Prof. Aimê Abílio
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO
Técnico em Eletrotécnica
O que é um relé?
Basicamente, um relé é um interruptor atuado eletricamente.
Os relés podem ser classificados de acordo com a grandeza com a qual atuam, como por exemplo: tensão, corrente ou freqüência. Podem-se classificar os relés também quanto ao princípio de atuação: eletromecânicos, estáticos ou digitais.
Relé
2 O que é um relé de proteção?
Os relés de proteção são dispositivos compactos que são conectados ao SEP e possuem características de projeto e funcionamento interessadas na detecção de condições anormais de operação que excedam limites toleráveis, e na inicialização de ações corretivas que possibilitem o retorno do SEP a seu estado normal. Tais equipamentos, sejam analógicos e ou digitais, são responsáveis pela análise das grandezas elétricas associadas à rede elétrica e pela lógica necessária à tomada de decisão pelo sistema de proteção, caso algum distúrbio seja encontrado.
Relé de proteção
Tipos de relés de proteção:
• Relé de sequencia de partida (44)
• Relés de falta de fase (48)
• Falta de fase; sequencia de fase .
• Relé térmico (49)
• Para máquina ou transformador; por imagem térmica.
• Relé de Sobretensão (59)
• De terra; sensível de neutro.
Relé de proteção
Tipos de relés de proteção:
• Relés de sobrecorrente instantâneo (50)
• Sensível de terra; de neutro;
• Relés de sobrecorrente temporizado (51)
• Sensível de terra; de neutro;
• Relé de falha do disjuntor (62BF)
• Relé de alarme (74)
• Relé de subcorrente ou subpotência (37)
Relé de proteção
As condições do sistema de potência são monitoradas constantemente pelo sistema de medidas analógicas, transformadores de instrumento, (TC’s e TP’s). As correntes e as tensões transformadas em grandezas secundárias alimentam um sistema de decisões lógicas (relé de proteção), que compara o valor medido com o valor previamente ajustado no relé. A operação do relé ocorrerá sempre que valor medido exceder o valor ajustado, atuando sobre um disjuntor.
Relé de proteção
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Relé de proteção
Para um funcionamento correto, é necessário:
• Apesar de o tempo de operação dos relés variar frequentemente numa faixa bastante larga, o relé em relação à velocidade pode ser classificado nas categorias a seguir:
Características funcionais
Para um funcionamento correto, é necessário:
• Confiabilidade- fidedignidade e segurança
É o grau de certeza da atuação correta de um dispositivo para a qual ele foi projetado. Os relés de proteção, diferentes de outros dispositivos, tem duas alternativas de desempenho indesejado.
• Recusa de atuação: não atuam quando deveriam;
• Atuação incorreta: atuam quando não deveriam;
Características funcionais
• Estas duas situações levam a definições complementares:
fidedignidade e segurança. A fidedignidade é a medida da certeza de que o relé irá operar corretamente para todos os tipos de faltas para os quais ele foi projetado para operar. A segurança é a medida da certeza de que o relé não irá operar incorretamente para qualquer falta.
Características funcionais
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Tipos construtivos de relé
Eletromecânico
As entradas dos relés eletromecânicos são sinais contínuos (grandezas analógicas). O princípio de operação do relé eletromecânico se baseia na interação eletromagnética entre correntes e fluxos. As forças de atuação são criadas pela combinação de sinais de entrada, energia armazenada em molas, e dispositivos amortecedores. No relé de atração de armadura axial um núcleo cilíndrico é colocado internamente na bobina. Quando a bobina é energizada a armadura que está na posição de repouso (pela ação gravitacional ou pela ação de uma mola) é atraída. A armadura carrega a parte móvel do contato, que fecha o circuito quando encontra o contato fixo.
Eletromecânico
Tipos construtivos de relé
Estático
Apesar de terem o princípio de operação diferente do eletromecânico, também tem como entradas sinais contínuos.
Estes sinais são processados de tal forma que produz na saída um sinal decisório binário. Esta classe de equipamentos opera com base em circuitos lógicos eletrônicos. O desenvolvimento dos reles estáticos é aplicado da mesma maneira que aos relés eletromecânicos, entretanto, apresentam-se como equipamentos de uma maior operacionalidade, permitindo não somente uma melhor atuação dos sistemas de proteção tradicionais, mas também desenvolver esquemas de proteção mais avançados e sofisticados.
Tipos construtivos de relé
Estático
Este tipo de relé é composto por:
• Circuito de saída: adequa o sinal de saída do optoacoplador às condições da carga que se pretende chavear. Normalmente contém: Amplificador de corrente para aumentar a capacidade de potência do optoacoplador. Este pode ser via transistor (saída DC) ou triac (saída AC); Filtro contra sobretensões (varistor ou um RC); Detector de passagem por zero (saída AC).
Tipos construtivos de relé
8 Estático
Este tipo de relé é composto por:
• Circuito de entrada: Adequa o sinal de entrada do relé ás condições de funcionamento do optoacoplador. Contém:
Resistor de limitação de corrente; Led de sinalização; Diodo para impedir a inversão de polaridade; Filtro para eliminar transientes; Redutor de tensão, retificador e capacitor caso a entrada seja AC.
• Optoacoplador: é o responsável pela isolação galvânica entre entrada e saída.
Tipos construtivos de relé
Estático
Tipos construtivos de relé
Digital
Os relés microprocessados ou numéricos também usam correntes e tensões do SEP como sinais de entrada. Contudo, estes necessitam da representação digital dos mesmos, ou seja, que os sinais analógicos sejam amostrados e condicionados para o início do processamento do relé. Estes relés são compostos por diversos subcomponentes de hardware cada qual com uma função específica. Os relés são configuráveis quanto ao seu hardware dependendo da aplicação específica que se deseja, no entanto alguns componentes básicos estão sempre presentes no equipamento, como CPU, conversor AD, filtro, cartões de entrada e saída e etc.
Tipos construtivos de relé
Tipos construtivos de relé
10 Digital
Os relés digitais na distribuição contribuem para a confiabilidade melhorada e custos reduzidos nos sistemas elétricos de potência. Possuem um registro histórico comprovado de confiabilidade, com mais de 100.000 relés/ano de experiência no campo.
Os relés usam lógica programável para reduzir e simplificar a fiação, fornecem proteção para faltas na barra, falha de disjuntor e detecção de rompimento de fusível no lado de alta do transformador, sem nenhum ou com um custo mínimo adicional.
Tipos de relé
Digital
• Auto-checagem e confiabilidade: o relé computadorizado pode monitorar continuamente os subsistemas de hardware e software, detectando possíveis falhas na operação e o consequente disparo de alertas, possibilitando sua retirada sem o comprometimento da proteção que o equipamento fornece.
• Integração de sistemas e ambiente digital: os sistemas digitais possibilitam uma maior integração entre seus componentes, o que permite uma maior flexibilidade e velocidade na obtenção das informações registradas pelos equipamentos, além da possibilidade de troca de informações entre os dispositivos para a melhor tomada de decisão, por exemplo, a coordenação lógica.
Tipos construtivos de relé
Digital
• Flexibilidade funcional e adaptabilidade: Capacidade de alteração dos seus parâmetros de configuração de acordo com a topologia atual da rede, ou seja, se o relé está programado para uma determinada característica de operação do sistema elétrico, e esta muda, o relé pode adotar parâmetros que melhor se adaptem àquela nova condição.
• Considerações de custo-benefício: o avanço da microeletrônica e a disseminação desta na aplicação de relés de proteção têm orientado uma redução substancial nos custos dos circuitos digitais, embora, as despesas associadas com os softwares tenha aumentado. É importante observar que os relés numéricos executam diversas funções em uma mesma plataforma, o que diminui a razão do custo/benefício, diferentemente dos tradicionais relés eletromecânicos.
Tipos construtivos de relé
Tipos construtivos de relé
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Relé de proteção
Relé de proteção
Relé de proteção
Pré requisitos
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O que é um disjuntor?
Dispositivo eletromecânico, que funciona como um interruptor automático, destinado a proteger uma determinada instalação elétrica contra possíveis danos causados por curto-circuitos e sobrecargas elétricas. A sua função básica é a de detectar picos de corrente que ultrapassem o adequado para o circuito, interrompendo-a imediatamente antes que os seus efeitos térmicos e mecânicos possam causar danos à instalação elétrica protegida.
Disjuntor
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• Uma das principais características dos disjuntores é a sua capacidade de poder ser rearmado manualmente, depois de interromper a corrente em virtude da ocorrência de uma falha.
• São diferentes dos fusíveis, que têm a mesma função, mas que ficam inutilizados quando realizam a interrupção. Além de dispositivos de proteção, servem também de dispositivos de manobra, funcionando como interruptores normais que permitem interromper manualmente a passagem de corrente elétrica.
• Existem diversos tipos de disjuntores, desde pequenos dispositivos que protegem a instalação elétrica de uma única habitação até grandes dispositivos que protegem os circuitos de alta tensão que alimentam uma cidade inteira.
Disjuntor
16 Característica de operação dos disjuntores
• A curva “Tempo vs. Corrente”, ilustrada na figura, descreve o comportamento genérico de um dispositivo de proteção do tipo disjuntor.
Disjuntor
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• Os disjuntores magnéticos utilizam o eletromagnetismo para interromper um circuito.
• Os disjuntores térmicos utilizam o calor para interromper um circuito.
• Os disjuntores termomagnéticos utilizam os dois métodos para interromper um circuito.
Disjuntor
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Disjuntores térmicos
Os disjuntores térmicos utilizam a deformação de placas bimetálicas causada pelo seu aquecimento. Quando uma sobrecarga de corrente atravessa a placa bimetálica existente num disjuntor térmico ou quando atravessa uma bobina situada próxima dessa placa, aquece-a, por efeito joule, diretamente no primeiro caso e indiretamente no segundo, causando a sua deformação. A deformação desencadeia mecanicamente a interrupção de um contacto que abre o circuito elétrico protegido.
Um disjuntor térmico é, assim, um sistema eletromecânico simples e robusto. Em contrapartida, não é muito preciso e dispõe de um tempo de reação relativamente lento.A proteção térmica tem como função principal a de proteger os condutores contra os sobreaquecimentos provocados pelas sobrecargas prolongadas na instalação elétrica.
Disjuntor
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Disjuntor termomagnético
Muito utilizado em instalações elétricas residenciais e comerciais, possui três funções:
Manobra (abertura ou fecho voluntário do circuito)
Proteção contra curto-circuito - Essa função é desempenhada por um atuador magnético (solenóide), que efetua a abertura do disjuntor com o aumento instantâneo da corrente elétrica no circuito protegido
Proteção contra sobrecarga - É realizada através de um atuador bimetálico, que é sensível ao calor e provoca a abertura quando a corrente elétrica permanece, por um determinado período, acima da corrente nominal do disjuntor
As características de disparo do disjuntor são fornecidas pelos fabricantes através de duas informações principais: corrente nominal e curva de disparo. Outras características são importantes para o dimensionamento,
Disjuntor
18 Disjuntor de baixa tensão
É um dispositivo que interrompe o circuito pela abertura de uma chave; Possuem dois elementos que “percebem”
a ocorrência de sobrecorrente devido à sobrecarga ou curto-circuito:
• Elemento térmico: responsável pela detecção de eventos de sobrecarga de longa duração;
• Elemento magnético: responsável pela detecção de eventos de curto-circuito.
• Além desses elementos, os disjuntores possuem uma chave e uma câmara de extinção do arco elétrico que se forma durante a abertura da chave.
Disjuntor
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Disjuntor de baixa tensão
Disjuntor
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Tipos de disjuntores
Disjuntor
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Classes de disjuntores
Disjuntor
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Disjuntor de Alta tensão
• Para a interrupção de altas correntes, especialmente na presença de circuitos indutivos, são necessários mecanismos especiais para a interrupção do arco voltaico (ou arco elétrico), resultante na abertura dos pólos. Para aplicações de grande potência, esta corrente de curto-circuito, pode alcançar valores de 100 kA.
• Após a interrupção, o disjuntor deve isolar e resistir às tensões do sistema.
Por fim, o disjuntor deve atuar quando comandado, ou seja, deve haver um alto grau deconfiabilidade.
• Alguns tipos de disjuntores de alta potência:
• Disjuntor a grande volume de óleo,
• Disjuntor a pequeno volume de óleo,
• Disjuntor a ar comprimido,
• Disjuntor a vácuo,
• Disjuntor a hexafluoreto de enxofre (SF6).
Disjuntor
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Disjuntor
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