Proteção de Alimentador

Proteção de Alimentadores

Definição

A proteção de alimentadores refere-se à salvaguarda de alimentadores elétricos contra falhas para garantir o fornecimento ininterrupto de energia da rede. Os alimentadores transmitem energia elétrica das subestações até o ponto de carga. Dada sua função crucial na rede de distribuição de energia, proteger os alimentadores contra diversos tipos de falhas é de extrema importância. As principais exigências para a proteção de alimentadores são as seguintes:

• Desligamento Seletivo: Durante um evento de curto-circuito, apenas o disjuntor mais próximo da falha deve abrir, enquanto todos os outros disjuntores permanecem fechados. Isso minimiza o impacto no fornecimento de energia e reduz a escala das interrupções.

• Proteção de Backup: No caso de o disjuntor mais próximo da falha não abrir, os disjuntores adjacentes devem atuar como proteção de backup para isolar a seção com falha. Essa redundância garante a confiabilidade do sistema geral.

• Resposta Ótima dos Relés: O tempo de operação dos relés de proteção deve ser minimizado para manter a estabilidade do sistema, evitando o desligamento desnecessário de circuitos saudáveis. Esse equilíbrio é essencial para o tratamento eficiente de falhas.

Proteção Temporal Graduada

A proteção temporal graduada é um esquema que envolve o ajuste dos tempos de operação dos relés de forma sequencial. Essa abordagem garante que, quando ocorre uma falha, apenas a menor porção possível do sistema elétrico seja isolada, minimizando a interrupção no fornecimento geral de energia. As aplicações práticas da proteção temporal graduada são descritas abaixo.

Proteção de Alimentadores Radiais

Um sistema de energia radial é caracterizado pelo fluxo unidirecional de energia, movendo-se do gerador ou fonte de alimentação em direção ao ponto de carga. No entanto, esse sistema tem uma desvantagem significativa: em caso de falha, manter a continuidade do fornecimento de energia no ponto de carga se torna desafiador.

Em um sistema radial onde múltiplos alimentadores estão conectados em série, conforme ilustrado na figura, o objetivo é isolar a menor seção possível do sistema quando ocorre uma falha. A proteção temporal graduada consegue alcançar efetivamente esse objetivo. O sistema de proteção contra sobrecorrente é configurado de modo que, quanto mais distante um relé está da estação geradora, menor seu tempo de operação. Esse mecanismo hierárquico de configuração de tempo garante que as falhas sejam limpas o mais próximo possível da origem do problema, reduzindo o impacto no restante do sistema.

Quando ocorre uma falha em SS4, o relé OC5 deve ser o primeiro a operar, em vez de qualquer outro relé. Isso significa que o tempo de operação do relé OC4 deve ser menor que o do relé OC3, e assim por diante. Isso demonstra claramente a necessidade de uma adequada graduação temporal para esses relés. O intervalo mínimo de tempo entre dois disjuntores adjacentes é determinado pela soma de seus próprios tempos de limpeza e uma pequena margem de segurança.

Para disjuntores comumente usados, o tempo mínimo de discriminação entre disjuntores durante o ajuste é de aproximadamente 0,4 segundos. Os tempos de configuração para os relés OC1, OC2, OC3, OC4 e OC5 são definidos como 0,2 segundos, 1,5 segundos, 1,5 segundos, 1,0 segundo, 0,5 segundo e instantâneo, respectivamente. Além do sistema de graduação temporal, é crucial minimizar o tempo de operação para falhas graves. Isso pode ser alcançado conectando fusíveis limitadores de tempo em paralelo com as bobinas de disparo.

Proteção de Alimentadores Paralelos

As conexões de alimentadores paralelos são principalmente empregadas para garantir o fornecimento contínuo de energia e distribuir a carga. Quando ocorre uma falha em um alimentador protegido, o dispositivo de proteção identificará e isolará o alimentador com falha, permitindo que os alimentadores restantes assumam imediatamente a carga aumentada.

Um dos métodos de proteção mais simples e eficazes para relés em sistemas de alimentadores paralelos envolve o uso de relés de sobrecorrente temporais graduados com características inversas no extremo de envio, combinados com relés de potência reversa ou direcionais instantâneos no extremo de recepção, conforme ilustrado na figura abaixo. Essa configuração permite a detecção e isolamento rápidos e precisos de falhas, melhorando a confiabilidade e a estabilidade geral do sistema de alimentadores paralelos.

Quando ocorre uma falha grave F em qualquer uma das linhas, a energia fluirá para a falha tanto do extremo de envio quanto do extremo de recepção da linha. Como resultado, a direção do fluxo de energia através do relé no ponto D será invertida, fazendo com que o relé abra.

A corrente excessiva então será confinada ao ponto B até que o relé de sobrecorrente ative e dispare o disjuntor. Essa ação isola completamente o alimentador com falha, permitindo que o fornecimento de energia continue através do alimentador saudável. No entanto, esse método é eficaz apenas quando a falha é grave o suficiente para inverter o fluxo de energia em D. Portanto, a proteção diferencial é incorporada além da proteção contra sobrecorrente em ambos os extremos da linha para melhorar a confiabilidade do sistema de proteção.

Proteção de Sistema de Anel Principal

O sistema de anel principal é uma rede de interconexão que liga uma série de estações de energia através de múltiplas rotas. Nesse sistema, a direção do fluxo de energia pode ser ajustada conforme necessário, especialmente quando as interconexões são utilizadas.

O esquema básico de tal sistema é ilustrado na figura abaixo, onde G representa a estação geradora, e A, B, C e D denotam subestações. Na estação geradora, a energia flui em uma única direção, portanto, relés de sobrecorrente com atraso de tempo não são necessários. Relés de sobrecorrente temporais graduados são instalados nos extremos das subestações. Esses relés só irão disparar quando uma corrente de sobrecarga fluir longe das subestações que estão protegendo, garantindo a isolamento seletivo de falhas e mantendo a estabilidade do sistema de anel principal.

Ao percorrer o anel na direção GABCD, os relés do lado oposto de cada estação são configurados com atrasos de tempo progressivamente decrescentes. Na estação geradora, o atraso de tempo é definido em 2 segundos; nas estações A, B e C, as configurações são 1,5 segundos, 1,0 segundo e 0,5 segundo, respectivamente, enquanto o relé no próximo ponto relevante opera instantaneamente. De maneira similar, ao mover-se ao redor do anel na direção oposta, os relés nos lados de saída são ajustados de acordo com um padrão de atraso de tempo correspondente.

No caso de uma falha ocorrendo no ponto F, a energia flui para a falha através de duas rotas distintas: ABF e DCF. Os relés que são acionados são aqueles situados entre a subestação B e o ponto de falha F, bem como entre a subestação C e o ponto de falha F. Essa configuração garante que uma falha em qualquer seção do sistema de anel principal fará com que apenas os relés relevantes nessa seção específica operem. Consequentemente, as seções não afetadas do sistema podem continuar a funcionar sem interrupção, mantendo a integridade e a confiabilidade da rede de distribuição de energia geral.