Proteção de Corrente de Portadora de Linhas de Transmissão

Esquema de Proteção por Corrente Portadora para Linhas de Transmissão

O esquema de proteção por corrente portadora é predominantemente empregado para proteger linhas de transmissão de longa distância. Diferentemente dos métodos de proteção convencionais que se concentram em comparar os valores reais da corrente, este esquema opera comparando os ângulos de fase das correntes nas duas extremidades da linha. Com base na relação de ângulo de fase, pode-se determinar com precisão se uma falha está ocorrendo dentro do segmento de linha protegido (falha interna) ou fora dele (falha externa). O canal de comunicação por corrente portadora, componente crucial deste sistema de proteção, consiste em quatro elementos principais: um transmissor, um receptor, equipamento de acoplamento e uma armadilha de linha.

O receptor de corrente portadora tem a tarefa de capturar a corrente portadora transmitida pelo transmissor localizado na extremidade oposta da linha. Uma vez recebida, ele converte essa corrente portadora em tensão contínua (DC). Essa tensão DC serve como sinal de controle, que pode ser utilizado por relés ou outros circuitos elétricos para executar funções de proteção específicas. Notavelmente, quando nenhuma corrente portadora está sendo recebida, a tensão de saída do receptor cai para zero, indicando uma interrupção no link de comunicação ou uma possível mudança no estado operacional do sistema.

A armadilha de linha, posicionada entre a barra de distribuição e a conexão do capacitor de acoplamento à linha de transmissão, é uma rede paralela LC (indutor-capacitor) cuidadosamente ajustada para ressonar em altas frequências. Sua função principal é confinar a corrente portadora dentro do segmento de linha protegido. Ao fazer isso, ela efetivamente impede a interferência de outros canais de corrente portadora adjacentes, garantindo a integridade e a precisão da operação do sistema de proteção. Além disso, a armadilha de linha desempenha um papel vital em minimizar a perda do sinal de corrente portadora para os circuitos de energia vizinhos, aumentando assim a confiabilidade geral do link de comunicação por corrente portadora e as funções de proteção associadas.

Proteção por Corrente Portadora: Componentes e Métodos

O capacitor de acoplamento serve a uma função dual no sistema de proteção por corrente portadora. Ele conecta o equipamento de alta frequência a um dos condutores da linha, permitindo a transmissão de sinais de corrente portadora. Ao mesmo tempo, isola o equipamento de potência da alta tensão da linha de energia. Sob condições normais de operação, a corrente elétrica flui apenas através do condutor da linha. No entanto, no caso da corrente portadora de alta frequência, ela circula ao longo do condutor da linha equipado com armadilhas de alta frequência, passando pelo capacitor de armadilha e então para o solo.

Métodos de Proteção por Corrente Portadora

Existem vários métodos de proteção por corrente portadora, com as duas formas fundamentais sendo a proteção por comparação direcional e a proteção por comparação de fase. Esses métodos são descritos detalhadamente abaixo:

1. Proteção por Comparação Direcional

No esquema de proteção por comparação direcional, o mecanismo de proteção depende da comparação da direção do fluxo de potência durante uma falha nas duas extremidades da linha de transmissão. Os relés de proteção operam apenas quando o fluxo de potência em ambas as extremidades da linha está fluindo da barra para a linha. Após a comparação das direções, o relé piloto de corrente portadora transmite informações sobre como os relés direcionais na extremidade oposta respondem a um evento de curto-circuito.

Os relés localizados em ambas as extremidades da linha trabalham juntos para isolar a falha da barra. No caso de uma falha interna dentro do segmento protegido, o fluxo de potência está na direção de proteção. Por outro lado, para uma falha externa, o fluxo de potência está na direção oposta. Durante uma falha, um sinal simples é transmitido via o relé piloto de corrente portadora de uma extremidade da linha para a outra. Os esquemas de proteção de relé piloto usados para a proteção de linhas de transmissão podem ser principalmente categorizados em dois tipos:

• Esquema de Proteção por Bloqueio de Corrente Portadora: Este esquema restringe a operação do relé. Funciona bloqueando a falha antes que ela possa entrar no segmento protegido do sistema elétrico. O esquema de proteção por bloqueio de corrente portadora é altamente considerado por sua confiabilidade, pois protege efetivamente o equipamento do sistema de danos potenciais.

• Esquema de Permissão de Bloqueio de Corrente Portadora: Em contraste com o esquema de bloqueio, este esquema de proteção permite que a corrente de falha entre no segmento protegido do sistema.

2. Proteção por Comparação de Fase de Corrente Portadora

O sistema de proteção por comparação de fase de corrente portadora se concentra na comparação da relação de fase entre a corrente que entra na zona piloto e a corrente que sai do segmento protegido. Notavelmente, não envolve a comparação das magnitudes dessas correntes. Este método de proteção fornece principalmente proteção principal ou primária, e, como tal, é essencial suplementá-lo com proteção de backup. O diagrama do circuito do esquema de proteção por comparação de fase de corrente portadora é ilustrado na figura fornecida abaixo.

Operação e Vantagens da Proteção por Corrente Portadora

As transformadoras de corrente (TCs) instaladas na linha de transmissão fornecem energia a uma rede. Esta rede converte a corrente de saída das TCs em uma tensão sinusoidal monofásica. Essa tensão é então alimentada tanto no transmissor de corrente portadora quanto no comparador. Da mesma forma, a saída do receptor de corrente portadora também é direcionada ao comparador. O comparador desempenha um papel crucial no controle da operação de um relé auxiliar, que, por sua vez, aciona o disparo do disjuntor da linha de transmissão quando necessário.

Vantagens da Proteção por Corrente Portadora

Os esquemas de proteção por corrente portadora oferecem várias vantagens significativas, que são descritas abaixo:

• Operaçã Simultânea e Rápida de Disjuntores: Uma das principais vantagens é a capacidade de alcançar o disparo rápido e simultâneo de disjuntores em ambas as extremidades da linha de transmissão. Esta ação coordenada garante que as falhas sejam isoladas prontamente, minimizando a duração de condições anormais no sistema elétrico.

• Limpeza Eficiente de Falhas: O sistema apresenta um processo rápido de limpeza de falhas. Ao interromper rapidamente o fluxo de corrente de falha, previne impactos severos no sistema elétrico, reduzindo o risco de danos ao equipamento e mantendo a estabilidade do sistema.

• Sinalização Integrada: A proteção por corrente portadora elimina a necessidade de fios de sinalização separados. Em vez disso, as próprias linhas de energia são utilizadas para transmitir tanto a energia elétrica quanto os sinais de comunicação. Isso simplifica o design geral do sistema, reduz os custos de instalação e minimiza o potencial de interferência de sinais de fontes externas.

• Disparo Ultra-Rápido: Permite que os disjuntores em ambas as extremidades da linha disparem em apenas um a três ciclos. Este tempo de resposta extremamente rápido é crucial para proteger sistemas elétricos modernos de alta capacidade e garantir o fornecimento confiável de eletricidade.

• Compatibilidade com Equipamentos Modernos: O sistema de proteção por corrente portadora é altamente compatível com disjuntores de ação rápida modernos. Essa sinergia permite uma relé ainda mais eficiente e confiável, melhorando o desempenho e as capacidades de proteção gerais da rede elétrica.

• Aplicações Versáteis: Historicamente, a tecnologia de corrente portadora em linhas de energia tem sido amplamente utilizada para diversos fins, incluindo controle supervisório, comunicação telefônica, telemetria e relé. Essa versatilidade a torna um ativo valioso em sistemas de energia elétrica, permitindo a integração sem costuras de múltiplas funções em uma única infraestrutura.