Cálculo de parâmetros circuitais dos modelos de alta frequência para transformadores de potência.

Abstract

O número de falhas oriundas da interação entre transformadores e o sistema elétrico no qual estes estão instalados nunca foi desprezível. É fato conhecido que sobretensões ressonantes surgem no interior de enrolamentos quando excitados por um sinal de tensão com uma frequência específica de forma que algumas excitações oscilantes, mesmo de baixa amplitude, podem provocar esforços tão rigorosos quanto a sequência de ensaios dielétricos. Estes esforços não verificados pelos ensaios dielétricos são de especial interesse na análise de falhas em transformadores de potência. Há uma vasta gama de técnicas disponíveis para modelagem de transformadores para alta frequência baseandose na teoria de circuitos (parâmetros concentrados) ou na teoria de linhas de transmissão (parâmetros distribuídos). Ainda, dentre os métodos da teoria de circuitos, algumas técnicas têm sido destacadas e adequadamente definidas para modelar a interação dos transformadores de potência e reatores com o sistema elétrico. Dentre tais técnicas, o modelo "caixa-branca" utiliza circuitos equivalentes para reproduzir a resposta em frequência dos equipamentos. Cada trecho de cada enrolamento é discretizado até que possa ser representado por um ramo circuital. Quanto mais discretizado o circuito, espera-se que mais a resposta do modelo se aproxime à resposta real do equipamento, no ponto mais extremo o modelo pode considerar os enrolamentos "espira por espira", requerendo elevado esforço computacional para a solução do sistema de equações. Em geral, é necessário estimar três parâmetros fundamentais : . Matriz de indutâncias: descreve o acoplamento magnético entre os diferentes componentes, geralmente entre as espiras (ou grupo de espiras) dos enrolamentos. Pode ainda ser convertida numa matriz de acoplamento, oferecendo dados objetivos que tornam a análise mais simples à inspeção; . Matriz de capacitâncias: ao descrever o acoplamento elétrico entre cada elemento condutor do transformador, deve ser capaz de modelar o acúmulo de cargas elétricas ao longo dos enrolamentos; . Resistências : as resistências são responsáveis por dissipar a energia do circuito. Um circuito sem as resistências torna-se um circuito sem amortecimento e oscila perpetuamente. Contudo, a variação da dissipação de energia de acordo a frequência do sinal de excitação torna a modelagem complexa em muitos casos. Este trabalho visa realizar uma revisão das técnicas disponíveis atualmente para estimação das matrizes constituintes dos circuitos elétricos utilizados no modelo ?caixa-branca?. Espera-se que o trabalho possa propiciar um nível de informação ao leitor já familiarizado com o tema tal que seja possível analisar de forma objetiva a acuracidade de algum estudo eletromagnético com base nas técnicas utilizadas para obter os parâmetros circuitais. Tal capacidade é de especial importância durante o processo de Design Review de transformadores. As técnicas podem ser aplicadas aos diversos tipos de enrolamentos, como camada, disco contínuo, disco entrelaçado, hélice, hélice múltipla.