Por que e para que serve o religador automático

Autor: Stan Thompson, gerente de produtos

Para quem opera redes de transmissão e distribuição de energia, os principais requisitos são a segurança e a minimização do tempo de inatividade da rede. No entanto, falhas são inevitáveis, então qualquer dispositivo que ajude a minimizar o impacto dessas falhas será bem aceito. Os religadores automáticos são exatamente esse tipo de dispositivo.

Os religadores automáticos costumam ser encontrados em redes de cabos aéreos e são úteis porque, nessas redes, apenas cerca de 7% das falhas são permanentes. De fato, a grande maioria das falhas — cerca de 80% — é transitória, causada por eventos como raios e arcos voltaicos, e desaparece em menos de um segundo. Os 13% restantes de falhas são semipermanentes e geralmente são causados por animais ou galhos que entram em contato com as linhas de energia. Mesmo essas falhas, no entanto, geralmente desaparecem em um tempo relativamente curto.

Com isso em mente, fica claro que haverá muito tempo de inatividade desnecessário se o esquema de proteção simplesmente isolar a seção da rede onde ocorre uma falha e esperar que alguém vá até o local, verifique a situação e religue o disjuntor. Uma estratégia muito mais eficaz é isolar a parte afetada da rede e, depois de uma curta espera, reenergizá-la para determinar se a falha foi eliminada. Se tiver sido eliminada, a rede poderá funcionar normalmente, mas caso contrário, a área afetada poderá ser isolada novamente.

Esse processo de isolamento seguido de reenergização é exatamente o que o religador automático faz. Pelo menos em princípio, é um dispositivo simples. Essencialmente, ele consiste em um disjuntor com relés de proteção, um mecanismo que permite fechá-lo automaticamente após um disparo e um controlador que oferece a funcionalidade de religamento automático. O número do dispositivo padrão ANSI para o controlador é 79. Normalmente, o conjunto completo é instalado no topo de um dos postes ou torres usados para suportar as linhas de energia.

O princípio de funcionamento de um religador automático também é simples: quando uma falha é detectada, o disjuntor é aberto. O controlador aguarda um tempo predeterminado antes de religar o disjuntor. Se tudo estiver bem, o processo é concluído, mas se a falha persistir, o disjuntor é aberto novamente e, após outro intervalo, o controlador o religará pela segunda vez para verificar novamente a falha. Se a falha continuar, o disjuntor dispara novamente.

Obviamente, esse ciclo de fechamento e disparo poderia, em teoria, continuar indefinidamente, mas isso seria ineficaz, já que uma falha que persiste por mais de alguns segundos provavelmente é permanente. E, claro, a desenergização e reenergização contínuas de uma linha criariam riscos à segurança, além de prejudicar a estabilidade da rede e danificar mais os ativos. Por esses motivos, os controladores de religamento automático são projetados para bloquear após um número determinado de ciclos de abertura/religamento — normalmente dois, três ou quatro, dependendo da aplicação.

Os benefícios do uso de religadores automáticos para as operadoras de rede são consideráveis, sendo que o menor deles é a redução do tempo de interrupção de energia devido a falhas. Isso permite que as operadoras melhorem seu desempenho em relação aos padrões SAIDI (índice de duração média de interrupção do sistema), SAIFI (índice de frequência média de interrupção do sistema) e MAIFI (índice de frequência de interrupção média momentânea). Por sua vez, isso resulta em menor perda de receita. Embora os padrões SAIDI, SAIFI e MAIFI sejam específicos dos EUA, padrões comparáveis de desempenho de rede são usados na Europa e na maioria dos outros países.

Outros benefícios incluem maior estabilidade do sistema e redução da necessidade de mão de obra, já que não é necessário ir até o local da falha para religar o disjuntor. A satisfação do cliente também aumenta, pois as interrupções de energia são mais curtas. Além disso, o uso de religadores automáticos facilita a operação de subestações sem supervisão.

Com os benefícios e o princípio de funcionamento bem estabelecidos, vamos agora explorar os religadores automáticos com mais detalhes. A Figura 1 mostra um arranjo simples que inclui um religador automático e ilustra a sequência de operações com uma falha permanente. Nesse caso, presume-se que o disjuntor (52) esteja equipado com proteção básica, como um relé de sobrecorrente instantâneo (50), mas o arranjo funciona igualmente bem com outras formas de proteção.
 

Figura 1: Arranjo simples com religador automático

A Figura 2 mostra o esquema de temporização para esse arranjo e ilustra alguns dos principais parâmetros relacionados ao ajuste e funcionamento dos religadores automáticos. As definições desses parâmetros incluem:

• Tempo de operação:

o do relé – tempo desde o início da falha até a energização da bobina de disparo

o do disjuntor – tempo desde a energização da bobina de disparo até a extinção do arco da falha

• Tempo morto:

o do disjuntor – tempo desde a extinção do arco até o restabelecimento dos contatos

o do controlador de religamento automático – tempo desde o início do religamento até a energização da bobina de fechamento

• Tempo de recuperação:

o do controlador de religamento automático – tempo desde a energização da bobina de fechamento até a extinção do arco do próximo ciclo de disparo

• Bloqueio:

o do disjuntor e do controlador de religamento automático – recurso que limita o número de ciclos de abertura/religamento

Figura 2: Esquema de temporização para arranjo mostrado na Figura 1

Os religadores automáticos estão mais comumente disponíveis em versões tripolares. Com as versões tripolares, todas as três fases são desconectadas em caso de falha, independentemente do tipo. Isso pode fazer com que os geradores do sistema saiam de sincronização, o que exige verificações de sincronização antes do religamento. 

Já nos religadores monopolares, apenas a fase com falha é desconectada. Isso minimiza o impacto sobre a carga e mantendo a sincronização dos geradores. No entanto, relés seletivos de fase são necessários, e o religador deve ter mecanismos individuais para cada fase. Assim, a opção monofásica é mais complexa e cara. Ela também tem a desvantagem de tempos de arco mais longos devido ao acoplamento capacitivo com as fases não afetadas pela falha.

A escolha do tipo de religador depende da aplicação, e é importante observar que o objetivo principal do uso de religadores pode variar entre aplicações de distribuição de média tensão e de transmissão de alta tensão. No primeiro caso, a ênfase é garantir a continuidade do fornecimento de energia, tornando os religadores trifásicos a escolha comum. No segundo caso, entretanto, a ênfase muda para garantir a estabilidade e a sincronização. Portanto, os religadores monofásicos podem ser mais apropriados.

Em aplicações de distribuição, os religadores são normalmente configurados para operação "economia de fusível" ou "queima de fusível". Com o esquema de economia de fusível, o sistema de proteção é ajustado para operação rápida no primeiro disparo do religador (ou nos dois primeiros disparos, dependendo da aplicação), de modo que, se a falta for eliminada rapidamente, o fusível de proteção de backup não queimará.

Após o primeiro ou os dois primeiros disparos, a proteção muda para uma curva de operação lenta, garantindo que o fusível queime, pois a falha é considerada permanente, e o fusível deve isolar o circuito defeituoso para que a energia possa ser restaurada para o restante do sistema.

Esse tipo de operação tem a vantagem de proteger o fusível caro contra falhas transitórias, mas a desvantagem é que provavelmente haverá mais interrupções no fornecimento aos consumidores conectados ao alimentador atendido pelo religador.

Com a operação por queima do fusível, o sistema de proteção associado ao religador utiliza apenas a curva de operação lenta, de modo que qualquer falha – transitória ou permanente – faz com que o fusível queime na área da falha. A vantagem é que a falta de energia afeta somente o circuito defeituoso e os consumidores maiores conectados ao alimentador não sofrem interrupções. As desvantagens são que o dispendioso fusível precisa ser substituído após cada falha e que os consumidores alimentados pelo circuito que o fusível estava protegendo ficarão sem fornecimento durante o tempo necessário para ir ao local e instalar o substituto.

Para ilustrar os tipos de configurações encontradas em um religador típico, a Figura 3 mostra os detalhes de uma unidade do tipo SEL-315R, que foi configurada para bloquear após três disparos. Todos os intervalos de tempo são especificados em termos do número de ciclos da alimentação – ou seja, em um sistema de 60 Hz, um ajuste de 60 é equivalente a um segundo.
 

Figura 3 - Configurações para um relé religador tipo SEL-351R

Nessas configurações, 79OI1 é o intervalo de abertura antes da primeira tentativa de religamento e é ajustado para 120 ciclos, ou dois segundos. 79OI2 é o intervalo de abertura antes da segunda tentativa de religamento e também é definido como 120 ciclos. 79OI3, o intervalo de abertura antes da terceira tentativa de fechamento, é, entretanto, definido como 300 ciclos ou cinco segundos. 79OI4, o intervalo de abertura antes da quarta tentativa de religamento, é definido como zero, o que informa ao relé que nenhuma quarta tentativa deve ser feita, ou seja, ele deve travar após três tentativas.

79RSD é o tempo após um religamento sem falhas antes que o relé seja reinicializado e veja outras falhas como eventos separados. Da mesma forma, 79RSLD é o tempo de reinicialização após um bloqueio, que é o tempo que o disjuntor deve permanecer fechado quando tiver sido reinicializado após um bloqueio, antes que o funcionamento do relé de religamento automático seja totalmente reinicializado. 79CSLD ... (isso não é explicado na apresentação – precisamos excluir essa referência ou acrescentar uma explicação).

Os religadores automáticos podem ser testados usando conjuntos de teste de relés de proteção padrão, como os da linha SMRT da Megger. Uma complicação surge, entretanto, quando se trata de fazer as conexões entre o conjunto de teste do relé e o sistema do religador automático. As conexões com o religador automático são invariavelmente na forma de cabos e conectores multidirecionais, com variantes de 14 pinos, 19 pinos e 32 pinos sendo comumente utilizadas. É claro que é possível criar cabos ad-hoc para testar tipos específicos de religadores, mas esse é um processo tedioso e demorado, o que é particularmente indesejável quando um engenheiro está lutando para retornar o religador ao serviço o mais rápido possível.

Para enfrentar esse desafio, a Megger desenvolveu o novo simulador eletrônico de teste de religador ERTS, mostrado na Figura 4. Projetado para ficar entre o religador automático e um conjunto de teste de relé SMRT, esse novo instrumento aceita cabos padronizados de 14, 19 e 32 pinos e permite que os sinais que eles transportam sejam rápida e facilmente conectados às entradas e saídas do conjunto de teste SMRT.
 

Figura 4 - O novo simulador de teste de religador ERTS da Megger

Esse arranjo é rápido e fácil de usar e significa que as amplas instalações do conjunto de teste SMRT podem ser usadas para avaliar o desempenho do sistema de religamento automático. Um módulo de teste específico para testar religadores automáticos já está, de fato, incluído na biblioteca do software AVTS usado com o SMRT.

Além da facilidade de uso, um benefício importante da combinação do ERTS e do SMRT é que, diferentemente de outras opções para teste de religadores, ele suporta totalmente tanto religadores monofásicos quanto trifásicos e permite que a operação do controlador de religamento automático e do próprio religador seja verificada.

Os religadores desempenham um papel importante no aumento da confiabilidade e da estabilidade das redes de energia e, como a taxa de sucesso dos religadores no tratamento de falhas é alta – cerca de 80% das falhas são eliminadas na primeira tentativa –, eles contribuem muito para melhorar o fluxo de receita das operadoras de rede e das concessionárias. E agora, com a introdução do inovador simulador de teste ERTS da Megger, testar religadores está mais fácil, mais rápido e mais conveniente do que nunca!

Para saber mais sobre os ERTS , clique aqui