira pode-se representar conforme figura abaixo

C R

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 8

(c) Surtos

A referecircncia [06] define os surtos de tensatildeo satildeo transitoacuterios de tensatildeo de qualquer

polaridade de duraccedilatildeo inferior a 1 ciclo que tipicamente satildeo decrescentes e

oscilatoacuterias A referecircncia [05] define o surto como um transitoacuterio de tensatildeo de

duraccedilatildeo inferior 1 ciclo evidenciada como uma breve e aguda descontinuidade na

forma de onda de tensatildeo A polaridade pode ser aditiva ou subtrativa

Dependendo da amplitude e energia dos surtos de tensatildeo os mesmos podem ser

a causa de dano e destruiccedilatildeo de componentes e equipamentos Isto acontece

quando o surto atinge valores e formas de onda proacuteximos eou acima do valor para

o qual os equipamentos satildeo testados (pex ANSI C6241-1991)

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 9

(c) Surtos

Os surtos satildeo normalmente decorrentes de manobras (energizaccedilatildeo

desenergizaccedilatildeo) e tambeacutem devido agrave descargas atmosfeacutericas

Surtos de Manobra

Para o melhor entendimento do processo dos surtos de manobra a

desenergizaccedilatildeo eacute o mais faacutecil de entender e consistem em primeira instacircncia na

interrupccedilatildeo de corrente

Para se interromper a corrente eacute necessaacuterio que ela exista Em existindo esta

corrente produz energia eletromagneacutetica que eacute armazenada nas indutacircncias do

sistema sob a forma de

Poreacutem natildeo se pode variar a corrente instantaneamente em uma bobina pois isto

implicaria em um tempo zero (dt=0 na equaccedilatildeo seguinte) porque neste caso seria

necessaacuteria uma tensatildeo infinita o que eacute inexequiacutevel

119907 119905 = 119871 times119889119894(119905)

119889119905

119864119862 =1

2times 119871 times 1198682

Se dt=0 v(t) rarrinfin

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 5

A motivaccedilatildeo para o desenvolvimento deste artigo se deve ao fato de que a

maior parte da comunidade teacutecnica ainda desconhece este fenocircmeno e assim a

ideia eacute demonstrar de uma maneira relativamente simples o fenocircmeno que

acontece o que ele pode provocar e tambeacutem as etapas para a mitigaccedilatildeo do

mesmo

1 - MOTIVACcedilAtildeO PARA ESCREVER ESTE ARTIGO

SLD 6

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

CONCEITOS BAacuteSICOS

(a) DEFINICcedilOtildeES

Capacitacircncia - Dois condutores separados por um dieleacutetrico formam

uma capacitacircncia Exemplo Os condutores de uma linha de

transmissatildeo satildeo condutores a terra eacute condutora e o ar eacute isolante e

desta forma tem-se um capacitor gigante

Capacitacircncia Proacutepria - Todos os equipamentos eleacutetricos tais como

cabos motores geradores etc satildeo constituiacutedos de condutores Estes

condutores satildeo isolados normalmente com papel verniz etc e como

satildeo instalados sobre uma parte metaacutelica forma-se o que chamamos

de capacitacircncia proacutepria do equipamento

Corrente de Charging - Eacute a corrente de fuga que circula pelas

capacitacircncias proacuteprias dos equipamentos Em sistemas trifaacutesicos

essas correntes teoricamente se anulam por estarem defasadas de

120 graus uma da outra

SLD 7

(b) REPRESENTACcedilAtildeO IDEAL DE UMA ISOLACcedilAtildeO

Quando se faz uma mediccedilatildeo com um Megocirchmetro mede-se apenas

a resistecircncia de isolamento pois a fonte do Megger eacute corrente

contiacutenua (DC) e iraacute enxergar a capacitacircncia como um circuito aberto

Para medir a capacitacircncia se faz necessaacuterio a utilizaccedilatildeo de um

Medidor de Fator de Potecircncia de Isolamento que nada mais eacute do

que um ensaio de tensatildeo de aplicada em corrente alternada (AC)

Desta maneira pode-se representar conforme figura abaixo

C R

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 8

(c) Surtos

A referecircncia [06] define os surtos de tensatildeo satildeo transitoacuterios de tensatildeo de qualquer

polaridade de duraccedilatildeo inferior a 1 ciclo que tipicamente satildeo decrescentes e

oscilatoacuterias A referecircncia [05] define o surto como um transitoacuterio de tensatildeo de

duraccedilatildeo inferior 1 ciclo evidenciada como uma breve e aguda descontinuidade na

forma de onda de tensatildeo A polaridade pode ser aditiva ou subtrativa

Dependendo da amplitude e energia dos surtos de tensatildeo os mesmos podem ser

a causa de dano e destruiccedilatildeo de componentes e equipamentos Isto acontece

quando o surto atinge valores e formas de onda proacuteximos eou acima do valor para

o qual os equipamentos satildeo testados (pex ANSI C6241-1991)

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 9

(c) Surtos

Os surtos satildeo normalmente decorrentes de manobras (energizaccedilatildeo

desenergizaccedilatildeo) e tambeacutem devido agrave descargas atmosfeacutericas

Surtos de Manobra

Para o melhor entendimento do processo dos surtos de manobra a

desenergizaccedilatildeo eacute o mais faacutecil de entender e consistem em primeira instacircncia na

interrupccedilatildeo de corrente

Para se interromper a corrente eacute necessaacuterio que ela exista Em existindo esta

corrente produz energia eletromagneacutetica que eacute armazenada nas indutacircncias do

sistema sob a forma de

Poreacutem natildeo se pode variar a corrente instantaneamente em uma bobina pois isto

implicaria em um tempo zero (dt=0 na equaccedilatildeo seguinte) porque neste caso seria

necessaacuteria uma tensatildeo infinita o que eacute inexequiacutevel

119907 119905 = 119871 times119889119894(119905)

119889119905

119864119862 =1

2times 119871 times 1198682

Se dt=0 v(t) rarrinfin

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 6

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

CONCEITOS BAacuteSICOS

(a) DEFINICcedilOtildeES

Capacitacircncia - Dois condutores separados por um dieleacutetrico formam

uma capacitacircncia Exemplo Os condutores de uma linha de

transmissatildeo satildeo condutores a terra eacute condutora e o ar eacute isolante e

desta forma tem-se um capacitor gigante

Capacitacircncia Proacutepria - Todos os equipamentos eleacutetricos tais como

cabos motores geradores etc satildeo constituiacutedos de condutores Estes

condutores satildeo isolados normalmente com papel verniz etc e como

satildeo instalados sobre uma parte metaacutelica forma-se o que chamamos

de capacitacircncia proacutepria do equipamento

Corrente de Charging - Eacute a corrente de fuga que circula pelas

capacitacircncias proacuteprias dos equipamentos Em sistemas trifaacutesicos

essas correntes teoricamente se anulam por estarem defasadas de

120 graus uma da outra

SLD 7

(b) REPRESENTACcedilAtildeO IDEAL DE UMA ISOLACcedilAtildeO

Quando se faz uma mediccedilatildeo com um Megocirchmetro mede-se apenas

a resistecircncia de isolamento pois a fonte do Megger eacute corrente

contiacutenua (DC) e iraacute enxergar a capacitacircncia como um circuito aberto

Para medir a capacitacircncia se faz necessaacuterio a utilizaccedilatildeo de um

Medidor de Fator de Potecircncia de Isolamento que nada mais eacute do

que um ensaio de tensatildeo de aplicada em corrente alternada (AC)

Desta maneira pode-se representar conforme figura abaixo

C R

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 8

(c) Surtos

A referecircncia [06] define os surtos de tensatildeo satildeo transitoacuterios de tensatildeo de qualquer

polaridade de duraccedilatildeo inferior a 1 ciclo que tipicamente satildeo decrescentes e

oscilatoacuterias A referecircncia [05] define o surto como um transitoacuterio de tensatildeo de

duraccedilatildeo inferior 1 ciclo evidenciada como uma breve e aguda descontinuidade na

forma de onda de tensatildeo A polaridade pode ser aditiva ou subtrativa

Dependendo da amplitude e energia dos surtos de tensatildeo os mesmos podem ser

a causa de dano e destruiccedilatildeo de componentes e equipamentos Isto acontece

quando o surto atinge valores e formas de onda proacuteximos eou acima do valor para

o qual os equipamentos satildeo testados (pex ANSI C6241-1991)

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 9

(c) Surtos

Os surtos satildeo normalmente decorrentes de manobras (energizaccedilatildeo

desenergizaccedilatildeo) e tambeacutem devido agrave descargas atmosfeacutericas

Surtos de Manobra

Para o melhor entendimento do processo dos surtos de manobra a

desenergizaccedilatildeo eacute o mais faacutecil de entender e consistem em primeira instacircncia na

interrupccedilatildeo de corrente

Para se interromper a corrente eacute necessaacuterio que ela exista Em existindo esta

corrente produz energia eletromagneacutetica que eacute armazenada nas indutacircncias do

sistema sob a forma de

Poreacutem natildeo se pode variar a corrente instantaneamente em uma bobina pois isto

implicaria em um tempo zero (dt=0 na equaccedilatildeo seguinte) porque neste caso seria

necessaacuteria uma tensatildeo infinita o que eacute inexequiacutevel

119907 119905 = 119871 times119889119894(119905)

119889119905

119864119862 =1

2times 119871 times 1198682

Se dt=0 v(t) rarrinfin

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 7

(b) REPRESENTACcedilAtildeO IDEAL DE UMA ISOLACcedilAtildeO

Quando se faz uma mediccedilatildeo com um Megocirchmetro mede-se apenas

a resistecircncia de isolamento pois a fonte do Megger eacute corrente

contiacutenua (DC) e iraacute enxergar a capacitacircncia como um circuito aberto

Para medir a capacitacircncia se faz necessaacuterio a utilizaccedilatildeo de um

Medidor de Fator de Potecircncia de Isolamento que nada mais eacute do

que um ensaio de tensatildeo de aplicada em corrente alternada (AC)

Desta maneira pode-se representar conforme figura abaixo

C R

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 8

(c) Surtos

A referecircncia [06] define os surtos de tensatildeo satildeo transitoacuterios de tensatildeo de qualquer

polaridade de duraccedilatildeo inferior a 1 ciclo que tipicamente satildeo decrescentes e

oscilatoacuterias A referecircncia [05] define o surto como um transitoacuterio de tensatildeo de

duraccedilatildeo inferior 1 ciclo evidenciada como uma breve e aguda descontinuidade na

forma de onda de tensatildeo A polaridade pode ser aditiva ou subtrativa

Dependendo da amplitude e energia dos surtos de tensatildeo os mesmos podem ser

a causa de dano e destruiccedilatildeo de componentes e equipamentos Isto acontece

quando o surto atinge valores e formas de onda proacuteximos eou acima do valor para

o qual os equipamentos satildeo testados (pex ANSI C6241-1991)

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 9

(c) Surtos

Os surtos satildeo normalmente decorrentes de manobras (energizaccedilatildeo

desenergizaccedilatildeo) e tambeacutem devido agrave descargas atmosfeacutericas

Surtos de Manobra

Para o melhor entendimento do processo dos surtos de manobra a

desenergizaccedilatildeo eacute o mais faacutecil de entender e consistem em primeira instacircncia na

interrupccedilatildeo de corrente

Para se interromper a corrente eacute necessaacuterio que ela exista Em existindo esta

corrente produz energia eletromagneacutetica que eacute armazenada nas indutacircncias do

sistema sob a forma de

Poreacutem natildeo se pode variar a corrente instantaneamente em uma bobina pois isto

implicaria em um tempo zero (dt=0 na equaccedilatildeo seguinte) porque neste caso seria

necessaacuteria uma tensatildeo infinita o que eacute inexequiacutevel

119907 119905 = 119871 times119889119894(119905)

119889119905

119864119862 =1

2times 119871 times 1198682

Se dt=0 v(t) rarrinfin

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 8

(c) Surtos

A referecircncia [06] define os surtos de tensatildeo satildeo transitoacuterios de tensatildeo de qualquer

polaridade de duraccedilatildeo inferior a 1 ciclo que tipicamente satildeo decrescentes e

oscilatoacuterias A referecircncia [05] define o surto como um transitoacuterio de tensatildeo de

duraccedilatildeo inferior 1 ciclo evidenciada como uma breve e aguda descontinuidade na

forma de onda de tensatildeo A polaridade pode ser aditiva ou subtrativa

Dependendo da amplitude e energia dos surtos de tensatildeo os mesmos podem ser

a causa de dano e destruiccedilatildeo de componentes e equipamentos Isto acontece

quando o surto atinge valores e formas de onda proacuteximos eou acima do valor para

o qual os equipamentos satildeo testados (pex ANSI C6241-1991)

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 9

(c) Surtos

Os surtos satildeo normalmente decorrentes de manobras (energizaccedilatildeo

desenergizaccedilatildeo) e tambeacutem devido agrave descargas atmosfeacutericas

Surtos de Manobra

Para o melhor entendimento do processo dos surtos de manobra a

desenergizaccedilatildeo eacute o mais faacutecil de entender e consistem em primeira instacircncia na

interrupccedilatildeo de corrente

Para se interromper a corrente eacute necessaacuterio que ela exista Em existindo esta

corrente produz energia eletromagneacutetica que eacute armazenada nas indutacircncias do

sistema sob a forma de

Poreacutem natildeo se pode variar a corrente instantaneamente em uma bobina pois isto

implicaria em um tempo zero (dt=0 na equaccedilatildeo seguinte) porque neste caso seria

necessaacuteria uma tensatildeo infinita o que eacute inexequiacutevel

119907 119905 = 119871 times119889119894(119905)

119889119905

119864119862 =1

2times 119871 times 1198682

Se dt=0 v(t) rarrinfin

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 9

(c) Surtos

Os surtos satildeo normalmente decorrentes de manobras (energizaccedilatildeo

desenergizaccedilatildeo) e tambeacutem devido agrave descargas atmosfeacutericas

Surtos de Manobra

Para o melhor entendimento do processo dos surtos de manobra a

desenergizaccedilatildeo eacute o mais faacutecil de entender e consistem em primeira instacircncia na

interrupccedilatildeo de corrente

Para se interromper a corrente eacute necessaacuterio que ela exista Em existindo esta

corrente produz energia eletromagneacutetica que eacute armazenada nas indutacircncias do

sistema sob a forma de

Poreacutem natildeo se pode variar a corrente instantaneamente em uma bobina pois isto

implicaria em um tempo zero (dt=0 na equaccedilatildeo seguinte) porque neste caso seria

necessaacuteria uma tensatildeo infinita o que eacute inexequiacutevel

119907 119905 = 119871 times119889119894(119905)

119889119905

119864119862 =1

2times 119871 times 1198682

Se dt=0 v(t) rarrinfin

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

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SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 10

(c) Surtos

Limite de Suportabilidade do

Equipamento

Surto

kV

Tempo

A tensatildeo na praacutetica natildeo atinge o infinito mas sim um valor alto (sobretensatildeo)

Apoacutes a abertura do dispositivo de manobra o sistema sai de um estado de

equiliacutebrio entra num novo estado de desequiliacutebrio energeacutetico que agora a energia

eletromagneacutetica eacute utilizada para carregar as capacitacircncias do sistema (frac12 CV2) A

sobretensatildeo da abertura carrega entatildeo os capacitores com esta tensatildeo mais

elevada que apoacutes a abertura troca energia com o indutor em cada lado do

dispositivo de manobra e oscila ateacute amortecer toda energia

Se natildeo houver onde amortecer (Resistecircncia) teoricamente a oscilaccedilatildeo natildeo

cessaria

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 11

(c) Surtos

Surtos devidos a descargas Atmosfeacutericas

Os surtos atmosfeacutericos quando caem sobre uma linha normalmente se divide em

dois I I2I2

As tensotildees que iratildeo se sobrepor agrave tensatildeo da rede seratildeo dadas por

Da mesma maneira que no chaveamento a descarga atmosfeacuterica tira o sistema

eleacutetrico do regime permanente e a nova situaccedilatildeo iraacute criar tambeacutem uma oscilaccedilatildeo

das energias armazenadas entre as capacitacircncias e a as indutacircncias do sistema

ateacute que esta energia seja dissipada por efeito Joule nas resistecircncias dos sistema

119881 = 119885119862 times119868

2ZC = Impedacircncia de Surto

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 12

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Eacute sabido que as cargas natildeo lineares se

comportam como fontes de corrente

harmocircnica Nos sistemas eleacutetricos as

impedacircncias satildeo praticamente indutivas

representada pela reatacircncia das

maacutequinasequipamentos tais como

transformadores motores geradores cabos

etc Ao se introduzir um banco de capacitores

no sistema a fonte harmocircnica ldquoenxergardquo a

indutacircncia equivalente do sistema em

paralelo com a capacitacircncia como indicado

na figura seguinte visto que parte de sua

corrente vai para o sistema e parte para o

capacitor

IhC

L

Ressonacircncia Acuacutestica

Ressonacircncia pelo Vento

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 13

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Ih

L

ZL =+jwL

ZC =-j [1(wC)]=-jXC

|Zh |= [XL XC ] [XL - XC ]

No plano W x w Reta pela Origem

No plano W x w Hipeacuterbole

w

W

XL

=XC

XC

=1 wC

wo

Conforme aumenta o tamanho do Capacitor

muda o ponto de ressonacircncia (Banco Autom)

XL

= wL Zh

wrsquoo

wrsquorsquoo

A fonte de corrente

harmocircnica Ih enxerga

uma impedacircncia Zh que

corresponde ao +jXL (=

jwL) em paralelo com -

jXC (= -j1wC)

Qdo XL =XC Zh LC

fLCC

L oo

ww

w2

111===

C

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 14

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Mesmo com uma pequena corrente harmocircnica pode-se ter a ocorrecircncia da

ressonacircncia paralela entretanto esta ressonacircncia pode se tornar mais criacutetica

quando a frequecircncia de ressonacircncia wo (ou fo) coincidir ou ficar proacutexima de uma

frequecircncia caracteriacutestica (p ex 5 7 11 13 etc)

Caacutelculo simplificado da frequecircncia provaacutevel da ressonacircncia

A ordem da frequecircncia de ressonacircncia pode ser estimada de uma forma

simplificada atraveacutes da equaccedilatildeo abaixo

MVAr

MVAcch

EI

EI

I

I

X

E

E

Xh

X

Xh

Cf

CC

Cf

CC

Lf

Cf

Lf

Cf

=

====

3

32

h

XXh

ChLh

CL

XX

aressonacircncidecondiccedilatildeoNa

Cf

Lf

o

o

ChLh

=

=

=

=

ww

ww

1

1

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 15

(e) RESSONAcircNCIA SEacuteRIE

Sabe-se que a impedacircncia em um dado ponto pode ser escrita na forma

apresentada abaixo

Zp = R + j (XL ndash XC)

Quando XL = XC ter-se-aacute um valor de impedacircncia miacutenimo e igual a

Zp = R

Diferentemente da ressonacircncia paralela em que a impedacircncia eacute maacutexima a

impedacircncia na ressonacircncia seacuterie eacute miacutenima

0

02

04

06

08

1

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35

Imp

eacircn

cia

(O

hm

s)

Ordem Harmocircnica

Ressonacircncia Seacuterie Trafo 1500 kVA-480V-250kVAr-535V

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 16

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Todo corpo fiacutesico possui uma ou mais frequecircncias proacuteprias a partir das quais o

mesmo pode entrar em ressonacircncia Apresenta-se a seguir um Graacutefico de Anaacutelise

do Scan de Frequecircncias de um transformador

As frequecircncias de ressonacircncia do

transformador satildeo 1087 kHz 346

kHz 4559 kHz 6002 kHz e 020

kHz Veja graacutefico ao lado

Como pode ser observado no graacutefico

fornecido pelo fabricante os mesmos

enfatizam os pontos correspondentes

os valores maacuteximos das

impedacircncias que representam as

ressonacircncias paralelas que vatildeo

causar sobretensotildees

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 17

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

A publicaccedilatildeo do IEEE Std C57142TM-2010 ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence

and Mitigation of Switching Transients Induced by Transformers Switching Device

and System Interactionrdquo [01]

Este Guia mostra a importacircncia de se

fazer a anaacutelise do Scan de Frequecircncia

enfatizando a importacircncia das

ressonacircncias seacuteries ou seja os valores

miacutenimos

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 18

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

a) O Guia do IEEE C57142[01] foi a primeira boa tentativa de cobrir este assunto

b) Eu investiguei mais de 65 falhas em transformadores realizei mais de 400

estudos de transitoacuterios de chaveamento e construiacute mais de 1200 snubbers e

posso dizer que a anaacutelise do FSRA realmente nos revela muita coisa

c) O primeiro pico do graacutefico corresponde a um ponto de ressonacircncia paralela

Neste ponto ocorreraacute uma amplificaccedilatildeo da tensatildeo para as altas frequecircncias e

normalmente iraacute danificar a bucha ou as primeiras espiras do enrolamento

(curto entre espiras)

d) O primeiro vale corresponde a uma ressonacircncia seacuterie e nos diz em qual

frequecircncia ter-se-aacute frac12 onda Tipicamente resulta numa ressonacircncia interna que

danifica os enrolamentos em pontos proacuteximos a 13 da extremidade do

enrolamento a partir da bucha

e) O segundo vale tambeacutem corresponde a uma ressonacircncia seacuterie ocorrendo

uma amplificaccedilatildeo em frac34 da onda e danificando numa posiccedilatildeo proacutexima a 23

do enrolamento a partir da bucha

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 19

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

f) Os transformadores enrolado em camadas (Layer Wound) e Cast Coil satildeo mais

susceptiacuteveis a essas condiccedilotildees de ressonacircncia interna

g) Transformadores de construccedilatildeo VPI (Vacuum Pressure Impregnated) satildeo mais

propensos a falhas de dvdt e as magnitudes da sobretensatildeo do que agraves

ressonacircncias internas

h) Este graacutefico nos daacute uma visatildeo interna da ressonacircncia do transformador para

eventos de alta frequecircncia decorrentes de chaveamento sem modelagens

complexas do transformador que cujas informaccedilotildees quase nunca satildeo

disponiacuteveis

i) Assim o trabalho do engenheiro especialista em sistema de potecircncia eacute fazer

com que estas ondas de alta frequecircncia natildeo atinjam o transformador sejam

nos picos sejam nos vales

Nota

A isolaccedilatildeo dos enrolamentos pode ser Open-wound vacuum pressure impregnation (VPI) vacuum

pressure encapsulated (VPE) encapsulated and cast coil

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 20

2009 ndash USA ndash Data Center ndash 30004500 kVA

2012 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000kVA - Queima de 11

transformadores

2012 ndash Brasil ndash Planta Quiacutemica ndash 138 kV ndash Queima de 1 transformador

2013 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000 kVA ndash Queima de 3

transformadores

2014 ndash Brasil ndash Induacutestria de Armas ndash 138 kV ndash 1250 kVA - Queima de 1

transformador

2014 ndash Brasil ndash Industria de equipamentos Eletrocircnicos ndash 138 kV ndash Queima de 1

Transformador

2014 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash Queima de 2 transformadores um de

6000 kVA e outro de 225 kVA

2014 ndash Brasil ndash Preacutedio Comercial ndash 345 kV ndash Queima de 1 transformador -2500kVA

3 - CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

SLD 21

Considere um transformador de trecircs enrolamentos como o do unifilar seguinte

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se

o seguinte

a) Transformador seco sem carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2

HVN

uacutecle

oLV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

HV

LV1 LV2

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 14

(d) RESSONAcircNCIA PARALELA

Mesmo com uma pequena corrente harmocircnica pode-se ter a ocorrecircncia da

ressonacircncia paralela entretanto esta ressonacircncia pode se tornar mais criacutetica

quando a frequecircncia de ressonacircncia wo (ou fo) coincidir ou ficar proacutexima de uma

frequecircncia caracteriacutestica (p ex 5 7 11 13 etc)

Caacutelculo simplificado da frequecircncia provaacutevel da ressonacircncia

A ordem da frequecircncia de ressonacircncia pode ser estimada de uma forma

simplificada atraveacutes da equaccedilatildeo abaixo

MVAr

MVAcch

EI

EI

I

I

X

E

E

Xh

X

Xh

Cf

CC

Cf

CC

Lf

Cf

Lf

Cf

=

====

3

32

h

XXh

ChLh

CL

XX

aressonacircncidecondiccedilatildeoNa

Cf

Lf

o

o

ChLh

=

=

=

=

ww

ww

1

1

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 15

(e) RESSONAcircNCIA SEacuteRIE

Sabe-se que a impedacircncia em um dado ponto pode ser escrita na forma

apresentada abaixo

Zp = R + j (XL ndash XC)

Quando XL = XC ter-se-aacute um valor de impedacircncia miacutenimo e igual a

Zp = R

Diferentemente da ressonacircncia paralela em que a impedacircncia eacute maacutexima a

impedacircncia na ressonacircncia seacuterie eacute miacutenima

0

02

04

06

08

1

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35

Imp

eacircn

cia

(O

hm

s)

Ordem Harmocircnica

Ressonacircncia Seacuterie Trafo 1500 kVA-480V-250kVAr-535V

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 16

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Todo corpo fiacutesico possui uma ou mais frequecircncias proacuteprias a partir das quais o

mesmo pode entrar em ressonacircncia Apresenta-se a seguir um Graacutefico de Anaacutelise

do Scan de Frequecircncias de um transformador

As frequecircncias de ressonacircncia do

transformador satildeo 1087 kHz 346

kHz 4559 kHz 6002 kHz e 020

kHz Veja graacutefico ao lado

Como pode ser observado no graacutefico

fornecido pelo fabricante os mesmos

enfatizam os pontos correspondentes

os valores maacuteximos das

impedacircncias que representam as

ressonacircncias paralelas que vatildeo

causar sobretensotildees

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 17

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

A publicaccedilatildeo do IEEE Std C57142TM-2010 ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence

and Mitigation of Switching Transients Induced by Transformers Switching Device

and System Interactionrdquo [01]

Este Guia mostra a importacircncia de se

fazer a anaacutelise do Scan de Frequecircncia

enfatizando a importacircncia das

ressonacircncias seacuteries ou seja os valores

miacutenimos

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 18

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

a) O Guia do IEEE C57142[01] foi a primeira boa tentativa de cobrir este assunto

b) Eu investiguei mais de 65 falhas em transformadores realizei mais de 400

estudos de transitoacuterios de chaveamento e construiacute mais de 1200 snubbers e

posso dizer que a anaacutelise do FSRA realmente nos revela muita coisa

c) O primeiro pico do graacutefico corresponde a um ponto de ressonacircncia paralela

Neste ponto ocorreraacute uma amplificaccedilatildeo da tensatildeo para as altas frequecircncias e

normalmente iraacute danificar a bucha ou as primeiras espiras do enrolamento

(curto entre espiras)

d) O primeiro vale corresponde a uma ressonacircncia seacuterie e nos diz em qual

frequecircncia ter-se-aacute frac12 onda Tipicamente resulta numa ressonacircncia interna que

danifica os enrolamentos em pontos proacuteximos a 13 da extremidade do

enrolamento a partir da bucha

e) O segundo vale tambeacutem corresponde a uma ressonacircncia seacuterie ocorrendo

uma amplificaccedilatildeo em frac34 da onda e danificando numa posiccedilatildeo proacutexima a 23

do enrolamento a partir da bucha

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 19

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

f) Os transformadores enrolado em camadas (Layer Wound) e Cast Coil satildeo mais

susceptiacuteveis a essas condiccedilotildees de ressonacircncia interna

g) Transformadores de construccedilatildeo VPI (Vacuum Pressure Impregnated) satildeo mais

propensos a falhas de dvdt e as magnitudes da sobretensatildeo do que agraves

ressonacircncias internas

h) Este graacutefico nos daacute uma visatildeo interna da ressonacircncia do transformador para

eventos de alta frequecircncia decorrentes de chaveamento sem modelagens

complexas do transformador que cujas informaccedilotildees quase nunca satildeo

disponiacuteveis

i) Assim o trabalho do engenheiro especialista em sistema de potecircncia eacute fazer

com que estas ondas de alta frequecircncia natildeo atinjam o transformador sejam

nos picos sejam nos vales

Nota

A isolaccedilatildeo dos enrolamentos pode ser Open-wound vacuum pressure impregnation (VPI) vacuum

pressure encapsulated (VPE) encapsulated and cast coil

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 20

2009 ndash USA ndash Data Center ndash 30004500 kVA

2012 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000kVA - Queima de 11

transformadores

2012 ndash Brasil ndash Planta Quiacutemica ndash 138 kV ndash Queima de 1 transformador

2013 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000 kVA ndash Queima de 3

transformadores

2014 ndash Brasil ndash Induacutestria de Armas ndash 138 kV ndash 1250 kVA - Queima de 1

transformador

2014 ndash Brasil ndash Industria de equipamentos Eletrocircnicos ndash 138 kV ndash Queima de 1

Transformador

2014 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash Queima de 2 transformadores um de

6000 kVA e outro de 225 kVA

2014 ndash Brasil ndash Preacutedio Comercial ndash 345 kV ndash Queima de 1 transformador -2500kVA

3 - CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

SLD 21

Considere um transformador de trecircs enrolamentos como o do unifilar seguinte

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se

o seguinte

a) Transformador seco sem carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2

HVN

uacutecle

oLV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

HV

LV1 LV2

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 15

(e) RESSONAcircNCIA SEacuteRIE

Sabe-se que a impedacircncia em um dado ponto pode ser escrita na forma

apresentada abaixo

Zp = R + j (XL ndash XC)

Quando XL = XC ter-se-aacute um valor de impedacircncia miacutenimo e igual a

Zp = R

Diferentemente da ressonacircncia paralela em que a impedacircncia eacute maacutexima a

impedacircncia na ressonacircncia seacuterie eacute miacutenima

0

02

04

06

08

1

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35

Imp

eacircn

cia

(O

hm

s)

Ordem Harmocircnica

Ressonacircncia Seacuterie Trafo 1500 kVA-480V-250kVAr-535V

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 16

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Todo corpo fiacutesico possui uma ou mais frequecircncias proacuteprias a partir das quais o

mesmo pode entrar em ressonacircncia Apresenta-se a seguir um Graacutefico de Anaacutelise

do Scan de Frequecircncias de um transformador

As frequecircncias de ressonacircncia do

transformador satildeo 1087 kHz 346

kHz 4559 kHz 6002 kHz e 020

kHz Veja graacutefico ao lado

Como pode ser observado no graacutefico

fornecido pelo fabricante os mesmos

enfatizam os pontos correspondentes

os valores maacuteximos das

impedacircncias que representam as

ressonacircncias paralelas que vatildeo

causar sobretensotildees

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 17

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

A publicaccedilatildeo do IEEE Std C57142TM-2010 ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence

and Mitigation of Switching Transients Induced by Transformers Switching Device

and System Interactionrdquo [01]

Este Guia mostra a importacircncia de se

fazer a anaacutelise do Scan de Frequecircncia

enfatizando a importacircncia das

ressonacircncias seacuteries ou seja os valores

miacutenimos

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 18

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

a) O Guia do IEEE C57142[01] foi a primeira boa tentativa de cobrir este assunto

b) Eu investiguei mais de 65 falhas em transformadores realizei mais de 400

estudos de transitoacuterios de chaveamento e construiacute mais de 1200 snubbers e

posso dizer que a anaacutelise do FSRA realmente nos revela muita coisa

c) O primeiro pico do graacutefico corresponde a um ponto de ressonacircncia paralela

Neste ponto ocorreraacute uma amplificaccedilatildeo da tensatildeo para as altas frequecircncias e

normalmente iraacute danificar a bucha ou as primeiras espiras do enrolamento

(curto entre espiras)

d) O primeiro vale corresponde a uma ressonacircncia seacuterie e nos diz em qual

frequecircncia ter-se-aacute frac12 onda Tipicamente resulta numa ressonacircncia interna que

danifica os enrolamentos em pontos proacuteximos a 13 da extremidade do

enrolamento a partir da bucha

e) O segundo vale tambeacutem corresponde a uma ressonacircncia seacuterie ocorrendo

uma amplificaccedilatildeo em frac34 da onda e danificando numa posiccedilatildeo proacutexima a 23

do enrolamento a partir da bucha

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 19

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

f) Os transformadores enrolado em camadas (Layer Wound) e Cast Coil satildeo mais

susceptiacuteveis a essas condiccedilotildees de ressonacircncia interna

g) Transformadores de construccedilatildeo VPI (Vacuum Pressure Impregnated) satildeo mais

propensos a falhas de dvdt e as magnitudes da sobretensatildeo do que agraves

ressonacircncias internas

h) Este graacutefico nos daacute uma visatildeo interna da ressonacircncia do transformador para

eventos de alta frequecircncia decorrentes de chaveamento sem modelagens

complexas do transformador que cujas informaccedilotildees quase nunca satildeo

disponiacuteveis

i) Assim o trabalho do engenheiro especialista em sistema de potecircncia eacute fazer

com que estas ondas de alta frequecircncia natildeo atinjam o transformador sejam

nos picos sejam nos vales

Nota

A isolaccedilatildeo dos enrolamentos pode ser Open-wound vacuum pressure impregnation (VPI) vacuum

pressure encapsulated (VPE) encapsulated and cast coil

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 20

2009 ndash USA ndash Data Center ndash 30004500 kVA

2012 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000kVA - Queima de 11

transformadores

2012 ndash Brasil ndash Planta Quiacutemica ndash 138 kV ndash Queima de 1 transformador

2013 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000 kVA ndash Queima de 3

transformadores

2014 ndash Brasil ndash Induacutestria de Armas ndash 138 kV ndash 1250 kVA - Queima de 1

transformador

2014 ndash Brasil ndash Industria de equipamentos Eletrocircnicos ndash 138 kV ndash Queima de 1

Transformador

2014 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash Queima de 2 transformadores um de

6000 kVA e outro de 225 kVA

2014 ndash Brasil ndash Preacutedio Comercial ndash 345 kV ndash Queima de 1 transformador -2500kVA

3 - CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

SLD 21

Considere um transformador de trecircs enrolamentos como o do unifilar seguinte

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se

o seguinte

a) Transformador seco sem carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2

HVN

uacutecle

oLV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

HV

LV1 LV2

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 16

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Todo corpo fiacutesico possui uma ou mais frequecircncias proacuteprias a partir das quais o

mesmo pode entrar em ressonacircncia Apresenta-se a seguir um Graacutefico de Anaacutelise

do Scan de Frequecircncias de um transformador

As frequecircncias de ressonacircncia do

transformador satildeo 1087 kHz 346

kHz 4559 kHz 6002 kHz e 020

kHz Veja graacutefico ao lado

Como pode ser observado no graacutefico

fornecido pelo fabricante os mesmos

enfatizam os pontos correspondentes

os valores maacuteximos das

impedacircncias que representam as

ressonacircncias paralelas que vatildeo

causar sobretensotildees

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 17

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

A publicaccedilatildeo do IEEE Std C57142TM-2010 ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence

and Mitigation of Switching Transients Induced by Transformers Switching Device

and System Interactionrdquo [01]

Este Guia mostra a importacircncia de se

fazer a anaacutelise do Scan de Frequecircncia

enfatizando a importacircncia das

ressonacircncias seacuteries ou seja os valores

miacutenimos

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 18

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

a) O Guia do IEEE C57142[01] foi a primeira boa tentativa de cobrir este assunto

b) Eu investiguei mais de 65 falhas em transformadores realizei mais de 400

estudos de transitoacuterios de chaveamento e construiacute mais de 1200 snubbers e

posso dizer que a anaacutelise do FSRA realmente nos revela muita coisa

c) O primeiro pico do graacutefico corresponde a um ponto de ressonacircncia paralela

Neste ponto ocorreraacute uma amplificaccedilatildeo da tensatildeo para as altas frequecircncias e

normalmente iraacute danificar a bucha ou as primeiras espiras do enrolamento

(curto entre espiras)

d) O primeiro vale corresponde a uma ressonacircncia seacuterie e nos diz em qual

frequecircncia ter-se-aacute frac12 onda Tipicamente resulta numa ressonacircncia interna que

danifica os enrolamentos em pontos proacuteximos a 13 da extremidade do

enrolamento a partir da bucha

e) O segundo vale tambeacutem corresponde a uma ressonacircncia seacuterie ocorrendo

uma amplificaccedilatildeo em frac34 da onda e danificando numa posiccedilatildeo proacutexima a 23

do enrolamento a partir da bucha

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 19

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

f) Os transformadores enrolado em camadas (Layer Wound) e Cast Coil satildeo mais

susceptiacuteveis a essas condiccedilotildees de ressonacircncia interna

g) Transformadores de construccedilatildeo VPI (Vacuum Pressure Impregnated) satildeo mais

propensos a falhas de dvdt e as magnitudes da sobretensatildeo do que agraves

ressonacircncias internas

h) Este graacutefico nos daacute uma visatildeo interna da ressonacircncia do transformador para

eventos de alta frequecircncia decorrentes de chaveamento sem modelagens

complexas do transformador que cujas informaccedilotildees quase nunca satildeo

disponiacuteveis

i) Assim o trabalho do engenheiro especialista em sistema de potecircncia eacute fazer

com que estas ondas de alta frequecircncia natildeo atinjam o transformador sejam

nos picos sejam nos vales

Nota

A isolaccedilatildeo dos enrolamentos pode ser Open-wound vacuum pressure impregnation (VPI) vacuum

pressure encapsulated (VPE) encapsulated and cast coil

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 20

2009 ndash USA ndash Data Center ndash 30004500 kVA

2012 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000kVA - Queima de 11

transformadores

2012 ndash Brasil ndash Planta Quiacutemica ndash 138 kV ndash Queima de 1 transformador

2013 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000 kVA ndash Queima de 3

transformadores

2014 ndash Brasil ndash Induacutestria de Armas ndash 138 kV ndash 1250 kVA - Queima de 1

transformador

2014 ndash Brasil ndash Industria de equipamentos Eletrocircnicos ndash 138 kV ndash Queima de 1

Transformador

2014 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash Queima de 2 transformadores um de

6000 kVA e outro de 225 kVA

2014 ndash Brasil ndash Preacutedio Comercial ndash 345 kV ndash Queima de 1 transformador -2500kVA

3 - CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

SLD 21

Considere um transformador de trecircs enrolamentos como o do unifilar seguinte

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se

o seguinte

a) Transformador seco sem carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2

HVN

uacutecle

oLV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

HV

LV1 LV2

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 17

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

A publicaccedilatildeo do IEEE Std C57142TM-2010 ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence

and Mitigation of Switching Transients Induced by Transformers Switching Device

and System Interactionrdquo [01]

Este Guia mostra a importacircncia de se

fazer a anaacutelise do Scan de Frequecircncia

enfatizando a importacircncia das

ressonacircncias seacuteries ou seja os valores

miacutenimos

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 18

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

a) O Guia do IEEE C57142[01] foi a primeira boa tentativa de cobrir este assunto

b) Eu investiguei mais de 65 falhas em transformadores realizei mais de 400

estudos de transitoacuterios de chaveamento e construiacute mais de 1200 snubbers e

posso dizer que a anaacutelise do FSRA realmente nos revela muita coisa

c) O primeiro pico do graacutefico corresponde a um ponto de ressonacircncia paralela

Neste ponto ocorreraacute uma amplificaccedilatildeo da tensatildeo para as altas frequecircncias e

normalmente iraacute danificar a bucha ou as primeiras espiras do enrolamento

(curto entre espiras)

d) O primeiro vale corresponde a uma ressonacircncia seacuterie e nos diz em qual

frequecircncia ter-se-aacute frac12 onda Tipicamente resulta numa ressonacircncia interna que

danifica os enrolamentos em pontos proacuteximos a 13 da extremidade do

enrolamento a partir da bucha

e) O segundo vale tambeacutem corresponde a uma ressonacircncia seacuterie ocorrendo

uma amplificaccedilatildeo em frac34 da onda e danificando numa posiccedilatildeo proacutexima a 23

do enrolamento a partir da bucha

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 19

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

f) Os transformadores enrolado em camadas (Layer Wound) e Cast Coil satildeo mais

susceptiacuteveis a essas condiccedilotildees de ressonacircncia interna

g) Transformadores de construccedilatildeo VPI (Vacuum Pressure Impregnated) satildeo mais

propensos a falhas de dvdt e as magnitudes da sobretensatildeo do que agraves

ressonacircncias internas

h) Este graacutefico nos daacute uma visatildeo interna da ressonacircncia do transformador para

eventos de alta frequecircncia decorrentes de chaveamento sem modelagens

complexas do transformador que cujas informaccedilotildees quase nunca satildeo

disponiacuteveis

i) Assim o trabalho do engenheiro especialista em sistema de potecircncia eacute fazer

com que estas ondas de alta frequecircncia natildeo atinjam o transformador sejam

nos picos sejam nos vales

Nota

A isolaccedilatildeo dos enrolamentos pode ser Open-wound vacuum pressure impregnation (VPI) vacuum

pressure encapsulated (VPE) encapsulated and cast coil

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 20

2009 ndash USA ndash Data Center ndash 30004500 kVA

2012 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000kVA - Queima de 11

transformadores

2012 ndash Brasil ndash Planta Quiacutemica ndash 138 kV ndash Queima de 1 transformador

2013 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000 kVA ndash Queima de 3

transformadores

2014 ndash Brasil ndash Induacutestria de Armas ndash 138 kV ndash 1250 kVA - Queima de 1

transformador

2014 ndash Brasil ndash Industria de equipamentos Eletrocircnicos ndash 138 kV ndash Queima de 1

Transformador

2014 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash Queima de 2 transformadores um de

6000 kVA e outro de 225 kVA

2014 ndash Brasil ndash Preacutedio Comercial ndash 345 kV ndash Queima de 1 transformador -2500kVA

3 - CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

SLD 21

Considere um transformador de trecircs enrolamentos como o do unifilar seguinte

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se

o seguinte

a) Transformador seco sem carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2

HVN

uacutecle

oLV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

HV

LV1 LV2

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 18

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

a) O Guia do IEEE C57142[01] foi a primeira boa tentativa de cobrir este assunto

b) Eu investiguei mais de 65 falhas em transformadores realizei mais de 400

estudos de transitoacuterios de chaveamento e construiacute mais de 1200 snubbers e

posso dizer que a anaacutelise do FSRA realmente nos revela muita coisa

c) O primeiro pico do graacutefico corresponde a um ponto de ressonacircncia paralela

Neste ponto ocorreraacute uma amplificaccedilatildeo da tensatildeo para as altas frequecircncias e

normalmente iraacute danificar a bucha ou as primeiras espiras do enrolamento

(curto entre espiras)

d) O primeiro vale corresponde a uma ressonacircncia seacuterie e nos diz em qual

frequecircncia ter-se-aacute frac12 onda Tipicamente resulta numa ressonacircncia interna que

danifica os enrolamentos em pontos proacuteximos a 13 da extremidade do

enrolamento a partir da bucha

e) O segundo vale tambeacutem corresponde a uma ressonacircncia seacuterie ocorrendo

uma amplificaccedilatildeo em frac34 da onda e danificando numa posiccedilatildeo proacutexima a 23

do enrolamento a partir da bucha

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 19

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

f) Os transformadores enrolado em camadas (Layer Wound) e Cast Coil satildeo mais

susceptiacuteveis a essas condiccedilotildees de ressonacircncia interna

g) Transformadores de construccedilatildeo VPI (Vacuum Pressure Impregnated) satildeo mais

propensos a falhas de dvdt e as magnitudes da sobretensatildeo do que agraves

ressonacircncias internas

h) Este graacutefico nos daacute uma visatildeo interna da ressonacircncia do transformador para

eventos de alta frequecircncia decorrentes de chaveamento sem modelagens

complexas do transformador que cujas informaccedilotildees quase nunca satildeo

disponiacuteveis

i) Assim o trabalho do engenheiro especialista em sistema de potecircncia eacute fazer

com que estas ondas de alta frequecircncia natildeo atinjam o transformador sejam

nos picos sejam nos vales

Nota

A isolaccedilatildeo dos enrolamentos pode ser Open-wound vacuum pressure impregnation (VPI) vacuum

pressure encapsulated (VPE) encapsulated and cast coil

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 20

2009 ndash USA ndash Data Center ndash 30004500 kVA

2012 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000kVA - Queima de 11

transformadores

2012 ndash Brasil ndash Planta Quiacutemica ndash 138 kV ndash Queima de 1 transformador

2013 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000 kVA ndash Queima de 3

transformadores

2014 ndash Brasil ndash Induacutestria de Armas ndash 138 kV ndash 1250 kVA - Queima de 1

transformador

2014 ndash Brasil ndash Industria de equipamentos Eletrocircnicos ndash 138 kV ndash Queima de 1

Transformador

2014 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash Queima de 2 transformadores um de

6000 kVA e outro de 225 kVA

2014 ndash Brasil ndash Preacutedio Comercial ndash 345 kV ndash Queima de 1 transformador -2500kVA

3 - CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

SLD 21

Considere um transformador de trecircs enrolamentos como o do unifilar seguinte

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se

o seguinte

a) Transformador seco sem carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2

HVN

uacutecle

oLV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

HV

LV1 LV2

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 19

(f) FSRA ndash Frequency Scan Response Analysis

Qual das duas consideraccedilotildees eacute mais importante Ambas Veja comentaacuterio de um

dos maiores especialistas do mundo sobre o assunto

f) Os transformadores enrolado em camadas (Layer Wound) e Cast Coil satildeo mais

susceptiacuteveis a essas condiccedilotildees de ressonacircncia interna

g) Transformadores de construccedilatildeo VPI (Vacuum Pressure Impregnated) satildeo mais

propensos a falhas de dvdt e as magnitudes da sobretensatildeo do que agraves

ressonacircncias internas

h) Este graacutefico nos daacute uma visatildeo interna da ressonacircncia do transformador para

eventos de alta frequecircncia decorrentes de chaveamento sem modelagens

complexas do transformador que cujas informaccedilotildees quase nunca satildeo

disponiacuteveis

i) Assim o trabalho do engenheiro especialista em sistema de potecircncia eacute fazer

com que estas ondas de alta frequecircncia natildeo atinjam o transformador sejam

nos picos sejam nos vales

Nota

A isolaccedilatildeo dos enrolamentos pode ser Open-wound vacuum pressure impregnation (VPI) vacuum

pressure encapsulated (VPE) encapsulated and cast coil

2 - CONCEITOS BAacuteSICOS

SLD 20

2009 ndash USA ndash Data Center ndash 30004500 kVA

2012 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000kVA - Queima de 11

transformadores

2012 ndash Brasil ndash Planta Quiacutemica ndash 138 kV ndash Queima de 1 transformador

2013 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000 kVA ndash Queima de 3

transformadores

2014 ndash Brasil ndash Induacutestria de Armas ndash 138 kV ndash 1250 kVA - Queima de 1

transformador

2014 ndash Brasil ndash Industria de equipamentos Eletrocircnicos ndash 138 kV ndash Queima de 1

Transformador

2014 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash Queima de 2 transformadores um de

6000 kVA e outro de 225 kVA

2014 ndash Brasil ndash Preacutedio Comercial ndash 345 kV ndash Queima de 1 transformador -2500kVA

3 - CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

SLD 21

Considere um transformador de trecircs enrolamentos como o do unifilar seguinte

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se

o seguinte

a) Transformador seco sem carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2

HVN

uacutecle

oLV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

HV

LV1 LV2

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 20

2009 ndash USA ndash Data Center ndash 30004500 kVA

2012 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000kVA - Queima de 11

transformadores

2012 ndash Brasil ndash Planta Quiacutemica ndash 138 kV ndash Queima de 1 transformador

2013 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash 6000 kVA ndash Queima de 3

transformadores

2014 ndash Brasil ndash Induacutestria de Armas ndash 138 kV ndash 1250 kVA - Queima de 1

transformador

2014 ndash Brasil ndash Industria de equipamentos Eletrocircnicos ndash 138 kV ndash Queima de 1

Transformador

2014 ndash Brasil ndash Planta de Papel ndash 345 kV ndash Queima de 2 transformadores um de

6000 kVA e outro de 225 kVA

2014 ndash Brasil ndash Preacutedio Comercial ndash 345 kV ndash Queima de 1 transformador -2500kVA

3 - CASOS REAIS OCORRIDOS NO BRASIL E USA

SLD 21

Considere um transformador de trecircs enrolamentos como o do unifilar seguinte

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se

o seguinte

a) Transformador seco sem carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2

HVN

uacutecle

oLV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

HV

LV1 LV2

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 21

Considere um transformador de trecircs enrolamentos como o do unifilar seguinte

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se

o seguinte

a) Transformador seco sem carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2

HVN

uacutecle

oLV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

HV

LV1 LV2

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 22

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

b) Transformador seco com carenagem

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o invoacutelucro

CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Ar

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 23

Do ponto de vista de capacitacircncias tem-se o seguinte

c) Transformador a oacuteleo

LV1 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 1

LV2 ndash Enrolamento de baixa tensatildeo 2

HV ndash Enrolamento de alta tensatildeo

CL1-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 1 para terra

CL2-G = Capacitacircncia do enrolamento de

baixa tensatildeo 2 para terra

CH-L1 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 1

CH-L2 = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o de baixa tensatildeo 2

CH-T = Capacitacircncia do enrolamento de

alta para o tanque (invoacutelucro)

CL1-G CH-L1

CL2-G CH-L2

LV1

LV2 HV

Nuacutecle

o CH-TC

xM

etaacute

lica I

nvoacutelu

cro

Meio isolante = Oacuteleo

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 24

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 25

4 ndash POR QUE OS TRANSFORMADORES SECOS SAtildeO MAIS SUSCEPTIacuteVEIS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 26

5 - O FENOcircMENO

O FENOcircMENO

Durante o processo de interrupccedilatildeo de corrente (processo eletromagneacutetico) natildeo

se consegue variar a corrente instantaneamente em um indutor (V = L didt) pois

teria que ter uma tensatildeo infinita o que eacute impossiacutevel fisicamente Entretanto esta

tensatildeo se eleva rapidamente e carrega entatildeo as capacitacircncias com uma energia

igual a

Ou seja a energia que estava armazenada nas indutacircncias iraacute ser transferida para

as capacitacircncias ou seja como C eacute constante o aumento da energia implica no

aumento da tensatildeo

Apoacutes a interrupccedilatildeo o capacitor iraacute tentar um novo estado de equiliacutebrio no sistema e

comeccedila entatildeo a trocar energias com as indutacircncias (do novo sistema devido agrave

nova configuraccedilatildeo) no caso a bobina do transformador

Devido agraves elevadas magnitudes e valores de dVdt do processo acima

mencionado os isolamentos natildeo suportam o ldquostressrdquo danificando-se

119864119862 =1

2times 119862 times 1198812

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 27

O FENOcircMENO

Como descrito nas normas e literaturas pertinentes o BIL eacute um ensaio destrutivo

para impulso atmosfeacuterico que o transformador somente deveraacute suportar poucas

vezes em sua vida uacutetil

Os chaveamentos dos disjuntores inuacutemeras vezes na vida uacutetil e mesmo natildeo se

atingindo o valor do BIL devido agraves elevadas magnitudes e dVdt vai-se

envelhecendo a isolaccedilatildeo ateacute que em determinado momento a mesma poderaacute

falhar

Na praacutetica este processo eacute ateacute um pouco mais complexo pois este fenocircmeno pode

ocorrer na energizaccedilatildeo no desligamento ou devido aos re-strikes (reacendimento

do arco quando a tensatildeo de TRV-Transient Recovery Voltage ultrapassa o limite

dieleacutetrico suportaacutevel pelo meio de extinccedilatildeo do disjuntor durante a abertura) Outro

fato que corrobora para agravar o problema eacute a interrupccedilatildeo de corrente antes da

mesma atingir o zero (chop current)

A interrupccedilatildeo da corrente provoca o aumento do moacutedulo da tensatildeo na carga e o re-

strike provoca um aumento do dVdt do lado carga ou seja da frequecircncia

5 - O FENOcircMENO

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 28

6 - MITIGACcedilAtildeO

MITIGACcedilAtildeO

Para a mitigaccedilatildeo utilizam-se paacutera-raios e snubbers como mostrado na figura

seguinte

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 29

7 - MODELAGEM

MODELAGEM

a) Modelagem do sistema

Para a modelagem do sistema eacute utilizado um programa de Transitoacuterios

Eletromagneacuteticos (p ex ATP EMTP-RV etc)

b) Modelagem dos componentes do Sistema

Cabos e Linhas

Transformadores

Disjuntores

Concessionaacuteria

Paacutera-raios

Resistores de Aterramento

Capacitores

Filtros

Carga

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 30

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC mNBI

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Tensotildees no primaacuterio de um

transformador de 10 MVA345kV

devido a manobra de abertura de

disjuntor no instante t = 165 ms

Up = 304 kV (fase A) 1667 MHz

sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t)

factors

offsets

1

000E+00

v TRAFOA

-1

000E+00

mNBI

1

000E+00

2410 2415 2420 2425 2430 2435 2440 2445 2450[ms]

-200

-100

0

100

200

300

103

Zoom da Figura ao lado mostrando a

tensatildeo (fase A) no primaacuterio do

transformador TR-16 de 10 MVA

devido a manobra de abertura do

disjuntor do cubiacuteculo H13 no instante t

= 165 ms Up = 304 kV (fase A)

1667 MHz sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 31

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC mRD

160 175 190 205 220 235 250[ms]-300

-200

-100

0

100

200

300

103

Detalhe da tensatildeo de repique(restrike)

entre os contatos dos polos do disjuntor o

Cub 5 devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms

ldquoRDrdquo refere-se a recuperaccedilatildeo do

dieleacutetrico durante a abertura do disjuntor

(36 Vμs) sem snubbers

(f ile H13_ABERTURA_SEM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cZA -YA

236 238 240 242 244 246[ms]-1200

-800

-400

0

400

800

1200

[A]

Detalhe da corrente entre os

contatos do polo A do disjuntor do

Cub5 devido a manobra de

abertura do disjuntor no instante t =

165 ms sem snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 32

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v TRAFOA v TRAFOB v TRAFOC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

[kV]

Tensotildees no primaacuterio do transformador

de 10 MVA devido a manobra de

abertura do disjuntor do Cubiacuteculo 5 no

instante t = 165 ms Up = 482 kV

(fase B) com snubbers

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) v ZA -YA v ZB -YB v ZC -YC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]-30

-8

14

36

58

80

[kV]

Detalhe da tensatildeo entre os contatos

dos polos do disjuntor do Cub5

devido a manobra de abertura do

disjuntor no instante t = 165 ms com

snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 33

SIMULACcedilAtildeO

(f ile H13_ABERTURA_COM_SNUBBERSpl4 x-v ar t) cTRAFOA-RESA cTRAFOB-RESB

cTRAFOC-RESC

0 5 10 15 20 25 30 35 40[ms]0

15

30

45

60

75

90

[A]

Energia absorvida pelos resistores dos snubbers

Fase A = 812 J

Fase B = 257 J

Fase C = 184 J

Com snubbers

8 - SIMULACcedilAtildeO

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 34

9 - ESPECIFICACcedilAtildeO

Tipo MOV

Modelo POLIM-D-36-11 ou Equivalente

Fabricante ABB SIEMENS ALSTOM TOSHIBA

Uc 36 kV

Un 45 kV

High Impulse Current 100 kA (410ms)

Nominal Discharge Current 10 kA (820ms)

Energia 36 kJkV(Uc)

Tipo Surto

Capacitacircncia Nominal 02 mF

Tensatildeo Nominal 345 kV

Frequecircncia Nominal 60 Hz

NBI 200 kV

Norma IEC 60871-12005

Sugestatildeo de Fabricantes ABB IneparIESA LAELC Alstom Nokian

Resistecircncia = 33 Ohms

Un= 345 kV

Potecircncia (Continuous) = gt 370 W

Energia = gt 60 kJ

NBI (BIL) = 200 kV

Tipo Resistor ceracircmico tubular natildeo indutivo

Sugestatildeo de Fabricantes KanthalOhmicEletele

Especificaccedilatildeo do Snubber

Paacutera-Raios

Capacitor de Surto

Resistor

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 35

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

a) Componentes

Devem ser de fabricantes

reconhecidos no mercado

b) Montagem

Os componentes devem ser

montados o mais proacuteximo

possiacutevel um do outro para

evitar indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

Preferecircncia para cordoalhas e

barras chatas para

interligaccedilatildeo

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 36

MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

c) Instalaccedilatildeo

O conjunto deve ser instalado

o mais proacuteximo possiacutevel das

buchas de alta para evitar

elevadas indutacircncias que em

altas frequecircncias leva a

elevadas reatacircncias

10 - MONTAGEM INSTALACcedilAtildeO

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 37

[01] IEEE Std C57142TM-2010

ldquoIEEE Guide to Describe the Ocurrence and Mitigation of Switching Transients

Induced by Transformers Switching Device and System Interactionrdquo

[02] Transformer Failure due to circuit breaker induced switching transients

Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (IampCPS) 2011

IEEE - David D Shipp Fellow IEEE Thomas J Dionise Senior Member IEEE

Visuth Lorch and Bill G MacFarlane PE Member IEEE

[03] Analysis of Integral Snubber Circuit Design for Transformers in Urban High Rise

Office Building IEEE Transactions on Industry Applications

[04] Medium-Voltage Switching Transient-Induced Potential Transformer Failures

Prediction Measurement and Practical Solutions

IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS VOL 49 NO 4

JULYAUGUST 2013 - Daniel C McDermit David D Shipp Fellow IEEE

Thomas J Dionise Senior Member IEEE and Visuth Lorch

[05] IEEE Std 1100 ndash IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding

Electronic Equipment (Emerald Book)

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 38

[06] IEEE Std 1159 ndash 1995

IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality

11 - REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 39

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

httpecmwebcomcontentbasics-large-dry-type-transformers

ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS

SLD 40

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ANEXO ndashDRY TYPE TRANSFORMERS