Uriel Horta e Gustavo Carvalho da PEXTRON®
Sumário
Transformadores a seco são amplamente utilizados em subestações industriais, geração distribuída e cabines primárias, sendo fundamentais para a continuidade do fornecimento de energia. Uma das principais causas de falha nesses equipamentos está relacionada ao superaquecimento decorrente de sobrecargas. Para garantir sua integridade e operação segura, é necessário um sistema eficiente de monitoramento e proteção térmica. Este artigo apresenta os fundamentos da proteção térmica em transformadores a seco e destaca as funcionalidades que um relé de proteção térmica deve possuir, no sentido de poder atuar com precisão, mesmo quando instalado em ambientes agressivos como as subestações. Um relé térmico de transformadores a seco deve incorporar funções como monitoramento via RTD Pt100, controle de refrigeração e providenciar desligamentos em caso de sobretemperatura, além de possibilitar comunicação remota. É importante destacar que, para a proteção térmica de transformadores a seco em subestações, deve-se priorizar o uso de relés térmicos “verdadeiros”, desenvolvidos especificamente para essa finalidade. Diferentemente de termômetros digitais ou controladores de temperatura, estes relés devem estar em conformidade com normas NBR e IEC e terem sido submetido a ensaios de tipo que demonstram sua robustez contra interferências eletromagnéticas e variações climáticas, consolidando-os como uma solução confiável para aumentar a vida útil e a confiabilidade operacional de transformadores a seco.
Introdução
Os transformadores a seco são muito utilizados em subestações industriais internas, geração distribuída e cabines primárias, sendo essenciais para a distribuição da energia elétrica. Sua falha pode causar grandes prejuízos e um dos principais pontos de falha está relacionado com sua temperatura de operação devido a sobrecargas, que causam superaquecimento do equipamento e consequentemente sua queima.
A figura 1 abaixo mostra um típico transformador a seco aplicado em subestações de média tensão.
Figura 1: Típico transformador a seco
Caso o transformador venha a queimar por sobrecarga, haverá grandes prejuízos financeiros para a empresa e possível perda do equipamento de forma temporária ou até mesmo definitiva. Sendo assim, é fundamental garantir uma operação segura do equipamento, sem que haja riscos de perda por queima.
Portanto, é necessário ter um um adequado meio de proteção, controle e monitoramento da temperatura para que se preserve as características do transformador. Normalmente um relé de proteção térmica de transformadores a seco efetua o monitoramento da temperatura com dois objetivos principais:
- Ativar refrigeração forçada;
- Desligamento do transformador.
A tabela 1 abaixo ilustra as funções e ações de um relé de proteção térmica “verdadeiro”, bem como as razões pelas quais deve agir dessa forma:
Tabela 1: Funcionalidades de relés térmicos de transformadores a seco
De uma forma geral, o fabricante do transformador instala alguns sensores de temperatura RTD (Resistance Temperature Detector – Detector de Temperatura por Resistência), tipo Pt100, no topo dos enrolamentos. Tais sensores fazem aquisição das temperaturas, convertendo esses sinais em grandezas elétricas que alimentam o relé de proteção térmica. A figura 2 mostra sensores RTD Pt100 inseridos nas bobinas de um transformador a seco.
Fig 2- Sensores RTDs inserido nos enrolamentos de um transformador a seco
O relé térmico deve ser capaz de ler as medições realizadas pelos sensores e enviar sinais para efetuar as ações citadas na tabela 1 acima. Deve monitorar com precisão as temperaturas internas do transformador e acionar ventiladores para seu resfriamento e em casos críticos, desligar o equipamento antes que ele sofra danos irreversíveis.
Relé de Proteção Térmica “Verdadeiro”
2.1- Características Básicas:
Um “verdadeiro” relé de proteção térmica de transformadores a seco deve ser uma solução robusta e confiável para proteção, monitoramento e controle térmico deste equipamento. Deve ser projetado e fabricado para atuar em ambientes agressivos como as subestações elétricas e geralmente também podem ser aplicados em outras máquinas elétricas como motores e geradores, garantindo medição precisa e respostas eficientes para evitar danos por sobrecargas. A figura 3 ilustra um típico relé de proteção térmica de transformador a seco.
Corrente Contínua (CC): Obtida por meio de retificadores ou bancos de baterias, a CC mantém o funcionamento dos sistemas críticos mesmo durante falhas da rede principal de energia elétrica.
Fig 3: Típico relé de proteção térmica de transformador a seco
Tais modelos de relés realizam uma proteção precisa, garantindo segurança e eficiência para transformadores a seco. Devem ser um dispositivo muito robusto e confiável para controle térmico em ambientes agressivos como as subestações de média tensão.
2.2- Funcionalidades Principais:
Um “verdadeiro” relé para aplicação em transformadores a seco, deve incorporar funções avançadas de proteção térmica e suas principais características incluem:
- ANSI 26/49: Monitoramento térmico via RTD Pt100, geralmente 4 entradas, permitindo medir a temperatura dos 3 enrolamentos e da temperatura ambiente;
- ANSI 23: Controle de temperatura, normalmente com duas saídas para atuação em sistemas de refrigeração do transformador;
- Medição de até 4 temperaturas simultaneamente via sensores RTD Pt100;
- Registro de máximas temperaturas, permitindo análise de tendências e prevenção de falhas;
- Interface de comunicação como por exemplo RS485 com protocolo Modbus RTU, facilitando integração com sistemas de monitoramento remotos.
A combinação de alta precisão na medição térmica e respostas rápidas de atuação faz de um “verdadeiro” relé de proteção térmica uma solução indispensável para preservar a integridade dos transformadores a seco e evitar falhas prematuras.
2.3 – Conformidade com Normas Internacionais e Ensaios :
Diferentemente de controladores e termômetros digitais que alguns usuários equivocadamente costumam aplicar em transformadores a seco, um “verdadeiro” relé térmico é um autêntico relé de proteção, apto a operar em ambientes hostis como as subestações de média tensão que sofrem interferências eletromagnéticas, descargas elétricas, etc que causam danos aos dispositivos eletrônicos instalados. Os relés de proteção devem possuir certificação de ensaios conforme exigido pelas normas NBR e IEC, no sentido de garantir confiabilidade e segurança. A figura 4 ilustra um certificado de ensaio de tipo para um relé de proteção térmica de equipamentos elétricos.
Fig 4: Certificado de ensaio de tipo de um “verdadeiro” relé térmico
Diferentemente de outros dispositivos mais simples como os controladores e termômetros digitais comuns, que não possuem os requisitos necessários para ambientes agressivos como as subestações, os relés térmicos (e todos relés de proteção em geral) são projetados especificamente para operar em condições severas, garantindo proteção contínua mesmo em ambientes de alta interferência.
Geralmente um “verdadeiro” relé de proteção térmica é submetido aos seguintes ensaios de tipo:
- Ensaios de Isolação: Testes dielétricos, resistência de isolamento conforme NBR 7116 e tensão de impulso conforme NBR 7116 e IEC 255-5;
- Ensaios de Distúrbios: Testes de surtos conforme IEC 255-22 e radiação eletromagnética conforme IEC 255-6, garantindo robustez contra interferências externas;
- Ensaios Climáticos: Câmara de ciclo térmico conforme IEC 60068-2-14, assegurando operação confiável em variações extremas de temperatura.
Adicionalmente tais relés devem ser tropicalizados, ou seja, durante sua fabricação recebem uma aplicação de resina nas placas internas para proteção contra umidade e atmosferas agressivas, no sentido de garantir uma proteção extra ao hardware e permitir instalação ao tempo ou abrigados.
Conclusão
Um “verdadeiro” relé de proteção térmica é uma solução eficiente e confiável para o controle térmico de transformadores a seco e outras máquinas elétricas. Com alta precisão na medição de temperatura, comunicação integrada e conformidade com normas nacionais e internacionais, ele se destaca como um dispositivo essencial para a segurança e a eficiência operacional de subestações de energia elétrica.