Correntes de fuga, correntes diferenciais residuais, faltas e a importância da detecção Aspectos de manutenção preditiva em sistemas de baixa tensão

jun, 2016

Edição 124 – Maio de 2016
Por José Starosta
 

 

 

 

A literatura técnica apresenta terminologias distintas para situações relacionadas às correntes de fuga. Também tratadas nem sempre de forma adequada e causando acaloradas discussões sobre esta terminologia, as correntes de falta, correntes de falha ou correntes diferenciais residuais indicam, em maior ou menor proporção, a passagem de corrente por caminhos além das fases e neutros considerados como “normais”, caracterizando situação de “defeito”. Para fins de facilidade de entendimento, trataremos esta corrente neste texto (sem o necessário rigor técnico) como “corrente de terra”.

 

Nas condições clássicas de defeito, as correntes de curto-circuito (entre fases) podem atingir valores da ordem de 20 vezes a nominal, quando a alimentação é efetuada, por exemplo, por um transformador de impedância de 5%. Outro ponto de preocupação é o arco elétrico que apesar de poder ocorrer em situação de correntes bem menores que as de curto circuito possuem grande capacidade de destruição pelos efeitos térmicos associados. A circulação de corrente de terra nestas circunstâncias de arco elétrico sempre está associada à ocorrência de defeito no isolamento de alguma parte do sistema elétrico, instalação ou equipamento.

 

Portanto, a circulação de corrente pelos condutores de proteção, pelas carcaças ou massas em geral merece especial atenção, tanto pelos aspectos de segurança de pessoas e animais, quanto pela preservação da segurança física destas instalações e equipamentos, além de redução de danos físicos em acidentes.

 

 

Os sistemas clássicos de proteção preveem a proteção desta “corrente de terra” com sistemas e dispositivos de proteção com ligação adequada dos sensores, como a instalação de um TC (toróide) no condutor que interliga o neutro de um transformador à malha de aterramento, ou ainda em outra configuração em que o TC abrace todos os condutores do circuito de alimentação (incluindo o neutro) que se deseja proteger. A corrente de terra ou diferencial residual, neste caso, é detectada e calculada pela soma vetorial das outras quatro: Idr=I1+I2+I3+In. Normalmente, os ajustes para a atuação desta proteção são da ordem de 10% a 30% da corrente nominal. Assim, um barramento blindado de 1000 A, como o ilustrado nas medições da Figura 1, a ser protegido contra a circulação de corrente de fuga, além das proteções de fase e neutro teria a atuação da proteção para correntes de circulação nos sistemas galvânicos não vivos a partir de 150 A (10% de 1500 A). As origens destas “correntes de terra” em instalações de baixa tensão podem ser as mais diversas, uma delas seria devido à existência de filtros nos sistemas de alimentação dos equipamentos eletrônicos e a consequente drenagem de corrente para terra em função das suas arquiteturas. Da mesma forma, os  DPSs também fazem circular correntes pelo aterramento. Outra possibilidade seria a ligação incorreta da alimentação de circuitos monofásicos com ligação a neutro e a inversão de funções de terra e neutro em algum ponto da instalação, caracterizando-se neste caso uma situação que poderia ser evitada se a instalação fosse adequadamente executada. Sistemas de retificação, como UPS e inversores de frequência, geram no espectro de corrente de alimentação, e mesmo de terra, a presença de componentes em corrente contínua.

 

A existência de deficiência na isolação é o ponto mais importante que se deseja detectar antes que os defeitos em componentes e instalações ocorram, causando acidentes e as paradas não previstas. Há de se prever que, em boa parte destas situações de falhas, existiria uma elevação gradual da corrente de fuga em função da perda gradual do isolamento até que houvesse a falha com a ocorrência do arco elétrico ou curto-circuito e a atuação da proteção de fases ou terra, se tudo ocorresse como previsto pelo estudo de seletividade e coordenação de proteção.

 

 

O que ora se propõe é a monitoração contínua não só das correntes de fase e neutro da carga, mas também desta “quinta corrente”, que seria a corrente de terra. Mesmo que os sistemas estejam adequadamente protegidos com a correta especificação e instalação de dispositivos capazes de atuar e proteger de forma coordenada, o sistema em questão será desligado até que a causa do defeito seja reparada, conforme já exposto. Em outras palavras, a monitoração contínua em tempo real permite que as falhas devidas à deterioração do isolamento sejam previstas e corrigidas a tempo, evitando os acidentes e, principalmente, as paradas em operação intempestiva em operação de manutenção preditiva.

 

A Figura 1 apresenta o comportamento das correntes de fase e de neutro, de terra eficaz e na frequência fundamental. A Figura 2 apresenta as correntes harmônicas mais representativas na corrente de terra (a fundamental, a segunda e terceira harmônica). A monitoração contínua da corrente de terra permite, mediante o prévio conhecimento do comportamento da instalação, a previsão da possível evolução de defeito na isolação (redução da isolação) com a mudança da característica destas correntes, definindo-se, então, as ações de manutenção preditiva, evitando a ocorrência de defeito. Esta atividade eleva significativamente a confiabilidade dos sistemas monitorados.


Figura 1 – Monitoração das correntes de fase (azul/verde/vermelho); neutro (cinza) e terra (marrom). Taxa de amostragem: 1024 amostras por ciclo e integração em ½ ciclo. Fonte: Ação Engenharia e Instalações Ltda.

 

 


Figura 2 – Avaliação da corrente de terra em 60 Hz, 120 Hz e 180 Hz. Fonte: Ação Engenharia e Instalações Ltda.

 

 

Notas e conclusões sobre a monitoração:

 

  • Na decomposição do espectro de corrente de terra, observa-se a presença de corrente fundamental e terceira harmônica, o que pode ser interpretado como inversão de ligações de neutro e terra, justificando parte desta corrente; 
  • Os valores da corrente de terra são da ordem de 8% da corrente das fases; 
  • Notaram-se alguns pulsos de corrente contínua na monitoração efetuada; 
  • A monitoração permite um melhor entendimento do efeito da corrente de terra/fuga na alimentação, permitindo melhor ajuste da proteção; 
  • Permite a melhor antecipação e mitigação de defeitos; 
  • Medições com instrumento IEC classe A, resolução 1024 amostras por ciclo, integração em meio ciclo.

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