Um planejamento de proteção bem feito resulta em menos curtos-circuitos

Em qualquer sistema elétrico oferecido, o principal objetivo da proteção é torná-lo capaz de garantir um serviço contínuo, confiável, seguro e com um excelente custo-benefício. Mas os sistemas elétricos não são imunes a falhas, por isso é necessário a aplicação de um sistema de proteção que isole a área com defeito e mantenha o restante em funcionamento pleno, com a menor quantidade de curtos-circuitos possível.

 

O resultado eficaz exige sensibilidade e rapidez para eliminar a falha e um planejamento adequado, considerando tempo, segurança, confiabilidade, gastos financeiros com manutenção preventiva e corretiva e, ainda, a melhora no abastecimento de energia durante a 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, inclusive um colapso na rede. O ideal é que os níveis de curto-circuito sejam os mais baixos possíveis, a fim de tornar mínimas as avarias aos equipamentos em caso de curto.

 

Infelizmente esta é uma condição difícil, principalmente 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 para trabalhar com níveis de curto-circuito mais baixos.

 

O efeito da queda de tensão demasiada no arranque de grandes máquinas pode ser amenizado com equipamentos que diminuem essa corrente como, por exemplo, equipamentos do tipo “soft-starter”.

 

Equipamentos que protegem

 

Alguns equipamentos auxiliam a proteção do sistema elétrico, como Transformadores de Potencial (TPs), Transformadores de Corrente (TCs), Disjuntores, Seccionadoras, Elos-Fusíveis/Chaves-Fusíveis, Relés, etc.

 

Estes equipamentos adotam os mesmos princípios aplicados ao sistema elétrico em geral como TCs e TPs, que devem ser dimensionados de acordo com o nível de tensão e 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.

 

É preciso cuidado 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, podem ocorrer incertezas na operação dos relés, já que os impactos deste efeito não foram 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 se use as seguintes regras:

 

• Usar a maior classe de exatidão possível e a maior relação de transformação viável e conectar ao secundário a menor carga possível, levando em consideração os limites de tamanho;
• Garantir que custos e 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.

 

Diferentes curto-circuitos interferem na proteção

 

Um outro fator a ser considerado são os tipos de curto-circuito, que podem ser francos ou com arco:

 

 

Franco: um curto-circuito franco ocorre quando determinado objeto físico fecha o caminho entre duas ou mais fases ou 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 possuem linhas aéreas e fios nus.

 

Com arco: 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, como a impregnação de impurezas e falhas como ressecamentos ou rachaduras.

 

No momento em que o material isolante se rompe pode acontecer 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 de 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 ocorra de forma coordenada com os relés mais próximos.

 

A montante da falta deve atuar antes dos 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 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, principalmente em sistemas malhados, que possuem uma confiabilidade sensivelmente superior aos sistemas radiais e nos quais geralmente o fluxo dos blocos de potência podem ocorrer em ambos os sentidos e com diferentes níveis de curto-circuito.

 

Esses sistemas necessitam de proteções direcionais e muitas vezes utilizam controlador lógico para a melhor seleção das funções. Também deve-se levar em conta que utilizar um esquema de proteção altamente complexo 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.

 

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 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.