Módulo 06 introdução aos relés

Consultoria e Projetos Elétricos

1 – Introdução aos Relés

Proteção de Sistemas Elétricos

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2 – Introdução aos Relés

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O relé eletromagnético é constituído basicamente de uma bobina envolvendo um núcleo magnético, cujo entreferro é formado por uma peça móvel na qual é fixado um contato elétrico que atua sobre um contato fixo, permitindo a continuidade do circuito elétrico de acionamento do disjuntor.

3.1.3 - Relés eletrodinâmicos Os relés eletrodinâmicos funcionam dentro do princípio básico de atuação de duas bobinas, sendo uma móvel, interagindo dentro de um campo formado por outra bobina fixa, tal como se constróem os instrumentos de medida de tensão e corrente, conhecidos como os de bobina móvel.

3.1.4 - Relés de indução Os relés de indução também são conhecidos como relés secundários, sendo largamente empregados em subestações industriais de potência e de concessionárias de serviço público, quando o investimento do conjunto compensa economicamente a instalação da proteção.

3 – Introdução aos Relés

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Contato móvel

Fluxo magnético Terminais do circuito de acionamento

Terminas do circuito auxiliar de alimentação do relé

Fig. 10.1 – Relé eletromagnético

4 – Introdução aos Relés

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Terminais do circuito de acionamento

Terminais de alimentação do relé

Dispositivos de reset

Lâminas de travamanto

Fig. 10.2 – Relé eletromagnético 3.1.5 - Relés térmicos Em geral, as máquinas, tais como transformadores, motores, geradores, etc. sofrem drasticamente com o aumento da temperatura dos seus enrolamentos, o que implica a redução de sua vida útil e, conseqüentemente, falha do equipamento.

5 – Introdução aos Relés

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Terminais dos circuitos duplos de comando (NA-NF) Terminais da bobina fixa

Terminais da bobina móvel

Fig. 10.3 – Relé eletrodinâmico

Terminais do circuito de alimentação

Contáto móvel

Disco de indução

Fig. 10.4 – Relé de indução 3.1.6 - Relés eletrônicos 6 – Introdução aos Relés

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A tecnologia estática apresenta como vantagens adicionais sobre os relés convencionais a compacticidade, a precisão nos valores ajustados e a facilidade de modificação de curvas de operação em uma mesma unidade.

3.1.7 – Relés digitais Os relés digitais oferecem, além das funções dos seus antecessores, novas funções aos seus usuários adicionando maior velocidade, melhor sensibilidade, interfaceamento amigável, acesso remoto, armazenamento de informações, etc.

Além de exercer as funções dos seus antecessores tecnológicos apresentam as seguintes vantagens:  pequeno consumo de energia reduzindo a capacidade dos transformadores de corrente;  elevada confiabilidade devido à função de auto-supervisão;  diagnóstico de falha por meio de armazenamento de dados de falha;  possibilidade de comunicarem-se com um sistema supervisório, através de uma interface serial;  possibilidade de serem ajustados à distância;  durante os procedimentos de alteração nos ajustes mantém a proteção do sistema elétrico ao nível dos ajustes existentes;  elevada precisão devido à tecnologia digital;  amplas faixas de ajuste com vários degraus; ajuste dos parâmetros guiado por uma interface amigável;  indicação dos valores de medição e dos dados de falha por meio de display alfanumérico; 7 – Introdução aos Relés

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 segurança operacional com a possibilidade de estabelecer uma senha do responsável pelo seu ajuste.

A tecnologia analógica dos relés digitais pode ser resumida no fato de que os sinais analógicos de entrada são isolados eletricamente pelos transformadores de entrada dos relés, após o que são filtrados analogicamente e processados pelos conversores analógico/digital.

Os relés digitais são dotados dos seguintes elementos de indicação e operação. a) Display (mostrador) alfanumérico É utilizado para mostrar os valores de medição e de ajuste, os dados armazenados na memória de massa e as mensagens que o relé quer transmitir. b) Teclas São utilizadas para ativar os parâmetros de medida a serem indicados e alterar o armazenamento desses parâmetros.

Os relés digitais são caracterizados por três tipos de funções, ou seja: a) Funções de proteção São aquelas que monitoram as faltas e atuam em tempo muito rápido. São dotadas de larga faixa de medição, atuando em valores que podem atingir 20 vezes a grandeza nominal. A proteção de sobrecorrente pode ser tomada como exemplo de formação de proteção. b) Funções de medição São aquelas que exercem a supervisão do sistema elétrico. Algumas medições são registradas diretamente pelo relé, tais como tensão e corrente, enquanto outras são obtidas através de 8 – Introdução aos Relés

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cálculos numéricos, tais como potência e fator de potência. A medição de corrente de um alimentador pode ser tomado como exemplo de função de medição. c) Funções preditivas São aquelas que realizam as medições cumulativas de determinadas grandezas, tais como a duração do tempo de apuração, o número de operações de um disjuntor, etc. a) Interface com o processo Há duas formas de o relé digital interfacear com o processo elétrico, ou seja:  Condicionamento dos sinais Significa realizar a interface entre o processo elétrico e o ambiente eletrônico, isolando galvanicamente os referidos ambientes, a fim de evitar que as grandezas do sistema elétrico normalmente de valor elevado, tais como tensão e corrente, cause danos aos circuitos muito sensíveis do relé digital que operam com valores típicos de  5 a  15 V.  Conversão dos sinais analógicos para digitais Realizado o acondicionamento do sinal, este deve ser convertido da forma analógica para a forma digital.

Os relés contêm vários canais de entradas, CE, que alimentam no final o conversor analógico/digital, A/D. Sendo o conversor um componente de custo elevado utiliza-se apenas uma unidade que tem a capacidade de converter um canal de cada vez. Assim, cada canal de entrada CE coleta uma amostra do sinal e o armazena analogicamente, utilizando, por exemplo, um capacitor, até que o conversor A/D possa obter uma representação numérica do mesmo.

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Por sua vez o conversor A/D realiza a conversão analógica da grandeza elétrica numa seqüência numérica que é enviada aos microprocessadores. b) Microprocessadores São elementos do relé que recebem os sinais digitais do conversor, além dos sinais digitais gerados naturalmente pelos contatos secos de chaves, contactores, etc. e executam as funções de medição, proteção, controle, etc. c) Memória Os relés podem ser dotado de um ou mais tipos de memória, ou seja:  Memória RAM (Random Acess Memory) É aquela que armazena os dados variáveis de natureza temporária, tais como alarmes, correntes de atuação, etc. Os dados armazenados podem ser eliminados da memória RAM quando da ausência da tensão auxiliar de alimentação do relé, sem que isto comprometa o desempenho da unidade.  Memória ROM (Read Only Memory) É aquela na qual é armazenado um conjunto de informações proprietárias do fabricante do relé. Esse tipo de memória somente pode ser acessada para a operação de leitura.  Memória PROM É uma memória ROM que pode ser programada eletricamente.  Memória EPROM É uma memória ROM que pode ser programada eletricamente várias vezes. Antes de qualquer regravação o seu conteúdo anterior é eliminado por meio de raios ultravioletas.

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 Memória EEPROM É uma memória PROM cujos dados armazenados podem ser eliminados eletricamente. Nesse tipo de memória são armazenadas as informações de caráter variável que não podem ser eliminadas com a ausência da tensão auxiliar, tais como energia acumulada, ajuste das proteções, contagem de eventos, etc.  Memória FLASH Tem características semelhantes à memória EEPROM, podendo, no entanto, as informações serem eliminadas eletricamente, aplicando um determinado tipo de tecnologia. d) Entradas e saídas seriais É o componente do relé capaz de receber e enviar informações digitais, tais como mensagens operacionais, estado de operação do disjuntor, etc. As entradas/saídas digitais normalmente empregadas nos relés são a RS 232 e a RS 485. e) Fonte de alimentação Os relés digitais necessitam de uma fonte de tensão operando em baixas voltagens com a finalidade de operar as funções do mesmo. A fonte de alimentação auxiliar normalmente utilizada é um banco de baterias provido de um retificador. Em geral, as tensões auxiliares mais empregadas são: 24 – 48 – 125 – 220 Vcc. A tolerância de variação da tensão auxiliar está compreendida entre 10 a 20%. f) Auto-supervisão A fim de garantir a compatibilidade do sistema elétrico e do próprio dispositivo, os relés digitais são monitorados constantemente por um software dedicado que informa o estado dos diversos 11 – Introdução aos Relés

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componentes que integram a unidade, ou seja, fonte de alimentação, processador, memórias, etc. g) Interface homem-máquina Normalmente, o relé é acompanhado de software que permite ao usuário, a partir de um microcomputador, comunicar-se facilmente com o dispositivo de proteção. A comunicação tem por objetivo introduzir e alterar os ajustes dos relés, acessar informações armazenadas e carregar tais informações para posterior análise. h) Relatório de falhas Os relés numéricos, em geral, são dotados de memória para armazenamento de eventos relacionados a eles próprios, além de informações sobre os últimos defeitos ocorridos no sistema elétrico que protege. Normalmente, são armazenados os últimos 50 eventos relacionados aos relés, sendo que o último evento após completada a memória de armazenamento anula o primeiro evento e assim sucessivamente.

3.2 - Quanto ao desempenho Todo e qualquer elemento de proteção deve merecer garantia de eficiência no desempenho de suas funções.

Os relés de proteção devem apresentar os seguintes requisitos básicos quanto ao seu desempenho:  sensibilidade;  rapidez;  confiabilidade.

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Os relés devem ser tão sensíveis quanto possível dentro de sua faixa de ajuste para a operação, pois, do contrário, a grandeza requerida para disparo da unidade poderá não fazer operar o mecanismo de atuação nos tempos desejados, provocando atuações fora dos limites permitidos pelos equipamentos a proteger.

3.3 - Quanto às grandezas elétricas Basicamente, um relé é sensibilizado pelas grandezas da freqüência, da tensão e da corrente e que está submetido. Porém, tomando-se como referência esses valores básicos, podem-se construir relés que sejam ajustados para outros parâmetros elétricos da rede, tais como impedância, potência, relação entre as grandezas anteriores, etc. De modo geral, os relés podem ser assim classificados:  relés de tensão;  relés de corrente;  relés de freqüência;  relés direcionais de potência e corrente;  relés de impedância.

3.4 - Quanto à temporização  relés instantâneos;  relés temporizados com retardo dependente;  relés temporizados com retardo independente.

13 – Introdução aos Relés

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Tempo

Tempo

T1

T2

I1

I2

Corrente

I

Fig. 10.5 – Curva com retardo dependente

T2

(B)

T1

(A)

I1

I2

Corrente

I

Fig. 10.6 – Curva com retardo independente

3.5 - Quanto à forma de acionamento Os relés podem acionar os equipamentos de interrupção de dois diferentes modos, pelos quais são comumente conhecidos:  relés de ação direta;  relés de ação indireta.

14 – Introdução aos Relés

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Alimentador

Relés de ação direta

Relés de ação direta Haste de acionamento independente para cada relé Articulação

TC

TC

Articulação Haste de acinamento independente para Disjuntor cada relé

Disjuntor tripolar

tripolar

Mola de restrição do disjuntor

Mola de restrição do disjuntor

Dispostivo de travamento do disjuntor

Dispositivo de trava do disjuntor

Alavanca de manobra

Alavanca de manobra

Transformador

Fig. 10.7 – Ação direta

15 – Introdução aos Relés

TC

Transformador

Fig. 10.8 – Ação direta com uso de TC

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Relés de ação indireta

TC

TC

TC

Disjuntor

Retificador de alimentação

TRANSFORMADOR

Fig. 10.9 – Ação indireta

16 – Introdução aos Relés

Banco de baterias