O essencial da proteção de sobrecorrente direcional na rede de energia elétrica
Por que proteção direcional contra sobrecorrente?
Por que usamos proteção direcional de sobrecorrente? Quando é que direção atual da falta tornar-se importante? Bem, a rede de energia elétrica compreende uma rede de usinas, subestações e linhas de transmissão. Assim como o sistema radial simples alimentado por uma única extremidade, existem outros sistemas mais complexos, como sistemas de alimentação de alimentação dupla e alimentadores paralelos na formação de anéis.
O essencial da proteção de sobrecorrente direcional na rede elétrica (na foto: relé de proteção ABB REF615; crédito: MARUF KHAN via Youtube)
Um sistema radial de alimentação dupla é mostrado na Figura 1. Neste exemplo, a linha é alimentada de ambas as extremidades. As zonas de proteção são indicadas por elipses. O requisito é abrir todos os disjuntores em qualquer zona de proteção onde a falha ocorrer, mas nenhuma das outras.
Neste exemplo, é impossível estabelecer um esquema de proteção adequado usando dispositivos de proteção não direcionais.
Figura 1 - Sistema de alimentação dupla
Considere um falha FC5. Conforme definido pelas zonas, apenas os CBs 4 e 5deve tropeçar. Como o CB 3 está próximo ao CB 4, não haveria grande diferença na corrente de falta passando por esses dois disjuntores, portanto IDMT IEDs (relé de proteção de tempo mínimo definido inverso) não seria capaz de discriminar entre eles. A mesma situação se aplica para CB 5 e CB 6.
Dispositivos de proteção direcional de sobrecorrente podem atingir este requisito, embora a um custo extra. Os IEDs direcionais determinam a direção doCorrente de falha medindo a tensão com um transformador de tensão, bem como a corrente com um transformador de corrente, e estabelecendo a diferença de fase.
Este artigo técnico não entra em detalhesde exatamente como isso é alcançado, mas pode ser visto que é possível determinar a direção da corrente de falta e basear uma decisão de trip neste critério.
Considere novamente uma falha em FC5. Desta vez, vamos supor que temos IEDs direcionais. Se configurarmos os IEDs para desarmar por sobrecorrente somente se a direção do fluxo de corrente estiver longe do barramento, o CB 4 e o CB 5 irão desarmar, mas CB 3 e CB 6 não.
Para resumir //
O IED de sobrecorrente deve disparar sempre que oa falta de energia flui para longe do barramento, mas deve ser retida sempre que a energia da falta fluir em direção ao barramento. Existem outras situações, que não envolvem fontes duplas, onde dispositivos de proteção direcional são necessários.
Alimentadores paralelos em um sistema alimentado por uma única extremidade
Um exemplo é para um sistema alimentado por uma única extremidade de alimentadores paralelos. A Figura 2 mostra uma situação em que uma falha em uma das linhas paralelas é alimentada tanto pela linha com falha quanto pela linha saudável.
Figura 2 - Alimentadores Paralelos no Sistema Único Alimentado
Este diagrama mostra que uma corrente de falta nãofluxo apenas da fonte, através do CB 4, mas também da fonte, através do CB 1, CB 2, Bus B e CB3. Se forem usados IEDs não direcionais, todos os disjuntores irão desarmar, isolando assim a seção saudável da linha entre (1) e (2).
IEDs direcionais são mais caro do que os não-direcionais. Além disso, eles exigem o uso de um transformador de voltagem adicional. Por estas razões, eles só devem ser usados quando absolutamente necessário. Você pode ver por inspeção que, neste exemplo, os IEDs não direcionais serão suficientes para as posições (1) e (4).
Sistema de alimentação principal do anel
Outro exemplo onde os IEDs direcionais são chamados está em um sistema alimentador principal do anel, como mostrado na Figura 3. Tal sistema permite que o fornecimento seja mantido em todas as cargas, apesar de uma falha em qualquer seção do alimentador. Uma falha em qualquer seção faz com que apenas os CBs associados a essa seção sejam acionados.
A energia então flui para a carga através do caminho alternativo.
Figura 3 - Proteção do alimentador de anel usando IEDs direcional de sobrecorrente
Os IEDs direcionais e sua direção de disparo são indicados por setas no diagrama. As setas duplas indicam IEDs não-direcionais, pois estes tropeçarão com correntes fluindo em qualquer direção.
Proteção Direcional de Sobrecorrente (VIDEO)
Referência // Princípios de Automação de Subestações por Michael J Bergstrom