Os disjuntores a vácuo (VCB – Vacuum Circuit Breakers) são amplamente utilizados em sistemas de média tensão devido à sua alta confiabilidade e baixa necessidade de manutenção. No entanto, sua operação de manobra, especialmente na abertura de circuitos indutivos, pode introduzir desafios significativos relacionados a transitórios eletromagnéticos.
O Desafio: Sobretensões na Abertura de VCBs
A rápida recuperação dielétrica dos VCBs é uma de suas maiores vantagens, mas também pode gerar sobretensões transitórias de alta frequência. Dois fenômenos são cruciais nesse processo:
Esses fenômenos são particularmente críticos ao manobrar transformadores, principalmente os a seco, que possuem baixa capacitância entre o enrolamento primário e a terra. Essa característica eleva a frequência natural do circuito, aumentando a taxa de crescimento da TRT e a suscetibilidade a reignições severas.
Para avaliar os riscos, são desenvolvidos modelos detalhados no software ATP (Alternative Transients Program), uma ferramenta poderosa para a simulação de transitórios eletromagnéticos. O modelo incluiu:
Disjuntor a Vácuo (VCB): Representado por um modelo avançado Model que simula a recuperação dielétrica e os critérios de extinção e reignição do arco.
Transformador de Potência: Modelo detalhado, que incorpora as capacitâncias internas do equipamento, essencial para análises de alta frequência.
São analisadas situações com o transformador em vazio e com carga, em cenários com e sem a instalação de um circuito snubber.
O snubber é um dispositivo projetado para amortecer as oscilações e limitar as sobretensões durante a manobra do VCB. A configuração usualamente adotada foi um circuito RC série, instalado em paralelo com o transformador, associado a um para-raios.
Resistor (R): Dimensionado com um valor próximo à impedância de surto do cabo de conexão, para eliminar a reflexão de ondas transitórias
Capacitor (C): Sua função é aumentar a capacitância equivalente do circuito, o que reduz a frequência natural de oscilação e, consequentemente, a inclinação da TRT.
Para-raios (PR): O para-raios atua como limitador não linear de tensão, conduzindo a parcela de energia associada aos picos que ultrapassam a contenção proporcionada pelo snubber RC. Enquanto o RC reduz o dV/dt e amortece a TRT (minimizando a tendência a reignições do VCB), o para-raios faz o “clamp” de crista, absorvendo os excedentes de energia em eventos de reignição/pré-ignição e outros surtos rápidos, preservando a coordenação de isolamento do transformador e dos demais equipamentos
As simulações de um estudo de caso em um sistema 6,6 kV, com transformador a seco, mostram um cenário claro da atuação do snubber.
Sem Snubber: No pior caso analisado (manobra do transformador em vazio), foi registrada uma sobretensão máxima acima da suportabilidade do transformador, NBI (Nível Básico de Impulso)
A comparação entre os cenários evidencia a eficácia do snubber em controlar os transitórios de manobra.
Conclusão: Uma boa prática de Engenharia
A solução eficaz para mitigar este problema é a instalação de um circuito amortecedor (snubber). Composto por um resistor, capacitor e para-raios, o snubber atenua as oscilações de alta frequência e reduz a inclinação da TRT, controlando as sobretensões a níveis seguros. Sua aplicação, conforme demonstrado nessa análise, pode ser fundamental para garantir a integridade dos ativos e a segurança operacional do sistema elétrico durante as manobras.
Desse modo, destaca-se a importância dos estudos de manobra do disjuntor e correto dimensionamento dos snubbers aplicados em transformadores de potência.