PROTEÇÃO DE BARRAMENTOS
Na “infância” da eletricidade, nenhuma proteção separada foi usada para os barramentos. A proteção de linha próxima foi usada como backup para proteção de barramento. Com o aumento da potência de curto-circuito na rede, é necessário instalar proteções de barramento separadas para limitar os danos causados por falhas primárias.
Um disparo atrasado por falhas no barramento também pode levar à instabilidade nos geradores próximos e ao colapso total do sistema.
1. PROTEÇÃO DE BARRAMENTOS – REQUISITOS
Os seguintes requisitos devem ser cumpridos. A proteção do barramento deve ter o menor tempo possível de disparo. Além disso a proteção do barramento deve ser capaz de detectar falhas internas e deve ser absolutamente estável em falhas externas.
Falhas externas são muito mais comuns do que falhas internas. A magnitude das falhas externas pode ser igual à capacidade máxima de interrupção das estações, enquanto as correntes de função podem diminuis para aproximadamente 2% da mesma. O fator de estabilidade, portanto, precisa ser pelo menos 50 vezes, isto é, 20. A saturação do TC em falhas externas não deve levar ao mau funcionamento da proteção do barramento.
A proteção do barramento deve poder detectar e desarmar apenas a parte defeituosa do sistema do barramento. Também deve ser protegido contra mau funcionamento devido a falha de contato auxiliar, erros e falhas humanas nos circuitos secundários etc.
1.1 Tipos de proteção de barramento
As proteções dos barramentos são principalmente do tipo diferencial, medindo a soma da corrente de todos os objetos conectados ao barramento, Lei de Kirchhoffs.
O tipo diferencial de proteção de barramento pode ser dividindo em três grupos diferentes:
1- Baixa Impedância;
2- Média Impedância;
3- Alta Impedância.
Para barramentos de distribuição com invólucro metálico, detectores de arco também ser usados como proteção de barramento. Para sistemas que são apenas relés de sobrecorrente bloqueados alimentados radialmente nos compartimentos de entrada, pode ser usado como proteção de barramento.
2. PRINCÍPIOS DAS CONFIGURAÇÕES DIFERENCIAIS DOS BARRAMENTOS
A forma mais simples de proteção de barramento é uma proteção de 1 zona para configuração de barramento único. Se os TCs principais tiverem relação de transformação igual, os transformadores de corrente auxiliares não serão necessários.
Se a proteção do barramento for do tipo de alta impedância, os transformadores de corrente principais deverão ter a mesma proporção e os TCs auxiliares não poderão ser utilizados.
Também devem ser fornecidos núcleos de TC separados para a proteção do barramento. Outros relés de proteção devem ser conectados a outros núcleos do TC.
Para arranjo de barramento único, nenhuma comutação é feita nos circuitos de TC e, portanto, uma zona de verificação não é necessária.
Figura 1
Nos arranjos do sistema de 1 ½ disjuntores, uma proteção de 2 zonas deve ser usada como na figura abaixo. Se os TCs principais tiverem uma proporção igual, o que normalmente é o caso, os TCs auxiliares não serão necessários.
FIGURA 2
No conjunto de manobra de barramento duplo, uma proteção de 2 zonas deve ser usada, ver figura 2. Se os TCs principais tiverem razão igual, os TCs auxiliares não serão necessários. Os circuitos de TC são comutados dependendo da posição dos seccionadores de barramento. A corrente está conectada ao barramento A ou à proteção diferencial do barramento B.
A comutação é realizada com mais facilidade usando relés de repetição, controlados por dois contatos auxiliares em cada seccionador de barramento.
FIGURA 3
Muitos casos em que a comutação no circuito de TC é feita, requerem uma zona de verificação para a proteção do barramento. A zona de verificação é fixa e não possui comutação de TCs em todos os circuitos de saída e não está conectada nas seções e acopladores de barramento.
Verifique a zona, detectará falhas em qualquer lugar da subestação, mas não consegue distinguir em que parte da subestação a falha está localizada.
Quando a zona de verificação detecta uma falha, emite um sinal de liberação aos relés de proteção do barramento em todas as zonas discriminatórias individuais. As zonas de discriminação da proteção do barramento dispararão a parte da subestação com defeito.
A liberação quando a zona de verificação detecta uma falha normalmente é feita enviando tensão CC positiva para as zonas de discriminação.
Outra maneira de liberar é conectar a tensão CC negativa a todos os relés de disparo da zona de verificação e conectar a tensão CC positiva das zonas discriminantes.
FIGURA 4
3. COMUTAÇÃO DE CIRCUITOS DE CORRENTE
Para sistemas de barramento, onde o objeto pode ser conectado a mais de um barramento, sistemas de barramento duplo, a corrente deve ser alterada para a proteção correta do barramento de zona. Essa comutação deve ser feita de forma que nenhuma corrente diferencial se desenvolva em nenhuma das proteções do barramento em questão.
A comutação é feita usando dois contatos auxiliares nos seccionadores de barramento. Esses contatos auxiliares são relés de reposição energizados que executam a comutação nos circuitos de TC. Os contatos auxiliares dos seccionadores devem ser fornecidos.
Os seguintes requisitos devem ser cumpridos pelos contatos auxiliares “a” e “b” respectivamente:
– O contato auxiliar “a” deve fechar no mínimo 100 ms antes que o contato principal possa começar a carregar corrente.
– O contato auxiliar “b” deve abrir antes de o contato auxiliar “a” fechar.
– O contato auxiliar “b” não deve fechar antes que o isolamento total seja fixado (normalmente a 80% da distância total do isolamento).
4. PROTEÇÃO DE BARRAMENTOS DE MT EM REDES DE DISTRIBUIÇÃO
Para barramentos de metal, detectores de arco podem ser usados como proteção de barramentos. O arco em uma falha primária é detectado por um dispositivo sensível ao arco, que dispara todos os disjuntores de entrada. Para não arriscar uma operação incorreta devido a flashs fotográficos, etc., é recomendável também ter um bloqueio de sobrecorrente.
FIGURA 5
5. APLICAÇÃO DE PROTEÇÃO DE BARRAMENTO
Como dito acima, para barramentos em redes de distribuição, a proteção pode ser alcançada principalmente de duas maneiras. O primeiro é pela proteção de sobrecorrente bloqueada nas baias de entrada do painel de distribuição, e a segunda maneira é pela localização de detectores de arco dentro do gabinete.
A proteção de alta impedância precisa de núcleos de TC separados com proporção igual em cada alimentador, acoplador de barramento e seção de barramento. Isso significa que outros relés de proteção não podem ser conectados ao mesmo núcleo do TC. Esse tipo de proteção de barramento é principalmente para níveis de média tensão.
O tipo de soma de proteção de barramento pode ser usado para variantes de proteção mais econômicas. Os relés de proteção de barramento do tipo somatório possuem apenas uma unidade de medição, o que significa que não há backup interno para falhas bifásicas e trifásicas.
A corrente operacional primária varia com um fator 4, dependendo da fase em que a falha ocorre. A indicação de fase não pode ser obtida.
6. RELÉS DE FALHA DO DISJUNTOR
Para cuidar de uma possível falha do disjuntor, os relés de falha do disjuntor normalmente são instalados em sistemas de alta tensão e extra-alta tensão. Todo disparo de proteção (não abertura manual) iniciará um relé de corrente que mede a corrente através do disjuntor. Se a corrente não desaparecer dentro do tempo definido, todos os disjuntores adjacentes serão acionados para eliminar a falha.
O tempo “dividido” em disparo normal e um disparo de falha do disjuntor é mostrado na figura abaixo.
FIGURA 6
Em casos normais, o tempo total de eliminação de falhas será o tempo de operação do relé de proteção mais o tempo de interrupção do disjuntor. Toda vez que um relé dá uma ordem de disparo, ao mesmo tempo, inicia o relé de falha do disjuntor. O cronômetro CBF estará funcionando enquanto a corrente estiver fluindo através do disjuntor.
Quando o disjuntor interrompe a corrente, o relé é redefinido e o temporizador relé de falha do disjuntor para.
A configuração do temporizador do relé de falha do disjuntor deve ser: Tempo máximo de interrupção do disjuntor comum, mais o tempo de redefinição do relé da corrente do CBF, mais o tempo da margem de impulso do temporizador, mais uma margem.
Com “tempo de margem de impulso” entende-se a diferença entre o tempo definido e o tempo “sem retorno”. Se o temporizador estiver definido para 100 ms e for alimentado durante, digamos, 98 ms, ele continuará a operar, pois a margem entre o tempo definido e o tempo real é pequena.
A margem deve ser escolhida entre pelo menos 50-60 ms para minimizar o risco de disparos desnecessários, especialmente considerando o forte impacto na rede que um disparo causará.
7. RELÉS DE DISCORDÂNCIA DE PÓLOS (DISCREPÂNCIA)
Para disjuntores com um dispositivo operacional por polo, é necessário supervisionar que as três fases tenham a mesma posição. Isso normalmente é feito usando os contatos auxiliares no disjuntor, de acordo com a figura 4.
O relé de discordância de polo (ou discrepância) “PD” é necessário para impedir o serviço com apenas uma ou duas fases de um disjuntor fechadas. Isso causará uma assimetria que pode causar danos a outros aparelhos na rede. Condições assimétricas só podem ser aceitas durante um ciclo de religamento automático de um polo.
Quando o religamento automático monopolar é usado, é necessário um bloqueio do PD durante o tempo morto da fase. Ver figura 4.
FIGURA 7
A sequência de temporização no fechamento e abertura dos disjuntores e a temporização da operação no disparo de uma discrepância de polo devem ser verificadas cuidadosamente. Por exemplo, muitas vezes é necessário operar primeiro o relé de bandeira e o disparo desse relé para obter uma indicação correta em uma viagem, pois os contatos principais rapidamente retiram a quantidade de atuação quando os polos restantes são abertos.
O trip do PD deve ser roteado para outra bobina de trip além daquela usada pela abertura manual. Isso se deve ao fato de que na abertura manual, pode haver uma falha incipiente no circuito. Essa falha incipiente pode resultar no funcionamento de apenas uma ou duas fases e o MCB do circuito é acionado. O PD não seria capaz de operar se conectado à mesma bobina que a abertura manual.
A operação do PD deve, além de disparar o próprio disjuntor, iniciar o relé de falha do disjuntor, bloquear o próprio disjuntor e emitir um alarme.
Um atraso de tempo normal para um relé PD deve ser de aproximadamente 150-200 ms quando o bloqueio durante o religamento automático monopolar for realizado. Caso contrário, o tempo necessário é de cerca de 1,2s.
Fonte: EA – Engenheiros Associados
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