Técnicas de seletividade

As diferentes técnicas de seletividade, também do ponto de vista operacional

A seletividade (discriminação) é obtida pelos dispositivos automáticos de proteção quando uma falha é mitigada pelo dispositivo de proteção instalado imediatamente a jusante da mesma, enquanto todos os demais dispositivos de proteção permanecem não afetados.

Duas áreas podem ser definidas dependendo das faixas de corrente e curvas de disparo dos disjuntores:

In < I < 8÷10 x In

Zona de sobrecarga

Na qual a proteção térmica das unidades de disparo termomagnéticas e a proteção L das unidades de disparo eletrônicas são normalmente instadas a disparar.

I ≥ 8÷10 x In

Zona de curto

Na qual a proteção magnética das unidades de disparo termomagnéticas e as proteções S, D e I das unidades de disparo de estado sólido são normalmente instadas a disparar.

Diferentes técnicas de seletividade são associadas a essas duas zonas.

Seletividade por tempo-corrente

Seletividade por corrente

Seletividade no tempo

Seletividade em energia

Seletividade por zona

Seletividade por tempo-corrente

Introdução

Em termos operacionais

As proteções contra sobrecarga, em geral, têm uma característica temporal definida, quer sejam executadas por unidade de disparo térmica ou por função L de unidade de disparo eletrônica.
Por característica temporal definida, queremos dizer uma característica de disparo segundo a qual, com o aumento da corrente, o tempo até o disparo do disjuntor diminui.

Quando as proteções utilizadas apresentam esse tipo de característica, a técnica de seletividade utilizada é a seletividade por tempo-corrente.
A seletividade por tempo-corrente implementa a seletividade do disparo, ajustando as proteções de forma que a proteção pelo lado da carga dispare mais rápido que o disjuntor do lado da alimentação, para qualquer valor de corrente.

Os seguintes fatores devem ser considerados na análise dos tempos de disparo dos dois disjuntores:

As tolerâncias sobre os limiares e tempos de disparo;
As correntes reais circulando pelos disjuntores.

Com relação às tolerâncias, o SACE da ABB disponibiliza as curvas de disparo de suas unidades de disparo nos catálogos técnicos e no software DOCWin. Em especial, no módulo de curvas do DOCWin, as curvas das unidades de disparo eletrônicas e termomagnéticas incluem os valores de tolerância. Com isso, o disparo de uma unidade de proteção é representado por duas curvas: uma ilustrando os tempos de disparo mais longos (curva superior) e a outra os mais curtos (curva inferior).

Para uma análise correta da seletividade é preciso considerar as piores condições, ou seja:

disparo do disjuntor do lado da alimentação, segundo a respectiva curva inferior,

disparo do disjuntor pelo lado da carga, segundo a respectiva curva superior.

Em relação às correntes reais circulando pelos disjuntores:

se dois disjuntores são percorridos pela mesma corrente, basta que não haja superposição entre a curva do disjuntor do lado da fonte e a do disjuntor do lado da carga;

se dois disjuntores são percorridos por correntes distintas é preciso escolher uma série de pontos significativos nas curvas tempo-corrente e conferir se os tempos de disparo da proteção do lado da alimentação são sempre superiores aos tempos correspondentes na proteção do lado da carga.

Em particular, no caso de disjuntores equipados com unidades de disparo eletrônicas, uma vez que a tendência das curvas é de I2t=constante, para uma verificação apropriada basta examinar dois valores de correntes:

1.05 x I1¹ no disjuntor do lado da alimentação (valor abaixo do qual a proteção do lado da alimentação nunca dispara)

1.20XI3 (ou I2)² no disjuntor do lado da carga (valor acima do qual a proteção do lado da carga sempre dispara as proteções contra curto circuito).

1.05 x I1¹ no disjuntor do lado da alimentação
Assumindo-se I_A =1.05xI1, e a partir do que foi dito em relação às correntes reais circulando pelos disjuntores, calculamos a corrente IB pelo lado da carga.

Os tempos de disparo dos dois dispositivos são obtidos a partir das curvas tempo-corrente.

Se a desigualdade a seguir for verdadeira para os dois pontos considerados:
tA > tB
a seletividade na zona de sobrecarga estará garantida.

Na figura ao lado foi considerada a hipótese de absorção de corrente de outras cargas.

1.20XI3 (ou I2) no disjuntor do lado da carga
Assumindo-se IB = 1.20XI3 (ou I2), a corrente IA no lado da alimentação é obtida da mesma forma, e os tempos de disparo dos dois dispositivos são obtidos a partir das respectivas curvas tempo-corrente.

1.05 é o valor mínimo definido para não intervenção, segundo a norma IEC60947-2. Esse valor pode variar para alguns tipos de disjuntores.
(consulte o catálogo técnico para maiores informações).
1.2 é o valor máximo definido para intervenção da proteção contra curto definido na norma IEC60947-2. Esse valor pode ser menor para alguns tipos de disjuntores.
(consulte o catálogo técnico para maiores informações).

Seletividade por corrente

Introdução

Em termos operacionais

Esse tipo de seletividade tem por base a observação de que, quanto mais próximo o ponto da falha estiver do lado da alimentação da instalação, maior será a corrente de curto. Por isso, é possível discriminar a zona em que a falha ocorre, configurando as proteções instantâneas para diferentes valores de corrente.

Normalmente é possível obter seletividade total em casos específicos, nos quais a corrente de falha não é elevada e há um componente de alta impedância interposto entre as duas proteções (transformador, cabo muito longo ou cabo de seção transversal reduzida) e, consequentemente, há uma grande diferença entre os valores das correntes de curto.

Por isso, esse tipo de coordenação é usado preferivelmente aos demais na distribuição final (baixas correntes nominais e de curto e altas impedâncias dos cabos de conexão). As curvas tempo-corrente de disparo dos dispositivos costumam ser usadas neste estudo.
Ele é intrinsecamente rápido (instantâneo), fácil de executar e econômico.

Entretanto:

A corrente de seletividade fina costuma ser baixa e, portanto, a seletividade é frequentemente parcial;
O nível de configuração das proteções contra sobrecorrente sobe rapidamente;
É impossível obter redundância para as proteções, o que garantiria a rápida resolução da falha, em caso de falha na operação de uma das proteções.

Esse tipo de seletividade também pode ser executado entre disjuntores de mesmo tamanho que não proporcionem proteção contra sobrecorrente sem atraso no tempo (S).

A proteção contra curto do disjuntor pelo lado da alimentação A deve ser configurada a um valor que não dispare, em caso de falhas, pelo lado da carga da proteção B.
(No exemplo da figura I3_minA > 1kA)

A proteção do disjuntor do lado da carga B deve ser configurada de forma a disparar, em caso de falhas, em seu lado da carga.
(No exemplo da figura I3_MaxB < 1kA)

Obviamente, a configuração das proteções deve levar em conta as correntes reais que circulam pelos disjuntores.

Observação

Esse limite de seletividade, associado ao limiar magnético do disjuntor no lado da alimentação, é excedido sempre que se implementar seletividade do tipo por energia. Respeitadas as configurações indicadas para seletividade por energia, para as combinações de disjuntores com valor de seletividade por energia apresentado nas tabelas de coordenação publicadas pela ABB, o limite de seletividade a se considerar é aquele dado pelas tabelas, não aquele obtido a partir da fórmula mencionada supra.

O valor final de seletividade que pode ser obtido é igual ao limiar de disparo instantâneo da proteção pelo lado da alimentação, menos qualquer valor de tolerância.
Is = I3_minA

Seletividade no tempo

Introdução

Em termos operacionais

Esse tipo de seletividade é um desenvolvimento do anterior. Para esse tipo de coordenação define-se, além do limiar de corrente para disparo, um tempo de disparo: um determinado valor de corrente dispara as proteções depois de um atraso definido, por exemplo, para permitir o disparo de qualquer proteção mais próxima à falha excluindo a área da falha.
Assim, a estratégia de configuração é aumentar gradualmente os limiares de corrente e tempos de disparo, conforme se chega mais perto das fontes de alimentação (nível de configuração diretamente correlacionado ao nível hierárquico).
Os limiares de disparo com atraso, devem levar em conta as tolerâncias dos dois dispositivos de proteção e as correntes reais passando pelos mesmos.

A diferença entre os atrasos configurados para as proteções em série, deve considerar os tempos para detecção de falha e resolução do dispositivo no lado da carga e o tempo de inércia (sobrepasso) do dispositivo pelo lado da alimentação (intervalo de tempo no qual a proteção pode disparar mesmo depois de encerrado o fenômeno). Como no caso da seletividade por corrente, o estudo se faz comparando as curvas tempo-corrente de disparo dos dispositivos de proteção.

Em termos gerais, esse tipo de coordenação:

é fácil de estudar e executar;
não é muito caro em termos de sistema de proteção;
permite obter valores de seletividade ainda maiores (se Icw for alta);
permite redundância das funções de proteção.

Entretanto:

os tempos de disparo e os níveis de energia que se permite circular pelas proteções, em especial pelas mais próximas às fontes, são altos.

Esse tipo de seletividade pode ser igualmente executado entre disjuntores do mesmo tamanho, equipados com unidades de disparo eletrônicas, que proporcionem proteção contra sobrecorrente com tempo de atraso.

As proteções contra curto dos dois disjuntores serão configuradas:

Com os limiares de disparo I₂ contra curto com atraso configurados de forma que não cause superposição de disparos, considerando as tolerâncias e as correntes reais circulando pelos disjuntores;
Com tempos de disparo t₂ configurados para que o disjuntor B do lado da carga resolva a falha, enquanto o disjuntor A do lado da alimentação, ainda em sua fase de temporização, consiga "perceber" a extinção da corrente e, com isso, permanecer fechado.

O limite último de seletividade obtido é igual a:

O limiar instantâneo de disparo da proteção do lado da alimentação, quando essa função estiver habilitada, menos a tolerância (se houver):
Is = I3_minA
O valor Icw dos disjuntores em ar do lado da alimentação, se a função de proteção instantânea estiver DESLIGADA.

Observação
Esses limites de seletividade sempre serão excedidos quando se executar seletividade por energia.
Se as configurações indicadas para seletividade por energia forem respeitadas para a combinação de disjuntores com valor de seletividade por energia dado nas tabelas de coordenação elaboradas pela ABB, o limite de seletividade a considerar será aquele das tabelas, e não o que se pode obter a partir das considerações neste parágrafo.

Seletividade em energia

Introdução

Em termos operacionais

A coordenação do tipo por energia é um tipo particular de seletividade, que explora as características limitadoras de corrente dos disjuntores em caixa moldada. Lembre-se que, um disjuntor limitador de corrente é "um disjuntor com tempo de interrupção curto o bastante para evitar que a corrente de curto atinja aquele valor de pico que atingiria de outra forma", de acordo com a norma IEC 60947-2.
De fato, todos os disjuntores em caixa moldada ABB SACE da série Tmax, os disjuntores miniatura e os disjuntores limitadores de corrente em ar E2L e E3L, têm características de limitação de corrente mais ou menos acentuadas. Sob condição de curto, esses disjuntores são extremamente rápidos (tempos de disparo na faixa dos milissegundos) e abrem na presença de componentes assimétricas intensas. Por isso, é impossível usar as curvas de disparo tempo-corrente dos disjuntores, obtidas com formas de onda sinusoidais simétricas, para o estudo de coordenação..

Esses fenômenos são, principalmente, dinâmicos (te, por isso, proporcionais ao quadrado do valor instantâneo da corrente) e dependem fortemente da interação entre os dois dispositivos em série. Por isso, o usuário final não pode determinar os valores de seletividade por energia. Os fabricantes fornecem tabelas, réguas de cálculo e programas de cálculo, que dão os valores definitivos de seletividade em corrente de Is sob condições de curto, para diferentes combinações de disjuntores. Esses valores são definidos pela integração teórica dos resultados dos testes executados em conformidade com as prescrições sob o Anexo A da Norma IEC 60947-2.

As proteções contra curto dos dois disjuntores obedecerão as condições abaixo.

unidade de disparo termomagnético pelo lado da alimentação

unidade de disparo eletrônica pelo lado da alimentação

I₃=OFF

O limite final de seletividade obtido é aquele dado nas tabelas que a ABB SACE disponibiliza para seus clientes.

Seletividade por zona

Introdução

Em termos operacionais

Esse tipo de coordenação é um desenvolvimento da coordenação por tempo.
Em geral a seletividade por zona é executada mediante diálogo entre os dispositivos medidores de corrente que, uma vez detectando que foi ultrapassado o limiar configurado, permitem a correta identificação da zona da falha e o corte da alimentação à falha.

Isso pode ser feito de duas formas:

Os dispositivos de medida enviam a informação de ultrapassagem do limiar de corrente configurado a um sistema supervisório, que identifica qual proteção intervirá;
Quando os valores de corrente excederem os valores configurados, cada proteção enviará um sinal de trava, através de uma conexão direta ou um barramento a um nível de proteção hierarquicamente superior (pelo lado da alimentação em relação à direção do fluxo de potência) e, antes de intervir, verifica que um sinal de trava similar não chegou a partir da proteção pelo lado da carga. Com isso, apenas a proteção imediatamente ao lado da falha irá disparar.

Essa segunda forma garante, sem dúvida, tempos de disparo mais curtos. Comparada a uma coordenação por tempo, deixa de ser necessário aumentar o atraso intencional, conforme se avança rumo à fonte de alimentação. O atraso pode ser reduzido ao tempo necessário para excluir a presença de um possível sinal de trava proveniente da proteção pelo lado da carga.
Esse tipo de seletividade é apropriado para redes radiais e, quando associado a uma proteção direcional, também para as redes em malha.

Comparada à coordenação por tempo, a seletividade por zona permite:

reduzir os tempos de disparo (podem ser menores que cem milissegundos);
reduzir os danos causados pela falha e as interferências no sistema de alimentação;
reduzir os estresses térmicos e dinâmicos sobre os componentes da instalação;
uma quantidade muito grande de níveis de seletividade.

Entretanto:

é mais onerosa, tanto em termos de custo, quanto no que tange à complexidade da instalação;
requer fonte de alimentação auxiliar.

Como resultado, essa solução é usada, principalmente, em sistemas com valores elevados de corrente nominal e de curto em fortes exigências de segurança e continuidade das operações. Em especial, exemplos de seletividade lógica são encontrados com frequência nos equipamentos de manobra da distribuição primária, próximos ao lado da carga de geradores e transformadores.

É possível executar esse tipo de seletividade:

entre disjuntores em ar Emax 2 equipados com unidades de disparo Ekip Touch ou Ekip Hi-Touch.
O limite último de seletividade possível é igual ao valor de Icw
Is = Icw

entre disjuntores em caixa moldada Tmax T4L, T5L ou T6L, equipados com unidades de disparo PR223 EF
O limite último de seletividade possível é igual a 100 kA
Is = 100kA

Assim, é possível, através de módulo de contato S51/P1, fazer uma cadeia de seletividade por zona, entre Tmax e Emax 2. Também é possível executar uma cadeia de seletividade, incluindo proteções ABB para média tensão.

Princípio de operação da seletividade por zona entre disjuntores da ABB:

Na presença de correntes acima dos valores configurados correspondentes, cada proteção envia um sinal de bloqueio (via conexão direta ou barramento) para a proteção de nível hierárquico superior (pelo lado da alimentação em relação à direção do fluxo de potência) e, antes de disparar, confere se chegou um sinal de bloqueio análogo da parte da proteção pelo lado da carga. Assim, só a proteção imediatamente ao lado da alimentação da falha dispara.

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Definições principais

Material técnico

Requisitos normativos

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