Proteção de Linhas ou Alimentadores
Como o comprimento da linha de transmissão de energia elétrica geralmente é suficientemente longo e passa por atmosfera aberta, a probabilidade de ocorrer um defeito na linha de transmissão de energia elétrica é muito maior do que em transformadores de energia elétrica e alternadores. É por isso que uma linha de transmissão requer muito mais esquemas de proteção do que um transformador e um alternador.
A proteção da linha deve ter algumas características especiais, como-
Durante o defeito, apenas o disjuntor mais próximo ao ponto do defeito deve ser acionado.
Se o disjuntor mais próximo ao ponto do defeito falhar em acionar, o disjuntor imediatamente seguinte a este disjuntor será acionado como backup.
O tempo de operação do relé associado à proteção da linha deve ser o menor possível para evitar o acionamento desnecessário de disjuntores associados a outras partes saudáveis do sistema de energia.
Esses requisitos mencionados acima fazem com que a proteção da linha de transmissão seja muito diferente da proteção do transformador e de outros equipamentos dos sistemas de energia. Os três principais métodos de proteção da linha de transmissão são –
Proteção por sobrecorrente com graduação de tempo.
Proteção diferencial.
Proteção por distância.
Proteção por Sobrecorrente com Graduação de Tempo
Isso também pode ser referido simplesmente como proteção por sobrecorrente da linha de transmissão de energia elétrica. Vamos discutir diferentes esquemas de proteção por sobrecorrente com graduação de tempo.
Proteção de Alimentador Radial
No alimentador radial, a energia flui em uma direção apenas, que é da fonte para a carga. Este tipo de alimentadores 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 de configuração mínimo, enquanto o tempo de configuração dos outros relés é sucessivamente aumentado, em direção à fonte.
Por exemplo, suponha que haja uma fonte no ponto A, na figura abaixo
No ponto D, o disjuntor CB-3 é instalado com tempo de operação do relé definido em 0,5 segundos. Sucessivamente, no ponto C, outro disjuntor CB-2 é instalado com tempo de operação do relé definido em 1 segundo. O próximo disjuntor CB-1 é instalado no ponto B, que está mais próximo do ponto A. No ponto B, o relé é configurado para operar em 1,5 segundos.
Agora, suponha que ocorra um defeito no ponto F. Devido a esse defeito, a corrente de defeito flui através de todos os transformadores de corrente ou 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, irá disparar primeiro para isolar a zona defeituosa do restante da linha. Em caso de falha do CB-3 por qualquer motivo, o próximo relé com tempo de operação mais alto irá operar para iniciar o acionamento do disjuntor associado. Neste caso, o CB-2 disparará. Se o CB-2 também falhar em disparar, então o próximo disjuntor, ou seja, o CB-1, disparará 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 o defeito, apenas o CB mais próximo à fonte do ponto do defeito operará para isolar a posição específica da linha.
Desvantagem da Proteção de Linha por Tempo Definido
Se o número de seções na linha for bastante grande, o tempo de configuração do relé mais próximo à fonte seria muito longo. Portanto, durante qualquer defeito mais próximo à fonte, levará muito tempo para ser isolado. Isso pode causar efeitos destrutivos graves no sistema.
Proteção de Linha por Sobrecorrente com Relé Inverso
A desvantagem que discutimos na proteção por sobrecorrente com tempo definido da linha de transmissão, pode ser facilmente superada usando relés de tempo inverso. No relé inverso, o tempo de operação é inversamente proporcional à corrente de defeito.
Na figura acima, a configuração de tempo geral do relé no ponto D é mínima e, sucessivamente, essa configuração de tempo é aumentada para os relés associados aos pontos em direção ao ponto A.
Em caso de qualquer defeito no ponto F, o CB-3 no ponto D será claramente acionado. Em caso de falha no acionamento do CB-3, o CB-2 será operado, pois a configuração de tempo total é maior nesse relé no ponto C.
Ainda que a configuração de tempo do relé mais próximo à fonte seja máxima, ainda assim ele acionará em um período mais curto, se ocorrer um defeito maior perto da fonte, já que o tempo de operação do relé é inversamente proporcional à corrente de defeito.
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 um defeito em qualquer um dos alimentadores, apenas o alimentador defeituoso deve ser isolado do sistema para manter a continuidade do fornecimento da fonte à carga. Este requisito torna a proteção de alimentadores paralelos um pouco mais complexa do que a proteção por sobrecorrente não direcional simples 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.
Existem dois alimentadores conectados em paralelo da fonte à carga. Ambos os alimentadores têm relés de sobrecorrente não direcionais no extremo da fonte. Esses relés devem ser relés de tempo inverso. Além disso, ambos os alimentadores têm relés direcionais ou relés de potência reversa em seus extremos de 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 potência no alimentador for invertido. A direção normal do fluxo de potência é da fonte para a carga.
Agora, suponha que ocorra um defeito no ponto F, digamos que a corrente de defeito seja If. Este defeito terá dois caminhos paralelos a partir da fonte, um através do disjuntor A apenas e outro 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 defeito compartilhadas pelo alimentador-1 e alimentador-2, respectivamente.
De acordo com a lei de corrente de Kirchoff, IA + 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 foi invertida, ele será acionado instantaneamente. Mas o CB-Q não será acionado, pois o fluxo de corrente (potência) neste disjuntor não foi invertido. Assim que o CB-P for acionado, a corrente de defeito IB deixará de fluir através do alimentador, 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 acionado. Então, devido à sobrecorrente IA, o CB-A será acionado. Dessa forma, o alimentador defeituoso 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 de Merz Price e o Esquema Translay são os mais amplamente utilizados.
Sistema de Equilíbrio de Tensão de Merz Price
O princípio de funcionamento do Sistema de Equilíbrio de Tensão de Merz 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. A secundária 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 ambas as segundárias dos TCs e ambas as bobinas dos relés, conforme mostrado.
Agora, a partir da figura, é bastante 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 algum
