Abordando a Proteção de Falta à Terra em Redes com Neutro Compensado

Earth Fault Protection is a fundamental protection technique in modern A Proteção de Falta à Terra é uma técnica fundamental de proteção nas redes de distribuição atuais. Com aproximadamente 80% das falhas de fornecimento de energia elétrica das redes de distribuição sendo atribuídas a esse modelo de falta, não surpreende o fato de que pesquisas e esforços substanciais tenham sido realizados para lidar com os desafios apresentados. As técnicas tradicionais de aterramento resistivo ou sólido têm sido generosas no fornecimento de corrente de falta para a operação de proteção, mas esses projetos de rede estão saindo de moda e dando lugar a alternativas mais seguras.

Projetos de Esquemas de Aterramento Neutro Compensado estão subindo em popularidade, pois fornecem menor energia de falta no local da falha e, portanto, fornecem uma alternativa mais segura. O ponto principal é que esse esquema reduz a corrente de falta em relação aos esquemas tradicionais de proteção de neutro. Utilizando a mais recente versão do Firmware do religador OSM da NOJA Power, o fabricante revelou uma nova classe de proteção que visa fornecer especificidade e seletividade às faltas à terra em um ambiente com correntes de falta decrescentes.

Como uma rápida introdução, a Figura 1 mostra a diferença fundamental entre Redes com Neutro Aterrado e Compensado. Faltas à Terra são o resultado de uma ou mais fases sendo encurtadas para a terra. Na eletricidade, a corrente flui somente através de um circuito fechado, as Faltas à Terra não são exceção.

Em redes tradicionais sendo Resistivas ou Solidamente Aterradas, a corrente simplesmente flui através do condutor de terra do local da falta, então volta em direção do ponto estrela do transformador. A principal complicação aqui é que as redes de energia também funcionam como capacitores. De forma simples, as linhas de energia são isoladas do solo, logo, o efeito do campo nelas traz como resultante corrente no terra abaixo. Enquanto o efeito é pequeno em redes curtas, isso cresce linearmente de acordo com o comprimento das linhas. A Proteção contra Falta à Terra geralmente é obtida pela leitura da corrente de Neutro ou pela sua virtualização, somando a leitura trifásica. Uma rede bem estruturada atua com baixa corrente residual à terra, enquanto que nos esquemas de aterramento tradicionais, as faltas à terra podem ter magnitude considerável. Os relés clássicos de falta à terra simplesmente operam de acordo com esse desequilíbrio de corrente.

No entanto, este esquema de aterramento tradicional fornece correntes muito maiores do que o desejável para os locais de falta. Como a magnitude das faltas à terra depende da impedância do esquema de aterramento, os engenheiros têm modificado esse projeto para reduzir a dimensão das correntes de falta à terra, enquanto mantêm as tensões operacionais seguras.

Uma inovação simples e clássica foi a adição da “Bobina Petersen”. Como a corrente de falta à terra era inteiramente uma combinação da corrente Resistiva e Capacitiva, a teoria foi que as faltas à terra podem ser reduzidas pela remoção do Aterramento Resistivo do Transformador, substituindo-o por um indutor sintonizado. Em teoria, desde que a indutância correspondesse à capacitância da linha, a corrente de falta seria igual a zero.

Na prática, isso não é realmente possível, já que os indutores do mundo real têm resistência real inerente e nenhuma linha pode ser perfeitamente compensada, mas o efeito ainda é notável. As correntes de falta à terra podem ser reduzidas na ordem de alguns por cento do que seria esperado para um esquema de aterramento sólido, melhorando a segurança, mas destruindo a sensibilidade. É com esse pensamento que devemos buscar a inovação nos esquemas de proteção e entregar as soluções. Uma complicação adicional é a mais recente adição dos esquemas de Compensação Ativa, em que a compensação é obtida pela injeção de energia no ponto estrela do transformador da subestação para arrastar os vetores de fornecimento de energia de volta à linha. Essa tecnologia emergente é mais precisa do que as clássicas Bobinas de Petersen e proporciona reduções ainda maiores na corrente de falta à terra Real.

O principal ponto de preocupação sob a diminuição das correntes de falta à terra é manter a detecção efetiva. Quando as correntes de falta são tão baixas, os alimentadores vizinhos também podem mostrar sintomas de uma falta à terra, simplesmente causada pelo efeito capacitivo de suas próprias linhas (Figura 1-2). A chave é detectar com precisão quais alimentadores têm corrente de falta “real” e quais têm fluxo de corrente “reativo / capacitivo”.

Na última versão do Firmware do Controle do Religador OSM da NOJA Power, foram implementadas atualizações na funcionalidade padrão da Falta à Terra visando melhorar a sensibilidade e a seletividade sob as topologias do projeto de Redes com o Neutro Compensada. Esses recursos incluem:

• Coordenação e Bloqueio de Disparos baseado no Deslocamento de Tensão de Neutro
• Modificações nos Cálculos de Corrente de Neutro (métodos Io cos Ф e Io sin Ф )
• Variabilidade da Faixa de Operação para o Ângulo de Característica do Relé (RCA) ou Ângulo de Torque do Relé.

“Mais clientes estão utilizando sistemas com neutro compensado em suas redes”, relata o CEO da NOJA Power Group, Neil O'Sullivan. “Isto se dá principalmente em resposta aos programas de redução de incêndios florestais, assim como a diminuição de correntes de falta à terra para melhorar a segurança geral. Respondemos ao desafio que isso representa para os engenheiros de proteção ao implementar novas funcionalidades em nosso firmware versão 1.20 para os produtos RC-10 e RC-15. Se esta nova funcionalidade for usada em conjunto com os TCs correspondentes que fornecem proteção de falta à terra sensitiva até a configuração de pickup de 200mA, então esquemas de proteção de falta à terra altamente sensíveis podem ser desenvolvidos.”

Atingir uma proteção precisa de falta à terra é uma perspectiva desafiadora em Redes com o neutro compensado, mas com o Relé de Firmware 1.20.0.0 da NOJA Power em seu Sistema de Religadores OSM, o desafio não é mais intransponível. A funcionalidade adicional permite que os usuários de Redes com Neutro Compensado detectem faltas à terra com um alto grau de precisão, proporcionando segurança e confiabilidade ao usuário final.