Todo equipamento conectado ao sistema elétrico deve possuir esquema de proteção a fim de preservar suas características ao longo do seu tempo de vida útil. De forma geral quem irá definir as funções de proteção a serem implementadas é o equipamento protegido (EP) que pode ser:
- Cabine Primária
- Transformador
- Motores Elétricos
- Linhas de Transmissão
- Rede de Distribuição
- Etc.
Para isso existe um sistema de proteção dedicado com características distintas que devem ser dimensionados que abrange os seguintes equipamentos:
- Disjuntor
- Relé de Proteção
- TC’s e TP’s
- Fusíveis
- Sistema com Autonomia para Alimentação da Proteção
O funcionamento adequado do sistema de proteção está associado com o dimensionamento correto de todos os elementos citados acima, seguindo as diretrizes das principais normas técnicas pertinentes.
Filosofia da Proteção
Do ponto de vista do dimensionamento da proteção existem algumas “máximas” que sempre devem ser respeitadas, a qual podemos citar:
– Os ajustes de proteção implementados devem permitir a operação do equipamento protegido(EP) em regime nominal.
– Existem fenômenos transitórios inerentes do funcionamento de alguns equipamentos que não devem causar a atuação da proteção, podendo citar:
- Energização do Transformador
- Corrente de Partida de Motores
- Corrente de Inrush de Banco de Capacitores
- Corrente de Inrush de Linhas de Transmissão
– O sistema de proteção deve estar sempre apto a atuar, portanto o relé deve ser alimentado por um sistema autônomo em tensão contínua(banco de baterias) ou nobreak.
Função de Sobrecorrente Temporizada (51)
Essa função de proteção tem o objetivo de proteger o EP contra sobrecargas de curta duração. Para isso podem ser utilizados dois tipos de curvas:
– Curva de tempo independente (Tempo definido)
– Curva de tempo dependente (Tempo inverso)
A curva de Tempo definido possui tempo de atuação fixo, independente da corrente que circula no sistema.
A curva de tempo inverso, à medida que a corrente aumenta o tempo de atuação diminui.
Normalmente é utilizado curvas do tipo inversa, podendo ser adicionado uma curva de tempo definido para questões de coordenação da proteção. As principais normas de curvas de tempo inverso são IEC, IEEE, ANSI e IAC.
Corrente de Partida
A corrente de partida deve ser superior a solicitação de carga do EP. Portanto, é utilizado um fator com relação a corrente nominal de demanda ou da instalação.
Sendo que:
In – Corrente calculada com base na demanda ou
In – Corrente calculada com base nas características nominais do EP
O fator k recomendado de ser ajustado é de 1,05 a 1,3. É importante para definição desse fator observar os limites elétricos do EP e erros de medição envolvidos para ajuste adequado da corrente de partida.
Dial de Tempo
Para curvas de tempo inverso, devemos definir algumas características para cálculo da temporização. Sendo assim devemos definir dois fatores: a norma e tipo da curva para cálculo do Dial.
Equação Característica das Curvas IEC
Onde:
td – tempo de atuação da proteção
Ip – Corrente de partida da função 51
K e α – Constantes da Norma IEC
DT – Dial de tempo
I – Corrente que Circula no Sistema
Invertendo a ordem da equação, podemos isolar o DT que é a variável que normalmente precisamos calcular para plotar a curva de atuação no coordenograma.
| Tipo de Curva | Valores dos Coeficientes | |
| α | k | |
| Tempo Inverso | 0,14 | 0,02 |
| Tempo Muito Inverso | 13,5 | 1 |
| Tempo longo inverso | 120 | 1 |
| Tempo extremamente inverso | 80 | 2 |
| Tempo Ultra Inverso | 315,2 | 2,5 |
Para trabalhar com a fórmula acima deve-se preencher as constantes de acordo com o tipo da curva desejada.
Por exemplo, a corrente inrush do transformador dura em média 06 ciclos de corrente o que equivale a aproximadamente 0,1s. Sendo assim, para essa corrente o tempo de atuação da proteção deverá ser maior que 0,1s, portanto a equação ficaria por exemplo:
Ou seja, após substituir os dados acima eu iria encontrar o Dial, que faria com que a proteção atuasse em um tempo de 0,15s para a corrente de inrush. Essa metodologia pode ser utilizada para qualquer corrente em que se deseja um tempo específico de atuação da proteção.
Função Sobrecorrente Instantânea (50)
Essa função tem o objetivo de proteger o EP contra curtos-circuitos envolvendo fases e correntes de alta magnitude. Para isso é utilizado uma curva de tempo definido, onde ajusta-se uma corrente de partida e o tempo de atuação da proteção.
Onde:
Itran – corrente transitória normal de funcionamento do EP
Por exemplo, para os equipamentos abaixo temos o seguinte:
Transformador – Corrente de Inrush
Motor Elétrico – Corrente de Partida
Banco de Capacitor – Corrente de Inrush
Para o fator k recomenda-se que seja utilizado um fator de 1,05 a 1,3.
A unidade 50 pode ser ajustado ainda com base no menor valor de curto-circuito entre fases da zona principal de operação do sistema de proteção em questão:
Onde:
Icc2F – corrente de curto-circuito bifásico
Para o fator k recomenda-se um ajuste menor que 0,8. O tempo de atuação normalmente definido é o menor permitido pelo relé. Para casos de relés em cascata pode ser ajustado tempos maiores para questões de coordenação da proteção.
Mesh Engenharia.
