Considerações Gerais sobre Equipamentos de Proteção

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO ”
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Micro Redes
Apostila _02
Considerações Gerais de Equipamentos de Proteção do
Sistema de Distribuição de Energia Elétrica
Profa Mariângela de Carvalho Bovolato
Ilha Solteira - SP, agosto de 2013
Considerações Gerais sobre equipamentos de Proteção
1 - Introdução
No sistema elétrico ocorrem falhas que podem ser classificadas como
sobretensões e sobrecorrentes, que se perdurarem podem causar danos aos
equipamentos. Assim, o sistema de potência deve ser provido de proteções, de
forma a eliminar a anormalidade o mais rápido possível. Por outro lado, esta
proteção não deve atuar quando a anormalidade é pequena ou inexistente
(seletividade), de forma a não prejudicar o fornecimento da energia.
Pode-se citar como exemplo, durante um curto-circuito, surge uma corrente de
elevada intensidade que pode trazer efeitos mecânicos e térmicos aos
equipamentos ligados ao circuito sob falha. Os efeitos mecânicos, cujas forças
são proporcionais ao quadrado da corrente instantânea, podem deformar
condutores e romper materiais isolantes. Já os efeitos térmicos estão ligados ao
tempo de permanência da falha e ao valor eficaz da corrente e podem produzir
um aquecimento excessivo dos materiais condutores isolantes, com sua
consequente deterioração. As correntes de curto-circuito, de pequeno valor,
podem causar danos permanentes e/ou temporários a pessoas e animais, se
essas correntes não forem interrompidas em intervalo de tempo adequado.
Para minimizar os efeitos produzidos pelas correntes de falhas, é comum o uso
dos seguintes equipamentos:
- corta circuito ou chaves fusíveis;
- religadores automáticos;
- seccionadores automáticos;
- reles com disjuntores.
2 – Equipamentos de Proteção:
2.1- CHAVES FUSÍVEIS
2.1.1-Definições
A Chave Fusível: também denominada Corta-Circuito, é o dispositivo constituído
de um porta fusível e demais partes destinadas a receber um Elo Fusível.
Elo Fusível: é uma peça facilmente substituível, composta de um elemento
sensível e demais partes, que completa o circuito entre os contatos de um cortacircuito.
Revisão: out/2012
Sobrecorrentes: é a intensidade de corrente superior à máxima corrente
permitida para um sistema, equipamento ou para um componente elétrico
qualquer.
Corrente Nominal do Fusível: é o valor de corrente que o fusível pode suportar
continuamente sem deteriorar-se ou exceder os limites de temperatura
especificados, satisfazendo as características de tempo/corrente desta
especificação.
Elo- Fusível Protegido: é aquele que está instalado do lado da fonte.
Elo – Fusível protetor: é aquele que está instalado do lado da carga.
2.1.2 – Principio de Funcionamento da Chave Fusível, do tipo expulsão.
Quando da circulação de sobrecorrente em uma chave fusível, devido ao efeito
térmico, o elemento fusível se funde, interrompendo o circuito. A alta
temperatura do arco provoca a queima e a decomposição parcial do
revestimento interno do cartucho, gerando gases que interrompem o arco no
instante de corrente nula. A pressão dentro do cartucho aumenta em função dos
incrementos de temperatura e a geração dos gases cria condições dentro do
tubo que ajudam a desionizar o caminho do arco. A pressão exercida também
ajuda a manter a condição de circuito aberto, uma vez que as partículas
ionizadas forçam a abertura das extremidades do cartucho, sendo expelidas em
seguida.
2.2- RELIGADOR AUTOMÁTICO
O Religador Automático é um dispositivo interruptor automático, que abre e
fecha seus contatos repetidas vezes na eventualidade de uma falha do circuito
por ele protegido.
2.2.1 – Principio de Funcionamento.
O Religador é um equipamento de proteção a sobrecorrentes utilizado em
circuitos aéreos de distribuição, que opera quando detecta correntes de curtocircuito, desligando e religando automaticamente os circuitos um número
predeterminado de vezes. Quando o religador sente uma condição de
sobrecorrente, a circulação desta corrente é interrompida pela abertura de seus
contatos. Os contatos são mantidos abertos durante determinado tempo,
chamado de tempo de religamento, após o qual se fecham automaticamente
para reenergização da linha.
Se, no momento do fechamento dos contatos, a corrente persistir, a sequência
abertura/fechamento é repetida até três vezes consecutivas e, após a quarta
abertura os contatos ficam abertos e travados. O novo fechamento só poderá ser
manual.
As operações de um religador podem ser combinadas nas seguintes sequências:
a- se for ajustado para 04 operações:
-uma rápida e três retardadas;
-duas rápidas e duas retardadas;
- três rápidas e uma retardada;
- todas rápidas;
- todas retardadas.
b- para qualquer número de operações menor que quatro, em combinações
similares de operações rápidas e retardadas.
A partir dessa característica de temporização dupla, pode-se coordenar o
equipamento com os fusíveis dos ramais de um alimentador ou outros
equipamentos localizados a jusante.
Religador na saída de Subestação- (fonte CEMIG)
Os fabricantes, geralmente fornecem a curva média para uma operação
temporizada do religador, com variações de ± 10%. Isto significa que para uma
dada corrente In, o tempo de operação correspondente pode variar sobre uma
reta, de ± 10% na base do tempo e ± 10% na base da corrente. O maior desvio
será o limite aceitável. Quando se estuda a coordenação dos equipamentos,
pode-se levar em consideração esta tolerância, admitindo sempre o caso mais
desfavorável.
2.2.2 – Classificação dos Religadores
a-
Quanto ao número de fases
Monofásicos: são utilizados para proteção de linhas monofásicas ou ramais de
alimentadores trifásicos, um para cada fase, onde as cargas são
predominantemente monofásicas, sendo que na eventualidade de ocorrer uma
falha permanente para terra, será bloqueada somente a fase com falha,
enquanto é mantido o serviço aos consumidores ligados às outras duas fases.
Trifásicos: são utilizados onde é necessário o bloqueio das três fases
simultaneamente, para qualquer tipo de falha permanente, a fim de evitar que
cargas trifásicas sejam alimentadas com apenas duas fases.
Os religadores trifásicos podem operar das seguintes formas:
-trifásicos com operação monofásica e bloqueio trifásico: são constituídos de 03
religadores monofásicos, montados em um único tanque, com mecanismos
interligados apenas para proceder o bloqueio trifásico. Cada fase opera
independentemente em relação às correntes de defeito.
- trifásicos com operação trifásica e bloqueio trifásico: são constituídos de um
único religador, que opera e bloqueia sempre trifasicamente, independente do
tipo de falta. Mesmo que a falta ocorra somente em uma fase, todos os contatos
realizam a operação de abertura e fechamento.
b-
Quanto ao tipo de controle
Os religadores possuem dois tipos de controle:
- controle hidráulico : as correntes são detectadas pelas bobinas de disparo que
estão ligadas em série com a linha. Quando, através da bobina flui uma corrente
igual ou superior à corrente mínima de disparo do religador, também conhecida
como pick-up, o núcleo da bobina é atraído para seu interior, provocando
abertura dos contatos principais do religador.
Nos religadores com corrente nominal de até 200ª, são empregadas molas de
fechamento, que são carregadas pelo movimento do núcleo da bobina série.
Nos religadores com correntes nominais de 250, 280, 400 e 560 A, o fechamento
é realizado pela bobina de fechamento, que é energizada pela tensão da linha.
- controle eletrônico: o religador , com este tipo de controle apresenta mais
facilidade para ajustes e ensaios e maior flexibilidade. É mais preciso, em
comparação ao controle hidráulico. Este controle abriga-se em uma caixa
separada do religador e permite modificações de ajustes no equipamento, sem a
necessidade de sua abertura, onde tem-se:
Característica tempo x corrente; níveis de corrente de disparo; sequência de
operação.
c- Quanto ao meio de interrupção
Os religadores, em relação ao meio de interrupção, classificam-se em:
- religadores com interrupção a óleo;
- religadores com interrupção à vácuo.
A interrupção à vácuo apresenta um período de trabalho cerca de 3 a 4 vezes
maior do que o com interrupção a óleo, mas são mais caros devido as garrafas de
vácuo serem importadas.
2.3 - SECCIONADOR AUTOMÁTICO
O Seccionador Automático é um equipamento utilizado para interrupções
automáticas de circuitos, que abre seus contatos quando o circuito é
desenergizado por um equipamento de proteção situado à sua retaguarda e
equipado com dispositivo para religamento automático.
2.3.1 – Principio de Funcionamento.
O Seccionador é um equipamento basicamente construído de um elemento
sensor de sobrecorrente e de um mecanismo para contagem de desligamentos
do equipamento de retaguarda, além de contatos e de dispositivos para
travamento na posição aberto. Quando ocorre uma sobrecorrente no circuito,
passando através do seccionador, cujo valor seja maior ou igual à corrente de
acionamento, o equipamento é armado e preparado para a contagem. A
contagem se inicia quando a corrente que circula por ele é interrompida pelo
equipamento de retaguarda ou cai abaixo de determinado valor. Após um certo
número dessas ocorrências, que corresponde ao ajuste do equipamento, ele
abre os contatos e permanece travado na posição “aberto”, isolando o trecho
com falha.
2.3.2 – Classificação dos religadores
- Quanto ao número de fases:
Monofásicos: são utilizados exclusivamente para seccionamento automático
de sistemas monofásicos primários de Distribuição.
Trifásicos : são utilizados exclusivamente para seccionamento automático de
sistemas trifásicos primários de Distribuição.
- Quanto ao tipo de controle :
Controle Hidráulico: Este mecanismo compõe-se de3 uma bobina série e do
respectivo êmbolo, um pistão de disparo, uma mola e duas válvulas de
retenção. Um seccionador hidráulico opera, quando sua bobina série é
percorrida por um fluxo de corrente que exceda 160% de sua corrente
nominal.
A operação de contagem de um seccionador típico se faz quando o religador
de retaguarda interrompe uma sobrecorrente.
O equipamento pode ser ajustado para mais de uma contagem e caso o
número programado seja completado dentro do período de memória, o
dispositivo abrirá seus contatos e só poderá ser fechado manualmente.
O tempo de rearme dos seccionadores com controle hidráulico é de 1 a 1,5
minutos por contagem.
Como a corrente mínima de acionamento é de 160% da corrente nominal da
bobina, podem-se obter determinadas correntes mínimas de atuação através
da simples troca de bobina série do equipamento.
Controle Eletrônico: As unidades controladas eletronicamente preparam-se para
contar quando ocorre uma sobrecorrente e completam a contagem quando o
circuito for desenergizado. A diferença está no fato de que os seccionadores
com controle eletrônico têm suas operações supervisionadas por circuitos de
estado sólido. Ocorrendo uma falta permanente, o seccionador irá disparar após
o número prefixado de contagens. Caso a falta seja temporária, o circuito
armazena a contagem em uma memória eletrônica até o tempo preestabelecido,
para depois, gradativamente, esquecê-la.
2.3.3 – Acessórios
Existem acessórios que aumentam a flexibilidade de aplicação dos seccionadores
e são normalmente usados onde a coordenação é particularmente difícil.
a- Acessório restritor de tensão
Este dispositivo faz com que o equipamento seja capaz de contar somente as
operações do dispositivo situado do lado da fonte e isto permitirá que o
seccionador conte as interrupções somente quando não existir tensão no
mesmo. Foi projetado somente para seccionadores trifásicos hidráulicos.
b- Acessório restritor de corrente:
Este acessório desempenha a mesma função que o acessório restritor de tensão,
efetua nos seccionadores hidráulicos, mas só é disponível para seccionadores
eletrônicos e sua atuação se faça por comparação de correntes.
c- Acessório restritor de corrente inrush.
Correntes de inruh são correntes transitórias de energização e desenergização
de circuitos e equipamentos.
Os acessórios restritor de corrente inruh são utilizados em sistemas onde a
coordenação é prejudicada por altas correntes de inruh e quando este problema
não é solucionado pelo aumento da corrente de atuação do seccionador, os
equipamentos eletrônicos podem ser usados com o acessório restritor de
corrente inruh. . Este tipo de acessório só é utilizado para seccionadores com
controle eletrônico.