Classificação dos Relés de Proteção por sua Tecnologia

Os relés de proteção pode ser classificados em duas categorias, sendo elas:

Primários

• Eletromecânicos

Secundários

• Eletromecânicos
• Eletrônicos ou Estáticos
• Digitais microprocessados
• Relés Numéricos

 

Relés Primários

São relés que medem uma única magnitude no nível primário. Não há isolamento galvânico entre a entrada e a saída, já que a medição é feita diretamente do sistema de potência e operando-o mecanicamente. O exemplo típico é o relé de sobrecorrente.

Esses relés estão em desuso e foram utilizados para baixa e média tensão, não para alta tensão.

 

Relés eletromecânicos

Os primeiros relés de proteção eletromecânicos são do início do século XX. São baseados no fato de que, devido a um estímulo elétrico, são produzidas forças eletromecânicas que causam a operação de um contato do relé. A referida força é produzida pelo fluxo de corrente em um ou mais enrolamentos em um ou mais núcleos magnéticos.

Sua principal vantagem sobre os relés primários e fusíveis é que há isolamento galvânico entre a entrada e saída.

Existem diferentes variantes de acordo com o seu princípio de funcionamento específico ou a forma de como é aplicado:

• Relés de atração de armadura;
• Relés de disco ou de indução;
• Relés de bobina móvel;
• Relés térmicos;
• Relés operados por motor

Apenas os dois primeiros tipos subsistem hoje (atração de armaduras e disco de indução). Em particular, o princípio eletromecânico de atrair a armadura é aquele usado nos relés auxiliares, biestáveis, etc. (que não são protetores).

São relés que geralmente realizam uma única função por dispositivo ou caixa.

Figura 1 – Relé Eletromecânico

 

Relés eletrônicos (estáticos)

Eles surgem no início dos anos 60 com o uso de eletrônica analógica discreta substituindo as bobinas e os núcleos magnéticos como ferramentas para alcançar as características e princípios de proteção. Inicialmente, foram utilizados transistores e diodos para fazer comparadores, amplificadores e funções lógicas, etc.

Posteriormente, há uma segunda era de proteções, mas já com circuitos integrados lineares e digitais (amplificadores operacionais, portas lógicas, flip-flops, etc.). Funções lógicas muito mais elaboradas também emergem. Apesar de ser chamado de estático, é claro que eles têm partes móveis, por exemplo, os relés de saída.

Basicamente, os relés eletrônicos mantiveram os conceitos de proteção dos relés eletromecânicos. Podem ser vistos como um substituto tecnológico caixa-a-caixa dos relés eletromecânicos. Uma função de proteção ainda era mantida por cada dispositivo ou caixa, exceto quando funções eram agrupadas funções similares (por exemplo, três sobrecorrente de fases e a sobrecorrente de neutro em um único dispositivo, o que não era comum em relés eletromecânicos).

A mudança de configurações foi mais simples e mais flexível (dip-switches, potenciômetros, etc.) quando comparados com os relés eletromecânicos. O consumo nos circuitos de medição caiu radicalmente, reduzindo os requisitos nos transformadores de medição, mas os problemas com interferência eletromagnética aumentaram. Sua calibração e reparo deixaram de ser uma atividade de campo, passando a ser feita nos laboratórios. Sua fonte de alimentação tornou-se um elemento crítico, que precisava ser altamente confiável.

Figura 2 – Relé Eletrônico

 

Relés Digitais

Com o surgimento do microprocessador e da computação, essa tecnologia começou a ser aplicada aos relés de proteção na década de 1980. A mudança começa e as funções de proteção são implementadas em programas e algoritmos programados. Agora, o processamento dos sinais analógicos (Correntes e tensões) poder ser feito de duas maneiras:

• Os sinais são retificados e, posteriormente, é realizada uma conversão analógica-digital (A/D). Os valores digitalizados são utilizados nos algoritmos de operação (Comparadores de amplitude).
• Se elevam os sinais analógicos ao quadrado. Após, os circuitos lógicos ou os microprocessadores comparam as fases dos sinais antigos e finalmente, desenvolvem os comparadores de fase dos algoritmos de operação.
• Não são mais rápidos do que os relés de tecnologias anteriores, mas esse tempo extra de processamento não aumenta significativamente o tempo total de operação do sistema de proteção.
• Surgem as funções de autodiagnostico (cão de guarda).

Figura 3 – Relé Digital

 

Relés numéricos

Os relés numéricos são relés microprocessados que amostram várias vezes por ciclo as grandezas elétricas medidas, armazenam ditos valores instantâneos (sample & hold ou S/H) e posteriormente convertem o sinal de analógico a digital (A/D). As tarefas são feitas com a utilização de algoritmos sofisticados de proteção por meio de técnicas numéricas (por exemplo, cálculo de fasores das magnitudes medidas e o posterior desenvolvendo de algoritmos de proteção). A elevada velocidade de processamento e a capacidade de memória existente na computação permitem o desenvolvimento e desses tipos de relés.

Geralmente, esses tipos de relés utilizam microprocessadores especializados para o processamento digital da informação (DSP). Os sinais se processam em tempo real. As capacidades de entradas e saídas dos relés como também de comunicação foram incrementadas junto como o desenvolvimento de softwares de aplicação para a gestão do equipamento.

Uma grande quantidade de funções de proteção pode ser implementada com um só equipamento, tanto funções principais de proteção, funções de respaldo, funções auxiliares o de monitoração. São sumamente flexíveis no ajuste e na configuração dos valores threshold. Dispõem de auto supervisionamento e cada função é tipicamente uma rotina ou um algoritmo computacional.

Na atualidade esses relés são confiáveis tanto no software como no hardware e proporcionam uma grande quantidade de funcionalidades e prestações ao melhor custo-beneficio.

Figura 4 – Relé Numérico

Fonte: EA – Engenheiros Associados

Para mais artigos clique aqui