Relé de Proteção Diferencial

Definição

Um relé de proteção diferencial é aquele cuja operação depende da diferença de fase entre duas ou mais grandezas elétricas. Ele opera com base no princípio de comparar o ângulo de fase e a magnitude das mesmas grandezas elétricas.

Exemplo

Considere a comparação das correntes de entrada e saída de uma linha de transmissão. Se a magnitude da corrente de entrada da linha de transmissão exceder a da corrente de saída, isso indica que uma corrente adicional está fluindo devido a um defeito. Essa diferença de corrente pode ativar o relé de proteção diferencial.

Condições Essenciais para Operação

Para que um relé de proteção diferencial funcione corretamente, as seguintes condições devem ser atendidas:

• A rede na qual o relé é empregado deve possuir duas ou mais grandezas elétricas semelhantes.

• Essas grandezas devem ter um deslocamento de fase de aproximadamente 180º.

Relés de proteção diferencial são utilizados para proteger diversos componentes elétricos, como geradores, transformadores, alimentadores, grandes motores e barramentos. Eles podem ser classificados da seguinte forma:

• Relé Diferencial de Corrente

• Relé Diferencial de Tensão

• Relé Diferencial Viciado ou Percentual

• Relé Diferencial de Equilíbrio de Tensão

Relé Diferencial de Corrente

Um relé diferencial de corrente é um tipo de relé que detecta e responde à diferença de fase entre a corrente que entra em um sistema elétrico e a corrente que sai dele. A figura abaixo ilustra um arranjo onde relés de sobrecorrente estão conectados para funcionar como um relé diferencial.

A configuração do relé de sobrecorrente é mostrada na figura abaixo. A linha pontilhada indica a seção que deve ser protegida. Transformadores de corrente (TCs) são posicionados em ambas as extremidades da zona protegida. As segundárias desses transformadores são conectadas em série por meio de fios piloto. Como resultado, as correntes induzidas nos TCs fluem na mesma direção. A bobina de operação do relé está conectada às segundárias dos TCs.

Em condições normais de operação, as magnitudes das correntes nas segundárias dos transformadores de corrente (TCs) são idênticas, resultando em zero corrente fluindo pela bobina de operação. No entanto, quando ocorre um defeito, as magnitudes das correntes nas segundárias dos TCs tornam-se desiguais, o que aciona o relé para iniciar a operação.

Bobina Diferencial Viciada ou Percentual

O relé diferencial viciado ou percentual é o tipo de relé diferencial mais comumente empregado. Sua configuração é semelhante à do relé diferencial de corrente. A principal diferença reside na inclusão de uma bobina de restrição adicional, que está conectada nos fios piloto, conforme ilustrado na figura abaixo.

A bobina de operação está conectada no ponto médio da bobina de restrição. Quando ocorre uma corrente de defeito, a razão de corrente nos transformadores de corrente torna-se desequilibrada. No entanto, esse problema é efetivamente abordado pela bobina de restrição.

Relé Diferencial Indutivo Viciado

O relé diferencial indutivo viciado possui um disco que gira livremente entre eletroímãs. Cada eletroímã é equipado com um anel de sombreamento de cobre, que pode se mover para dentro e para fora do eletroímã. O disco é influenciado tanto pelos elementos de restrição quanto pelos de operação, resultando em uma força líquida que atua sobre ele.

Quando a posição do anel de sombreamento está em estado equilibrado para ambos os elementos de operação e restrição, o torque resultante que atua no anel torna-se zero. No entanto, se o anel se move em direção ao núcleo de ferro, torques desiguais serão exercidos no anel devido à influência combinada das bobinas de operação e restrição.

Relé Diferencial de Equilíbrio de Tensão

O relé diferencial de corrente não é adequado para proteger alimentadores. Para proteger alimentadores, são empregados relés diferenciais de equilíbrio de tensão. Em uma configuração de relé diferencial de equilíbrio de tensão, dois transformadores de corrente idênticos são colocados em cada extremidade da zona protegida e conectados por meio de fios piloto.

Esses relés estão conectados em série com as segundárias dos transformadores de corrente. Eles são configurados de tal maneira que nenhuma corrente passe por eles durante a operação normal. O relé diferencial de equilíbrio de tensão utiliza transformadores de corrente de núcleo de ar, onde as tensões são induzidas em proporção à corrente que flui através deles.

Quando ocorre um defeito na zona protegida, as correntes nos transformadores de corrente (TCs) tornam-se desequilibradas. Este desequilíbrio perturba as tensões nas segundárias dos TCs. Consequentemente, a corrente começa a fluir pela bobina de operação do relé. Como resultado, o relé é ativado e emite um comando para o disjuntor, solicitando que ele dispare e isole a seção defeituosa do circuito.