introdução sobre dispositivos de proteção de um sistema elétrico de potência

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Proteção de Sistemas Elétricos de Potência
 BELÉM-PA
 2010
 Equipe
 James Gibson
 Giorgio Jacob
 Thiago Santos
 Wilson Rocha
 
Proteção de Sistemas Elétricos de Potência
 
Trabalho para 4ª avaliação da disciplina Introdução ao Sistema Elétrico de Potência do Curso de Engenharia Elétrica do Instituto de Ensinos Superiores da Amazônia.
Professor: Rildo Arrifano
Turma K1NAB
 BELÉM-PA
 2010
O objetivo de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) é fornecer energia elétrica às várias cargas existentes em uma área de serviço.
Atualmente, o consumidor de energia elétrica está cada vez mais exigente com a qualidade do produto adquirido por ele, ou seja, a energia elétrica. Dessa forma, as técnicas de Filosofia de Proteção aplicadas em Sistemas de Potência desempenham papel fundamental para atender os requisitos destes consumidores, a fim de prover energia elétrica sem variações de tensão ou freqüência, quer seja por oscilações, quer seja por interrupções.
A eficácia de um esquema de proteção é tanto maior quanto melhor forem atendidos os seguintes princípios: Sensibilidade, Seletividade, Coordenação, Segurança, Confiabilidade e Velocidade.
 ELEMENTOS COMPONENTES DO SISTEMA DE PROTEÇÃO
1 – Transformador para Instrumentos 
1.1 – Transformador de Corrente 
1.2 - Transformador de potencial 
2 – Relés de Proteção 
2.1 - Relés Eletromecânicos 
2.1.1 - Relé Primário 
2.1.2 - Relé Secundário 
2.2 - Relés Eletrônicos ou Estáticos 
2.3 - Relés Digitais 
2.4 - Relés Numéricos 
3 – Equipamentos de Manobra 
3.1 - Disjuntores de Alta Tensão 
3.2 - Chaves de Alta Tensão 27
4 - Proteção de Transformadores
5 - Proteção de Linhas
1 – TRANSFORMADOR PARA INSTRUMENTOS
Como os níveis de tensões e de correntes em um sistema elétrico de potência são elevados, utilizamos Transformadores de Corrente (TC) e Transformadores Tensão (TP), para diminuir estas grandezas a valores seguros de manipulação pelos equipamentos de medição, controle e proteção.
1.1 – Transformador de Corrente
O TC destina-se a reproduzir proporcionalmente em seu circuito secundário, uma réplica em menor escala da corrente de seu circuito primário com sua posição fasorial mantida, conhecida e adequada para uso em instrumentos de proteção, medição e controle. Os TC’s são divididos em dois grupos: TC’s de medição e TC’s de proteção.
1.2 - Transformador de potencial
O TP destina-se a reproduzir proporcionalmente em seu circuito secundário, uma réplica em menor escala da tensão de seu circuito primário com sua posição fasorial mantida, conhecida e com o menor erro possível, adequada para uso em instrumentos de proteção, medição e controle.
2 – Relés de Proteção
Relés de proteção são dispositivos que vigiam o Sistema Elétrico de Potência (SEP), comparando os parâmetros reais com o seu pré-ajuste, e ao detectar anormalidades atua diretamente sobre um equipamento ou um sistema, retirando de operação os equipamentos e/ou componentes envolvidos com a anormalidade, além de acionar circuitos de alarme quando necessário.
2.1 - Relés Eletromecânicos: São os pioneiros da proteção, elaborados, projetados e construídos com predominância dos movimentos mecânicos proveniente dos acoplamentos elétricos e magnéticos. Os movimentos mecânicos acionam o relé, fechando os contatos correspondentes. Em relação ao princípio básico do funcionamento, o relé eletromecânico atua fundamentalmente de dois modos: Atração eletromagnética ou indução eletromagnética.
2.1.1 - Relé Primário: São todos os relés que tem sua bobina magnetizante esta diretamente conectada na rede elétrica. Deste modo, a corrente de carga ou de curto-circuito passa diretamente pela bobina magnetizante do relé. É um relé mais simples, robusto e barato, usado principalmente em circuito terminais de cargas industriais de porte médio.
2.1.2 - Relé Secundário: São relés cujas bobinas magnetizante são energizadas via secundário de TC’s ou TP’s. Este esquema possibilita a padronização dos relés porque podem ser utilizados em sistemas elétricos diferentes, onde a adequação da corrente é feita pela relação de transformação do TC.
2.2 - Relés Eletrônicos ou Estáticos: Relés estáticos são relés construídos com dispositivos eletrônicos, próprios e específicos aos objetivos da proteção. Nestes relés, não há nenhum dispositivo mecânico em movimento, todos os comandos e operações são feito eletronicamente. Neste relé é feito um circuito eletrônico (hardware) próprio ao objetivo a que se destina. Qualquer regulagem é efetuada pela mudança física no parâmetro de algum componente, tal como: variação no reostato; variação na capacitância; mudança do laço no circuito e etc. A maioria dos relés estáticos, no final sempre acaba operando mecanicamente um relé auxiliar que ao fechar o seu contato provoca a abertura ou ativa à abertura do disjuntor. Muitos são chamados de relé semi-estáticos porque há alguns componentes mecânicos associados. O termo estático foi originado em confronto aos relés eletromecânicos, já que o relé estático é caracterizado a princípio pela ausência de movimento mecânicos.
2.3 - Relés Digitais: São relés eletrônicos gerenciados por microprocessadores. São específicos a este fim, onde sinais de entrada das grandezas e parâmetros digitados são controlados por um software que processa a lógica da proteção através de um algoritmo. O relé digital pode simular um relé ou todos os relés existentes num só equipamento, produzindo ainda outras funções, tais como, medições de suas grandezas de entradas e/ou associadas e realizando outras facilidades sendo por isto designado de relé de multifunção. O relé digital pode ser programado para desempenhar outras tarefas, como, por exemplo, medir correntes e tensões dos circuitos. Outra importante função deste tipo de relé é o autodiagnóstico ou autoteste.
2.4 - Relés Numéricos: São relés digitais com um refinamento tecnológico que utiliza um especializado Processador Digital de Sinal (PDS) incorporado ao microprocessador otimizado tecnologicamente de acordo com o algoritmo de proteção utilizado.
3 – EQUIPAMENTOS DE MANOBRAS
3.1 - Disjuntores de Alta Tensão
O disjuntor de alta tensão pode ser definido como um dispositivo mecânico de manobra capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes nas condições normais de circuito, assim como estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper correntes sob condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito.
3.2 - Chaves de Alta Tensão
As chaves podem desempenhar diversas funções no SEP, sendo a mais comum delas a de seccionamento, e a chave de terra. Podem-se dividir as chaves utilizadas em alta tensão como:
Seccionadoras, que servem para contornar, ou no inglês, bypass, equipamentos, seja por necessidade de manutenção ou por uma questão operativa, isolar equipamentos para execução de manutenção e manobrar circuitos modificando assim a topologia do SEP.
Chave de terra, que serve para aterrar componentes do SEP que irão sofrer uma intervenção de manutenção, servindo ainda para aterrar a linha de transmissão (LT), barramentos e bancos de capacitores em derivação.
Chave de operação em carga, utilizada para abrir ou fechar determinados circuitos em carga, manobrar reatores ou banco de capacitores.
Chave de aterramento rápido, utilizada para aterrar componentes energizados do SEP normalmentecom o intuito de causar uma falta intencional na rede de forma a sensibilizar esquemas de proteção.
4 - PROTEÇÕES de Transformadores
O transformador pode ser considerado o elemento principal do SEP. Em geral têm baixo índice de falhas, porém, quando estas ocorrem, inevitavelmente levam o desligamento, forçados ou não, implicando em substituições, paralisações, manobras, riscos e manutenções corretivas demoradas. As proteções específicas, ou intrínsecas do transformador são as seguintes:
Proteção de terra restringida
Proteção de gás (63)
Válvula de alívio de pressão (20)
Proteção térmica (26 49)
Proteção de baixo nível de óleo (71)
Proteção de sobrecorrente (50, 51)
Proteção de sobreexcitação (24) 
Dependendo da potência do transformador a ser protegido, várias técnicas podem ser aplicadas (fusíveis relés de sobrecorrente instantâneos, relés diferenciais, etc). As principais proteções utilizadas em um transformador são:
Proteção Diferencial
O relé diferencial é um dispositivo de proteção de equipamentos que se baseia no princípio da comparação de corrente elétrica de entrada e saída, podendo haver várias possibilidades de conexões.
Proteção de Sobrecorrente
São todos os relés que incorporam um sensor de corrente, que atuam para uma corrente maior que a do seu ajuste, promovendo a abertura do disjuntor e eliminando o defeito. É a proteção mínima que deve ser garantida em qualquer sistema elétrico.
5 - PROTEÇÕES de Linhas
Uma proteção de linhas deve garantir que todo defeito seja eliminado tão rapidamente quanto possível, sendo também desligada uma única seção, de mínima extensão possível. Os defeitos mais importantes a eliminar são os curtos-circuitos entre fases e à terra.
Na proteção de linhas são usadas diversas classes de relés; em ordem crescente de complexidade cita-se: relés de sobrecorrente instantâneos, relés de sobrecorrente de tempo inverso e/ou definido, relés de sobrecorrente direcionais, relés de balanço de corrente, relés de distância e relés piloto (fio piloto, onda portadora e microonda). Ou seja, basicamente há proteção com relés de sobrecorrente e de distância.
6-REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Antônio Marcelino, Bruno R. Pucci, Darly B.R. Neto, Diogo J. dos Santos. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência aplicado na Subestação Carajás 225MVA. Dissertação, INSTITUTO UNIFICADO DE ENSINO SUPERIOR OBJETIVO - IUESO, Goiânia,2009.