Aplicação do relé de ação de corrente residual
[Resumo] O relé de corrente residual, como principal proteção ou proteção de reserva utilizada em sistemas de distribuição de baixa tensão, tem como principal função eliminar riscos de danos ao corpo humano ou incêndio. O uso correto do relé de corrente residual e a compreensão de seu princípio são de grande importância para garantir a operação segura e confiável do sistema elétrico.
[Palavras-chave] Relé de ação de corrente residual, sistema de distribuição de baixa tensão, risco de incêndio
Introdução: Com o desenvolvimento contínuo do sistema elétrico de baixa tensão e a expansão da construção em escala econômica no Brasil, o aumento do uso de equipamentos eletrônicos de potência, especialmente retificadores, conversores de frequência e equipamentos de chaveamento, tem levado a sérios problemas de distorção da forma de onda na rede elétrica. A necessidade de melhorar a capacidade e a segurança do fornecimento de energia também impõe exigências mais elevadas. Em alguns sistemas de alimentação elétrica, que utilizam transformadores independentes, a supervisão é precária e a segurança dos técnicos de manutenção não é garantida. Acidentes como contato com equipamentos na rede, fugas de corrente e curto-circuitos à terra, que podem causar incêndios e outros riscos à segurança e prejuízos financeiros, são frequentes. O relé de corrente residual (RCR) é um dispositivo de proteção eficaz para prevenir esses acidentes, sendo sua principal função proteger pessoas contra choques elétricos e evitar incêndios de grandes proporções causados por fugas de corrente em equipamentos ou na rede elétrica.
1: Necessidade de usar o relé de ação de corrente residual
Nos últimos anos, com o desenvolvimento do consumo de eletricidade e da construção de edifícios residenciais, a exigência de proteção contra corrente residual em linhas de distribuição de baixa tensão tornou necessária a instalação de dispositivos de alarme de corrente residual em muitas situações. A norma GB13955-2005, recentemente revisada e intitulada "Instalação e Operação de Dispositivos de Proteção contra Corrente Residual", estipula claramente que, quando a corrente residual exceder o valor nominal, o corte do fornecimento de energia, causado por perdas econômicas significativas e impactos sociais adversos em equipamentos ou locais elétricos, deve ser instalado um dispositivo de proteção contra corrente residual com alarme. Exemplos de aplicações incluem: fornecimento de energia de emergência e iluminação de emergência em locais públicos; equipamentos para garantir a segurança de locais públicos; alimentação de equipamentos de combate a incêndio, como elevadores de incêndio, bombas de incêndio e iluminação de emergência; e alimentação de alarmes antifurto. A norma GB50096-1999, Código de Projeto Residencial, estipula que o disjuntor de entrada de energia de cada residência deve possuir a função de proteção contra corrente residual. Isso evita o desligamento total do disjuntor de entrada de energia em caso de queda de energia em toda a residência. A função de alarme de corrente residual é geralmente projetada para a proteção da entrada principal.
2: Produtos de relés de corrente residual da série Acrel ASJ
O relé de corrente residual da série ASJ da Acrel oferece proteção contra fugas e pode ser conectado a um sistema de disparo remoto, interrompendo o fornecimento de energia em tempo real, prevenindo o contato indireto e limitando a corrente de fuga. Também pode ser utilizado como relé de sinalização para monitoramento de equipamentos elétricos. É especialmente indicado para escolas, edifícios comerciais, fábricas, mercados, empresas industriais e de mineração, unidades de combate a incêndios, edifícios inteligentes e áreas residenciais, metrô, indústrias petroquímicas, telecomunicações e para proteção contra incêndios em instalações de defesa nacional.
Os produtos da série ASJ possuem principalmente dois métodos de instalação. A série ASJ10 é instalada em trilho DIN. As imagens e funções são mostradas na tabela a seguir:
Funções principais
1. Medição da corrente residual
2. Alarme de limite excedido
3. A corrente nominal de ação restante pode ser definida. 4. O limite de tempo sem acionamento pode ser definido.
5. Relés de saída de 2 canais
6. Função de teste/reinicialização local/remota
Diferença:
1. Medição de corrente residual CA do tipo
2. Indicação de alarme de sobrecorrente
Funções principais
1. Medição da corrente residual
2. Alarme de limite excedido
3. A corrente nominal de ação restante pode ser definida. 4. O limite de tempo sem acionamento pode ser definido.
5. Relés de saída de 2 canais
6. Função de teste/reinicialização local/remota
Diferença:
1. Medição de corrente residual tipo A
2. Exibição da coluna de luz percentual atual
Funções principais
1. Medição da corrente residual
2. Alarme de limite excedido
3. A corrente nominal de ação restante pode ser definida. 4. O limite de tempo sem acionamento pode ser definido.
5. Relés de saída de 2 canais
6. Função de teste/reinicialização local/remota
Diferença:
1. Medição de corrente residual tipo A
2. Visor LCD
3. Alarme de desconexão mútua
4. É possível definir o valor de alerta da previsão e o valor de retorno.
5. 25 Registros de eventos
Figura 1. Fiação de alimentação da usina de 10 kV
1. Motivo para a reconstrução do dispositivo de proteção de energia de 10 kV
O dispositivo original de medição e controle de proteção abrangente da usina de 10 kV adota o dispositivo de proteção integrado MiCOM-P122 da Shanghai Areva, importado. O equipamento está em operação desde maio de 2007. Os componentes eletrônicos do dispositivo de proteção estão seriamente envelhecidos e os componentes de entrada de acoplamento óptico de proteção apresentam danos frequentes, o que afeta a segurança e a estabilidade da produção da usina. Além disso, o fabricante não produz mais peças de reposição do mesmo tipo, sendo possível apenas adquirir dispositivos de substituição atualizados. Os dados do dispositivo de proteção não atendem aos requisitos, e não há peças de reposição para a proteção do interruptor de reserva. O nível de automação é baixo, a digitalização é fraca e o gerenciamento de informações do dispositivo é inconveniente, não atendendo aos requisitos atuais. A interface homem-máquina e o software, totalmente em inglês, não são amigáveis, o que torna o trabalho mais tedioso e reduz a eficiência. Considerando os fatores acima, é necessário realizar uma transformação tecnológica no sistema de medição e controle de proteção abrangente do consumo de energia de 10 kV.
3. Requisitos para proteção e transformação de energia em usinas de 10 kV
O painel de distribuição e sua posição de instalação permanecem inalterados, substituindo-se todas as chaves de carga dos alimentadores, chaves de barramento, painel de transformadores de potencial, cabos secundários internos e fileiras de terminais originais; o painel de distribuição é redesenhado e modificado de acordo com as dimensões do novo equipamento; a fiação do novo equipamento, o sistema de monitoramento de energia e a configuração da interface de comunicação são concluídos. No processo de transformação, o circuito de operação é otimizado, mantendo-se a configuração de proteção original inalterada.
4. Seleção de novos equipamentos abrangentes de medição e controle de proteção
O novo dispositivo integrado de medição e controle de proteção deve integrar as funções de controle, proteção, registro de ondas de falta, medição, alarme de sinal, aquisição de volume de comutação e comunicação. Com a proteção de corrente não direcional de três estágios como núcleo, ele é equipado com a função de monitoramento e coleta de parâmetros da linha, e os dados de medição e as informações de proteção podem ser enviados para o sistema de monitoramento de energia através da porta de comunicação para facilitar a automação da rede de distribuição. De acordo com os resultados da licitação pública de fornecedores nacionais para o projeto de transformação do dispositivo de proteção de energia da usina hidrelétrica de 10 kV, o dispositivo de medição e controle da série AM5SE, produzido pela Acrel Co., Ltd., foi finalmente selecionado. De acordo com as diferentes características de carga do barramento de energia da usina de 10 kV, os dispositivos AM5SE-F (medição e controle de proteção de linha), AM5SE-T (monitoramento e controle de proteção de transformador), AM5SE-M (medição e controle de proteção de motor), AM5SE-B (medição e controle de proteção de autocontrole) e AM5SE-UB (monitoramento de transformador de potencial) para painéis de transformação, as funções de proteção de cada modelo são mostradas na tabela a seguir:
| modelo | função de proteção |
| AM5SE-F Dispositivo de medição e controle de proteção de linha | Proteção contra sobrecorrente em três estágios (pode ser fechada por baixa pressão, pode ser protegida em direção), proteção contra sobrecorrente com limite de tempo reverso (pode ser protegida por fechamento por baixa pressão W), proteção contra sobrecorrente de ordem zero em dois estágios / proteção contra sobrecorrente com limite de tempo reverso, proteção contra sobrecorrente de ordem zero em dois estágios / proteção contra sobrecorrente com limite de tempo reverso, religamento, proteção contra sobrecorrente acelerada (por fechamento por baixa tensão), alarme de sobrecarga, disparo por sobrecarga, disparo por perda de pressão, alarme de perda de pressão, proteção contra sobretensão, proteção contra sobretensão de ordem zero, proteção contra inversão de polaridade, redução de carga em baixa frequência / proteção em alta frequência (por diferença de escorregamento), alarme de ruptura do TP, alarme de ruptura do circuito de controle, circuito FC com função de bloqueio de sobrecorrente, proteção contra falta de energia, alarme de ruptura do TC e verificação. |
| AM5SE-T dispositivo de medição e controle de proteção de distribuição de energia | Proteção contra sobrecorrente em três estágios (pode ser complementada por fechamento de tensão composto), proteção contra sobrecorrente com limite de tempo reverso (pode ser complementada por bloqueio de tensão composto), proteção contra sobrecorrente de ordem zero 101 em dois estágios, proteção contra sobrecorrente de ordem zero 102 em dois estágios, proteção contra sobrecorrente de ordem zero com limite de tempo reverso, alarme de sobrecarga, disparo por sobrecarga, alarme de ruptura do TP, alarme de ruptura do circuito de controle, proteção contra falta de energia, alarme de ruptura do TC, circuito FC com função de bloqueio de sobrecorrente |
| AM5SE-B dispositivo de medição e controle de proteção de autoprojeção | Proteção contra sobrecorrente em três seções (por bloqueio de tensão composta, com bloqueio de direção), proteção contra sobrecorrente com reversão de tempo (por bloqueio de tensão composta), proteção contra sobrecorrente acelerada (por bloqueio de tensão composta), função de espera (suporta 11 tipos de sistemas de alimentação), alarme de interrupção do transformador de potencial, alarme de interrupção do circuito de controle, proteção contra sobrecarga do barramento, religamento, acoplamento/alarme de sobrecarga, proteção contra sobrecorrente de ordem zero em duas seções, proteção contra sobrecorrente acelerada de sequência zero, verificação do mesmo período |
| AM5SE-M Dispositivo de medição e controle de proteção de motores | Proteção contra sobrecorrente (partida, operação), proteção contra sobrecorrente em dois estágios, proteção contra reversão de tempo, proteção contra sequência negativa em dois estágios, proteção contra limite de tempo de reversão de ordem negativa, proteção contra sobrecorrente de ordem zero em dois estágios, sobrecarga a quente, proteção contra sobrecarga, alarme de sobrecarga, desligamento por sobrecarga, proteção contra bloqueio, tempo de partida prolongado, proteção contra falta de energia, alarme de interrupção do TP, alarme de interrupção do circuito de controle, proteção contra baixa tensão, alarme de sobretensão de ordem zero, circuito FC com função de bloqueio de sobrecorrente, proteção contra desequilíbrio de tensão, proteção contra sequência de fase, proteção contra fase de tensão, proteção contra sobretensão |
Além da função de proteção acima mencionada, cada dispositivo de medição e controle de proteção por microcomputador possui interface de comunicação RS485, permitindo a comunicação com o sistema de monitoramento de energia, a função de monitoramento independente do circuito de operação, o status da chave e um monitoramento mais completo do circuito de chaveamento; possui função de salto integrada, permitindo que os usuários escolham se desejam investir. A nova série de dispositivos de medição e controle de proteção por microcomputador AM5SE possui ampla função de proteção, e cada menu pode ser configurado livremente em chinês ou inglês, facilitando a operação e a manutenção.
5. Projeto de usina de 10 kV
O novo dispositivo de medição e controle de proteção integrado por computador da série AM5SE, bem como seus respectivos desenhos, foram projetados pela Acrel Co., LTD. O projeto esquemático do circuito secundário deve ser baseado nos desenhos originais do painel secundário de alta tensão de 10 kV. O layout das linhas de terminais é baseado no projeto do diagrama, e este deve atender aos requisitos das normas pertinentes. Para projetos com a mesma natureza de carga, o número de terminais e linhas é altamente uniforme e segue regras específicas. A precisão do projeto do diagrama determina se a construção e o comissionamento ocorrerão sem problemas e se a produção após a operação será segura.
6. Processo de proteção e transformação de energia de uma usina de 6 a 10 kV
A instalação de 10 kV deve atender às seguintes condições de construção: plano e desenhos de construção detalhados; os responsáveis pelos equipamentos devem concluir a aceitação dos novos equipamentos; a equipe de construção deve concluir o treinamento de segurança; e as ferramentas e materiais devem estar completos. A construção é realizada em estrita conformidade com o projeto e os desenhos, para garantir a conclusão tranquila de cada etapa.
6.1 Transformação de hardware de proteção de energia da planta de 10kV
A reforma da subestação de 10kV consiste principalmente em três etapas: a substituição da fileira de terminais no painel de distribuição, a remoção do antigo dispositivo de proteção, medição e controle integrado, e a instalação, montagem e cabeamento do novo dispositivo de proteção integrado.
6.1.1. Substitua a linha do terminal
A substituição dos terminais deve ser feita um por um, substituindo-se um terminal por vez; é proibido substituir dois ou mais terminais simultaneamente para evitar conexões incorretas e fiação errada. A substituição deve ser feita em uma única fileira de terminais dentro do painel de distribuição, prevenindo erros de fiação. As fontes de alimentação CA, CC, circuitos de disparo e circuitos de sinalização devem ser isoladas para evitar curto-circuito entre os terminais, que devem ser pressionados firmemente, sem afrouxá-los. Ao substituir a fileira de terminais, certifique-se de que os terminais e números de linha originais permaneçam inalterados, para que as próximas etapas de fiação e verificação da linha possam ser realizadas sem problemas.
6.1.2 Demolição do antigo dispositivo abrangente de medição e controle de proteção
De acordo com o plano e os desenhos da obra, remova os componentes a serem descartados, incluindo os antigos dispositivos integrados de proteção, medição e controle, relés intermediários no painel de distribuição, relés de tensão, relés temporizados e outros componentes, bem como os cabos secundários relacionados. Ao desmontar, tome cuidado para não danificar os componentes e evitar a remoção acidental de cabos secundários úteis. Organize e descarte os componentes, classifique-os e especifique o local de armazenamento adequado para evitar a desordem na obra. O canteiro de obras deve atender aos requisitos do programa 6S.
6.1.3 Instalação, linha de montagem e disposição de cabos do dispositivo abrangente de medição e controle de proteção
Devido às diferentes dimensões dos dispositivos de proteção e controle integrados (CPC) novos e antigos, o espaço disponível para instalação no painel do quadro de distribuição não é compatível com as dimensões dos novos dispositivos. Para a instalação dos novos CPCs, é necessário recortar e expandir o espaço disponível, evitando danos ao painel durante o processo. Os cabos conectados ao novo dispositivo devem ser novos e todos os cabos não utilizados devem ser removidos para evitar circuitos parasitas. A fiação deve ser realizada em estrita conformidade com os diagramas do projeto para evitar vazamentos, conexões incorretas e acionamentos indevidos. A fiação do novo dispositivo deve ser organizada, uniforme, com uma distribuição lógica e facilitar a inspeção e a manutenção.
6.2 Proteção de energia e comissionamento de usina de 10 kV
A proteção e a depuração são divididas principalmente em quatro etapas: verificação da linha do circuito secundário, verificação da função do circuito, depuração estática do dispositivo de proteção e teste de transmissão. Verifique cuidadosamente cada terminal e cada número de linha de acordo com os diagramas de projeto. Concentre-se em verificar se o circuito secundário do TC (transformador de corrente) não apresenta circuito aberto, se a polaridade e a fiação do circuito secundário do TP (transformador de potencial) estão corretas; verifique se a fiação da telemetria, da comunicação remota e do controle remoto estão corretas; verifique se o circuito de controle CC (corrente contínua) não apresenta curto-circuito, nem entre o circuito de terra e o terra; meça se a resistência de isolamento do circuito de controle CC atende aos requisitos (1000V); verifique se o circuito CA/CC está energizado. Vale ressaltar que, como a unidade terceirizada não está familiarizada com o circuito secundário da fábrica, é fácil cometer erros e conexões incorretas durante o processo de transferência.
Os circuitos de controle de tensão CA e CC são energizados para verificar o funcionamento de cada circuito. Verifique se a telemetria, a sinalização remota e os sinais de controle remoto estão corretos, se os medidores, as luzes indicadoras, a iluminação e os circuitos de aquecimento estão funcionando normalmente e se a função anti-salto do corpo da chave está correta. Ligue o circuito de controle para verificar ainda mais se a fiação de cada circuito está correta.
A depuração estática do dispositivo de proteção consiste em realizar a inspeção por amostragem do dispositivo, o carregamento e verificação do valor fixo e a inspeção funcional do dispositivo. Verifica-se o dispositivo de proteção de linha AM5SE-F, o dispositivo de proteção de transformador AM5SE-T, o dispositivo de proteção de motor AM5SE-M, o dispositivo de autocomutação de reserva AM5SE-B e o monitoramento do TP aplicando corrente no lado secundário do TC e aplicando tensão analógica no terminal do painel do TP. O dispositivo AM5SE-UB, o voltímetro, o amperímetro e o sistema de monitoramento exibem corretamente os valores, e verifica-se se a sequência e a fase da tensão CA e do laço de corrente CA estão corretas. O valor fixo é definido de acordo com o dispositivo de proteção de par único de valor fixo e verifica-se se o valor fixo está correto. A inspeção da função de proteção consiste em verificar a correção da lógica de ação e do tempo de ação do dispositivo de medição e controle de proteção microcomputadorizado da série AM5SE, adicionando grandezas analógicas. Não devem ocorrer rejeições ou mau funcionamento, e o tempo de ação deve atender aos requisitos. A depuração estática do dispositivo de proteção garante que ele possa responder de forma sensível a falhas e enviar sinais de alarme e instruções de desligamento de maneira confiável e rápida.
A conexão de dados entre o dispositivo abrangente de medição e controle de proteção e o sistema de monitoramento de energia está correta, permitindo a coleta em tempo real, em segundo plano, do status de operação, valor de ajuste, registro de eventos e outras informações do dispositivo de proteção. A conexão do dispositivo de proteção com o sistema de monitoramento aprimora o gerenciamento do sistema de proteção por relés e o nível de automação do processamento de informações de falhas.
O teste de transmissão visa simular a quantidade de falta coletada pelo dispositivo de proteção. O dispositivo de proteção deve acionar o interruptor de disparo para verificar a correção da lógica de proteção, do circuito de disparo e do circuito de sinalização; e para verificar se o interruptor pode ser aberto e fechado remotamente corretamente por meio da operação do computador host. Um teste de transmissão completo deve ser realizado para cada conjunto de dispositivos de proteção para garantir a lógica de proteção de cada dispositivo de proteção do painel elétrico, o disparo da tomada de proteção, a abertura e o fechamento remoto do interruptor e a indicação correta do sinal.
6.3 Problemas encontrados na transformação e otimização
Após a conclusão da transformação do novo dispositivo abrangente de medição e controle de proteção, durante o teste de transmissão, constatou-se que a chave só podia ser fechada uma vez. Se fosse fechada novamente, só poderia ser fechada após a reinicialização da alimentação de controle. Através da análise, verificou-se que não havia um ponto normalmente fechado na bobina de fechamento do disjuntor. Como o relé de fechamento é configurado no dispositivo de proteção para garantir que o disjuntor possa ser fechado de forma confiável, neste caso, como não havia um ponto normalmente fechado na bobina de fechamento do disjuntor, após o fechamento, se não houvesse um ponto de interrupção, a energia do relé de fechamento e retenção não poderia ser liberada, sendo necessário reiniciá-lo para que o relé de fechamento e retenção pudesse ser liberado antes do próximo fechamento. Após diversas comunicações com o fabricante do disjuntor e o pessoal relevante da usina hidrelétrica, um conjunto de pontos normalmente fechados foi conectado em série antes da bobina de fechamento, solucionando assim os problemas acima. Tomando como exemplo o dispositivo de medição e controle de proteção do transformador AM5SE-T, o diagrama secundário do circuito de abertura e fechamento da reconstrução da usina hidrelétrica é mostrado na Figura 2.
Figura 2: Diagrama quadrático do circuito dividido AM5SE-T
7. Transformação do sistema de monitoramento de energia elétrica de 10 kV
Para monitorar a operação e a coleta de dados de toda a sala de distribuição em tempo real, um sistema de monitoramento de energia Acrel-2000Z foi configurado para a usina hidrelétrica. O sistema carrega os dados de proteção do microcomputador para o sistema de monitoramento de energia, permitindo o monitoramento e gerenciamento da subestação de 10 kV e aprimorando o nível de automação. Suas principais funções incluem: monitoramento em tempo real, consulta de parâmetros elétricos, relatório de operação, alarme em tempo real, consulta de eventos históricos, relatório de estatísticas de energia, gerenciamento de permissões de usuário, topologia de rede, monitoramento da qualidade da energia, controle remoto, gerenciamento de comunicação, registro de falhas, recuperação de acidentes, consulta de curvas, acesso via web e acesso via aplicativo.
8. Conclusão
A transformação do dispositivo de proteção de energia de 10 kV em usinas hidrelétricas resolveu problemas como o envelhecimento acentuado dos componentes eletrônicos, o baixo nível de automação, a interface homem-máquina e o software pouco intuitivos, além da dificuldade de manutenção. A substituição pelo dispositivo de medição e controle de proteção microcomputadorizado da série AM5SE oferece maior funcionalidade e usabilidade. O dispositivo possui um visor de cristal líquido que exibe de forma mais intuitiva a tensão, a quantidade de amostras de corrente e diversos registros de eventos; o software de depuração é robusto, fácil de operar, fácil de dominar e possui uma interface amigável; o circuito de operação possui a função de monitoramento de desconexão do interruptor e do circuito de controle; o indicador luminoso no painel do dispositivo mostra diretamente a posição de desarme e o status de fechamento do interruptor, proporcionando maior intuição para a equipe de operação e manutenção; o dispositivo de medição e controle de proteção de motor AM5SE-M configurado adiciona o reconhecimento do estado de partida/funcionamento do motor e está equipado com funções de proteção para as seções de partida, funcionamento e funcionamento simultâneo, solucionando o problema da alta corrente de partida do motor, que facilmente causava falsos desarmes. O dispositivo de proteção está equipado com uma interface de comunicação RS485. A comunicação entre os dispositivos de proteção é feita "mão na mão", e os dados são enviados para o Sistema de Monitoramento de Energia Acrel-2000Z, facilitando a visualização das informações de proteção e o gerenciamento de falhas. Desde a entrada em operação do novo dispositivo abrangente de proteção, medição e controle, o equipamento tem operado normalmente. A aplicação do novo dispositivo de proteção abrangente oferece amplas funções de proteção, interface amigável e facilidade de operação e manutenção, o que melhora a operação confiável da usina hidrelétrica e garante a segurança e a estabilidade da produção da planta, sendo, portanto, de grande importância.
Referência
[1] Nb/T 35010-2013 código para projeto de proteção por relés de usinas hidrelétricas
[2] DL/T 5164-2002 Código técnico para projeto de energia auxiliar de usina elétrica
[3] GB/T 50171-2012 Código para construção e aceitação de painéis, gabinetes e fiação de circuitos secundários de instalações de equipamentos elétricos.
[4] Huang Jinxin. Transformação do dispositivo de proteção de energia auxiliar de 10 kV da Usina Hidrelétrica de Longtan
[5] Solução integrada de automação, operação e manutenção da subestação do usuário de Ankrui. Novembro de 2021
Data da publicação: 31 de agosto de 2022
