Lidando com Correntes Inrush

Entre as sutilezas associadas à configuração de distribuição de dispositivo, a Corrente Inrush é um mal necessário que deve ser levada em consideração. Sendo a fonte de muita frustração para os operadores de campo e as equipes de controle SCADA; como quando um comando de fechamento é emitido a um disjuntor aberto e ocorre um disparo imediato. Foi um disparo de verdade? É arriscado executar outro comando de fechamento? Existe algo mais em jogo? A engenharia de proteção deve levar em consideração o conceito de Inrush, já que é omnipresente, potente e é uma das realidades da distribuição de eletricidade para os consumidores. Dada a prevalência deste fenômeno, certamente vale a pena explorar as causas e técnicas que podem ser usadas para reduzir esse cenário frustrante.

Você já teve o fornecimento de eletricidade à sua residência cortado? Você pode, em algum momento, ter notado que um dos seus aparelhos estava um pouco defeituoso e tinha o hábito de disparar os disjuntores em sua casa. Curiosamente, quando você desconectou seu aparelho, mas deixou muitas outras cargas na casa, seu disjuntor disparou imediatamente quando você ligou a força novamente. Algo estava errado? Foi seu aparelho?

Este é um exemplo muito simples de Inrush. Quando você “desenergiza” cargas, particularmente as com transformadores nelas, elas perdem a energia em seus núcleos magnéticos. Existe uma quantidade finita de energia necessária para "energizar" um núcleo, ou seja, induzir um campo magnético, mesmo havendo pouca resistência.

Isso faz sentido, uma vez que há a necessidade de garantir que o seu transformador esteja perdendo a menor energia possível e, em vez disso, transferir essa energia - seja para seu laptop ou sistema de som. Quando você aplica uma tensão a um transformador desenergizado, há uma onda de corrente à medida que o núcleo magnético é ligado. Quando o núcleo atinge sua energia, ele começa a energizar o núcleo de saída do transformador. Agora, a carga ao lado do transformador regula o consumo de corrente, trazendo-a do lado primário de volta aos níveis esperados. Quando você tenta ligar o disjuntor da sua casa depois de um disparo e muitos transformadores desenergizados estão conectados, o aumento da corrente pode ser demais para o relé no seu quadro de distribuição. Uma vez que o disjuntor está ligado, ele prontamente decide que precisa interromper esta corrente Inrush e dispara novamente.

Esse problema é ainda maior no nível de tensão média, já que quase todas as cargas de uma concessionária estão conectadas através de um transformador. Ao contrário dos pequenos transformadores domésticos, os transformadores de distribuição possuem grandes capacidades e, consequentemente, têm maiores efeitos de Inrush. Pode-se argumentar que, quando um transformador é energizado pela primeira vez, haverá uma inundação de corrente no transformador para energizá-lo, antes que o lado secundário apresente alguma impedância e regule a corrente. No entanto, os transformadores não são o único dispositivo de distribuição culpados por esse cenário.

A distribuição da eletricidade seria impossível hoje sem o suporte das linhas de tensão que transportam a energia para o usuário final. Mas as linhas desenergizadas também exigem uma energização antes de entregarem energia. Quando existe uma pequena distância, a impedância da linha de energia é considerada quase exclusivamente resistiva, mas à medida que o comprimento cresce, a linha elétrica começa a apresentar componentes reativos cada vez maiores. Por uma questão de simplicidade, uma linha de tensão longa geralmente pode ter um componente capacitivo intrínseco. Ao energizar a linha, o efeito do capacitor cria grandes correntes à medida que as linhas são carregadas. Isso também pode ter um efeito semelhante ao transformador Inrush, mas geralmente é em menor escala. É importante considerá-lo, já que os efeitos combinados das correntes de carga de transformadores e linhas podem causar falsos disparos - para a frustração do engenheiro e operador das concessionárias. Então, como abordamos esse fenômeno no campo?

A engenharia de proteção está relacionada a entender quais métricas do sistema temos disponíveis para tomar uma decisão seletiva sobre se uma falha é genuína ou falsa. Nós também precisamos garantir que não temos falsos negativos, mas sim minimizarmos nossos falsos positivos. Portanto, você não gostaria de arriscar a não disparar, apenas porque achou que era uma inrush, mas era real. Ao mesmo tempo, você preferiria não disparar na inrush, porque é um "falso positivo" e uma perda de receita e confiabilidade para o seu cliente. As correntes inrush apresentam características únicas que permitem que os engenheiros abordem o fenômeno isoladamente.

Em primeiro lugar, quando se trata de energizar um transformador, a corrente Inrush é grande e rápida. Normalmente, no final do 5º ou 6º ciclo de energia (cerca de 100 min) a maior parte da Inrush teria diminuído. Portanto, se a corrente desaparecer dentro desse tempo, é razoável assumir que é um efeito de Inrush.

Em segundo lugar, quando equipamentos trifásicos são energizados, a inrush geralmente está bem equilibrada. Todas as fases dos transformadores trifásicos exigirão energia, e supõe-se que eles exigirão níveis de energia semelhantes para energizarem. Se houver uma corrente residual, ou um desequilíbrio, então é seguro afirmar que a Inrush não é a causa.

Finalmente, o aumento deve vir após um tempo de "Desenergização". Se houver uma onda enquanto o transformador já estiver energizado, então, obviamente, é uma falha, e não uma Inrush. As correntes Inrush só aparecerão após o fornecimento ter sido desligado por tempo suficiente para permitir que os transformadores se desenergizem. Este não é necessariamente um longo período, sendo que o 3º ou 4º ciclo de energia após a desconexão, o transformador dissiparia a maior parte da energia em seu núcleo.

Examinemos a maneira como o sistema do Religador Automático OSM da NOJA Power lida com isso. Como um quadro de distribuição, ele é colocado em linhas de média tensão que irão testemunhar a corrente Inrush de uma certa forma. É um sistema de relé de controle eletrônico com CT no disjuntor, de modo que a configuração de proteção no sistema de Relé do OSM (o Controlador RC-10) deve ter uma função para lidar com isso. No sistema RC-10 da NOJA Power é chamado de "Restrição de Inrush".

A restrição de Inrush é uma técnica que explora as características da inrush para ganhar seletividade. Quando o sistema do Religador OSM experimenta uma perda de tensão primária, o controlador RC-10 reconhece que os dispositivos downstream serão desenergizados. Uma vez que a corrente de re-energização deve ser razoavelmente equilibrada, o RC-10 aplica um multiplicador de "Restrição de Inrush" ao nível de captação de sobrecorrente no controlador. Após a re-energização, o multiplicador permitirá uma maior corrente equilibrada através do religador por um breve período de tempo. Normalmente, é aplicado um multiplicador de corrente 5x, descendo linearmente para um multiplicador de 1x após 200min (efetivamente, sem restrição de Inrush). Esta técnica explora a natureza transitória da inrush, o requisito de desenergização prévia e seletividade para permitir apenas uma corrente equilibrada.

Para proporcionar uma maior seletividade, a capacidade de restrição de inrush do controlador RC-10 da NOJA Power não se aplica ao valor da sua Corrente Alta. Esse é o valor de corrente máxima absoluta que o Religador OSM geralmente deve permitir, portanto, se o seu nível de inrush for perigosamente alto, o dispositivo ainda interromperá a corrente.

Uma capacidade bastante simples na prática, mas muito eficaz para reduzir a probabilidade de disparos inconvenientes devido à Inrush. Também é facilmente testável por técnicos de proteção, pois a maioria dos conjuntos de injeções são capazes de simular o cenário de Inrush. Deve-se mencionar que existem outras técnicas que podem ser aplicadas para abordar a restrição de inrush, como a natureza assimétrica do inrush que causa harmônicos. Esta abordagem tenta proporcionar uma maior seletividade, mas na prática é muito mais difícil testar e simular para os técnicos de proteção das concessionárias, oferecendo muito pouco benefício em comparação com o método de restrição de Inrush.

Com uma ótima experiência na aplicação da distribuição de Religadores, o diretor do NOJA Power Group, Neil O'Sullivan, comentou: "A Restrição de Inrush e a Carga Fria são características padrão em todos os nossos produtos e, quando aplicados corretamente, muitas vezes eliminarão todos os disparos incômodos ao reenergizar as cargas".

A restrição de Inrush é um fenômeno frustrante, mas é um conceito bastante simples de abordar dispositivos modernos de distribuição e dispositivos de proteção. Ao explorar as três principais características da restrição de inrush, seus principais efeitos podem ser facilmente reduzidos. O sistema do Religador OSM da NOJA Power possui essa funcionalidade e, com algum estudo, ele pode resolver os desafios de energia em sua rede.