Um sistema de energia opera como uma grande orquestra sinfônica, com vários componentes trabalhando em harmonia para fornecer energia. No entanto, assim como uma orquestra pode encontrar notas dissonantes, os sistemas elétricos enfrentam falhas disruptivas. Quando ocorrem curtos-circuitos ou falhas de aterramento nas redes de energia — semelhantes a ruídos estridentes interrompendo uma apresentação musical — eles podem interromper as operações, danificar equipamentos e criar riscos à segurança. Para detectar e eliminar prontamente essas perturbações, foram desenvolvidos sistemas de proteção diferencial, com transformadores de corrente de fase dividida servindo como seus componentes críticos.

Os transformadores de corrente de fase dividida são instrumentos especializados usados principalmente na proteção diferencial de sistemas de energia. Ao contrário dos transformadores de corrente convencionais, eles apresentam dois enrolamentos ou bobinas independentes, cada um recebendo sinais de corrente de uma fase do sistema de energia. Ao comparar as correntes desses enrolamentos, o sistema pode detectar anormalidades, incluindo falhas de aterramento, curtos-circuitos fase-fase ou degradação do desempenho. Ao detectar anomalias, o sistema de proteção é ativado imediatamente para isolar o circuito defeituoso, protegendo tanto o equipamento quanto o pessoal.

O transformador de corrente de fase dividida opera com base na Lei de Corrente de Kirchhoff. Em condições normais, as correntes que fluem por ambos os enrolamentos permanecem iguais em magnitude, mas opostas em direção, resultando em uma corrente diferencial zero. Quando ocorrem falhas internas — como falhas de aterramento — o equilíbrio de corrente entre os enrolamentos se rompe, gerando uma corrente diferencial mensurável. O sistema de proteção analisa a magnitude e a direção dessa corrente para determinar o tipo e a localização da falha e, em seguida, emite comandos de disparo para desconectar o circuito afetado.

Especificamente, esses transformadores trabalham em conjunto com relés diferenciais que são ativados quando a corrente diferencial excede os limites predefinidos, acionando os disjuntores. Para aumentar a sensibilidade e a confiabilidade, medidas adicionais, como relés diferenciais percentuais, são frequentemente empregadas, levando em consideração os erros de relação do transformador e as correntes de partida.

Os transformadores de corrente de fase dividida vêm em duas configurações principais:

• Tipo Janela: Apresentando um design circular ou retangular com uma abertura central, estes permitem que cabos de energia ou barras de barramento passem diretamente por eles. Sua estrutura compacta e simples facilita a instalação e manutenção em vários níveis de tensão e capacidades de corrente.
• Tipo Barra: Incorporando uma barra condutora como enrolamento primário, este design aumenta a corrente nominal do transformador e a capacidade de suportar curto-circuito, tornando-o adequado para aplicações de alta corrente.

Esses transformadores desempenham papéis críticos em todas as redes de energia, incluindo:

• Proteção do Gerador: Protegendo contra falhas nos enrolamentos, incluindo curtos-circuitos fase-fase, falhas espira-espira e falhas de aterramento
• Proteção do Transformador: Detectando falhas nos enrolamentos e falhas no tanque
• Proteção da Barra de Barramento: Identificando curtos-circuitos e falhas de aterramento em barras de barramento de energia
• Proteção do Motor: Prevenindo danos causados por falhas internas nos enrolamentos

O projeto, fabricação e teste de transformadores de corrente de fase dividida devem estar em conformidade com os padrões internacionais e nacionais para garantir o desempenho e a segurança. Os principais padrões incluem:

• CSA (Canadian Standards Association)
• IEC (Comissão Eletrotécnica Internacional)
• NEMA (Associação Nacional de Fabricantes Elétricos)
• IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos)

Essas especificações regem parâmetros críticos, incluindo tensão/corrente nominal, classe de precisão, corrente de suportabilidade de curto-circuito, resistência de isolamento e elevação de temperatura, juntamente com as metodologias de teste correspondentes.

A escolha de transformadores de corrente de fase dividida apropriados requer a consideração de múltiplos fatores:

• Tensão do sistema e classificações de corrente
• Classe de precisão necessária para esquemas de proteção
• Capacidade de suportar curto-circuito correspondente aos requisitos do sistema
• Restrições de instalação e configuração física
• Necessidades ambientais especiais (alta temperatura, umidade, atmosferas explosivas)

Muitos fabricantes empregam a tecnologia de encapsulação com resina epóxi para esses transformadores, oferecendo:

• Propriedades de isolamento superiores, evitando a ruptura de alta tensão
• Resistência mecânica aprimorada, protegendo os componentes internos
• Resistência eficaz à umidade e poeira, melhorando a confiabilidade
• Capacidades retardantes de chama em formulações selecionadas

A infraestrutura de energia envelhecida geralmente requer atualizações de transformadores devido à degradação do desempenho ou às necessidades de proteção em evolução. As principais considerações incluem:

• Compatibilidade com os sistemas de proteção existentes em relação à relação, precisão e fiação
• Confiabilidade e estabilidade operacional
• Custo-efetividade, atendendo aos requisitos técnicos

À medida que as redes inteligentes e as subestações digitais evoluem, os transformadores de corrente de fase dividida enfrentam novas oportunidades e desafios. As tendências emergentes incluem:

• Conversão de sinal digital para processamento de dados aprimorado
• Recursos inteligentes, como autodiagnóstico e calibração adaptativa
• Designs compactos usando materiais avançados
• Soluções de proteção integradas, combinando múltiplas funções

Como componentes fundamentais dos sistemas de proteção diferencial, os transformadores de corrente de fase dividida desempenham papéis indispensáveis na manutenção da estabilidade e segurança da rede. Os avanços tecnológicos continuarão impulsionando sua evolução em direção a soluções digitais, inteligentes, compactas e integradas, garantindo a operação confiável do sistema de energia nos próximos anos.