Análise Comparativa de Modelos Computacionais de Transformadores de Corrente via medições e simulações.

Abstract

O rápido e crescente desenvolvimento do sistema elétrico de potência exige que estudos detalhados e eficazes sejam conduzidos em diversos setores da engenharia elétrica, dentre eles os relacionados aos transitórios eletromagnéticos. Neste contexto, a modelagem computacional adequada de transformadores de corrente (TC) permite uma análise mais segura do sistema elétrico, possibilitando a avaliação conjunta entre o desempenho do TC e o seu impacto em sistemas de proteção, prevenindo, assim, atuações indevidas decorrentes da saturação destes transformadores ou mesmo relacionadas ao erro de transformação inerente ao TC. Ademais, é uma ferramenta complementar a ser utilizada para otimização de projetos de TC, bem como permite eventual redução de despesas com ensaios em laboratórios especializados em casos nos quais a confiabilidade da simulação seja comprovada. Esta dissertação tem por objetivo apresentar melhores práticas para implementação de diversos modelos de TCs existentes na literatura e realizar uma análise comparativa entre eles, em frequência fundamental, via simulações computacionais baseadas no EMTP – Electromagnetic Transients Program como o ATP – Alternative Transients Program e resultados reais de medições e ensaios. Estas comparações são realizadas mediante algumas aplicações de TCs considerando a saturação durante curtos-circuitos assimétricos, o erro composto de secundários de proteção durante curtos-circuitos simétricos, a limitação de corrente de secundários de medição também durante faltas simétricas e a desmagnetização de TCs. Além disso, é realizado um estudo de caso para explicar e demonstrar as principais diferenças entre as classes transitórias de TCs (TPX, TPY e TPZ), especificadas conforme a norma IEC 61869-2/2012. Este trabalho permitirá entender e mensurar o impacto da modelagem de alguns fenômenos para cada tipo aplicação, como a curva de saturação e a histerese, tal conhecimento é importante para se combinar eficiência com qualidade de simulação, uma vez que é possível deixar de considerar parâmetros de difícil implementação, principalmente devido à dificuldade no levantamento de dados, e que não influenciarão significativamente nos resultados. Três modelos principais foram selecionados para este estudo: o modelo saturável sem histerese, o modelo saturável com a histerese determinada pelo método do arco-tangente e o modelo saturável com a histerese determinada pela subrotina Hysteresis do ATP. Os resultados obtidos indicam que o maior fator de influência na modelagem dos TCs é a curva de magnetização, a qual deve ser corretamente inserida nos modelos para garantir respostas coerentes. Vale ressaltar que sua inclinação na região de saturação apresenta grande impacto nos resultados. Nos casos simulados, a histerese apresentou elevado grau de impacto apenas nos casos onde há desmagnetização do TC, como por exemplo, em religamentos automáticos.