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1 - INTRODUÇÃO Dentre os principais requisitos para a proteção atingir as suas finalidades, a seletividade é, sem dúvida alguma, o item de maior importância. Pois a presença de uma anormalidade no sistema deve ser isolada e removida, sem que as outras partes do mesmo sejam afetadas. Em outras palavras, seletividade significa isolar, tão depressa quanto possível, a parte do sistema afetada pela falta, e deixar todas as demais energizadas, garantindo a confiabilidade e continuidade no sistema elétrico em questão. Podem ser implementados vários meios para assegurar uma boa seletividade na proteção de uma rede elétrica, os mais conhecidos são: •
Seletividade amperimétrica (através de correntes)
•
Seletividade cronométrica (por tempo)
•
Seletividade através de troca de dados, chamada de seletividade lógica
•
Seletividade pelo uso de proteção direcional ou diferencial.
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2 - SELETIVIDADE AMPERIMÉTRICA A seletividade amperimétrica baseia-se no fato que a corrente de falta diminui de intensidade à medida que o local do curto "se afasta" da fonte de alimentação. Desta forma, utiliza-se uma proteção amperimétrica em cada ramal de alimentação, com ajuste inferior ao valor mínimo da corrente de curto-circuito causada por uma falta na seção vigiada, e superior ao valor máximo da corrente causada por uma falta a jusante. Ajustado deste modo, cada dispositivo de proteção só atua para faltas localizadas imediatamente a jusante, e não é sensível a faltas a montante. Todavia, na prática, quando não há redução notável na corrente entre duas partes adjacentes, é difícil definir os ajustes para dois dispositivos em cascata e, ainda, assegurar uma boa seletividade (o que acontece nas redes de média tensão). Porém, para seções de linhas separadas por um transformador, este sistema pode ser usado com grandes vantagens, por ser simples, econômico e rápido (desarme sem demora). Algumas literaturas definem esse tipo de procedimento como sendo uma seletividade por escalonamento das correntes de curto-circuito.
A figura 1 ilustra um exemplo típico da instalação desses elementos envolvendo os enrolamentos primário e secundário de transformadores. Neste caso, para garantir a seletividade, o dispositivo de proteção de sobrecorrente instalado no primário deve respeitar a seguinte condição: I CCA
> I r ≥ ICCB,
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onde: I r é
a corrente de ajuste;
ICCB, é a corrente de curto-circuito no secundário (ponto B), referida ao primário do transformador.
Figura 1 - Exemplo de seletividade amperimétrica em transformadores.
3 - SELETIVIDADE CRONOMÉTRICA A seletividade cronométrica consiste em ajustes diferentes nas temporizações dos dispositivos de proteção distribuídos ao longo do sistema elétrico. Quanto mais próximos da fonte supridora, as temporizações deverão ser ajustadas em tempos superiores aos elementos de proteção a jusante, conforme pode ser notado no diagrama unifilar indicado na figura 2.
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Figura 2 - Exemplo de seletividade cronométrica.
A falta mostrada neste diagrama é “enxergada” por todas as proteções (localizadas em A, B,
C
e
D).
A temporização
D
fecha seus contatos mais
rapidamente que aquela instalada em C , que por sua vez, é mais rápida que a proteção em B, e assim sucessivamente. Assim que o disjuntor D é aberto, e a corrente de falta eliminada, as proteções nos pontos
A, B
sensibilizadas, voltam a condição original (de vigilância).
e C, que estavam
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A diferença dos tempos de atuação ∆t entre duas proteções sucessivas é o intervalo de seletividade, definido a partir da seguinte inequação: ∆t ≥ tc + tr + 2dt
Onde: tc - tempo de abertura dos disjuntores; dt - tolerâncias da temporização; tr - tempo de retorno à posição de espera das proteções.
Considerando o desempenho dos disjuntores e dos relês de proteção, normalmente encontrados na prática, os valores adotados para o
∆t
é de
aproximadamente 0,4 s. Esta seletividade apresenta duas vantagens, pois além de ser um sistema simples, assumi a sua própria retaguarda (salvaguardando-se a parte isenta de falta da instalação). Porém, quando há um número elevado de proteções em série, observa-se que a proteção localizada mais a montante está ajustada com um tempo de atuação elevado. Dependendo do nível de curto-circuito e do tempo de resposta do relé de proteção, pode-se em alguns casos, danificar os componentes dos sistemas elétricos, tais como: cabos, TCs", etc, devido ao aquecimento adicional a que ficam submetidos.
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3.1 - APLICAÇÃO DA SELETIVIDADE CRONOMÉTRICA Existem dois tipos de relés cronométricos temporizados: •
Os relês de tempo independente – Observa-se na figura 3 que se o nível de curto-circuito for inferior ao seu ajuste, este trabalha na região de não operação. Por outro lado, para valores superiores a sua faixa de ajuste, o relé atuará sempre com um valor de tempo constante e definido.
Figura 3 - Tempo independente do valor da corrente de curto.
•
Os relês de tempo dependentes (tempo inverso) – Analogamente ao caso anterior, a região de atuação dependerá do seu ajuste. No entanto, o tempo de atuação não será constante, pois conforme mostrado na figura 4, o tempo dependerá do valor da corrente de curto-circuito.
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Figura 4 - Tempo dependente do valor da corrente de curto.
A título de ilustração, a figura 5 esclarece um exemplo utilizando a proteção envolvendo tempo independente e inverso.
Figura 5 - Exemplo de aplicação cronométrica.
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No caso particular desta figura, para assegurar a seletividade cronométrica entre os dispositivos de proteção, devem ser respeitado os seguintes critérios: •
Relé de tempo independente: I rA > IrB > IrC,
tA > tB > tC
Figura 6 - Ajustes dos relés do tipo tempo independente.
•
Relé de tempo dependente ou inverso: I rA > IrB > IrC,
IccA > IccB > IccC
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Figura 7 - Ajustes dos relés do tipo tempo dependente ou inverso.
Os ajustes das temporizações estão determinados para obter o intervalo de seletividade ∆t para a máxima corrente vista pela proteção a jusante. As temporizações para obter a seletividade cronométrica é ativada quando a corrente excede o valor de ajuste dos relês. Por exemplo, na figura 5, o tempo de atuação na proteção do disjuntor A deve ser maior que o de B, que por sua vez, é maior que C.
4 - SELETIVIDADE LÓGICA Este princípio é usado quando se deseja diminuir o tempo de eliminação da falta. A troca de dados lógicos entre os dispositivos de proteção sucessivos elimina a necessidade de intervalos de seletividade. Com efeito, num sistema radial, são ativadas as proteções localizadas a montante do ponto de falta e aquelas localizadas a jusante não são solicitadas. Podem ser localizados o ponto de falta e o disjuntor a ser comandado sem qualquer ambigüidade. Cada proteção sensibilizada pela falta envia: •
Uma ordem lógica de espera para o nível situado a montante (ordem para aumentar a temporização própria do relê a montante);
•
Uma ordem de abertura para o disjuntor associado, a menos que o mesmo receba uma ordem lógica de espera do situado a jusante. Um desarme temporizado é provido como retaguarda.
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A grande vantagem da seletividade lógica, quando comparado à seletividade cronométrica, é que o tempo do desarme não depende da falta na cascata da seletividade. A figura 8 ilustra um sistema radial, onde os relés atuam baseados no princípio da seletividade lógica.
Figura 8 - Exemplo de aplicação da seletividade lógica.
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5 - SELETIVIDADE DIRECIONAL Numa rede em anel, na qual uma falta fica alimentada de ambas as extremidades, é necessário usar um sistema de proteção sensível à direção do fluxo da corrente de falta, para localizá-la e eliminá-la. A figura 9 apresenta um exemplo de utilização de proteções direcionais.
Figura 9 - Exemplo de aplicação da seletividade direcional.
Os disjuntores D1 e D2 estão equipados com proteções direcionais instantâneas, enquanto H1 e H2 são dotados de proteções de sobrecorrente temporizadas. No
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caso de uma falta no ponto (1), só as proteções em D1 (direcional), H1 e H2 "enxergam" a falta. A proteção em D2 não se sensibiliza, devido a direção de seu sistema de detecção. Neste caso, D1 abre. A proteção H2 fica de fora e H1 abre. tH1 = tH2,
tD1 = tD2,
tH = tD + ∆t
6 - SELETIVIDADE ATRAVÉS DE PROTEÇÃO DIFERENCIAL Estas proteções comparam as correntes nas extremidades do trecho de rede a ser vigiada. Qualquer diferença em amplitude e fase entre estas correntes indica a presença de uma falta. Este sistema de proteção reage apenas às faltas dentro da área monitorada e é insensível a qualquer falta fora desta área. É portanto seletivo por natureza. Esta proteção é usada para detectar correntes de falta com valores inferiores à corrente nominal e para desarmar instantaneamente, já que a seletividade está baseada sobre a detecção e não na temporização. O equipamento protegido pode ser: um motor, um gerador, um transformador, ou uma conexão (cabo ou linha). A figura 10 ilustra a aplicação da proteção diferencial.
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Figura 10 - Aplicação da seletividade diferencial.
