Pode-se dizer que o sistema elétrico brasileiro de maneira geral é solidamente aterrado. Porém, existe diversas topologias que podem e são utilizadas em transformadores de potência que garantem características especificas para o SEP sendo elas:
- Sistema Isolado (Delta e Estrela Isolado)
- Solidamente Aterrado
- Aterrado por Resistência de Alto e Baixo Valor Ôhmico
- Aterrado com Reator ou Bobina Petterson.
Cada um deles possuí suas vantagens e desvantagens nesse artigo iremos abordar sobre cada um deles.
Sistema Isolado
O sistema isolado é um sistema que não possuí referência de terra. Este sistema se equilibra através das capacitâncias das fases para a terra do sistema deixando o ponto neutro da ligação com potencial próximo ao da terra
A vantagem deste sistema é que no momento de uma falta monofásica o sistema não para de operar, sendo muito utilizado em sistemas em que exigem continuidade no sistema.
Porém no momento do curto-circuito monofásico, a fase que está em falta vai para o potencial da terra e ocorre o deslocamento de neutro no sistema, gerando sobretensões transitórias. Como não há circulação de componente de sequência 0 as funções de proteção residuais (51N, 50N, 67N, …) não sensibilizam, sendo necessário utilizar a proteção 59N (Sobretensão residual de neutro) para eliminar o curto monofásico em sistemas isolados. Os equipamentos dimensionados para sistemas isolados devem possuir uma isolação com rigidez dielétrica maior do que equipamentos dimensionados para sistemas aterrados, para suportar a sobretensão até a atuação da proteção.
Sistema Aterrado
Os sistemas aterrados são muito utilizados no sistema elétrico de potência uma vez que no momento do curto-circuito fase-terra ocorre a circulação de componentes de sequência 0, possibilitando a atuação das funções residuais do sistema. Existem 3 tipos de sistemas aterrados, que são:
1. Sistema Solidamente Aterrado
Este sistema é o mais utilizado dentre os sistemas aterrados, segundo a norma da ANSI/IEEE em regime permanente as configurações do sistema são:
A principal característica deste sistema é impedir o deslocamento do neutro da ligação, para evitar sobretensões transitórias. No momento do curto-circuito o sistema não consegue operar pela elevação da corrente de falta do sistema, sendo necessário seccionar o sistema.
Uma das vantagens deste sistema é possibilitar detectar facilmente as faltas monofásicas no sistema, e não precisar sobredimensionar o nível de isolação dos equipamentos. Porém sua desvantagem é possuir elevadas correntes de curto-circuito, que podem ser maiores do que as correntes de curto-circuito trifásico. Além disso esse tipo de sistema pode apresentar faltas para terra resistida a arco elétrico que resulte em danos a equipamentos e pessoas.
2. Sistema Aterrado por Alta Resistência
Para dimensionar este sistema é utilizado resistores de alto valor ôhmico que são conectados no ponto neutro do sistema que são chamados de aterramento resistivo primário ou utilizando um transformador monofásico em que o primário do transformador é ligado no neutro do sistema e aterrado e no secundário do transformador monofásico adiciona uma resistência ôhmica de alto valor ôhmico. Geralmente são dimensionados com valores inferiores com as capacitâncias total do sistema em relação a terra, limitando as correntes de curto circuito em próximos de 1A a 25A, limitando também as sobretensões transitórias.
3. Sistema Aterrado por Baixa Resistência
Este sistema possuí a característica similar ao sistema solidamente aterrado, realizando a ligação de uma baixa resistência ôhmica entre o neutro do sistema e a terra, limitando a corrente de curto-circuito monofásico em 50A a 600A. Possuí a vantagem de diminuir a solicitação térmica dos equipamentos, além de evitar altas sobretensões no sistema.
Leia mais sobre Dimensionamento de Resistor de Aterramento:
4. Sistema aterrado ressonante Sistema ressonante realiza o aterramento do neutro do sistema através de um reator variável de alta reatância sintonizável (Bobina de Petersen ou reator de suspensão de arco). Em um curto-circuito monofásico irá ocorrer o deslocamento do neutro em relação a terra, a tensão gerada por este deslocamento irá gerar uma corrente indutiva que irá percorrer o neutro do sistema. No momento do curto-circuito, considerando uma situação ideal, a indutância da bobina irá ser igual a capacitância do sistema.
Neste momento a corrente indutiva irá possuir o mesmo valor da soma fasorial das correntes capacitivas das fases sãs, resultando em uma corrente de curto-circuito nula, porém na realidade esta corrente de falta possuí um valor de 3% a 10% do valor da corrente de um sistema não aterrado.
Conclusão
Em sistemas de alta/extra alta tensão não é interessante utilizar sistemas isolados ou aterrados por alta resistência pela dificuldade de sobredimensionar a isolação dos equipamentos para suportar sobretensões no sistema, já em sistemas em que necessita de operar ininterruptamente não é interessante utilizar sistemas solidamente ou aterrados por baixa resistência ôhmica.
Referências Bibliográficas:
Análise de curto circuito e princípios de proteção em sistemas de energia elétrica – Fujio Sato e Walmir Freitas
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Equipe Mesh Engenharia,
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