Estudo de diferentes configurações de limitadores de correntes de curto-circuito de núcleo saturado utilizando simulações 3Ds pelo método de elementos finitos

Com o desenvolvimento do Sistema Elétrico Brasileiro, o SIN, e principalmente com o rápido crescimento da geração distribuída no país, os níveis de curto-circuito aumentaram muito nos últimos anos. Visando estender a vida útil de equipamentos de proteção, como disjuntores, os limitadores de corrente de curto-circuito (LCC) são uma possível solução para o problema. Dentre os diversos tipos de LCCs, os limitadores de corrente de curto-circuito de núcleo saturado (LCCC-NS) vem se destacando recentemente. Este tipo de limitador consiste em um núcleo ferromagnético, que altera a impedância em série com a linha de transmissão a partir da saturação e dessaturação do núcleo. Em regime permanente um LCC-NS deve permanecer com o núcleo saturado, deixando a permeabilidade magnética no menor valor possível, e assim reduzindo sua indutância e impedância. Na ocorrência de um curto-circuito o núcleo deve ser capaz de ser dessaturado rapidamente, levando a permeabilidade para a área linear da curva densidade de fluxo magnético x intensidade de campo magnética. Assim, é possível observar que a funcionalidade do equipamento estudado está diretamente ligada ao campo magnético que o transpassa. Portanto, a otimização desses equipamentos passa pelo estudo específico sobre configurações de núcleos ferromagnéticos. Neste contexto o presente trabalho se propõe em analisar a operação de diferentes LCCC-NS em momentos de regime permanente e de curto-circuito na rede através de simulações pelo método de elementos finitos (MEF). Esta modelagem permite estudar em detalhes o impacto do LCCC-NS numa rede elétrica durante transitórios e avaliar o comportamento dos campos magnéticos no núcleo ferromagnéticos considerando a não linearidade intrínseca do mesmo. Serão estudadas duas configurações de LCCC-NS, comparando-as para uma etapa futura de desenvolvimento de protótipos.With the development of the Brazilian Electric System, the SIN, and especially with the rapid growth of distributed generation in the country, the levels of fault currents have increased a lot in recent years. In order to extend the useful life of protective equipment, such as circuit breakers, fault currents current limiters (LCC) are a possible solution to the problem. Among the various types of LCCs, the saturated core fault currents current limiters (LCCC-NS) have recently been studied a lot. This type of limiter consists of a ferromagnetic core, which changes the impedance in series with the transmission line based on saturation and desaturation of the core. In steady state an LCC-NS must remain with the core saturated, leaving the magnetic permeability at the lowest possible value, thus reducing its inductance and impedance. In the event of a short circuit, the core must be able to be rapidly desaturated, bringing the permeability to the linear area of the magnetic flux density x magnetic field intensity curve. Thus, it is possible to observe that the functionality of the studied equipment is directly linked to the magnetic field that passes through it. Therefore, a specific study on configurations of ferromagnetic nuclei is necessary. In this context, the present work proposes to analyze the operation of different LCCC-NS in moments of steady state and short-circuit in the network through simulations by the finite element method (FEM). This modeling allows studying in detail the impact of the LCCC-NS on a power grid during transients and evaluating the behavior of magnetic fields in the ferromagnetic core considering its intrinsic non-linearity. Two configurations of LCCC-NS will be studied, comparing them for a future stage of prototype development.54 p