Proteção contra Falha de Terra Balanceada

Esquema de Proteção de Falha ao Terra Balanceada para Pequenos Geradores

O esquema de proteção de falha ao terra balanceada serve como uma salvaguarda crucial, principalmente utilizada para a proteção de pequenos geradores em cenários onde sistemas de proteção diferencial e autocompensados não são opções viáveis. Nos pequenos geradores, as extremidades neutras das bobinas trifásicas estão internamente conectadas a um único terminal. Como resultado, a extremidade neutra não é acessível externamente, tornando ineficazes os métodos de proteção convencionais. É aqui que o esquema de proteção de falha ao terra balanceada entra, fornecendo proteção essencial contra falhas ao terra. É importante notar que este esquema é especificamente projetado para detectar falhas ao terra e não oferece proteção contra falhas entre fases, a menos que essas falhas entre fases se desenvolvam subsequentemente em falhas ao terra.

Conexão do Esquema de Proteção de Falha ao Terra Balanceada

A implementação do esquema de proteção de falha ao terra balanceada envolve uma configuração precisa de transformadores de corrente (TCs). Nesta configuração, TCs são instalados em cada fase do gerador. Suas bobinas secundárias são então conectadas em paralelo com a bobina secundária de outro TC. Este TC adicional é montado no condutor que liga o ponto estrela (neutro) do gerador à terra. Um relé de proteção é estrategicamente conectado através das secundárias combinadas de todos esses TCs. Esta disposição permite que o sistema de proteção monitore os desequilíbrios de corrente que ocorrem durante uma condição de falha ao terra, permitindo que o relé detecte e responda rapidamente a potenciais falhas, assim protegendo o pequeno gerador de danos causados por falhas ao terra.

Esquema de Proteção de Falha ao Terra Balanceada: Funcionalidade, Limitações e Significância

Visão Geral e Alcance

Os esquemas de proteção balanceados são projetados para proteger contra falhas ao terra em uma área definida, especificamente a região confinada entre os transformadores de corrente (TCs) do lado neutro e do lado da linha. Este mecanismo de proteção direcionado está principalmente focado em detectar falhas ao terra nas bobinas do estator de um gerador. Notavelmente, permanece inativo durante falhas ao terra externas, motivo pelo qual este esquema também é comumente referido como esquema de proteção de falha ao terra restrita. Em grandes geradores, este esquema é frequentemente implementado como uma camada adicional de proteção, complementando outros sistemas de proteção mais abrangentes.

Mecanismo Operacional

Operação Normal

Em condições normais de operação do gerador, a soma das correntes fluindo pelas secundárias dos transformadores de corrente é exatamente zero. Além disso, não há fluxo de corrente da secundária para o neutro. Como resultado, o relé de proteção associado ao esquema permanece desenergizado, indicando que o sistema está operando sem nenhuma condição de falha.

Falha na Zona Protegida

Quando uma falha ao terra ocorre na zona protegida (a área à esquerda do TC do lado da linha), uma mudança significativa ocorre. A corrente de falha começa a fluir pelas bobinas primárias dos transformadores de corrente. Isso, por sua vez, induz correntes secundárias correspondentes que passam pelo relé. Uma vez que a magnitude dessas correntes secundárias atinge um limite pré-definido, o relé é ativado, acionando o disjuntor para isolar a seção defeituosa do gerador. Esta resposta rápida ajuda a prevenir danos adicionais ao gerador devido à falha.

Falha Fora da Zona Protegida

Em caso de falha ocorrendo fora da zona de proteção (à direita do TC do lado da linha), o comportamento elétrico é diferente. A soma das correntes nos terminais do gerador é igual à corrente fluindo na conexão neutra. Este equilíbrio resulta em nenhuma corrente líquida fluindo pela bobina de operação do relé. Consequentemente, o relé não opera, e o sistema continua funcionando, assumindo que a falha é externa e não ameaça diretamente a integridade das bobinas do estator protegidas do gerador.

Desvantagens

Apesar de sua eficácia em muitos cenários, o esquema de proteção de falha ao terra balanceada tem limitações notáveis. Quando uma falha ocorre em proximidade ao terminal neutro ou quando o aterramento neutro é estabelecido através de uma resistência ou um transformador distribuidor, a magnitude da corrente de falha que flui pela secundária do transformador de corrente se reduz significativamente. Nestes casos, esta corrente diminuída pode cair abaixo da corrente de pick-up do relé, que é a corrente mínima necessária para ativar o relé. Como resultado, o relé falha em operar, permitindo que a corrente de falha persista nas bobinas do gerador. Esta exposição prolongada à corrente de falha pode levar a superaquecimento, degradação da isolação e potencialmente danos graves ao gerador, destacando a importância de compreender e abordar estas limitações em aplicações práticas.