Desafios de teste de relés autoalimentados

6 Janeiro 2023
-
Electrical Tester

Autores: Stefan Larsson, Andrea Bonetti e Lennart Schotteniu

Ao testar relés autoalimentados, muitos técnicos perguntam por que uma corrente de 1 A injetada pelo conjunto de teste do relé não é registrada como 1 A pelo próprio relé. Stefan Larson, gerente de produtos de proteção de energia da Megger Suécia, responde a essa pergunta e discute outros desafios associados ao teste de relés autoalimentados.

Nos últimos 40 anos, os relés autoalimentados têm sido usados em subestações de MT/BT na rede de distribuição secundária. Tradicionalmente, os transformadores de MT/BT maiores que 800 kVA eram protegidos por um desses dispositivos, enquanto a proteção para transformadores menores era fornecida por um fusível de MT. Nos últimos 15 anos, entretanto, as concessionárias de energia passaram a proteger transformadores de até 100 kVA com relés autoalimentados, o que significa que agora eles são comuns em subestações e quiosques da rede de distribuição secundária.

Os relés autoalimentados obtêm a energia necessária para operar a partir da corrente fornecida ao relé pelo transformador de corrente. Isso significa que a corrente de carga e, quando presente, a corrente de falha, no circuito que está sendo monitorado, fornece a energia necessária para alimentar o relé. Esse esquema tem a grande vantagem de minimizar ou, em muitos casos, eliminar completamente a necessidade de uma fonte de alimentação externa, que normalmente assume a forma de uma bateria com sua infraestrutura de rede CC relacionada. Isso simplifica o sistema de proteção e reduz substancialmente os custos.

Em um futuro próximo, é provável que essas considerações se tornem ainda mais importantes, já que o conceito de “Rede Inteligente” se torna cada vez mais difundido. Os painéis solares estão sendo cada vez mais instalados nos telhados de propriedades domésticas comuns, os veículos elétricos estão sendo carregados em casa e, em algum momento, espera-se que eles possam fornecer energia à rede (V2G). Em outras palavras, a rede inteligente penetrará nos sistemas elétricos em todos os níveis de tensão.

Um fator importante que influenciará a velocidade dessa penetração é o custo e, especialmente, o custo de fornecer proteção adequada para a Rede Inteligente. Inicialmente, não haveria grandes problemas em proteger a Rede Inteligente usando as soluções comprovadas que foram desenvolvidas para proteger as redes de energia de alta tensão. No entanto, em relação à Rede Elétrica Inteligente, essas soluções são muito complexas e muito caras. Os relés autoalimentados fazem uma contribuição importante para resolver esses problemas e, portanto, espera-se que seu uso aumente significativamente à medida que cada vez mais sistemas da Rede Inteligente forem implementados.

Apesar de seus benefícios, os relés autoalimentados também apresentam vários desafios, especialmente em relação aos testes. Por causa de suas fontes de alimentação de modo de comutação integradas, eles apresentam uma carga muito não linear para o conjunto de teste. Isso significa que uma corrente nominalmente senoidal de 1 A injetada pelo conjunto de teste pode ser fortemente distorcida pelo relé que, como resultado, pode medir uma corrente muito maior ou muito menor.

Outro problema é o das condições pré-falha. Como já discutimos, a energia necessária para a operação de um relé autoalimentado é derivada dos transformadores de corrente. Isso significa que, se não houver corrente de carga no alimentador protegido, não haverá energia para alimentar o relé e, consequentemente, o relé não estará ativo. Se, nessas condições, ocorrer uma falha, a corrente de falha fornecerá energia ao relé, que será iniciado, detectará a falha e emitirá um comando de disparo. O tempo de operação efetivo, entretanto, é o tempo de operação normal do relé mais o tempo que o relé leva para iniciar.

Essa situação está relacionada à comutação em uma condição de falha: se o disjuntor for fechado em uma falha, não poderá haver nenhuma pré-carga no relé de proteção antes que o disjuntor seja fechado. Uma situação semelhante pode ocorrer se o disjuntor estiver fechado, mas até que ocorra uma falha, a corrente de carga estará abaixo do nível necessário para fornecer energia suficiente para alimentar o relé.

Os problemas associados ao teste de relés autoalimentados podem ser resolvidos com sucesso usando um conjunto de teste como o SVERKER 900 da Megger, que foi desenvolvido desde o início tendo em mente os relés autoalimentados. Os geradores de corrente integrados no SVERKER 900, juntamente com os sofisticados algoritmos de geração de corrente adaptáveis em tempo real, permitem o teste confiável de relés de proteção de todos os tipos, incluindo os tipos autoalimentados.

De forma exclusiva, o SVERKER 900 é compatível com os diversos tipos de carga associados a vários tipos de relés de proteção. Ele lida facilmente com relés eletromecânicos, relés estáticos, relés numéricos sofisticados, relés autoalimentados e relés com unidades de liberação de disparo operadas por transformador de corrente. O instrumento de pré-falha pode realizar vários testes de sincronismo, o que é especialmente útil ao testar relés autoalimentados, pois a pré-falha fornece a carga necessária para manter o relé ligado.

O SVERKER 900 foi desenvolvido para gerenciar a geração de corrente de relés autoalimentados, considerando:

  • As harmônicas geradas por relés autoalimentados, que podem perturbar os circuitos de controle em um instrumento de teste de relé
  • A carga não linear apresentada pelos relés autoalimentados, que exige circuitos de controle em tempo real de alto desempenho para garantir que o instrumento de teste gere as formas de onda corretas
  • A necessidade de o instrumento de teste gerar uma quantidade relativamente grande de energia em relação à corrente injetada para permitir a energia necessária para fornecer uma alimentação para o relé

A disseminação das redes inteligentes significa que os relés de proteção autoalimentados provavelmente serão amplamente usados no futuro, mesmo em sistemas de energia menores. Testar esses relés pode, a princípio, parecer desafiador, mas, na realidade, os desafios podem ser facilmente superados. O segredo é usar um conjunto de teste, como o SVERKER 900, que foi projetado especificamente para uso com relés autoalimentados e para atender a seus requisitos especiais.