Relé de Proteção de Alimentação: Um Guia Completo

O relé de proteção de alimentação é um dispositivo que protege as linhas de transmissão ou distribuição de energia de vários tipos de falhas, como curtos-circuitos, sobrecargas, falhas a terra e condutores rompidos. Uma alimentação é uma linha de transmissão ou distribuição que transporta energia de uma subestação até a carga ou outra subestação. Os relés de proteção de alimentação são essenciais para garantir a confiabilidade e segurança dos sistemas de energia, pois podem detectar e isolar rapidamente falhas, prevenir danos ao equipamento e minimizar interrupções de energia.

O que é um Relé de Proteção por Distância?

Um dos tipos mais comuns de relés de proteção de alimentação é o relé de proteção por distância, também conhecido como relé de impedância. Um relé de proteção por distância mede a impedância (Z) da linha de alimentação usando a tensão (V) e a corrente (I) provenientes do transformador de potencial (PT) e do transformador de corrente (CT) correspondentes. A impedância é calculada dividindo a tensão pela corrente: Z = V/I.

O relé de proteção por distância compara a impedância medida com um valor de configuração pré-definido, que representa a impedância máxima permitida para operação normal. Se a impedância medida for menor que o valor de configuração, significa que há uma falha na linha de alimentação, e o relé enviará um sinal de disparo para o disjuntor para isolar a falha. O relé também pode exibir os parâmetros da falha, como corrente de falha, tensão, resistência, reatância e distância da falha, em sua tela.

A distância da falha é a distância do local do relé até o local da falha, que pode ser estimada multiplicando a impedância medida pela impedância da linha por quilômetro. Por exemplo, se a impedância medida for 10 ohms e a impedância da linha por quilômetro for 0,4 ohms/km, então a distância da falha será 10 x 0,4 = 4 km. Conhecer a distância da falha pode ajudar a localizar e reparar a falha rapidamente.

Como Funciona uma Característica Quadrilátera?

Um relé de proteção por distância pode ter diferentes características de operação, como circular, mho, quadrilátera ou poligonal. A característica quadrilátera é uma escolha popular para relés numéricos modernos, pois oferece maior flexibilidade e precisão na configuração das zonas de proteção.

Uma característica quadrilátera é um gráfico em forma de paralelogramo que define a zona de proteção do relé. O gráfico tem quatro eixos: resistência direta (R F), resistência reversa (R B), reatância direta (X F) e reatância reversa (X B). O gráfico também tem um ângulo de inclinação chamado ângulo de característica do relé (RCA), que determina a forma do paralelogramo.

A característica quadrilátera pode ser plotada seguindo os seguintes passos:

1. Defina o valor R F no eixo X positivo e o valor R B no eixo X negativo.

2. Defina o valor X F no eixo Y positivo e o valor X B no eixo Y negativo.

3. Desenhe uma linha de R F a X F com uma inclinação de RCA.

4. Desenhe uma linha de R B a X B com uma inclinação de RCA.

5. Complete o paralelogramo conectando R F a R B e X F a X B.

A zona de proteção está dentro do paralelogramo, o que significa que, se a impedância medida cair dentro desta área, o relé irá disparar. A característica quadrilátera pode cobrir quatro quadrantes de operação:

• Primeiro quadrante (valores R e X são positivos): Este quadrante representa uma carga indutiva e uma falha direta do relé.

• Segundo quadrante (R é negativo e X é positivo): Este quadrante representa uma carga capacitiva e uma falha reversa do relé.

• Terceiro quadrante (valores R e X são negativos): Este quadrante representa uma carga indutiva e uma falha reversa do relé.

• Quarto quadrante (R é positivo e X é negativo): Este quadrante representa uma carga capacitiva e uma falha direta do relé.

Quais são as Diferentes Zonas de Operação?

Um relé de proteção por distância pode ter diferentes zonas de operação, definidas por diferentes valores de configuração de impedância e tempo de atraso. As zonas são projetadas para coordenar com outros relés no sistema e fornecer proteção de backup para alimentações adjacentes.

As zonas de operação típicas para um relé de proteção por distância são:

• Zona 1: Esta zona cobre 80% a 90% do comprimento da alimentação e não tem tempo de atraso. Fornece proteção primária para falhas dentro desta zona e dispara instantaneamente.

• Zona 2: Esta zona cobre 100% a 120% do comprimento da alimentação e tem um tempo de atraso curto (geralmente 0,3 a 0,5 segundos). Fornece proteção de backup para falhas além da zona 1 ou em alimentações adjacentes.

• Zona 3: Esta zona cobre 120% a 150% do comprimento da alimentação e tem um tempo de atraso mais longo (geralmente 1 a 2 segundos). Fornece proteção de backup para falhas além da zona 2 ou em alimentações remotas.

Alguns relés também podem ter zonas adicionais, como a Zona 4 para encroachment de carga ou a Zona 5 para falhas de ultrapassagem.

Quais são Outros Tipos de Relés de Proteção de Alimentação?

Além dos relés de proteção por distância, existem outros tipos de relés de proteção de alimentação que podem ser usados para diferentes aplicações ou em combinação com relés de proteção por distância. Alguns exemplos são:

• Relés de proteção por sobrecorrente: Esses relés medem apenas a corrente e disparam quando ela excede um valor pré-definido. São simples, baratos e amplamente utilizados para alimentações radiais.

• Relés de proteção diferencial: Esses relés comparam as entradas de corrente de ambas as extremidades de uma alimentação e disparam quando há um desequilíbrio entre elas. São rápidos, seletivos e sensíveis para alimentações curtas ou barramentos.

• Relés de proteção direcional: Esses relés medem tanto a corrente quanto a tensão e determinam a diferença de ângulo de fase entre eles. Disparam apenas quando a corrente flui em uma direção específica em relação à tensão. São úteis para alimentações em anel ou alimentações paralelas.

• Relés de detecção de arco elétrico: Esses relés usam sensores de luz e detecção de sobrecorrente de alta velocidade para identificar eventos de arco elétrico nas alimentações. Disparam mais rápido que relés convencionais e melhoram a segurança do pessoal.

Como Selecionar Relés de Proteção de Alimentação?

A seleção de relés de proteção de alimentação depende de vários fatores, como:

• O tipo, comprimento, configuração, carregamento, aterramento e nível de isolamento das alimentações

• A disponibilidade, precisão, custo, manutenção, comunicação e integração dos relés

• A coordenação, seletividade, sensibilidade, velocidade, confiabilidade, segurança e estabilidade dos esquemas de proteção

• Os padrões, regulamentos, códigos, políticas e práticas dos operadores de sistemas de energia

Algumas diretrizes gerais para a seleção de relés de proteção de alimentação são:

• Escolha relés numéricos em vez de relés eletromecânicos ou estáticos para melhor desempenho, funcionalidade, flexibilidade e diagnósticos

• Escolha relés de proteção por distância em vez de relés de proteção por sobrecorrente ou diferencial para alimentações longas ou complexas

• Escolha características quadriláteras em vez de características circulares ou mho para maior precisão e adaptabilidade

• Escolha entradas analógicas de baixa energia em vez de entradas convencionais de corrente/tensão para reduzir o tamanho, peso e riscos de segurança.

• Escolha relés de detecção de arco elétrico em vez de relés convencionais para disparo mais rápido e segurança do pessoal.

Conclusão

Os relés de proteção de alimentação são dispositivos vitais que protegem as linhas de alimentação de sistemas de energia de vários tipos de falhas. Eles podem melhorar a confiabilidade, segurança e eficiência dos sistemas de energia, detectando e isolando rapidamente falhas, prevenindo danos ao equipamento e minimizando interrupções de energia.

Um dos tipos mais comuns de relés de proteção de alimentação é o relé de proteção por distância, que mede a impedância da linha de alimentação usando a tensão e a corrente provenientes do transformador de potencial e do transformador de corrente correspondentes. Ele compara a impedância medida com um valor de configuração pré-definido, que representa a impedância máxima permitida para operação normal. Se a impedância medida for menor que o valor de configuração, significa que há uma falha na linha de alimentação, e o relé enviará um sinal de disparo para o disjuntor para isolar a falha.

O relé de proteção por distância pode ter diferentes características