Equipe de Engenharia de Aplicação da PEXTRON®
Sumário
A confiabilidade da abertura dos disjuntores de média tensão é fator crítico para a proteção de sistemas elétricos em cabines primárias. Este artigo aborda a importância do monitoramento da bobina de abertura e do circuito de disparo — elementos diretamente responsáveis pela atuação correta do disjuntor em situações de falha. A contínua supervisão desses componentes permite a detecção antecipada de defeitos como conexões soltas, bobinas abertas ou alimentação deficiente, evitando falhas de disparo e protegendo transformadores, cabos e demais equipamentos. A função ANSI 74, presente em relés de proteção digitais modernos, viabiliza essa supervisão sem a necessidade de dispositivos adicionais, contribuindo para o aumento da confiabilidade operacional, segurança e redução de custos com manutenções corretivas e paradas não planejadas. O artigo também discute a implementação prática da função e seus benefícios para concessionárias, consumidores e operadores do sistema elétrico.
1- Introdução
Em uma cabine primária de média tensão flui uma grande quantidade de energia elétrica e o disjuntor desempenha um papel crucial na proteção e no controle do sistema. Ele é projetado para suportar e interromper correntes elétricas elevadas, sendo capaz de abrir e fechar circuitos elétricos sob carga ou em condições de faltas, prevenindo danos aos equipamentos e garantindo a segurança das instalações e das pessoas.
A principal função do disjuntor de média tensão é proteger o sistema elétrico contra sobrecargas e curtos-circuitos. Em caso de falhas, o disjuntor interrompe o fluxo de corrente, evitando danos aos transformadores, cabos e outros equipamentos da cabine primária. Além disso, ele permite o seccionamento do circuito para manutenções e inspeções, garantindo a segurança dos profissionais envolvidos.
O processo de abertura de um disjuntor de média tensão pode ocorrer de duas formas principais:
● Por comando manual;
● Por atuação de um relé de proteção.
Ambas as formas visam interromper o fluxo de corrente elétrica, mas diferem no mecanismo de acionamento.
1.1 Abertura por Comando Manual:
Acionamento: Neste caso, um operador realiza a abertura do disjuntor através de um mecanismo manual, geralmente localizado no próprio painel da cabine primária. Esse mecanismo pode ser uma alavanca, um botão ou um sistema de manivela, dependendo do modelo do disjuntor.
Finalidade: A abertura manual é utilizada principalmente para realizar manutenções, inspeções ou manobras na rede elétrica. Permite o seccionamento do circuito para garantir a segurança dos profissionais durante os trabalhos.
1.2 Abertura por Relé de Proteção:
Detecção de Falhas: Relés de proteção são dispositivos eletrônicos que monitoram constantemente os parâmetros elétricos do sistema, como corrente e tensão. Quando o relé detecta uma condição de falta, como sobrecarga ou curto-circuito, ele envia um sinal de comando de abertura para o disjuntor.
Acionamento: O sinal do relé ativa um mecanismo de disparo no disjuntor, que libera a energia armazenada em molas ou outro sistema. Essa energia provoca a abertura dos contatos do disjuntor, interrompendo o fluxo de corrente.
Finalidade: A abertura por relé de proteção é fundamental para garantir a segurança e a integridade do sistema elétrico. Ele atua de forma rápida e automática, evitando danos aos equipamentos e minimizando o tempo de interrupção do fornecimento de energia.
Qualquer falha no sistema de abertura do disjuntor pode resultar em acidentes, danos a equipamentos e interrupções no fornecimento de energia para uma grande área.
1.3. Circuito de Disparo e a Bobina de Abertura:
Circuito de Disparo:
O circuito de disparo é um conjunto de componentes eletrônicos e elétricos que tem a função de enviar um sinal de comando para a bobina de abertura do disjuntor. Ele atua como um “intermediário” entre o relé de proteção e o disjuntor, garantindo que o sinal de abertura seja enviado de forma precisa e confiável. Quando um relé de proteção detecta uma falha, ele fecha seus contatos, enviando um sinal para o circuito de disparo, que por sua vez, amplifica o sinal e o envia para a bobina de abertura do disjuntor.
O circuito de disparo deve ser confiável, pois é ele que garante que o disjuntor seja aberto em caso de falhas.
Bobina de Abertura:
A bobina de abertura é um dispositivo eletromagnético que converte um sinal elétrico em um movimento mecânico. Quando energizada, ela aciona o mecanismo de disparo do disjuntor, liberando a energia armazenada e abrindo os contatos principais.
Quando o circuito de disparo envia um sinal, a corrente elétrica flui pela bobina de abertura, sendo gerado um campo magnético que atrai um êmbolo. O movimento do êmbolo aciona o mecanismo de disparo, liberando as molas ou atuadores que abrem os contatos principais do disjuntor.
A bobina de abertura é projetada para atuar de forma rápida e confiável, garantindo que o disjuntor seja aberto em milissegundos.
Se a bobina estiver com problemas, o disjuntor pode não abrir corretamente quando necessário, o que pode comprometer a segurança e a operação do sistema.
“O circuito de disparo é responsável por receber o sinal dos relés de proteção e enviá-lo para a bobina de abertura, já a bobina de abertura converte o sinal elétrico em movimento mecânico, acionando o mecanismo de disparo do disjuntor.”
Esses dois componentes trabalham em conjunto para garantir a proteção do sistema elétrico, interrompendo o fluxo de corrente em caso de falhas.
O correto funcionamento dos disjuntores é essencial para a proteção e a confiabilidade dos sistemas elétricos. A bobina de abertura e o circuito de disparo são elementos fundamentais para garantir que os disjuntores atuem de maneira eficiente em situações de falha.
2- Importância do Monitoramento do Circuito de Disparo de Disjuntores:
Já foi citado que o circuito de disparo de um disjuntor é responsável por garantir a atuação rápida e segura do equipamento em caso de alguma falta no sistema elétrico de média tensão. Esse circuito inclui a bobina de abertura, que converte o comando elétrico em uma ação mecânica para abrir o disjuntor.
A supervisão contínua desse circuito permite a identificação antecipada de falhas, antes que ocorra uma situação crítica, assegurando que o disjuntor abrirá quando for comandado.
Típicos defeitos são:
● Interrupções na fiação ou conexões soltas;
● Bobina de abertura queimada ou com resistência elevada (circuito aberto);
● Problemas na fonte de alimentação do circuito de disparo;
● Ação retardada ou ineficaz do disjuntor em situações de falhas.
A falha no disparo do disjuntor, pode levar a um atraso na sua abertura em situações de sobrecarga ou curto-circuito. Esse atraso pode resultar em sobrecarga de outros equipamentos, como transformadores, chaves seccionadoras e cabos, além de sobreaquecimento e falhas mecânicas.
O monitoramento contínuo evita que esses problemas se acumulem e causem danos maiores e a implementação de sistemas de monitoramento permite detectar essas anomalias antes que comprometam a operação do sistema elétrico.
Essa função de monitoramento já é inerente aos modernos relés de proteção digitais e é de fácil implementação. É como se fosse um dispositivo adicional que vigia a situação do disjuntor e avisa o operador caso haja algum problema no circuito de abertura do equipamento.
A figura 3 abaixo ilustra o funcionamento do esquema:
Geralmente esta função não é especificada pelos projetistas e não consta como obrigatória nas normas das concessionárias de energia, porém é de fundamental importância a sua implementação no sentido de aumentar a segurança e a confiabilidade do sistema elétrico sem custos adicionais.
Os principais benefícios da implementação da função ANSI 74 estão listados abaixo:
● Aumento da Confiabilidade Operacional: A detecção de falhas na bobina ou no circuito de disparo evita a inoperância dos disjuntores em momentos críticos;
● Redução do Tempo de Manutenção: Monitoramento contínuo facilita a manutenção preditiva, reduzindo o tempo necessário para diagnósticos e reparos;
● Prevenção de Falhas Graves: A falha de um disjuntor pode levar a curtos-circuitos prolongados e danos a equipamentos sensíveis;
● Maior Segurança para a Operação e Manutenção: Evita riscos de operação inadequada do disjuntor, protegendo equipamentos e operadores;
● Diminuição de Custos com Paradas Não Planejadas: A antecipação de falhas evita desligamentos imprevistos que podem impactar a produção industrial e a distribuição de energia.
“Monitorar a bobina de abertura e o circuito de disparo significa evitar falhas inesperadas e garantir que o sistema de proteção atue no momento certo.”
Com o monitoramento ativo, pode-se identificar e corrigir problemas de forma antecipada, evitando custos elevados com reparos ou substituições de equipamentos e garantindo que o sistema opere dentro dos limites seguros.
As normas técnicas e regulamentações do setor elétrico exigem que os disjuntores de cabines primárias sejam capazes de operar corretamente sob diversas condições de falhas. O monitoramento da bobina de abertura e circuito de disparo de disjuntor, faz parte de um conjunto de medidas que garantem que o sistema de proteção esteja operando conforme os requisitos de segurança e confiabilidade, como aqueles estabelecidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
O cumprimento dessas normas é essencial para evitar penalidades, garantir a operação segura do sistema e assegurar que haja atendimento às expectativas regulatórias e dos consumidores.
3-Implementação do Monitoramento da Bobina de Abertura e do Circuito de Disparo em Disjuntores de Cabines Primárias:
A ativação dessa função também ajuda a concessionária de energia a manter altos padrões de qualidade no fornecimento de energia, o que é fundamental para garantir a satisfação do consumidor e evitar problemas de regulamentação relacionados aos indicadores de qualidade, como os índices DEC (Duração Equivalente de Interrupção por Consumidor) e FEC (Frequência Equivalente de Interrupção por Consumidor).
A implementação do monitoramento da bobina de abertura e do circuito de disparo pode ser realizada por meio de modernos relés de proteção, que permitem:
● Supervisão contínua da integridade da bobina de abertura;
● Diagnóstico preventivo de falhas no circuito de disparo;
● Geração de alarmes em caso de anomalias;
● Registro de eventos para análise posterior e otimização da manutenção.
Esses recursos garantem que o disjuntor esteja sempre pronto para atuar no momento necessário, reduzindo riscos operacionais e melhorando a confiabilidade do sistema elétrico.
“A confiabilidade do sistema de proteção começa pela supervisão do circuito de disparo. Sem isso, o risco de falha cresce exponencialmente.”
Para implementar esta funcionalidade nos relés PEXTRON®, basta habilitar esta função que já vem inserida no firmware do relé. Numa eventual falha na bobina de abertura ou no circuito de disparo, o relé gera comandos para manutenção preventiva,evitando que a falha seja descoberta somente durante uma situação de emergência, como um curto-circuito ou sobrecarga. Geralmente as saídas são alarme no display, contato de saída (a ser definido pelo projetista), mensagem via protocolo de comunicação serial, além do bloqueio do comando de abertura do disjuntor.
4-Conclusão
A supervisão da bobina de abertura e do circuito de disparo de disjuntores é essencial para garantir a operação confiável e segura dos sistemas elétricos. A adoção de um contínuo monitoramento possibilita a detecção antecipada de falhas, evitando danos a equipamentos e reduzindo riscos operacionais.
O uso desse esquema de supervisão através modernos relés de proteção não apenas evita falhas catastróficas, mas também melhora a eficiência da manutenção e reduz custos com paradas não planejadas. Implementar esse monitoramento significa investir na segurança, na confiabilidade e na continuidade da operação elétrica.