16 Revisão Bibliográfica
Figura 2.12: Exemplo de uma curva TCC [2]
2.4.1.2 Comparação de Magnitudes
Para este princípio de funcionamento, o relé faz a comparação de uma ou mais grandezas entre si.
O relé atua quando a divisão da corrente em dois circuitos, aos quais o relé está ligado, varia e ultrapassa um limite estipulado. [2]
Pode-se ver um exemplo na figura2.13.
Figura 2.13: Relé ligado a dois ramais A e B [5]
2.4 Relés - Aparelhos de Proteção 17
Na figura2.13podem-se ver dois ramais, ligados em paralelo aos mesmos barramentos.
Utilizando um relé de comparação de magnitudes, mede-se a corrente IAe a corrente IB. Se o |IA ≥IB+c|, em que c representa uma tolerância definida, e a linha B não estiver isolada, o relé considera que há um defeito na linha A e abre o disjuntor lá colocado, de forma a isolar essa linha.[5]
2.4.1.3 Comparação Diferencial
Para os relés que fazem proteção diferencial, estes comparam uma corrente de entrada a uma corrente de saída, ou seja, a corrente que entra de um lado do relé deve ser igual à corrente que sai do lado oposto do mesmo.
Pode-se ver um exemplo na figura2.14.
Figura 2.14: Relé com proteção diferencial [5]
A diferença entre I1e I2deve ser nula, ou seja,I1−I2=0. Se a diferença não for nula, o relé atua.[5]
2.4.1.4 Comparação de Ângulos de Fase
Como o nome indica, este tipo de relés compara os ângulos de fase de duas grandezas AC.
Esta comparação é utilizada especialmente para determinar a direção da corrente de defeito que passa no ramal onde o relé está ligado, que será comparada com a direção da corrente nominal que estaria a passar nesse mesmo ramal.
Pode-se ver um exemplo desta comparação na figura2.15.
No ramal onde ocorreu o defeito verifica-se que a corrente IFmudou de direção, logo o ângulo vai ser oposto ao que era anteriormente (visto no ramal sem defeito). O relé vai detetar essa diferença e atuar para isolar o defeito.[5]
18 Revisão Bibliográfica
Figura 2.15: Relé com proteção diferencial [5]
2.4.2 Fusíveis e Relés
Os relés podem ser divididos consoante a sua construção. Nesta secção vão ser apresentadas algumas configurações de relés.
Vão ser também mencionados fusíveis, que, apesar de não serem relés, também são conside- rados equipamentos de proteção.
2.4.2.1 Fusíveis
Os fusíveis são um aparelho de proteção que detetam uma grandeza, normalmente corrente.
Ao contrário dos relés, que dão ordem a um disjuntor para abrir, o próprio fusível é que faz a abertura do circuito.
Quando entra em operação, um fio de metal ou liga de metal com ponto de fusão baixo presente dentro do fusível funde, provocando a abertura do circuito.
O tempo que o fio de metal leva a fundir é inversamente proporcional à magnitude da corrente de defeito que flui no circuito do fusível.
A desvantagem do uso destes equipamentos é que cada vez que o fusível atua tem de ser substituído, pois não é possível recuperar o fio metálico que fundiu. [5]
Na figura2.16podem-se ver dois tipos de simbologia utilizada para representar os fusíveis.
(a) Símbolo utilizado pelo IEC -International Elec-
trotechnical Commission (b) Símbolo utilizado pelo ANSI e IEEE Figura 2.16: Símbolos associados aos fusíveis [5]
2.4 Relés - Aparelhos de Proteção 19
2.4.2.2 Relés Eletromecânicos
Os relés eletromecânicos eram utilizados nos sistemas elétricos antigos e já não são tão co- muns.
Funcionavam através de uma combinação de sinais de entrada e atuação física de molas.[5]
Um tipo de relé eletromecânico é o relé de indução. O funcionamento destes relés foi baseado na operação de motores AC monofásicos. Não podem ser utilizados para correntes DC.
No relé tem-se um sistema eletromagnético que opera um condutor móvel, por exemplo em forma de disco ou taça. Quando ocorre um defeito, dois campos magnéticos alternados provocam um valor para o torque que faz atuar o relé. [2]
Nas figuras2.17podem-se ver os dois tipos de relé de indução mencionados.
(a) Relé de indução em disco (b) Relé de indução em taça Figura 2.17: Relés de indução [5]
2.4.2.3 Relés deSolid-State
Os relés desolid-state, ou de estado sólido, são relés que desempenham as mesmas funções dos relés eletromecânicos, mas não possuem componentes mecânicas para a sua atuação. Também têm um tempo de vida maior e são muito mais rápidos a atuar.
São compostos por três partes principais - um sensor, um dispositivo interruptor e um meca- nismo de acoplamento. Este acoplamento é feito de forma ótica, para garantir o isolamento entre os sinais de entrada e saída.
A entrada do relé ativa um díodo luminoso (LED) que por sua vez ativa um fotodíodo. Este dispositivo converte a luz do LED num comando elétrico que vai ligar um retificador controlado de silício (SCR), um tirístor ou um MOSFET. Estes semicondutores permitem a saída de informação do relé, logo este atua. [5]
20 Revisão Bibliográfica
(a) Circuito de entrada de um relé de solid-stateem
AC (b) Onda de saída de um relé desolid-state
Figura 2.18: Entrada e saída de um relé desolid-state
Na figura2.18apode-se ver o circuito que compõe a entrada deste tipo de relés. A entrada em AC passa por uma ponte retificadora de díodos que convertem a entrada para um sinal em DC, que liga o díodo LED. Assim, o relé vai enviar o sinal de atuação para o dispositivo de corte (normalmente um disjuntor).
Na figura2.18bvê-se a forma de onda do sinal de saída do relé. Se não há sinal de entrada, nenhuma corrente flui no relé, estando este em circuito aberto. Aplicando um sinal DC na entrada, quando a onda passa o ponto zero do eixo vertical liga-se o sinal de saída. Este sinal só ativa quando a onda passa o ponto zero, mesmo se o sinal DC se sentir antes.
Quando o sinal DC deixa de entrar, o semicondutor utilizado permanece ligado durante meio ciclo, até à corrente descer abaixo da corrente de manutenção de condução (Holding Current) do mesmo. Só aqui é que o sinal de saída para.
2.4.2.4 Relés Digitais
Os relés digitais funcionam à base de um sistema computacional, com algoritmos que detetam defeitos nas redes de energia. Para além da função de proteção, podem também funcionar como aparelhos de medida e de comunicação.
Este tipo de relés utiliza um microprocessador para analisar as tensões, correntes e outras grandezas do sistema elétrico, transformando-as em sinais digitais que permitem detetar situações anómalas no sistema. Um só relé pode monitorizar várias grandezas. [5]
A arquitetura destes relés pode ser condensada em categorias:
• Módulo de entrada -input module
• Unidade central de processamento - CPU
• Memória
• Multiplexador e conversor analógico-digital
• Módulo de saída -output module
• Entrada digital ou módulo de comunicação
2.4 Relés - Aparelhos de Proteção 21
Inicialmente, os sinais analógicos de entrada são diminuídos com recurso a transformadores de tensão e/ou intensidade. De seguida, esses sinais passam num filtro passa-baixo, que elimina ruído dos mesmos, provocado pelos efeitos de indução e coroa das linhas de alta tensão.
Após entrarem no relé, os sinais são processados pelo CPU. Como o CPU só processa da- dos digitais, é necessário um conversor analógico-digital, para converter os sinais analógicos dos transformadores de medida em sinais digitais.
Se for necessário converter mais do que um tipo de sinal analógico, utiliza-se um multiplexa- dor. [13]
Os relés digitais têm dois tipos de memória - memória RAM e ROM. Na memória RAM (random access memory, ou memória de acesso aleatório) ficam conservados os dados de entrada, que são processados durante a compilação dos mesmos. A memória ROM (read only memory, ou memória só de leitura) contém o software utilizado pelo relé, bem como outros dados relativos ao defeito.
A memória é crucial para o funcionamento do relé, permitindo analisar e resolver problemas provocados pelos defeitos.
Com o sinal de entrada processado, gera-se um comando de saída. Este comando é dado pelo CPU, e faz atuar os contactos no módulo de saída. Os contactos são pulsos gerados como um sinal de resposta. O tempo de resposta, ou de atuação, pode ser definido de acordo com as funções do relé.
Os relés podem ter também comunicações entre eles e com o controlador. Para isso tem portas série e paralelo para fazer a ligação de comunicação. Relés auxiliares podem ser ligados aos contactos de saída, para estender os comandos de atuação. [5]
Na figura2.19pode-se ver um exemplo da arquitetura de um relé digital.
Figura 2.19: Arquitetura de um relé digital [5]
22 Revisão Bibliográfica
Na figura2.19podem-se ver os módulos de entrada, representados pelossurge filterseanti- aliasing filters. De seguida tem-se o conversor analógico-digital ou multiplexador emA/D sam- ple/hold, e o CPU -processor.
A memória presente nesta arquitetura é a RAM, ROM e EEPROM (electrically erasable pro- grammable read-only memory), que é um tipo de memória não volátil na qual se armazena peque- nos dados para o caso de perda de energia do equipamento.
Finalmente tem-se o módulo de saída (digital output), acompanhado de um filtro que permite o isolamento do sinal de saída -isolation filters.