Proteção de Sistemas Elétricos - Apostilas -  Engenharia Eletrônica_Part2, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
Salome_di_Bahia
Salome_di_Bahia11 de junho de 2013

Proteção de Sistemas Elétricos - Apostilas - Engenharia Eletrônica_Part2, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

PDF (586 KB)
45 páginas
11Números de download
1000+Número de visitas
Descrição
Apostilas de Engenharia Eletrônica sobre o estudo da Proteção de Sistemas Elétricos, Funções básicas de um sistema de proteção, Propriedades básicas de um sistema de proteção, Níveis de atuação de um sistema de proteção,...
20 pontos
Pontos de download necessários para baixar
este documento
baixar o documento
Pré-visualização3 páginas / 45

Esta é apenas uma pré-visualização

3 shown on 45 pages

baixar o documento

Esta é apenas uma pré-visualização

3 shown on 45 pages

baixar o documento

Esta é apenas uma pré-visualização

3 shown on 45 pages

baixar o documento

Esta é apenas uma pré-visualização

3 shown on 45 pages

baixar o documento

4-8

Por segurança, a faixa de coordenação não deve incluir as correntes dos pontos limites (I1 e I2 ), conforme pode ser observado na Fig. 4.7. 4.4 Coordenação religador x elo-fusível do lado da fonte Esta situação é mais freqüente em subestações de distribuição, onde as saídas são equipadas com religadores e a proteção do transformador é feita com elo-fusível de força, no primário do mesmo (Fig. 4.8). Neste caso, a coordenação está garantida quando: a) O tempo mínimo de fusão do elo-fusível for maior que o tempo de abertura do religador (curva retardada) multiplicada pelo fator (k), para o curto-circuito trifásico no ponto de instalação do religador (Fig. 4.9).

t FUS. > k x t ABERT. OP. RET. (4.11) Onde k , é o fator que leva em conta a elevação da temperatura do elo-fusível durante os intervalos de tempos de abertura rápida do religador. É comum considerar: k=1,8 para 2 operações rápidas + 2 retardadas; k=2,0 para 1 operação rápida + 3 retardadas.

t(s)

Fig. 4.7 – Coordenograma: religador x elo-fusível do lado da carga

I (A)

B

A

k x A

Elo-fusível S1

Curva de recozimento de condutor

k x tA

tB

Curva de fusão

Curva de interrupção

tA

I1 I2

Faixa de coordenação

• •

Faixa de seletividade Faixa de descoordenação

4-9

t(s)

Fig. 4.9 – Coordenograma: religador x elo-fusível do lado da fonte

I (A)

B

I CURTO 3 φ NO PONTO DE INSTAL . DO RELIG .

Elo-fusível de força

Curva de limite térmico de transformador

A

k x B

tFUSÃO

Fig. 4.8 – Elo-fusível protegendo o transformador e religadores nas saídas dos alimentadores

R I

S 1

S 2

R

R

S

Elo-fusível de força

4-10

4.5 Coordenação relé x religador É comum a realização desse estudo em duas situações: relés como proteção geral de um barramento do qual derivam vários alimentadores protegidos por religadores (Fig. 4.10) ou , no caso de relés ligados à saída de alimentador e religador conectado a jusante (Fig. 4.11). Esta última situação, é menos provável. A coordenação relé x religador está assegurada quando as seguites critérios são satisfeitos: 1o ) A curva de tempo do relé estiver mais de 0,2 s acima da curva retardada do religador (Fig. 4.12), para todos os valores de corrente de curto-circuito na zona de proteção do religador.

tATUAÇÃO, RELÉ > tDISP. RETARD. RELIG. + 0,2s (4.12) 2o ) A soma dos avanços do relé, em porcento, durante as operações de disparo do religador, menos os rearmes do relé, em porcento, durante os intervalos de religamento do religador, for inferior a 80% .

É importante ressaltar que este critério só deve ser verificado quando o tempo de rearme ou restabelecimento do relé é considerável.

R D

R

S 1

S 2

S 3

I

Fig. 4.11 – Relés na saída do alimentador e religador a jusante

Fig. 4.10 – Relés como proteção de retaguarda para os religadores

R I

S 1

S 2

R

R

R

D

4-11

Para melhor entendimento, considere-se o caso da Fig. 4.10, em que os relés de fase do disjuntor e o sensores de fase do religador estão ajustados, por exemplo, nas curvas5 , A e B, respectivamente, dadas na Fig. 4.12. 1a Critério : De acordo com as curvas está atendido. 2a Critério : A verificação deste, é feita como a seguir: Considerando os relés eletromecânicos e ajustados na curva 5, será arbitrado um tempo de rearme ou restabelecimento igual a 10 s : tREARME RELÉ = 10 s Para um curto-circuito trifásico de 1200 A, das curvas, têm-se: tATUAÇÃO RELÉ = 0,60 s ; tDISP. INST. RELIG. = 0,1 s ; tDIP. RETARD. RELIG.=0,3 s

∆t=0,30 s , no ponto mais crítico

0,30

0,60

1200 I (A)

t(s)

0,10

Fig. 4.12 – Coordenograma : relé x religador

• •

A

B

5

t (s)

I (A)

ICARGA

1200

Fig. 4.13 – Seqüência de operação do religador: 2 rápidas + 1 retardada

Bloqueio

0,10 0,10 0,30

0,5 3,0

4-12

• 1o Avanço do relé, em porcento, durante o 1o disparo rápido do religador : (0,10/ 0,60) x 100=16,7% ; • 1o Rearme do relé, em porcento, durante o 1o intervalo de religamento do religador : (0,5/10) x 100=5% ; • 2o Avanço do relé, em porcento, durante o 2o disparo rápido do religador : (0,10/0,60)x100=16,7%; • 2o Rearme do relé, em porcento, durante o 2o intervalo de religamento do religador : (3,0/10)x 100=30% ; • 3o Avanço do relé, em porcento, durante o 3o disparo retardado do religador : (0,30/0,60)x100=50%

Antes de se efetuar a somatória, é importante observar : quando uma parcela (Avanço% -Rearme%), resultar igual ou menor que zero, deverá ser feita igual a zero, pois, o rearme do relé não pode ser superior ao avanço, ambos em porcentagem. A somatória, resulta: (1o Avanço % - 1o Rearme%) + (2o Avanço% - 2o Rearme% + 3o Avanço% ≤ 80% (16,7% -5%) + (16,7% -30%) + 50% ≤ 80% 11,7% + 0% + 50% ≤ 80% ⇒ 61,7% ≤ 80% , então, o segundo critério está também atendido , portanto, neste caso, há coordenação relé x religador. 4.6 Coordenação religador x religador Para a coordenação entre dois ou mais religadores, instalados a montante e a jusante (Fig. 4.14), deve-se atender aos critérios dados a seguir. a) O religador de retaguarda não deve atuar na sua curva retardada, antes do religador à sua frente, para qualquer valor de curto-circuito dentro da zona de proteção mútua; b) A diferença entre os tempos de operação das curvas retardadas dos religadores deverá ser maior que 0,2s

(Fig. 4.15);

tDISP. RETARD. RELIG. NA RETAG. > tDISP. RETARD. RELIG. NA FRENTE + 0,2s (4.13)

É muito difícil se obter coordenação entre as curvas rápidas dos religadores devido o intervalo de tempo entre elas ser muito pequeno, quando existe. Portanto, nesta condição, é admissível operações simultâneas entre os religadores.

Para se conseguir a coordenação entre religadores poderão ser usadas as seguintes recomendações: • Caso a corrente de disparo dos religadores sejam iguais, utilizar curvas retardadas diferentes com

seqüência de operação iguais, ou curvas de operações retardadas iguais com seqüências de operação diferentes;

R1 R2 S 1

S 2

S 3

I

Fig. 4.14 – Religadores na saída do alimentador, na subestação, e no tronco, em um ponto remoto

4-13

• Caso a corrente de disparo dos religadores sejam diferentes, poderão ser utilizadas curvas de operação retardadas, dependendo do nível de curto-circuito, ou ainda curvas de operações diferentes, atendendo o critério do item b.

4.7 Seccionalizadores Os seccionalizadores são dispositivos projetados para operarem em conjunto com um religador, ou com um disjuntor comandado por relés de sobrecorrente dotados da função de religamento (função 79). Portanto, devem ser ligados a jusante destes equipamentos, conforme pode ser observado na Fig. 4.16. Atualmente os sistemas de controle dos seccionalizadores são digitais ou microprocessados, que realizam multifunções: proteção, medição (correntes, potências, fator de potência, etc.), registros de eventos (número de interrupções, tempo de duração de interrupções, natureza da interrupção, etc.) . Estas informações são colhidas do circuito ao qual estão conectados, através de redutores de corrente e tensão (TCs e TPs).

Mecanicamente, se comportam como chaves de manobras automáticas projetadas para aberturas ou

fechamentos, com carga (possuem meios de interrupção de arco: SF6 , câmara de vácuo), no local ou remotamente (através de unidades remotas interligadas por sistemas de comunicação). Não possuem

∆t > 0,20 s , no ponto mais crítico

t2

t1

I CURTO NA ZONA DE PROT. DO RELIG.. 2. I (A)

t(s)

Fig. 4.15 – Coordenograma : religador x religador

Curva retardada do Relig. 2

Curva retardada do relig. 1

R S

S 1

S 2

S 3

I

Fig. 4.16 – Seccionalizador ligado a jusante do religador

F Seccionalizador

4-14

capacidade de interrupção de correntes de curtos-circuitos. As interrupções destas correntes são feitas pelo religador ou disjuntor de retaguarda, comandado por relés com as funções 50, 51 e 79. 4.7.1Função de proteção

A função de proteção realizada pelo seccionalizador se desenvolve de forma bastante simples e criativa. Isto é, a cada vez que o interruptor de retaguarda efetua um disparo ou abertura (desligamento do circuito), interrompendo a corrente de falta, o seccionalizadore “conta” a interrupção; após atingir o número de contagens previamente ajustado (uma, duas ou, no máximo, três), o seccionalizador abre os seus contatos, sempre com o circuito desenergizado pelo interruptor de retaguarda, isolando o trecho defeituoso sob sua proteção, do restante do sistema. Para melhor esclarecimento, considerem-se as seguintes condições para o circuito representado na Fig 4.16 : uma falta permanenteF, na zona de proteção do religador e do seccionalizador; o religador está ajustado para quatro disparos; e o seccionalizador está ajustado para três contagens. Portanto, o seccionalizador deverá isolar a área defeituosa (toda a área a jusante), logo após o religador efetuar o terceiro desligamento (Fig. 4.17).

É importante observar, conforme foi dito anteriormente, que no momento da abertura do seccionalizador (após a terceira contagem), o circuito está desenergizado pelo religador. Portanto, o mesmo irá limpar a área defeituosa sem a necessidade de interromper a corrente de curto-circuito. Isto é uma “malandragem” bastante inteligente, pois, não é necessário dotar o seccionalizador de alta capacidade de interrupção de curto-circuito, o que torna-o mais barato do que um religador ou disjuntor. De acordo com o princípio de operação do seccionalizador, deve ficar claro que o seu funcionamento, como dispositivo de proteção, depende de duas condições básicas: a) Na sua retaguarda deverá estar instalado um interruptor que realize disparos e religamentos automáticos; b) Os dispositivos sensores desses interruptores deverão atuar para todos os curtos-circuitos na zona de proteção do seccionalizador, comandando, portanto, as aberturas e fechamentos desses interruptores e, consequentemente, levando o seeccionalizador a desenvolver as suas contagens, que, transcorrido o número previamente ajustado, abrirá seus contatos, isolando o trecho defeituoso. Se o interruptor ligado à retaguarda do seccionalizador não possuir a função de religamento, este irá funcionar como uma chave automática de manobra, sem a função de proteção, podendo ser aberto ou fechado com carga, no local ou remotamente.

t (s)

I (A)

I CARGA

IFALTA

Fig. 4.17 – Princípio de coordenação religador x seccionalizador

1a cont. 2a cont. 3a cont.

Momento da abertura do seccionalizador

4-15

A abertura dos contatos pode ser feita de duas maneiras: automaticamente, quando o seccionalizador realiza a função de proteção ou pela a ação do operador, no local ou remotamente. Uma vez abertos, só poderão ser fechados através de comando dado pelo operador. 4.7.2Aplicação São instalados em postes do circuito principal do alimentador ou de derivações longas e carregadas que justifiquem o investimento. É cada vez mais comum a substituição de chave-fusível instalada no alimentador, que está apresentando problema de coordenação com o religador, e de chaves de manobra, a óleo, convencionais, por seccionalizador. As vantagens são muitas: • Realiza a função de proteção; • Efetua medições; • Faz registro de eventos; • Permite a operação automática do sistema e; • Outras

Estas informações disponíveis são mu ito relevantes para planejamento, operação, continuidade e qualidade do serviço (melhoramento dos índices DEC e FEC), diminuição das perdas econômicas (quando há interrupção a empresa deixa de vender energia), etc. 4.7.3 Características funcionais As principais características funcionais são : Tensão nominal : É especificada de acordo com a tensão máxima de operação do circuito ao qual vai ser ligado; NBI : Depende da classe de tensão do circuito ao qual vai ser ligado; Corrente Nominal : É especificada de acordo com corrente de carga máxima, passante, no local da instalação, levando-se em conta possíveis fatores de crescimento e de transferência de carga (corrente de operação do sistema); Faixa de ajuste de corrente dos sensores de faltas envolvendo as fases : Geralmente possui uma faixa ampla de corrente (por exemplo : 20 a 800A); Faixa de ajuste de corrente dos sensores de faltas envolvendo a terra (ground trip) : Geralmente possui uma faixa ampla de corrente (por exemplo : 10 a 600A); Contador do número de interrupções : Conta o número de vezes que o circuito é interrompido pelo religador de retaguarda. Geralmente, é ajustado em um, dois ou três, dependendo da seqüência de operação do religador; Tempo de ressete (reset time) ou tempo de rearme : Tempo necessário para o circuito de controle rearmar. Isto é, apagar as contagens efetuadas e voltar a condição inicial (geralmente é ajustável dentro de uma faixa que varia entre 5 e 180s).

Os valores das correntes de ajustes dos sensores de fase e terra, são definidos de acordo com as correntes de curtos-circuitos mínimas de fase e terra, na zona de proteção do seccionalizador, com a corrente mínima de atuação do religador e com a corrente de operação do sistema. Quando ocorrer uma falta, na zona de proteção do seccionalizador, cujo valor for igual ou maior do que a corrente ajustada (de fase ou terra), esta irá “setar” o circuito de contagem, preparando-o para realizar a contagem. Se o religador de retaguarda atuar, cortando a tensão e, consequentemente, a corrente, o circuito de contagem dispara, efetuando a primeira contagem; e assim por diante, até atingir o número máximo de contagens previamente ajustado. Quando isto ocorrer, conforme já foi dito, o seccionalizador abrirá os seus contatos, isolando o trecho defeituoso.

4-16

4.8Coordenação religador x seccionalizador Os seccionalizadores não possuem curva característica de atuação do tipo tempo x corrente. Portanto, não há necesidade de se preocupar com o estudo de coordenação de curvas. A coordenação com o religador fica assegurada desde que as condições a seguir sejam satisfeitas. 1) O número de contagens do seccionalizador deve ser ajustado para uma unidade a menos do que o número de disparos do religador : 2) O tempo de ressete do seccionalizador deverá ser maior do que o intervalo de tempo de operação do religador, compreendido entre a primeira e a última contagem do seccionalizador: Para melhor entendimento, considere-se o religador com a seqüência de operação dada na Fig.4.18. Assim sendo, tem-se: • No de cont. do SECC. = 4 – 1= 3 ; • Tempo ressete SECC. > tR1 + t1I + tR2 + t2T 3) As correntes ajustadas para os sensores de fase e terra do seccionalizador, de preferência, devem ser iguais as correntes ajustadas para os sensores de disparos de fase e terra do religador de retaguarda, respectivamente.

no de cont. do SECC. = no de disparos do RELIG. - 1

Tempo de ressete do SECC. > ∆t de op. do RELIG. entre a 1a e a última cont. do SECC.

t (s)

I (A)

I CARGA

IFALTA

Fig. 4.18 – Seqüência de operação do religador: 2 rápidas + 2 retardadas

Bloqueio

t I1 t I1 t2T

tR1 tR2

t2T

tR3

Abertura do seccionalizador

1a cont 2a cont. 3a cont.

I SENSOR DE FASE DO SECC. = I DISP. DE FASE DO RELIG. I SENSOR DE TERRA DO SECC. = I DISP. DE TERRA DO RELIG.

4-17

4.9 Coordenação seccionalizador x seccionalizador Quando houver mais de um seccionalizador ligado ao mesmo circuito, é necessário se fazer o estudo de coordenação entre eles. Isto é possível ajustando-se, cada seccionalizador, instalado a jusante, com uma contagem a menos. Isto é, caso se tenha três seccionalizadores em cascata, o primeiro, mais a montante deverá ser ajustado para três contagens, o do meio para duas contagens, e o último (mais na ponta do sistema), para uma contagem. Tudo isso, considerando que o religador está ajustado para quatro operações de disparos. Então, a instalação de seccionalizadores em um mesmo circuito radial, fica limitada a, no máximo, três unidades. 4.10 Coordenação religador x seccionalizador x elo-fusível Estes são os equipamentos básicos da proteção de alimentadores primários radiais e aéreos. Portanto, é bastante comum a necessidade do estudo de coordenação entre eles. O que se faz na prática é, primeiramente, o estudo de coordenação entre os elos-fusíveis e o religador. Em seguida, trabalha-se a coordenação entre o religador e o seccionalizador. Separadamente, quando se obtém a coordenação religador x elo-fusível e religador x seccionalizador, automaticamente, consegue-se a coordenação e/ou seletividade religador x seccionalizador x elo-fusível. 4.11 Coordenação e seletividade Até aqui muito se falou em seletividade e coordenação, entretanto, ainda não está clara a diferença entre estes dois conceitos ou filosofias. Então está na hora de se esclarecer as diferenças entre elas. A proteção seletiva é projetada e ajustada de tal forma que para qualquer tipo de falta, permanente ou transitória, o dispositivo mais próximo desta deverá atuar e isolar o defeito antes do dispositivo de retaguarda. A Proteção coordenada, é projetada e ajustada de forma a permitir o restabelecimento automático para faltas transitórias e seletividade para faltas permanentes. Características de sistema seletivo: • As interrupções geralmente são de longa duração; • É freqüente as reclamações de consumidores do tempo de restabelecimento; • Necessita de maior número de pessoas para operar o sistema.

Características de um sistema coordenado: • As interrupções geralmente são de curta duração; • Os consumidores de um modo geral reclamam da quantidade de interrupções; • Requer menor quantidade de pessoas para operar o sistema.

É comum nos sistemas de distribuição se ter o sistema combinado, que aplica as filosofias do coordenado e do seletivo, pois, na prática raramente se consegue um sistema totalmente coordenado.

Por último, pode-se dizer que todo sistema coordenado é também seletivo, no entanto, a recíproca não é verdadeira.

4-18

4.12 Exercício proposto Para o sistema de distribuição (13,8kV, trifásico e aterrado) dado abaixo, pede-se fazer o estudo de coordenação e especificar os equipamentos de proteção. Dados do religador : • Intervalo de religamento (tempo morto) : 1o 0,5 - 180 s , passo de 1s ; 2o 2,0 – 180 s , passo de 1s ; 3o 2,0 –

180 s , passo de 1s ; • Tempo de rearme : 5 – 180 s , com passo de 0,1s ; • Número de disparos para bloqueio : até 4 • Corr. nom. : 630 A ; Capac. de interrup. : 12,5kA ; Tensão nom. : 12/15kV Sensores de faltas envolvendo as fases : • Correntes de disparo: 10 – 1200 A , passo de 1 A;

• Equação das curvas de tempo x corrente da unidade temporizada: 1m

TMSK t

− ×=

α

Onde : t = tempo de atuação (s) ; K=0,14 e α=0,02 , para curva NI; K=13,5 e α=1 , para curva MI ; K=80 e α=2 ,

para curva EI ; m = múltiplo (

SI I

) , onde IS = corrente de disparo; I = corrente de falta no circuito; TMS = número da

curva; α = inclinação da curva (define o grupo: NI , MI, EI). • Disparos temporizados (curvas de temporizadas): TMS = 0.05 a 2 , com passo de 0,01; • Disparos instantâneas: segundo uma curva NI com TMS =0,01 a 0,1 , passo de 0,01s Sensores de faltas à terra : • Correntes de disparo : 4 – 20 A, com passo de 0,1 A; • Disparos temporizados e instantâneos (tempo definido): 0,05 – 100s , com passo de 0,01 s . Dados do seccionalizador : • Sensor de faltas envolvendo as fases : 10 – 1260 A com passo de 1 A ; • Sensor de faltas à terra : igual ao anterior; • Contador de interrupção : 1 a 4; • Tempo de ressete : 5 – 180 s , com passo de 1 s; • Corrente nominal : 20 – 800 A

R

S

S

S

S

75kVA

125kVA

185 A

25 A

450

390

300

300

260

200 380

329

230

600 520

500

carga

carga

1600

1386

800

560 485

400

S

1,2 MVA

5-1

Capítulo 5 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DIRECIONAL

5.1 Introdução

A proteção direcional é feita com relés que só "enxergam" as correntes de falta em um determinado sentido previamente ajustado (sentido de atuação do relé) . Se a falta provocar uma corrente no sentido contrário (corrente inversa ou reversa), estes não "vêem" , portanto não atuará.

Alguns relés são inerentementes direcionais, isto é, são projetados e fabricados para desenvolverem esta característica. Outros não são, portanto necessitam que unidades direcinonais sejam acopladas.

A característica direcional é necessária em relés de sistema que permite a inversão de corrente de falta, como é o caso de linhas em anel (Fig. 5.1). Esta inversão cria dificuldade de seletividade entre os relés não direcionais, impossibilitando a eliminação sequencial de faltas. Os relés direcionais inibem as medições de corrente reversas, evitando atuações indevidas.

1 2

G

45 a b 3

c2de

F1

Fig. 5.1 - Circuito em anel protegido por relés de sobrecorrente direcionais, com excessão de e

Na Fig. 5.1, considerando-se os relés com os sentidos de atuação dados pelas setas e com a temporização: t5 > t4 > t3 > t2 > t1 (sentido horário) e te > td > tc > tb > ta (sentido anti-horário), pode-se observar que o sistema de proteção é seletivo, pois uma falta em qualquer trecho será eliminada pela ação de dois relés mais próximos desta. Uma falta em F1, por exemplo, será limpa pela atuação dos relés de 4 e b .

Os relés direcionais caracterizam-se por duas grandezas de entrada, uma de operação ou atuação e outra de polarização ou referência.

A identificação da "direção de atuação" é feita utilizando o ângulo de defasagem da grandeza de operação em relação à grandeza de polarização.

As unidades direcionais mais comuns são do tipo corrente-corrente (as grandezas de polarização e atuação são duas correntes) e tensão-corrente (a grandeza de polarização é a tensão e a de atuação é a corrente).

Nos parágrafos seguintes serão estudados mais detalhadamente os conceitos aquí introduzidos de forma genérica.

e5

5-2

5.2 Equação característica de um relé direcional

O funcionamento de um relé direcional pode ser representado pela seguinte equação característica 5.1 :

)cos(EEH 21 τ−θ= ( 5.1) Onde: H: medida de sensibilidade do relé; θ : ângulo entre os sinais de entrada E1 e E2 , que podem ser: duas correntes, duas tensões ou uma tensão e uma corrente; τ : ângulo de sensibilidade máxima

Essa equação fornece a MEDIDA DE SENSIBILIDADE MÁXIMA H de um RELË

DIRECIONAL, que será utilizada para traçar as suas características funcionamento.

5.3 Relé do tipo corrente-corrente É alimentado por duas correntes retiradas do sistema protegito através de TCs (Fig. 5.2.a). Uma será tomada como grandeza dereferência e a outra como grandeza de atuação (Fig. 5.2.b). Tipicamente é aplicado na proteção de neutro ou terra de linhas de transmissão ou alimentadores com múltiplas fontes de corrente de sequência zero. Fig. 5.2.a - Esquema de alimentação de um relé direcional monofásico tipo corrente-corrente De acordo com a equação (5.1): E1=Ipol e E2=Iop . A Fig. 5.2.b exibe o diagrama fasorial de atuação do relé.

POSITIVO CONJUGADO

CONJUGADO NEGATIVO

Iop

Ipol

α

θ τ

LUGAR GEOMÉTRICO

LUGAR GEOMÉTRICO DE CONJ. ZERO

DE CONJ. MÁXIMO

Fig. 5.2.b - Diagrama fasorial funcional de um relé corrente-corrente

Relé

corrente-corrente

Iop

Ipol

Sensibilidade ZER

Região de ATUAÇÃO

Sensibilidade MÄXIMA

Região de NÃO ATUAÇÃO

5-3

5.4 Relé do tipo tensão-corrente

Este é o tipo de relé direcional mais comum. É conectado ao sistema protegido por meio de TPs e TCs (Fig. 5.3.a). A corrente é a grandeza de operação e a tensão, a grandeza de polarização. Geralmente é empregado para a proteção de faltas envolvendo somente as fases. Fig. 5.3.a - Esquema de alimentação de um relé direcional monofásico tipo tensão-corrente

Em conformidade com a equação ( 5.1) : E1=Vpol e E2 =Iop . Na Fig. 5.3.b tem-se o diagrama fasorial de operação do relé.

POSITIVO CONJUGADO

CONJUGADO NEGATIVO

Iop

α

θ τ

LUGAR GEOMÉTRICO

LUGAR GEOMÉTRICO

V

DE CONJ. ZERO

DE CONJ. MÁXIMO

Fig. 5.3.b - Diagrama fasorial funcional de um relé tensão-corrente

Relé

tensão-corrente

Iop

Vpol

Sensibilidade MÄXIMA

Sensibilidade ZERO

Região de ATUAÇÃO

Região de NÃ ATUAÇÃO Vpol

5-4

5.5 Conexões de relés direcionais

As polaridades dos circuitos de corrente e potencial, através dos correspondentes TCs e TPs determinam as condições de operação dos relés direcionais.Por exemplo, os relés direcionais tensão-corrente podem ser conectados a um sistema elétrico trifásico de diversos maneiras. Isto é, o ângulo entre a tensão e a corrente no relé define a tipo de ligação do mesmo. “O tipo de conexão ou ligação é determinado pelo ângulo entre a tensão aplicada ao circuito de potencial e a corrente ao circuito de corrente, considerando o sistema com fator de potência unitário e sequência direta”.

As conexões mais usuais são: 90o , 30o , 60o e 0o , estão mostradas nas Figs. 5.4 a 5.7, dadas a seguir.

V1

I 1

V2

I 2

V3

I3

RELÉ

V1

I1

1

2

3

Fig. 5.4 - Conexão 0o

V1

I 1

V2V3

V23

1

2

3

V

I

RELÉ

23

1 Fig. 5.5 - Conexão 90o

5-5

V

I

RELÉ

1

2

3

1

13

V1

I1

V2V3

-V 3 30

o

V 13

Fig. 5.6 - Conexão 30o

I

RELÉ

1

2

3

1

V1

I1

V2V3

V 23

V13 V23 V13 +

60o

Fig. 5.7 - Conexão 60°

Os relés de sobrecorrente direcionais ( 67 ), têmângulos de sensibilidade máxima que podem ser ajustados numa faixa que varia geralmente entre 20° e 80°, entretanto, as faixas de atuação vão de aproximadamente -120o a +120o , em relação a reta de máxima sensibilidade. Procura-se ajustar este ângulo em conjunto com o ângulo de ligação do mesmo, a fim de que se possa obter o melhor desempenho possível na operação do relé.

A título de exemplo, considere-se o diagrama fasorial da Fig. 5.8, onde estão representadas a característica de um relé 67,com τ = 45o , ligação 90o e as correntes de curtos-circuitos de um sistema trifásico aterrado.

5-6

I

V23

Tmax T>0

T<0

T=0

1

Icc φ φ

φ

φ

3− 1

Icc 3

Icc 1 - T

φ φIcc 1- 2

τ =45o

Fig. 5.8 - Característica de um relé 67 e correntes de curtos-circuitos

Observando-se a Fig. 5.8 , concluí-se que o relé apresenta melhor desempenho para o curto bifásico envolvendo as fases 1 e 2 e para o curto fase1-terra (correntes próximas da reta de máxima sensibilidade). No caso do curto bifásico entre as fases 1 e 3, não terá uma boa perfórmance (corrente mais afastada da reta de máxima sensibilidade).

5.6 Esquema de ligação de um relé de sobrecorrente direcional (proteção de fase)

A Fig. 5.9 mostra o esquema de ligação de um relé de sobrecorrente direcional para proteção de curto-circuito que envolve a terra, onde as grandezas de polarização e atuação são 3V0 e 3I0 , respectivamente.

1

2

3

RELÉ3Io

V

3Vo

1 V 2 V3

I3 I2 I1

DE TERRA

Fig. 5.9 - Esquema de ligação de um relé direcional de terra

A Fig. 5.10.a apresenta o esquema de ligação típico de um relé de sobrecorrente direcional de proteção de fase. Já na Fig. 5.10.b , está mostrado o esquema de contatos, por fase, deste relé.

H MAX Atua

H=0

Não atua

Direção de atuação

5-7

I3 I2 I1

3 2 1

67-

67- 67-

67-

67-

67- DIR DIR DIR

67- DIR

OC OC OC

1

1

2

2

3

3

1

2

3

67- DIR

1

3 67- DIR

2

V23

V 12

V13

5

6

7

8

Sentido de atuação

Fig. 5.10.a - Esquema de ligação de um relé direcional de fase



Bobina de disparo do 52

Bobina da unidade de sinalização e selo

OC S

DIR

Contato NF do 52

67

67

Fig. 5.10.b - Diagrama de contatos do relé de sobrecorrente direcional Exercícios: 1) Identifique o tipo de conexão da Fig. 5.10.a e trace o diagrama fasorial. Anlise o desempenho do relé para o caso das correntes de curtos-circuitos representadas na Fig. 5.8. Para isso, considere o relé ajustado, primeiramente, com τ=45o , depois com τ=30o 2) Ligue o relé na conexão 30o e repita a questão anterior.

Circuito de sinalização

Circuito e disparo do disjuntor

Contato NF do disjuntor

Direção de atuação

6-1

Capítulo 6 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA

6.1 Introdução A proteção de distância é feita por relés de distância. Geralmente são classificados em três tipos básicos:

Impedância ;  Mho ou admitância ;  Reatância

O relé de distância é alimentado por duas grandezas de entrada, tensão (V) e corrente

(I), amostradas por TPs e TCs conectados ao sistema elétrico (Fig. 6.1) . A razão V/I=Z , é a impedância "vista" ou "medida" pelo relé.

21

F

d

52

Fig. 6.1- Relé de distância (21) , conectado a um sistema elétrico através de TP e TC

Quando ocorrer uma falta (curto-circuito), a tensão V e a corrente I serão a tensão de falta VF e a corrente de falta IF , respectivamente. Portanto, a impedância de falta medida ou vista pelo mesmo, é dada pela razão entre a tensão e a corente de falta no seu ponto de instalação: ZF = VF / IF (6.1)

No caso da proteção de fase, pode-se demonstrar que estando o relé alimentado por tensões de linha (tensões compostas) e correntes de linha (correntes compostas) de um sistema trifásico (Fig. 6.2), a impedância de curto-circuito trifásico ou bifásico medida pelo mesmo, será igual à impedância de sequência positiva (Z1)do trecho de linha de transmissão que vai desde o ponto de instalação do relé até o ponto de falta (F). Isto é: ZF = Z1 = z1 x d(6.2) Onde : d = comprimento do trecho da linha (km); Z1= impedância de sequência positiva da linha por unidade de comprimento (ohm/km)

Como z1 (ohm/km) é constante para cada linha de transmissão, então o relé mede a distância d (km) do seu ponto de instalação à falta. Daí o nome RELÉ DE DISTÂNCIA.

6-2

Fig. 6.2- Esquema de ligação de um relé de distância de proteção de fase

Como os relés de distância são indiretos (Fig. 6.2), medem portanto impedâncias secundárias, isto é, referidas aos secundários de TCs e TPs (equação 3) :

Z V I

V

RTP I

RTC

V

I RTC RTP

Z RTC RTPs

s

s

p

p

p

p p= = = = (6.3)

Onde: ZS : impedância secundária medida pelo relé ZP : impedância primária Vs : tensão secundária dos TPs ; Is : corrente secundária dos TCs ; Ip : corrente primária dos TCs ; Vp : tensão primária dos TPs ; RTP : relação de espiras dos TPs ; RTC : relação de espiras dos TCs

Uma vez que os relés de distância "enxergam" impedâncias, é importante que suas características de operação sejam traçadas no plano R-X . Essa providência facilita bastante as discursões relativas à aplicação e à seletividade desses relés.

Nos ítens apresentados a seguir serão traçadas no plano R-X , as características de operação dos relés de distância básicos.

21

a b

c

6-3

6.2 Plano R-X

As características de atuação dos relés de distância são representadas no plano R-X (plano de impedâncias). Isto é importante tendo em vista que medem uma impedância, facilitando, portanto, na hora em que se está se ajustando os alcances (zonas de atuação) dos mesmos.

Os ângulos das impedâncias medidas por esses relés dependem dos sentidos (sinais) dos fluxos de potências ativas e reativas nas linhas protegidas. Isto é, de acordo com as equações 4 e 5 , as impedâncias medidas se apresentarão em um dos quadrantes do plano R-X (Fig. 6.3).

(6.5) I

VZ

(6.4) V

SI

• •

• ∗•

=

=

6.3 Relé de distância tipo impedância

No plano R-X, a sua característica é representada por uma circunferência cuja a origem coincide com centro do sistema de eixos (Fig. 6.4.a).

S=P+jQ Z

R

X

Z S=-P+jQ

S=-P-jQ S=P-jQ

Z Z

Fig. 6.3 – Localização de Z no plano R-X de acordo com o fluxo de potência

6-4

R

X

T=0

T>0

T<0

(FRONTEIRA)

(DENTRO DO CÍRCULO)

(FORA DO CÍRCULO)

: Região de Não-Operação

: Região de Operação

: Região de Não-OperaçãoZ

k1 k2

RAIO = Z =

Fig. 6.4.a - Característica do relé impedância

Geralmente os relés de distância possuem três zonas de atuação: 1a , 2a e 3a zona , conforme pode-se observar na Fig. 6.4.b .

R

X

Z1

Z2

Z3

2 ZONA DE ATUAÇÃOa

3 ZONA DE ATUAÇÃOa

1 ZONA DE ATUAÇÃOa

Fig. 6.4.b - Características das 3 zonas de atuação do relé impedância

De acordo com a Fig. 6.4, pode-se observar que o relé é não-direcional, pois poderá “ver” falta em qualquer direção (impedância situada em qualquer quadrante do plano R-X). Por exemplo, considere-se dois casos de curtos-circuitos: um “na frente” e outro “atrás” do relé (corrente reversa): a) Para o curto “na frente”: IF=I-80o e VF=V0o (tensão e corrente no relé, no momento da falta) A impedância medida pelo relé será : ZF =VF/IF = Z80o (1o quadrante ; se o módulo de Z cair dentro de uma das zonas de atuação, o relé atuará). b) Para o curto “atrás” (corrente reversa) : I’F=I’∠-260o e VF=V∠0o Neste caso, a impedância medidida pelo relé será: ZF =VF/I’F = Z’260o (3o quadrante ; se o módulo de Z’ cair dentro de uma das zonas de atuação, o relé atuará).

6-5

Para a operação seletiva, os relés de distância necessitam da função direcional, portanto, relé que não a tem, como é o caso do relé impedância, necessitará do acoplamento de uma unidade direcional (Fig. 6.5).

R

X

Característica da Unidade Direcional

T=0

T>0

T<0

A OPERAÇÃO DO RELÉ

FICA RESTRITA À REGIÃO HACHURIADA

OBS.: τ

(Reta de Torque Máximo)

Fig. 6.5- Características do relé impedância acoplado com uma unidade direcional

Cada zona de atuação possui uma temporização. Valores típicos estão mostrados na tabela a seguir:

A tabela a seguir fornece valores típicos, em percentagem, para o alcance de cada zona:

As zonas de atuação "cobrem" trechos previamente ajustados (Fig. 6.6) . O alcance máximo de cada zona é determinado ajustando-se a impedância limite que se deseja que cada zona "veja".

21

A B C DZ1

Z2

Z2

Fig. 6.6- Alcances das zonas de atuação de um relé de distância

ZONA TEMPO (s)

1a Inst. 2a 0,15 a 0,5 3a 0,40 a 1,0

ZONA ALCANCE 1

a 80% a 90% de AB

2 a AB+( 20% a 75% de BC)

3 a AB+BC+CD

Fronteira

Opera

Não opera

(Reta d máxima sensibilidade)

6-6

6.4 Relé de distância tipo mho

A representação da característica de atuação deste relé no plano R-X , é uma circunferência que tangencia a origem do sistema de eixos (Fig. 6.7). Observar que esta característica é inerentemente direcional, podendo ser representada pela equação 6.6 : )cos(IVH τ−θ×= (6.6) Onde: H: medida de sensibilidade do relé; θ : ângulo entre os sinais de entrada V e I ; τ : ângulo de sensibilidade máxima

R

X

T=0(FRONTEIRA): Região de Não-Operação

T>0(DENTRO DO CÍRCULO): Região de Operação

T<0(FORA DO CÍRCULO): Região de Não-Operação Z

DIÂMETRO = Z = k1 k2

Fig. 6.7 - Característica do relé mho

De maneira semelhante ao relé impedância, possui três zonas de atuação (Z1 , Z2 e Z3) com os respectivos tempos de atuação e alcances.

Na Fig. 6.8 , estão representadas as características de atuação das três zonas do relé. Observar que a SENSIBILIDADE será MÁXIMA quando o ângulo de impedância de linha coincidir com o ângulo de máxima sensibilidade (τ) do relé. Nesta situação, o módulo da impedância de linha é representada sobre a reta de máxima sensibilidade.

R

X

Z1

Z2

Z3

τ

RETA DE TORQUE MÁXIMO

Fig. 6.8 - Características das 3 zonas de atuação do relé mho

τ

Reta de máxima sensibilidade

6-7

6.5 Relé de distância tipo reatância

No plano R-X , a sua característica é representada por uma reta paralela ao eixo das resistências (Fig. 6.9).

R

X

T=0(FRONTEIRA): Região de Não-Operação

T<0 : Região de Não-Operação(ACIMA DA RETA)

T>0 : Região de Operação(ABAIXO DA RETA)

k1 k2

Fig. 6.9 - Característica do relé reatância

Este relé é não-inerentemente direcional, portanto necessita de uma unidade direcional. Na prática, é comum a utilização de uma unidade mho para proporcionar direcionalidade ao relé e formar a 3a zona (Fig. 6.10). Neste caso, a unidade mho é conhecida como unidade de partida.

Os alcances e temporizações das zonas são semelhantes aos valores típicos dados para o relé impedância .

R

X Tmax

Z1

Z2

Z3

τ

Fig. 6.10 - Características das 2 zonas de atuação do relé reatância e da unidade de partida mho

6.6 Outras características de relés de distância

Atualmente com a utilização de microprocessadores, os relés de distância podem trabalhar com as mais diversas características: losângulo, trapézio, retângulo, etc. (Figs. 6.11 e 6.12).

De acordo com as características de operação de cada sistema elétrico, será escolhida a característica mais conveniente para o relé, de modo otimizar o seu desempenho.

Reta de máxima sensibilidade

comentários (0)

Até o momento nenhum comentário

Seja o primeiro a comentar!

Esta é apenas uma pré-visualização

3 shown on 45 pages

baixar o documento