Sistema de Proteção de Falha Terrestre Solidamente Terra

Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre o Sistema Solidamente Terrestre de Proteção contra Falência à Terra: - 1. Sistema Solidamente Terrestre de Proteção contra Falhas na Terra 2. Fuga Sensível à Terra.

Sistema de Proteção de Falta à Terra com Terra Solidamente:

Em projetos anteriores, e mesmo agora, a maioria dos sistemas de proteção contra vazamentos terrestres era do tipo solidamente aterrado, utilizando um transformador de balanço de núcleo e com o ponto de partida do enrolamento secundário, como mostrado na Fig. 7.5.

O princípio deste sistema é que as correntes trifásicas que passam através do transformador de balanço de núcleo para a carga são, em condições normais, balanceadas e, como tal, nenhuma voltagem é induzida no enrolamento secundário.

Quando uma falta à terra se desenvolve, esta balança torna-se perturbada e, como resultado, uma tensão é induzida no enrolamento secundário que energiza subsequentemente o relé de falha à terra abrindo os contatos no circuito de controle e abrindo assim o contator.

A “Corrente de Falha” passa do enrolamento secundário do transformador, através do transformador de balanço de núcleo, até a falha, onde passa pelos condutores de terra ao longo do “Caminho de Retorno” até o ponto estrela do transformador. Como o condutor de terra é aterrado na fossa principal na superfície da mina, o ponto estrela do transformador é mantido no potencial da terra.

Neste sistema, entretanto, há uma desvantagem principal, que é a de que, devido ao ponto neutro estar solidamente aterrado, a independência do circuito sob condições de falta é restrita principalmente à impedância dos condutores até a falta, a impedância do falta em si, e a impedância do caminho de retorno.

A impedância do condutor até a falha e o caminho de retorno são naturalmente muito baixos (menos de 0, 5 ohms) e se a falha de impedância for baixa (isto é, um curto-circuito morto teria impedância zero) pode ser visto que a corrente de falta pode ser muito alto, ou seja, várias centenas de amps.

Novamente, da Fig. 7.5, vamos considerar um exemplo prático de falha. Assumindo que o transformador na Fig. 7.5 esteja operando a 550 volts, a tensão de fase para a terra seria de 550 / √3, ou seja, 318 volts. Então vamos supor que a falha seja um curto-circuito morto de impedância zero e a estimativa da impedância dos condutores e do caminho de retorno seja de 0, 25 ohms. A corrente de falta seria da ordem de 318/025 = 1272 amperes.

De fato, se o valor da impedância for menor, a corrente será ainda maior. Na prática, se esta falha for o resultado de um cabo danificado no rosto, ocorrerá um forte faísca de incendio.

Além disso, devido à forte corrente de falha, ocorrerá um superaquecimento severo em algum momento, causando um incêndio, danos ao equipamento e / ou possivelmente queimaduras graves a qualquer um que tenha a infelicidade de estar perto da falha. Também foi notado que as correntes de terra dispersas, como resultado de fortes correntes de falta, também podem inflamar o detonador permanentemente.

Outro ponto importante a ser observado é que quando uma corrente de falta pesada de várias centenas de amperes fluir ao longo do condutor de terra, ela produzirá uma grande queda de potencial, mesmo que a impedância do condutor possa ser menor que um ohm.

Como o condutor de aterramento é aterrado, a extremidade de entrada e a carcaça da máquina se tornariam energizadas e qualquer pessoa que tocasse a carcaça da máquina quando a falha ocorresse poderia observar um choque severo.

Este tipo de perigo é comumente evitado porque a própria máquina está em contato com a terra, e a corrente de falta encontra o caminho de retorno através da própria terra, bem como ao longo do condutor. No entanto, o perigo é inerente ao sistema de sistema de proteção contra falhas solidamente aterrado.

Vazamento de Terra Sensível:

O Sensitive Earth Leakage, conhecido mais facilmente como circuito SEL, existe em duas formas: Single-Point ou Multi-Point. Neste sistema, conforme a especificação, a corrente de falta à terra não deve exceder 750 mA (miliamperes).

No entanto, uma coisa deve ser lembrada que, embora o nível de corrente de falha tenha sido drasticamente reduzido, deve ser entendido que as correntes de falta que podem fluir nos sistemas de fuga à terra ainda são capazes de acender uma mistura de metano / ar, como os circuitos não são classificados como intrinsecamente seguros.

Os princípios básicos dos sistemas de aterramento de ponto único são semelhantes aos sistemas de aterramento sólido, em que um transformador de balanço de núcleo é usado, que é mais sensível do que o tipo solidamente aterrado. De fato, a principal diferença entre os dois sistemas é o método de aterramento do transformador, ponto estrela, como mostrado na Fig. 7.6.

No sistema SEL de ponto único, uma impedância é inserida entre o ponto estrela e a terra de tal valor que limita a corrente de falta à terra a um máximo de 750 mA. Embora esta seja a corrente de falta máxima que pode fluir, o relé de disparo de fuga à terra seria configurado para desarmar entre 80/100 mA, fornecendo um fator de segurança de aproximadamente 7 para 1.

No entanto, a partir da Figura 7.6, vemos um circuito típico da unidade de proteção em um painel de extremidade do portão. Uma falha é detectada por um transformador de balanço de núcleo. Como a corrente de falta é tão pequena, o grau de desequilíbrio das correntes nos condutores de potência é muito pequeno, e somente uma diferença de potencial muito pequena pode ser obtida nos terminais secundários.

Essa diferença de potencial é aplicada a um amplificador eletrônico que interrompe a corrente para um relé normalmente energizado. Os contatos do relé se abrem, quebrando assim os circuitos piloto e de operação da bobina, de modo que o contator se abra.

Este sistema, no entanto, é inerentemente discriminativo. Correntes em circuitos paralelos ao circuito defeituoso permanecem equilibradas, de modo que normalmente apenas o contator no circuito defeituoso desarma. Se a falha puder ser isolada por um contator de fim de linha, o contator normalmente desarmará antes que o interruptor de seção ou o circuito da subestação se quebre.

A Fig. 7.6 também incorpora um circuito típico de observação. De fato, uma vigia elétrica também é incorporada em um sistema de aterramento de alta resistência.

Sempre que o contator estiver aberto, um transformador secundário é conectado entre o condutor de terra e um ponto central artificial, criado por três impedâncias conectadas em estrela através das linhas de energia. Um enrolamento auxiliar no transformador de balanço de núcleo é conectado em série.

Sempre que houver uma falha no cabo ou máquina traseira, o circuito estará completo e a corrente fluirá no enrolamento auxiliar do transformador de balanço de núcleo. Uma saída é induzida no secundário, e isso é aplicado ao amplificador eletrônico, o que impede que o relé seja reajustado. O contator não pode ser fechado novamente até que a falha tenha sido corrigida.

Na Fig. 7.7, o sistema multiponto é mostrado em um diagrama esquemático. No sistema multiponto, o ponto é isolado completamente da terra, ou seja, é um neutro livre. Um falso neutro é fornecido através de um transformador falso neutro que consiste de três bobinas enroladas em um núcleo magnético comum.

Uma extremidade de cada bobina é conectada a cada uma das três fases de saída, enquanto as outras extremidades são conectadas juntas para formar um ponto de estrela. Este ponto estrela é então conectado à terra através de um circuito de detecção de falta de impedância suficiente para limitar a corrente máxima de falta a 20 mA. no sistema de 550 volts e a 40 mA. em um sistema de 1000 volts.

Este nível de corrente de falta é capaz, sob condições severas de falta, de fluir no circuito de detecção de cada painel do sistema em operação, no instante em que a falha ocorre.

Para que a corrente total fluindo para a falta seja limitada a 750 mA, o número de caixas de terminais em operação em um sistema deve ser limitado a 750/20, ou seja, aprox. 37 no sistema de 550 volts e 750/40 ou seja, aprox. 18 em um sistema de 1100 volts. Isso não causa nenhum constrangimento, pois está bem dentro do número usual de painéis necessários em qualquer sistema.

A sensibilidade dos circuitos de detecção de vazamento de terra multiponto é padronizada em um mínimo de 60 K ohms. Isso significa que, sob condições normais de operação da tensão de linha, uma falha monofásica à terra com uma resistência de 60K ohms faria com que o painel desarmasse na falta à terra a uma corrente máxima de trip de aprox. 3 mA. em um sistema de 550 volts e 6 mA em um sistema de 1.100 volts.

As unidades de proteção de comutador de transformador e de seção são configuradas como próximas a 60 K ohms, como é prático, mas não inferior a 40 K ohms. As unidades de controle da caixa do gate-end são configuradas para limpar uma falta à terra em menos de 100 milissegundos (ou seja, menos de 5 ciclos). Um interruptor de seção é definido para limpar entre 200 e 400 milissegundos e uma unidade de controle do transformador para limpar entre 600 e 800 milissegundos, ou seja, entre 30 e 40 ciclos.

A corrente de falta à terra, como mencionado acima, irá atravessar todos os circuitos de detecção em cada painel no sistema em operação no momento em que a falha ocorrer. Pode-se esperar, portanto, que cada painel desse tipo desarme na falta à terra. Portanto, é essencial que o painel que alimenta o aparelho de falha seja impedido de ser energizado novamente para a falta.

Para esse propósito específico, é fornecido um circuito de observação que bloqueia o painel e impede que ele seja reiniciado até que a falha seja eliminada. Todos os outros painéis no sistema podem ser reiniciados imediatamente, limitando assim a interrupção da produção a um mínimo.

A Fig. 7.7 mostra o circuito básico de uma unidade de proteção em um painel de extremidade de entrada. Os contatos do relé de falta à terra estão normalmente abertos, de modo que o circuito piloto só pode ser concluído quando o relé estiver energizado. O relé é normalmente energizado por um secundário do transformador do circuito piloto através do amplificador eletrônico. Seus contatos, portanto, fecham e preparam o circuito piloto sempre que a energia é conectada ao barramento do painel.

Se ocorrer uma falha e a corrente fluir na impedância de detecção de falta, uma diferença de potencial surgirá na impedância. Essa diferença de potencial é aplicada ao amplificador eletrônico. A saída do amplificador interrompe o circuito do relé de falha à terra, de modo que o relé é desenergizado, seus contatos interrompem os circuitos piloto e o contator se abre.

O circuito elétrico de observação necessário para a discriminação paralela está incluído na Fig. 7.7. O circuito é disposto de modo que o enrolamento secundário do transformador seja conectado entre a impedância estratificada e a impedância de detecção de falha sempre que o contator estiver aberto. O método de fazer a conexão depende da fabricação da unidade. No diagrama, os contatos auxiliares operados pelo mecanismo do contator são mostrados.

Quando ocorre uma falha no cabo ou máquina de arrasto, um circuito é concluído assim que o contator se abre e a corrente flui na impedância de detecção de falta, exatamente como ocorreria se uma corrente de falta estivesse fluindo. Uma diferença de potencial é alimentada ao amplificador eletrônico que impede que o relé seja energizado e reinicializado.

Então, quando o bloqueio está em operação, a corrente está passando pela falha, que pode estar exposta. Por esta razão, o circuito de bloqueio deve ser intrinsecamente seguro. Quando o vazamento de terra tiver operado, uma trava mecânica entra em operação, travando a caixa de terminais de saída e só pode ser reinicializada por um eletricista com uma chave especial após a falha ter sido removida.