Ferrorressonância

Ferrorressonância: O Fenômeno Invisível que Ameaça Sistemas Elétricos

A ferrorressonância é um fenômeno de ressonância não linear que ocorre em circuitos de

corrente alternada (CA). Diferente da ressonância linear comum, ela envolve a interação

entre a capacitância do sistema e a indutância não linear de equipamentos com núcleo de

ferro, como transformadores.

O que causa a Ferrorressonância?

Para que o fenômeno ocorra, é necessária a combinação de três elementos principais:

1. Uma Indutncia No Linear Saturável: Geralmente o enrolamento de um

transformador de potência ou potencial (TP).

2. Uma Capacitncia Significativa: Cabos isolados longos, linhas de

transmissão ou bancos de capacitores.

3. Uma Fonte de Tensão com Baixo Amortecimento: Ocorre

frequentemente durante manobras de abertura ou fechamento de apenas

uma fase (monopolar).

Caractersticas do Fenômeno

Ao contrrio da ressonância convencional, a ferrorressonância não possui uma frequência

nica e crítica. Ela pode apresentar:

— Altas Sobretensões: Valores que podem chegar a 2 ou 3 vezes a tensão

nominal, danificando isolamentos.

— Sobrecorrentes: Causam aquecimento excessivo e colapso térmico.

— Níveis Elevados de Distorção Harmônica: O formato da onda de tensão

torna-se altamente irregular.

— Instabilidade: O sistema pode saltar entre diferentes estados de equilíbrio

de forma imprevisível.

Cenários Comuns de Ocorrência

Os engenheiros e técnicos devem estar atentos a situações de risco, tais como:

— Operações de Chaveamento Monopolar: Quando uma fase é conectada

enquanto as outras permanecem abertas.

— Rompimento de Condutores: Que gera um desequilíbrio capacitivo

severo.

— Sistemas com Neutro Isolado: Onde as capacitâncias para a terra são

mais influentes.

Como Prevenir e Mitigar

A proteção contra a ferrorressonância exige planejamento e dispositivos especficos:

1. Resistores de Amortecimento: Instalação de resistores no secundário de

transformadores de potencial (abertos em triângulo).

2. Manobras Tripolares: Evitar o uso de chaves fusíveis unipolares em

sistemas críticos, garantindo que as três fases operem simultaneamente.

3. Dimensionamento de Cabos: Avaliar a extensão dos cabos para evitar que

a capacitância entre em "sintonia" com a saturação do núcleo do

transformador.

Conclusão

A ferrorressonância é um desafio silencioso na engenharia elétrica. Sua natureza não linear a

torna difícil de prever sem simulações computacionais avançadas (como o software

ATP/EMTP), mas o conhecimento dos cenários de risco é o primeiro passo para garantir a

integridade dos ativos e a continuidade do fornecimento de energia.

Cargas Padronizadas e Impacto na Ferrorressonância

A carga conectada ao secundário de um transformador (especialmente TPs) desempenha um

papel fundamental no amortecimento do fenômeno. Uma carga muito baixa (transformador

operando em vazio ou levemente carregado) aumenta significativamente o risco de

ferrorressonância.

1. Classes de Exatidão e Cargas Trmicas (NBR 6855)

No Brasil, seguimos a norma NBR 6855, que define as cargas padronizadas para

Transformadores de Potencial. Essas cargas são identificadas por letras e representam a

potência aparente ($VA$) que o transformador suporta mantendo sua precisão.

2. A "Carga de Amortecimento"

Para evitar a ferrorressonância em sistemas onde o risco é alto (como em TPs conectados em

sistemas com neutro isolado), costuma-se utilizar uma carga mínima permanente.

Muitas vezes, a carga dos instrumentos de medição e proteção (retransmissores,

multímetros digitais) é extremamente baixa (da ordem de $1$ a $5 VA$), o que não

suficiente para dissipar a energia da oscilação ferrorressonante. Por isso, recomenda-se:

— O uso de um resistor de carga mínima no secundário.

— Garantir que o transformador opere com pelo menos 25% a 30% de sua

carga nominal de exatidão.

3. Transformadores de Distribuição

Para transformadores de força e distribuição, as cargas são dimensionadas conforme a

demanda da rede. No entanto, o fenômeno ocorre geralmente em vazio:

— Capacidade Padrão (kVA): 15, 30, 45, 75, 112.5, 150 kVA (comuns em

redes aéreas).

— Risco: Se um transformador de 75 kVA é energizado através de um cabo

longo e uma das fases da chave fusível falha, a capacitância do cabo

interage com a indutância de magnetização do transformador em vazio,

disparando a ferrorressonância.

Fontes e Referências Consultadas

— IEEE Standard C57.105: Guide for Application of Transformer Connections

in Three-Phase Distribution Systems.

— ABB Technical Guide: Ferroresonance — A potential threat to power quality

and equipment.

— Kindermann, G. Curto-Circuito. Edição do Autor. (Referncia clássica em

sistemas de potência no Brasil).

— CIGR Working Group: Reports on Non-linear Oscillations in Power

Systems.

— — ABNT NBR 6855: Transformadores de potencial - Especificação e

ensaios.

— — IEEE C57.13: Standard Requirements for Instrument Transformers.

— — Manual de Engenharia da CPFL/ENEL: Seções de dimensionamento de

subestações e proteção.