Estudo de relés de sobrecorrente em sistemas elétricos de potência

June 27, 2024 Luciano Bertene

Os sistemas de energia elétrica dependem fortemente de sistemas de proteção robustos e eficientes para garantir a estabilidade e segurança da rede. Os componentes críticos desses sistemas de proteção são os relés de sobrecorrente – tanto estáticos quanto estáticos. Esses relés são essenciais para detectar condições anormais e tomar medidas corretivas imediatamente. A resposta rápida dos relés de sobrecorrente ajuda a prevenir danos aos equipamentos elétricos, minimizar o tempo de inatividade e reduzir riscos potenciais.

O que são relés de sobrecorrente?

Os relés de sobrecorrente são componentes críticos em sistemas de energia elétrica usados para proteger equipamentos e garantir a estabilidade da rede. Esses dispositivos eletrônicos de proteção monitoram constantemente a intensidade das correntes elétricas que fluem pelo sistema. Quando a corrente excede os limites predefinidos, indicando condições anormais ou falhas, os relés de sobrecorrente respondem rapidamente para iniciar a ação corretiva. Ao medir e comparar os níveis de corrente, esses relés desempenham um papel crítico na prevenção de danos aos equipamentos elétricos, minimizando o tempo de inatividade e melhorando a confiabilidade geral do sistema. Os relés de sobrecorrente são essenciais para manter a integridade e a segurança dos sistemas de energia, respondendo prontamente a situações anormais e contribuindo significativamente para a resiliência geral da rede elétrica.

Características dos relés de sobrecorrente

Relés estáticos consistem principalmente em semicondutor Interruptores como tiristores. Existem dois estados para relés digitaisou seja, ON e OFF, que podem ser referidos como 1 e 0. Os relés de sobrecorrente podem ser classificados em diferentes tipos com base em suas características:

Relés de sobrecorrente instantâneos
Relés de sobrecorrente temporizados independentes
Dependendo do tempo no relé de tempo de sobrecorrente
Relé de sobrecorrente direcional

Relés de sobrecorrente instantâneos

O diagrama de blocos do relé de sobrecorrente estático é mostrado na figura. A corrente derivada do TC é alimentada ao transformador de entrada, que fornece uma tensão de saída proporcional. O transformador de entrada possui um entreferro no núcleo de ferro para garantir a linearidade na relação corrente/tensão até o valor de corrente esperado. É equipado com uma torneira no enrolamento secundário para obter diversas configurações dependentes do tempo. A tensão de saída do transformador é retificada por um retificador e depois filtrada em um único estágio para evitar atrasos indesejados na filtragem e garantir alta velocidade de operação. Um diodo Zener serve como limitador para garantir valores seguros de tensão retificada em caso de condições de falha em altas correntes de entrada. O detector de nível compara um valor de resposta predefinido com uma porção fixa da tensão retificada e filtrada (através de um divisor de tensão). Se o valor de resposta for excedido, a saída emite um sinal de disparo através de um amplificador. O dispositivo de saída pode ser um circuito tiristor estático ou um relé escravo eletromagnético.

Relés de sobrecorrente temporizados independentes

O tempo de operação dos relés de sobrecorrente é constante independentemente do nível de corrente residual. Neste caso, um atraso intencional é introduzido por um circuito de temporização. A figura a seguir mostra o diagrama de blocos simplificado de um relé de sobrecorrente temporizado independente. O sinal de corrente de entrada derivado do transformador de corrente principal é convertido em um sinal de tensão proporcional pelo transformador de entrada e então retificado, filtrado e comparado com o limite predefinido do detector de nível (1). Quando a tensão excede o limite predefinido, o detector de nível emite uma tensão de saída; isso começa a carregar o capacitor C do circuito de temporização RC. Se a tensão no capacitor exceder o limite predefinido (V),_T) de um detector de nível (2), um sinal através do amplificador e uma configuração de tempo são especificados.

Se você_T é o valor limite do detector de nível, o tempo T_C O tempo necessário para atingir esta tensão depende do tempo de carga do capacitor C do circuito de temporização RC, que é dado por

T_C =R_Cprotocolo_t (V / (VV_T))

Se V, R e C permanecerem constantes, o tempo de carregamento permanece consistente para um determinado valor de VT. O tempo T_C pode ser variado variando as combinações RC e V_T. Neste caso, o capacitor é carregado usando uma saída DC fixa, a tensão do detector de nível (1), o tempo de operação do relé para determinados valores R e C do circuito de temporização e V_T do detector de nível (2) é constante para diferentes Valores atuais de falha.

Dependendo do intervalo de tempo do relé de sobrecorrente

O tempo de resposta dos relés de sobrecorrente dependentes diminui à medida que a corrente de falta aumenta. Neste relé com curva característica dependente, o capacitor do circuito de tempo é carregado a partir de uma tensão proporcional à corrente.

A figura mostra o diagrama de blocos do relé de sobrecorrente dependente.

O transformador de entrada converte o sinal de corrente em tensão proporcional, depois retifica-o, filtra-o e compara-o com uma tensão de referência (detector de nível 1, ajustado pelo potenciômetro P1). Em condições normais, com corrente de entrada baixa, a chave S1 está LIGADA, o capacitor de curto-circuito C está no circuito de temporização RC e a chave S2 está DESLIGADA. Quando a tensão de entrada excede a tensão de referência predefinida do detector de nível 1, S1 é DESLIGADO e S2 é LIGADO. O carregamento do capacitor C no circuito de temporização começa com uma tensão proporcional à corrente. Ambas as chaves, S1 e S2, consistem em componentes estáticos. Quando a tensão no capacitor C do circuito de temporização excede a tensão de referência do detector de nível (2), que é definida pelo potenciômetro P₃Um sinal é enviado ao dispositivo de saída através de um amplificador. Finalmente, o dispositivo de saída emite o sinal de disparo. Aqui a derivação secundária do transformador e o potenciômetro P1 fornecem o multiplicador de ajuste do plugue_, e os potenciômetros P2 e P3 determinam o ajuste do multiplicador de tempo.

Relé de sobrecorrente direcional

Os relés de sobrecorrente direcionais contêm uma unidade direcional que responde ao fluxo de corrente em uma direção específica. O relé direcional detecta o movimento do fluxo de corrente com base na diferença de fase (Φ) entre a tensão (V) e a corrente (I). Quando Φ excede um determinado valor, o relé é ativado. O relé direcional é um relé de quantidade de disparo duplo com uma entrada servindo como corrente I do TC e a outra como tensão V do TP.

Sob condições de falta, os relés de sobrecorrente direcionais eletromagnéticos apresentam discriminação prejudicada quando a tensão cai para valores muito baixos. Com relés direcionais estáticos esse problema é menos grave porque os comparadores estáticos usados são inerentemente muito sensíveis. Eles podem fornecer desempenho confiável dentro da tensão de erro mínima de até 1% da tensão do sistema.

A figura acima mostra o diagrama de blocos simplificado do Relé de sobrecorrente direcional. O As entradas V e I são aplicadas o comparador de fase. A Trocador de fase é adicionado ao circuito de entrada de tensão antes de ser aplicado ao comparador de fase para atingir a saída máxima sob condições de falha. O resultado do comparador de fase é alimentado ao detector de nível e depois transmitido ao dispositivo de saída através de um amplificador. Quando a saída do comparador de fase excede a tensão de referência predefinida do detector de nível, o dispositivo de saída emite o sinal de disparo. Dois tipos principais de comparadores de fase são usados para esta finalidade. Um deles é o tipo de efeito Hall usado na URSS. Em contraste, todos os outros países preferiram a ponte retificadora Tipo de comparador devido aos custos mais baixos e ao maior desempenho que pode ser alcançado em comparação com os elementos Hall.

Conclusão

Em resumo, os relés de sobrecorrente são críticos para os sistemas de energia elétrica porque respondem rapidamente a condições anormais. Seus diversos recursos atendem a diversos requisitos de rede e oferecem tempos de resposta mais rápidos, maior precisão e menos manutenção. A natureza eletrônica dos relés estáticos garante eficiência em comparação com os equivalentes tradicionais. Esses relés protegem equipamentos e mantêm a estabilidade da rede, demonstrando a evolução e sofisticação da proteção da rede elétrica. Desempenham um papel fundamental na garantia da resiliência e fiabilidade das redes elétricas modernas.

Perguntas frequentes

O que é um relé de sobrecorrente estático e como funciona?

O relé de sobrecorrente estático, um dispositivo de proteção eletrônico, detecta níveis anormais de corrente em sistemas de energia. Funciona medindo os níveis atuais e comparando-os com limites predefinidos. Quando a corrente excede os valores ajustados, o relé desarma o disjuntor e isola a seção defeituosa.

Quais são as vantagens de usar relés de sobrecorrente estáticos em relação aos relés eletromecânicos tradicionais?

Os relés de sobrecorrente estáticos oferecem diversas vantagens, incluindo tempos de resposta mais rápidos, maior precisão, melhor sensibilidade e manutenção reduzida porque não há peças móveis. Eles também fornecem um controle mais preciso sobre as curvas de disparo, permitindo que sejam adaptadas para aplicações específicas.

Quais são as principais aplicações dos relés de sobrecorrente estáticos em sistemas de potência?

Os relés de sobrecorrente estáticos encontram aplicação em vários sistemas de energia, incluindo linhas de transmissão, sistemas de distribuição e proteção de geradores. As aplicações típicas incluem rejeição de carga, detecção de falhas e coordenação com outros dispositivos de proteção.

Por que os relés de sobrecorrente são tão importantes nos sistemas de potência?

Os relés de sobrecorrente são essenciais porque detectam rapidamente níveis anormais de corrente, evitam danos aos equipamentos elétricos e garantem a estabilidade da rede. A sua resposta rápida minimiza o tempo de inatividade e mitiga riscos potenciais, contribuindo para a resiliência geral dos sistemas de energia.