A proteção de sobrecorrente (instantânea ou temporizada) baseia-se no relé de sobrecorrente. Os relés de sobrecorrente são ajustados para atuar quando detectam uma corrente maior do que um valor pré-ajustado, de forma instantânea ou temporizada. Para o ajuste e configuração desses relés é necessário o conhecimento prévio, no mínimo:
a) do sistema elétrico a ser aplicado, por meio de seu diagrama unifilar, contendo os principais equipamentos de proteção e medição;
b) dos parâmetros característicos dos equipamentos, como por exemplo, os valores de impedância;
c) dos valores obtidos para as correntes de curto-circuito que irá fluir nos equipamentos;
O ajuste do relé de sobrecorrente poderá ser feito para a configuração de temporização ou instantânea. No ajuste temporizado, inicialmente configura-se o relé para obter o tempo mínimo de operação para o nível mais elevado de falha e avalia, em
seguida, se o ajuste será capaz de atender a condição mínima de falha. Esse ajuste é feito a partir de uma curva que relaciona as correntes de curto circuito e o tempo.
No ajuste instantâneo, o relé de sobrecorrente é ajustado para um valor mínimo (pick-up) de corrente, que causa a operação do relé. Podem-se utilizar os esquemas de proteção de sobrecorrente instantânea, temporizada ou a combinação de ambos. 3.2.1. Relé de sobrecorrente instantâneo (50)
A atuação de forma instantânea ocorre quando o relé detecta uma corrente maior do que o seu valor de ajuste, sendo então de forma não é temporizada. Entretanto, esta atuação dependerá da velocidade de atuação do relé de proteção. De acordo com a norma ANSI/IEC, a função da proteção de sobrecorrente instantânea é representada pelo número 50.
3.2.2. Relé de sobrecorrente temporizado (51)
O nome por si só sugestivo da forma de atuação deste tipo de relé. A norma ANSI/IEC estabelece o número 51 para representação desta função de proteção temporizada. Além disso, os relés de proteção de sobrecorrente temporizados podem ser de tempo definido ou de tempo inverso [17]. O de maior interesse é o relé de sobrecorrente de tempo inverso, pois proporciona a coordenação para diversos pontos da zona de proteção.
3.2.2.1. Relé de sobrecorrente de tempo inverso
Neste tipo de relé, escolhe-se uma curva de atuação e a coordenação far-se-á por meio de diferentes tempos para um mesmo valor de corrente de curto-circuito. Com isso, é possível coordenar de forma seletiva a atuação da proteção e a consequente abertura dos disjuntores a fim de que continue com o máximo atendimento das cargas conectadas ao sistema.
De acordo com a tecnologia utilizada, os relés de sobrecorrente de tempo inverso classificam-se em eletromecânicos, estáticos e digitais.
No caso dos relés eletromecânicos, os fabricantes apresentam as curvas que representam a posição da alavanca de tempo, onde é alterado somente o valor da constante K, que representa a posição da alavanca com relação aos contatos fixo e móvel do relé. No eixo da abscissa, encontram-se os múltiplos (M) da corrente de atuação do relé.
Quando o múltiplo é unitário (M=1), a corrente de operação será igual a corrente do seu tap. O desempenho e atuação do relé são comprometidos, devido ao baixo torque para o fechamento do contato, quando este opera entre os múltiplos 1 e 1,5. Assim, a curva de operação não é traçada para esta região, como é possível observar na Figura 22.
Figura 22 - Curva de operação para um relé de sobrecorrente de tempo inverso [17].
Para os relés digitais, não há a necessidade das curvas de tempo no papel, pois os próprios relés possuem a sua própria curva de atuação, sendo capazes de ajustar as inclinações das curvas de acordo com a necessidade do esquema de proteção. Geralmente, os relés digitais operam a partir do múltiplo 1,1. Estes relés associam a curva de operação a uma função que representa a curva normalizada, como pode ser observada na equação 18.
tatuação do relé = Tcurva . + L (3.1)
Em que:
- Tcurva é o múltiplo da curva de tempo, para a curva 100%, Tcurva é igual a 1.
- tatuação do relé : o tempo de atuação do relé, em segundos.
- M = 𝐈
𝐈𝐚𝐣𝐮𝐬𝐭𝐞: múltiplo do relé, maior ou igual a 1, onde I é a corrente medida pelo relé e
Iajuste é a corrente de pick-up.
- K,L, 𝜶 e 𝜷 : são coeficientes tabelados que dependem do tipo de curva utilizado e da norma adotada, de acordo com a Tabela 3.1.
Tabela 3.1 – Coeficientes para a equação característica da curva dos relés de sobrecorrente de tempo inverso [17].
Norma Tipo de curva K L 𝜶 𝜷
IEC Curva inversa 0,14 0 0,02 1 Moderadamente Inversa 0,05 0 0,04 1 Muito Inversa 13,5 0 1 1 Extremamente Inversa 80 0 2 1 IEEE Moderadamente Inversa 0,515 0,14 0,02 1 Muito Inversa 196,1 4,91 2 1 Extremamente Inversa 282 1,217 2 1
I²t Curva I²t 100 2 0 0
Todas Tempo Definido - - - -
Na Figura 23 mostra-se um exemplo para a curva normal inversa, em escala log log, segundo a norma IEC. Para o uso das curvas de atuação moderadamente inversa,
muito inversa e extremamente inversa, utilizam-se os valores das constantes da Tabela 3.1.
Figura 23 – Exemplo de curva IEC normal inversa [22].
As proteções de sobrecorrente (temporizada e instantânea) são associadas de forma coordenada com o intuito de aumentar ainda mais a seletividade do sistema de proteção. Assim, o defeito passa a ser eliminado da maneira mais rápida possível e com o mínimo de corte das cargas conectadas ao sistema.
3.2.3. Relé de sobrecorrente com controle de tensão (51V)
No intuito de aumentar a confiabilidade do sistema de proteção a fim de promover uma melhor retaguarda para os equipamentos adjacentes, utiliza-se a função de sobrecorrente com controle de tensão. Nestes casos, as correntes de falta medidas são menores que a corrente nominal dos transformadores de potência, portanto, o relé precisa determinar se o valor de corrente medida é de carga ou de falta. Para isso, é necessário que a proteção de sobrecorrente supervisione também a tensão do sistema. Assim, a polarização do relé de sobrecorrente com controle de tensão é tanto pela corrente como pela tensão como mostra a Figura 24.
De acordo com a norma ANSI/IEC, a função da proteção de sobrecorrente com controle de tensão é representada por 51V.
Figura 24 – Esquemático do relé de sobrecorrente com controle de tensão 51V. [25]