As falhas no sistema de potência causam sobrecorrente, subtensão, desequilíbrio das fases, potência invertida e surtos de alta tensão. Isto resulta na interrupção do funcionamento normal da rede, falha de equipamentos, incêndios elétricos, etc.

As redes do sistema de potência são protegidas com equipamentos de proteção de interruptores, tais como disjuntores e relés, a fim de limitar a perda de serviço devido às falhas elétricas.

Tipos de Falhas

Falhas elétricas em sistemas de potência trifásicos classificados principalmente em dois tipos, a saber, falhas de circuito aberto e curto-circuito. Além disso, estas falhas podem ser simétricas ou não simétricas. Vamos discutir estas falhas em detalhe.

Falhas de Circuito Aberto

Estas falhas ocorrem devido à falha de um ou mais condutores. A figura abaixo ilustra as falhas de circuito aberto para uma, duas e três fases (ou condutores) em estado aberto.

As causas mais comuns dessas falhas incluem falhas nas juntas de cabos e linhas aéreas, e falha de uma ou mais fases do disjuntor e também devido ao derretimento de um fusível ou condutor em uma ou mais fases.

As falhas de circuito aberto também são chamadas de falhas em série. São falhas do tipo assimétrico ou desequilibrado, exceto falha em aberto trifásico.

Considerar que uma linha de transmissão está trabalhando com uma carga balanceada antes da ocorrência de falha em circuito aberto. Se uma das fases se funde, a carga real do alternador é reduzida e isto provoca um aumento da aceleração do alternador, que corre a uma velocidade ligeiramente superior à velocidade síncrona. Este excesso de velocidade provoca sobretensões noutras linhas de transmissão.

Assim, as condições de abertura monofásica e bifásica podem produzir o desequilíbrio das tensões e correntes do sistema de potência que provoca grandes danos nos equipamentos.

Causas

Condutor avariado e mau funcionamento do disjuntor em uma ou mais fases.

Efeitos

• Funcionamento normal do sistema
• Perigo para o pessoal e animais
• Exceder as tensões além dos valores normais em certas partes da rede, o que leva a falhas de isolamento e ao desenvolvimento de falhas de curto-circuito.

Pesar de as falhas de circuito aberto poderem ser toleradas por períodos mais longos do que as falhas de curto-circuito, estas devem ser removidas o mais cedo possível para reduzir os maiores danos.

Falhas de curto-circuito

Um curto-circuito pode ser definido como uma ligação anormal de impedância muito baixa entre dois pontos de potencial diferente, seja intencional ou acidental.

Estas são as falhas mais comuns e graves, resultando no fluxo de correntes altas anormais através do equipamento ou linhas de transmissão. Se estas falhas persistirem mesmo que por um curto período de tempo, provocam danos extensos ao equipamento.

Falhas de curto circuito também são chamadas de falhas de derivação. Estas falhas são causadas pela falha de isolamento entre condutores de fase ou entre condutores de terra e de fase ou ambos.

As várias condições possíveis de falha de curto-circuito incluem três falhas de fase para terra, três falhas de fase para terra, fase para fase, fase simples para terra, duas falhas de fase para terra e fase para fase mais uma falha de fase simples para terra, como mostrado na figura.

As três falhas de fase para terra e três falhas de fase para terra são equilibradas ou simétricas, enquanto as outras falhas restantes são falhas assimétricas.

Causas

Pode ser devido a efeitos internos ou externos

• Efeitos internos incluem avarias nas linhas ou equipamentos de transmissão, envelhecimento do isolamento, deterioração do isolamento no gerador, transformador e outros equipamentos eléctricos, instalações inadequadas e design inadequado.
• Efeitos externos incluem sobrecarga de equipamentos, avarias no isolamento devido a picos de iluminação e danos mecânicos por parte do público.

Efeitos

• Falhas de anel podem levar ao fogo e explosão em equipamentos como transformadores e disjuntores.
• Correntes anormais provocam o superaquecimento dos equipamentos, o que leva à redução da vida útil de seu isolamento.
• As tensões de operação do sistema podem ir abaixo ou acima de seus valores de aceitação, o que cria um efeito prejudicial ao serviço prestado pelo sistema de energia.
• O fluxo de potência é severamente restrito ou mesmo completamente bloqueado enquanto a falha de curto-circuito persistir.

Falhas simétricas e assimétricas

Como discutido acima, as falhas são principalmente classificadas em falhas de circuito aberto e curto-circuito e novamente estas podem ser simétricas ou não simétricas.

Falhas simétricas

Uma falha simétrica dá origem a correntes de falha simétricas que são deslocadas com 1200 uma à outra. A falha simétrica também é chamada de falha equilibrada. Esta falha ocorre quando todas as três fases estão simultaneamente em curto-circuito.

Estas falhas raramente ocorrem na prática, em comparação com as falhas não simétricas. Dois tipos de falhas simétricas incluem de linha a linha (L-L-L) e de linha a linha até o solo (L-L-L-G) como mostrado na figura abaixo.

Uma ocorrência aproximada de falhas simétricas está na faixa de 2 a 5% do total de falhas do sistema. Entretanto, se estas falhas ocorrerem, elas causam um dano muito severo aos equipamentos, mesmo que o sistema permaneça em condições de equilíbrio.

A análise destas falhas é necessária para selecionar a capacidade de ruptura dos disjuntores, escolhendo relés de fase de ajuste e outros dispositivos de proteção. Estas falhas são analisadas por fase utilizando a matriz de impedância do bus ou o teorema de Thevenins.

Falhas assimétricas

As falhas mais comuns que ocorrem na rede do sistema de energia são as falhas assimétricas. Este tipo de falha dá origem a correntes de falha não simétricas (com magnitudes diferentes com deslocamento de fase desigual). Estas falhas também são chamadas de falhas assimétricas, pois causam correntes assimétricas no sistema.

Para a discussão acima, as falhas assimétricas incluem tanto as falhas de circuito aberto (estado aberto monofásico e bifásico) como as falhas de curto-circuito (excluindo L-L-L-G e L-L-L-L).

A figura abaixo mostra os três tipos de falhas simétricas ocorridas devido às condições de curto-circuito, nomeadamente falha de fase ou de linha para terra (L-G), falha de fase para fase (L-L) e falha de linha dupla para terra (L-L-G).

Uma falha simples de linha para terra (LG) é uma das falhas mais comuns e as experiências mostram que 70-80 por cento das falhas que ocorrem no sistema eléctrico são deste tipo. Isto forma um caminho de curto circuito entre a linha e a terra. Estas são falhas muito menos graves em comparação com outras falhas.

Uma falha linha a linha ocorre quando um condutor sob tensão entra em contacto com outro condutor sob tensão. Ventos fortes são a principal causa desta falha durante a qual os osciladores dos condutores aéreos podem tocar juntos. Estas são falhas menos graves e o seu intervalo de ocorrência pode situar-se entre 15-20%.

Em falhas duplas de linha para terra, duas linhas entram em contacto uma com a outra, bem como com a terra. Estas são falhas graves e a ocorrência destas falhas é de cerca de 10% quando comparadas com as falhas totais do sistema.

Falhas assimétricas são analisadas usando métodos de componentes assimétricos para determinar a tensão e correntes em todas as partes do sistema. A análise destas falhas é mais difícil em comparação com as falhas simétricas.

Esta análise é necessária para determinar o tamanho de um disjuntor para a maior corrente de curto-circuito. A maior corrente geralmente ocorre para falha L-G ou L-L.

Dispositivos de proteção contra falhas

Quando a falha ocorre em qualquer parte do sistema, ela deve ser liberada em um período muito curto para evitar maiores danos aos equipamentos e pessoal e também para evitar a interrupção de energia para os clientes.

O sistema de compensação de falhas utiliza vários dispositivos de proteção como relés e disjuntores para detectar e eliminar a falha.
Alguns destes dispositivos de compensação de falhas ou limitadores de falhas são apresentados abaixo.

Fusível

Abrir o circuito sempre que existe uma falha no sistema. Consiste num fio fino de cobre fechado num vidro ou num invólucro com dois contactos metálicos. A alta corrente de defeito aumenta a temperatura do fio e, portanto, derrete. Um fusível requer a substituição manual do fio cada vez que sopra.

Fusível

Disjuntor

É o dispositivo de protecção mais comum que pode fazer ou partir o circuito manualmente ou através de controlo remoto em condições normais de funcionamento.

Existem vários tipos de disjuntores disponíveis dependendo da tensão de funcionamento, incluindo disjuntores de freio a ar, óleo, vácuo e SF6. Para mais informações sobre disjuntores, siga o link anexado.