Aplicação de Dispositivos de Proteção Residual de Corrente com Recolocação Automática na Proteção contra Raios para Fornecimento de Energia de Comunicações

1. Problemas de Interrupção de Energia Causados por Falsos Acionamentos do DR durante Descargas Atmosféricas

Um circuito típico de alimentação de energia para comunicações é mostrado na Figura 1. Um dispositivo residual de corrente (DR) é instalado no terminal de entrada da alimentação de energia. O DR fornece principalmente proteção contra correntes de fuga de equipamentos elétricos para garantir a segurança pessoal, enquanto dispositivos de proteção contra surtos (DPS) são instalados nos ramos de alimentação de energia para proteger contra intrusões de descargas atmosféricas. Durante descargas atmosféricas, os circuitos sensores podem induzir correntes de pulso de interferência desequilibradas e correntes de modo diferencial de interferência. Quando a corrente de modo diferencial excede o limiar de acionamento do DR, ocorre um falso acionamento. Além disso, se a corrente de fuga do equipamento de comunicação estiver próxima ao limiar de acionamento, o fluxo magnético desequilibrado durante as estações chuvosas pode facilmente causar falsos acionamentos do DR.

A corrente de descarga atmosférica é uma corrente transitória que pode gerar um único pulso ou múltiplos pulsos. As correntes que passam pelos dispositivos de proteção contra surtos F1 e F2 são I1 e I2, respectivamente. I1 frequentemente não é igual a I2, resultando em interferência de modo diferencial. Quando a interferência de modo diferencial excede o valor operacional de corrente residual do DR, o protetor aciona, o circuito se desconecta, o equipamento de comunicação para de funcionar e a restauração de energia manual é necessária. As estações de comunicação são primariamente sem supervisão; quando ocorrem descargas atmosféricas em uma região, algumas estações de comunicação podem perder energia e não conseguem restaurar as comunicações em um curto período de tempo. Portanto, este problema deve ser resolvido.

2. Princípio de Funcionamento do Dispositivo de Proteção Residual de Corrente com Recolocação Automática

A recolocação automática é um método eficaz para resolver problemas de interrupção de energia causados por falsos acionamentos do DR. A recolocação automática é comumente usada em sistemas de energia de alta tensão e alcançou excelentes resultados. No entanto, por razões de segurança, ainda não foi amplamente promovida em sistemas de energia de baixa tensão civis. Os sistemas de comunicação da China começaram a usá-la nos últimos anos e estabeleceram o padrão: YD/T 2346-2011 "Condições Técnicas para Dispositivos de Proteção Residual de Corrente com Recolocação Automática para Telecomunicações", com efeitos de aplicação significativos.

Quando a descarga atmosférica causa o falso acionamento do DR e a desconexão do circuito, o dispositivo de proteção residual de corrente com recolocação automática fecha automaticamente o interruptor. Como a corrente de descarga atmosférica é transitória, após a passagem da descarga, I1≈I2, a recolocação tem sucesso, a alimentação de energia é restaurada e as comunicações são retomadas.

A recolocação automática é condicional e deve considerar fatores de segurança. Existem dois métodos de recolocação automática: um detecta as condições de corrente de fuga para decidir se deve recolocar; o outro recoloca automaticamente sem detecção.

O dispositivo de recolocação automática com detecção automática de falhas de fuga L-PE (doravante referido como recolocador de detecção) consiste em um mecanismo de operação elétrica, circuito de controle, circuito de detecção e interface de saída. O circuito de detecção trabalha com o recolocador e, sob a operação do circuito de controle do recolocador, completa a detecção e decide se deve recolocar com base nos resultados da detecção. O circuito de detecção se conecta às linhas de fase do DR, linha PE, resistências de aterramento Re1 e Re2, e linha neutra N do transformador, formando um loop através das linhas de fase, linha PE, resistências de aterramento Re1 e Re2, linha neutra N do transformador e circuito de detecção.

A linha PE do circuito de detecção não precisa se conectar às caixas dos equipamentos, conforme mostrado especificamente na Figura 2; alternativamente, um loop pode ser formado através das linhas de fase, caixa do equipamento e linha PE, exigindo que a linha PE do circuito de detecção do recolocador se conecte à caixa do equipamento, conforme mostrado especificamente na Figura 3. Quando o DR aciona, os circuitos de detecção de fuga do recolocador são a-PE, b-PE, c-PE, respectivamente. O sinal do circuito de detecção pode ser DC ou AC, com tensão não superior a 24V.

3. Principais Requisitos de Desempenho

A função de proteção residual de corrente aborda questões de segurança, enquanto a recolocação automática resolve problemas de interrupção de energia causados por descargas atmosféricas. YD/T 2346-2011 "Condições Técnicas para Dispositivos de Proteção Residual de Corrente com Recolocação Automática para Telecomunicações" considera alguns parâmetros como segue.

A função de recolocação automática deve equilibrar a continuidade da alimentação de energia e fatores de segurança.

(1) Número de Tentativas de Recolocação Do ponto de vista do usuário, mais tentativas de recolocação são melhores; do ponto de vista de segurança, menos tentativas são melhores. Para produtos de recolocação automática que recolocam automaticamente sem detectar corrente de fuga, o padrão permite até três tentativas de recolocação automática.

(2) Intervalo de Tempo de Recolocação Do ponto de vista do uso de energia, um intervalo de tempo zero seria ideal; do ponto de vista de segurança, deve ser suficientemente longo. O padrão especifica: Se o protetor não tiver capacidade de detecção de fuga de linha pós-desconexão, o dispositivo de proteção residual de corrente deve recolocar automaticamente uma vez 20~60 segundos após o acionamento; se não for bem-sucedido, aguarde 15 minutos para a segunda tentativa de recolocação; se a segunda tentativa falhar, aguarde mais 15 minutos para a terceira tentativa de recolocação; se a terceira tentativa falhar, nenhuma outra recolocação é permitida.

(3) Tensão de Detecção A tensão de detecção também é um parâmetro de segurança importante que não pode ser muito alta. O padrão especifica: Se o protetor tiver capacidade de detecção de fuga de linha pós-desconexão, as seguintes exigências se aplicam: 

• Se três tentativas de recolocação falharem em 1 minuto, nenhuma outra recolocação é permitida. 

• Tensão de detecção ≤24V.

(4) Capacidade de Resistência a Raios O protetor pode conter certos circuitos eletrônicos e deve ter capacidade adequada de resistência a raios; caso contrário, não pode ser utilizado. A norma especifica: O dispositivo de proteção contra corrente residual deve ter capacidade suficiente de resistência para correntes de surto ao solo que fluem através de cargas capacitivas passando pelo equipamento e correntes de surto ao solo devido a flashover do equipamento. Dispositivos de proteção contra corrente residual com retardo devem ter imunidade suficiente contra disparos falsos devido a correntes de surto ao solo causadas por flashover do equipamento.

Uma onda combinada 1.2/50μs (8/20μs), com tensão de impulso de 2kV aplicada entre as linhas de energia (L-N), não deve causar operação falsa. Uma tensão de impulso 1.2/50μs, de 4kV, aplicada entre as linhas de energia (L-N), não deve danificar a amostra, que deve continuar funcionando normalmente.

Quando uma corrente de raio de 8/20μs, 20kA flui entre a linha de energia L e N, com dispositivos de proteção contra surtos adicionais instalados, a amostra deve funcionar normalmente sem danos.

4. Conclusões e Recomendações

Dispositivos de proteção contra corrente residual com recolocação automática podem resolver eficazmente problemas de interrupção de energia causados por raios, aumentar a capacidade de resistência a raios dos sistemas de comunicação e são seguros e confiáveis. Eles representam um meio eficaz de melhorar a capacidade de proteção contra raios dos sistemas de comunicação.