Modelagem do fenômeno da ferroressonância considerando histerese : análise em subestação de energia

Abstract

Resumo: Neste trabalho é analisado um tipo básico de circuito elétrico RL*C série não linear clássico, característico de subestações de energia, no qual é possível o aparecimento do fenômeno de ferroressonância. A metodologia utilizada nessa análise é baseada no modelo escalar inverso de Jiles-Atherton sobre a histerese magnética em materiais ferromagnéticos, proposto por Sadowski, Batistela, Bastos e Mazenc-Lajoie, o qual utiliza a indução magnética como variável independente para se obter valores da magnetização e da intensidade de campo magnético no material, correspondentes ao ciclo simétrico de histerese, relativa à característica do transformador com núcleo ferromagnético não linear. O uso do modelo escalar é justificável uma vez que aqui não se objetiva analisar, em detalhes, o comportamento do fluxo magnético nas junções tipo "T" do núcleo dos transformadores ou indutores envolvidos. Os circuitos básicos em um sistema de energia elétrica que são, normalmente, suscetíveis à ferroressonância são do tipo RL*C série e, muito mais raramente, do tipo RL*C paralelo, nos quais L* representa uma indutância variável de qualquer equipamento indutor que apresente essa característica e C é uma capacitância equivalente das capacitâncias relevantes apresentadas por equipamentos ou materiais elétricos com essas características e R é uma resistência elétrica total equivalente desse circuito, normalmente de valor não significativo. A histerese magnética é a responsável pela característica "indutância variável" e ela constitui uma "assinatura" intrínseca dos materiais ferromagnéticos de aço ao silício. Assim, qualquer circuito elétrico que apresente uma associação entre esses elementos, pode oferecer suscetibilidade à ocorrência da ferroressonância e tal situação não é rara de acontecer. As simulações mais importantes aqui realizadas são comparadas com resultados experimentais afim de validar a modelagem utilzada. Palavras-chaves: Circuitos elétricos, elementos passivos e ativos de circuito, ferromagnetismo, materias magnéticos, modelos de histerese magnética de Jiles-Atherton e de Sadowski-Lajoie, subestações de energia, ferroressonância.

Abstract: In this work, it is analysed one classical basic type of a non-linear series RL*C circuit, typical of an electric substation, which may exhibit a ferroresonance phenomenon. The inverse scalar Jiles-Atherton magnetic hysteresis model is applied. This method uses the magnetic induction as the independent variable to give the magnetization and the magnetic field in the ferromagnetic material, and so obtain the non-linear magnetic hysteresis behavior. The inverse scalar Jiles-Atherton magnetic hysteresis model, also known as the Sadowski, Bastos, Batistela, Mazenc-Lajoie method, is used here, since the magnetic flux behavior at transformer or inductor iron cores "T" junctions are negleted in this kind of ferroresonant analysis. In practice, in an electric energy system, the basic commonly ferroresonant circuits are RL*C series type, but a RL*C parallel type sometimes appears as a seldom event. The symbol L* stands for a variable inductance, characteristics of any equipament with an inductive behavior and C represents the equivalent capacitances of the equipments or electric materials comprising that kind of circuits. R has a non-relevant value as an equivalent linear electric resistance of the circuit. The magnetic hysteresis is the main physical phenomenon given a remarkable and intrinsic "signature" at any SiFe ferromagnetic materials. With this in mind, we can deduce that some kinds of RL*C electric circuits can produce a ferroresonance phenomenon, and this event has been related as a quite common one at power system network. In this work, the important calculations results are compared with the experimental ones showing an acceptable agreement. Key-words: Electric circuits, active and passive elements, ferromagnetism, magnetic materials, Jiles-Atherton and Sadowski-Lajoie magnetic hysteresis models, electric substations, ferroressonance.