1. RELÉS DE SOBRECORRENTE
1.1. Características Gerais
1.1.1. Entende-se por relé de proteção de sobrecorrente aquele que responde à corrente que flui no elemento do sistema que se quer proteger, quando o módulo dessa corrente supera o valo previamente ajustado. As proteções com relés de sobrecorrente são utilizadas em alimentadores de média tensão, linhas de transmissão, geradores, motores, reatores e capacitores, e, de forma geral, nos esquemas de proteção onde são necessários tempos de operação inversamente proporcionais às correntes que circulam no sistema.
1.2. Principais relés de sobrecorrente empregados nos sistemas elétricos
1.2.1. Tipos de relés de sobrecorrente não direcionais Simplesmente denominados relés de sobrecorrente, esses relés podem ser construídos de duas diferentes formas quanto ao tipo de acionamento do disjuntor: relés primários e relés secundários.
1.2.1.1. Relés de sobrecorrente primários Também conhecidos como relés de ação direta, atuam mecanicamente sobre o disjuntor por meio de varetas isolantes. Não são aceitos pela norma brasileira NBR 14039 para a proteção geral de unidades consumidoras supridas em média tensão. No entanto, são utilizados na proteção das demais partes ou componentes dos sistemas de média tensão internos à unidade consumidora. A grande vantagem dos relés primários diz respeito ao seu preço acessível e a poder operar sem a necessidade de uma fonte externa, normalmente cara.
1.2.1.2. Relés de sobrecorrente secundários de indução Os relés de sobrecorrente de ação indireta, também conhecidos como relés secundários, acionam os disjuntores fechando um contato interno, inserindo uma fonte externa, normalmente um banco de baterias, sobre a bobina de abertura do disjuntor. São utilizados na proteção de subestações industriais de médio e grande portes, na proteção de motores e geradores, banco de capacitores e, principalmente, na proteção de subestações de sistemas de potência das concessionárias de energia elétrica. São bastante sensíveis, não necessitam de manutenção frequente e não utilizam elementos que podem degradar com as condições ambientais.
1.2.2. Relés de sobrecorrente secundários estáticos O desenvolvimento da tecnologia de componentes estáticos de alta confiabilidade permitiu a fabricação dos relés de sobrecorrente eletrônicos, cuja simplicidade das partes mecânicas e elétricas confere ao relé grande facilidade de instalação, nenhum cuidado maior para a sua manutenção e possibilidade de testes, mesmo quando em funcionamento.
1.2.2.1. Os relés de sobrecorrente estáticos apresentam as sequintes vantagens sobre os relés de indução: • Baixo consumo. • Faixas de ajustes contínuos. • Compacticidade. • Circuito de alimentação auxiliar não polarizado. • Precisão nas grandezas aferidas.
1.2.3. Relés de sobrecorrente secundários digitais Normalmente, os relés de sobrecorrente digitais são comercializados em unidades trifásicas, e, da mesma forma que os relés de indução, são dotados das funções de sobrecorrente instantânea e temporizada. Como as funções são trifásicas, o relé atua quando pelo menos uma das correntes de fase atinge o valor ajustado.
1.2.3.1. Características construtivas Os relés digitais de sobrecorrente são fabricados em unidades compactas e podem ser fornecidos nas versões para montagem de embutir ou para montagem de sobrepor. Podem ser construídos nas versões monofásicas e trifásicas, substituindo normalmente os relés de indução ou estáticos. Podem ser configurados para operarem como um relé de sobrecorrente monofásico de tempo definido, evoluindo até para a proteção trifásica com neutro e terra.
1.2.3.2. Características funcionais As características funcionais dos relés de sobrecorrente variam de conformidade com o fabricante e o respectivo modelo. No entanto, podemos apresentar as funções típicas dos relés de sobrecorrente mais utilizados nos projetos de subestações do segmento comercial e industrial de médio porte, entre elas, temos; • Proteção térmica que considera a temperatura externa de operação e os regimes de ventilação. • Indicação dos valores de corrente de carga. • Disparo com rearme elétrico. • Funções programáveis. • Registro de eventos e diagnóstico. • Proteção de sobrecorrente a tempo definido e/ou tempo inverso. • Proteção de falha do disjuntor. • Autossupervisão.
1.2.3.3. Unidade de sobrecorrente com função temporizada de fase
1.2.3.3.1. Unidade temporizada de fase De forma geral, a unidade de sobrecorrente de um relé de fase opera de acordo com o valor eficaz da corrente que chega aos seus terminais de entrada, ocorrendo a partida ou arranque quando o valor da corrente medida supera a 1,05 vez o valor da corrente ajustado e voltando ao estado normal a 1 vez o seu valor. Sendo ativada a partida do relé, ocorre a habilitação da função de temporização, por meio de um contador de tempo, que realiza a integração dos valores medidos, determinando o tempo de atuação da proteção.
1.2.3.3.2. Unidade de tempo definido de fase Nos relés digitais a unidade de tempo definido possui um temporizador ajustável. Assim, quando a corrente no relé atinge a corrente ajustada na unidade de tempo definido, o relé conta o tempo programado e gera um pulso de disparo nos seus bornes.
1.2.3.3.3. Unidade instantânea de fase Em geral, a unidade instantânea de fase opera quando o valor da corrente em qualquer uma das entradas do relé, ou em todas, for superior ao valor de ajuste. A unidade permanece atuada até o momento em que a corrente atingir o valor de rearme da unidade, cujo valor é de 75% da corrente de atuação.
1.2.3.4. Unidade de sobrecorrente com função temporizada, de tempo definido e instantâneo de neutro
1.2.3.4.1. Unidade temporizada de neutro De forma geral, a unidade de sobrecorrente de um relé de neutro opera de acordo com o valor eficaz da corrente que chega aos seus terminais de entrada, ocorrendo a partida ou arranque quando o valor da corrente medida supera a 1,05 vez o valor da corrente ajustado e voltando ao estado normal a 1 vez o seu valor. Sendo ativada a partida do relé, ocorre a habilitação da função de temporização, por meio de um contador de tempo, que realiza a integração dos valores medidos, determinando o tempo de atuação da proteção.
1.2.3.4.2. Unidade de tempo definido de neutro Nos relés digitais a unidade de tempo definido possui um temporizador ajustável. Assim, quando a corrente no relé atinge a corrente ajustada da unidade de tempo definido, o relé conta o tempo programado e gera um pulso de disparo nos seus bornes.
1.2.3.4.3. Unidade instantânea de neutro O relé atua da mesma forma como foi descrita para a unidade temporizada de fase
1.2.3.4.4. Unidade instantânea e temporizada de neutro sensível (50/51NS) A função de neutro sensível é empregada nos sistemas elétricos para detectar defeitos à terra de alta impedância, o que na maioria dos casos não pode ser visto pelas unidades de sobrecorrente de neutro.
1.2.3.5. Unidade de sobrecorrente com função contra falha do disjuntor São unidades que proporcionam proteção primária perante a falha de atuação do disjuntor. Além disso, detectam a existência de arco interno ao disjuntor, evitando que ele sofra danos irreparáveis e acidentes pessoais. Essa proteção atua depois de decorrido um tempo nela programado para abertura do disjuntor e, após o qual, continua circulando a corrente de defeito pelo transformador de corrente do relé correspondente. A sua atuação normalmente se faz pela energização da bobina do relé auxiliar de bloqueio que provoca a abertura do disjuntor de retaguarda.
1.2.3.6. Unidade de sobrecorrente com função de sequência negativa Essa função tem por objetivo identificar o desbalanço de corrente entre as três fases do sistema. Isso pode ser obtido através da corrente de sequência negativa que está presente em qualquer um dos seguintes eventos: • Defeitos monopolares fase e terra. • Defeitos entre duas fases ou entre duas fases e terra. • Abertura de uma ou duas fases do sistema; o valor da corrente está diretamente associado à carga conectada. • Desequilíbrio de carga; é uma condição operacional muito comum em sistema de distribuição, notadamente os sistemas rurais que possuem redes em MRT (Monofilar com Retorno pela Terra).
1.2.4. Relé de sobrecorrente digital com restrição de tensão É aplicado na proteção contra curtos-circuitos e sobrecargas em sistemas elétricos que necessitam de uma operação com característica de tempo × corrente Controlada por Tensão ou Restrita por Tensão. Normalmente, essa proteção é aplicada na entrada de unidades consumidoras que possuem geração operando em paralelo com a rede de distribuição pública ou apenas para operação em rampa.
1.2.4.1. Relé de sobrecorrente controlado por tensão Quando o relé for do tipo controlado por tensão, a unidade de sobrecorrente não é ativada até que a tensão atinja um nível inferior ao valor ajustado para a tensão. Normalmente, esses relés dispõem de uma unidade de detecção de corrente e também uma unidade de seleção de tempo, ambas com ajuste fixo.Normalmente, a partida do relé de sobrecorrente controlado por tensão é ajustada com o valor de 80% da corrente de curto-circuito.
1.2.4.2. Relé de sobrecorrente com restrição por tensão A operação do relé com restrição por tensão implica que a corrente da unidade de sobrecorrente esteja constantemente ativada, variando continuamente com a tensão. Quanto menor for a tensão maior será a sensibilidade do relé. Nessa condição o relé apresenta maior dificuldade para coordenar com outros relés instalados a jusante. Assim, para fornecer uma proteção de backup à proteção de sobrecorrente temporizada, utiliza-se o relé de sobrecorrente com restrição por tensão que atuará somente quando a tensão do sistema for reduzida para um valor inferior a sua tensão nominal.
2. RELÉ DE SOBRECORRENTE DIFERENCIAL
2.1. A proteção de sobrecorrente diferencial é fundamentada na comparação entre as correntes elétricas que circulam entre os dois terminais de um equipamento ou sistema que se quer proteger. Caso haja diferença de módulo entre essas correntes o relé envia um sinal de atuação para o disjuntor desligando o equipamento ou sistema. Normalmente, as correntes entre os terminais do equipamento ou sistema acima referidos são coletadas por meio de transformadores de corrente instalados nesses pontos.
2.1.1. Relés de sobrecorrente diferenciais de indução São dispositivos eletromecânicos cujas unidades de proteção são formadas por bobinas de operação (BO) e de restrição (BR).
2.1.1.1. Proteção de sobrecorrente diferencial com restrição percentual Os relés de sobrecorrente diferenciais são aparelhos que contêm duas bobinas, sendo uma de operação e outra de restrição. A bobina de operação é responsável pela atuação do relé, quando percorrido efetivamente por uma corrente diferencial, isto é, uma corrente resultante das correntes que circulam em sentidos contrários nos secundários dos TCs localizados nos lados primário e secundário do transformador de potência. Já a bobina de restrição é formada por duas meias bobinas e tem por finalidade inibir a atuação do relé quando percorridas por correntes de mesmo sentido.
2.1.1.2. Proteção de sobrecorrente diferencial sem restrição A proteção diferencial sem restrição é aquela que é fundamentada na comparação entre as correntes que circulam entre duas extremidades de equipamento ou circuito que se quer proteger. Essas extremidades são delimitadas pelos transformadores de corrente nelas instalados. Em condições normais de operação do sistema, as correntes que circulam nos enrolamentos primários dos TCs possuem o mesmo sentido, consequentemente se anulam quando circulam pela bobina de operação do relé. Contrariamente, as correntes que circulam nos enrolamentos secundários dos transformadores de corrente, quando ocorre um defeito no sistema secundário num ponto fora da zona protegida, possuem sentidos opostos, consequentemente se somam quando circulam pela bobina de operação do relé.
2.1.1.3. Proteção de sobrecorrente diferencial com restrição percentual e por harmônica Utilizam, além da restrição percentual, as correntes harmônicas presentes na corrente de magnetização dos transformadores durante a sua energização. Nessa condição o relé deve ser bloqueado evitando a sua operação ou elevando temporariamente o valor da corrente de acionamento, tornando-se viável o ajuste de corrente de baixo valor e tempos de retardo reduzidos, sem o inconveniente de se ter uma operação indesejada.