A edição de 1996 da norma IEEE C37.110 passou a contemplar o fator de multiplicação de deslocamento (offset) (1 + X/R).
Essa mudança teve um impacto fundamental no dimensionamento de transformadores de corrente (TCs), alterando a base das diretrizes que antes eram focadas apenas em cálculos simétricos.
Para entender melhor por que isso é importante, veja os pontos principais:
1. Transição de Cálculos Simétricos para Assimétricos
Antes dessa norma, o dimensionamento de TCs baseava-se em cálculos de corrente simétrica tradicional. No entanto, descobriu-se que, em condições de falta, a corrente primária não é uma onda senoidal perfeita; ela possui uma componente de corrente contínua (DC offset) que causa assimetria na forma de onda. A norma C37.110-1996 formalizou a necessidade de considerar essa assimetria para determinar a tensão secundária necessária do TC.
2. O Papel do Fator (1 + X/R)
O fator (1 + X/R) é utilizado para compensar o efeito do DC offset e a consequente saturação do TC.
- O X/R representa a relação entre a reatância e a resistência do sistema no ponto da falta.
- Quanto maior o X/R, mais severo é o deslocamento DC e mais tempo ele leva para decair, o que aumenta drasticamente a exigência sobre o TC para que ele não sature e consiga reproduzir fielmente a corrente para os relés de proteção.
3. Impacto no Dimensionamento
A inclusão desse termo na fórmula de cálculo de tensão secundária (VS) aumentou significativamente os requisitos de classe de exatidão dos TCs. Segue uma comparação clara entre os métodos:
- Método Tradicional (Simétrico): VS = IS(RMS) × (RS + RW + RB).
- Método IEEE C37.110-1996: VS = (1 + X/R) × IS(RMS) × (RS + RW + RB).
VS é a tensão secundária de excitação (secondary exciting voltage) do transformador de corrente (TC).
RS: Refere-se à resistência interna do próprio transformador de corrente (enrolamento secundário). Em exemplos práticos de cálculo, esta variável também é identificada como RCT.
RW: Representa a resistência dos condutores (cabos) que conectam os terminais do TC ao dispositivo de proteção (relé). Nos cálculos exemplificados, é referida como RWIRE.
RB: É a resistência do dispositivo de proteção conectado, como o relé. Nas fontes, o “Burden” (ZB) é definido como a impedância total externa, que engloba tanto os dispositivos secundários quanto os condutores (RW).
Em sistemas industriais modernos, onde a relação X/R pode ser alta (14 ou mais), um TC dimensionado apenas pelo método simétrico pode ser totalmente inadequado, falhando em operar corretamente durante faltas severas devido à saturação.
4. Consequências para a Proteção
Se o TC saturar devido ao deslocamento DC não considerado no projeto, o relé de proteção (especialmente elementos instantâneos ou diferenciais) pode receber uma forma de onda distorcida. Isso pode levar a:
- Não operação do relé quando deveria atuar.
- Operação indevida (atuação por falhas fora da zona de proteção).
- Atrasos inesperados no tempo de interrupção da falta.
Referência: Cossé Jr., Roy E., Donald G. Dunn, and Robert M. Spiewak. “CT Saturation Calculations: Are They Applicable in the Modern World? Part I, the Question.”