Relé de Proteção para Motor de Indução de Alta Tensão

Mais de 90% dos motores usados em uma indústria são motores de indução, pois são baratos, robustos e fáceis de manter. Para motores de maior potência (>250HP) preferimos alta tensão, pois isso reduzirá a corrente de operação e o tamanho do motor.

Por que Precisamos da Proteção dos Motores?

Para entender isso, precisamos conhecer o custo associado à falha do motor, ou seja:

• Perda de produção (Custo de produção)

• Substituição do motor (Custo de substituição)

• Custo de reparo

• Custo de horas-homem devido a essa emergência

A função básica de um relé de proteção é identificar a falha e isolar a parte com defeito da parte saudável do sistema. Isso melhorará a confiabilidade do sistema de energia.
Para a proteção do motor, temos que identificar as várias causas de falha e abordar as mesmas. As várias causas de falha são as seguintes:

• Estresse térmico na bobina

• Falta de fase

• Falha a terra

• Curto-circuito

• Rotor travado

• Número de partidas quentes

• Falha nos rolamentos

Breves descrições das diferentes falhas são dadas abaixo:

• Estresse Térmico na Bobina –
  Se um motor opera continuamente acima de sua capacidade nominal, isso superaquecerá a bobina e a isolamento. Posteriormente, deteriorará o isolamento da bobina, resultando na falha do motor. Se a tensão for menor que o valor projetado, também superaquecerá a bobina na carga nominal, podendo ocorrer a falha do motor.

• Falta de Fase –
  A perda de uma fase fornecida ao motor (no caso de motor trifásico) leva à falta de fase. Se iniciarmos o motor sob carga, ele falhará devido ao desequilíbrio.

• Falha a Terra –
  Se qualquer parte da bobina entrar em contato com o solo, podemos dizer que o motor está aterrado. Se iniciarmos o motor, isso levará à falha do motor.

• Curto-Circuito –
  Se houver contato entre duas fases de uma bobina trifásica ou entre as voltas de uma fase, isso será chamado de curto-circuito.

• Rotor Travado –
  Se o equipamento acionado estiver em condição de bloqueio ou o eixo do motor estiver travado, isso é conhecido como rotor travado. Se iniciarmos o motor, ele falhará.

• Número de Partidas Quentes –
  Cada motor é projetado para suportar um certo número de partidas quentes. Considere um motor em funcionamento, se pararmos o motor e imediatamente o iniciarmos novamente, isso é chamado de partida quente. Dependendo da curva térmica do motor, devemos dar um certo tempo para baixar a temperatura da bobina.

• Falha nos Rolamentos –
  Se os rolamentos falharem, ocorrerá o atrito do rotor no estator, resultando em danos físicos ao isolamento e à bobina. A falha nos rolamentos pode ser evitada monitorando a temperatura dos rolamentos. O detector de temperatura do rolamento (BTD) é usado para monitoramento e desligamento do motor em caso de anomalia.

Todos os relés de proteção de motor operam com base na corrente consumida pelo motor. O relé de proteção de motor é usado em áreas de alta tensão, tendo as seguintes características:

• Proteção contra sobrecarga térmica

• Proteção contra curto-circuito

• Proteção contra falta de fase

• Proteção contra falha a terra

• Proteção contra rotor travado

• Proteção contra número de partidas

Para a configuração do relé, precisamos da razão do TC e da corrente de carga total do motor. A configuração dos diferentes elementos é listada abaixo:

• Elemento de Sobrecarga Térmica –
  Para configurar este elemento, temos que identificar o % da corrente de carga total na qual o motor está operando continuamente.
  

• Elemento de Curto-Circuito –
  A faixa disponível para este elemento é de 1 a 5 vezes a corrente de partida. Atraso de tempo também está disponível. Normalmente, configuramos em 2 vezes a corrente de partida com um atraso de 0,1 segundo.

• Elemento de Falta de Fase –
  Este elemento operará se houver um desequilíbrio na corrente de três fases. Também é chamado de proteção contra desequilíbrio. O elemento é configurado para 1/3 da corrente de partida. Se triplicar durante a partida, o parâmetro será alterado para 1/2 da corrente de partida.

• Proteção contra Falha a Terra –
  Este elemento mede a corrente neutra da TC secundária conectada em estrela. A faixa disponível para este elemento é de 0,02 a 2 vezes a corrente primária da TC. Atraso de tempo também está disponível. Normalmente, configuramos em 0,1 vezes a corrente primária da TC com um atraso de 0,2 segundos. Se triplicar durante a partida do motor, o atraso de tempo pode ser aumentado para 0,5 segundos.

• Proteção contra Rotor Travado –
  A faixa disponível para este elemento é de 1 a 5 vezes a corrente de carga total. Atraso de tempo também está disponível. Normalmente, configuramos em 2 vezes a CCL (Corrente de Carga Total). O atraso de tempo será maior que o tempo de partida do motor. "Tempo de partida significa o tempo necessário para o motor atingir sua velocidade máxima."

• Proteção contra Número de Partidas Quentes –
  Aqui forneceremos o número de partidas permitidas em um período de tempo especificado. Com isso, limitaremos o número de partidas quentes dadas ao motor.

O diagrama esquemático para conectar um relé de proteção de motor é o seguinte:

Os relés de proteção de motor digitais modernos têm algumas funcionalidades extras, como proteção contra o funcionamento sem carga do motor e proteção térmica.
No caso de funcionamento sem carga, o relé detecta a corrente do motor. Se for menor que o valor especificado, o relé desligará o motor. Também podemos conectar o sonda de temperatura ao relé, que monitorará a temperatura dos rolamentos e da bobina e desligará o motor se exceder o valor especificado de temperatura.

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