Filosofias de Proteção

Qualquer que seja o sistema elétrico avaliado, o principal objetivo da proteção é torná-lo capaz de oferecer um serviço cada vez mais contínuo, mais confiável, a um custo cada vez menor e com segurança, almejando sempre a interrupção somente da parte problemática.

Como é sabido, os sistemas elétricos não são imunes a falhas. Logo se torna necessária a aplicação de um sistema de proteção com o objetivo de isolar a área que apresenta o defeito e manter o restante do sistema em funcionamento, de preferência pleno.

Na proteção existem certas características que indicam a qualidade e a eficiência, tais como: sensibilidade e rapidez para extinção da falha. Com o planejamento adequado é possível atuar de modo significativo em temas cruciais, tais como: tempo, segurança, confiabilidade, e gastos financeiros com manutenção preventiva e corretiva e a melhora no abastecimento de energia para o caso da distribuição e transmissão.

É importante lembrar que uma corrente de curto-circuito elevada que se sustenta por um longo período de tempo pode causar diversos danos ao sistema elétrico e inclusive um colapso na rede. Deste modo é altamente requerido que a proteção seja ajustada de maneira a garantir a mitigação da falha no menor tempo possível, minimizando as avarias e os custos, aumentando a segurança pessoal e material, e garantindo a coordenação e a seletividade no sistema limitando a interrupção de energia ao menor trecho.

O ideal é que os níveis de curto circuito sejam os mais baixos possíveis, a fim de tornar mínimo as avarias aos equipamentos em caso de curto, entretanto, essa condição nem sempre é possível devido à queda de tensão, em regime permanente ou durante a partida de grandes cargas. Em sistemas elétricos industriais é mais fácil projetar e dimensionar os equipamentos visando trabalhar com níveis de curto-circuito mais baixos, porque o efeito indesejável da queda de tensão demasiada no arranque de grandes máquinas pode ser amenizado com a emprego de equipamentos que diminuem essa corrente como por exemplo, equipamentos do tipo “soft-starter”.

Em sistemas de proteção, existe uma vasta gama de equipamentos que são empregados para elaboração da proteção do sistema elétrico, tais como: Transformadores de Potencial (TPs), Transformadores de Corrente (TCs), Disjuntores, Seccionadoras, Elos-Fusíveis/Chaves-Fusíveis, Relés, etc.

Os equipamentos que são aplicados na indústria adotam os mesmos princípios dos aplicados ao sistema elétrico em geral como, por exemplo TCs e TPs, os quais devem ser dimensionados de acordo com o nível de tensão/isolamento utilizado, da corrente nominal e de curto circuito da rede, fator e polaridades.

Os Transformadores de Corrente são a interface básica entre o sistema de potência e os relés de proteção. Uma das principais preocupações é que o TC tenha a capacidade de reproduzir, da maneira mais fiel possível, a corrente do primário que, em caso de curto-circuito, pode chegar a valores dezenas de vezes acima da corrente máxima em regime permanente.

Sempre se deve ter cuidados com relação à corrente máxima de curto aplicada ao TC, pois problemas de saturação podem ocorrer (geralmente o valor de curto-circuito não deve ultrapassar valor de 20 vezes a corrente nominal do TC). Caso esse fenômeno aconteça, pode haver incertezas na operação dos relés, já que os impactos deste efeito podem não ser estimados de forma apropriada no projeto. A consequência pode ser a proteção inadequada, principalmente com relação à segurança e seletividade.

É muito importante que na especificação de um TC para proteção usar as seguintes regras:

• Usar a maior classe de exatidão possível;
• Usar maior relação de transformação viável e conectar ao secundário a menor carga possível, levando em consideração os limites de tamanho;
• Custos;
• Concordância com as normas.

Os engenheiros de proteção devem levar em consideração como os TC’s podem influenciar na operação dos relés, e consequentemente na coordenação e seletividade do sistema.

Um outro fator a ser considerado é com relação aos tipos de curto-circuito, que podem ser francos ou com arco. Um curto-circuito franco ocorre quando determinado objeto físico fecha o caminho entre duas ou mais fases ou ainda entre uma fase e a terra. Este tipo de curto não é tão comum em sistemas industriais, porém pode ser mais provável em sistemas de distribuição, que possuam linhas aéreas e fios nus.

Quando ocorre um curto-circuito com arco, o meio isolante entre as fases ou entre a(s) fase(s) e o terra é danificado, isso se deve a alguns fatos, tais como, impregnação de impurezas ou ainda falhas como ressecamentos ou rachaduras. No momento em que o material isolante se rompe pode acontecer o aparecimento de um arco elétrico, ou seja, a passagem de corrente pela ionização do meio gasoso existente entre as fases ou entre a fase e a terra. Esse tipo de curto é muito prejudicial para os equipamentos próximos, já que a grande quantidade de energia liberada com o arco pode causar a vaporização instantânea dos metais que compõem os equipamentos. Um outro problema dos curtos com arco é que, devido à alta resistência do arco, a corrente de curto-circuito tende a ser bem menor que a corrente em um curto franco, atrapalhando assim a atuação dos equipamentos de proteção.

Um conceito importante na filosofia de proteção é a definição do que é coordenação e seletividade. Segundo o dicionário, coordenação é “colaboração harmoniosa de partes e sequência normal de funções”, ou seja, coordenação de um sistema de proteção significa ajustar os parâmetros dos equipamentos de forma a garantir que, para uma falta em algum ponto do sistema elétrico, a ação dos relés ocorrerá de forma coordenada, com os relés mais próximos e a montante da falta atuando antes que os relés mais distantes, isolando e erradicando a falta. Caso os primeiros na ordem de atuação falhem na detecção da falta ou na abertura do disjuntor, os próximos relés devem atuar, seguindo assim uma ordem de prioridade de operação.

A seletividade está intimamente ligada ao conceito de coordenação, sendo que um sistema elétrico de proteção é considerado seletivo quando, diante do acontecimento de uma falta em um ponto, apenas a menor parte do sistema de potência ao redor deste ponto é isolada pela proteção, garantindo assim que o todo o restante do sistema continue a funcionar de forma satisfatória.

Garantir a coordenação e a seletividade do sistema de proteção é uma das tarefas mais difíceis quando ocorre o planejamento do mesmo, principalmente em sistemas malhados, que possuem uma confiabilidade sensivelmente superior aos sistemas radiais e que geralmente o fluxo dos blocos de potência podem ocorrer em ambos os sentidos e com diferentes níveis de curto circuito, necessitando assim de proteções direcionais e muitas vezes utilizar controlador logica para a melhor seleção das funções. Também deve-se levar em conta que utilizar um esquema de proteção altamente complexo além do necessário vai contra os princípios de viabilidade.

A coordenação de proteção é obtida pela superposição das curvas de atuação dos diversos dispositivos de proteção presentes no sistema elétrico, com o objetivo de escolher da forma mais adequada possível às temporizações de cada equipamento e definir os valores corretos de corrente de pick-up ou corrente de atuação dos mesmos.

Desta forma, qualquer falta que aconteça em um determinado ponto do sistema elétrico resultará na atuação dos dispositivos de proteção mais próximos ao curto, garantindo que a menor parte necessária do sistema seja retirada de operação. Assim, tanto a coordenação, a seletividade e a eficácia devem ser tratadas como prioridades no planejamento e na concepção de um sistema eficiente de proteção para qualquer ambiente.

Fonte: EA – Engenheiros Associados

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Palavras Chave:

Relé de proteção, rele de proteção, relé de proteção e suas funções, relé de proteção média tensão.