Relé de Sequência Negativa

Definição

Um relé de sequência negativa, também conhecido como relé de fase desequilibrada, é projetado para proteger o sistema elétrico contra componentes de sequência negativa. Sua função principal é proteger geradores e motores de cargas desequilibradas, que geralmente surgem devido a falhas entre fases. Quando tais falhas ocorrem, os componentes de sequência negativa podem causar aquecimento excessivo e estresse mecânico em máquinas elétricas, potencialmente levando a danos graves se não forem adequadamente abordados.

Princípio de Funcionamento e Características

O relé de sequência negativa incorpora um circuito de filtro especializado que responde seletivamente apenas aos componentes de sequência negativa presentes no sistema elétrico. Dado que mesmo uma magnitude relativamente pequena de sobrecorrente causada por componentes de sequência negativa pode criar condições operacionais perigosas, o relé é configurado com uma configuração de corrente baixa. Isso permite que ele detecte e reaja prontamente a desequilíbrios sutis antes que eles se transformem em problemas maiores.

Embora o relé de sequência negativa esteja aterrado, essa aterramento serve principalmente para proteger contra falhas de fase-para-terra. No entanto, isso não mitiga diretamente as falhas de fase-para-fase; em vez disso, seu papel é detectar os componentes de sequência negativa que são sintomáticos dessas falhas e acionar ações protetoras apropriadas.

Construção

A construção do relé de sequência negativa é ilustrada na figura abaixo. Ele apresenta quatro impedâncias, denotadas como Z1, Z2, Z3 e Z4, que estão interconectadas em uma configuração de ponte. Essas impedâncias são energizadas por transformadores de corrente, que amostram a corrente elétrica do sistema sob proteção. A bobina operacional do relé está conectada aos pontos médios deste circuito de ponte. Esta disposição específica permite que o relé sinta com precisão a presença e a magnitude dos componentes de sequência negativa analisando as diferenças de tensão entre os braços da ponte, facilitando a operação confiável e precisa para a proteção de sistemas elétricos.

No circuito do relé de sequência negativa, Z1 e Z3 exibem características puramente resistivas, enquanto Z2 e Z4 possuem propriedades tanto resistentes quanto indutivas. Os valores das impedâncias Z2 e Z4 são ajustados meticulosamente para que as correntes que passam por elas atrasem consistentemente as correntes que fluem através de Z1 e Z3 por um ângulo de 60 graus.

Quando a corrente atinge a junção A, ela se divide em duas ramificações, I1 e I4. Significativamente, a corrente I4 atrasa a corrente I1 exatamente 60 graus. Esta relação específica de diferença de fase é fundamental para o funcionamento adequado do relé de sequência negativa, permitindo que ele detecte e responda com precisão aos componentes de sequência negativa dentro do sistema elétrico.

De maneira semelhante, a corrente da fase B se divide na junção C em dois componentes iguais I3 e I2, com I2 atrasando I3 por 60º.

A corrente I4 atrasa I1 por um ângulo de 30 graus. Da mesma forma, I2 atrasa IB por 30 graus, enquanto I3 antecipa IB pelo mesmo margem de 30 graus. A corrente que flui pela junção B é equivalente à soma algébrica de I1, I2 e IY. Esta relação angular precisa e a soma de correntes na junção B são críticas para o funcionamento adequado do relé de sequência negativa, garantindo sua capacidade de detectar com precisão condições desequilibradas dentro do sistema elétrico, analisando as diferenças de fase e magnitude entre essas correntes.

Fluxo de Corrente de Sequência Positiva

O diagrama fasorial que representa os componentes de sequência positiva é ilustrado na figura abaixo. Em um cenário onde a carga está em estado equilibrado, a corrente de sequência negativa permanece ausente. Sob tais circunstâncias, a corrente que passa pelo relé pode ser descrita pela seguinte equação. Esta relação entre a condição de carga equilibrada, a ausência de corrente de sequência negativa e a corrente através do relé é fundamental para entender a operação normal e as funções protetoras dentro do sistema elétrico.

Operação em Condições Equilibradas

Consequentemente, o relé permanece ativo durante a operação de um sistema elétrico equilibrado, garantindo monitoramento contínuo e prontidão para responder a qualquer anomalia potencial.

Fluxo de Corrente de Sequência Negativa

Como ilustrado na figura acima, as correntes I1 e I2 exibem magnitudes iguais. Devido à sua natureza igual e oposta, elas se anulam efetivamente. Como resultado, apenas a corrente IY atravessa as bobinas operacionais do relé. Para proteger contra os efeitos prejudiciais de até mesmo pequenas sobrecargas, que podem rapidamente se transformar em problemas graves do sistema, a configuração de corrente do relé é deliberadamente mantida inferior à corrente nominal de carga total. Esta calibração sensível permite que o relé detecte e reaja prontamente a condições desequilibradas causadas por componentes de sequência negativa.

Fluxo de Corrente de Sequência Zero

No caso de corrente de sequência zero, as correntes I1 e I2 estão desfasadas uma da outra por um ângulo de 60 graus. O resultado dessas duas correntes alinha-se em fase com a corrente IY. Consequentemente, a bobina operacional do relé experimenta uma corrente total que é exatamente o dobro da magnitude da corrente de sequência zero. É importante notar que, ao conectar os transformadores de corrente (TCs) em uma configuração delta, o relé pode ser tornado inoperante para correntes de sequência zero. Nesta configuração de conexão delta, as correntes de sequência zero não fluem através do relé, fornecendo um meio de filtrar ou contornar certos tipos de correntes de falha, dependendo dos requisitos de proteção do sistema.

Relé de Sequência Negativa Indutivo

A construção de um relé de sequência negativa indutivo assemelha-se à de um relé de sobrecorrente indutivo. Ele apresenta um disco metálico, geralmente fabricado a partir de uma bobina de alumínio, que gira entre dois eletroímãs: um eletroímã superior e um eletroímã inferior.

O eletroímã superior está equipado com duas bobinas. A bobina primária do eletroímã superior está ligada ao lado secundário do transformador de corrente (TC) conectado à linha sob proteção. Enquanto isso, a bobina secundária do eletroímã superior está conectada em série com as bobinas do eletroímã inferior.

Devido à presença de um centro de derivação, a bobina primária do relé tem três terminais. A fase R, com a ajuda de TCs e um transformador auxiliar, energiza a metade superior do relé, enquanto a fase Y energiza a metade inferior. O transformador auxiliar é ajustado especificamente para que sua saída atrasa por um ângulo de 120º em vez do convencional 180º.

Operação com Correntes de Sequência Positiva

Quando as correntes de sequência positiva estão presentes, as correntes IR e IY fluem pelas bobinas primárias do relé em direções opostas. As correntes I’R e I’Y têm magnitudes iguais. Este fluxo de corrente equilibrado garante que o relé permaneça em um estado inativo, pois não há força líquida para acionar sua operação.

Operação com Correntes de Sequência Negativa

Em caso de falha, a corrente de sequência negativa I é induzida a fluir pela bobina primária do relé. Esta corrente de sequência negativa perturba o equilíbrio dentro do relé, iniciando uma série de eventos que levam à ativação do relé e à subsequente ação protetora.

O relé iniciará sua operação assim que a magnitude da corrente de falha ultrapassar o valor pré-definido do relé. Isso significa que, quando a corrente de falha se torna grande o suficiente para exceder o limite específico determinado para o relé, o relé é acionado para realizar sua função protetora dentro do sistema elétrico.