O que é Proteção de Linhas ou Alimentadores?

O que é Proteção de Linhas ou Alimentadores?

Definição de Proteção de Linhas de Transmissão

A proteção de linhas de transmissão é um conjunto de estratégias usadas para detectar e isolar falhas nas linhas de energia, garantindo a estabilidade do sistema e reduzindo danos.

Proteção por Sobrecorrente Graduada no Tempo

Isso também pode ser referido simplesmente como proteção por sobrecorrente de linhas de transmissão de energia. Vamos discutir diferentes esquemas de proteção por sobrecorrente graduada no tempo.

Proteção de Alimentador Radial

No alimentador radial, a energia flui em uma única direção, que é da fonte para a carga. Este tipo de alimentador pode ser facilmente protegido usando relés de tempo definido ou relés de tempo inverso.

Proteção de Linha por Relé de Tempo Definido

Este esquema de proteção é muito simples. Aqui, a linha total é dividida em diferentes seções e cada seção é fornecida com um relé de tempo definido. O relé mais próximo ao final da linha tem o tempo mínimo de configuração, enquanto o tempo de configuração dos outros relés é aumentado sucessivamente, em direção à fonte.

Por exemplo, suponha que há uma fonte no ponto A, na figura abaixo

No ponto D, o disjuntor CB-3 é instalado com tempo definido de operação do relé de 0,5 segundos. Sucessivamente, no ponto C, outro disjuntor CB-2 é instalado com tempo definido de operação do relé de 1 segundo. O próximo disjuntor CB-1 é instalado no ponto B, que é o mais próximo do ponto A. No ponto B, o relé está configurado com tempo de operação de 1,5 segundos.

Agora, suponha que ocorra uma falha no ponto F. Devido a essa falha, a corrente de falha flui através de todos os transformadores de corrente (TCs) conectados na linha. Mas, como o tempo de operação do relé no ponto D é o mínimo, o CB-3, associado a este relé, será o primeiro a disparar para isolar a zona de falha do restante da linha.

Caso, por qualquer motivo, o CB-3 falhe em disparar, então o próximo relé com tempo maior irá operar para iniciar o disparo do disjuntor associado. Neste caso, o CB-2 será acionado. Se o CB-2 também falhar em disparar, então o próximo disjuntor, ou seja, o CB-1, será acionado para isolar a maior parte da linha.

Vantagens da Proteção de Linha por Tempo Definido

A principal vantagem deste esquema é a simplicidade. A segunda grande vantagem é que, durante uma falha, apenas o CB mais próximo da fonte, a partir do ponto de falha, será acionado para isolar a posição específica da linha.

Desvantagens da Proteção de Linha por Tempo Definido

Com muitas seções em uma linha, o relé próximo à fonte tem um atraso maior, o que significa que as falhas próximas à fonte levam mais tempo para serem isoladas, potencialmente causando danos graves.

Proteção de Linha por Sobrecorrente com Relé Inverso

O inconveniente que discutimos na proteção por sobrecorrente de tempo definido de linhas de transmissão, pode ser facilmente superado usando relés de tempo inverso. No relé inverso, o tempo de operação é inversamente proporcional à corrente de falha.

Na figura acima, a configuração geral de tempo do relé no ponto D é mínima e, sucessivamente, esta configuração de tempo é aumentada para os relés associados aos pontos em direção ao ponto A.

Em caso de falha no ponto F, o CB-3 no ponto D será obviamente acionado. Em caso de falha no acionamento do CB-3, o CB-2 será acionado, pois a configuração geral de tempo é maior nesse relé no ponto C.

Mesmo que o relé mais próximo à fonte tenha a configuração mais longa, ele acionará mais rapidamente se ocorrer uma falha grave perto da fonte, pois seu tempo de operação é inversamente proporcional à corrente de falha.

Proteção por Sobrecorrente de Alimentadores Paralelos

Para manter a estabilidade do sistema, é necessário alimentar uma carga de uma fonte por dois ou mais alimentadores em paralelo. Se ocorrer uma falha em qualquer um dos alimentadores, apenas o alimentador com falha deve ser isolado do sistema para manter a continuidade do fornecimento de energia da fonte para a carga. Essa exigência torna a proteção de alimentadores paralelos um pouco mais complexa do que a proteção simples por sobrecorrente não direcional de linhas, como no caso de alimentadores radiais. A proteção de alimentadores paralelos requer o uso de relés direcionais e a graduação do tempo de configuração do relé para acionamento seletivo.

Há dois alimentadores conectados em paralelo da fonte à carga. Ambos os alimentadores têm relés de sobrecorrente não direcionais na extremidade da fonte. Esses relés devem ser relés de tempo inverso. Além disso, ambos os alimentadores têm relés direcionais ou relés de potência reversa na extremidade da carga. Os relés de potência reversa usados aqui devem ser do tipo instantâneo. Isso significa que esses relés devem ser acionados assim que o fluxo de energia no alimentador for invertido. A direção normal de energia é da fonte para a carga.

Agora, suponha que ocorra uma falha no ponto F, digamos que a corrente de falha é I f.

Esta falha terá duas rotas paralelas da fonte, uma através do disjuntor A apenas e outra via CB-B, alimentador-2, CB-Q, barramento de carga e CB-P. Isso é claramente mostrado na figura abaixo, onde IA e IB são as correntes de falha compartilhadas pelo alimentador-1 e alimentador-2, respectivamente.

Conforme a lei de corrente de Kirchoff, I A + IB = If.

Agora, IA está fluindo através do CB-A, IB está fluindo através do CB-P. Como a direção do fluxo do CB-P é invertida, ele irá disparar imediatamente. Mas o CB-Q não irá disparar, pois o fluxo de corrente (energia) neste disjuntor não é invertido. Assim que o CB-P for disparado, a corrente de falha IB para de fluir através do alimentador e, portanto, não há questão de operação adicional do relé de sobrecorrente de tempo inverso. IA ainda continua a fluir mesmo após o CB-P ser disparado. Então, devido à sobrecorrente IA, o CB-A será disparado. Dessa forma, o alimentador com falha é isolado do sistema.

Proteção Diferencial por Fio Piloto

Este é simplesmente um esquema de proteção diferencial aplicado a alimentadores. Vários esquemas diferenciais são aplicados para a proteção de linhas, mas o Sistema de Equilíbrio de Tensão Mess Price e o Esquema Translay são os mais amplamente utilizados.

Sistema de Equilíbrio de Tensão Mess Price

O princípio de funcionamento do Sistema de Equilíbrio de Tensão Mess Price é bastante simples. Neste esquema de proteção de linha, um TC idêntico é conectado a cada uma das duas extremidades da linha. A polaridade dos TCs é a mesma. O secundário desses transformadores de corrente e a bobina de operação de dois relés instantâneos formam um circuito fechado, conforme mostrado na figura abaixo. No circuito, um fio piloto é usado para conectar ambos os secundários do TC e ambas as bobinas do relé, conforme mostrado.

Agora, pela figura, é claro que, quando o sistema está em condições normais, não haverá corrente fluindo no circuito, pois a corrente secundária de um TC cancelará a corrente secundária do outro TC.

Agora, se ocorrer qualquer falha na porção da linha entre esses dois TCs, a corrente secundária de um TC não será mais igual e oposta à corrente secundária do outro TC. Portanto, haverá uma corrente circulante resultante no circuito.

Devido a essa corrente circulante, a bobina de ambos os relés fechará o circuito de acionamento do disjuntor associado. Portanto, a linha com falha será isolada de ambas as extremidades.