Proteção Diferencial de Barramento

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Definição de Proteção Diferencial de Barramento

A proteção diferencial de barramento é um esquema que isola rapidamente falhas comparando as correntes que entram e saem do barramento usando a lei das correntes de Kirchoff.

Proteção Diferencial de Corrente

O esquema de proteção de barramento envolve a lei das correntes de Kirchoff, que afirma que a corrente total que entra em um nó elétrico é exatamente igual à corrente total que sai do nó. Portanto, a corrente total que entra em uma seção de barramento é igual à corrente total que sai da seção de barramento.

O princípio da proteção diferencial de barramento é muito simples. Aqui, os secundários dos TCs (transformadores de corrente) são conectados em paralelo. Isso significa que os terminais S1 de todos os TCs estão conectados juntos, formando um fio de barramento. Da mesma forma, os terminais S2 de todos os TCs estão conectados juntos para formar outro fio de barramento. Um relé de disparo está conectado entre esses dois fios de barramento.

Na figura acima, assumimos que, nas condições normais, as alimentações A, B, C, D, E e F carregam as correntes IA, IB, IC, ID, IE e IF. Agora, de acordo com a lei das correntes de Kirchoff,

Essencialmente, todos os TCs usados para a proteção diferencial de barramento têm a mesma razão de corrente. Portanto, a soma de todas as correntes secundárias também deve ser igual a zero.

Agora, digamos que a corrente através do relé conectado em paralelo com todos os secundários dos TCs seja iR, e iA, iB, iC, iD, iE e iF sejam as correntes secundárias. Vamos aplicar a KCL no nó X. De acordo com a KCL no nó X,

Portanto, fica claro que, nas condições normais, não há corrente que flui através do relé de disparo de proteção do barramento. Este relé é geralmente referido como Relé 87. Agora, suponha que ocorra uma falha em qualquer uma das alimentações, fora da zona protegida.

Nesse caso, a corrente de falha passará pelo primário do TC dessa alimentação. Essa corrente de falha é contribuída por todas as outras alimentações conectadas ao barramento. Portanto, a parte contribuída da corrente de falha flui através do TC correspondente da respectiva alimentação. Assim, nessas condições de falha, se aplicarmos a KCL no nó K, ainda obteremos, i R = 0

Isso significa que, nas condições de falha externa, não há corrente que flui através do relé 87. Agora, considere uma situação em que a falha ocorre no próprio barramento. Nessa condição, a corrente de falha também é contribuída por todas as alimentações conectadas ao barramento. Portanto, nessa condição, a soma de todas as correntes de falha contribuídas é igual à corrente total de falha.

Agora, no caminho de falha, não há TC. (na falha externa, tanto a corrente de falha quanto a corrente contribuída pela falha de diferentes alimentações têm TC em seu caminho de fluxo). A soma de todas as correntes secundárias não é mais zero. É igual ao equivalente secundário da corrente de falha. Agora, se aplicarmos a KCL nos nós, obteremos um valor não nulo de i R.

Assim, nessas condições, a corrente começa a fluir através do relé 87 e ele dispara o disjuntor correspondente a todas as alimentações conectadas a essa seção do barramento.

Como todas as alimentações de entrada e saída, conectadas a essa seção do barramento, são disparadas, o barramento fica sem energia. Esse esquema de proteção diferencial de barramento também é referido como proteção diferencial de corrente de barramento.

Proteção de Barramento Segmentado

Ao explicar o princípio de funcionamento da proteção diferencial de corrente de barramento, mostramos um barramento não segmentado simples. Mas, em sistemas de média tensão, o barramento elétrico é segmentado em mais de uma seção para aumentar a estabilidade do sistema.

Isso é feito porque uma falha em uma seção do barramento não deve perturbar outra seção do sistema. Portanto, durante a falha no barramento, o barramento total seria interrompido. Vamos desenhar e discutir sobre a proteção de um barramento com duas seções.

Aqui, a seção A do barramento ou zona A é delimitada pelos TC 1, TC2 e TC3, onde TC1 e TC2 são TCs de alimentação e TC3 é o TC do barramento.

Proteção Diferencial de Tensão

O esquema diferencial de corrente é sensível apenas quando os TCs não ficam saturados e mantêm a mesma razão de corrente, erro de ângulo de fase sob condições máximas de falha. Isso geralmente não ocorre, especialmente no caso de uma falha externa em uma das alimentações. O TC na alimentação com falha pode estar saturado pela corrente total e, consequentemente, terá erros muito grandes. Devido a esse grande erro, a soma das correntes secundárias de todos os TCs em uma zona específica pode não ser zero.

Portanto, pode haver uma alta chance de disparo de todos os disjuntores associados a essa zona de proteção, mesmo no caso de uma grande falha externa. Para evitar essa operação incorreta da proteção diferencial de corrente de barramento, os relés 87 são fornecidos com corrente de pickup elevada e tempo de atraso suficiente. A maior causa problemática de saturação do transformador de corrente é o componente DC transitório da corrente de curto-circuito.

Essas dificuldades podem ser superadas usando TCs de núcleo de ar. Este transformador de corrente também é chamado de acoplador linear. Como o núcleo do TC não usa ferro, a característica secundária desses TCs é uma linha reta. Na proteção diferencial de tensão de barramento, os TCs de todas as alimentações de entrada e saída são conectados em série, em vez de serem conectados em paralelo.

Os secundários de todos os TCs e o relé diferencial formam um circuito fechado. Se a polaridade de todos os TCs for corretamente ajustada, a soma das tensões em todos os secundários dos TCs será zero. Portanto, não haverá tensão resultante aparecendo no relé diferencial. Quando ocorre uma falha no barramento, a soma de todas as tensões secundárias dos TCs não é mais zero. Portanto, haverá uma corrente circulando no circuito devido à tensão resultante.

Como essa corrente de circuito também flui através do relé diferencial, o relé é acionado para disparar todos os disjuntores associados à zona de barramento protegida. Exceto quando a corrente de falha a terra é severamente limitada pela impedância neutra, geralmente não há problema de seletividade. Quando tal problema existe, ele é resolvido pelo uso de equipamentos de relé adicionais mais sensíveis, incluindo um relé de proteção supervisória.