Explorando o princípio e operação de um relé diferencial

Princípio de funcionamento do relé diferencial

• Compreenda o princípio básico do balanceamento de corrente em relés diferenciais
• Explorando o conceito de transformadores de potência e seu papel na operação de relés
• Análise dos princípios mais importantes da lei atual de Kirchhoff e do teorema da superposição

Como exemplo simples, vamos supor um transformador de influência com relação de tamanho de transformação (proporção) de 1:1 e conexão (Y/Y); portanto, CT1 e CT2 garantem uma proporção de tamanho de transformação semelhante à mostrada. Os fluxos de corrente nos lados primário e secundário do transformador de potência são iguais, assumindo que sejam transformadores de potência ideais. As correntes secundárias I1 e I2 são iguais em magnitude e direção de bloqueio. Portanto, na situação de carga (sem falha), a corrente líquida dentro da bobina diferencial é zero, portanto o relé não funciona.

Como encontrar a classificação do transformador em KVA

Para determinar a classificação de quilovolt-amperes (KVA) de um transformador, você deve considerar vários fatores, como tensão de entrada, tensão de saída e características de carga. A potência nominal de um transformador refere-se à sua capacidade de carga, expressa em KVA.

A classificação primária de um transformador geralmente é baseada na tensão de entrada e na corrente máxima que o isolamento do enrolamento pode suportar com segurança. A tensão nominal representa a magnitude da tensão aplicada ao enrolamento primário do transformador. A corrente nominal indica a corrente máxima que pode fluir através do enrolamento primário sem exceder seus limites térmicos e elétricos. Essas classificações geralmente são fornecidas pelo fabricante.

A classificação KVA de um transformador é calculada usando a fórmula: KVA = (Tensão × Corrente) / 1000. Os valores de tensão e corrente desta fórmula devem ser os valores da raiz quadrada média (RMS) das respectivas grandezas.

Condição de falha externa no relé diferencial

Seguindo o anterior, a figura mostra o transformador de potência com falha externa F. Neste caso, as duas correntes I1 e I2 podem atingir valores muito elevados; no entanto, não há mudança no ângulo de fase. Portanto, a corrente líquida na bobina diferencial permanece zero, portanto o relé não funciona.

Condição de falha interna no relé diferencial

Esta figura mostra um erro interno F. Agora existem dois estados esperados:

Existe outra fonte para suprir a falha. Portanto, I2P contém um valor diferente de zero, Idiff = I1S + I2S, que pode ser alto e suficiente para operar o relé diferencial.

Para o sistema radial, I2P = 0. Portanto, Idiff = I1S; Além disso, o relé pode funcionar e desconectar o disjuntor.

Diagramas de fiação de relé diferencial

Os esquemas de relés diferenciais incluem uma série de técnicas projetadas para garantir uma operação precisa e confiável ao detectar falhas em sistemas elétricos. Um esquema comumente usado é o esquema percentual diferencial, que compara as correntes que entram e saem de uma zona protegida e aciona um alarme ou sinal de disparo quando um desequilíbrio é detectado. Outra abordagem é o esquema diferencial harmonicamente restrito, que inclui filtros para bloquear harmônicos e reduzir falsos disparos causados ​​por correntes harmônicas. Esquemas diferenciais polarizados introduzem uma corrente de polarização para aumentar a sensibilidade e melhorar a estabilidade. Cada esquema tem vantagens e limitações, e a seleção do esquema mais apropriado depende de fatores como configuração do sistema, modos de falha e sensibilidade desejada. A seleção e implementação adequadas do esquema de relé diferencial apropriado desempenha um papel crucial na obtenção de uma detecção eficaz de falhas e na garantia da confiabilidade dos sistemas elétricos.

Desafios e soluções

A operação e o princípio dos relés diferenciais apresentam certos desafios que garantem um desempenho preciso e confiável. Um desafio comum é a saturação dos transformadores de potência (TCs). Durante condições de falta ou altas correntes de carga, os TCs podem ficar saturados, resultando em medições de corrente imprecisas e potencial falso disparo do relé. Projetos avançados de TC e algoritmos de detecção de saturação melhoram a sensibilidade do relé e evitam disparos falsos. Outro desafio é a presença de correntes de irrupção durante a excitação do transformador ou partida do motor, que podem simular correntes de falta e causar falsos disparos. Várias técnicas, como B. Os algoritmos de bloqueio e retenção de harmônicos distinguem entre correntes de falta verdadeiras e correntes de inrush, garantindo a operação adequada do relé. Além disso, é um desafio coordenar relés diferenciais com outros dispositivos de proteção para evitar mau funcionamento e otimizar o desempenho do sistema. Configurações apropriadas de relés, estudos de coordenação e relés habilitados para comunicação ajudam a superar esses desafios e garantem a operação precisa e confiável de relés diferenciais para proteger sistemas elétricos.

Avanços na tecnologia de relés diferenciais

Os avanços na tecnologia de relés diferenciais inauguraram uma nova era de melhor desempenho, inteligência e capacidades de comunicação. A ampla adoção de relés digitais revolucionou o campo, oferecendo maior precisão, tempos de resposta mais rápidos e funcionalidade expandida. Esses relés utilizam técnicas de processamento digital de sinais e algoritmos avançados para obter detecção e discriminação precisas de falhas. Além disso, surgiram algoritmos adaptativos que permitem ao relé ajustar suas configurações com base nas condições do sistema, melhorando a sensibilidade e reduzindo falsos disparos. Os relés habilitados para comunicação também se tornaram mais importantes, permitindo a integração perfeita em sistemas inteligentes de automação de subestações. Esses relés podem trocar dados com outros dispositivos de proteção, permitindo melhor coordenação, monitoramento do sistema e análise de falhas.

Além disso, novas tecnologias, como a inteligência artificial e a aprendizagem automática, oferecem um grande potencial para otimizar a proteção diferencial. Essas tecnologias podem permitir que os relés aprendam com dados históricos, se adaptem às mudanças nas condições do sistema e identifiquem com mais precisão padrões de falhas complexos. À medida que a tecnologia de relés diferenciais avança, a proteção do sistema de energia pode beneficiar de maior inteligência, fiabilidade e adaptabilidade, resultando em redes elétricas mais robustas e eficientes.