Metodologia para classificar e priorizar substituições de transformadores de corrente superados por saturação

Abstract

Transformadores de corrente (TC) de núcleo de ferro operam através de variação de fluxo magnético sobre material ferromagnético para fornecer uma cópia confiável da corrente primária em seus secundários. Em condição de corrente de curto-circuito assimétrica passante pelo primário, e se não estiver dimensionado adequadamente para este transitório, o núcleo de um TC pode saturar e não fornecer esta cópia fiel da corrente de curto-circuito em seus enrolamentos secundários aos relés de proteção. Essa situação pode levar os esquemas de proteção diferencial dos elementos do sistema, tais como barramentos, transformadores e linhas, a atuar quando não deveriam. Uma vez que o TC sature não há maneira determinada de prever o comportamento deste relé frente a correntes distorcidas devido à saturação. Os modernos relés de proteção digitais atuais atuam em tempos muito menores do que os antigos relés eletromecânicos, além de contar com eficazes algoritmos para contornar a saturação dos TCs. Contudo, saturações que ocorram em tempos realmente estreitos podem levar a atuações indevidas. As concessionárias de energia e agências reguladoras percebem que, embora muitos dos relés de proteção tenham sido modernizados e substituídos por novos digitais, ainda existem muitos TCs, que devido as suas longas vidas úteis, por volta de 35 anos, permanecem em operação, levando a riscos de atuações indevidas dos relés de proteção. Todos esses TCs precisam ser substituídos por novos TCs com seção transversal dimensionada para atender ao regime transitório inicial. Visando permitir classificar e priorizar essas substituições, este trabalho tem como objetivo propor uma metodologia baseada em levantamentos de dados relevantes, distribuição de faltas ao longo das linhas de transmissão e avaliação de impacto financeiro das atuações indevidas. No trabalho são apresentados estudos de caso, demonstrando os benefícios do uso da metodologia.

Iron core current transformers (CT) rely on magnetic flux over ferromagnetic material to deliver a reliable copy of the primary current on the secondary terminals. Under asymmetric fault condition and if it is not properly sized, the core of a CT can saturate, and do not deliver a loyal current on its secondary windings to the protection relays. That situation can lead differential protection schemes of power system elements, such as busbars, transformers and lines, to trip when they shouldn’t. Once a CT saturates, there is no reliable way to predict the behavior of a differential relay facing distorted currents due to saturation. Today’s modern digital protection relays act much faster than the older electromechanical relays, besides of having complex algorithms to deal with CT saturation. However, saturation happening on very short times can lead to undue trips. Utilities and regulatory agencies realize that while protection relays have been modernized, replaced for new digital ones, hundreds or thousands of CTs, due to their long life span around 35 years, remained on site, leading to risks of undue differential trips. All these CTs need to be replaced by newer ones properly dimensioned. In order to classify and prioritize the CT replacements, this work aims to propose a methodology based on data collection, fault distribution along the transmission lines and evaluation of the financial impact of the undue trips. Case studies are presented, demonstrating the benefits of the use of the methodology.