Proteção de Falha Terrestre Restrita

Falhas à Terra: Causas, Impactos e Medidas Protetoras

Uma falha à terra ocorre quando há uma conexão elétrica não intencional entre um condutor vivo e a terra. Isso geralmente acontece devido à quebra da isolação, que pode ser causada por fatores como o envelhecimento dos componentes elétricos, danos mecânicos ou exposição a condições ambientais severas. Quando uma falha à terra ocorre, correntes de curto-circuito fluem através do sistema elétrico. Essas correntes de falha retornam à fonte, seja através da própria terra ou via equipamentos elétricos conectados.

A presença de correntes de falha à terra pode ter consequências graves. Elas podem causar danos significativos aos equipamentos dentro do sistema de energia, incluindo transformadores, motores e disjuntores, superaquecendo componentes, derretendo a isolação e até mesmo levando à destruição física. Além disso, as falhas à terra interrompem a continuidade do fornecimento de energia, resultando em quedas de energia que podem afetar consumidores residenciais, comerciais e industriais.

Para mitigar os riscos associados às falhas à terra, é empregado o esquema de proteção contra falhas à terra restritas. No cerne deste esquema de proteção está o relé de falha à terra, um componente crítico que desempenha um papel crucial na proteção do sistema de energia. Quando uma falha à terra é detectada, o relé de falha à terra emite um comando de disparo para o disjuntor. Esta ação isola rapidamente a seção defeituosa do circuito, limitando assim o fluxo de corrente de falha e minimizando o dano potencial.

O relé de falha à terra é estrategicamente posicionado na parte residual das transformadoras de corrente, conforme ilustrado na figura abaixo. Esta posição permite ao relé monitorar e detectar efetivamente fluxos de corrente anormais indicativos de falhas à terra. Especificamente, ele fornece proteção essencial para as bobinas delta ou estrela não aterradas dos transformadores de energia, protegendo esses componentes críticos dos efeitos destrutivos das correntes de falha. A figura abaixo também ilustra as conexões detalhadas do relé de falha à terra com as bobinas estrela ou delta do transformador, destacando a configuração precisa que garante a detecção confiável de falhas e proteção.

Configuração e Operação do Sistema de Proteção Contra Falhas à Terra

As transformadoras de corrente (TCs) desempenham um papel crucial no sistema de proteção contra falhas à terra, posicionadas estrategicamente em ambos os lados da zona de proteção designada. Os terminais secundários dessas TCs são conectados em paralelo com o relé de proteção, formando um caminho elétrico vital para a detecção de falhas. A saída das TCs é projetada especificamente para representar a corrente de sequência zero fluindo através da linha elétrica. Notavelmente, durante uma falha externa, a corrente de sequência zero permanece ausente, enquanto, em caso de falha interna, ela aumenta para um valor que é duas vezes a magnitude da corrente de falha real.

Operação do Sistema de Proteção Contra Falhas à Terra

O lado estrela-conectado do sistema elétrico é protegido por um mecanismo de proteção contra falhas à terra restritas, conforme ilustrado na figura abaixo. Este esquema de proteção é projetado para detectar e responder precisamente às falhas à terra dentro da zona protegida, aproveitando as características únicas da corrente de sequência zero para garantir a rápida e confiável isolamento de falhas.

Sistema de Proteção Contra Falhas à Terra: Mecanismos Operacionais e Características de Design

Suponha que uma falha externa, denotada como F1, ocorra dentro da rede elétrica. Este evento de falha induz correntes I1 e I2 que fluem através dos secundários das transformadoras de corrente (TCs). Devido à configuração elétrica e à natureza das falhas externas, a soma resultante de I1 e I2 é zero. Em contraste, quando uma falha ocorre dentro da zona de proteção, digamos F2, apenas a corrente I2 está presente; a corrente I1 efetivamente se cancela ou é negligenciável. Esta I2 então passa pelo relé de falha à terra, acionando sua operação. Crucialmente, o relé de falha à terra é projetado para ativar exclusivamente em resposta a falhas internas dentro da zona de proteção, garantindo que selecione e isole seções defeituosas do sistema elétrico.

O relé de falha à terra deve possuir um alto grau de sensibilidade para detectar falhas com precisão. Ele é projetado para detectar correntes de falha que excedem a corrente nominal da bobina em pelo menos 15%. Esta configuração específica permite que o relé proteja uma parte definida e restrita da bobina, razão pela qual este esquema de proteção é apropriadamente chamado de proteção contra falhas à terra restritas.

Para melhorar ainda mais a confiabilidade do sistema de proteção, uma corrente estabilizadora é conectada em série com o relé. Esta adição serve uma função vital: ela mitiga efetivamente o impacto das correntes de inrush de magnetização. As correntes de inrush de magnetização, que podem ocorrer durante a energização do sistema ou outros eventos transitórios, têm o potencial de causar disparos falsos do relé. Ao contrariar essas correntes indesejáveis, a corrente estabilizadora garante que o relé de falha à terra responda apenas a condições de falha genuínas, melhorando assim a integridade e a confiabilidade do sistema de proteção elétrica.