conceitos básicos e aplicações giovanni manassero junior · 2015. 10. 19. · considerações...

Considerações Iniciais Funções Baixa tensão Elos fusíveis Disjuntores Aspectos básicos da proteção

Dispositivos de proteçãoConceitos básicos e aplicações

Giovanni Manassero Junior

Depto. de Engenharia de Energia e Automação ElétricasEscola Politécnica da USP

14 de março de 2013

EPUSP Giovanni Manassero Junior 1


Introdução

Sistemas de proteçãoDefinições

Sistemas de proteção são sistemas que tem o objetivo de desligar aparcela do sistema elétrico de potência que se encontra defeituosa, ouoperando fora das suas condições normais;

Nesse contexto, os sistemas de proteção devem atuar rapidamentepara minimizar riscos à vida humana e danos aos equipamentos quecompõem os sistemas elétricos de potência;

Normalmente, há duas situações que podem produzir danos:

Sobrecargas de longa duração; e

Curtos-circuitos.



Condições de operação

Condições anormais de operaçãoFalha no sistema de proteção

http://www.youtube.com/watch?v=oDLzgZdt8ZM



Componentes dos sitemas de proteção

Componentes dos sistemas de proteçãoSistema de proteção de linhas de transmissão

Os elementos dos sistemas de proteção mais complexos estãoilustrados na figura.

de potencial

de corrente

Disjuntor

Canal deComunicação

Transformador

Transformador

DispositivoEletrônicoInteligente




Componentes dos sistemas de proteçãoDescrição dos componentes

Transformadores de instrumentação: responsáveis por adequar osvalores dos sinais de tensões e correntes, que circulam no sistemaprotegido, a valores que podem ser lidos pelos dispositivos eletrônicosinteligentes;

Transformador de corrente: responsável por adequar os valoresdos sinais de corrente;

Transformador de potencial: responsável por adequar os valoresdos sinais de tensão.

Dispositivos eletrônicos inteligentes (relés de proteção): responsáveispor avaliar se o sistema elétrico encontra-se operando normalmente ouse há alguma condição anormal de operação (sobrecarga oucurto-circuito);




Componentes dos sistemas de proteçãoDescrição dos componentes

Dispositivos eletrônicos inteligentes (cont.);

Relés de proteção eletromecânicos: são equipamentos utilizadosamplamente, cujo princípio de operação é mecânico;

Relés de proteção eletrônicos: são equipamentos utilizadosdurante um curto período, cuja operação é baseada emcomponentes eletrônicos analógicos;

Dispositivos eletrônicos inteligentes (relés numéricos ou relésdigitais): são equipamentos desenvolvidos concomitantemente aodesenvolvimento dos processadores digitais, cuja operação ébaseada em rotinas de software.



Sistemas de proteção

Sistemas de proteçãoDescrição dos componentes

Disjuntores: são elementos capazes de seccionar o circuito elétrico quese encontra operando fora das condições anormais de operação,mesmo quando a magnitude da corrente é elevada e há a formação dearco elétrico;

Canais de comunicação: são compostos pelo meio físico decomunicação e pelos equipamentos capazes de proporcionar a trocade informações entre os relés de proteção, de modo a melhorar odesempenho global do sistema de proteção como um todo.



Sistemas de proteção

Formação do arco elétricoSeccionamento de rede de 500 [kV]

http://www.youtube.com/watch?v=6GiIVze2Tac



Introdução

Funções de proteçãoTipos de função de proteção

Existem diversas funções de proteção, que foram desenvolvidas para aproteção dos equipamentos dos sistemas elétricos de potência(geradores, transformadores, linhas de transmissão, alimentadores dedistribuição, etc.);

Dentre as diversas funções de proteção pode-se destacar as funçõesde sobrecorrente, largamente empregadas em instalações elétricas debaixa tensão:

Sobrecorrente instantânea e temporizada (ANSI 50/51);

Sobrecorrente direcional instantânea e temporizada (ANSI 67).



Funções de proteção

Proteção de sobrecorrenteExemplo

A figura ilustra o exemplo de um dispositivo de proteção desobrecorrente.

FonteDispositivoEletrônicoInteligente

Carga

Corrente de carga

FonteDispositivoEletrônicoInteligente

CargaCurto-circuito

Corrente elevada

(a) Situação normal

(b) Situação de sobrecorrente



Componentes do sistema de proteção

Proteção de instalações elétricas de baixa tensãoComponentes do sistema de proteção

Sistemas de proteção para instalações elétricas de baixa tensãonormalmente são mais simples e apresentam um custo menor do queos sistemas de proteção para instalações elétricas mais sofisticadas;

Nesse caso, os dispositivos que discernem as situações normais dassituações de sobrecarga e/ou curto-circuito (relés de proteção)confundem-se com os dispositivos que efetuam o desligamento docircuito (disjuntores);

Os dispositivos de proteção que encontram-se nessa categoria são:

Elos fusíveis;

Disjuntores (quicklags).



Grandezas características

Corrente nominalDefinições

É o máximo valor eficaz da intensidade de corrente que pode circularpelo dispositivo de proteção (elo fusível ou disjuntor quicklag) semcausar seu desligamento automático;

É uma característica técnica do dispositivo de proteção em questão e,portanto, é parâmetro de projeto quando da seleção do dispositivo deproteção mais conveniente para os diversos circuitos da instalaçãoelétrica;

Fonte Carga(pode variar)

I = Corrente de carga

Inominal < max{ I }Dispositivode proteção

nas condições da instalaçãocorrente suportada pelo condutor

Normalmente é a máxima




Corrente nominalDefinições

O dispositivo de proteção (elo fusível e/ou disjuntor) se comportasegundo as equações:

I < Inominal → não ocorre o desligamento;

I > Inominal → ocorre o desligamento em ∆t = f{

I−1}O tempo para seccionamento do circuito elétrico, que é protegido pelodispositivo de proteção, é dado por:

∆t = tinício curto − textinção

Esse tempo é inversamente proporcional à magnitude da corrente desobrecarga ou curto-circuito, isto é, quanto maior essa corrente, menoro tempo para o dispositivo de proteção desligar o circuito.




Curva “Tempo vs. Corrente”Característica de atuação dos dispositivos para proteção contra sobrecorrente

A curva “Tempo vs. Corrente”, ilustrada na figura, descreve ocomportamento descrito pelas equações apresentadas anteriormente.

Corrente máxima

tem

po -

[s]

corrente - [A]

t mínimo

de carga




Capacidade disruptivaDefinições

É o máximo valor eficaz da corrente que pode ser interrompida pelodispositivo de proteção;

Assim como a corrente nominal, também é uma característica técnicado dispositivo de proteção em questão e, portanto, é parâmetro deprojeto quando da seleção do dispositivo de proteção mais convenientepara os diversos circuitos da instalação elétrica;




Capacidade disruptivaDefinições

Normalmente é expressa em termos de corrente máxima ou depotência aparente máxima que o dispositivo de proteção é capaz deinterromper: Sdisruptiva =

√3Vnominal · Idisruptiva → circuito trifásico;

Sdisruptiva = Vnominal · Idisruptiva → circuito monofásico.

Onde:Vnominal Tensão eficaz nominal de linha [V ];

Idisruptiva Corrente disruptiva [A];

Sdisruptiva Capacidade disruptiva [VA].




Capacidade disruptivaDimensionamento incorreto

http://www.youtube.com/watch?v=ZhFY7wepItQ



Definições

Elos fusíveisDefinições

Elos fusíveis são dispositivos de proteção constituídos por elementocondutor, de composição especial, dimensionado de modo a fundir comintensidade de corrente especificada;

O processo de fusão ocorre em um intervalo de tempo bemdeterminado;

O calor para a fusão provém da corrente que o atravessa, por efeitoJoule;

Os tipos de fusíveis mais comuns, utilizados em instalações elétricasde baixa tensão, são: tipo rosca; cartucho (faca ou virola); diazed; eNH, que possui alta capacidade disruptiva.



Tipos

Elos fusíveisTipo rosca

A figura a seguir ilustra um fusível do tipo rosca.

http://hifusi.com.br



Tipos

Elos fusíveisFusível cartucho do tipo virola

A figura a seguir ilustra um fusível cartucho do tipo virola.




Tipos

Elos fusíveisFusível cartucho do tipo faca

A figura a seguir ilustra um fusível cartucho do tipo faca.




Tipos

Elos fusíveisTipo diazed

A figura a seguir ilustra um fusível do tipo diazed.

http://portuguese.alibaba.com



Tipos

Elos fusíveisTipo NH

A figura a seguir ilustra um fusível do tipo NH, que possui altacapacidade disruptiva.

http://www.eletricapaulista.com.br/



Tipos

Fusível tipo NHPrincípio de funcionamento

http://www.youtube.com/watch?v=ZhFY7wepItQ



Característica de operação

Característica de operação dos fusíveisCurva “Tempo vs. Corrente”

A curva “Tempo vs. Corrente”, ilustrada na figura, descreve ocomportamento genérico de um dispositivo de proteção do tipo fusível.

Corrente máxima

tem

po -

[s]

corrente - [A]

t mínimo

de carga



Definições

DisjuntoresDefinições

Disjuntores de baixa tensão (quicklags) são dispositivos do tipo nofuse, pois interrompem o circuito pela abertura de uma chave;

Possuem dois elementos que “percebem” a ocorrência desobrecorrente devido à sobrecarga ou curto-circuito:

Elemento térmico: responsável pela detecção de eventos desobrecarga de longa duração;

Elemento magnético: responsável pela detecção de eventos decurto-circuito.

Além desses elementos, os disjuntores possuem uma chave e umacâmara de extinção do arco elétrico que se forma durante a abertura dachave.



Aspectos construtivos

Aspectos construtivosArranjo típico

A figura ilustra o arranjo de um disjuntor de baixa tensão.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Circuitbreaker.jpg




Elemento térmicoPrincípio de funcionamento

http://www.youtube.com/watch?v=AEkX6GEm06g




Elemento magnético e extinção do arcoPrincípio de funcionamento

http://www.youtube.com/watch?v=AEkX6GEm06g



Característica de operação

Característica de operação dos disjuntoresCurva “Tempo vs. Corrente”

A curva “Tempo vs. Corrente”, ilustrada na figura, descreve ocomportamento genérico de um dispositivo de proteção do tipodisjuntor.

Corrente máxima

tem

po -

[s]

corrente - [A]

t mínimo

de cargaCorrente mínimade curo-circuito

Sobrecarga Curto-circuito

Atuação pelo elemento térmico Atuação pelo elementomagnético



Coordenação

Coordenação da proteçãoExemplo

Circuito "n"

I = Corrente de carga total

Inominal < max{ I }Disjuntor

nas condições da instalaçãocorrente suportada pelo condutor

Normalmente é a máximaQuadro de Medição

Quadro de Distribuição

Circuito 1

1I

nI


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