Proteção SEP Vol2 - Geraldo Kindermann - 2a ed, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
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Proteção SEP Vol2 - Geraldo Kindermann - 2a ed, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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CONTEÚDO: Zona de Proteção, Proteção ·Diferencial, Teleproteção, . Proteção de Transformador, Nomenclatura ANSI/IEC
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Volume

CONTEÚDO

Zona de Proteção Proteção ·Diferencial

Teleproteção . Proteção de Transformador

Nomenclatura ANSI/IEC

ISBN 85-900853-6-8

9 788590 085362

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o AUTOR

Gerald o Kinderm ann, natural de Araranguá-SC, professor da Graduação e Pós-Graduação do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Coordenador e Ministrante de cursos promovidos pela Eletrobrás. Ministrou vários cursos ~ palestras no País e no Exterior. E autor dos Livros:

• AteITamento Elétrico • Choque Elétrico • Curto-Circuito • Proteção Contra Descargas

Abnosféricas em Estruturas Edificadas

• Proteção de Sistemas Elétricos de Potência - Volume 1 .

Para adquirir o livro:

geraldo@labplan.ufsc.br Fone: (48) 3331-9731 Fax: (48) 3331-7538

(J LabPlan

GERALDO KINDERMANN PROFESSOR DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA

UFSC

Volume 2

Edição do

Autor

EEL LABPLAN

Florianópolis - se 2006

© by Geraldo Kindermann 1 ª edição : 2006

Capa: Marcos Fischbom Revisão: Rubipiara Cavalcante Fernandes Editoração: Geraldo Kindermann

Ficha Catalográfica

K51 P Kindem1ann, Geraldo, 1949-

2006.

Proteção de sistemas e1étricos de potência / Geraldo Kindermann. - Florianópolis - Se: Edição do autor,

v.2: iI.

Bibliografia. ISBN: 85-900853-6-8

1. Sistemas de energia elétrica - Proteção. 2. Energia elétrica - Transmissão. 3. Relés elétricos. 4. Relés de proteção. I. Título.

CDU: 62 l.316.9

É proibida a repl'odução total ou parcial deste livro sem a autorização do autor.

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GERALDO KINDERMANN dedica este livro a sua familia:

" Maria das Dores (esposa)

• Katiuze (filha)

" Krisley (filha)

" Lucas (filho)

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Agradecimentos

o autor agradece em especial

.:. Ao Professor Rubipiara Cavalcante Fernandes, por ler cuidadosamente e dar importantíssimas contribuições ao texto.

.:. Aos engenheiros Everton Pizolatti Medeiros e Giovanni Baptista Fabris da ELETROSUL, pelas discussões e contribuições técnicas .

• :. Marcos Fischborn, pela elaboração da capa e Mauricio Sperandio pelo assessoramento de informática .

• :. Aos inúmeros alunos, da Graduação e Pós-graduação, que contribuíram com desenhos.

Agradecimento em especial ao LABPLAN, principalmente aos professores, técnicos, analistas, mestrandos e doutorandos, que de um modo ou de outro sempre estiveram presentes na motivação, contribuição e assessoramento na elaboração do livro .

Apresentação

o Laboratório de Planejamento de Sistemas de Energia Elétrica - LabPlan, do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Catarina, tem por objetivos realizar e promover o desenvolvimento de atividades de pesquisa, ensino e extensão na área de Sistemas de Energia Elétrica (SEE) com ênfase nos aspectos de planejamento e análise, nos segmentos de geração, transmissão e distribuição.

A atuação dos professores do LabPlan, desde a sua constituição em 1992, têm envolvido uma diversidade de atividades e contribuições à sociedade que eXh'apolam em muito o escopo de atividades regulares nos cursos de graduação e pós-graduação em Engenharia Elétrica. Um aspecto de destaque nesta atuação tem sido a intensa interação com os diversos agentes do setor elétrico brasileiro, realizada por meio de projetos de pesquisa e desenvolvimento, de consultorias especializadas, cursos de aperfeiçoamento e de especialização, e publicação de livros e aI1igos técnicos.

O presente livro representa mais uma contribuição do Professor Geraldo Kindermann para a sua extensa obra que inclui livros técnicos envolvendo publicações específicas nas áreas engenharia de segurança, projetos elétricos e proteção de sistemas elétricos de potência. Especificamente, esta obra aborda dois temas de grande relevância, teleproteção e proteção de transformadores, devendo contribuir tanto para fins acadêmicos como para profissionais técnicos e engenheiros.

Seguindo a tradição de suas publicações anteriores, o Professor Kindermann apresenta o desenvolvimento dos temas com grande riqueza didática, sustentada por sua extensa experiência acadêmica e prática. Indubitavelmente, contribuíram para esse resultado os inúmeros cursos ministrados em universidades e empresas no Brasil, e em diversos países da América Latina e África, bem como os diversos trabalhos de consultaria técnica prestados à Agência Nacional de Energia Elétrica.

Ildemar Cassana Decker Supervisor do LabPlan - UFSC

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I I

Prefácio

Tendo recebido nos cursos e palestras várias manifestações de apoio e receptividade de alunos, professores, técnicos e engenheiros, no que diz respeito à aceitação dos meus livros, e devido principalmente a carência de bibliografia, foi o que me motivou a escrever esse livro de PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA - Volume 2.

Creio ser este livro mais uma contribuição, principalmente para a graduação da Engenharia Elétrica e de técnicos que queiram se aprofundar e conhecer a arte e a filosofia de proteção.

O livro foi escrito numa seqüência lógica, em linguagem simples e técnica, de modo a ser uma fonte de consulta acessível aos técnicos da área da Engenharia Elétrica. Todos os capítulos têm abrangência que cobre e atende os requisitos para proporcionar um bom conhecimento na área de proteção. O conteúdo desse volume 2 está focado na Teleproteção e Proteção de Transformadores.

Devido à complexidade da proteção de sistemas elétricos de potência, este livro cobre somente uma parte. Portanto, pretende-se dar continuidade do conteúdo no livro de Proteção de Sistemas Elétricos de Potência, 3º volume, nos assuntos referentes a Proteção de Barras, de Reatares, de Capacitores, e de Máquinas Síncronas.

o Autor

Índice Geral

Capítulo l-ZONA DE PROTEÇÃO 1.1 Zona de Proteção ................................... .... ................ .... .. ........ .. ... ........ 1

1.2 Relé de Sobretensão ........ .. ................ .... .. .... ................ ...... .. .................. 7

1.3 Relé de Subtensão ............................................................ .... .. ........ .... . 12

1.4 Proteção de Sobretensão para a Tena de Sistemas Isolados .............. 17

Capítulo II - RELÉ DIFERENCIAL 2.1 Relé Diferencial ........................................... .. ..................................... 19

2.2 Relé Diferencial Comum .. .. .............. .. ................................................ 20

2.3 Relé Diferencial Percentual .............................. .. .. .. ................ .. .......... 22

Capítulo III - TELEPROTEÇÃO 3.1 Teleproteção .......................................... .... .... .. .............. ......... ... ........ .. 32

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II

3.2 Fio Piloto ... .. ... .... ... .... .. ...... .... .............. ...... .. .. ..... ..... .. .. .. .... .......... .... ... 33

3.3 Fibra Óptica ... .... ..... ... ..... .... ...... .. .. ............... .. ....... ..... .. .......... ..... ...... .. 37

3.4 Cabo OPGW .......... .. ...... ... ............... .. .. .. .... .... ........ .. ..... ...................... 40

3.5 Onda Portadora ..... ....... .... .. .... ... ..... ...................... ....... ... ............. ... .... . 43

3.6 Microondas ...... ...... .. .... ........ .. ............... ... .... ....... .. ... .. ............ .. .. .... ..... 45

3.7 Tipos de Sistemas de Teleproteção ........ ... ..... ...... .. ......... ... .. ......... ..... 46

3.8 Sistema de Bloqueio por Comparação Direciona1... .... .. .... ... ........... ... 47

3.9 Sistema de Desbloqueio por Comparação Direcional.. .. ..... .... ... ... ..... 51

3.10 Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional- Variante ............ . 54

3. 11 Transferência de Disparo Direto por Subalcance ... ........ ...... ... .. ..... ... . 58

3.1 2 Transferência de Disparo Permissivo por Subalcance ... .. .... ... .. ......... 59

3.13 Transferência de Disparo Permissivo por Subalcance com Aceleração de Zona ................ ... ............ ................... ..... .. ...... ........ ......... ............... 61

3.14 Transferência de Disparo Permissivo por Sobrealcance ....... .. .... ....... 62

3.15 Lógica de Eco .... .. ........... ... .......... .. .. .... ......... ............... ....... .... .. .. ... ..... 62

3.16 Proteção de Linha Morta ...... .... ..................... ..... ... .. .. .. .... ............ ... .... 66

3.17 Fraca Alimentação .... .. ......................... .. ........ ......................... ... ... ...... 68

3.18 Proteção por Seqüência Negativa ... ... .... ... ......... ... ..... ......... .... ............ 70

3.19 Falha de Disjuntor ... .. ........ .. .. ....... ..... ... .. ... ... ....... .... .. ......................... 74

3.20 Fontes Intennediárias ...... ..... .... ............ .. ........ ... ... .. .... .... .. ........ ..... ..... 78

3.21 Relé de Freqüência .. ...... ....................... ... ..... .. ........... ... .... .. ...... .. .... .... 82

3.22 Sistemas Especiais de Proteção .... ............. .... ... ............ ..... ....... ........... 85

3.23 Esquema Regional de Alívio de Carga (ERAC) ..... ..... .. ....... ... ... :-:" .. ... 87

3.24 Esquema de Controle de Emergência ................................ ... .... ......... . 91

Capítulo IV - PROTEÇÃO DE TRANSFORMADOR 4.1 Introdução ..... ................ ..... ............ ... ... ................. ...... .. ..... .. ... ............ 94

4.2 Transformador Monofásico ...... ...... .. ... .... ............ ... .. .. ...... .. ... ... .. ........ 95

Iii

4.3 Proteção Diferencial no Transfom1ador Monofásico ................... ...... 97

4.4 Transformador Tri fásico ............. ... .. .... ....... .............................. .. ... ... 103

4.5 Proteção Diferencial do Transformador Ttifásico D. - y .......... .. ..... 104

4.6 Regra de Ligação dos TCs nos Transfonnadores Trifásicos .. ... ... .... 106

4.7 Transformador Trifásico sem Rotação de Fase ................................ 107

4.8 Transformador D. - Y ........................... .. ........... .......... .. .................. 109

4.9 Ajuste do Relé Diferencial Percentual na Proteção do Transformador ........... .. ...... ..... .... ... ............ ..... ... .......... ....... ........ .. .... 121

4.10 Energização de Transformador.. .. ... .......... ... .. .. .... ...... .. .. .... ........ ... .. . l32

4.10.1 B loqueio da Proteção Diferencial .. ... .. .. ... ....... ..... ....... .... .... ...... ..... . l35

4.10.2 Proteção Diferencial com Atenuadores de Transitórios .... ..... .. ....... l35

4.1 0.3 Relé Diferencial com Retenção por HarmônÍcas ........... ... .......... .. . l37

4.10.4 Relé Diferencial com urna Unidade de Bloqueio de Harmónicas ... l39

4.10.5 Relé Diferencial Digital para Transfonnador ... ....... ..... .. .... ... ..... .... 141

4.1 1 Transformador com Impedância de Aterramento ... ...... .. .. ..... .... .... ... 142

4.1 2 Proteção Diferencial de Terra Restrita .. ....... .... ........................ ....... . 142

4.13 Proteção do Transfonnador de Aterramento ........ .... .. ....... .. ... .... .. .... 144

4.1 4 Proteção de Carcaça do Transfonnador. ........... .. ... .... ....... .. ... .. ...... ... 148

4.15 Relé Buchholz ..... ...... .......... ... .... ....... ..... .. .. .... .. .. ............ ...... .. .......... 150

4.15.1 Relé Buchholz do Comutador.. .................... .. ........................... ..... . 155

4.1 6 Termômetro .......... .... ..... ... .. .. .. ...... ..... ....... .... ... ........ ... ... ... ... ... .. .... .... 156

4.1 7 Relé de Imagem Térmica ..... .... .... ......... .. ..... .................... .. .. ....... ...... 160

4. 18 Transformador Hermeticamente Fechado .. .. ... ... ............ ...... .... ... ... .. 165

4.19 Relé de Súbita Pressão ... ... .... ...... ............ ... ............. ..... ...... ... .. ....... ... 165

4.20 Válvula de Alívio de Pressão ................ ... ......... .. .. ............... .... ....... .. 167

4.21 Nível do Óleo ........ ... ..... ..... ......... ... ............. .. .... .. .. .. ... ... ..... ......... ... ... 169

4.22 Relé de Sobre-Excitação .. ........... ..... .. ... ... ........ ... ...... ........... ......... .... 170

4.23 Proteção Contra Falha de Disjuntor de Transfonnador.. .. ......... ....... 173

4.24 Desumificador de Ar ... .... ... ...... ... .................................... .... .... .. .. ..... l74

iv

4. 25 Proteçào do Transformador ..... ... .. ... ... ... .. ... ... ... ... ....... . ... ........ ... ...... . 176

APÊNDICE A NOMENCLATURA DA PROTEÇÃO ....... .. ................ .. .... .. ... ...... .. 178

BIBLIOGRAFIA ... ...... ........... ... .. ...... .. .. ......... ....................... .. .. .... .. ... . 202

1

- ~ -----------------------------------_ .- -- ~

ZONA DE PROTEÇÃO

1.1 Zona de Proteção

Confonne apresentado no item 3.33 da referência [46], a proteção de primeira defesa é feita pela proteção principal (primária) e em segunda instância pela proteção secundária, que pode ser local por meio da proteção em réplica ou remotamente por meio da proteção de retaguarda (back-up) .

_ Dependendo da importância e do porte do sistema elétrico, pode-se constituir a proteção principal em réplica (redundância), ou seja, classificada em proteção primária e alternativa. Neste caso as proteções são idênticas, ou seja, existem duas proteções desempenhando funções idênticas com hierarquias iguais, trabalhando com teleproteção. Os equipamentos da proteção primária e da alternativa podem ser em réplica do mesmo fabricante ou de fabricantes diferentes.

No caso de haver duas proteções, em que não há redundância, ou seja, uma trabalha com teleproteção (proteção primária) e a outra com escalonamento por

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2 Capítulo I

zonas (proteção secundária), por exemplo. Neste caso. a proteção principal e a I" zona da proteção secundária podem ser inclusive concorrentes.

Os relés de proteção primária constituem a primeira linha de defesa, caso esta falhar, os relés da proteção alternativa, devem atuar, assim constituindo a segunda linha de defesa do sistema elétrico.

Cada proteção principal e alternativa é efetuada cobrindo linhas ou trechos de linhas ou equipamentos do sistema, cuja cobertura é denominada de zona de atuação ou zona de seletividade da proteção.

Em relação à proteção principal, deve-se efetuar a proteção considerando:

• que haja superposição nas zonas de atuação dos relés da proteção principal;

• cada disjuntor esteja coberto (contido) em pelo menos par duas zonas de atuação dos relés da proteção principal;

• sempre entre cada elemento ou conjunto de equipamentos deve existir pelo menos um disjuntor.

Para exemplificar a figura 1.1.1 mostra a zona de atuação das proteções principais de partes de um sistema elétrico.

Note que quando ocorre um defeito dentro de uma determinada zona, os relés que constituem a proteção principal, devem desligar todos os disjuntores dentro de sua receptiva zona de atuação. Deste modo, para um defeito localizado dentro da superposição de duas zonas, todos os disjuntares das duas zonas devem ser desligados. Este esquema funciona adequadamente, mas tem um inconveniente que ocorre quando existir um defeito dentro da superposição de duas zonas, e num local onde a abertura de alguns disjuntares é desnecessária. Por exemplo, se um defeito ocorrer no ponto k do esquema da figura 1.1.1, desligaria os disjuntores 1,2, 3,4 e 5, enquanto que somente o desligamento do disjuntor 1 da barra A seria o suficiente.

O inconveniente desse desligamento seria retirar um elemento não defeituoso do sistema elétrico. Entretanto a probabilidade da ocorrência desse defeito e muito pequena dado que a zona de supel-posição é muito pequena e está próxima do disjuntor.

Zona de Proteção 3

Proteção do Proteção do Gerador e

Gerador Transformador

proteçãode~í-~I- : / ~:~~~: Barra I I G I I I I G I I \. I L - J I I L - J I 'l\ I I 1 I :------i-j[-i-----i- k -~----I

I I 2 I I I 1 I I I L_ I I:

I I I I I 1- I I I I 4 I : 5 I I I I I I _~ _____ -. __ .J_ I --r- -------1- I

I I f I I I I I I I I I I I I I I I I: I II I Zonas de I I 'I- II

: Atuação I '1"'- I I da I Proteção de II I Proteção I I II / ~ II Linhas de I I Transmissão I

:: : ~: I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I _I I I

_....1--

Figura 1.1.1 - Zona de Atuação da Proteção Principal

Um relé pode ter zona de atuação em que uma parte pertence à proteção principal e a outra parte pertence à proteção de retaguarda. Como exemplo, pode-se citar o caso da proteção convencional (escalonada por zona sem teleproteção) feita com a utilização de relés de distância (21), em que a 23 zona tem 20% da LT na proteção principal e 50% da próxima LT coberta pela proteção de retaguarda da la zona do relé a jusante da próxima barra.

4 Capítulo I

Na prática a zona de atuação da proteção principal se inicia no local da instalação do TC ou dos TCs do circuito elétrico. Nos disjuntores pertencentes à superposição os TCs estão entrelaçados, isto é, os TCs estão posicionados de modo que o disjuntor fique no meio, conforme ilustrado na figura 1.1.2.

87

P ro teção Diferenc ial do

Ge rador e Transformador

87

Proteção de

Proteção Diferencial do Ge rador

87 )

t Linh a d e 7~ ________ ~ _______ T_ra_n_s_m_iS_Sã_O ____ ~ ____________________ ~

Proteção Oife renc ia l d e Barra

Figura 1.1 .2 - Localização dos TCs

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~Z~0~n~a~d~e~P~ro~t~e.çã~0~ ________________________________________ ~5~ (

Cada conjunto de TCs alimenta relés de sistemas de proteçào diferentes. Por exemplo, o disjuntor 1 está coberto pelos TCs x e y. O TC y pertence ao esquema diferencial (87) do conjunto (transfonuador e gerador síncrono), o TC x pertence a proteção diferencial (87) da Barra A.

Salienta-se que os posicionamentos dos TCs apresentados na figura 1.1.2 seria o ideal em termos de entrelaçamentos de zonas de proteçào, mas na prática é de alto custo e as empresas por motivos econômicos utilizam o esquema apresentado na figura 1.1.5.

Algumas vezes, como variante do esquema apresentado na figura 1. 1.2, é também utilizados a instalação dos TCs como mostrado na figura 1.1.3.

t Zona A taf! · LT

Zona B I Figura 1.1.3 - Cruzamento de TCs sem Abraçar o Disjuntor

Neste caso os TCs não cobrem o disjtmtor, isto é, o disjuntor está coberto só pela proteção da zona B. Note que no esquema da figura 1.1.3 está apresentado, também, 2 TCs separados, a que constitui em uma alternativa de alto custo. Na realidade, as empresas utilizam apenas um TC com vários enrolamentos independentes no secundário, assim nesse caso bastaria um enrolamento primário e 2 enrolamentos secundários. Para este propósito, convenciona-se que o símbolo apresentado na figura 1.lA corresponde a um TC com 1 enrolamento primário e 2 enrolamentos

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secundários. ~

I Zona A ~~---- . ~lLf";

Zona B I

LT •

Figura 1.1A - TC com um Enrolamento Primário e 2 Enrolamentos Secundários

I

I L

6 Capítulo J

A fim de reduzir os custos e a quantidade de TCs utilizados na conjugação dos entrelaçamentos das proteções de banas, as empresas adotam esquemas de proteções em que as ligações ficariam como as apresentadas na figura 1 .1.5.

Proteção Diferencial do

Gerador e Transformador

87

3 Proteção de 4 -'/ Unhade ~

Proteção Diferencial de Barra

--r Transmissão 21 • - --1 : ! 1

87

Figura 1.1 .5 - TCs com 2 Enrolamentos no Secwldários no Entrelaçamento das Zonas de Proteção com a Proteção de Barras.

Zona de Proteção 7

Note que com esta configuração econorrllzou-se 7 TCs.

1.2 Relé de Sobretensão

Os relés de sobretensão operam quando a tensão elétrica ultrapassa um valor pré-ajustado. Recebe a denominação de função 59 pela nomenclatura ANSI. Ver apêndice A.

OS relés de sobretensão podem ser classificados em:

a) Aspectos construtivos

• Eletromecânico;

• Eletrônico;

• Digital.

b) Tempo de atuação

• Instantâneo;

• Temporizado.

o Definido;

o Tempo inverso.

O relé de sobretensão eletromecânico, em relação ao aspecto construtivo, é idêntico ao relé de sobrecorrente tanto para a unidade instantânea quanto para a unidade temporizada. A unidade instantânea e a temporizada de tempo inverso estão apresentadas respectivamente nas figuras 1.2.1 e 1.2.2.

O conjugado (torque) do relé de sobretensão é dado pela expressão 1.2.1.

1:Torque = kV 2 - k Mo1a (1.2.1)

Em que:

V -+ é a tensão elétrica na bobina magnetizante do relé de sobretensão.

1-

8

TP ---, _....:.....--------r' I + I Vs I I

oe ==: Taps ~~--~=------~

espi ras

........ ........ ', Bobina '-----4-4-. ", Magnetizante

do Relé 591

Figura 1.2.1 - Relé de Sobretensão Instantâneo (591)

I I

v? I Vs I I I

• I I ______

J

espiras

Bobina Magnetizante do Relé 59T

Figura 1.2.2 - Relé de Sobretensão Temporizado (59T)

Capítulo I ,

I Eixo I I

Disco

As unidades têm taps para possibilitar a escolha do ajuste mais indicado para a respectiva proteção instantânea e temporizada a ser adotada para o sistema elétrico em estudo. No relé de sobretensão temporizado de tempo inverso escolhe-se uma curva Tempo x Tensão, conforme família de curvas disponibilizadas pelo fabricante apresentadas, na figura 1.2.3, por exemplo.

Dependendo do porte e da importância do sistema elétrico a proteção de elevação de tensão pode ser efetuada utilizando-se um ou mais relés de sobretensão. Por exemplo, num sistema de grande porte, pode-se utilizar 3 relés de sobretensão, conectados enh-e fases ou entre fase e terra. A figura 1.2.4 mostra uma ligação com relés de sobretensão (59) entre fase e terra.

Zona de Proteção

II I I I I ! I r

'" ~ "IHir-+--+-++++--I-4---J Relé de Sobretensão : Ol

'" ~ ~~~--+-++++--I-+-~~~~~~-+~ '" ~·I~Hrl-i-+~+++-~+-~~~~~-+~ E '" f- 4Ot+t\'i--+-++++--I-4-4 -+-..... -+-+-+--I-~ ,

\ l\ Curva de Tempo ,\ , /, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

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\ \" I I I " 'I -, 7 \ ,\.\.. \. J!. /il II \ \.. N'I. , I III

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...... 1-.l.1F 1'0 ..... !! ~ n. .:. . •. IO .jli ~ .. 1M aoo

Porcento do valor do Tap ajustado no 59

Figura 1.2.3 - Curva Tempo x Tensão do relé de Sobretensão

• MM\\ __ ---'

*

Figura 1.2.4 - Ligação dos Relés de Sobretensão Instantâneos e Temporizados

9

(

(

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10 Capítulo I

o diagrama nmcional de proteção de sobretensão está apresentado na figma 1.2.5.

+ 591:f A 159T ];O 59T lO 591 59l

I B

591 C

Figura 1.2.5 - Diagrama Funcional da Proteção de Sobretensão

Pelo esquema apresentado na figura 1.2.5, a proteção de sobretensão só provoca o disparo no disjuntor quando:

tf> Ocorre uma sobretensão nas 3 fases com a conseqüente operação das 3 unidades instantâneas. Os contatos das unidades instantâneas estão em série, portanto, somente com os fechamentos dos 3 contatos dos relés o disparo do disjuntor é efetuado. Se ocorrer, por exemplo, uma sobretensão em uma só fase , a unidade ' instantânea da fase correspondente fecha o seu contato, porém não ocorre a operação do disjuntor.

tf> Ocorre uma sobretensão em 1 ou 2 fases que se mantém por certo tempo provocando a operação da unidade de sobretensão temporizada. Note que os contatos das unidades temporizadas estão em paralelo, portanto qualquer tmidade que atua provoca o disparo do disjuntor.

Os TPs podem também serem conectados em /j. para a ligação dos

relés entre fases.

Apresentou-se aqui a proteção de sobretensão utilizando-~e relés de sobretensão eletromecânicos para possibilitar um melhor entendImento do funcionamento físico do equipamento, mas atualmente utilizam-se relés

Zona de Proteção 11

digitais multifunção , em que a função 59 já está incorporada. Geralmente, a função 59 no relé digital é de tempo definido.

Num relé de sobretensão eletromecânico é interessante obter a relação de tensão de atuação (pick-up) e a tensão de desoperação (drop-out) , conforme expressão 1.2.2.

R 1 . (0/ = tensão de atuação 100 e plck-up 10) _ _ x tensao de desoperaçao

drop-out ( l.2 .2)

Note que a expressão 1.2.2, deve-se principalmente ao relé eletromecânico, em que o fluxo magnético mínimo gerado pela sobretensão que é suficiente para acionar a alavanca fechando os contatos é bem maior que o fluxo magnético gerado por uma tensão menor que consegue soltar a alavanca do relé, abrindo-se os seus contatos. Pela expressão 1.2.2 este valor é sempre maior que 100%. Note que este problema intrínseco do relé eletromecânico leva a um valor bem superior a 100%.

Quando ocorre uma sobretensão temporária que provoca a operação do relé de sobretensão instantâneo, pode muitas vezes permanecer o contato fechado mesmo com o retomo da tensão nominal do sistema. Por isso, deve- se sempre ter o cuidado para que a tensão de desoperação seja maior que a tensão nominal do sistema, assim garante-se o restabelecimento do relé de sobretensão instantâneo. O relé de sobretensão digital não tem este problema, porque a relação de tensão do pick-up e drop-out é praticamente 100%.

A sobretensão no sistema elétrico pode provocar os seguintes problemas:

@ Arcos elétricos entre condutores de uma linha transmissão;

@ Arcos elétricos nos isoladores;

@ Aumento da corrente de fuga nos pára-raios;

@ Esforços maiores na isolação dos transfonnadores;

@ Esforços maiores na isol.ação dos geradores síncronos;

@ Aumento dos esforços na isolação elétrica dos equipamentos.

12 Capítulo I

1.3 Relé de Subtensão

o relé de subtensão, função de proteção 27, opera quando a tensão diminui abaixo de um valor pré-ajustado. Construtivamente é idêntico ao relé de sobretensão, mas sua operação ocorre somente quando há uma redução da tensão elétrica no circuito no qual está instalado.

As características e esquemas de ligação são os mesmos da proteção de sobretensão. A curva de temporização desse relé é mostrada na figura l.3 .l.

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Figura 1.3.1 - Curva de Temporização do Relé de Subtensão

Os relés de subtensão são idênticos aos relés de sobretensão, mostrado na figura 1.2.1, com bobina magnetizante com vários taps para possibilitar a escolha do percentual (%) da tensão ajustada para a qual o relé u:á atuar. A atuação é por ação da desoperação (drop-out) da alavanca. Na operação normal do sistema, a tensão nominal produz um fluxo magnético

Zona de Proteção 13

que mantém atraída a alavanca (armadura) do relé, confonne ilustrado na figura l.3 .2.

Taps ~~---4-b--------~

Bobina Magnetizante do Relé 271

-..... -- --""

~ t, Eixo

-+__.._ O.C Mola

Alavanca

Figura 1.3.2 - Relé de Subtensão Instantâneo (271) nâo Operado

A mola neste caso se mantém pennanentemente tracionada. Quando a tensão elétrica do circuito diminui abaixo de um valor ajustado, o fluxo magnético diminui e solta a alavanca. A mola que está tracionada puxa a alavanca de volta fechando o contado do relé, isto é, concretizando a operação propriamente dita do relé de subtensão 27. Ver figura l.3.3 .

TP ~Taps

'. Bobina Magnetizante do Relé 271

{rn-i:, I _ ____ '_-_~J-~----------~~---------.

Eixo

Figura 1.3.3 - Relé de Subtensão Instantâneo (271) Operado

O relé de subtensão (27) é utilizado em várias situações na proteção do sistema elétrico, muitas vezes combinado com outros relés. Por exemplo, utiliza-se o relé de sobrecorrente com monitoramento (pennissivo) por subtensão. Isto significa que a atuação da proteção é combinada, isto é, o disjuntor só receberá disparo se houver atuação dupla, do relé de

(

(

(

14 Capítulo I

sobrecorrente 51 e elo re lé ele subtensão 271. O esquema apresentado na figura 1.3 .4 mostra como se realiza a operação desta proteção.

DJ

LT BARRA \ .. _~ --

~

TP \

t-@ Figura 1.3.4 - Diagrama U nifilar e Esquemático em DC da Proteção de

Sobrecorrente com Supervisão do Relé de Subtensão (51/27)

O esquemático em De está apresentado na figura 1.3.5 .

+

Figura 1.3.5 - Esquemático em DC da Proteção de Sobrecorrente com Supervisão do Relé de Subtensão (51/27)

Na representação numérica da ANSI (apêndice A), o relé de sobrecorrente temporizado com monitoramento de subtensão é denominado por 51/27.

Outra variante, muito utilizada é a denominada de proteção por relé de sobrecorrente com restrição de tensão. Neste caso, o torque de atuação no relé de sobre corrente eletromecânico é dependente da tensão, que pode ser por subtensão ou sobretensão. Por exemplo, a figura 1.3.6 mostra o diagrama uni filar desta configuração por restrição de subtensão.

Zona de Proteçào 15

BARRA ou 51

F igura 1.3.6 - Relé de Sobrecorrente com Restrição de Subtensão

O esquemático em DC está apresentado na figura 1.3.7.

+ I 5215oou51

BA

I 52a

Figura 1.3.7 - Esquemático em DC

O torque no relé de sobrecorrente eletromecâ.nico, ou sej a, a sua corrente de atuação depende do tap escolhido e varia em função do valor da tensão elétrica aplicada após atuação do relé 27. Isto é, a corrente de ajuste do relé de sobrecorrente varia de acordo com a tensão elétrica aplicada e pode ser dada pela expressão 1.3.1.

IOjuste500u51 = Tap 50 ou 51 .f (V27 ) (1.3.1)

Para o relé digital ou eletrônico, a corrente de ajuste varia de acordo com a expressão 1.3.2.

Iojuste 50 ou 51 = I ajus tado no 50 ou 5J • f (V27 ) (1.3.2) Em que:

16 Capítulo I

f(V~7 ) -t Representa uma função que varia de acordo com o valor da

tensão sobre o relé 27.

A corrente de ajuste do relé de sobrecorrente 50 ou 51 pode ser vlsualizada, por exemplo, na figura 1.3_8.

lajuste do relé de sobrecorrente

Tap Ajustado ..... -----------.

v

Tensão Nominal

Figura 1.3.8 - Curva do I ajuste versus tensão V

Note-se que com o abaixamento da tensão aumenta-se a sensibilidade do relé de sobrecorrente, esta característica é útil em vários esquemas de proteção, principalmente os utilizados na partidas de máquinas rotativas.

A proteção por relé de sobre corrente com restrição (dependência) de tensão é denominada de 50V ou 51Y.

O relé digital de multi função contém várias funções incorporadas, inclusive a de subtensão 27 e a de sobretensão 59. A característica de atuação com respeito à tensão e à temporização são mostradas na figura 1.3.9_

Neste caso o relé opera quando a tensão sai da faixa de operação mostrada na figura 1.3_9, inclusive as temporizações podem ser diferentes para as funções 27 e 59_

Zona de Proteção 17

t Tempo

l' -----------------------------------------'!""""'"------

~m~ l' I de -.v

Atuação ~

27 59 Tensão

Figura 1.3.9 - Característica de Atuação do Relé de Tensão 27 e 59

IA Proteção de Sobretensão para a Terra de Sistemas Isolados

Num sistema isolado ou ateITado com uma alta impedância, geralmente para a proteção de defeito à terra, utiliza-se a tensão de

seqüência zero obtida por 3 TPs ligados em b,. aberto. A figura 1.4. 1. ilustra esse esquema de ligação.

A 8 C

~-.--.-----~.~ . . + ~------~------~ vA

R + F -unçao

3\10 59 64

Figura 1.4.1 - Relé de Sobretensão Conectados nos Terminais do b,. Aberto

Neste tipo de sistema elétrico, quando ocorre um defeito em rel ação à terra, haverá um desequilíbrio de tensão com a conseqüente geração de

(

(

(

18 Capítulo I

tensão de seqüência zero. Assim, conforme descrito na referência [5], na

ligação em A abelio aparecerá uma tensão de seqüência zero com o valor de JVo que ativa o relé de sobretensão 59. Apesar de o relé ser de sobretensão esta função de proteção é denominada de 64 pela ANSI, dita também de proteção de terra ou de contato à terra.

Por exemplo, no circuito de 13,8 kV dos serviços auxiliares de uma

subestação, proveniente do terciário ligado em /').. do transformador de potência de 3 emolamentos, utiliza-se a proteção de sobretensão mostrada na figura 1.4.l. Note que neste caso, em funcionamento normal, a tensão no

secundário dos TPs é de 115 / .J3 = 66,4 V.

Em termos fasoriais, tem-se:

Y. = 66,4L O° V Yb = 66,4L -120 0 V Vc = 66,4L - 240

0 V

A tensão sobre o relé 59 é:

VRelé59 = Va + Vb + Yc = zero

Portanto em funcionamento normal do sistema elétrico a tensão no relé 59 é nula. Havendo um defeito à terra, no sistema elétrico isolado, as tensões desequilibradas geram tensões de seqüência zero iguais e em fase no secundário dos TPs, e o relé 59 ficará submetido a

VRelé59 = 3Vo = 3 x 66,4 = 199,2V

Desse modo o relé 59 deve ser ajustado com uma tensão bem menor, por exemplo:

VAjuste doRe lé 59 = V no min ai < 3Vo

Na prática, na figura 1.4.l , é necessário colocar em paralelo com o relé 59 uma resistência elétrica (R) de estabilização, principalmente para minimizar as sobretensões advindas da própria operação do relé e também para atenuar possíveis problemas de ferro-ressonância tão comum neste tipo de circuito.

19

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RELÉ DIFERENCIAL

I 2.1 Relé Diferencial

o relé diferencial é um dispositivo de proteção de um equipamento que se baseia no princípio da comparação de corrente elétrica de entrada e saída, podendo haver várias possibilidades de conexões, sendo simbolicamente representada pela figura 2.1.1.

ientrada

Elemento Protegido Figura 2.1.1 - Plincípio da Proteção Diferencial

A ftmção de proteção fundamenta-se na 1 a Lei de Kirchhoff aplicada ao equipamento, isto é

20 Capítulo II

(2. 1.1 )

o dispositivo de proteção vai atuar do seguinte modo:

a) Se i entrdda =: i..ida , a corrente irei'; =: O, e o relé não atua, isto é, o elemento protegido não apresenta defeito.

b) Se i.ntrnda - i saida ::; I .juste do relê ' a proteção não atua porque a

diferença de corrente é menor que a corrente de ajuste do relé.

c) Se i entrada - i saida > I aj uste do re lé ' a proteção atua porque a diferença

de corrente é maior que o ajuste no relé. Neste caso há um defeito no elemento protegido.

A comparação das correntes elétricas é feita por meio de TCs.

A proteção diferencial é largamente empregada na:

• Proteção de transformadores de potência

• Proteção de cabos subterrâneos

• Proteção de máquinas síncronas

• Proteção de barras

• Proteção de cubículos metálicos

• Proteção de linhas de transmissão curta

A proteção diferencial é denotada pelo número de função 87.

Apresentam-se a seguir várias possibilidades do emprego da proteção utilizando o relé 87.

12.2 Relé Diferencial Comum

É uma proteção em que se utiliza um relé de sobrecorrente 50 ou 51, fazendo a função 87. A figura 2 .2. 1 mostra o esquema genérico desta proteção, em que os TCs têm relação 1: 1.

Relé Diferencial

Íenrrada ( secundário)

Elemento Protegido

Relé

Ísaída (secundário;

Figura 2.2.1 - Proteção Diferencial Comum na Operação Normal do Sistema Elétrico

21

No caso da figura 2.2.1 em que o sistema elétrico está operando normalmente, isto é, alimentando uma carga, as con-entes de entrada e saída são iguais é o relé não opera. Note que a proteção diferencial pode ser empregada em sistemas elétricos radiais e em anéis, sendo que sua zona seletiva de atuação é entre os dois TCs.

A figura 2.2.2 apresenta o caso de um curto-circuito fora da zona protegida pelos dois TCs.

Elemento Protegido

Bobina de i 2 =: ii magnetização do

~ relé de sobrecorrente

Figura 2.2 .2 - Defeito Fora da Zona Protegida

Supondo o sistema em anel, as correntes que suprem o cUlto-circuito vêm dos dois lados como mostra figura 2.2.2, mas como o defeito ocorreu fora da zona protegida pela proteção diferencial, os dois TCs vêm a mesma corrente i I , e o relé não opera.

Já a figura 2.2.3 apresenta um curto-circuito interno à ligação diferencial.

(

(

(

(

(

(

(

E lemento Protegido

Figura 2.2.3 - Defeito Dentro da Zona Protegida

Capítulo II

Se o sistema for radial a conente 12 = O, e se for em anel a conente 12 será uma conente de curto-circuito. A conente que passa pela bobina magnetizante do relé será ii + i 2 e a proteçâo atuará.

É importante observar que o uso das ligações anteriores é freqüente. Apesar das ligações anteriores serem usadas, elas apresentam problemas na oconência de elevado curto-circuito fora da zona seletiva, mas muito próximo ao TC. Isto se dá devido a:

• não ser perfeito o casamento dos TCs;

• saturação dos TCs;

• carregamento -(burden) nos secundários dos TCs, que causam saturação no núcleo;

. • outros problemas inerentes ao equipamento protegido.

As situações acima produzem enos nos TCs, podendo provocar a atuação indevida do relé de sobreconente que está fazendo a função de proteção 87.

Para contornar esses problemas é melhor utilizar o relé diferencial percentual.

12.3 Relé Diferencial Percentual

Relé Diferencial 23

Este esquema de proteção utiliza um relé diferencial percentual apresentado na figura 2.3.1 .

11 TC Elemento TC i2 "~ ~ "~ ~ .

I Protegido "[ L

11 I i2 N1 BOBINA DE

BOBiJ'IADE N2

ki2 OPERAÇÃO

RESTRlÇÃO I

12

1- !' ~"C + ! ~ I 1 MOLA EIX O

Figura 2.3.1 - Relé Diferencial Percentual

Note-se que:

Ir--- BATENTE

• Se o elemento protegido for um cabo subtenâneo, uma máquina

síncrona ou uma linha de transmissão curta, as conentes II e

12 serão iguais.

• Se o elemento protegido for um transfonnador, as conentes i I e i 2 serâo determinadas pelas relações de h·ansfonnação do transfonnador e que deverão ser compensadas pelas relações de transfoffilação dos TCs e, se necessário, pelo emprego de TCs auxiliares.

O esquema de proteção diferencial percentual apresentado pela figura 2.3 .1 baseia-se na interação de duas bobinas, que são:

• Bobina de restrição, que tem uma derivação central. O campo magnético gerado nesta bobina de restrição atua atraindo um êmbolo produzindo um torque negativo, isto é, contrário ao torque de operação.

24 Capítulo II

• Bobina de operação, cuj o campo magnético atrai u m êmbolo que produz o tOl·que positivo .

O relé 87 irá operar se o torque positivo (rJ for superior ao tOl·que negativo (rJ.

O funcionamento básico do relé diferencial percentual da figura 2.3.1 baseia-se nos torques gerados nas bobinas de restrições e de operação. Para analisar melhor o funcionamento, apresentam-se os itens a seguir.

a) Operação normal do sistema elétrico ou defeito fora da zona protegida.

Este é o caso em que as conentes seClmdárias nos TCs do esquema

da figura 2.3.1 são iguais (ii =i 2 ) . Nota-se que a bobina de restlição é composta de duas partes emoladas no mesmo sentido, portanto as conentes

i I e i 2 produzem um campo magnético concordante que atrai com bastante força o êmbolo, produzindo um forte tOl·que negativo. Já na bobina de

operação, a corrente resultante é ii - i 2 = O, ou seja, o torque será nulo. Assim, o forte torque negativo (restrição) garantirá a não operação do relé 87.

b) Defeito interno entre os dois TCs.

Quando o defeito (curto-circuito) é interno, ou seja, dentro da zona

limitada pelos dois Tes, as correntes ii e i 2 dirigem-se ao ponto do defeito. Neste caso, tem-se a inversão da corrente i 2 como mostra a figura 2.3.2.

Para dar ênfase ao funcionamento deste relé, supõe-se que a corrente

12 tenha o mesmo valor em módulo da corrente i I' deste modo, o campo magnético gerado pela corrente i 2 , na meia bobina de restrição, tem sentido oposto ao campo criado pela corrente ii ' assim, o campo magnético de restrição resultante é nulo, conseqüentemente não existe torque de restlição.

Já a corrente resultante ii + i 2 = 2i l , passa totalmente pela bobina de operação, produzindo um elevado torque positivo. Note que neste caso, o

Relé Diferencial 25

torque de operação é grande e o torque de resu·ição é nulo. ficando desse modo, garantida a operação do relé.

BOBINA DE N2 RESTRIÇÃO

Elemento Protegido

N1

TC

BOBINA D E

OPERAÇÃO

Figura 2.3.2 - Defeito Interno

Esta é grande vantagem desse relé, que se traduz em:

• Defeitos externos, o relé fortifica a restlição e enfraquece a operação, garantindo a não atuação do relé.

• Defeitos internos, o relé enfraquece a restlição e fortifica a operação, garantindo a atuação do relé.

O relé diferencial percentual (87) apresentado na figura 2.3 .l é representado pelo esquema da figura 2.3.3, em que aparece a bobina de operação e a bobina de restrição separada em duas partes.

Passa-se a obter a expressão analítica de operação do relé diferencial

percentual, considerando que as correntes ii e i 2 estão referenciadas de acordo com as figuras 2.3 .1 e 2 .3.3.

• Na bobina de resttição, age a COtTente resultante que é dada por

ii + i21 I corrente de restrição = --2-

(

(

(

(

(

(

\.

26

• Elemento Protegido •

I - I [ ~Bobina~e ~ operaçao

.< >.-Bobinas de restnçoes Figura 2.3 .3 - Relé Diferencial Percentual (87)

Capítulo TI

Para simplificar, utiliza-se apenas a média dos módulos individuais, isto é

11 +1 2 Icorrente de restrição == - -2-

cujo torque de restrição será dado por

( J 2

2 II + 12 r re~trição ex: (<:J) restrição ) ex: --2-

• Na bobina de operação, a conente resultante é,

I opel1lção = I ii - i 2 1

e para simplificar utiliza-se

I opernçãO = II - 12

cujo torque de operação é dado por

Portanto, desprezando-se a restrição da mola restauradora, o tOl'que resultante que age no balancim do re lé diferencial percentual é dado pela expressão 2.3 .1.

Relé Diferencial

r rele 87 == T operacão - T re!-triçào

No limiar (r relé 87 = O) do relé 87 , tem-se :

I -I =~K}. II +I} I 2 K 2

I

Fazendo-se, a = - - , tem-se ~J KI l [ +12 I -I =a·--

I 2 2

27

(2.3 .1)

(2.3.2)

(2.3 .3)

Fazendo-se, y = I[ - 12 e x = I[ + 1 2

, tem-se a expressão 2.3.3 , 2

reescrita como sendo a expressão 2.3.4, que é uma equação de uma reta que passa pela origem dos eixos cartesianos y - x .

y=ax (2.3.4)

Fazendo-se o gráfico da expressão 2.3.3 de (- 12 em função de

II + 12 --, tem-se a figura 2.3.4. 2

Em que:

a = taga = ~K2 , que é chamado de inclinação, ou declividade (slope) da KI

reta do limiar de operação do relé 87. O efeito da mola de restauração do relé só aparecerá para pequenas

conentes de defeito, neste caso, sua ação está representada na figura 2.3.4, em que a reta não passa pela origem, mas tem um pequeno desvio.

28 Capítulo II

Devido ao efeito da mola

OPERA

~miar de operação

NÃO OPERA

Figura 2.3.4 - Curva de Operação do Relé Diferencial Percentual

Para o relé diferencial percentual, devem-se fazer dois ajustes:

a) Ajuste da declividade (slope), que pode ser:

• 5 a 25% para máquinas síncronas;

• 10 a 45% para transformadores de potência.

Deve-se obse-rvar que se a declividade for de 25%, que corresponde a taga = 0,25 e a = arctagO,25 = 14,04° . Quanto maior for a declividade, menor é a sensibilidade do relé.

b) Ajuste do valor inicial ou pick-up do relé para compensar o efeito

da mola de restauração, seu valor mínimo é limitado por JK 3 , KI

em que K3 representa o efeito da mola. Por exemplo, o ajuste do pick-up ou corrente mínima de atuação do relé, pode ser O,IA ou 0,2A, ou o valor recomendado pelo fabricante do relé.

Pode-se também representar o relé diferencial percentual, em um gráfico da corrente de retenção II em função da corrente de retenção 12 ,

Relé Diferencial

(

29 (

Para isso é definido outro tenno que é a percentagem da corrente diferenc ial II - 12 em relação à menor das correntes de retenção 11 ou 12 ,

Supondo-se que 12 < II' assim a percentagem diferencial " p" é dada por:

Desenvolvendo-se, tem-se:

I = 100 +p . I I 100 2 (2.3 .5)

Supondo-se que I I < 12 , tem-se

Desenvolvendo, tem-se

I = 100 . I I 100 +p 2 (2 .3.6)

Usando-se no relé diferencial percentual, o percenhlal "p" de 10% e 25%, o gráfico da zona de atuação do relé é apresentado na figura 2.3 .5.

Nota-se que a reta superior da gravata é dada pela expressão 2.3.5 e a reta inferior pela expressão 2.3.6.

Assim, para qualquer operação que produza um ponto dentro da região hachurada o relé 87 não ahla.

Qualquer ponto de operação fora da gravata representa uma corrente diferencial além do ajustado no relé 87 e a proteção atua.

De uma maneira geral na proteção de transformadores ou máquinas síncronas o relé 87 não atua diretamente no dispositivo de abertura do disjuntor. O relé atua ativando o relé auxiliar de bloqueio (86), que providencia uma série de comandos, sendo um deles o disparo da abertura do disjuntor ou disjw1tores, conforme pode ser visualizado na figura 2.3.6.

\..

30 Capítulo II

1 (Ampêres retenção) ~tua

18

16

14

12

10

8

6

4

2 1

11 ~ 100 + a 12---~ 100

I 51 .34°= arctg 100+25 100

, , :<- a =10% ,-

:<- - Zona Inoperante

.alua

a =25%

- 11=~ 12 100 + a

-~~~+-~-+--~--+-~-+-+~~~~~-+--~~~~12

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 (Ampéres retenção)

Figura 2.3.5 - Zona de Atuação do Relé Diferencial Percentual em FOlma de Gravata

, , , , , ,

Transformador ou Gerador Síncrono

B

: e : , , ~----<II(-------- 86 -------~---.!

~ ~---------------;87r---------------~

Figura 2.3.6 - Diagrama Esquemático da Proteção Diferencial

A figura 2.3.7 apresenta o diagrama esquemático simplificado em DC da atuação da proteção.

Relé Diferencial 31

+ -j2A 1r---52---rA 1-----r-1-~, .....,...I-1--r--52B 1""'--52B ~I - - ~

BA

Figma 2.3.7 - Esquemático em De da Proteção Diferencial Percentual

Em que:

VM ~ lâmpada vennelha, indicando disjuntor fechado.

VD ~ lâmpada verde, indicando disjuntor abelio .

As notações numéricas são identificadas no apêndice A.

Note que na proteção de linhas de transmissão com relés 50, 51, 21, 67, 32, utilizam-se TCs com fator de sobrecorrente de 20, com classe de exatidão de 10%. Os TCs utilizados na proteção diferencial, os erros dos mesmos influenciam no ajuste do relé, portanto esses TCs devem ter precisão analisada para cada caso, e podem ser de classe de exatidão de 2,5%, de 5% ou de 10%. Desse modo, em alguns casos, os TCs da proteção diferencial devem ser melhores do que os TCs das outras proteções.

31

[~7:~i :t;'. " ,c:' -:, "',~" ,- "~' "'~. ,,' .' 'c ,- - "','" ~ :. ~ - -II '. .~. ~~ _ _ > ___ • __ ~' ~, ~._' _:': _ ' __

TELEPROTEÇÃO

13.1 Teleproteção

A proteção que utiliza comunicação entre os relés das barras adjacentes de uma linha de transmissão é denominada de teleproteção. O p~ncíp~o básico da teleproteção é a utilização da proteção diferencial (87) a d~stâncIa, em q,ue a transmissão do sinal de um relé ao outro é feita pelas Vlas de comumcação. Do mesmo modo da proteção diferencial, o trecho supervisionado (selecionado) para a proteção é o compreendido entre os 2 r~lés. A figura 3.1.1 mostra simplificada e esquematicamente a proteção da lmha de transmissão utilizando a teleproteção.

Barra A Barra B

- - - - - - - - - - - - - - - RB Via de Comunicação

Figura 3.1.1 - Teleproteçâo

(

_T~e~1_ep~r~0~te~ç~ã~0 __________________________________________ ~3~3 (

A filosofia da teleproteção é a mesma da proteção utilizada no sistema de energia elétrica, com o adicional que a confiabilidade da tecnologia da comunicação é fundamentaL

A teleproteção basicamente utiliza 2 processos para a ação de desligamento do trecho em defeito. Os 2 processos são:

• comunicação efetiva ou não entre os relés, para o bloqueio do desligamento do disjuntor;

• cOlmmicação entre os 2 relés, para o desligamento efetivo dos disj untores.

Na teleproteção a necessidade de se utilizar a proteção principal e alternativa é importante, possibilitando a garantia de seletividade de 100% da linha de transmissão.

Na teleproteção as vias de comunicação, conhecida como canais piloto, podem ser de vários tipos:

• fio piloto;

• onda portadora (Carrier);

• microondas;

• fibras ópticas do tipo:

7- cabo dielétrico de fibra óptica;

7- cabo OPGW.

Na teleproteção é imprescindível que o meio de comunicação tenha alta confiabilidade e alta velocidade. Isto porque a teleproteção é um componente incorporado ao sistema de proteção. Desse modo é importante considerar a segurança do meio de comunicação, principalmente quanto à sua exposição fisica. Geralmente em linhas de transmissão, o sistema de comunicação abrange todo o comprimento da linha, ficando exposto a toda sorte de riscos, inclusive o de vandalismo.

Os mecanismos das vias de comunicação são resumidan1ente apresentados a seguir.

(

(

(

(

(

LI3_.2 __ F_io_P_il_o_to~ ____________________________ ~1 I

34 Capítulo III

Fio piloto é um condutor físico utilizado para conduzir (transmitir) o sinal de comunicação entre os sistemas de proteção instalados em cada terminal do elemento protegido.

O condutor, meio de propagação, pode dependendo do tipo de proteção, ser:

o Fios telefônicos;

o Cabos elétricos;

o Fios nus.

A comunicação por fio piloto é feita por um par de condutores, em que o sinal de transmissão pode ser efetivado (transmitido) por:

• Corrente contínua (DC)

• Corrente alternada (AC) em 60 Hz;

• AC em sinal de áudio.

O esquema de proteção utilizando fio piloto é mais indicado quando o elemento protegido for de pequenas dimensões, tais como:

~ Transformador;

~ Gerador síncrono;

~ Cabos elétricos, principalmente os subterrâneos;

~ Linha de h"ansmissão curta.

Pode-se utilizar o fio piloto para proteção de linha de transmissão curta de até 30 km, mas na prática não é muito usado.

No tipo de proteção por fio piloto, por exemplo, utiliza-se a mesma fIlosofia do relé diferencial (87) adotada no transformador de potência, sendo que neste caso a proteção diferencial é feÜa por 2 equipamentos de proteção instalados em cada terminal da linha de transmissão. A figura 3.2.1 mostra a proteção diferencial (87) de um transformador de potência.

SubstihlÍndo o transfOlmador por uma linha de transmissão e utilizando a proteção diferencial com o emprego de 2 relés em cada terminal, tem-se a figura 3.2.2.

Note que ao se unirem os 2 relés da extremidade da linha de transmissão, têm-se a constituição do relé diferencial tradicional.

Teleproteção

Bobina de Restrição 1

Transformador

Bobina de Operação

Bobina de Restrição 2

Figura 3.2.1 - Proteção Diferencial do Transformador

Barra A

Bobina de Restrição 1

Barra B

Linha de Transmissão

Bobina de Fio Piloto Restrição 2

Figura 3.2.2 - Proteção com fio Piloto

35

Identicamente à proteção diferencial comum, nos relés da figura 3.2.2 as bobinas de restrições produzem ação para a não operação e as bobinas de operação produzem ação para a operação da proteção provocando o desligamento dos disjuntores.

Simbolicamente a teleproteção, com vias de comunicação através do canal piloto com o uso de relés 87 em cada terminal da linha de transmissão, é representada pelo esquema da figura 3.2.3.

Barra A Linha de Transmissão

._____ Via de Comunicação _____ ~ Canal Piloto

Figura 3.2.3 - Esquema Básico da Teleproteção com Canal Piloto

36 Capítulo III

No esquema da figura 3.2 .2, com o sistema elétrico operando em condição nOlmal, as correntes no circuito secundários dos 2 TCs são apresentadas na figura 3.2.4, que é o mesmo caso para um curto-circuito no ponto 1. Barra A Barra B

Fio Pi loto

Figura 3.2.4 - Operação Normal

Nesse caso, com não há defeito na linha de transmissão, a corrente é a mesma no início e no final, desse modo, as correntes secundárias nos TCs são as mesmas e não passa COlTentes pelas bobinas de operação nos 2 relés das extremidades. As correntes passam somente pelas bobinas de restrições garantindo a não operação dos relés. Uma característica deste tipo de esquema de proteção é que na operação normal do sistema elétrico sempre circula corrente pela cablagem do canal piloto. Assim, quando ocorre um defeito na cablagem do canal piloto, devidamente a proteção pode provocar o desligamento do elemento protegido.

A figura 3.2.5 mostra o sentido das correntes elétricas para o caso de curto-circuito na linha de transmissão.

Barra A Barra B Linha de Transmissão ii

Curto-circuito

Fio Piloto

Figura 3.2.5 - Curto-circuito na Linha de Transmissão

Nesse caso de curto-circuito na linha de transmissão, a título de exemplo, supõe-se que as correntes I e l' são iguais em módulo. Assim, deduz-se que não passa corrente pela cablagem do fio piloto e toda a COlTente passa na bobina de operação de cada relé com o conseqüente disparo dos disjuntores, em cada extremo da linha de transmissão. Na

Te lepro teçã o 37

realidade as correntes de curto-circuito proveniente das barras A e B não são iguais e pela cablagem do canal piloto passa a diferença das correntes.

Pode-se, também, efetuar o mesmo tipo de proteção utilizando o esquema de proteção por oposição de correntes. Neste tipo de proteção, em operação normal do sistema elétrico, não passa corrente pela cablagem do fio piloto , como mostra a figura 3.2 .6.

Barra A Barra B

Linha de Transmissão • •

restrição operação

Figura 3.2.6 - Proteção por Canal Piloto em Oposição na Operação Normal

Havendo um defeito na linha de transmissão, uma das correntes de curto-circuito inverte-se na extremidade, o que, por sua vez, determina a condução de corrente pela cablagem do canal piloto, com mostra a figura 3.2.7.

Barra A Barra B TC,

Linha de Transmissão • • • •

87

restrição

Figura 3.2.7 - Defeito na Linha de Transmissão . . /

Neste exemplo da figura 3.2.7, foi considerado que I = I .

I 3.3 Fibra Óptica

\

(

(

r (

(

(

38 Capítulo III

No esquema apresentado na figura 3.2.3 o canal de comunicação pode ser fe ito por um cabo dielétrico de fibra óptica, como está representado na figura 3.3 .l.

Barra A TC,

• •

Transdutor Fotoelétrico

Linha de Transmissão • TC2

Cabo Fibra Ótica

Figura 3.3.1 - Teleproteção com Cabo de Fibra Óptica

Barra B

Este esquema de teleproteção é similar ao de fio piloto, em que o meio fisico da via de transmissão é constituído por um cabo de fibra óptica. Neste tipo de teleproteção, o sinal elétrico obtido no relé 87 é dirigido ao transdutor fotoelétrico, que o transforma em um sinal luminoso equivalente. O sinal luminoso, que tem uma freqüência dentro do espectro do infravermelho, é transmitido pela fibra óptica ao outro terminal, assim se estabelece à comunicação entre os relés dos terminais da linha de transmissão.

Com a informação das correntes nos 2 terminais da linha de transmissão, e de acordo com o esquema de proteção adotado, os relés podem:

~ não operar;

~ operar;

~ bloquear a ação de desligamento do disjuntor remoto;

~ permitir o desligamento de um disjuntor remoto;

~ bloquear o religamento.

As vantagens da utilização da fibra óptica no esquema de proteção da figura 3.3.1 são:

© O cabo de fibra óptica não está suj eito à interferência eletromagnética e eletrostática;

Teleproteção

© Rapidez na transmissão do sinalluminoso~

© Precisão nos dados transmitidos;

39

© Disponibilização de vários canais de comunicação possibilitando as realizações de outras funções , tais como: telefonia, medição, supervisão e controle, transmissão de sinal de áudio e de vídeo, principalmente para ações de segurança do monitoramento do pátio das subestações;

© Mudança de ajustes de relés;

© Possibilidade de ações de autodiagnose na integridade do sistema de proteção com respeito aos relés e das fibras ópticas e transmissão do sinal;

© Canal de comunicação dedicado e seguro para as ações de transferência de sinal objetivando o bloqueio ou o disparo do disjuntor remoto;

© Pequena atenuação do sinal transmitido cobrindo grandes distâncias de comunicação;

© Separação galvânica entre os circuitos elétricos do sistema de proteção com o sistema de fibras ópticas;

© Grande largura de banda;

© Extremamente leves.

A fibra óptica é constituída de um núcleo de sílica, revestido com uma camada de silicone. Para confmar ainda mais os raios luminosos dentro do núcleo de sílica da fibra óptica, há necessidade de aumentar o índice de refração. Com esse propósito dopa-se a fibra com Ge02 (dióxido de germânio) e Si02 (dióxido de silício).

As fibras ópticas de acordo com o tipo de transmissão e índice de

refração podem ser:

• Fibra óptica monomodo, que utiliza diâmetros de 9 ~m e lO ~m, com comprimento de onda (Â.) de 131 nm e 1550 nm, tem menor atenuação no sinal, é empregada para grandes distâncias de transmissão;

• Fibra óptica multimodo que se divide em:

40 Capítulo III

~ índjce degrau que tem dois índices de refraçào, um para o núcleo e outro para a casca. São fibras grossas com diâmetro de I 00 ~Lm a 850 pm. São empregadas em distâncias cUlias.

~ Índice gradual que apresenta índice de refração variável, a dimensão do núcleo é de 50 pm, 62,5 ~lm e 100 ~m, e da casca de 125 ~m e 140 ~lm. Podem ser usadas em maiores distâncias com atenuações de 1 a 6 dB/km.

A fibra óptica multimodo, tem diâmetro do núcleo de 50 11m, 62,5 ~m e 200 ~m, com comprimento de onda da luz emitida na ordem de 650, 820 e 1300 mn.

Os transdutores (conversores) fotoelétricos dos relés em cada terminal da linha de transmissão devem ser compatíveis, isto é, devem gerar sinais luminosos com o mesmo comprimento de onda. Os cabos de fibra óptica podem ser simples ou acompanhados de um cabo (guia) de aço. O cabo de fibra óptica com guia de aço possibilita lançar o cabo em maiores vãos entre torres de transmissão e resguarda de tensionamentos mecânicos nas fibras.

A perda de sinal na fibra óptica é medida em dB. Deve-se considerar as perdas em dB em todo o sistema de transmissão do sinal de fibra óptica, concernentes às emendas, às conexões e os cabos propriamente dito.

Por exemplo, o cabo de fibra óptica de 9,3 ~lm tem perdas de:

• 0,4 clB/km para À = 1310 run;

• conector, perdas de 2 dB/conector;

• emenda, perda de 0,4 dB/emenda.

A distância de comunicação direta entre relés fica limitada pela geração de sinal no conversor e pelas atenuações de sinal no sistema de comunicação. Estas limitações restlingem a operação direta entre relés em torno de 50 km.

13.4 Cabo OPGW

Teleproteção 41

Cabo OPGW (Optical Ground Wires) é um cabo condutor metálico, onde coaxialmente estào instalados os cabos de fibra óptica. Ver figura 3.4.1.

....... - Fibra Ótica

Cabo de Fibra

;~, Ótica / ~ Capa ~

, Alumínio

Figura 3.4.1 - Cabo OPGW

O cabo OPGW é utilizado como cabo de cobertura (cabo pára-raios ou cabo guarda) de uma linha de transmissão. Ver figura 3.4.2.

Figura 3.4.2 - Cabo de Cobertura do tipo OPGW

O cabo de cobertura está aterrado na torre de transmissão . Assim, na ocorrência de uma descarga atmosférica, o raio será captado pela parte metálica do cabo de cobeltura, será conduzido até à torre mais próxima, e

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

l

42 Capítulo III

será escoado a terra pelo aterramento ( contrapeso) do pé da torre. Esta condução do raio não afeta a transmissão do sinal luminoso dentro do núcleo da fibra óptica.

O esquema da teleproteção e da VIa de comunicação é apresentado simbolicamente pela figura 3.4.3.

Barra A TC,

• •

e Receptor

de Sinal

Linha de Transmissão

CaboOPGW

Canal de comunicação

• TC2

e Receptor

de Sinal

Figura 3.4.3 - Teleproteção com Cabo OPGW

Barra B

Neste tipo de teleproteção a comunicação entre os relés é feita pela transmissão do sinal pelas fibras ópticas contidas no cabo OPGW, possibilitando efetuar vários esquemas de proteção. Apenas para ilustração, por exemplo, o cabo OpGW com 18 pares de fibras ópticas pode trafegar em cada par, 7560 canais, perfazendo no total 136.080 canais de comunicação.

A transmissão com OPGW pode cobrir grandes distâncias com a introdução de repetidora de sinal.

Desse modo, pode-se utilizar a transmissão de sinal pela fibra óptica, para o uso da:

© Proteção;

© Comunicação telefônica;

© Transmissão de sinal de TV;

© Comunicação via Internet;

© Comunicação do sistema de supervisão e controle;

Teleproteção 43

© Serviços para companhias telefônicas ou de TVs não pertencentes à empresa. Isto é. podem-se comercializar os canais excedentes para empresas particulares .

[ 3.5 Onda Portadora

A transmissão por onda pOliadora é feita utilizando o meio fisico , isto é, o próprio cabo condutor da linha de transmissão para a propagação do sinal de comunicação. O sinal a ser transferido é modulado na onda portadora, é injetado na extremidade da linha de transmissão e é recebido na outra extremidade onde é demodulado, isto é, o sinal é separado da onda portadora. Este sistema é conhecido por OPLAT - Onda POliadora sobre Linha de Alta Tensão. O esquema da figura 3.5.l mostra os elementos básicos da teleproteção com onda portadora (Sistema Carrier).

Barra TC

Transmissor e

Receptor Carrier

Bobina de Bloqueio

de Carrier

Chave

9

Canal de Comunicação

Linha de Transmissão

TP t··-·- --- - ---·--··~

L-______ ~:~.~ ,~.~. __ ----_,

II .zCôlrg as d05 Equipamcnlos

Figura 3.5.1- Teleproteção Onda Portadora (Carrier)

O sinal é transmitido por uma onda portadora de alta freqüência na ordem de 20 a 400 kHz, que se superpõe à corrente elétrica (60 Hz) da linha de transmissão . Cada sinal, com sua respectiva freqüência, propaga-se independentemente como se o outro sinal não existisse, apenas seus efeitos são somados. O receptor, no outro extremo da linha de transmissão, que está

44 Capítulo m

sintonizado na freqüência Carrier, absorve apenas o sinal da onda portadora, sendo que a correspondente demodulação extrai o sinal da infonnação.

Para a finalidade de usar o sistema Carrier por onda portadora na teleproteção, há necessidade de apenas apresentar a figura 3.5 .1 de modo mais simplificado, como mostra o desenho da figura 3.5.2.

Bobina de

Barra A TC Bloqueio de Canal de

Carrier Comunicação TC Barra B

~ ~ r- W'-----r--------.-----'W ,",.-. D-1 I Linha de Transmissão I '-18 8 - 1

Figura 3.5 .2 - Sistema Carrier

Em que T representa o transmissor e R o receptor da onda portadora Carrier.

Os equipamentos que constituem o sistema de transmissão por onda pOltadora podem utilizar a tecnologia digital, porém a transmissão da onda portadora pela linha de transmissão é feita sempre no modo analógico.

O sistema completo da transmissão por onda portadora (Carrier), sucintamente é composto pelos seguintes equipamentos:

• Bobina de bloqueio do Carrier;

• Divisor Capacitivo de Potencial (DCPs);

• Equipamento de sintonia;

• Transmissor Carrier;

• Receptor Carrier;

• Filtro da onda.

O capítulo 2 da referencia [5] foi dedicado ao equipamento DCPs contendo o seu funcionamento e utilização.

A faixa de freqüência utilizada para a propagação de sinal confinada na linha de transmissão, em comparação com outras freqüências, é mostrada na figura 3.5.3.

Teleproteção

16kHz

Rádio Navegação .. lo

20kHz 30kHz 400kHz

I I I I 200kHz

_.------ -- ----- Faixa Carrier - --------- --- ... 4G5kHz

Figura 3 .5 .3 - Faixa de Freqüência Carrier

45

535kHz

I ------+-

Rádio Difusão

Preqüências menores que 20 kHz prejudicam o acoplamento com os DCPs , e para freqüências maiores que 400 kHz as perdas de transmissão do sinal são mais acentuadas e também começa a haver interferências com os serviços de rádio.

O sistema de proteção que utiliza onda portadora (Carrier) depende muito da integridade dos condutores da linha de h·ansmissão. Sendo prejudicados nos seguintes casos:

® Abertura dos condutores da linha de transmissão;

® Curtos-circuitos;

® Manobras de disjuntores;

® Interferências eletromagnéticas;

® Interferência eletrostática.

13.6 Microondas

Na transmissão por microondas o meio de propagação do sinal é pelo ar. O sinal é transmitido numa freqüência de 900 kHz a 20 MHz. O sinal de alta freqüência da microonda é dirigido por antenas parabólicas de ponta a ponta. Por este motivo as antenas parabólicas devem estar colocadas em torres de comunicação para que sua visada tenha longo alcance. Ver figura 3.6.1.

A faixa de freqüência deste sistema de comunicação é:

• UHF de 300 MHz a 3 GHz;

• Microondas de 3 GHz a 30 GHz.

O sistema de comunicação por microondas é muito complexo e caro.

As antenas parabólicas devem estar direcionadas umas em relação às outras, de modo que o sinal seja transmitido entre as torres de comunicação

(

(

(

(

l

\

\.

l

(

(

(

(

(

46 Capítulo III

até o seu destino tillal. Em condições ±àvoráveis a máxima distância entre duas torres pode ser de até 60 km.

Antena Parabólica

Cabo Guia ~ de

Microondas

Equipamento de Transmissão e

Recepção

Figura 3.6.1 - Torre de Comunicação de Microondas

Este sistema sofre influência das conclições atmosféricas, sendo um problema para a fidelidade desse sistema de transmissão, principalmente para a teleproteção. A vantagem desse sistema é que a comunicação independente dos efeitos das correntes de curtos-circuitos na linha de transmissão e das interferências eletromagnéticas geradas na subestação.

13.7 Tipos de Sistemas de Teleproteção

Os sistemas complexos de proteção que utilizam a técnica de comunicação entre subsistemas de proteções são conhecidos genericamente por teleproteção. As proteções e as comunicações entre relés podem ser efetuadas com o emprego de várias técnicas, denominadas:

a) Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional ou Sistema de Comparação Direcional por Bloqueio - CDB - (Blocking);

b) Sistema de Comparação Direcional por Desbloqueio - CDD - ( Unblocking);

Teleproteção 47

c) Sistema de Transferência de Disparo Direto por Subalcance (Direcr Underreach Transfer Trip - DUTT);

d) Sistema de Transferência de Disparo Pennissivo Por Subalcance (Permissive Underreach Tran.~fer Trip - PUTT);

e) Sistema de Transferência de Disparo por Sobrealcance (Pei"Jnissive Overreach Transfer Trip - POTT).

Existem vários sistemas de proteçào que utilizam os esquemas anteriores ou suas variantes, sendo que alguns serão apresentados nos itens a seguir. Neste tipo de esquema qualquer relé pode ser utilizado, sendo os mais usuais os relés 21 , 67 50,51.

I 3.8 Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional O sistema de bloqueio por comparação direcional (CDB), conhecido

também por Bloding, utiliza o sistema de comunicação para enviar um sinal para bloquear, isto é, para não pernlitir a operação de abertura do disjuntor remoto adjacente. Por este motivo, o sinal enviado pelo canal de comunicação será utilizado para impedir a operação de desligamento do disjuntor, mesmo que a proteção local queira abrir o disjuntor. O sinal é de bloqueio da abertura do disjuntor, daí advindo o nome sistema de bloqueio por comparação direcional.

Para o caso de proteção principal e alternativa, quando se têm 2 sistemas de proteção separados e independentes por terminal da linha de transmissão, é garantida a atuação da proteção local, sem preocupação com a obrigatoriedade da atuação da proteção de retaguarda remota.

Pode-se utilizar o sistema de bloqueio por comparação direcional (CBD), apresentado a seguir, cujo diagrama unifilar é mostrado na figura 3.8. 1.

21 P 21S

Figura 3.8.1 - Diagrama Unifilar do Sistema Elétrico para a Proteção CDB

48 Capítulo III

No diagrama unifilar da figura 3.8.1 está apresentado somente à proteção primária da L T A S de uma configuração em anel.

Na barra A, o relé 21P está direcionado no sentido da linha de h'ansrnlssão L T AB e sobrea1cança a bana remota B e vai até, por exemplo, a 40% da próxima linha de transmissão, LT BC, e o relé 21 S (instantâneo) está direcionado ao sentido contrário (reverso) e alcança a barra adjacente, barra D, como mostrado no esquema da figura 3.8 . l.

A filosofia do cnB é que sempre que o relé 21 S vê o defeito, um sinal de comunicação é enviado para a outra barra para não deixar que o disjuntor abra, isto é, o sinal é enviado para BLOQUEAR a abertura do disjuntor da barra remota. Na proteção da figura 3.8.1, as zonas de atuação do relé 21 são designadas por P e S, em que P significa proteção piloto ou principal e S significa Start, ou seja, partida (disparo) do transmissor que envia um sinal pelo sistema de telecomunicação para a outra barra.

O diagrama funcional em DC do sistema de bloqueio por comparação direcional aplicado ao diagrama unifilar da figura 3.8.1 está mostrado na figura 3.8.2.

+

21 P

Relé de Tempo

RC t

To BA

Sistema de Telecomunicação

Relé de Tempo

i ~ RC

BA To

Figura 3.8.2 - Diagrama Funcional em DC do CDB

+

21P

Em que:

21 ... relé de distância. Poder-se-ia utilizar um outro relé no lugar do relé 21, por exemplo, o relé 50 ou o relé 67;

21P -+ contato do relé 21P;

Teleproteção 49

21S'" contato do relé 2 1S;

BA -+ bobina de abertura do disjuntor:

TR -+ transmissor, equipamento que envia o sinal de comunicação para a barra remota;

RC -+ receptor, equipamento que está sintonizado para receber o sinal de comunicação enviado pelo transmissor da barra remota. Quando o receptor RC recebe o sinal de comunicação, o seu contato RC abre;

Relé de Tempo ... fecha o seu contato To quando transcorre o seu tempo ajustado. O tempo de ajuste To = 6 a 20 ms. O tempo de ajuste To é um tempo muito baixo, mas deve ser maior que o tempo da propagação do sinal de transmissão de uma barra a outra. Ou seja, To > Tempo de propagação do sinal pelo sistema de telecomunicação. Este tempo To muitas vezes já vem incorporado no equipamento fomecido pelo fabricante, e está fixado enh'e 15 a 20 ms .

Passa-se a seguir a analisar a atuação da proteção para os defeitos assinalados no diagrama uni filar da figura 3.8.1.

a) Defeito no ponto Fi da linha LTAB•

As proteções das barras A e B, atuarão com o acionamento dos seguintes contatos.

Terminal A

• Fecha o contato 21P que energiza o relé de tempo;

• Transcorrido o tempo To, o relé de tempo fecha o seu contato To;

• O disjuntor A é desligado.

Terminal B

• Fecha o contato 21P que energiza o relé de tempo;

• Transcorrido o tempo To, o relé de tempo fecha o seu contato To;

• O disjuntor B é desligado.

Note que neste caso, nenhuma proteção 21S viu o defeito, pOltanto nenhum sinal de comunicação foi enviado.

b) Defeito no ponto Fz.

(

l

(

(

(

(

(

(

(

j

50 Capítulo III

Este defeito é fora da L T AB. portanto nenhwl1 disjuntor deve ser desligado.

A seqüência de atuação da proteção é a que segue:

Terminal B

• Fecha instantaneamente o contato 21 S;

• Ativa-se o transmissor B, que envia um sinal pelo sistema de telecomunicação para o receptor A da barra A.

Terminal A

• Fecha instantaneamente o contato do relé 21P;

• O receptor A recebe o sinal do transmissor B e abre o seu contato RC. Note que o contato RC estando agora aberto, nâo será mais possível efetuar a operação de abertura do disjuntor A, isto é, o disjuntor A está bloqueado;

• O relé de tempo fecha o seu contato To no tempo To. Note que o tempo To > tempo da propagação do sinal de comunicação entre as barras;

• O disjuntor A permanece fechado, em operação normal.

O problema nesJe tipo de sistema de proteção de bloqueio por comparação direcional é que:

® Se houver um defeito no sistema de telecomunicação, de modo que o sinal seja emitido indevidamente, a abertura do disjuntor fica bloqueada, independente da atuação da proteção local.

® Se houver uma falha no sistema de telecomunicação, de modo que o sinal transmitido não chegar no receptor remoto, poderá haver atuação indevida da proteção local para defeito fora da linha de transmissão. Fato este que geralmente ocorre neste tipo de esquema de proteção.

Como não se sabe se há defeito no sistema de telecomunicação, há necessidade de uma constante vigilância no sistema para garantir o seu desempenho.

O esquema funcional apresentado na figura 3.8.2 é simplificado, na realidade o esquema é mais complexo e, pode-se citar que o receptor não

Teleproteçâo 5]

promove a abemlra do contato RC. Esta função é feita por um relé 85 auxiliar. O funcionamento baseia-se no esquema mostrado na figura 3.8.3.

RC

J i 85 i

'\' I RC ~ ~

Sistema de Telecomunicação

Figura 3.8.3 - Relé 85

Quando o receptor recebe um sinal de comunicação, ativa o relé 85 que promove a abertura do contato RC. O relé 85 tem também outros contatos auxiliares NA e NF, para realizar outras funções. Geralmente, provoca-se um retardo intencional no tempo de rearme do relé 85 , a fim de evitar problemas na proteção de linhas operando em paralelo.

No esquema de proteção apresentado, a seletividade é de 100% da linha de h·ansmissão com um tempo de atuação de To.

13.9 Sistema de Desbloqueio por Comparação Direcional

Sistema de proteção de desbloqueio por comparação direcional (Unblocldng) será analisado em relação ao diagrama unifilar da figura 3.9.1.

Figura 3.9. 1 - Diagrama Unifilar

Os relés de proteção de cada barra têm direcionalidade para a linha de transmissão com sobrealcance da linha adjacente.

52 Capítulo m

A filosofia do sistema de proteção de desbloqueio por comparação direcional (CDD) é manter um canal de comunicação sempre ativo e mantido numa freqüência chamada de guarda. Portanto, o sinal permanente no canal é indicativo que o canal de transmissão de telecomunicação está funcionando em perfeito estado, isto é importante porque é uma garantia de que quando houver defeito no sistema elétrico o canal de comunicação está pronto para enviar um novo sinal de desbloqueio em uma nova freqüência, diferente da freqüência do canal guarda. O sinal de desbloqueio é sempre no sentido de promover o desligan1ento do disjuntor.

Na operação normal do sistema elétrico, no sistema de proteção CDD, é sempre enviado, permanentemente, um sinal de guarda (na freqüência guarda) entre os sistemas de proteção da barra A e B, que mantém aberto o contato que está em série com a bobina de abertura do disjuntor. Havendo defeito no sistema elétrico a proteção troca a freqüência do canal de comunicação para freqüência de desbloqueio, que será enviada para a outra barra, no sentido de permitir o desligamento do disjuntor remoto.

Portanto a lógica do CDD é:

7- Freqüência de guarda significa operação nomlal do sistema e os disjuntores devem permanecem fechados;

7- Freqüência de desbloqueio significa defeito no sistema elétrico e os disjuntores devem ser desligados.

O esquema funcional do diagrama unifilar apresentado na figura 3.9.1 está mostrado na figura 3.9.2 .

+ +

p RC BA BA P

J:--r-----..... ~ :I~~ ~, Sistema de ~

Telecomunicação ~ TR

Figura 3.9.2 - Funcional em De do CDD

Teleproteção 53

Se o sinal guarda está em funcionamento é porque o sistema de telecol11Lmicação está em funcionamento normal.

A seguir apresenta-se a atuação das proteções para os defeitos assinalados no diagrama unifilar da figura 3.9.l.

a) Defeito no ponto Fl dentro da LTAB•

Os relés operam na seguinte seqüência:

Terminal A

• Fecha o contato P do relé da barra A;

• Ativa-se o transmissor A, que muda a freqüência do sinal de comunicação transmitido. A freqüência do sinal é comutada da freqüência de guarda para a freqüência de desbloqueio;

• O receptor A recebe o sinal de comunicação na freqüência de desbloqueio que foi enviada pelo transmissor B. O receptor A fecha o seu contato RC;

• Ativa-se a bobina de abertura BA que promove o desligamento do disjtmtor A.

TemlÍnal B

Seqüência igual a do terminal A.

Observa-se que o sinal na freqüência de desbloqueio provoca o desbloqueio (pemussão) de operação de desligamento do disjuntor.

b) Defeito no ponto F 2 fora da L T AB.

A seqüência de atuação dos relés é:

Terminal B

A proteção deste terminal não vê o defeito em F2, portanto nada acontece.

• O receptor B recebe o sinal do transmissor A na freqüência de desbloqueio e fecha o seu contato RC, mas não há operação do disjuntor B porque o contato P permanece aberto.

TenninalA ·

A proteção deste terminal vê o defeito F2 e:

(

(

(

(

(

(

(

(

(

54 Capítulo III

• Fecha o conta to P do relé A;

• Ativa-se o transmissor A, que penlluta a freqüência do sinal que é enviado para a barra B.

Note que não há operação do disjuntor A, porque o receptor A não recebe sinal na freqüência de desbloqueio.

Observação: Este sistema de proteção de desbloqueio por comparação direcional (CDD) é mais simples que o CDB, é mais confiável devido à existência permanente do sinal guarda. Normalmente o tempo de comutação do sinal de comunicação dá-se em 5 ms.

3.10 Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional - Variante

Este esquema é utilizado na proteção tradicional com re lés de distância que usufi-ui do sistema de comunicação.

Para assimilar com mais propliedade estes fundamentos , o diagrama unifilar da figura 3.10.1 mostra as zonas de atuação do sistema de proteção instalado nas barras A e B com sentido direcional para dentro da linha de transmissão, isto é, como indicado pelas setas sobre os TCs.

FD Direcional 67A

ZR

ZR

FD Direcional 67B

Figura 3.10.1 - Alcance das Zonas dos Relés 21

Neste esquema os relés de distancia 21 têm seus ajustes de zonas de atuação e suas conespondes tempOlizações indicadas no item 5.8 da referencia [46]. Alimentado pelo mesmo TC, há um relé de distância

Teleproteção 55

reverso que deverá cobrir todo o circuito da linha de transmissão reversa (anterior). O esquema funcional em De de cada sistema de proteção está apresentado na figura 3.10.2.

+ Relé de _ Relé de + FD Tempo Tempo FD

---ll-- O-- ~-'~ I-Gz-, -I Z, T?rf I - r-1f---;----i ~f-- : z.., RC To I BA BA ~o RC I z., I f~

f---~

Li "--\ ~-H-l-1-Z:. T3 A B T3 Z, I Linha deTransmissão I I ~~,. + Capacitor l ____ /~----{RC

Z, ZR ~ ZR Z, '~ ~-I TR f-1

Figura 3.10.2 - Esquema Funciona em DC do Sistema de Proteção por Bloqueio por Comparação Direcional

Em que:

Z I -. contatos NA e NF da 1 a zona ( instantânea) do relé de distância 21;

Z2 -. contato da 2a zona (temporizada = T2) do relé de distância 21;

Z3 -. contato da 3a zona (temporizada = T 3) do relé de distância 21;

ZR -. contato da zona reversa de atuação (instantânea) do relé de distância 21R;

TR -. Transmissor do sinal Carrier para a barra remota;

RC -. Receptor do sinal Carrier proveniente da barra remota. Quando o Receptor RC recebe um sinal Carrier o seu contato RC abre instantaneamente;

FD -. contato da unidade direcional 67;

To -. é um tempo muito baixo, porém maior que o tempo da propagação do sinal de transmissão Can-ier de uma barra a outra. Ou seja, To > Tempo de propagação do sinal Carrier;

T2 = 0,4 a 0,5s -. temporização da 2 a zona do relé de distância 21;

56 Capítulo III

T3 = 1 s -+ temporizaçào da 3" zona do relé de distância 21.

Passa-se a analisar o funcionamento da proteção de acordo com seu diagrama funcional para algtills pontos assinalados na figura 3.10.1.

a) Defeito no ponto FI do diagrama unifIlar da figura 3.10.1.

Os relés de proteção atuam do seguinte modo:

Terminal A:

-7 Fecham simultaneamente os cantatas FD, Z\, Z2 e Z3 e o cantata ZI NF abre-se;

-7 Através dos fechamentos dos contatos FD e Z I ocorre a ativação da bobina de abertura BA e o desligamento do disjuntor A.

T errninal B:

-7 Fecham simultaneamente os cantatas FD, Z[ , Z2 e Z3 e o contato ZI NF abre-se;

-7 Através dos fechamentos dos contatos FD e Z[ ocorre a ativação da bobina de abertura BA e o desligamento do disjtmtor B.

Neste caso os 2 disjtmtores A e B da L T AB foram desligados (abertos) instantaneamente. Note que para este tipo de defeito dentro da linha de transmissão, na qual é visto pela 1 a zona dos 2 relés terminais, nenhum sinal de comunicação foi ativado pelo transmissor TR, porque nenhum relé de distância reverso viu o defeito e os contatos ZR permaneceram abertos e ainda os cantatas ZI NF foram abertos. Note que pelo esquema do diagrama funcional da figura 3.10.2, quando o defeito está dentro da I a zona, o relé de distância atua prioritariamente e instantaneamente no disparo do disjuntor, nào havendo necessidade do sinal de comunicação do Carrier.

b) Defeito no ponto F2 do diagrama unifilar da figura 3.10.1.

Os relés de proteção atuam do seguinte modo:

Terminal A:

-7 Fecham simultaneamente os cantatas FD, Z [, Z2 e Z3 e o cantata Z I NF abre-se;

-7 Ocorre a ativação da bobina de abertura BA e o desligamento do disjuntor A.

Teleproteção 57

Terminal B:

-7 Fecham simultaneamente os cantatas FD, Z~ e Z3:

-7 Ativa-se o relé de tempo, que transcorrido o tempo To fecha o contato To, provocando o disparo do disjuntor B.

O temúnal A da linha de transmissão L T AB foi desligado instantaneamente pelo disjuntor A e o terminal B foi aberto no tempo Toque é muito baixo. Note que aqui também não houve necessidade do sistema de telecomunicação.

c) Defeito no ponto F3 do diagrama unifi]ar da figura 3.10.1.

Os relés de proteção atuam do seguinte modo:

Terminal B:

-7 Fecha instantaneamente o contato ZR;

-7 Ativa-se o transmissor TR que envia um sinal Canier para o receptor A da barra A.

Terminal A:

-7 Fecham simultaneamente os contatos FD, Z2 e Z3;

-7 Ativa-se o relé de tempo;

-7 O receptor RC recebe sinal Carrier do transmissor TR da Barra B. Ao receber o sinal Carrier, o receptor RC abre o seu cantata RC;

-7 O relé de tempo no tempo To fecha o seu cantata To. Note que agora não há desligamento do disjuntor porque o sinal Carrier recebido pelo receptor abriu o cantata RC antes do fechamento do contato To. Esta ação é que dá o nome deste esquema de proteção, ou seja, o sinal Carrier transmitido bloqueou o disparo do disjuntor A. Observa-se aqui há necessidade de ter-se To > Tempo de propagação do sinal Carrier da barra B até a barra A, isto é, o receptor da barra A deve receber o sinal Carrier e abrir o contato RC antes que o relé de tempo feche o seu cantata To. Além do mais, o tempo To deve ser o menor possível, porque quando o relé da outra barra vê o defeito dentro de sua la zona, esta infonnação é imediatamente passada via Carrier para que o

(

(

(

58 Capítulo III

relé da barra adjacente abra com certeza o seu disjuntor no tempo To.

Observação 1: Para o defeito no ponto F 3, a proteção da l a zona do relé B da LT Be deve atuar instantaneamente, somente em caso de defeito desta proteção, deve atuar a 2a zona do relé 21 da barra A no tempo T 2 .

Observação 2: No esquema de bloqueio por comparação direcional (CDB), o sistema de telecomunicação dedicado à proteção nunca promove o disparo do disjuntor, atuando somente no sentido de bloquear o disparo do disjuntor. Portanto, quando há um defeito no sistema de telecomunicação a proteção toma-se a convencional.

Apresenta-se a seguir outro tipo de proteção de bloqueio por comparação direcional (CDB) para um sistema de proteção primária e alternativa, com zona de seletividade de 100% da linha de transmissão e não há tisco de disparo do disjuntor, porque a ação do receptor não consegue de modo algum provocar o disparo do disjuntor.

I 3.11 Transferência de Disparo Direto por Subalcance Transferência de disparo direto por subalcance aplicado a um

sistema elétrico é quando o sinal de comunicação é utilizado para efetuar a operação de desligamento direto do disjuntor. Este tipo de proteção também é conhecido por DUTT - Direct Underreach Transfer Trip.

O diagrama unifilar e a zona de atuação dos relés é o mesmo apresentado na figura 3.10.1, sendo que o esquema funcional em DC é mostrado na figura 3.11 .1.

Note que o sinal de transferência provoca o disparo do disjuntor.

Neste esquema caso haja um defeito no sistema de comunicação que provoque uma transmissão indevida de sinal, o disjuntor da barra remota será desligado.

Uma variante deste esquema é a utilização do disparo direto do disjuntor da barra remota, quando é necessário o desligamento de um equipamento que não tenha disjuntor próprio. Por exemplo, é o caso do reator de linha não manobrável (figura 3.11 .2) ou que tenha disjuntor próprio no lado terminal do aterramento.

TeleEroteçào 59

Z1 Relé de Relé de Z, Tempo Tempo r--

FD Z;; T2 T2 Z2 FO

H H Z 3 T3 T3 Za H H RC BA BA RC

+ +

Sistema de Telecomunicação

Figura 3.11.1 - Esquema Funcional do Sistema de Transferência de Disparo Direto por Subalcance

Barra A Barra B

l ______ !r::~~ê~i: d.: ~s~a~ ~r.:t~ ____ ~e!tor _ j Via de Comunicação

Figura 3. 11.2 - Transferência de Disparo para a Barra Remota

Se ocorrer defeito no reator os 2 disjuntores deverão ser desligados, sendp que o disjuntor remoto da barra A é disparado diretamente pelo sinal enviado pelo sistema de comunicação da barra B.

A figura 3.11.3 mostra uma fotografia de um reator de linha manobrável com disjuntor no terminal do aterramento.

3.12 Transferência de Disparo Permissivo por Subalcance

Este sistema de proteção também é conhecido por PUTT Permissive Underreach Transfer Trip.

O sistema elétrico é o mesmo da figura 3.10.1 e o diagrama funcional está apresentado na figura 3.12.1.

60 Capítulo III

Figma 3.11.3 - Reator de Linha Manobrável

l, -O- --O

z, I Relé de Relé de I -H- - Tempo Tempo TH~D FO Z-, T, -II- ! -lH

z, " 'J ~ -IH H r--BA BA RC RC

+ I ~ +

RC r-- L_ .. Sistema de

l , .--- Telecomunicação .....---( l, -;r- TRJ - Jf ~ -i TR '---I r--

Figura 3. 12.1 - Funcional do Sistema com Transferência por Disparo Pelmissivo de Subalcance

É quase idêntico ao anterior, só que no esquema apresentado na figura 3.12. 1 o disparo do disjuntor só ocorrerá com a pennissão da unidade direcional que tem cantata em série com o contato RC. Assim, o nome permissivo, neste caso, é dado pela ulÚdade direcional, isto é, ° disparo só

Teleproteção 61

será possível se a unidade clirecional pelmitiJ. Apesar da introdução deste pequeno detalhe, já se produz mais segurança no esquema de proteção associada à teleproteção. Isto porque, se o sistema de comunicação enviar por falha, engano ou erro humano, um sinal de disparo, o disjuntor não será acionado porque a unidade direcionalnão pemllte.

3.13 Transferência de Disparo Permissivo por Subalcance com Aceleração de Zona

o seu esquema funcional está apresentado na figura 3.13.1 , em relação ao diagrama uni filar da figura 3.10.1.

Sistema de Telecomunicação

Figura 3.13.1 - Funcional em De

Este esquema apresenta mais segurança porque a permissividade é feita pela unidade direcional e pela 2a zona. Portanto só haverá disparo do disjuntor, se 3 condições forem satisfeitas:

• Recebimento do sinal de comunicação emitido pelo transmissor da barra remota;

• Defeito na direção da linha de transmissão protegida;

• Defeito dentro da 2a zona. Este esquema é utilizado em linhas de transmissão média e longa

distância.

(

(

(

\.

62 Capítulo III

1 3.14 Transferência de Disparo Permissivo por Sobrealcance

Este tipo de sistema de proteção também é conhecido por POTT - Permissive Overreach Tra1~fer Trip.

Para o mesmo sistema elétrico apresentado na figura 3.10.1 , cUJo diagrama funcional pode, por exemplo, ser o da figura 3.14.1.

ZI

--I

+

Relé de Tempo

BA

Sistema de Telecomunicação

<

Figura 3.14.1-Funcional em De do Esquema de Transferência de Disparo Permissivo de Sobrea1cance

. Este esquema é idêntico ao anterior, com a diferença de que o disparo do sinal de comunicação é feito pela unidade distância da 2a zona cujo alcance vai até 50% da linha de transmissão remota.

É utilizado em linha de transmissão curta, dada a dificuldade de acionar o sinal de comunicação pela I a zona devido à imprecisão de se fazer o ajuste para 80% da linha. É adequado neste caso ajustar aIa zona para 50% da linha.

Observação: Muitas empresas utilizam um sistema de proteção, em que o POTT tem zona de sobrea1cance independente da 2a zona da proteção normal.

13.15 Lógica de Eco

T eleproteção 63

Na utilização do sistema de proteção do tipo desbloqueio por comparação direcional (COO), como apresentado no item 3.9 a abertura do disjuntor só ocorre se houver recebimento do sinal de transmissão enviado pela proteção de linha de transmissão da bana remota. Devido a esta ftlosofia do sistema CDO, este esquema de proteçào fica prejudicado quando o disjuntor ou a chave seccionadora estiver aberta em um terminal remoto de uma linha de transmissão de um sistema elétrico conectado em anel. Por exemplo, no esquema do diagrama unifilar da figura 3.15.1 , em que um terminal da linha de transmissão está aberto.

PA Seccionadora

Barra A Barra B Linha de Transmissão TC2

F

PB

Figura 3.15 .1- Tem1Ínal B da Linha de Transmissão Aberta

Neste caso com o terminal B aberto e se ocorrer um curto-circuito no ponto F, na lógica do cno o disjuntor A só abrirá se receber um sinal de desbloqueio do terminal B. Mas como o telIDÍllal B não vê o defeito, nenhum sinal de desbloqueio será enviado ao terminal A. Ver figura 3.9.2. Por esse motivo, para possibilitar a abertura do disjuntor A, há necessidade de se efetuar a lógica de eco. A lógica de eco já está incorporada no esquema de proteção cnn atuaI.

Esta lógica se baseia no princípio do eco, ou seja, o sinal de transmissão enviado pelo canal A ao terminal B deverá retomar instantaneamente ou após certo tempo ao tenninal A.

Por exemplo, no esquema de proteção da figura 3. 15.2, utiliza-se um relé de tempo, para enviar o sinal de volta ao terminal A.

Em que:

S ~ contato auxiliar NF da chave seccionadora;

52 ~ contato auxiliar NF do disjuntor;

T o ~ contato do relé de tempo.

64

s

To

--t

Sistema de Telecomunicação

Capítulo m

s

Figura 3.15.2 - Esquema Funcional do CDD com Lógica do Eco

Em relação ao esquema de proteção da figura 3.15.2, na ocorrência de um curto-circuito em F, a seqüência de atuação da proteção é:

~ Fecha o contato P do terminal A;

~ Ativa-se o transmissor A que envia um sinal de desbloqueio para o receptor B;

~ O receptor B recebe o sinal transmitido pelo transmissor A. O receptor B fecha o seus contatos RCs que ativa o relé de tempo do. tenninal B;

~ Transcorrido o tempo o relé de tempo fecha o seu contato To;

~ Com o fechamento do contato To ativa-se o translnissor B que envia um sinal de desbloqueio ao terminal A. Este sinal enviado é o eco;

~ O receptor A recebe o sinal transmitido por B e fecha o seu contato RC;

~ Com o fechamento do contato RC, ativa-se a BA que promove a abertura do disjuntor A.

Nota-se que o tempo To ajustado no relé de tempo é maior que os tempos de operação das proteções normais com o disjuntor ou seccionadora local fechadas. Este tempo To atrasa a abeltura do disjuntor, sendo o principal problema da lógica de eco deste tipo de esquema da figura 3.1 5.2.

Para contornar o problema apresentado e acelerar a abertura do disjuntor, na lógica de eco, utilizam-se os contatos auxiliares do disjuntor e

Teleproteção 65

das chaves seccionado.ras que ativam diretarnente o transmisso.r para enviar o sinal de retorno para a barra remota. A lógica de eco só será ativada se o disj untor ou a chave seccio.nado.ra estiver aberto, o. diagrama tmifilar de proteção da fi gura 3. 15.3 apresenta esta condição .

S ~RC _ ~~:- 1

p ~~

S - RC:O-i I " ~~ ~~ t-

Sistema de Telecomunicação

Figma 3.15.3 - Lógica de Eco Ativada pelos Contatos ALlxiliares da Chave Seccio.nadora ou do Disjuntor

Neste caso., não há necessidade de se utilizar o. relé de tempo, e para um curto-circuito em F, a seqüência da atuação da proteção é:

• O relé do telminal A vê o defeito. e fecha o seu contato P;

• Ativa-se o transmissor A que envia um sinal de desbloqueio ao terminal B;

• O receptor B recebe o sinal enviado pelo transmissor A. O recepto.r B fecha o seu contato. RC;

• Com o fechamento do contato RC do terminal B, ativa-se o translnissor B que envia um sinal de volta ao terminal A (lógica de eco);

• O receptor A recebe o sinal enviado pelo terminal B e fecha o seu contato RC;

• Ativa-se a BA com a conseqüente abertura do disjuntor A.

A lógica de eco, apresentada na figura 3.15.3 é melhor que a da figura 3.15.2, porque atua muito rápido e só é ativada quando. o. disjunto.r ou a chave seccionadora remota estiver aberto.. Existem também outras lógicas de ecos utilizadas nos esquemas de proteção CDD.

(

(

(

(

(

(

(

(

\

66 Capítulo III

I 3. 16 Proteção de Linha Morta

o relé 21 utiliza a medição de li para a sua lógica de atuação. Nos casos de curtos-circuitos muito próximos da barra, isto é, próximo do relé, a

medição Yr fica prejudicada, porque o valor de tensão é muito baixo. Para contornar este problema, o relé 21 dispõe do recurso da ação de memória, que garante uma tensão residual no relé quando a tensão cai a zero ou próxima de zero. Esta ação de memória possibilita a atuação do relé 21 para curtos-circuitos muito próximos à barra. A ação da memória no relé 21 só é efetiva quando a linha de transrnlssão está energizada, isto é, com tensão normal pré-falta. Quando uma linha de transmissão é desligada, o relé digital 21 mantém a ação de memória por um tempo de 0,1 a 2s.

A ação de memória no relé 21 não é efetiva, quando a linha de transmissão estiver sem tensão (linha mOlia), que é o caso da linha que está abelia ou desenergizada. Se a linha estiver desenergizada, a ação de memória no relé 21 é nula. Se a linha de transmissão aberta estiver com defeito do tipo curto-circuito, durante a energização, ou seja, durante o fechamento do disjuntor, o relé 21 ficará prejudicado porque sua ação de memória está desativada. Saliente-se ainda, que durante a energização de uma linha de transmissão sob curto-circuito, o gradiente de crescimento da corrente elétrica de curto-circuito é grande e o da tensão é muito baixo,

prejudicando ainda mais a lógica Yr do relé 21. Deste modo, os relés que tenham a lógica de atuação por comparação por tensão elétrica para este tipo defeito não são adequados.

Para este tipo de defeito de curto-cÍIcuito em linha mOlia (dead Une) que está sendo energizada, o relé de sobrecorrente 50 é o mais indicado.

A proteção de fechamento sob falta de uma linha de transmissão desenergizada, só enh'a em operação quando o disjuntor é fechado, e é efetuada por um relé de sobre corrente 50 supervisionado pelo relé 27, e é desativada após um certo tempo, geralmente de 500ms. Portanto, quando a linha está morta, o relé 27 já está operado, e durante o fechamento do disjuntor, o relé de sobreconente 50 está em prontidão para operar ou não, dependendo se há ou não defeito na linha de transmissão . O relé de sobrecorrente 50fsf (sobreconente de fechamento sob falta) só atua se a tensão na linha de transmissão sob falta estiver baixa, isto é, enquanto o relé

Teleproteçâo 67

27 estiver operado. Esta proteçâo do relé de sobrecorrente supervisionado pelo relé 27 é mostrada na figura 3.16.1 .

Barra A Barra B

Figura 3.16.1 - Relé 50 para Fechamento sob Falta de uma Linha de Transmissão Moda

O esquemático em DC é mostrado na figura 3.16.2.

+

27

52

52a=r

50fsf

Relé de Tempo

Figura 3.16.2 - Esquema Funcional em DC

Na figura 3.16.1 não estão apresentadas as outras proteções de linha de transmissão. Note que no esquema apresentado o relé de subtensão não é necessário na proteção de linha moda. Também, não foi apresentado aqui a direcionalidade da atuação da proteção.

Sempre que ocorrer a atuação da proteção de linha moda, a função de religamento (79) do disjuntor deve ser bloqueada.

Salienta-se que várias são as causas de defeitos em linhas modas, mas a mais comum e a pior delas, é o esquecimento do aterramento temporário que foi utilizado pela equipe de manutenção na execução de um serviço na linha de transmissão. A energização de uma linha de transmissão com o atenamento temporário conectado provoca um cUlto-cÍIcuito trifásico de grande intensidade.

68 Capítulo III

I 3.17 Fraca Alimentação o sistema elétrico sofre contingências, em que linhas de transmissão

sâo retiradas de operação, mudando-se a configuração da topologia da rede. Devldo a esta estratégia, muita vezes, alguns trechos ou linhas de transmissão ficam debilitadas quanto ao fornecimento de corrente elétrica para suprir um cUlio-circuito na nova configuração da rede elétrica. Nesse caso, a ocolTência de um defeito provoca queda de tensão e a corrente de cur:o-~ircuito não são suficientes para provocar a atuação do relé 21 que esta aJu~tado para as condições de pré-contigência. Isto é conhecido por fraca altmentação (weak infeeá). A fraca alimentação ocorre também ql:ando algum gerador de pequeno porte, devido a contingências fica alimentando setores isolados do sistema elétrico.

Assim, quando o weak infeed está presente em alguma linha de transmiss~o d? s i~tema elétrico, o emprego do sistema de desbloqueio por comparaçao direclOnal (CDD) é prejudicado.

Conforme item 3.9, no sistema de proteção do tipo CDD, o disjuntor de ~ terminal só será aberto se receber sinal de comunicação do outro termmal, e como neste caso, o tenninal fraco (weak infeed) não vê o defeito nenhum sinal de comunicação será enviado. Portanto nenhum disjlmtor será aberto.

A figura 3.17. 1 mostra uma linha de transmissão integrante do sistema elétrico sob contingência e que tenha weak infeed da barra B para a barra A.

Barra A PA

,m~IH.FQ09:~~~~~F----~:--~éBq."~ é ~~ PB(weak infeed)

PB(original)

Figura 3.17.1 - Terminal B com weak infeed

. ~t~s da contingência o relé 2lB tem o alcance PB( original) e com contmgencla, por exemplo, devido ao weak infeed, o alcance mudou para PB(weak inJeed).

Teleproteção 69

Na ocorrência de um defeito em F, pela lógica do CDD apresentado na figura 3.9.2, a atuação dos relés é:

Terminal A:

• O relé 21 vê o defeito em F e fecha o seu contato P;

• O transmissor A é acionado, um sinal de comunicação é enviado aotenninalB.

Terminal B:

• O receptor B recebe o sinal de comunicação enviado pelo terminal A e fecham os seus contatos RC.

Note que o relé 21B não vê o defeito em F, portanto nenhlilll sinal de comunicação é enviado ao terminal A. Assim, embora a proteção da linha de transmissão conectada à bana A tenha atuado, o seu contato RC permanece abelio porque nenhum sinal de commlÍcação foi enviado da balTa B, portanto o disjuntor A não será aberto. Portanto, devido ao weak infeed a linha de transmissão sob defeito, não será desligada.

Para contornar este problema em linha de transmissão que por motivo operacional venha a ficar com weak infeed, utiliza-se uma variante no esquema de proteção CDD com o emprego do relé de subtensão 27.

Assim, quando ocorre um defeito tipo curto-circuito, a tensão na barra sofrerá um afundamento da tensão elétrica com a atuação do relé de

subtensão 27.

No terminal fraco, que no caso é o terminal B, utiliza-se o relé de subtensão 27, conforme item 1.3 e que está aqui apresentado na figura 3.17.1, cujo diagrama esquemático em DC é o da figura 3.17.2.

Para um defeito que ocorre em F no esquema da figura 3.17.1, a lógica da atuação da proteção é:

Terminal A:

• O relé 21 vê o defeito em F e fecha o seu contato P;

• Com o fechamento do contato P, ativa-se o transmissor A que envia um sinal de commlÍcação ao tenninal B;

• O receptor A recebe o sinal de comunicação enviado pelo transmissor B e fecha o seu contato RC;

(

(

(

(

(

(

(

70 Capítulo fi

• Com o fechamento do contato RC, a bobina de abertura BA é ativada provocando o desligamento do disjuntor A.

Sistema de Telecomunicação

Figura 3.17.2 - Esquema DC para a Proteção de Terminal Fraco

Terminal B:

• O relé 21 não vê o defeito em F;

• O receptor B recebe o sinal de comunicação enviado pelo transmissor A e fecham os seus conta tos RCs;

• Ocorre o afundamento da tensão elétrica e o relé de subtensão é operado fechando o seu contato 27;

• Com o fechamento dos contatos RC e 27 ativa-se:

• a bobina de abertura BA e o disjuntor B é desligado;

• o transmissor B que envia um sinal de comunicação ao receptor A.

Salienta-se que atualmente com os recUTSOS modernos das tecnologias dos relés digitais, que está integrada ao sistema de supervisão e controle do sistema elétrico, é possível com programação adequada efetivar automaticamente a mudança do ajuste de alcance do relé 21 do terminal weak infeed, quando da ocorrência de determinada contingência. Deste modo, a proteção de weak infeed com o relé de subtensão apresentada no esquema da figura 3.17.3 não é necessária.

13.18 Proteção por Seqüência Negativa

T eleproteção 71

Quando o sistema opera fora da normalidade a componente de seqüência negativa está sempre presente. O estudos e as análises envolvendo a seqüência positiva, negativa e zero estão apresentados na referência [5]. A componente de seqüência negativa é dada pela expressão

3.1 8.1.

(3.18.1)

Desenvolvendo a expressão 3. 18. 1 como indicado a seguir, chega-se

na expressão 3.18.2.

i a2 =l(Ía +à2ib +àic +ic -ic)

ia2 = l(ia -ic + à2ib +àic +()

i a2 =l[ia -ic +à2i b + (1 + á)iJ

ia2 =~[ia -ic -ibL 60° +icL60o]

3ia2 =Ía -ic +(ic -ib )L 60o (3.18 .2)

Deve-se utilizar conexões com TCs e TCs auxiliares, para se conseguir obter fisicamente a expressão 3.18.2, para que o relé eletromecânico (46) seja sensibilizado pela seqüência negativa. Assim, por exemplo, um desses esquemas é o apresentado na figura 3.18.l.

Neste esquema para que o relé de sobretensão 59 opere fazendo a função 46, é necessário que seja sensibilizado pela componente de

seqüência negativa. Assim, a impedância Z = R' + j X deve ter módulo igual a R e ângulo de 60°, e tem-se

Z = R' + jX = ZL600 = RL600

R' = R 2

x=-J3. R 2

72 Capítulo III

A B C

I • I •

F~~~4C=::~~"""~~I-' (l TdC a uxiliar com . • 1

ais primários la - lo

jX R' R

'--- ------j 59 }------___ ---.J

Função 46

Figura 3.18.1- Esquema para o Relé Eletromecânico de Seqüência Negativa

Pelo esquema da figura 3.18.1, o relé 46 vê

Re lé46 = R(í. - íJ + (ic - íb )RL60°

Re lé 46 = Rl(ía - ic)+ (ic - i b )L60 0 J Considerando a expressão 3. 18 .2, tem-se:

III Re lé46~3Ri'2 III (3.18.3) Portanto, de acordo com a expressão 3.1 8.3 o relé 46 é sensibilizado

pela componente de seqüência negativa.

Teleproteção 73

Nos relés eletromecánicos, a fLillção 46 não é utilizada dev ido a necessidade de se construir um relé próprio para es ta função. inclusive com filtros adequados para se obter somente a componente de seqüência negativa do sistema eléhico sob defeito.

Para os atuais relés digitais multifunção, a incorporação da fLmção 46, isto é, da seqüência negativa é facilitada e disponibilizada.

O algoritmo interno do relé digital processa o módulo da expressão 3.1 8.1 , obtendo-se a expressão 3.18.4.

(3.18.4)

O valor da Irelé 46 é somente seqüência negativa e se for maior que o

valor ajustado, o relé 46 digital atua. Esta proteçâo é própria para defeito do tipo alta impedância, inclusive para auxiliar ou funcionar como redundância para defeito à terra de alta impedância.

De todos os danos que a presença da seqüência negativa provoca no sistema eléhico, por exemplo, os mais críticos são os nos equipamentos que utilizam núcleo de material ferromagnético no seu interior, tais como motores de indução e máquinas síncronas. A corrente de seqüência negativa cria um fluxo magnético que gira ao contrário do fluxo magnético original de seqüência positiva, atuando como freio magnético, provocando corrente induzida na freqüência de 120 Hz, aquecendo os enrolamentos e o material do núcleo magnético do equipamento.

Assim, a corrente de seqüência negativa na armadura da máquina síncrona irá dar origem a um campo girante, com a mesma velocidade, porém contrário ao campo criado pelo rotor, induzindo correntes parasitas de freqüência dupla na massa metálica do rotor. Da mesma forma, uma componente de seqüência zero na armadura irá induzir uma corrente na freqüência fundamental no rotor. Posto que estas correntes vão circular pelos anéis de retenção em ambas as extremidades, estabelecendo um caminho de baixa resistência, toda a superficie do rotor e seus componentes estarão sujeitos a uma forte elevação de temperatura. As correntes de seqüência negativa produzirão vibrações no rotor que é pernicioso aos manCais.

O enrolamento do rotor da máquina síncrona é extremamente sensível às componentes de seqüência negativa e zero, oriundas da operação desequilibrada ou de defeitos à terra.

(

(

(

(

I L

74 Capítulo III

13.19 Falha de Disjuntor

Sempre se apresentou que a atuação do esquema de proteção finaliza com a abertura do disjuntor, deste modo, diz-se que a proteção atuou com sucesso. Porém, muitas vezes toda a proteção atua adequadamente, mas por algwn motivo a corrente de curto-circuito não é extinta, diz-se então que houve falha do disjuntor (Breaker Failure).

A falha do disjtilltor pode ocorrer de dois modos:

a) Falha mecânica: ocorre quando os cantatas mecânicos do disjuntor não foram abertos e a corrente de curto-circuito continua alimentando o defeito. Vários motivos causam falbas mecânicas, tais como:

® Soldaduras dos contatos;

® Defeito no dispositivo de liberação dos mecanismos de abertura dos cantatas móveis do disjuntor;

® Falba na pressão do ar comprimido em disjuntores pneumáticos, ou perda de óleo nos disjuntares hidráulicos ou problema na mola do disjuntor;

® Problema na bobina de abertura do disjuntor.

b) Falha elétrica: As falhas de origem elétricas podem ser:

® Falba na bobiria de abertura do disjuntor;

® Falha no meio fisico, isto é, na rigidez dielétrica entre os cantatas principais do disjuntor. Embora os cantatas mecânicos do disjuntor estejam abertos, há condução da corrente do curto- circuito pelo arco elétrico entre os cantatas. Isto ocorre devido a um defeito na câmara de extinção do arco elétrico.

Portanto, deve-se prever no esquema de proteção, uma proteção adicional para falha do disjuntor, que deverá acionar a abertura de todos os disjuntores mais próximos de modo a isolar o trecho sob curto-circuito do sistema elétrico. Os disjuntores mais próximos são geralmente os da barra na qual houve a falba do disjuntor.

Por exemplo, a figura 3.19.1, mostra mn diagrama unifilar de um sistema elétrico que pertence a um sistema em anel.

Teleproteção 75

3

Barra B 6

F

50/62BF

Figura 3.19 .1 - Falha do Disjuntor

Na figura 3.19.1 a proteção para a falha do disjuntor é denominada de 50/62BF (ver apêndice A), que é executada pelo relé de sobrecorrente 50 associado com o relé de tempo 62.

Na ocorrência de um curto-circuito em F, com a atuação normal da proteção os dois disjuntares I e 2 deverão ser abertos de modo a retirar de operação a linha de transmissão.

Se o disjuntor 2 atuar e o disjuntor 1 falhar, a proteção contra falha de disjuntor deve atuar e enviar um sinal de abertura (trip) para os disjuntares 3, 4 e 5, ou seja, a barra A deverá ser desconectada do sistema elétrico. Isto ocorrendo, perde-se a seletividade da proteção e vários elementos serão desligados, inclusive bloqueando-se os respectivos religamentos.

Se, entretanto, o disjuntor I abrir e ocorrer a falba do disjtilltor 2, a proteção de falha do disjuntor 2 deverá desligar os disjuntores 6 e 7, ou seja, a barra B será desconectada.

Apresenta-se na figura 3.19.2 um esquema simplificado da proteção de falha do disjuntor.

+

62BF

Figura 3.19.2 - Proteção de Falha do Disj untar para Linha de Transmissão

i

I

76 Capítulo III

Se OCotTer um defeito em F e, por exemplo, o disjuntor 1 falhar, a seqüência de atuação ela proteçào na barra A é:

-7 Atuaçào instantânea do relé de sobrecolTente 50BF;

-7 Atuação da proteção ele linha de transmissão que energiza simultaneamente a bobina de abertura BA e o relé auxiliar 62X;

-7 O relé auxiliar 62X fecha o seu contato 62X;

-7 Com o fechamento do contato 62X, ati va-se o relé de tempo 62BF;

-7 Se o defeito não for eliminado depois de transcolTido o tempo ajustado no relé de tempo 62BF, o seu contato 62BF será fechado~

-7 Com o fechamento do contato 62BF, ativa-se o relé de bloqueio 86 da BalTa Á , que ablirá de acordo com sua programação os disjuntores 3, 4 e 5.

Salienta-se que o tempo ajustado no relé de tempo 62BF é menor que o tempo das proteções de retaguarda remota para evitar maiores desligamentos. Existem vários esquemas de proteção contra falha de disjuntor, o apresentado na figura 3.19.2 é um deles.

Note-se que pelo esquema da figura 3. 19.2, a atuação do relé de sobrecorrente 50BF não garante a atuação do relé de tempo 62BF. A atuação do relé de tempo 62BF só é possível com a atuação do 50BF e da proteção específica de linha. Geralmente o ajuste do 50BF é muito baixo, às vezes menor que a COlTente de carga, portanto já opera atuado com a corrente normal de carga. Daí à necessidade de sua atuação ser monitorada pela proteção de linha.

Muitas vezes, dependendo da configuração do sistema elétrico, a proteção conh'a falha do disjuntor, além de desligar os disjuntares adjacentes, deve também provocar a abertura de disjuntares remotos. A abertura de disjuntor remoto deve ser feita via comunicação de sinal por transferência direta de disparo.

Caso a subestação tenha proteção principal e alternativa com 2 bobinas de abertura do disjuntor, o esquemático em DC de falha do disjuntor pode, por exemplo, ser o apresentado na figma 3.19.3 .

Teleproteção 77

+11pI I I I I >--__ .-/ 62Y y 62X

50BF

1 21 A 1 6~B F

BA I BA~ 86 62X 62Y

523 51a

Figura 3.19.3 - Esquemático em DC da Falha do Disjuntor

Supondo que houve falha do disjuntor a seqüência de atuação da proteção é:

• As proteções principais e alternativas fecham os contatos 2 1 P e 21 A e o relé de sobrecorrente 50BF opera fechando o contato 50BF;

• Ativam-se a bobina de abertura BAl e BA2 do disjuntor e ativam-se também os relés auxiliares 62X e 62Y que fecham os seus contatos 62X e 62Y;

• Ativa-se o relé de tempo 62BF;

• Como o disjuntor falhou, o curto-circuito não é eliminado e transcorrido o tempo ele ajuste do relé de tempo 62BF o seu contato é fechado;

• Com o fechamento do contato 62BF, ativa-se o relé de bloqueio 86 que provoca o disparo (trip) dos respectivos disjuntores de modo a isolar o defeito (curto-circuito).

Quando a proteção contra falha do disjuntor é acionada, perde-se a seletividade com vários desligamentos de linhas ou cargas elétricas não envolvidas pelo defeito. De todas as configurações de barras existentes, a configmação de barramentos de disjuntor e meio é a que menos sofre com a perda de seletividade.

Em um sistema de potência, o sistema de proteção terá sucesso se operar adequadamente, finalizando com a abertura do disjuntor. Desse modo, todos os componentes do sistema de proteção devem operar sem defeitos. Na realidade os componentes do sistema de proteção apresentam

(

(

(

(

(

(

(

(

78 Capítulo III

defeitos. A seguir, apresenta-se na tabela 3.19.1 as taxas de falha dos componentes do sistema de proteção.

\ Sistema de Proteção

Equipamento Taxa de falha

Disjuntor 47,16%

TCeTP 0,47%

Relé 4,74%

Bateria 47,16%

Fiação 0,47%

Tabela 3.19.l - Taxas de Falha do Sistema de Proteção

Verifica-se que os elementos com maiores ta..'(as de falha são o disjuntor e o sistema de alimentação .

3.20 Fontes Intermediárias

o relé de distância 21 opera efetuando a medição da impedância que é obtida pela divisão da tensão pela corrente elétrica, de acordo com a expressão 3.20.1.

Z Vrelé relé21 = -1- (3.20.1)

relé

No caso de um sistema radial apresentado na figura 3.20.1, e considerando que o defeito em F é ideal, isto é, sem resistência de contato, a impedância vista pelo relé é proporcional ao comprimento da linha de transmissão e é dada por:

Barra A

TC

-------- t !

---- x ---.. ~ ! ;

Defeito

Linha de Transmissão

Figura 3.20.1 - Diagrama Unifilar de um Sistema Radial

... l :

Barra B

Te leproteção 79

V re1é . Zrelé2 1 = ---= x Z LT

I defeito (3.20.2 )

Na expressão 3.20.2, a variável x representa o valor percentual na base unitária correspondente ao ponto de defeito na linha de transmissão.

Se houver resistência de contato no local do defeito , a impedância vista pelo relé 21 será:

_ V relé _ (x ZLT + ReoDtara )Idefeiro - Z R Zrelé 21 - I - I - X LT + eontato

defeito defe ito

Portanto, pode-se verificar que a presença de resistência de contato produz um suba1cance do relé de distância 21, dando uma incerteza da real zona de atuação da proteção.

No sistema eléh'ico em anel, figura 3.20.2, as correntes de curtos- circuitos que alimentam o defeito vêm das barras adjacentes, e considerando a resistência de contato no local de defeito, a impedância vista pelo relé de distancia é:

Barra A TC

Figura 3.20.2 - Sistema em Anel

V,eléA

Zrelé21A =-r- A

xZLT1A + R con,a,JIA +1 8 )

IA

Zrelé 21 A = X ZLT + Reontato + Reontato( ;: )

Barra B TC

(3.20.3)

Note que pela expressão 3.20.3, quando OCOITe um defeito no local a x porcento da linha de transmissão, na verdade o relé 21 não está vendo a

impedância x ZLT mas sim x ZLT + R eontato + R eontato( ~: ), que para o relé, o ponto de defeito parece estar mais distante. A parcela de impedância

80 Capítulo III

Rcontato l ;: J aparece devido ao infeed, isto é, da alimentação do curto- circuito pela barra remota B, isto provoca um subalcance no relé, diminuindo a real zona de atuação do mesmo. Portanto, devido à resistência de cantata e do infeed, não se tem celteza da real zona de atuação do relé.

Resumindo pode-se concluir que a zona de atuação do relé é influenciada pelos seguintes erros devido a:

® Infeed de corrente das barras remotas adjacentes do sistema elétrico;

® Erros dos TCs;

® Erros dos TPs;

® Erros intrínsecos do próprio relé;

® Erros devido às correntes e às tensões transitórias no momento do defeito;

® Presença da componente DC no momento do curto-circuito;

® No caso de DCPs, erros devido aos efeitos transitólios gerados por esses equipamentos.

O problema de subalcance, produzido pelo infeed, ocorre também na zona de retaguarda dos relés de distância no sistema em anel, como mostra a figura 3.20.3.

A B

...... _D

I--x

Curto- circuito

Figura 3.20.3 - Alimentação Intermediária

c

Teleproteção

Neste caso a impedância vista pelo relé A é:

. VA ZABil +xZBdíl +i1) Zrelé A = -. - = ----'-~~--;-.~=--'---~--=-'-- II 11

O relé D vê

. . . . í? Zrelé A = ZAB +xZBC + X ZBe--:-=--

I I

81

Desse modo as 2a e 3a zonas dos relés de distâncias, terão seus alcances prejudicados pela alimentação dos curtos-circuitos pelas fontes intermediárias (infeecl).

Exemplo: Dado o diagrama unifllar da figura 3.20.4 cujo defeito ocorre no ponto F sem resistência de cantata.

A B . o

ZBc= 9L70 n

i, = 2000 A

F

[2 = 3000A

_ ..... _ D

Figura 3.20.4 - Diagrama Unifilar do Exemplo

Os relés das Barras A e D têm os ajustes de 2a zona em:

c

i J =3000A

• Z - 12 5 n (aiuste ate' 500 /0 da linha de transmissão 2 zona A - ,lo.!. ~ / ( remota L T BC)

(

(

(

(

(

(

l

l

. ;.

82 Capítulo m

• Z1 zona O = 14,5Q (ajuste até 50% da linha de transmissão remota LTBc)

Para o cUlto-circuito em F, os relés 21 das barras A e D, verão na 2a

zona as seguintes impedâncias:

.... (3000) Z yíSla A = 8+ 3+.:l - - = 8 + 3 + 4,5 =IS,5 Q 2000

( 2000) Z vista D = 10 + 3 + 3 -- = 10 + 3 + 2 = 15 Q 3000

Assim, as impedâncias vistas são maiores que os aj ustes da 2" zona nos relés 21, ou seja, o defeito que ocorreu dentro do alcance da linha de transmissão BC, não foi vista, este fato foi devido às alimentações intermediárias provenientes das barras A e D.

As contribuições das fontes intermediárias vão depender da configuração do sistema elétrico e do local do defeito. Esse efeito só oCOlTerá se a proteção da I a zona da linha adjacente falhar, assim as proteções das 2" e 33 zonas dos relés remotos serão afetadas pelas alimentações (fontes) intermediárias (infeeds).

13.21 Relé de Freqüência

. Relé de freqüência (81) é um equipamento com sensibilidade na grandeza freqüência da rede elétrica, e que opera quando a freqüência ultrapassar o valor ajustado.

O relé de freqüência pode ser de 2 tipos:

~ Relé de subfreqüência, denominado de 81u (under frequen- cy);

,p Relé de sobrefreqüência, denominado de 810 (over frequen- cy).

O relé de freqüência é conectado ao sistema eléuico via TP, como mostra a figura 3.21.1.

Teleproteção 83

de:

T TP ~

Figura 3.21.1 - Relé de Freqüência

Quanto ao princípio de funcionamento o relé de freqüência pode ser

• freqüência absoluta. O relé opera quando a freqüência do sistema elétlico fica aquém (relé de subfreqüência) ou além (relé de sobrefreqüência) de um valor ajustado;

• taxa de variação da freqüência. O relé opera quando a taxa de variação da freqüência medida no relé u1trapassar um valor pré-ajustado. Na realidade o relé só fica habilitado para medir a variação da freqüência, quando a freqüência absoluta ultrapassar um valor determinado (ajustado). No relé digital a

ar variação da freqüência é obtida utilizando-se a lóCTica

b" õt '

medida após a freqüência ultrapassar um valor ajustado.

• Híbrido, quando o relé atua utilizando os 2 parâmetros anteriores .

A característica do relé de freqüência, que utiliza a taxa de variação da freqüência para sua operação, é mostrada na figura 3.21.2 .

T

Figura 3.21.2 - Característica de Atuação do Relé de Freqüência por Taxa de Variação da Freqüência

84 Capítulo III

Em que :

f i -+ freqüência ajustada no relé de freqüência, que se for ultrapassada passa-se a medir a taxa da variação da freqüência;

T -+ tempo ajustado no relé de tempo;

M f , -fi . d d . - d ~ .. ~ . a ajustado = - = ---- -+ ajuste a taxa e vanaçao a trequencla;

L'l.t T

f2 -+ freqüência ajustada no relé de freqüência, correspondente ao ((.ajustado

no tempo T a partir de f2.

O diagrama esquemático em DC da figura 3.2l.3, mostra a lógica de atuação do relé de freqüência por taxa de va.J.iação da freqüência.

Rele de Tempo

fz I

T

Figura 3 .21.3 - Esquemático em DC

A seguir descreve a atuação da proteção, considerando-se:

a) defeito com ((.sis tem" > (Xajustado

Considerando-se as figuras 3 .2l.l, 3.21.2 e 3 .2l.3, e nesse caso, como a freqüência no sistema eléhico cresce com uma taxa maior que o valor ajustado no relé de freqüência, a seqüência de atuação da proteção é:

'i> Quando a freqüência alcançar o valor f i o relé de freqüência fecha o seu o contado fi;

'i> Ativa-se o relé de tempo;

'i> Quando a freqüência alcançar o valor f2 o relé de freqüência fecha o seu o contado f2 . Note-se que o contato f2 fecha antes da atuação do relé de tempo;

'i> Ativa-se o relé de bloqueio 86, que efeti vará as suas ações programadas.

T eleproteção 85

b) defeito COln a SI,tema < a ajustado

Nesse caso a freqüência cresce com uma taxa menor que a aj ustada no relé de freqüência e a atuação da proteção é :

rlI' Quando a freqüência alcançar o va lor fi o relé de freqüência fecha o seu o contado fi;

rlI' Ativa-se o relé de tempo;

rlI' Transcorrido o tempo T ajustado no relé de tempo , abre-se o cantata T, que a partir desse instante impossibilita a operação do relé 86 , Note-se que, até esse momento, a freqüência ainda não alcançou a freqüência f2 . Portanto, a partir desse ponto mesmo que a freqüência venha a ultrapassar f2 o relé 86 estará desativado.

Mostrou-se, no exemplo anterior, só a operação do relé de freqüência com atuação por taxa de variação da freqüência. Na realidade na proteção do sistema elétrico, utiliza-se mais um ajuste de freqüência absoluta f3 > f2 . Assim, se no item b, a freqüência crescer além do valor f3 o relé 86 será ativado.

Geralmente as empresas do setor eléh'ico, utilizam os seguintes valores para os ajustes:

f i = 62 Hz e f2 = 62,5 Hz

T = 0,5s e f3 = 65 Hz

Hz ((.ajus tado = I-

s

O relé de freqüência é utilizado nos Esquemas Especiais de Proteção (descrito no item seguinte).

I 3.22 Sistemas Especiais de Proteção

Os Sistemas Especiais de Proteção (SEPs), são sistemas automáticos de controle implantados na geração, transmissão e dishibuição de energia elétrica que, devido a uma ocorrência de uma ação forçada ou não, agem com o objetivo de :

(

(

(

86 Capítulo III

© Restaurar as condições operativas da geração do sistema elétrico;

© Restaurar as condições operativas do sistema elétrico;

© Restaurar os limites operativos de equipamentos do sistema elétrico;

© Evitar blecaute parcial ou total do sistema elétrico.

A aplicação dos SEPs, baseiam-se em:

-7 Esquemas de Controle de Emergências (ECEs);

-7 Esquemas de Controle de Segurança (ECSs).

Os SEPs, para fazer a ação de controle, necessitam dependendo da estratégia de ação, de:

~ informações de grandezas elétticas de h'ansformadores para instrumentos (TP e TC);

~ informações de grandezas não elétricas;

~ da topologia (configuração) da rede elétrica;

~ estados (abertos/fechados) dos disjuntores, seccionadoras, chaves seletoras e outros dispositivos.

Os SEPs intervêm. no sistema elétrico por meio do comandando de:

• abertura/fechamento de linhas de transmissão, geradores, transformadores, reatores, capacitores e outros;

• redução/elevação de potência de geradores;

• permuta de compensadores e geradores síncronos;

• alívio/restauração de cargas;

• outras ações.

A uti1ização dos esquemas SEPs, auferem ao sistema elétricos outras vantagens, que são:

© permItlf maior utilização dos sistemas de geração, transmissão e dish'ibuição;

© aumentar a confiabilidade da operação do sistema interligado;

Teleproteção 87

© prover proteçào adicional a componentes do sistema elétrico:

© melhorar a segurança do sistema, evitando tanto a propagação de desligamentos em cascata quanto de distúrbios de grande porte;

© melhorar a qualidade de operação do sistema elétrico interligado.

I 3.23 Esquema Regional de Alívio de Carga (ERAC) o sistema eléttico opera atingindo um estado de equilíbrio de

potência gerada e potência consumida, estabelecendo uma operação em regime permanente em uma dada freqüência. Se o objetivo é estabelecer uma freqüência de operação fixa, por exemplo, a de 60 Hertz, a geração sempre deverá suprir a demanda nessa freqüência. Assim, na operação do sistema elétrico em regime permanente em 60 Hertz, a potência gerada é igual à potência consumida, isto é

gerada 60 Hertz = P consumida 60 Hertz (3.23.1)

Para manter o sistema elétrico operando na freqüência nominal, por exemplo, na de 60 Hertz, há necessidade de ações de controle, porque várias são as causas que podem mudar o equilíbrio de potência na freqüência desejada. Estas causas são:

® Vatiação da carga conectada na rede elétrica;

® Mudança na configuração da rede elétrica, devido à retirada súbita de linhas de transmissão, hoansformadores ou de outros equipamentos pela ação da proteção;

® Perda de geração.

O acompanhamento das cargas, da geração e do sistema eléttico, é monitorado pelos centros de operação das empresas de energia elétrica. As variações na freqüência são constantemente monitoradas e as ações de controle dos reguladores de velocidade na potência primária, procuram sempre estabelecer a operação do sistema elétrico na freqüência nominal.

Na operação normal do sistema elétrico, se oconer, por exemplo, perda de geração, e se a geração remanescente não for suficiente para suprir

88 Capítulo III

a demanda na freqüência de 60 Hertz, o novo balanço de potência se dará numa freqüência inferior a nominal.

O funcionamento do sistema elétrico numa freqüência diferente da freqüência nominal produz os seguintes efeitos:

® O balanço de potência em 60 Hertz não é conseguido;

® As cargas operam fora das suas características de projeto ;

® Alteram as características intrínsecas dos equipamentos de medição, controle e proteção.

® Podem provocam danos nas pás das turbinas térmicas a vapor das unidades geradoras.

Durante a operação normal de um sistema elétrico, pode ocouer perda de geração. A perda de geração pode ser:

a) Perda de pequena geração.

Se ocouer a perda de uma pequena geração, mas a geração remanescente tem capacidade de suprir a carga, nesse caso, as ações dos reguladores automáticos de velocidade das unidades geradoras e do Controle Automático de Geração (CAG), estabelecem as novas contribuições dos geradores para suprir a carga na freqüência de 60 Hertz. Como a ação dos reguladores de velocidade é lenta, em alguns casos pode haver necessidade de um C0l1e temporário de cargas, com o objetivo de controlar a variação da freqüência, após então, a recomposição das cargas pode ser restabelecida.

b) Perda de grande bloco de geração.

N o caso de perda de grande bloco de geração, em que a capacidade de geração remanescente não consiga suprir a demanda, haverá uma diminuição da freqüência do sistema elétrico, isto é

f nova < f no min ai

Deste modo para restaurar (recuperar) a freqüência nominal (60 Hertz) será necessário diminuir a carga conectada ao sistema elétrico. Nesse caso, o corte de carga (load shedding) deverá ser o menor possível. As cargas a serem desconectadas são decididas pelas empresas pel1encentes ao Sistema Interligado Nacional (SIN), obtidas através de critérios de priorização da carga, dos riscos devidos às contingências de perdas de geração e do déficit de geração na região.

Teleproteção 89

Para atender esse objetivo, utiliza-se o Esquema Regional de Alívio de Carga (ERAC), que é fundamentalmente uma lógica seqüencial de corte de carga, para assegurar a estabilidade e recuperar o equilibri o de potência de geração e carga na freqüência mais próxima da nominal. O ERAC é um sistema especial de proteção (SEP), constituído de um esquema estratégico de rejeição de cargas, aplicado em decorrência de uma contingência que deixa a região com déficit de geração . O ERAC faz parte das ações de controle primário da freqüência do sistema elétrico.

A lógica do ERAC pode ser efetuada por melO das seguintes grandezas:

• Freqüência elétrica;

• Tensão elétrica.

Em relação à freqüência, a lógica do ERAC pode ser efetuada por um relé de freqüência absoluta, constituído de Válios estágios (ajustes de freqüência).

Supor, por exemplo, que um ERAC, é programado para atuar abrindo os disjuntores 1, 2, e 3 da subestação apresentada no diagrama uni filar da figura 3 .23 .1, na seqüência dos estágios dos ajustes de freqüência de acordo com o esquema funcional em DC da figura 3.23.2.

2

3

4

Figura 3.23 .1 - D iagrama Unifilar da Subestação

+ --f-1-:r:~--T-1-:r:~--f-2-:r:~----~----~----~

Relé de Tempo 1

Figura 3.23.2 - Esquemático em DC do ERAC

(

(

(

\.

l

(

(

(

(

(

90 Capítulo III

Supor, por exemplo, que uma perda de geração faz o sistema operar na freqüéncia entre f2 e f3. Assim, pelo esquema apresentado na figura 3.23 .2, atua o relé de freqüência no I e n estágios, isto é os contatos fi e f2 serão fechados, ativando-se os relés de tempo T I e T 2. Após transcorrido o tempo ajustado, os relés de tempo fecham os seus contados TI e T2, desligando os disjuntores 1 e 2. Este corte diminui a carga no sistema elétrico, de modo que a geração remanescente possa suprir a carga ativa na freqüência de 60 Hertz ou próxima dela.

Muitas empresas adotam os ajustes apresentado na tabela 3.23.1 , na lógica do ERAC, com 5° estágios de rejeição de cargas.

ERAC

Estágio Freqüência

Temporização Corte de carga em %

Ajustada da carga total

l° 58,5Hz 0,35s 7,5

2° 58,2Hz 0,35s 7,5

3° 57,9Hz 0,35s 10

4° 57,6Hz 0,35s 15

5° 57,3Hz 0,35s 15

Tabela 3.23.1 - Ajustes do ERAC

. Além da lógica de ajustes apresentada na tabela 3.23.1, pode-se adicionalmente utilizar a taxa de variação da freqüência. Para maiores detalhes, consultar a referência [47].

Restabelecido o equilíbrio de carga e geração, isto é, a normalidade do sistema elétrico, as recomposições das cargas podem serem feitas, manualmente ou por processo automatizado.

Se o sistema elétrico normalizou e voltou a operar em uma freqüência dentro de uma estreita faixa estabelecida em tomo da freqüência nominal, pode-se restabelecer as cargas, por meio de um Esquema Automático de Restauração de Cargas (ERRC) , como, por exemplo, o apresentado no diagrama lmifilar da figura 3.23 .3, cujo esquemático em DC é mostrado na figura 3.23.4.

Teleproteção

_1 --I 2 TP VJ

~~~::~3 ____________________________ ~ -4

Figura 3.23.3 - ERRC das Cargas 1,2 e 3

+81f 1 T1 1

Relé de Tempo

Bobina de Fechamento

Figura 3.23.4 - ERRC de Recomposição de Cargas 1,2 e 3

91

Nesse caso, quando a freqüência volta para o valor normal, o relé de freqüência do ERRC opera, fechando o contato 81f, ativando o relé de tempo. O relé de tempo é constihÚdo de, por exemplo, 3° estágios, que fecha sucessivamente os seus contatos de acordo com o ajuste de tempOlização (TI, T2 e T3). Cada estágio promove o fechamento do disjuntor, religando a respectiva carga.

Quando ocorre uma perturbação do tipo perda de grande bloco de carga, o excesso de geração provoca aumento da freqüência e elevação da tensão no sistema elétrico, neste caso, há necessidade de uma estratégia de corte de geração, conhecida por Sistema de Alívio de Geração (SAGE).

13.24 Esquema de Controle de Emergência (ECE)

O Esquema de Controle de Emergência (ECE) é um Sistema Especial de Proteção (SEP), com uma estratégica de ação de recuperação das condições operativas de um equipamento ou do sistema elétrico, decorrente de uma contingência ou perturbação.

O ERAC é um esquema aplicado, essencialmente, com perturbação do tipo perda de geração, j á o ECE é um esquema estratégico aplicado a

92 Capítulo III

qualquer tipo de perturbação, podendo ser, inclusive até a provocada por perda de geração.

o ECE é geralmente aplicado com as seguintes estratégias: -7 COIte de cargas seqüenciais, com o objetivo de aliviar o

sobrecanegamento de um equipamento, que pode ser, por exemplo, uma linha de transmissão ou um transformador. Nesse caso, o monitoramento pode ser feito por um relé de sobreconente (50, 51) ou pelo monitoramento da potência ativa.

-7 Corte de cargas seqüenciais ou ligações de capacitores (ou compensadores síncronos), com o objetivo de eliminar ou aliviar o afundamento da tensão na região. Nesse caso, o monitoramento pode ser feito por um relé de subtensão (27).

-7 Corte de capacitores, compensadores síncronos capacitivos ou de outras ações, com o objetivo de eliminar ou aliviar a sobretensão na região . Nesse caso, o monitoramento pode ser feito por um relé de sobretensão (59). Note que a sobretensão no sistema, é prejudicial as: cargas, capacitores, pára-raios, transformadores e a isolação em geral.

-7 Retirada de transformadores, linhas de transmissão ou outros equipamentos que venham, em deconência de uma contingência ou ação, a operarem a vazio. O monitoramento pelo ECE pode ser feito utilizando os conta tos auxiliares dos disjuntores, seccionadoras ou por meio da programação de CLPs.

-7 Mudança na operação do compensador síncrono para gerador síncrono, com o objetivo de eliminar ou aliviar o déficit de geração na região. A ação do ECE pode ser feito pelo relé de freqüência.

-7 Outras ....

Para exemplificar, apresenta-se um ECE aplicado na configuração do diagrama unifi lar da figura 3.24.1 , programado para efetuar, pelo relé de subtensão (27), o corte de carga 1, 2 e 3, decorrente do afundamento da tensão no local.

T eleproteção 93

2

3

4

Figura 3.24.1 -Diagrama Un.ifilar

O esquemático em DC, da atuação do relé 27 do ECE está apresentado na figura 2.24.2 .

+--2-7:r:~---T-1-:r:~----~----~--

Relé de Tempo Abertura

Figura 3.24.2 - Esquemático do ECE por Meio do Relé de Subtensão (27)

Em decorrência de urna contingência, a atuação do relé de subtensão (27) ativa um relé de tempo, que de acordo com os seus ajustes de tempo e fechamentos de seus contatos, vai sucessivamente desligando os disjuntores correspondentes.

(

(

94

~:.:~;':---'.-'- . .' - . --'. ,. . . . .- --, . '.' '~' i ~ :: .-..;.. ,_. i.. ~ .4"'. , '

• . ' -.: < - I

~~~~_~ ______ ~ ___ - ___ ,_-'--_' _ ,_ - _-__ ~_-____ , ___ • _ -I

PROTEÇÃO DE TRANSFORMADOR

4.1 Introdução

_ Em geral os transformadores têm baixos índices de falhas, porém, quando estas ocorrem, inevitavelmente levam a desligamentos, forçados ou não, implicando em substituições, parabsações, manobras, riscos e manutenções corretivas demoradas.

Para este equipamento tão importante que possibilita acoplar sistemas elétricos com tensões diferentes, empregam-se proteções específicas, também conhecidas como proteções intrínsecas do transformador. A proteção é mais complexa quando o transformador de potência for de maior porte.

As proteções utilizadas no transformador de potência podem ser do tipo:

Proteção de Transformador 95

• Proteção diferencial (87)

• Proteçào de terra restringida

• Proteção de gás (63) (por exemplo, o relé Buchholz )

• Válvula de alívio de pressào (20)

• Proteção térmica (26 , 49)

• Proteção de baixo nível de óleo (71)

• Proteção de sobrecorrente (50, 51 )

• Proteção de sobreexcitação (24)

• Outras .. . _

4.2 Transformador Monofásico

A figura 4.2.1 mostra um transformador monofásico alimentando

uma carga.

• •

+

Núcleo

Figura 4.2.1 - Transformador Monofásico

As marcas de polaridade identificam como as bobinas primárias e secundárias estão acoptadas magneticamente. Pode-se também, adotar outras convenções, para a marca de polaridade, como por exemplo, as letras:

H" para a bobina primária, onde H, representa o início da bobina na mesma posição da marca da polaridade e H2 é o seu final.

96 Capítu lo IV

x .. para a bobina sec undária, sendo que X I representa o início da bobina que está acoplada magneticamente com o HI da bobina primária e X2 é o seu finaL

Assim, a posição das marcas de polaridade é identificada por HI e

Considerando as caracteIÍsticas nOID1alS de operação do transformador, vale a expressão:

N V V' P pN I sN P Is a=-=--=-=-=-

N s VSN IpN Vs ip ( 4.2.1)

Em que: a .. é a relação de transformação do transformador

Pelas convenções representadas na figura 4.2.1, tem-se que:

• As tensões Vp e Vs estão em FASE, e estão relacionadas por

Vp = aVs (4.2.2)

• As correntes ip e is estão em FASE, e são dadas por

is = aip ( 4.2.3) O circuito da figura 4.2.1 pode ser representado pelos circu itos das

figuras 4.2.2 e 4.2.3.

____ ip.... __ i-.; .._ . . . ...: . • :..., . ...... -,...; • ;...-. _ ... _ . . !--____ is~-...., + +

N,

Figura 4.2.2 - Transformador Monofásico

Figura 4.2.3 - Diagrama Unifilar

Proteção de Transformador 97

I 4.3 Proteção Diferencial no Transformador Monofásico Na uti lização da proteçào diferencia1 os TCs devem compensar as

diferenças numencas das COlTentes primárias e secundárias do transformador.

A figura 4.3.1 mostra um esquema de proteção utilizando uma proteção diferencial percentual.

Transformador

Figura 4.3.1 - Proteção Diferencial Percentual no Transformador Monofásico

No esquema da figura 4.3. 1 deve-se observar as regras para a 1igação dos TCs:

1) As ligações dos TCs devem seguir as mesmas seqüências das marcas de polaridade das bobinas primárias e secundárias do transfonnador.

2) Os terminais dos TCs com marcas de polaridade devem se conectar as bobinas de restrições do relé 87.

3) Dimensionar os TCs de modo que as correntes secundárias que passam pelas bobinas de restrições sejam iguais em módulo e ângulo, ou seja i ps = iss.

As regras 1 e 2 fazem com que as COITentes que passam nas bobinas de restrições estejam em FASE, e para garantir que os módulos sejam iguais, deve-se fazer:

(

(

(

(

(

(

(

(

(

l

98

Em que:

_ l_p _

RTC p

Ip RTC p

_ 1_5_ RTC

5

a1p RTC s

Capítulo IV

( 4.3.1)

• RTC p é a relação de transformação do TC conectado no primário

do transfonnador;

• RTC s é a relação de transformação do TC conectado no secundário do transformador.

Assim, desconsiderando-se os erros de cada TC, na operação nonnal do transformador e em caso de defeitos fora da zona protegida pelos dois TCs, a corrente que passa na bobina de operação do relé 87 é nula.

Apresentam-se a seguir alguns exemplos dessa proteção diferencial no transformador monofásico.

Exemplo 4.3.1: Seja o diagrama lmifilar apresentado na figura 4.3.2 o circuito de um transformador monofásico de 10 MV A que alimenta uma carga de 8280 kV A com fator de potência de 0,8 atrasado.

Calcular:

a) A corrente elétrica na carga.

S=Vl

8280k = 13,8k .12 12 = 600A

b) A corrente no lado primário do transformador.

Há dois modos:

b.1) No lado primário

Proteção de Transfo rmador

· · · · · +-· · · · · ·

Transformador 133/ 13.8 kV

L .••.•.. . __ ... .!

~ ·········· ..•... I.--.. ····~···· · . : t t ----------- ----... -- -- -- -- -- ---------0

Figura 4.3 .2 - Circuito da Proteção Diferencial

S=VI

8280k = 138k . I I

II = 60A

b.2) Pela relação de transformação do transformador

a = VpNomiual = 138k = 10 V5No mio ai 13,8k

II = 60A

99

c) A relação de transformação do TC2, de modo a se adequar a proteção diferencial percentual.

Pela expressão 4.3.1, tem-se que:

RTC} = a· RTC I

I primário do Te2 = 10. I primário do Te l 5 5

- '.

100 Capítulo IV

Nesse caso, a corrente nominal do primário do TC 1 é um dado infonnado na fi gura 4.3.2 , isto é, 1prímáríoJoTCI = 100 A . Assim

R TC, = 1prímãrío do TC = 1000 - 5 5

d) A corrente no secundário do TC,.

II 60" 151 = Isec undãrío do TCI = RTC = 100 =.J A

I

5

e) A corrente no secundário do TC2•

I , 600 Is2 = Isec undáriodoTC2 = RTC

2 = 1000 =3 A

5

f) A corrente que passa na bobina de operação do relé 87.

I operação do relé 87 = ISI - 152 = O

Como a Ioperaçãodorelé 87 = O o relé não opera.

g) O que acontece com um relé 87 que tem ajuste de 2A e declividade de iS%, na ocorrência de um defeito interno de 200A no transformador operando a vazio.

Neste caso, os cálculos são os apresentados a seguir

II =200A e

200 I SI = 100 = lOA

5

e

Ioperaçõo = ISI - 152 = 10 - 0= 10 A

10+0 lrestrição = -- = 5 A

2

Proteção de Transformador

'r a = 25% = ~ = O 25

100 '

a = arctg a = arctg 0,25 = 14,03°

II + I, 1

1 -I , =a· - ---

- 2

II -12 adefeito = I + I

I 2

= 10-0 =.!..Q.=2=200% 10+0 5

2 2

a defeito = arctg 2 = 63,4 o

Sendo que:

{

Ioperação > I ajuste do relé 1 adefeito > 25% ~

Udefeito > 14,03°

o relé atua

101

A figura 4.3 .3 mostra graficamente as correntes e suas inclinações (slope).

loperação 200%

10A +-- ---;

2A ......... -...- ' I:---f---...!...---'------..- lrestrição

5A

Figura 4.3.3 - Correntes e suas Inclinações

A figura 4.3.4 apresenta a situação final do item g.

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

102 Capítulo ]V

i i = 200 A

----+: ------'I-----4-'!~~, .......... L. . +.; ---+---_+ ___ _ · · + · · ·

iSI = 10 A

· · i , ...... .... ................... . : . : t L --------------... -------- -----------e

Figura 4.3.4 - Defeito Interno no Transformador Monofásico

A figura 4.3.5 apresenta o esquema simplificado em DC da atuação da proteção.

+ 87 1 1,,1 ,, 1

86 69

52

Figura 4 .3.5 - Esquemático em DC da Proteção Diferencial

Em que:

VM ..... lâmpada vermelha, indicando disjuntor fechado

VD ..... lâmpada verde indicando disjuntor aberto

Para outras notações numéricas ver apêndice A.

Proteção de Transformador 103

É impOltante observar que na proteção de l inhas de transmissão com relés 50, 51 , 21 , 67, 32. util izam-se TCs com fator de sobrecorrente de 20, com classe de exatidão de 10%. Já os TCs para a proteçào diferencial, os erros dos mesmos influenciam no ajuste do relé. Assim, os TCs mais adequados deveriam ser o de classe de exatidão de 2,5%. Ou seja, os TCs da proteção diferencial deveriam ter classe de exatidão melhor do que os TCs das outras proteções. Mesmo assim, os TCs de classe de exatidão de 10% são utilizados na proteção diferencial, nesse caso, se a corrente elétrica do defeito for pequena, o erro dos TCs será pequeno, mas para um curto- circuito de grande intensidade o erro poderá ficar em 10% para cada TC. Assim, um TC pode ter erro de + 1 0% e o outro de - 1 0%, o que acarreta para o relé 87, uma corrente diferencial com erro de até 20%.

4.4 Transformador Trifásico

O transfomlador trifásico opera como se fosse 3 transformadores monofásicos, podendo ser constituído por:

• Banco de transformadores monofásicos;

• Transformador trifás ico, montado sobre um mesmo núcleo magnético, que pode ser:

• Núcleo envolvido;

• Núcleo envolvente.

A forma de ligação do transformador trifásico, em cada lado do emolamento, pode ser:

• Em estrela (Y);

• Em delta (.6.);

• Em zig-zag.

Destas ligações resultam as maiS diversas combinações que dependem do sistema elétrico adotado .

Em relação ao número de emolamentos podem ser de:

, I

104 Capítulo IV

• Dois enrolamentos, chamados de primário e secundário ou de alta e baixa tensão.

• Três enrolamentos, chamados de primário. secundário e terciário, ou de alta, média e baixa tensão.

• Ou de mais emolamentos.

4.5 Proteção Diferencial do Transformador Trifásico ~ - y

A proteção diferencial 87 no transformador trifásico efetua-se fase a fase do mesmo modo como está apresentado no item 4.3. Pode-se adotar qualquer ligação D,. ou Y nos secundários dos TCs da proteção diferencial. Entretanto, o mais utilizado é a ligação em Y quando os transformadores de potência nâo produzem rotação angular nas suas correntes de entrada e saída.

Cuidado em especial deve-se ter no transformador trifás ico conectado em D,. - Y, porque às correntes de linha no lado D,. estão adiantadas ou atrasadas de 30°, 60°, 120°, 150° e 1800 em relação as correntes de linhas no lado Y. As correntes estão adiantadas ou atrasadas dependendo da forma de ligação dos enrolamentos do lado D,. do h'ansformador de potência.

O deslocamento angular produz dois problemas:

• Diferenças nas correntes no relé diferencial 87, que dependendo do seu ajuste pode operar para as condições de carga do transformador.

• Defasamento nas correntes das bobinas de restrição do relé 87, prejudicando a sua característica de desempenho.

Na operação nOffilal do sistema elétrico, as correntes nas bobinas de restrição do relé diferencial devem estar em fase, com mesmo módulo e ângulo, desse modo os TCs devem compensar a:

• Relação de h'ansformação do h'ansformador.

• Rotação angular provocada pelo transformador D,. - Y.

Proteção de Transformador lOS

Nos enrolamentos do Jado primário ou secundário dos transfor- madores de potência ou dos TCs, ligados em .6., as correntes na linha estão

defasadas de ± 30° e tem módulo 13 vezes maior que as correntes na fase do D,.. A figura 4.5.1, ilustra esse caso.

. r;; o' I ll Linha =;J3·L±30 I~Fase

Figura 4.5.1 - Correntes de Linha e de Fase no Enrolamento em D,.

No caso da figura 4.5.1, sempre na operação balanceada as correntes de linha e de fase são dada pela expressão 4.5.1.

( 4.5. 1)

As ligações dos TCs devem seguir a mesma regra do item 4.3, o importante é que as correntes que fluem pelas bobinas de restrições do relé 87 sejam as mesmas.

A regra fundamental para o funcionamento do relé 87 é que na condição normal de operação ou de curtos-circuitos trifásicos, fora da zona de proteção, seja atendida a expressão 4.5 .2.

I ÍBobinadeRestrição l = ÍBobinade Restrição 2 \ ( 4.5 .2)

Se a condição da expressão 4.5 .2, não for satisfeita o sistema de proteção diferencial tem erro, isto é, existe corrente passando na bobina de operação do relé 87, que deve ser compensada pelo ajuste da sensibilidade do relé.

(

(

(

(

(

(

106 Capítulo IV

4.6 Regra de Ligação dos TCs nos Transformadores Trifásicos

A seguir apresentam-se os passos genéricos das conexões dos TCs para as ligações mais simples de transformadores trifásicos de 2 enrolamentos que pode ser estendidos a transformadores com n- enrolamentos.

1 ° Passo: Desenham-se os enrolamentos primários e secundários de modo que as bobinas acopladas fiquem alinhadas, com as marcas de polaridades para fora, como mostra a figura 4.6.1

Transformador

ro 0000'--- - - -o 1 I ~ ~ I * '" I L. '0000 '--_ --J 0000 ' J

Figura 4.6.1 - Transformador Trifásico de 2 Enrolamentos

2° Passo: Conecta-se a linha de transmissão externa nos terminais com marcas de polaridades, conforme figura 4.6.2.

Transformador ro - - - - - - -o 1 --------------~I -~ ~~·I--------------

LTs LTs

______________ -+I~c-~ ~~c~I---------------- I * '" I ----------------~L.~~_~~4j-----------------

Figura 4.6.2 - LTs Conectada ao Transformador Trifásico

3° Passo: Conecta-se os TCs de modo que suas marcas de polaridade acompanhem as marcas de polaridade dos enrolamentos do transformador. Neste passo já se colocam os 3 relés diferencial percentual, conforme ilustrado na figura 4.6.3.

Proteção de Transformador 107

T ransfonnador

________ ~~~~~sc=~----~io~~ -~--o-l~I-----~~~.c+~~:~-----­ ________ ~~~CO~c=------rl-c-~ ~~D~I------~~~~~~a~-----­

________ -=:~oo~~----~I-*-~ ~--*~I----~~~~~:~------........ L _______ J ...

Figura 4.6.3 - TCs no mesmo Sentido dos Enrolamentos do TransfOlmador

4° Passo: Em cada lado, conectar as marcas de polaridades do secundário dos TCs nas respectivas bobinas de restrição do relé 87. Ver figura 4.6.4.

Até este passo, tem-se a ligação genérica dos terminais do transfonnador e dos TCs. As próximas conexões apresentadas a seguir dependerão das ligações do transformador.

4.7 Transformador Trifásico sem Rotação de Fase

Nos casos de transformadores trifásicos em que as correntes de linha do lado primário e secundário, não apresentam deslocamento angular de fase, ou seja, têm deslocamento de 0°, as ligações dos TCs devem ser preferencialmente em Y nos dois lados. A ligação em Y é preferencial, mas, se houver problema de atuação da proteção diferencial para defeito lçb - terra fora da zona protegida, deve-se então utilizar outra ligação.

108 Capítulo IV

Transformador TCs TCs

o o o

a a a a

I. L ______ _

87

87

87

Figura 4.6.4 - Conexões dos TCs

Os transformadores que tem deslocamento angular de 0° são:

• y-y

• 6.-6.

• 6. - zig-zag

5° Passo: Conectar os TCs em ambos lados em Y ou em 6., e fechar as bobinas de operação dos relés 87 em Y. Ver figura 4.7 .1 para o caso de transformador em Y - Y.

No lugar do transformador Y - Y da figura 4.7.1 poderia ser outro tipo de transformador, porém, com deslocamento angular de 0°.

O esquema de proteção da figura 4.7.1 não se aplica para transformadores Y - Y aterrados, dado que para um defeito monofásico a terra, fora da zona de proteção dos dois TCs, a proteção diferencial 87 atuaria . Nesse caso, se os TCs forem ligados em 6. a proteção seria adequada.

Proteção de Transformador ]09

T ransfonn ador TCs TC,

o o

o o

a a a a

1 ______ --------_.

87

87

87

Figura 4.7.1 - Transformador Y - Y com Deslocamento Angular de 0°

O aterramento apresentado na figura 4.7.1 é feito por dois motivos:

• Provocar um curto-circuito franco, caso haja defeito na isolação intema dos TCs, deste modo garante-se a atuação da proteção do local.

• Segurança, para garantir que esta fiação e as carcaças dos TCs estejam no mesmo potencial referenciada a terra.

4.8 Transformador L. - Y

No transformador 6. - Y, as correntes de linha no lado 6. estão . ° o ° 00 800 defasadas (adlantadas ou atrasadas) de 3 O, 60, 120, 15 e] em

relação às correntes de linha do lado Y, a tabela 4.8 .1 apresenta os detalhes dessas ligações.

O deslocamento angu lar de 30°,60°, 120°, 150° e 180° depende de como os enrolamentos do 6. e do Y estão ligados.

(

l

110 Capítulo IV

Os TCs deverão ser dimensionados e conectados de modo que suas ligações no secundário compensem as relações de transformações diferentes e os deslocamentos angulares, de modo que nas bobinas de restrições do relé 87 cheguem correntes elétricas em fase.

Para atender estas condições, segue-se a regra:

a) Os secundários dos TCs deverão estar conectados em Y no lado 6. do transformador de potência.

b) Os secundários dos TCs deverão estar conectados em 6. no lado Y do transformador de potência.

Os secundários dos TCs em 6. deverão estar conectados do mesmo modo que o 6. do transformador de potência, isto é, as ligações nas marcas de polaridade serão as mesmas.

Na figura 4.8 .1, apresenta-se o diagrama unifilar da proteção diferencial do transformador de potência 6. - Y.

y /';

~: :----rl-. ~. II ~J---::. ~: =--- • • • • L-----0----- J

+ ~------------~ 87 ~------------~

Figura ' 4.8.1 - Diagrama Unifilar da Proteção Diferencial do Transformador 6.-Y

Assim continuando os passos do item 4.6, tem-se o 5° Passo.

5° Passo: Fazer a conexão do transformador de potência, sendo um lado em 6. e o outro em Y. Ver figura 4.8.2.

A figura 4 .8.2 foi construída a partir da figura 4.6.4 seguindo a regra deste item, os TCs do lado 6. do transformador deverão ser conectados em Y, exatamente como está apresentado na figura 4 .8.3.

Proteção de Transformador

Transformador

_r===i0::fT..:.C-\:·S =----r~..;:.O--"Dm~y -:; - - -: - -I D

lO

I _________ J

87

87

87

Figura 4.8.2 - TransfoTI11aclor 6. - Y Transfonnador

87

87

o

a a

Figura 4.8.3 - Ligações dos TCs no Transformador 6. - Y

111

11 2 Capítulo IV

Na figura 4.8.3 apresentam-se também as conexões dos secundários dos TCs no lado Y do transfonnador, que deverão estar conectados em L. seguindo a mesma seqüência das suas marcas de polaridade. Assim, as bobinas secundárias dos TCs devem ser uma réplica dos enrolamentos do lado L. do transformador.

Observa-se que em todos os esquemas das fi guras 4.7.1 e 4.8.2, as bobinas de operação dos relés 87 estão conectadas em Y.

Outra maneira de efetuar as conexões dos TCs no transformador L. - Y é seguir os sentidos das conentes de acordo com suas marcas de polaridade, tendo como objetivo de atender a expressão 4.5.2, ou seja, as conentes nas bobinas de restrições devem ser iguais em fase e em módulo.

O procedimento apresentado a seguir é geral, aplicado a qualquer tipo de conexão do transformador L. - Y.

No procedimento apresentado na figura 4.8.4, leva-se em conta somente as ligações dos TCs e os sentidos das conentes, sem levar em consideração a relação de transformação do h·ansfonnador.

As conentes no primário e secundário de qualquer transformador de potência ou nos TCs estão sempre de acordo com as apresentadas nas figuras 4 .2.1, 4.2.2 e 4.3 .1, isto é, quando em um emolamento a conente elétrica entra na marca de polaridade no outro enrolamento a conente saí pela marca de polaridade; de acordo com a figura 4.8.4.

Transformador

r-------"7"- o o la I

----~·~------~I ~ ~---.-.·~I-----------

____ I_b~.----------~I-c~~ ~~c __ l b~.~I----------__ I i I ____ I_c~.~--------_rl-*-~ ~~* __ c-'.~I------------_ I _________ J

Figura 4.8.4 - Sentido das Conentes no Primário e Secundário no Transformador

Os enrolamentos do transformador de potência podem ser conectados de qualquer modo, como o exemplificado na figura 4.8.5, que

Proteção de Transformador 113

mostra a mesma ligação feita na figura 4.8.2, com os seus respectivos sentidos das conentes de cada lado.

Transformador r---------

----..;.:-+:------'j:.-:-::r :;. I I _________ J

is=ib-Ic

ic = ic - ia

Figura 4.8.5 - Conexão do transformador L. - Y

No lado L., aplicando-se a 1 a Lei de Kirchhoff, tem-se as conentes:

ia = i A + ib

ib=ÍS+Íc

( = Íe + ia

iA=Ía- ib

is= ib-(

ic =Íc- ia

Os TCs na figura 4.8.5 podem ser colocados de qualquer modo, apenas os conjuntos de cada lado devem ser iguais e coerentes, por exemplo, os TCs foram colocados no mesmo sentido do da figura 4.6.3, na qual se repete aqui na figura 4.8.6, indicando os respectivos sentidos das conentes.

Note que as correntes nos secundários dos TCs nos lado de alta e de baixa do transformador não são iguais, pode-se adequar as corTentes de 2 modos:

a) Ligando os TCs em L. no lado Y do transformador.

b) Utilizando outro conjunto de TCs auxiliares intermediários em qualquer lado no sentido de adequar as conentes nas bobinas de restrições dos relés 87.

Primeiramente, em atenção a regra, deve-se conectar os secundários dos TCs em Y no lado L. do transfonnador e conectar sua saídas nas respectivas bobinas de reshições dos relés 87, conforme ilustra a figura 4.8.7.

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

114 Capítulo IV

Transfonnador

r--------- ""-:::::;;I===::f-!--t:::---+o::....-"1!'GIlf\.""':'Y!; ° ia I la

TCs o

Ib ia o

a Ic

ia - ib TCs o

ib -( o

ie ib a

• ie -Ía

a

• •

l c I _________ J

Figura 4.8.6 - TCs Colocados nas Linhas do Transfonnador 6. - Y

Transformador r--------- o~ y!; aia 1

-+--=~~f-!-l::::--__jlr=--.ra' U~UVU"';' • uvw I I t:J I r IJ ib. I

~_=~~~~~I~~' w~~~ 'uuw

...,~~=~...:..t:=_-_t..:.-~~!J'-...J I r-"""""---.-:i",. ... I I 'uOOO '-- 'WW I I _________ J

87

...... 87

87

ia -ib --'-

ib - ie

ie - ia

-~

TCs rv"I o

o

y

Figura 4.8.7 - TCs em Y no Lado 6. do Transformador de Potência

Proteção de Transformador 115

As correntes nas bobinas de restlições dos relés 87 devem ser iguais, deste modo a figura 4.8.7 mostra estas correntes.

Deve-se conectar os secundários dos TCs do lado Y do transfonnador de potência de modo a se obter as mesmas correntes nas bobinas de restrições. Fazendo deste modo, obtém-se o diagrama da flgura 4.8.8 .

Transformador r ---------

y t:, i I i a TC's I TCs

..:... o .-r. O ~ O ' o. f"V"'Io · a...- I '0000- : o ib a rv'"'I-1 I D I L 0000 D ib,. ib - ie fV\ a ie

a ......

I uwv

ie - ia t-' .........--

ib~ • f"Y"I • I~ * ie

I (V', • ~ · '-' 'OO1IV- I . \ I _________ J y t:,

I,

-é-

ie - ia 87 ie - ia

ib - ie 87

ib - ie -- ia -ib

87 ia - ib

Figura 4.8.8 - Conexões dos TCs no Lado Y do Transformador de Potência

Como apresentado neste item e no item 4.4, os transformadores trifásicos podem ser conectados de modo que suas bobinas primária e secundária tenham diversas combinações que produzam deslocamentos angulares nas correntes de linha no lado primário e secundário.

Nos relés diferenciais convencionais as ligações dos TCs devem compensar a rotação angular produzida, podendo-se até utilizar TCs auxiliares para compensar as discrepâncias de relação de transformação e compensação adicional de rotação angular.

Já no caso de relé digital multifunção, a única conexão dos TCs é utilizada para suprir as diversas função do relé, e neste caso não há necessidade de se fazer as ligações fisicas da mesma conexão do

116 Capítulo IV

transformador protegido . Portanto, no relé digital deve-se entrar com a informação do transformador, especificando o tipo de conexão de suas bobinas primária e secundária.

Para verificar as conexões e o deslocamento angular das correntes de entrada e saída de um transformador, deve-se considerar o modelo apresentado na figura 4 .8.9, onde as correntes de linha entram no lado primário e saem no lado secundário ou vice-versa.

r-----A-------§-------c-------1 Terminal do liA iB ic! Primário '.~--._- - -----._.- -_._- - -. ____ o_ao'

~

o -o CI:l E I..-

.2 cn c CI:l l..-

I-

Bobinas Primárias

Bobinas Secundárias

I---C --------- --i~--- ----C1 Terminal do 1 a bel Secundário to ___ .... ___________ ____ _______________ .:

Figura 4.8.9 - Ligação Genérica do Transformador

A seqüência de fase é A, B e C, sendo que os respectivos fasores das correntes elétricas giram no sentido anti-horário. Os terminais A, B e C podem também, serem denominados de HJ, H2 e H3, e os terminais a, b e c de Xl, X2 e X3.

Para a seqüência de fase, apresentada na figura 4.8.9, as COlTentes de linha no lado primário estão adiantadas em relação as correntes de linha no lado secundário. Assim, todas as conexões e deslocamentos angulares estão apresentados na tabela 4.8.1.

P roteção de T ransfor mador

Transformador - Conexões e Deslocamento Angular

Desloca- mento

Angular

DdO

mo· mQ.

Dyl

Dd2

Conexões

YyO

W· m·

Ydl

W· mo·

DzO

[ffiJ' · D •

: i ~ -

~

~ ~ ; · D •

Yzl

W' I r- I

~ · ~ ~. D • '- L-

i : · D •

Dz2

11 7 (

(

(

{

(

(

(

(

(

(

118

Dd4

Dy5 Yd5

W· m

Capítulo JV

r-

I ~~ ~ ~ • D •

1.1.1, Dz4

• D •

Yz5

Proteção de Transformador

Dd6

mil' ~.

Dy7

Dd8

119

Yy6 Dz6

Yd7 Yz7

Dz8

i'

120 Capítulo IV

Ddl0 DzI0

fin' [[ID' -600 • D •

m ~ ~ .

--'

r-

~ ! ~ · Il • Dyll Ydl1 Yz11

fin' W' W' -300 ~. ! Il • m

~ m, -' r-~ ~ ~ • D •

Tabela 4.8.1 - Conexões e Deslocamento Angular das Correntes de Linha no lado Primálio em Relação às Correntes de Linha no lado Secundário de

Transformadores Trifásicos.

Os desenhos da tabela 4.8.1 estão associados ao modelo da figma 4.8 .9.

Na tabela 4.8.1, as duas letras associadas a um número, têm a seguinte convenção:

../ Primeira letra, maiúscula, representa o primálio do transfollllador, que pode ser:

• D'" primário em Delta (Ll)

Proteção de Transformador 121

• Y -+ primáIio em es trela (Y)

• Z -+ primário em zig-zag

../ Segunda letra minúscula, representa o secundário do transfomlador. que pode ser:

7- d -+ secundário em !1

"7 y -+ secundário em Y

7- z secundário em zig-zag

../ Número, variando de zero até 11 , que representa o deslocamento angular das correntes de linha no lado primário em relação às do lado secundário, cujo valor é dado pela expressão:

30° · Número

Por exemplo, um transfollnador trifásico tem uma conexão de suas bobinas primárias e secundárias com a denominação de Dy5. Isto significa que o primálio do transformador está ligado em !1 e o secundário em Y, e as correntes de linha no lado !1 estão adiantadas de 300 x 5 = 1500 em relação às correntes de linha no lado Y.

4.9 Ajuste do Relé Diferencial Percentual na Proteção do Transformador

No esquema de proteção diferencial do transformador de potência as correntes secundárias dos TCs devem alimentar o relé 87 de modo que as correntes nas bobinas de restrições sejam iguais. Na realidade, as correntes que chegam ao relé 87, estão associadas a erros causados por:

a) Discrepância no casamento dos TCs do lado de alta e baixa do transformador. Como os TCs estão vinculados aos que são disponibilizados pelos fabricantes, deve-se escolher aqueles que mais se ajustam de acordo com as relações de transformação dos transformadores de potência.

(

(

(

(

122

I

Capítulo N

b) Erro dos TCs dado pela sua classe de exatidão de 2,5%, 5% ou 10% principalmente no momento de correntes de curto-circuito elevadas de acordo com o seu fatar de sobrecorrente (FS = 20). Este erro é devido à saturação do núcleo magnético do TC. Como o erro do TC é de ± 2,5%, ± 5,0% ou ± 10,0% , se os dois TCs da mesma linha da proteçào diferencial operarem na pior condição, isto é, um TC está com erro de + 2,5%, + 5,0% ou + 10,0% e o outro com erro de - 2,5%, - 5,0% ou - 10,0%, tem-se no relé 87 um erro total de

5%,10% ou 20%.

c) Erros associados com a comutação dos taps dos transformadores de potência, efetuados sem carga ou com carga, de modo manual ou, com controle pela supervisão local ou remota ou, regulação automática pelo relé 90. Para o relé 87, o ajuste deve ser feito na condição de operação normal do transformador de potência, ou seja, com o tap do comutador na posição central. Qualquer mudança de tap produz erro nas correntes diferenciais injetadas no relé 87. O máximo erro será quando o comutador está com o seu tap na posição limite de máximo ou mínimo. Geralmente, os taps da comutação têm variações de ± 10,0% em relação à tensão nominal do transformador de potência. Assim, o ajuste da sensibilidade ou da declividade do relé 87 deve ser além do erro introduzido pela comutação no seu maior limite.

d) ' Discrepância dos taps nas bobinas de restrições do relé 87. Este erro, devido às diferenças nas correntes que chegam às bobinas de restrições, pode ser minimizado de dois modos:

d.1) Uso de TC auxiliar intermediário. Este TC ajusta a corrente antes de entrar na bobina de restrição do relé 87.

d.2) Uso de taps no próprio relé 87.

No caso do item d.2, deve-se escolher os taps nas bobinas de restrições os mais próximos das condições de operações do transfonnador de potência. Os taps disponíveis são detenninados

Proteção de Transformador 123

pelo fabricante. A figura 4.9.1 mostra os laps na bobina de restrição do relé 87.

-----.,....-' ~

Tap's Tap's

Figura 4 .9.1 - Taps do Relé 87

Os taps são no minados em Amperes que produzem a mesma força magnetomotriz e o mesmo fluxo magnético de restrição. Par exemplo, um relé tem os taps disponíveis nas bobinas de restrição de: 2,9 - 3,2 - 3,5 - 3,8 - 4,2 - 4,6 - 5,0 - 8,7 A, escolhendo-se os taps de 5 A e 3,5 A, tem-se o torque de restrição nonimal do relé 87 e se as correntes forem opostas o torque de restrição será nulo. Essa situação está apresentada na figura 4.9.2.

SA 3,5A

Tap=5A Tap=3,5A

Figura 4.9.2 - Taps na Bobina de Restrição do Relé 87

Se as correntes que fluem pelo sistema elétrico forem maiores que os laps, por exemplo, como mostradas na figura 4.9.3.

O múltiplo do tap na bobina de restrição é dado pela expressão 4.9.l.

I Bobina de restrição M Re strição = --=-~T-a-p~-'--- ( 4.9.1)

124 Capítulo IV

5,5A 4A

M=l,l Tap=5A Tap=3,5A M= 1,143

Figura 4.9.3 - Conentes maiores que os tc/ps

Assim, para o caso apresentado na figura 4.9.3, tem-se os seguintes múltiplos para as bobinas de restrições:

MRe striçãO! = 5~5 == 1,10

4 MRestrição2 = 35 == ],143

,

o múltiplo médio será:

M .. =1,10+1,143=11715 Med ia 2 ' -

Isso significa que a restrição é 12,15% maior que a sua restrição nominal.

. e) Margem de segurança. Feitas as considerações (cálculos) dos erros, deve-se, ainda, deixar uma margem de segurança para garantir a seletividade da atuação do relé diferencial dentro da sua zona de proteção. A margem de segurança é geralmente de 5%.

Assim o ena total (mismatch) é dado pela expressão 4.9.2.

Cerro total = lOTes + cClasse exatidão + C Comutação + cTaps do relé 87 + cSegura[]ça

( 4.9.2)

Em que:

Proteção de Transformador 125

CTCs" Erro devido à discrepância das relações de transfOImação

dos dois TCs adjacentes da mesma fase do lado de alta e de baix.a do tTansformador.

ê OlSse ex •• idào .. Erro devido à classe de exatidão dos Tes.

êComu •• ção" Erro introduzido pela comutação máxima do

transfolmador.

cT .. Eno devido à discrepância dos taps no relé. aps

ê .. Erro introduzido como margem de seguranca. Segurança .)

No final verifica-se na operação nonlinal do transfolmador de potência, com o objetivo de preservar as condições ténnicas das bobinas de restrições e operações do relé 87, as seguintes condições:

• A conente na bobina de operação do relé 87 não deve ultrapassar de 5 A.

• A COITente na bobina de restrição do relé 87 não deve ultrapassar de 10 ou 12 A, dependendo do fabricante.

Exemplo 4.9.1: Apresenta-se o diagrama unifilar da figura 4.9.4.

10MVA 66kV 22kV

t ~y 1~_ ..... ~ ............ _

Figura 4.9.4 - Diagrama Unifi1ar

Dados:

(

r (

(

(

(

(

(

126 Capítulo IV

TC d · " d { 60 x 120 - 5 A ~ Classe 2,5H200

s lsponlvels e 200 x 400 - 5 A ~ Classe 2,5H200

Relé 87 com taps disponíveis de: 2,9 - 32 - 3,5 - 3,8 - 4,2 - 4,6 - 5,0 - 8,7 A

a) Fazer a ligação tritilar do esquema de proteção.

A ligação está apresentada na figura 4 .9.5.

Transformador

Figura 4.9.5 - Diagrama Trifilar

b) A corrente nominal na alta tensão do transformador de potência.

S No min al == .J3VN IN 10M

l N == h == 87,477 A AT ",3. 66k

c) A corrente nominal na baixa tensão do transformador de potência.

10M lN == h == 262,432 A (no tap central)

BT ",3 . 22k

d) Escolher o TC no lado!::" do transformador.

Proteção de Transformador 127

TC == 120 ~ classe 2.5H200 ·H 5

e) Corrente no secundário do TC do lado de l::. do transformador.

Ip 87,477 l S,TCAT) == RTC == 120 == 3,645A

5

Estes TCs estão conectados em Y, portanto, esta é a corrente que chega na bobina de restrição do relé 87 .

t) Escolber o TC no lado Y do transformador.

A corrente na bobina de restrição do relé é de 3,645 A. Esta corrente é a de saída do TC em !::,. no lado Y do transformador de potência. Desse modo, a corrente dentro do !::,. é:

3,645 ldentro do II == .J3 == 2,104 A

Portanto o T C ideal seria aquele que passa para o secundário 2,104 A , portanto a relação de transformação seria de:

RTC == 262,432 == 12473 == 124 73x ~ == 623,65 2,104 ' , 5 5

Este seria o TC ideal, mas dentro da disponibilidade ofertada pelo fabricante neste exemplo, deve-se escolher o mais próximo, no caso o

400 TC == - ~ classe 2,5H200

5

g) Corrente secundária do TC no lado BT do transformador.

I == 262,432 == 3 28 A STCBT 400 '

5

Como os secundários destes TCs estão conectados em l::. a corrente de saída (ou entrada) é de:

128 Capítu lo IV

[ saida do ti = .fi. 3,28 = 5,68 A

É esta COlTente que passa na outra bobina de restrição do relé 87.

h) Taps no relé 87.

No relé 87, na operação nominal do transformador, chegam nas bobinas de restrições as seguintes conentes, que estão apresentadas na figura 4.9.6.

3,645 A 5,68 A

Figura 4.9.6 - Taps do Relé 87

Note que as conentes verdadeiras não são exatamente iguais aos taps disponíveis pelo fabricante, portanto, deve-se escolher os taps para que as bobinas de restlições fiquem equilibradas em termos de fluxo magnético, isto é, tenham o mesmo múltiplo em ambos os lados, ou seja:

I Restrição I I Restrição 2 ( 4.9.3) =

Tapl Tap2

3,645 5,68

Tapl Tap2

Tap2 = 5,68 = 1558 Tapl 3,645 ' ( 4.9.4)

Dos Taps disponíveis: 2,9 - 3,2 - 3,5 - 3,8 - 4,2 - 4,6 - 5,0 - 8,7 A, no relé 87, deve-se fazer todas as combinações possíveis de Taps, obtendo-se a relação Tap2/Tap 1, que está apresentada na Tabela 4.9.1.

Taps 2,9 3,2 3,5 3,8 4,2 4,6 5,0 8,7 2,9 1,000 1,103 1,207 1,310 1,448 1,586 1,724 3,000 3,2 1,000 1,094 1,188 1,3l3 1,438 1,563 2,719

Proteção de Transformador 129

3,5 1,000 1.086 1.200 1,314 [,429 2,486

3,8 1,000 1,105 1,21 [ [.3 [6 2,289

4,2 [.000 1,095 [, 19O 2,07 1

4,6 1,000 1,087 1,890

5,0 1,000 1,740

8,7 1,000

Tabela 4.9.1 - Combinações dos Taps do Relé 87

Deve-se escolher a relação de Taps mais próxima da expressão 4.9.4, tal que as correntes nas bobinas de restrições sejam as maiores e mais próxima possível dos Taps escolhidos.

Comparando-se o valor da expressão 4.9.4 com os valores da Tabela 4.9 .1 , chega-se em:

Tap2 = 5,0 = 1563 Tapl 3,2 ' I Rostrição2 = 5,68 A > Tap 2 :=: 5 A

I Restrição I = 3,645A > Tap 1 = 3,2 A

Portanto, a escolha definitiva nas bobinas de restrições é Tap1 3,2A e Tap 2 = 5,0A.

Note que os Taps não foram exatan1ente obtidos pela relação da expressão 4.9.4, isto produz eno no relé 87, que deverá ser coberto pelo ajuste da sensibilidade do relé.

i) Erro total das correntes diferenciais.

i.l) Eno da classe de exatidão dos Tes.

e . :=: 2 5% + 2 5% = 5,0% Classe de exaudão , O ,

i.2) Erro de comutação do transformador de potência.

e Comutação :=: 1 0%

i.3) Erro da discrepância dos Taps no relé 87.

(

(

(

130 Capítulo IV

MI = I Restrição I = 3,645 = 1139 Tap 1 3,2 '

M, = IReslTição2 = 5,68 = 1136 - Tap 2 5,0 '

Portanto, M I> M2

M]-M2 ETaps do re lé = x 100

M2

1,139 - 1,136 ETaps do relé = x I 00 = 0,26%

1,136

iA) Erro total das correntes diferenciais no relé 87.

E erro total = E Classe exatidão + E Comutação + E Taps do relé 87 + E Segurança

é erro lO1a1 = 5% + 10% + 0,26% + 5%

é erro lolal = 20,26%

j) Ajuste do relé 87.

O ajuste da sensibilidade percentual do relé 87 deve ser maior que o erro total das correntes diferenciais, isto é:

Sensibilidade > 20,26%

Escolher o ajuste de sensibilidade disponível pelo fabricante do relé.

Geralmente os ajustes de sensibilidade são de: 25%, 30% e 45%.

Portanto o ajuste de p = 25% no relé 87 está adequado, caso o relé venha a atuar indevidamente pode-se passar o ajuste para 30%.

Se o relé for digital, o ajuste de "p", dependendo do fabricante, pode, por exemplo, ser escolhido em uma faixa de 15 a 80% em degraus de 0,1%.

Proteção de Transformador l3 l

k) Relé sem Taps disponíveis.

Se o relé 87 não tem Taps disponíveis, deve-se aj ustar as correntes nas bobinas de restrição pelo uso de TCs auxiliares intermediários. Pode-se posicionar os TCs auxiliares em qualquer lado. Geralmente os TCs auxiliares são autotransformadores de corrente. Neste item, por exemplo, emprega-se TCs auxiliares do tipo autotransforrnador ligados em Y, como mostra a figura 4.9.7.

. . : TCs auxiliares

1 ....... ___ _

Transformador

IJ. y

N

~~.-,--~~~---+~~~+-

86A

.8GA

.86A

Figura 4.9.7 - TCs Auxiliares do Tipo Autotransformadores

Deve-se ajustar os TCs auxiliares para adaptar as correntes exatas nas bobinas de restrições dos relés 87. Geralmente os TCs tipo autotransforrnadores tem 100 espiras, como mostra a figura 4.9.8.

Y;6A

Figura 4.9.8 - TC Auxiliar Tipo Autotransformador

,-

132 Capítulo IV

Assim, no TC tipo autotransfonnador, tem-se:

5,68 100

3,645 n

n =64,17%

. Desse modo, deve-se posicionar o cursor no secundário do TC tipo aut~tlansformador. em 64,17% do total de espiras, deste modo o erro do relé 87 e zero. Na realIdade o secundário do auto transformador é constituído de tuna, série de tafs, portanto e~colhe-se o tap disponível maIS próximo passIveI de 64,17 Yo, a pequena diferença será o erro no relé.

4.10 Energização de Transformador

Na energização ou magnetização de um transformador de potência (figura 4.10.1) a corrente transitória de magnetização máxima pode atingir valores de 8 a 12 vezes a corrente nominal.

TransfOlmador

F~i iinru~h ~IIH t=O

Figura 4.10.1 - Energização do Transformador

_ A cO~Tente d~ magnetização (inrush) vai depender da posição da tensao .sen~Idal no lllstante do fechamento do disjuntor. A corrente de magnehzaçao ou de inrush tem um alto conteúdo de haIIDônicas, distribuídas conforme a Tabela 4.10.1.

Corrente de Inrush

Harmônicas % em relação a fundamental

2° harmônica 63%

Proteção de Transformador 133

3° harmónica 26,8%

4° harmônica 5, 1%

5° harmónica 4,1%

6° harmónica 3,7%

7° hannonica 2,4%

Tabela 4.10.1 - Corrente de Inrush

Nota-se na energização a predominância da 2° hannônica. O primeiro pico máximo de corrente de inrush pode atingir de 8 a 12 vezes o valor da corrente nominal do transformador, sendo que os picos sucessivos caem rapidamente num tempo efetivo de O, I segtmdos = 6 ciclos elétricos .

Interessante é fazer uma comparação, para distinguir, a corrente de curto-circuito da con"ente de magnetização do transformador. As características dessas duas correntes de curto-circuito e a de magnetização do h·ansformador são apresentadas a seguir:

a) COlTente de curto-circuito, aCOITe numa freqüência industrial de 60 Hz com algum conteúdo de harrnônicas não proeminentes. A figura 4.10 .2 mostra uma corrente senoidal em 60 Hz.

r- 8,33ms-1 I I I I

I I I I I __ ~ ______ ~~ __ ~ __ -4 ________ ~ __ t

Figura 4.10.2 - Corrente Elétrica Senoidal

Na realidade, a corrente de curto-circuito é senoidal, cujos pICOS (valores máximos) vão decrescendo na forma exponencial [5], mas a distância entre dois picos consecutivos se mantém em 8,33 ms, como mostra

a figura 4.10.2.

(

(

(

(

(

(

(

(

(

(

134 Capítulo IV

Outra característica fundamental é que as correntes de curtos- circuitos só aparecem nas fases envolvidas no defeito.

b) a COlTente de inrush ou de magnetização do transformador possui forte conteúdo de harmônicas, conforme apresentado na tabela 4.1 0. 1. com predomínio da 2° harmônica e o aspecto dessa corrente é variado m~s em geral é o mostrado na figura 4.10.3 . '

t

Figura 4.10.3 - Corrente de Inrush

Esta corrente nos primeiros 6 ciclos (O, 1 segundos) apresenta-se bem distorcida em decorrência do alto conteúdo de harmônicas, com predominância de 63% da 2° harmônica.

No primeiro ciclo o pico inicial pode atingir valores elevados variando de 8 a 12 vezes da corrente nominal de transformador. Este valo; inicial depende doCa):

• Porte do transformador;

• P.orte do sistema elétrico;

• Impedância equivalente até o ponto da instalação do transformador;

• Tipo de material ferromagnético do núcleo do transformador· ,

• Fluxo magnético remanente no núcleo do transformador no instante de energização;

• Valor da tensão elétrica no instante de energização.

As correntes de inrush Ocorrem nas 3 fases do lado da fonte de alimentação do transformador, portanto na proteção diferencial, os TCs do

Proteção de Transformador 135

lado fonte são submeüdos a estas correntes, podendo fazer a proteção diferencial atuar.

Para evi tar que a proreção diferenc ial atue no instante de energização do h·ansformador, pode-se:

a) Bloquear a operação do relé diferencial por 0, I segundo durante a energização do transformador;

b) Usar atenuadores de transitórios;

c) Utilizar relés diferenciais com retenção de harmônicas;

d) Utilizar relés digitais com lógicas de detenção de harmônicas.

É importante observar que no caso de transformadores elevadores, acoplados a geradores síncronos, a corrente de inrush não é considerada, isto porque a energização do transformador é feita de modo gradual.

4.10.1 Bloqueio da Proteção Diferencial

Para o caso de energização de transformador de pequeno porte ou de transformadores distantes dos geradores síncronos, pode-se simplesmente utilizar relé diferencial temporizados.

Se em transformadores de grande porte ou localizados próximos à geração, as proteções diferenciais utilizadas são instantâneas e temporizadas. Nesse caso, durante a energização pode ocorrer a atuação da proteção instantânea. Pode-se, então, bloquear a proteção instantânea durante a energização. Note-se que o recurso de bloquear a atuação diferencial instantânea é um problema, no caso, da energização ocorrer em um transformador que tenha defeito interno do tipo curto-circuito. Porque, neste caso, a energização ocorrerá simultaneamente com o curto-circuito, e o tempo de bloqueio da proteção instantânea, apesar de ser pequeno, já é o suficiente para produzir danos no transfonnador. Então para contornar o problema apresentado, pode-se adotar a proteção diferencial propostas a seguu.

4.10.2 Proteção Diferencial com Atenuadores de Transitórios

136 Capítulo N

No cas~ b do item 4.10, o uso de atenuadores de transitórios tem COIl:O base derIvar a con·ente na bobina de operação do relé 87 durante o penodo de energização do transformador.

A cOlTen~e de inrush .nã~ passa totalmente pela bobina de operação, d~s~e modo, esta se dessensibilizando temporariamente o relé 87. Existem ~anos esquemas. de proteção que utilizam a dessensibilização do relé 87. A htulo de exempltficação, apresenta-se o esquema da figura 4.10.4.

AT BT

Figura 4.10.4 - Esquema de Energização do Transformador com Atenuador de Transitório

O esquema funcional em DC está apresentado na figura 4.10.5.

+

"AT± 52aAT

± "" 52aBT

87X --------

__ ._ .. # 87X

Figura 4.10.5 - Esquema Funcional em DC da Proteção da Figura 4.10.4

O relé 87X é um relé auxiliar temporizado, este, quando desativado, tem o seu contato geralmente fecbado. Quando o relé 87X é ativado ele abre o seu contato depois de transcorrido o tempo ajustado e mantém o contato aberto enquanto permanecer ativado.

O funcionamento do esquema da figura 4.10.4 dá-se do seguinte modo:

Proteção de Transformador 13 7

a) Supor disjuntores abertos e sem tensão no lado BT:

b) Com tensão nominal no lado AT, opera o relé 27 fec hando seu contato 27AT;

c) Fechando-se o disj untor 52 AT, energiza-se o transfOlmador, ao mesmo tempo o contato auxiliar do disjuntor 52aAT fecha, ativando o relé auxiliar 87X_ Durante a energização do transfonnador, o contato 87X está fechado e ocorre a derivação de conente na bobina de operaçã.o do relé 87, dessensibilizando- se o relé de 2 a 3 vezes do seu valor ajustado;

d) Transcorrido o tempo ajustado no relé auxiliar 87X, o seu contato se abre, voltando ao ajuste original de sensibilidade do relé 87. Assim, durante o h-ansitório de energização do transformador, o relé 87 ficou sensibilizado com um ajuste maior e não atuou para a corrente de inrush;

e) O relé 87X permanecendo ativado mantém o seu contato 87X aberto;

f) Pode-se fechar o disjuntor 52 BT nonnalmente.

Este esquema de proteção, também pode apresentar problemas, caso a energização ocorra juntamente com um curto-circuito no transformador.

4.10.3 Relé Diferencial com Retenção por Harmônicas

Este relé possui um filtro que separa a corrente de 60 Hz das outras freqüências. Assim, o relé pode distinguir o tipo de ocorrência no transformador, nos casos:

• Se houver um curto-circuito, tem-se a predominância da fundamental em 60 Hz e poucas harrnônicas. Nesse caso o relé diferencial deve operar nonna1mente.

• Se for uma energização normal do transformador, haverá um grande conteúdo de harmônicas . Nesse caso a proteção diferencial não deverá atuar.

(

(

\

138 Capíhllo IV

Um esquema de relé diferencial dotado de restrições por harmônicas é apresentado na figura 4.10.6.

~TC~-j TC

Filtro

TC da Restrição.:.,1 ,...... ....... .I..-,....,n....;.:TC da Restrição 2

restrição

Figura 4.10.6 - Relé Diferencial com Restrições por Harmônicas

O esquema da figura 4.10.6 é simbólico, representando uma fase do transformador monofásico ou trifásico.

Para entender o funcÍonamento da proteção diferencial com resuição por hannônicas, considera-se que o transformador está fora de operação, ou seja, os dois disjuntores estão abeltos. Na energização fecha-se somente um disjuntor, por exemplo, o do lado A T.

Assim a seqüência de operação é:

• Haverá corrente de inrush só no lado de AT do transformador;

• A corrente de inrush secundária do TC de alta passará pela bobina de restlição I e pela bobina primária do TC de operação do relé diferencial;

• No secundário da bobina de restrição 1, a corrente de inrush será retificada e passará totalmente na bobina de restrição resultante, criando um torque negativo;

Proteção de Transformador 139

se:

• A corrente de i/ll'lIsh secundária do TC de operação do relé diferencial terá dois caminhos:

• A componente fundamental de 60Hz passará pelo filu'o correspondente alimentando a bobina de operação resultante, que cria um torque positivo (+);

• O restante da corrente de inrush, sem a parcela de 60Hz, passará pelo filtro de bloqueio de 60Hz, e será retificada na ponte de diodo e passará (alimentará) na bobina de restrição resultante, produzindo um torque negativo (-).

Assim, na bobina de operação resultante e restrição resultante, tem-

I = I operação resul tan te fundamental 60Hz

I . = (21 . - I )retificada restnçào resul tan te IOfush fundamental de 60Hz

O torque de restrição é composto de duas parcelas:

'[restrição == 'T inrush + t(limush-1rund:Jmmtlll)

Assim, r restrição » r operação, e o relé não opera na energização do transformador.

4.10.4 Relé Diferencial com uma Unidade de Bloqueio de Harmônica

Para morutorar o transformador no período de energização, pode-se acoplar uma unidade de bloqueio por harrnônica no relé diferencial (87). No relé diferencial eletromecânico será adicionada uma unidade de supervisão da 2a harmônica para bloquear a operação de proteção no caso de energização do transformador. Este esquema está o apresentado na figura 4.10.7.

A proteção diferencial (87) é mostrada só para a fase A, já a unidade de bloqueio de 2a harmônica é trifásica, onde apenas as chegadas das fases B e C estão indicadas.

140

Unidade Instantânea da fase B

Unidade instantânea da fase C

Unidade instantânea da fase A

TC intermediario

Capítulo IV

Figura 4.10.7 - Unidade de Bloqueio por 2a Hannônica Acoplado ao Relé Diferencial (87)

O esquema em DC está apresentado na figura 4.10.8.

+ instantânea

:::L Relé 87 URH

Figura 4.10.8 - Esquema Funcional em DC do Esquema de Protecão da Figura 4.10.7 '

A unidade de restrição por 2a hannônica funciona do seguinte modo:

• Quando sem conente ou em operação mantém o seu contato (URH) fechado. A operação ocorre quando a corrente de 120 Hz na bobina de restrição for ~ 15% da conente fundamental desse circuito.

Proteção de Transformador 141

• Quando a corrente de inrush no secundário do TC intermediário. t iver um conteúdo de 2a h3.1mônica > J 5% da fundamental. a restrição desoperarào, abrindo o comato (URR), bloqueando a atuação do relé 87, pOlianto o transformador de potência não será desligado durante a sua energização.

A unidade instantânea mostrada no esquema de proteção da figura 4.10.7 é um re lé de sobrecorrente (50) que opera quando ocorre fa lta de grandes proporções no transformador, seu ajuste é 10 a 12 vezes o Tap do relé 87.

4.10.5 Relé Diferencial Digital para Transformador

Os re lés digitais para transfonnador podem funcionar por meio de algoritmos que processam as informações das con-entes na entrada e na saída do transformador. Observar as diferenças das conentes de CUlios- drcuitos e das COlTentes de inrush no transformador, descrita no item 4.10.

Para não operar indevidamente no período de energização do transformador, os relés digitais utilizam algoritmos internos, baseados nas diferenças das correntes de curtos-circuitos e COlTentes de inrush, além do parâmetro de ajuste.

Pode-se, por exemplo, adotar um dos processos a seguir, efetuados na corrente diferencial da operação:

• O relé digital mede o conteúdo da 2a harmônica, que comparada com fundamental, processa a sua lógica de atuação.

• O relé diferencial digital mede o tempo decorrido entre os picos sucessivos da corrente diferencial da operação, para fazer a lógica de sua atuação.

• O relé digital diferencial utiliza a transfonnada de Fourier sobre a corrente diferencial de operação, obtendo-o a fundamental e a 2a

harrnôlúca. Se a 28 harmônica for relativamente grande comparada com a fundamental, o relé não opera na energização do transformador.

r ,

(

(

(

,

(

(

(

(

142 Capítulo IV

4.11 Transformador com Impedância de Aterramento

No sistema elétrico, com transformador em Y aterrado, as correntes de curto-circuito 1<1> - terra são elevadas, produzindo danos no equipa- mento. Assim, para abaixar as correntes de curto-circuito 1<1> - terra a valores aceitáveis de modo a não danificar o transformador, é comum inserir urna resistência elétrica no aterramento do Y. Ver figura 4.11.1.

Transformador

R

F igura 4.11.1 - Resistência de Aterramento

Se houver em curto-circuito 1<1> - terra , por exemplo, como mostra a figura 4.11.2, a resistência · (R) limitará a corrente de defeito ao valor projetado, ou seja, a resistência (R) está restringindo a corrente de defeito, por isso, esta técnica é também conhecida por terra restrita ou terra restringida.

A utilização da técnica de terra restringida no transformador de potência prejudica o desempenho da proteção diferencial percentual (87) para os casos de defeitos monofásicos internos no transformador. O relé 87 pode ficar insensível para estes defeitos. Para contornar este problema, utiliza-se adicionalmente, a proteção normal (87), o esquema conhecido como proteção diferencial de terra restringida.

I 4.12 Proteção Diferencial de Terra Restrita

]

Proteção de Transformador 143

Transformador ~-------------------

Curto 1 $-teria

R ; /

- .-... - Figura 4 .11 .2 - Corrente de Curto-Circuito no Sistema com Terra Restri ta

O esquema diferencial de terra restrita em um transformador ,6. - y aterrado é mostrado na figura 4.12.1.

Transformador ,------ír---~==cç7=~-

* *

87

Figura 4.12.1 - Proteção Diferencial de Terra Restrita

Note que na saída do lado Y os 3 TCs estão conectados em paralelo, como demonstrado em [5] as correntes de saída do conjunto de TCs em paralelo é constituída de corrente de seqüência zero, que é a mesma corrente do terra do Y. Desse modo, na operação normal o relé 87 não atua.

144 Capítulo IV

Note que neste esquema não há necessidade do relé ser diferencial percentual, pode simplesmente ser um re lé de sobrecorrente, que neste caso está fazendo a função diferencial (87).

A figura 4.12.2, mostra a circulação de corrente no caso de defeito 1<1> - terra, no transformador.

Transformador

• ~

.8 ---I § 1------<

' ii) * 6

.9 c ::J

' ii)

6

Curto lC- terra

87

• • •

Figura 4.12.2 - Defeito 1<1> - terra no Transformador

Note que a corrente de defeito passa totalmente pela bobina de operação do relé 87, e o mesmo atua.

Neste transformador existe a proteção diferencial percentual normal não apresentada na figura 4.l2.l, os 3 TCs de proteção diferencial de terra restrita podem ser os próprios TCs da medição.

4.13 Proteção do Transformador de Aterramento

o funcionamento do transformador de aterramento, conectado a um sistema elétrico isolado, pode ser visto com mais propriedade em [5].

O transformador de aterramento conectado ao sistema pode também ficar sujeito a defeitos, e o disjuntor próprio deste circuito deve atuar. Conforme [5], os transformadores de ateITamento mais utilizados são do tipo:

• Zig-zag, com ou sem resistência de ateITamento;

Proteção de Transformador ]45

• Y -!':!., com ou sem resistência de aterramento.

As proteções utilizadas podem ser dos seguintes tipos:

a ) Proteção diferencial das fases à terra é do mesmo tipo utilizado na figura 4.12.1. A figura 4 .13.1 apresenta a proteção diferenc ial no transfonnador de ateITamento em zig-zag.

A----------,--------------------------- B------------~----._--------------------­ c ------------~----~----_,---------------

T Cs

T ransformador de AteITamento

• •

Figura 4.13.1 - Proteção Diferencial do Transformador de Aterramento em zlg-zag

b) Proteção meio-diferencial é efetuada por relés de sobrecorrente ligados na saída dos secundários dos TCs conectados em !':!.. Ver figura 4.13 .2.

No lugar de 3 relés pode-se utilizar somente 2. Os relés 50/51 atuam no disjtmtor do transformador de aterramento.

(

(

(

(

(

(

t

(

(

(

146 Capitulo IV

A---------------,-------------------------------------- B------------~------r_-----------------------

C---------1--~~~==~~----------

• • • • TC s .6.

Disjuntor

* *

Transformador de Aterramento

Figura 4.13 .2 - Proteção Meio-Diferencial do Transformador de Aterramento

Para compreender com mais propriedade o funcionamento desta proteção é necessário analisar o fluxo de corrente para diversos tipos de falhas , como por exemplo:

a) defeito 1<D - terra no sistema elétrico;

b) defeito 1<D -terra no transformador de aterramento' ,

c) defeito 2<D no transformador de aterramento.

Para um defeito 1<D - terra no sistema elétrico, o fluxo de corrente está apresentado na figura 4.13.3.

Proteção de Transformador

. \.

A --~----~.------r------------------------------------- B ______ ~~l~o -----+------~r----------------------------

C ----------~.~-+--------~------,---------~-------r- 2111 3t

Transformador de Ateaamento

. I ..

Curto-circuito Fase- terra

Figura 4: 13.3 - Defeito 1 <D - terra no Sistema Elétrico

147

Pode-se, verificar que as correntes nos secundários dos TCs fluem dentro do !::. e nenhuma corrente passa pelos relés 50/51, portanto a proteção não atua.

Com neste caso o defeito não é no transformador de aterramento e sua proteção não deve ahta.r, outros relés no sistema deverão eliminar o defeito .

A figura 4.13.4 mostra os sentidos das correntes para um curto- circuito 1<1> - terra no circuito do transformador de aterramento.

148

. I"

Capítulo IV

A --~--~~----,----------------------------------- B ______ ~i~,, ----~------_.---------------------------- c ----------~.~~------~~-----r------------------

'11l'

Transformador de Aterramento

. l n

Curto-circu ito

3i,

Figura 4.13.4 - Defeito 1<1> - terra no Transformador de Aterramento

Neste caso dois relés irão atuar, promovendo a abertura do disjuntor do transformador de aterramento. Essa proteção também é adequada para atuar nos defeitos 2<1> e 3<1> no circuito do transformador de aterramento .

4.14 Proteção de Carcaça do Transformador

Para viabilizar esta proteção todo o circlÚto elétrico pnmano e secundário do transformador deve estar isolado da sua carcaça, como mostra a figura 4.14.1, e na conexão da carcaça à tetTa, instala-se um TC conectado ao seu relé de sobrecorrente. Desse modo, quando ocorre um

Proteção de Transformador 149

defeito interno no transfom1ador envolvendo a sua carcaça, a corrente de defeito total ou parcial flui para a terra.

Transformador

,/

Figura 4 .1 4.1 - Proteção de Carcaça do Transfonnador

Como mostra a figura 4.14.1, todo o circuito elétrico conect~-se ao transformador pelo isolador de bucha, inclusive o cabo de desclda do ateITamento do neutro da ligação em Y. O relé de sobrecorrente pode ser o 50 ou 51, mas que neste tipo de ligação está fazendo a função 64.

Quando houver qualquer defeito interno envolvendo a :arcaça do transfonnador, a corrente passará à terra através do TC, cUJa corrente seclmdária fará atuar o relé 64. Ver figura 4.14.2.

Transformador

/ L-------~r--.~ ,_de Bu<h.

• •

Figura 4.14.2 - Defeito lntemo no Transformador

(

<-

l

(

150 Capítulo rv

. . Caso o defeito OCOITa fora do transformador, por exemplo, um curto ClrcUlto 1<1> -terra na linha de saída da ligação em Y, a figura 4 .14.3 mostra o trajeto das correntes de defeito, que no caso não será percebido pelo re lé 64.

Transformador

---- I

./

Figura 4.14.3 - Defeito Fora do Transformador

4.15 Relé Buchholz

Pequenas falhas no isolamento das bobinas e nas conexões intemas do transformador provocam formação de arcos elétricos e aquecimento local, causando a decomposição do óleo com a formação de bolhas de gás que se deslocam para a parte superior do transformador.

. Estes e outros defeitos incipientes podem, com o decorrer do funclOnament? d? t~ansformador, evoluir para defeitos mais graves, tal como curto-clrcmto mtemo. Portanto, há necessidade de se detectar estes pequenos defeitos incipientes, para que a equipe técnica da subestação possa programar a sua manutenção.

. O re~é mai~ apropriado para detectar a presença de gás e rápida movlmentaçao de oleo no transformador é o relé à gás conhecido como relé Buchholz, função 63.

Proteção de Transformador 151

O relé Buchholz é instalado no duto que liga o transfonnador ao reservatório, ou seja, ao tanque de expansão na sua parte superior. Ver figura 4.15.1.

Tanque de Óleo

Relé Buchholz

Tranformador

Calço de ± 1 Omm ~

Figura 4.15.1 - Instalação do Relé Buchholz

O tanque de expansão tem a finalidade de suprir pequenos vazamentos de óleo no transformador, de acomodar as dilatações do óleo prodU2ido pela variação da temperatura ambiente e as provocadas pelo aquecimento da operação do próprio transformador. O nível de óleo no tanque de expansão é indicado pelo medidor de nível, função 71. O tanque de expansão mantém o tanque do transformador sempre cheio de óleo.

A figura 4.15.1 mostra em detalhes as partes intemas do relé Buchholz.

152

Ao conservador --

"l A

2 34~~

l i ' ~ G

I '

I r-:.-f I 00 1ranstormodor 4~.' --.... _ .... Figura 4.1 5.2 - Relé Buchholz

Capítulo IV

Defeito no interior no transfonnador ocon-e sempre com a presença de arco elétrico, que pode decompor lentamente ou rapidamente o óleo mineral e o material isolante com pequena ou grande formação de gases. Os gases formados sobem e passam através do relé Buchholz dirigindo-se ao tanque de expansão do transformador.

A seguir analisa-se o funcionamento para os dois tipos de defeitos dentro do transformador:

a) defeitos pequenos.

Nos casos de defeitos internos incipientes, a decomposição do óleo é lenta e é pequena a forrilação de gás, deste modo, lentamente as bolhas de gás sobem e se alojam no pequeno compartimento G do relé Buchholz. Com a deposição de gás no compartimento G, a bóia B irá descer lentamente. A ampola D que contém mercúrio (Hg) está articulada com a bóia B. Quando os gases no compartimento G atingem certo volume, a bóia B desce inclinando a ampola D. O mercÚ1io banha os contatos internos da ampola D, fechando os contatos 3 e 4. Com o fechamento dos contatos 3 e 4, o relé Buchholz atua o alarme sonoro e visual, sendo este passo denominado de Iº estágio. O primeiro estágio não provoca o disparo (abertura) do disjuntor.

A equipe de manutenção, através da torneira A, recolhe o gás rearmando (restabelecendo) o relé.

Proteção de Transformador 153

o gás recolhido é examinado por meio de processos físicos, químicos e pe la cromatografia, a fim de indicar o tipo de problema que esta ocon-endo internamente no transformador. A análise do gás indica, por exemplo, se houve a presença de:

1) H2 (hidrogénio) e C2H2 (hidrocarboneto) indicam arco entre partes construtivas, através do óleo.

2) H2, C2H2 e C& indicam arco com alguma deterioração do isolamento fenólico, isto é faltas no comutador de tapes .

3) H2, CH4 e C2Rt indicam um ponto quente nas juntas do núcleo.

4) H2, C2H4, CO2 e C3H6 indicam ponto quente no enrolamento.

Apesar de não ser recomendado, os técnicos de manutenção, através de processo empírico mais simples, utilizam a pratica de colocar fogo no gás recolhido. Se o gás for inflamável, pegará fogo, indicando que há defeito interno 00 transformador. Neste caso uma análise cromatográfica do gás do relé Buchholz e do óleo do transformador, em laboratório, se faz necessário.

Se o gás não for inflamável, não pegará fogo, neste caso o gás pode ser fonnado pelo ar ou pelo vapor da utilidade contida no óleo. Indicando neste caso que há uma entrada de ar no transformador ou que a sílica-gel esteja saturada.

Se a atuação do primeiro estágio do relé 63 está ocorrendo com mais freqüência e em tempos menores, isto é um indicador que o defeito interno está progredindo e a manutenção con-etiva se faz necessária.

b) defeitos de grande porte.

Defeito de grande porte é caracterizado por um curto-circuito interno, devido à falha de isolação, neste caso o curto-circuito ocon-e juntamente com um arco elétrico de grande intensidade, provocando um rápido aquecimento do óleo no local e fom1ação de grandes bolhas de gás. Geralmente na decomposição do óleo, gera-se aproximadamente 90 cm3/s de gás por lkW liberado pelo arco elétrico do curto-circuito.

As bolhas de gás juntamente com o óleo sobem e passam no relé Buchholz, deílexionando a palheta F, curto-circuitando os contatos 1 e

(

(

(

(

(

(

(

(

(

154 Capítulo IV

2, acionando o circuito do disparo do disjuntor. O nº estágio é caracterizado pelo fechamento dos contatos 1 e 2.

A figura 4. 15.3 mostra o esquema funcional em DC da proteção do transformador envolvendo o relé 63.

+

luminoso

I 631° Estágio

---

I 6311°· Estágio

Figura 4.15.3 - Esquema Funcional em DC da Proteção 63

O relé Buchbolz ainda tem mais uma função de proteção complementar, que se por algum motivo ocorrer uma grande perda de óleo no transformador. Neste caso, quando o nível de óleo abaixa além da posição do relé Buchholz, a bóia B e a palheta F atuam, disparando a abertura do disjuntor. Esta ocorrência se dará primeiro com a atuação do dispositivo de indicação do nível de óleo (71), ver item 4.21, e só depois haverá a atuação do relé (63).

Salienta-se que as falhas incipientes é uma grande preocupação para a conservação dos materiais componentes da fabricação do transformador. Portanto, . geralmente falhas incipientes no transformador, pode ser diagnosticada com mais precisão com uma análise cromatográfica do óleo e dos gases recolhidos no relé Buchholz. As pequenas falhas incipientes podem ser motivadas por:

® Sobreaquecimento do óleo do transformador que pode ser total ou localizada em um ponto de aquecimento;

® Descargas parciais (corona), que são descargas elétricas que ocorrem sem dar origem a descargas disruptiva no local, ou seja, elas aparecem e desaparecem sem provocar a formação de arco elétrico permanente. As descargas parciais podem ocorrer de forma isolada ou de forma intermitente.

J

Proteção de Transformador 155

® Falhas com pequenos arcos-elétricos, que ocorrem devido a um pequeno defeito, ou devido à evolução das constantes descarg~s parciais que causaram comprometimento localIzado na ls?l~çao do material do transformador. Os pequenos arcos eletnc~s decompõem o material isolante e o óleo no local. Esses arcos dao orioem aos curtos-circuitos no transfonnador.

t:>

A figura 4.15 .4 mostra a fotografia um relé Buchholz de um

transformador de potência.

Fotografia 4.15.4 - Relé Buchholz

4.15.1 Relé Buchholz do Comutador

Os transformadores com regulação de tensão dispõ~m de comutação automática sob carga (Load Tap Changing = LTC) que e controlado peda função (90) que efetua motorizadamente a mudança de ~ap o t fi rmador. O controle da mudança de tap também pode ser feIto pela ;;:;r~mação lógica digital de comando a distância. Cada mudança de tap acrescenta ou retira espiras da bobina de regul~ç~o do transf?r:mador. A mudança do tap pode ser efetuada na bobina primana ou secundana.

156 Capítulo IV

Como o dispositivo de comutação opera processando mui tos movimentos mecânicos para efetuar a permuta de taps, podem ocorrer muitos defeitos de pequenas ou grandes proporções, decompondo o óleo gerando o gás. Por esse motivo, o mecanismo de comutação é instalado num reservatório (compartimento), à parte, dentro do tanque do transformador. Deste modo os defeitos no comutador não danificam os elementos do transformador e a equipe de manutenção somente agirá na área do tanque de comutação.

Portanto, somente para o óleo do tanque do comutador, será colocado illll relé Buchholz (63). Este relé Buchholz (63) é ligeiramente diferente do relé Buchoolz da figura 4.15.2, porque não tem a câmara G e a bóia B.

Deste modo o transfoffiudor de potência provido de comutação automática, tem dois relés Buchholz:

• um relé Buchholz para o transformador;

• um relé Buchholz para o compartimento de comutação.

4.16 Termômetro

o termômetro, função 26, é utilizado para medir a temperatura no local da sua instalação dentro do transformador.

tipos: Em relação ao tipo de funcionamento o termômetro pode ser de 3

• A mercúrio líquido;

• A gás ou líquido que é linearmente e altamente expansivo com a temperatura;

• A termopar, que gera uma tensão elétrica, que aciona lill1 galvanômetro, cuja deflexão indica a temperatura ou, no caso de tennômetro digital, a tensão elétl;ca gerada é utilizada para a medição da temperatura.

No caso de aquecimento acentuado do óleo, o termômetro aciona contatos auxiliares de Iº e rrº estágios, para sinalização? acionamento da

Proteção de Transformador 157

ventilação forçada ou da refrigeração do óleo forçado , e até o desa1l11e do

disjuntor. Dependendo do tipo de fabricação o termômetro pode ser dos tipos:

• Anaste do ponteiro e cursor feito pela expansão do mercúrio

líquido.

• Arraste do ponteiro e cursor feito pela expansão do fole acionado pela dilatação do gás ou líquido.

• Acionado pelo galvanômetro, proporci~nado pela peq~ena diferença de potencial gerada pelos 2 metals (termopar) dlstmtos colocados em temperaturas diferentes.

• Digital, cuja medida da temperatura é. feita pela p~q~ena diferença de potencial gerada pelos 2 metaIs (termopar) dlstmtos colocados em temperaturas diferentes.

A figura 4.16.1 mostra um termômetro com bulbo, tubo capilar e fole, movido com o princípio da dilatação do gás ou líquido .

Gás ou

líquido

O .j 10 estágio

. V 2 ° estágio

temperatura oe

Figura 4.16.1 - Tennômetro a Gás ou Líquido

AtuaLmente com a tecnologia digital, pode-se utilizar um dispositivo com sensores do tipo termopar em vários pontos do transfoID1ador, desse

( .

(

(

l

í ("

(

(

(

(

(

(

(

158 Capítulo IV

modo pode-se ter as medidas diretas ou indiretas de temperatura nos seguintes pontos:

• Ponto mais quente do óleo do transformador;

• Ponto mais quente na bobina primária do transformador;

• Ponto mais quente na bobina secundária do transformador;

• Temperatura média do óleo do transformador;

• Temperatura ambiente.

Geralmente no transformador o que determina a capacidade de transmissão de potência, isto é a sua potência nominal, é a limitação de temperatura da classe do material da isolação e do óleo utilizado.

O nível de temperatura é estabelecido pelo grau de dissipação da energia térmica gerada como perdas nos diversos componentes do transfOlmador, de acordo com as exigências operativas do sistema elétrico.

Temperaturas altas que se mantêm por muito tempo, produzem os seguintes problemas:

® Decompõe o óleo, formando sobre o núcleo e sobre os emolamento primário e secundário uma bona ácida que prejudica a refrigeração e ataca o material isolante. E a cada lODe acima de 60°C, reduz aproximadamente à metade a vida útil do óleo do transformador. A tabela 4.16.1 mostra a vida útil do óleo em relação à temperatura de serviço do transformador.

® Carbonização lenta do material isolante, mudando suas características fisicas e químicas e conseqüentemente diminuindo a vida útil do transformador.

Assim, deve-se ter um cuidado, em especial no acompanhamento, controle e monitoramento da temperatura do óleo, dos enrolamentos primário e secundário do transformador.

De acordo com as normas, a temperatura máxima admissível em regime permanente do material isolante utilizado no transformador é dada na tabela 4.16.2.

Protecão de Transformador 159

Óleo Isolante do Transformador

Temperatura Vida Útil

do Óleo do Óleo

60°C 20 anos

70°C 10 anos

80°C 6 anos

90°C 2,5 anos

100°C 1,25 anos

110°C 7 meses

Tabela 4.16.1- Vida Útil do Óleo do Transformador

Estas são as temperaturas que pode ser atingidas nos pontos mais quentes do material isolante do transformador. Geralmente, o ponto maIS quente no transfonnador está localizado em:

~ No óleo no ponto superios também conhecido por "Top Oil";

~ No enrolamento nas primeiras espiras na parte superior do transformador, conhecida por "Hot Spot".

Devido às dificuldades de medição de temperaturas nos pon!os ~a.is quentes, ajusta-se por segurança os terrnô~etro,s ~26) a operar no II estaglO a uma temperatura 100 e menor que o lümte maXllllO (tabela 4.16.2) da sua isolação mais fraca.

JPiji:iiiiii::;;::;;;;;;;:;::;;::;;;;;;;:;::;;::;;;;;;;:;::;;::;;;;;;;:;::;;::;;;;;;;:;~=i1

T o, . =T ax' 'IIDa -10DC 26 ajuste II estagIo ID .

No n° estágio, o relé 26, deve provocar o desligamento do disjuntor.

Salienta-se que no transformador de grande porte, o I?-0nit~ramento da temperatura deve ser rigoroso de modo a preservar a llltegndade do

transformador.

160 Capítulo N

Classe de Exemplos de materiais da Temperatura isolação classe máxima

O Algodão, seda e papel não

90°C impregnados em óleo.

Algodão, seda e papel A impregnados ou imersos em [OSoe

óleo.

Mica, fibra de vidro e asbestos B com alguma substancia 130°C

aglutinantes.

Mica, fibra de vidro e asbestos

F com substancias aglutinantes lSSoC

para a temperatura correspondente.

Elastômeros de silicatos, mica, fibra de vidro e asbestos

H com substancias aglutinantes ISOoC adequadas à temperatura desta

classe.

Materiais puros de mica,

C porcelanas, vidro, quartzo e

> 180°C materiais inorgânicos

adequados.

Tabela 4.16.2 - Classificação e Temperatura Máxima Admissível dos Materiais Isolantes

, . O. aquecimento acentuado no transformador, mais propriamente nos matenas ~solantes, estão ligados ao pré-envelhecimento do transformador. O envelhecunento da isolação pode ser diagnosticado pelas normas como perda ~a vida útil do transformador. Os aquecimentos no transformador produzidos em dias distintos terão seus efeitos de perdas de vida útil acumulados.

I 4.17 Relé de Imagem Térmica

Proteção de Transformador 161

O relé de imagem ténnica, função 49. é um relé que detecta a temperatura do ponto mais quente do transfonnador, operando em regime pennanente, mas em sobrecarga. O aquecimento nos enr01amentos do transformador é provocado pela con'ente elétrica proveniente da sobrecarga e os sensores para captar esta temperatura deveriam ser colocados no ponto mais quente do enrolamento. Devido a problemas de encapsulamento do material do isolamento na bobina do transformador, a colocação de sensores térmicos neste ponto fica in1possibilitada. Deste modo, procura-se obter a temperatura do ponto mais quente do enrolamento de modo indireto, daí o nome de imagem térmica. Existem válias maneiras do emprego desta prática. Uma delas que é muito utilizada, usa um TC na bucha de entrada do transformador, e a corrente elétrica secundária reflete as características da sobrecarga no transformador. Faz-se esta corrente passar por uma resistência elétrica que seja uma réplica do aquecimento gerado pelos enrolamentos do transfonnador. Deste modo há vários tipos de esquema que atendem esta função, um deles está apresentado na figura 4.17.1.

Isolador de

TC

Parede superior do Transformador

Bobina Primária do

Transformador 2

Figura 4.17 .1 - Relé de Imagem Térmica

Basicamente o princípio de funcionamento do relé de imagem térmica 49 da figura 4.17.1, baseia-se na variação da resistência elétrica com a variação da corrente de carga. Quando há uma sobrecarga no

(

(

(

l

l

162 Capítulo IV

transformador o TC. inj eta no secundário uma corrente correspondente ue pas~ando pela res lstencJa 1, produz por dissipação térmica um aquec~e~to e{Ulv~lente, elevando a temperatura do ambiente 3. Esta temperatura mais e eva ~ .que o normal provoca variação no valor da resistência 2 ue desequilIbra a ponte com bobinas cruzadas (4) fazendo defleh· , q ponteiro d O I ' 4 ' . ' r o seu marca . ar. re e 9 e constituído de 2 cursores de arraste quand ~ ~~breCarga at~ge somente o Iº cursor, isto é o Iº estágio, a sinaÚzação ~ ln Icada ~o: me~o d~ alarme sonoro, luminoso ou enviado sinal ao sistema de supervIsao, smallzando a existência da sobrecarga No Iº e t' · - , . d b . . . s aolO nao e aClOna o a a ertura do diSJuntor. o

Oc?rren?o uma forte sobrecarga no transformador, o desequilíbrio da ponte e m31S acentuado, levando o cursor a atingir o IIº t ' · dependendo d fi! fi es aglO, que . . a I os~ la empregada pela empresa de energia elétrica, pode ~pena~ .smalizar ou lIberar a abeItura do disjuntor, tirando o transformador

e ~elvlço . O dIagrama esquemático da atuação do relé de imagem ténnica esta apresentado na figura 4.17.2.

+ :c 49 lU estágio

Alarme

luminoso

49 I

11° estágio

69 86

52 BA

I

Figura 4.17.2 - Esquema de Atuação do Relé de Imagem Térmica

Outro esquema mais simples é apresentado na figura 4.17.3.

Este e~quema é idêntico ao da figura 4.17.1, apenas foi colocado um senso~ (termometro) no lugar da resistência elétrica equivalente ao aqueclll1ento do enrolamento do transformador.

Proteção de Transformadol"

Bobina Primaria do

Transformador I

Bulbo

Parede superior do Transformador

Resistência <_i-U.' __ - de

aquecimento

o

163

}" estâglo

;: estâgio

escala em temperatura oe

Figura 4.17.3 - Relé de Imagem Térmica com Bulbo Sensor de Temperatura

O termômetTO de bulbo pode ser de mercúrio ou a gás altamente expansivo com a temperatura. O funcionamento é simples, ou seja, a corrente secundária aquece a resistência equivalente ao enrolamento do transformador, o calor gerado eleva a temperatura do recipiente que será detectada pelo tennômetro. O tennômetro, dependendo do tipo de fabricação, poderá arrastar um cursor ou estender um fole , registrando a temperatura atual, e em caso de sobrecarga atuará o rº ou o nº estágio, exatamente como está apresentado na figura 4.17.2.

O TC pode ser instalado com mostra as figuras 4.17.1 e 4.17.3 ou estar localizado na bucha isolante ou fora do transfonnador.

Em transfonnadores de grande porte, pode-se levantar por meio de dados de fabricação, da operação, históricos e ensaios, todas as características do comportamento ténnico dos enrolamentos primários e secundários com respeito à sua operação, isto é, a sua corrente de carga, de sobrecarga e períodos operativos de emergência. Neste estudo investigativo é levantada a curva exponencial de aquecimento que é semelhante a qualquer corpo que sofre aquecimento. Assim, obtêm-se os parâmetros fundamentais que caracterizam a curva de aquecimento das bobinas do

transfonnador. Nos modernos relés digitais (49) tem-se o recurso de parametrização

para a modelagem da respectiva curva do aquecimento das bobinas do

164 Capitulo IV

tra~s~ormador. Deste modo, ajusta-se o re lé d· . es taglOs de alanue, inclusive na abertt: d d :~Jtal (49) para ~ttlar em vários

]ra o ISJuntor, se desejado. Deve-se salientar que esta técnica d .

para simulação do desempenho d . e parametnzar no relé digital bem mais fácil em equipament~saqUueclln..entO?~ qualquer equipamento é refrigerante e isolante, tais como: q e nao utIlIzam óleo como líquido

© Transformador a seco·

© Reator a núcleo de ar , © Banco de capacitores;

© Barras e lin11as aéreas de transmissão. , © Cabos com isolamento a seco.

. Nos transformadores de grande complIcada, devido à existênc ia de: porte a parametrização é mais

© Comutação sob carga;

© R d ecursos e refrigeração do transformador tais com . , o. o Ventilação forçada em vários estágios;

o Refrigeração forçada a óleo· ,

o Refrigeração·direcionada forçada a óleo.

© Envelhecimento do material da isolação;

© Degradação do óleo.

Apesar destas dificuldades a te d ~ . , mais esta prática, porque Produz' ~ encla e de se consolidar cada vez

as segumtes vantagens e benefíc ios: ~ Possibilita a proteção do transfom1ador , ~ Acompanhamento do desempenho do transfo . .

de supervisão e melhor controle da m t ~adOl pela eqUIpe anu ençao;

~ Monitoramento da operacão b contingências; ,em so recarga, após as eventuais

Proteção de Transformador 165

~ Acompanhamento da real perda de vida útil do material isolante do transformador.

4.18 Transformador Hermeticamente Fechado

Transfolluadores que tenham o tanque hermeticamente fechado não possuem tanque de expansão, portanto não é possível a utilização do relé Buchholz. A utilização de tanque hermeticamente enclausurado tem como objetivo principal evitar a contaminação por umidade no óleo mineral, utilizado na isolação e refrigeração do transformador. Neste transfonnador, pode haver ou não, na parte superior uma camada de gás neutro sob pressão. Geralmente o gás utilizado é o nitrogênio .

Como o óleo está confinado no tanque do transformador e seu grau de expansão é muito limitado, quando da ocorrência de um defeito e para evitar danos no tanque do transformador, utiliza-se à proteção por:

• Relé de súbita pressão;

• Válvula de alívio de pressão.

14.19 Relé de Súbita Pressão

Na figma 4.19.1 mostra-se o local da instalação do relé de súbita pressão que é colocado na parede do tanque do transformador.

A corrente elétrica que passa pelo transformador depende da operação do sistema elétrico. Assim, as variações pequenas ou lentas das correntes provocam aquecimento do óleo que produz pressões lentas, as quais passam pelo orifício equalizador e mantêm a mesma pressão em ambos os lados do diafragma do relé de subida pressão, e este não atua.

Havendo um súbito curto-circuito num ponto interno do transformador, que sempre se processa juntamente com um arco elétrico, gera-se neste ponto elevada energia calorífica que faz o óleo no local se expandir violentamente provocando ondas mecânicas de pressão que se propagam rapidamente pelo líquido (óleo) do transformador. A onda de pressão gerada chega primeiro na parede interna do diafragma do relé de

J. J

(

(

(

166 Capítulo IV

súbita pressão que o empurra fechando o contato do relé, desligamento do disjuntor. . provocando o

Óleo

Circuito DC

Parede do Transformador

/ Diafragma do

j ~ Relé de J--i ~ Súbita Pressão U I Lado interno

Óleo

do Transformador

.~ ~OrifiCiO ~ 'O",."''''

Figura 4.19.1 - Relé de Súbita Pressão (20)

, O esquema funcional em DC da proteção com relé de súbita - esta apresentado na figura 4 .19.2. pressao

+

Figura 4.19.2 - Esquema Funcional em DC do Relé de Súbita Pressão

Proteção de Transformador 167

Salienta-se que quando relé de súbita pressão opera, ativa-se o relé de bloqueio (86) que provoca a abeltura do disjuntor e ao mesmo tempo desativa a operação de religamento do disjuntor.

I 4.20 Válvula de Alívio de Pressão

Quando ocorre curto-circuito de grandes proporções no interior do transformador com liquido isolante a base de óleo mineral, pressões internas de altíssima intensidade podem danificar, estufar ou até explodir o tanque, causando sérios riscos ao redor e ao ser humano. O risco ao redor, significa, por exemplo, que pode danificar outros equipamentos da subestação, por este motivo colocam-se bane iras de concreto de proteção (parede corta- fogo).

Há vários tipos de processos para evitar que violentíss imas pressões internas no óleo e no gás geradas no h-ansformador venham danificar os seus componentes, todos eles utilizam válvulas de escape do óleo sob pressão. Os principais métodos são:

1. Válvula de alívio de pressão por mola;

2. Tipo tubo protetor com diafragma (vidro);

3. Tipo alavanca articulada.

A figura 4.20.1 mostra a válvula de alívio de pressão por mola (63VS).

MOla~

1 ---e

2 Diagrama (Tampa) ""'-' S .. Óleo

Parede do Transformador

Figura 4.20.1 - Válvula de Alívio de Pressão por Mola

-

168 Capítulo IV

Esta válvula tem um diafragma, controlada por uma mola, que tampa um orifício na parte superior do transformador. Dentro do transformador. em caso de defeito de grandes proporções, principalmente os originado~ pelo arco elétrico, pressões de altíssima intensidade no óleo e no gás sào rapidamente geradas, e quando a pressão ultrapassar a força de fechanlento da mola, abre-se o orifício, liberando óleo e gás na atmosfera. Esta situação representa um risco em potencial, porque a válvula de alivio de pressão é, na verdade, uma válvula de escape. Com a liberação do óleo, a pressão interna abaixa, quando ficar menor que a pressão da mola, o Olifício de escape é fechado. Este fechamento é impoliante para garantir a estanqueidade do h'ansfonnador, principalmente quando a peneh'ação de umidade. A válvula de alívio de pressão é constituída de contatos auxiliares que produzem sinalização e fecham o circuito do relé 86. O relé 86 acionado providencia a abertura do disjuntor, desconectando o transformador da rede de energia elétrica. O rearme só é feito manualmente.

, ~este tipo de proteção quando a válvula de alivio de pressão opera, o oleo sal e escoa pela canaleta ou por dentro de hlbulação, e é levado à caixa de contenção do transformador.

A proteção com tubo protetor com diafragma está apresentada na figura 4.20.2.

Diagrama (vidro)

~

Transformador

Óleo

Figura 4.20.2 - Proteção com Tubo Protetor

Proteção de Transformador 169

No final do tubo tem um diafragma ou um vidro que se rompe quando a pressão ulh'apassa 0,7 kglcm2, liberando o óleo do transformador. Neste caso o óleo sai pelo tubo protetor. podendo colocar em risco a segurança humana.

4.21 Nível do Óleo

O dispositivo do nível de óleo (71) indica a posição do nível de óleo dentro do tanque de expansão (reservatório) do transformador e também contêm contatos auxiliares que atuarão se o nível do óleo atingir certo limite mínimo especificado pelo fabricante ou pela empresa. A atuação do dispositivo de nível (71) sinaliza à equipe técnica de manutenção que o nível de óleo está baixo e uma vistoria se faz necessário. Nesta vistoria verificam- se os possíveis vazamentos de óleo no transformador. Geralmente, os vazamentos são pequenos e OCOlTem principalmente nas juntas, flanges e válvulas, que são monitoradas pelas equipes de manutenção da empresa.

Em caso de vazamentos grandes, que acontecem repentinamente, o indicador de nível de óleo e o relé Buchholz devem sinalizar e podem até promover a abertura do disjuntor.

Há vários dispositivos indicadores do nível de óleo, sendo que o mais utilizado é o do tipo indicador magnético de imã permanente que está apresentado na figura 4.21.1.

Para garantir a estanqueidade do tanque de expansão, para evitar possível penetração de umidade, utilizam-se entre a parede do tanque 2 ímãs permanentes. O ímã 1 está imerso no óleo dentro do tanque de expansão e o ímã 2 está no lado de fora. O acoplamento magnético é garantido pelos 2 ímãs . Quando o nível do óleo abaixa, a bóia desce, girando o eixo, fazendo o ímã 1 deflexionar. Pelo lado de fora do tanque o ímã 2 deflexiona acompanhando o ímã 1. Solidário ao ímã 2 o eixo gira detlexionando o seu ponteiro que marca na escala calibrada o corresponde nível do óleo. O indicador de nível de óleo fica localizado no alto do transfonnador junto ao tanque de expansão, portanto sua leitura é feita à distância. De acordo com a figura 4.21.1, quando o nível de óleo desce além de certo nível ajustado, o ponteiro ac iona um cursor que fecha um contato elétrico, que ativa um circuito de alarme sonoro e visual na sala de controle da subestação. Em

(

(

(

(

l

(

(

170 Capítulo IV

subestação digitalizada o sinal de alarme é enviado pelas vias de comunicação para o centro de operação da empresa.

Mancai

Nivel do Óleo

Bóia ~

;.v.'.;. " ....... ,'''''

/

··r

Tanque de

Expansão

Parede do

Tanque

Figura 4.21.1 - Indicador de Nível de Óleo

4.22 Relé de Sobreexcitação

A figura 4.22.1 apresenta um transformador monofásico, que quando operando com carga normal, o fluxo magnético dentro núcleo é praticamente senoidal e quando operando a vazio é quase senoidal.

Denh'o do núcleo magnético do transformador, o fluxo magnético senoidal, pode ser dado pela expressão 4.22.1.

~(t) = ~Máxil11osenCüt ( 4.22.1)

Desse modo, a tensão no terminal da bobina primária é obtida por:

Proteção de Transformador

~

<!>( t) • • I :r-I- + + - r-~

\lp Np Ns - r-- VS I, I--f-- -- Núcleo

Figura 4.22.1 - Núcleo do Transformador Monofásico

d~(t) _ N d(~máximosenCüt) v p (t) = N p dt - P dt

v p (t) = N p~máximoCücosCüt

O valor máximo da tensão v p (t) será:

V -N Cü.h =2nfN.h ·· máximo p - p 'P máximo p't' maXlffiO

Cujo valor eficaz será:

V máximop Vp = ..fi

2n f N p~rnáx.imo

..fi ..fivp

~máximo = 2n N f p

171

( 4.22.2)

Portanto o fluxo magnético dentro do núcleo do transformador é

diretamente proporcional ao termo V; como está expresso na 4.22 .3.

( 4.22.3)

172 Capítulo IV

Portanto, pela expressão 4.22.3 . sob freqüência nominal, um aumento na tensão na bobina provoca um aumento no fl uxo magnético, produz indo um aquecimento não desejado no núcleo elo transfom1ador.

O relé que mede a relação V/Hz é chamado de relé de sobreexcitação, função 24.

Todos transformadores estão sujeitos a aquecimentos no núcleo provocados pelo excesso de fluxo magnético, mas o maior cuidado deve-se ter no transformador de grande porte, principalmente os acoplados a unidades geradoras. Esses transformadores estão mais SUjeitos a sobretensões, provocadas principalmente por problemas na excitação das máquinas síncronas ou por perda súbita de geração ou de cargas Essa sobretensão aplicada às bobinas podem elevar excessivamente o fluxo magnético do núcleo do transformador, provocando aquecimento com elevação acentuada da temperatura, comprometendo o núcleo e principalmente os materiais componentes da isolação.

Dependendo da tecnologia e dos materiais empregados na fabricação do transfOImador, o mesmo tem uma curva de danos em relação ao excesso de fluxo magnético, ou seja, da relação de V/Hz, que pode, por exemplo, ser a mostrada na figura 4.22.2.

100

Tempo (minuto)

i

Curva de dano do transformador

/V

0,1 ............ 1.1 ........ . ................... . .... :::: ... ::-::: ...,.", ...----.

L-__ ~: ____________________ ~ __ ~Volts % 100 110 160 Hz

Figura 4.22.2 - Curva de Dano do Transformador em Função de VlHz

Como os modemos relés digitais têm o recurso de personalizar curvas de atuação, pode-se ajustar uma curva de atuação que seja uma réplica da curva de dano do transformador deslocada para baixa em tomo de

Proteção de TransfOl'mador 173

20%. A figura 4 .22.3 mostra a curva de atuaçào do relé de sobreexcitação (24) deslocada, e que acompanha a curva de dano do transfolTI1ador.

Tempo • (minuto)

Curva de dano 100 do transformador

/V

1'> O" l mt~-:_·~ .. ·::=====: .. Volts % 1 00 11 O 160 Hz

Figura 4.22.3 - Curva de Atuação do Relé de Sobreexcitação

Deste modo, para evitar o excesso de fluxo magnético no núcleo do transformador, utiliza-se o relé digital (24) que processa a relação VlHz, quando o valor atinje a curva de atuação do relé de sobreexcitação, o mesmo opera promovendo o desligamento do disjuntor.

4.23 Proteção Contra Falha de Disjuntor do Transformador I

Na proteção contra falha de disjuntor do transformador não se pode contar com o relé de sobrecorrente 50BF, porque o seu ajuste não cobre todos os tipos de defeitos no transformador. Ou seja, pequenos defeitos internos no transformador não provocarão sensibilidade no relé de sobrecolTente 50BF.

Deste modo, o relé de bloqueio 86 faz a função do relé de sobrecolTente como mostra a figura 4.23.1.

Como mostra a figura 4.23.1, o relé de bloqueio 86 só será ativado pela atuação de alguma proteção do transformador. Com o fechamento do contato do relé de bloqueio, a bobina de abertura será ativada com a conseqüente abertura do disjuntor. Se o disjuntor falhar, isto é, não conseguir eliminar o defeito interno no transfonnador, a proteção de falha do disjuntor deverá atuar.

(

(

(

(

(

\.

(

(

(

174 Capítulo IV

86

62X 62BF

Figura 4.23.1 - Falha do Disjuntor em Transformador

A atuação da proteção de falha do disjuntor ocorre na seguinte seqüência:

~ A proteção do transformador atua ativando o relé de bloqueio 86;

~ O relé de bloqueio 86 fecha o seu contato 86, ativando a bobina de abertura do disjuntor e ativando também o relé auxiliar 62X' ,

~ O relé auxiliar 62X fecha o seu contato 62X;

~ Como o disjuntor falha, o defeito no transfolmador continua a existir e com o fechamento do contato 62X, o relé de tempo 62BF é ativado;

~ Transcorrido o t~mpo ajustado no relé de tempo 62BF o seu contato é fechado;

~ Com o fechamento do contato 62BF ativa-se o relé de bloqueio 86BF que promove a seqüência programada de abertura dos disjuntores de modo a limpar o defeito.

Salienta-se a não utilização de religamento para defeito em transformadores.

4.24 Desumificador de Ar

Há vários métodos para manter a integridade do óleo do tra~sformador, pIincipalmente quanto ao seu grau de contaminação por umIdade. Os principais processos de preservação do óleo isolante do transformador são:

Proteção de Transformador 175

• Desumificador do ar pelos cristais de silica gel;

• Selagem com gás e óleo;

• Selagem com gás inerte sob pressão;

• Sistema de selagem com bolsa e célula de ar.

Apresenta-se aqui, apenas o método de desumificação do ar pela

sílica gel, confornle mostra a figura 4.24.1.

Transformador

Óleo

Figura 4.24.1 - Desumificador de Ar pela Sílica Gel

Quando o nível do óleo do transformador desce, a câmara de ar, aspira o ar externo, que é obrigado a passar pelo desumificador que contém cristais de sílica gel. Os cristais de sílica gel têm a propriedade de absorver a umidade do ar. Portanto, quando o ar passa, sua umidade é absorvida pela sílica gel, assim o ar que chega no tanque de expansão está livre da

umidade.

Com a quantidade de umidade absorvida os grãos de cristais de sílica gel vão mudando a sua coloração. Por exemplo, a tabela 4.24.1 mostra a mudança na coloração de alguns cristais de sílicas gel utilizados na câmara

desurnificadora de ar do transformador.

176 Capítulo IV

I Sílica Gel I Cor normal Cor com 20%

Cor com 100% de umidade

sem de umidade absorvida

umidade absorvida (saturada)

I Laranja II Amare lo I I Amarelo-claro I I AZL11 II Azul-claro I I Branca I I AZL11 II Rosa fraco II Rosa I

Tabela 4.24.1 - Coloração dos Grãos dos Cristais da Sílica Gel com o Grau de Absorção de Umidade

A equipe de inspeção da manutenção da subestação deve acompanhar o grau de coLoração dos grãos de sílica gel, para controlar O grau de umidade do ar que está entrando no transfonnador. Quando a silica gel estiver saturada, deve ser substituída. A sílica gel pode ser regenerada colocando-se os cristais em uma estufa com temperatw-a de até 120°C por um período de 2 a 4 horas.

4.25 Proteção do Transformador

Na proteção tradicional do transfOlmador, os relés são unidades eletromecânicas, que oc upam painéis extensos na sala de operação das subestações.

Atualmente, com a tecnologia digital [46, 47], os relés incorporam na mesma unidade, várias funções de proteção e adicionalmente outras facilidades inerentes à supervisão, medição, controle, comando, localização de defeitos, sincronização de tempo, oscilo grafia, auto supervisão, etc ... Desse modo, o relé digital é um equipamento pequeno, ocupando pouco espaço no painel da sala de comando da subestação.

Proteção de Transformador 177

Apresenta-se na figura 4.25. I , a proteçào de um transformador de potência, feita com um relé digital multifunção , complementada com as proteções típicas do equipamento.

:m_mLuuml é @0 é é ~+------<: 11>----+-\ ~

Relé Digital Multifunção

Figura 4.25.1 - Proteção do Transformador com Relé Digital e outras

As funções de proteção podem ou não serem habilitadas no relé digital, na figw-a 4.25.1 a proteção 59G não está habilitada. A função 59G poderá ser usada se o transformador for aterrado por uma alta impedância.

(

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(

(

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(

178

NOMENCLATURADAPROTEÇÃO

A numeração a seguir representa a designação da função exercida pelos elementos, aparelhos e dispositivos utilizados nos circuitos elétricos de acordo com a padronização da antiga ASA e na atual C37-2 da IEEE/ANSI (American National Standarts Institute). A numeração é Importante porque .simbolicamente representa simplificadarpente a função dos elementos, eqwpamentos e dispositivos que são utilizados em manuais relatórios, diagramas unifilares e trifilares de esquemas de proteção d~

Apêndice A 179

sistemas elétricos. A IEC (International Electroteclmical Cornrnission) através da resolução IEC 60617 utiliza o modo gráfico em vez do numérico para representar a função exercida. A seguir apresenta-se o modo numérico da ANSI e de algumas representações por símbolo gráficos da IEC 60617.

1. Elemento principal Elemento principal ou mestre é o dispositivo inicial que serve, seja diretamente ou por intermédio de outros dispositivos admissíveis, para por um equipamento em operação ou fora de serviço.

2. Relé de partida ou fechamento temporizado (time-delay starting, or closing-relay) Também chamado de relé de tempo de partida ou fechamento. É um dispositivo que funciona de modo a proporcionar um retardamento proposital de tempo antes ou após qualquer instante. Pode ser usado durante a operação, numa seqüência de intervalos de chaves ou no sistema de relés de proteção, exceto os especificamente assinalados quanto às funções já consagradas dos números 48, 62 e 79.

3. Relé de controle ou interbloqueio (checking or interlocking relay) É um relé que opera em consonância à situação de certo número de outros dispositivos (ou a um certo número de condições predeterminadas) num equipamento, para franquear o prosseguimento ou a cessação de uma seqüência operacional, ou possibilitar um controle de situação desses dispositivos ou dessas condições, para qualquer finalidade.

4. Contactor principal (master contactor) Contactor principal ou mestre é um dispositivo geralmente controlado por outro de ftmção 1 ou equivalente, e que serve para ligar os circuitos de controle necessários para pôr em funcionamento um equipamento sob as condições desejadas e desliga-lo sob outras condições ou anormalidades.

5. Dispositivo de interrupção (stoping device)

180 Nomenclahlra da Proteção

Também chamado de disposÜivo de paralisação, é um dispositivo de contr?le utilizado principalmente para desativar um equipamento e mante-lo fora de operação. Este dispositivo pode ser operado manualmente ou eletricamente de modo local ou remoto. Em proteção no caso de desligamento anormal, utiliza-se a função 86.

6. Disjuntor de partida (starting circuit breaker) Disjuntor de partida é um dispositivo cuja função é de !irrar uma máquina , .c to a sua lonte de tensão de partida.

7. J?isjuntor do circuito anódico (anode circuit breaker) E um disjuntor empregado nos circuitos anódicos de 1ml retificador de potência, com a finalidade de intelTomper o circuito do retificador caso haja um curto-circuito ou um arco elétrico de retomo.

8. Dispositivo de desligamento da energia de controle (control power disconnecting device)

É um di~positivo de desligamento, tal como um intelTUptor de faca, ou um conjunto de chaves fusíveis, utilizados com a finalidade de respectivamente, ligar e desligar a fonte de energia de controle d~ equipamento ou das barras gerais de comando.

9. Dispositivo de reversão

É um dispositivo empregado com a finalidade de inverter o campo de uma máquina ou para possibilitar quaisquer outras funções de reversão.

10. ,Chave comutadora de seqüência das unidades (unit sequence switclt) E uma chave comutadora utilizada, em equipamentos de unidades múltiplas, para modificar a seqüência na qual as unidades possam ser colocadas em operação ou desligadas.

11. ,Transformador de controle (potência) E o transfowador utilizado para o circuito de controle,

12. Dispositivo de sobrevelocidade (over-speed device)

Apêndice A 181

É um dispositjyo que quando a velocidade rotacional ulb'apassa um ce110 valor ajustado opera, abrindo ou fechando um contato. Por exemplo, é o caso do dispositivo, também conhecido por chave centrifuga que funciona por ação da força centrífuga, fechando ou abrindo um contato. caso a velocidade da máquina ultrapasse um valor detenninado. Pela IEC

60617 esta função é representada pelo símbolo I ü.) > I.

13. Dispositivo de rotação síncrona (jynchronous-speed device) É qualquer dispositivo que opera aproximadamente à velocidade síncrona da máquina síncrona. Por exemplo, tal dispositivo pode ser:

• um interruptor de velocidade centrífugo;

• um relé de tensão; • um relé de mínima corrente.

14. Dispositivo de subvelocidade (underspeed device) É um dispositivo que funciona quando a velocidade rotacional de uma máquina cai abaixo de um valor predeterminado. Pela IEe 60617 é

representado pelo símbolo I CD < \.

15. Dispositivo de ajuste ou comparação de velocidade ou freqüência (speed or freqlle1lcy, matching device) É um dispositivo que tem a finalidade de alcançar e de manter a velocidade e ou a freqüência de uma máquina ou de um sistema elétrico igual à ou aproximadamente igual à, de outra máquina ou sistema,

16. Dispositivo de controle de carga para bateria Dispositivo que tem a finalidade de controlar e manter a carga da bateria ou banco de baterias,

17. Chave de derivação ou de descarga (shunting, or discharge, slVitch) É um interruptor que serve para abrir ou fechar um circuito derivado dos terminais de qualquer peça ou aparelho (exceto um resistor) , tal com enrolamento de induzido de máquina, um capacitor, um reator, etc .. , Observação: Excluem-se os dispositivos que desempenham operações de derivações tais que possam torna-se necessários no processo de

(

(

(

(

(

( .

I.

I I , .

182 Nomenclatma da Proteçâo

partida de máquinas pelos dispositivos de função número 6 ou 42, ou seus eqUIvalentes, e também exclui a função do dispositivo número 73. que serve para a inserção e desinserção de resistores.

18. Dispositivo de aceleração ou desaceleração (accelerating 01' deceletating device)

~ 1m: dispo~i~ivo que tem a função de fechar ou provocar a mudança de CIrcmtos utIlizados para aumentar ou diminuir a velocidade de uma máquina.

19. Contactor de transição de partida-marcha (starting-to rlllllling transitioll contactor)

É um dispositivo que tem a frnalidade de dar partida e causar automaticamente sucessivas transferências de modo a levar a máquina a sua velocIdade nOlmal sob tensão nominal da rede elétrica de alimentação.

20. ~álvula op~~ada eletricamente (electrically opertated valve) ou ,;,alvula de alíVIO de pressão

E uma válvula eléhica, operada localmente ou remotamente que fechando ou abrindo, controla a passagem do fluxo em tUna tubuiação. Esta válvula é empregada em:

• tubulação de vácuo; • tubulação de ar comprimido; • tubulação de gás; • tubulação de óleo, etc ..

Observação: Esta numeração também é utilizada para designar a válvula de alívio de pressão, principalmente as utilizadas em transfolmador de força.

21. ,Relé de distância (distance relay)

E. um relé que opera quando a impedância, admitância ou a reatância vIsta pelo relé, diminui ou aumenta além dos limites predeterminado~ (ajustados). Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo ~.

Apêndice A 183

22. Disjuntor equalizador (e{IUalizer circuit breaker) ou disjuntor do circuito de balanceamento É um disjuntor que serve para controlar ou ligar e desligar o igualador ou o circuito de balanceamento de corrente para o campo de uma máquina. ou para o equipamento de regulação, numa instalação de unidades múltiplas .

23. Dispositivo de controle de temperatura (tempertllre cOlftrol design) É um dispositivo regulador da temperatura, ou seja, funciona para elevar ou abaixar a temperatura de uma máquina e/ou outros aparelhos, ou de qualquer outro meio, quando a respectiva temperatura cai abaixo ou se eleva acima de um valor predeterminado (ajustado). Observação: Um exemplo deste caso é o termostato que liga um aquecedor de um ambiente de lllll quadro elétrico, ou um painel de um conjunto de chaves elétricas, quando a temperatura cai para um valor detemúnado; já nos casos em que se deseja que o aparelho funcione com uma temperatura bem estabelecida e ajustada, o dispositivo de controle de temperatura recebe a designação da função 90T, que, por exemplo, é o caso do termostato da geladeira, do freezer, de câmaras frigorificas e dos ambientes climatizados.

24. Disjuntor contactor ou seccionadora de intertravamento de barras ou relé contra sobre-excitação ou Volts por Hertz Dependendo da fimção esta numeração pode designar um dos elementos acima. No caso da proteção contra sobre-excitação em Volts por Hertz, o relé opera quando a tensão vai além de um valor pré-ajustado maior que a nominal ou quando a tensão for menor ou igual a nominal a uma freqüência inferior a nominal, é utilizada principalmente para prevenir excesso de fluxo magnético no núcleo do transformador elevador do gerador síncrono.

25. Dispositivo de sincronização ou de conferência ( comprovação) de sincronismo (sYlfchrolfizing, or synchronism-check, device) É um dispositivo que opera quando dois circuitos em CA estiverem dentro dos limites desejados de freqüência, ângulos de fase ou tensão, para pemútir ou provocar à conexão desses dois circuitos.

184 Nomenclatura da Proteçào

26. Dispositivo térmico de proteção do equipamento (temperatura do e~rolamento ou do óleo do transformador) (apparatas thermal device l?1 overte11ljJeratura relay)

. E um dis~ositivo que funciona quando a temperatura exceder um valor pr~~e~errmnado (ajustado! ou dependendo do caso quando a temperatura call a aIXO de um valor ajustado. O dispositivo térmico de proteção pode ao m:smo tempo medir a temperatura atual e ter de I 2 ou 3 estáaios de atuaçao. ' b

Estes dispoSitiv~s s~o ut~izados em diversas aplicações, tais como: •• errnometro do enrolamento primário do

transfonnador .:. T errnômetro do enrolamento secundário do

transformador .:. Termômetro do óleo do transformador .:. Terrnômetro do enrolamento amortecedor de uma

máquina síncrona .:. Dispositivo térmico do resistor de limitação de a .:. Dispositivo térmico de proteção de um meio ~~ci~o

qualquer, tanto no aquecimento como resfriamento. no

Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo ~.

27. ~eJé de s,ubtensão (uuder voltage relay) ~ um rele que opera qu~do a tensão elétrica abaixa além de um valor

ajustado. Pela IEC 60617 e representado pelo símbolo I U < I.

28. Detector de chamas

É :um. dispositivo que sinaliza a presença de uma chama piloto ou h pnnclpal em a lh . ,. c ama . . pare o, pamelS ou ambiente. Com ap]' - pnnclpalmente em: lcaçao

• Turbina a gás • Caldeira a vapor • Detector de fumaça • Detector de raios infravermelho

Apêndice A 185

29. Contacto r de isolamento (seccionadora) (iso/ator contactor) Seccionadora de isolamento é wna chave utilizada para desconectar um circuito, principalmente nos casos de manutenção, testes, emergências ou desligamentos prolongados. Nas subestações, estas seccionadoras, operam sem ser motorizada com abertura sem carga, isto é, com processo de abertura mecânica no local e totalmente manual.

30. Relé anunciador (annunciator relay) É um dispositivo de reposicionamento não-automático que fornece um certo número de indicações visuais a respeito do funcionamento de dispositivos de proteção e que pode também desempenhar (sinalizar) uma função de colocação fora de operação de um equipamento. Por exemplo, a bandeirola de sinalização.

31. Dispositivo de excitação separada (separate excitation device) É um dispositivo que liga um circuito, tal como o campo de derivação de um gerador de corrente contínua para a excitação do campo de uma máquina síncrona, ou que energiza os circuitos de excitação e de ignição de um retificador de potencia.

32. Relé direcional de potência (directional pOlVer device) É um relé que opera num valor desejado do fluxo de energia numa dada direção, ou no caso de retificador de potência opera por efeito de energia reversa resultante de arco inverso nos circuitos anódicos ou catódicos.

Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo I' ~ > I. 33. Chave de posição (position switch)

É um interruptor que liga (ativa) ou desliga (desativa) um contato quando o dispositivo ou peça principal de um aparelho (que não tiver número de função) atinge determinada posição.

34. Chave de seqüência-mestre (motor-operated sequence switch.) É um dispositivo tal como uma chave de contatos múltiplos, ou equivalente, ou wn dispositivo de programação, tal como um computador, que estabelece ou detem1Ína a seqüência operativa dos

(

(

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(

186 Nomenclatura da Proteção

principais dispositivo~ Dum e.quip_amento, durante a partida ou parada ou durante outras operaçoes de ltgaçoes e desligamentos em seqüência.

35. Dispositivo de manobra das escovas ou para curto-circuitar os anéis ~o coIe~or (brush-operating, or slip-ring short-circuiting device) E um dlSPOS~tivo utilizado para manobrar as escovas, com o objetivo de levan.ta~, abaIXar ou de~loc~r os anéis coletores de uma máquina, ou com o obJetlvo de curto-clrcUltar seus anéis coletores, ou de engatar ou desengatar os contatos de um retlficador mecânico.

36. pispos~tivo .d.e polaridade ou polarização (polarity device) E um diSPOSltl~O que opera ou permite a operação de outro dispositivo so~ente se eSÍlver de acordo com uma polaridade predeterminada ou venfica a presença de uma tensão de polarização num equipamento.

37. Relé de mínima corrente ou de mínima potência (undercurrellt or 1fnder power relay) E ~m relé que opera quando a corrente ou o fluxo potência decresce abaIxo. de um valor pré-ajustado. Pela IEe 60617 são representados respectIvamente pelos símbolos u::::;] e [I;J.

38. Pispositivo de proteção. de sobretemperatura de mancaI E um, dispositivo que funciona quando a temperatura do mancaI do eixo da m~qull1a for excessiva ?u sob outras condições mecânicas anonnais, assocl~das ao mancai, taIS como desgaste indevido, que resulta em exceSSIVO aumento da temperatura do mancaI.

39. ,Sinalizador de condição mecânica E ~ ~ispositivo que funciona q~ando da ocorrência de uma condição mecaruca _anormal (exceto a assocIada com mancais na forma abrangida pela fun?ao .38),_ tal como excessiva vibração, excentricidade, expansão, choque, ll1clmaçao ou falha de vedação.

40. Relé de campo, proteção contra subexcitação ou perda de (field relay) campo

Apêndice A 187

É mTI re lé que opera com a ocorrência de falha (curto-circuito) ou com um valor anonnalmente baixo da conente de campo de uma máquina síncrona, ou por um valor excessivo da componente reativa da corrente de armadura da máquina síncrona, que provoca a subexcitação da máquina no caso capacitivo e superexcitação no caso indutivo. O relé 40 é colocado nos terminais da máquina síncrona, em caso de perda da excitação, a impedância do enrolamento da armadura varia e entra dentro da zona de atuação do relé de admitância (21) direcionado para o interior da máquina e com um deslocamento (off set) de xd"/2. Neste caso, o relé 21 com este posicionamento está fazendo a nmção 40, ou seja, proteção contra perda da excitação.

41. Disjuntor ou cbave de campo (field circllit breaker) É um dispositivo que funciona para ligar ou desligar a conente de campo de uma máquina síncrona.

42. Disjuntor ou cbave de operação normal (rulllling circ"it breaker) Também conhecido como disjuntor de marcha é um dispositivo cuja

principal função é o de ligar defmitivamente uma máquina à sua fonte de tensão de alimentação ou à sua tensão operacional de funcionamento.

43. Dispositivo de transferência manual ou seletor (chave comutadora) (manual transfer or selector device) É um dispositivo operado manuahnente ou por via computacional (localmente ou remotamente) que comuta os circuitos de controle a fim de modificar a ação do plano de operação do equipamento. Em relação a

esta função cita-se, por exemplo: ./ Operação do disjuntor com ou sem religamento

automático ./ Regulação de tensão do transformador de modo manual

ou automático ./ Ventilação forçada do transformador em modo manual ou

automático ./ Bloqueio ou desbloqueio do esquema de rejeição de carga

188 Nomenclatura da Proteção

../ Mudança de disparo para o disjuntor de transferência de bana proveniente do sistema de proteção da linha de transmissão que tem o di sjuntor fora de operação .

44. Relé de partida seqüencial de unidade (ullit sequence starting relay) É um relé que funciona para dar partida a próxima wüdade disponivel de um conjunto de equipamentos de unidades múltiplas, quando da oconência de falba em uma unidade que deveria entrar em funcionamento.

45. Sinalizador de condições atmosféricas anormais É um dispositivo que funciona quando da oconência de condições atmosféricas anonnais, tal como presença de emanações daninhas, misturas explosivas, fumaça, ou fogo. Por exemplo, a subestação ficou imersa em fumaça decorrente de um incêndio na proxinüdade, assim o dispositivo com a função 45 deverá providenciar a sinalização local ou remota para o sistema de supervisão.

46. Relé de inversão de fases ou desequilíbrio das correntes de fase (reverse phase, or phase balance, current relay) É um relé que opera quando as correntes polifásicas estiverem em seqüência de fase inversa, ou quando as conentes polifásicas forem desequilibradas ou contiverem componentes de seqüência negativas acima de um certo valor ajustado . Por exemplo, no caso de sobrecçmentes instantâneas ou temporizadas de seqüência negativa, pode ser representado por 50/51Q (46). Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo lli:2J.

47. Relé de tensão de seqüência de fase (phase-seqllence voltage relay) É um relé que funciona quando o valor da seqüência de fase das tensões polifásicas ultrapassa um determinado valor ajustado. Opera também quando ocone inversão de fase, subtensão ou perda de fase. Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo I U2 > I.

48. Relé de seqüência incompleta (illcomplete sequellce relay)

Apêndice A 189

Relé de seqüência de operação incompleta é um relé que geralmente faz o equipamento retomar a sua posição normal, bloqueando o funcionamento se a seqüência normal de partida, marcha e parada nào for adequadamente completada dentro de um tempo predeterminado. Caso este dispositivo seja utilizado apenas para alarme, o mesmo poderá ser designado por 48A.

49. Relé térmico de máquina ou transformador (l11achille, or transformer, thermal relay) É um relé que opera quando a temperatura do enrolamento da armadura, de outro enrolamento ou elemento da máquina, sujeito à sobrecarga de uma máquina, excede um valor predeterminado. Ou a temperatura de um retificador de potência ou dos enrolamentos um transfom1ador de força, exceder um valor predeterminado, deconente de um aumento de carga. No transfom1ador de força este relé é conhecido por relé de imagem térmica. Esta função 49 é própria para sinalizar o nível de sobrecarga de um equipamento elétrico. Pode ser designado por: • 49 AT - Imagem térmica do enrolamento de A T do transfOlmador; • 49MT - Imagem térmica do enrolamento de MT do transformador; • 49BT - Imagem térmica do enrolamento de BT do transformador.

Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo [}}

50. Relé de sobrecorrente instantâneo (instantaneous over curreflt, or rate-of-rise relay) É um relé que opera instantaneamente se a conente de curto-circuito decorrente de um defeito, no sistema elétrico ou no equipamento, ultrapassar um valor pré-ajustado. Esta função é explicitada por várias nominações, tais como:

-7 50N - relé de sobreconente instantâneo de neutro; 7- 50G - relé de sobrecorrente instantâneo de tena, também

chamado de 50GS (Ground Sensor); 7- 50BF - relé de proteção contra falha do disjuntor, tan1bém

chamado 50/62BF (Breaker Failure);

(

(

(

190 Nomenclatura da Proteção

7- 50V - relé de sobrecorrente instantâneo com restrição (controle) de tensão . O ajuste do relé 50 é variável com o valor da tensão V podendo ser para subtensão ou para sobretensão; ,

7- 50Q - relé de sobrecorrente instantâneo de seqüência negativa. Pela IEe 60617 é representado pelo símbolo I I > > I.

51. Relé de sobrecorrente temporizado em CA (a-c time oveI' curl'ent relay)

É um relé que atua com um retardo intencional de tempo, quando a conente elétrica alternada em um circuito exceder um valor pré-ajustado. O retardo de tempo do relé 51 pode ser:

• de tempo definido; • de tempo inverso.

Esta função é também explicitada por várias nominações, tais como: .:. 51N - relé de sobreconente temporizado de neutro, pela IEC

60617 é representado pelo símbolo II' * > II; .:. 51 G - relé de sobreconente temporizado de terra, também

chamado de 510S, pela IEC 60617 é representado pelo símbolo fTt>l ~. ,

.:. 51 Q - relé de sobrecorrente temporizado de seqüência negativa;

.:. 51 V - relé de sobrecorrente temporizado com restrição (controle) de tensão. O ajuste do relé 51 é variável com o valor da tensão V

. podendo ser para subtensão ou para sobretensão. Esta restriçã~ pode permitir ou não a operação do relé 51, pela IEC 60617 é

II~~~I representado pelo símbolo r-\:::--i; .:. 51 C - relé de sobrecorrente temporizado com controle de torque.

Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo II l~ II. 52. pisjuntor de corrente alternada (a-c circuit breaker)

E um disjuntor de CA utilizado para fechar ou abrir um circuito eléhico sob condições normais ou anormais. Sob condições anonnais, entendem- se as de emergências e as de falhas, principalmente as de curtos-circuitos no sistema e1étrico. Por exemplo:

Apêndice A 191

• 52L - disjuntor de linha: • 520 - disj untor do gerador: • 52T - disjuntor de transferência de barras.

53. Relé excitador ou relé de gerador CC (exciteI' 01' d-c generator relay) É um relé que na sua operação altera sucessivamente o campo da excitação de uma máquina de corrente contínua para que sua pmiida se desenvolva gradua1mente.

54. Disjuntor de corrente continua de alta velocidade (high-speed li-c circuit breakel') É um disjuntor de corrente contínua desenv01vido para que sua operação de abertura e fechamento sej a extremamente rápida.

55. Relé de fator de potência (power factor relay) É um relé que atua quando o fatar de potência de um circuito de cOlTente alternada cai abaixo de um valor pré-ajustado. Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo I cos <p > I.

56. Relé de aplicação de campo (field application relay) É um relé que controla automaticamente a aplicação de excitação de campo de um motor de corrente alternada em um certo ponto determinado no ciclo de operação.

57. Dispositivo de colocação em curto-circuito ou de ligação a terra (short-circuiting 01' grOlmding device) É um dispositivo que quando em operação comuta a posição normal de um circuito para a posição de curto-circuito. Tendo a função de ligação a terra, o dispositivo provoca o aterramento das fases selecionadas. O comando desta operação pode ser manual no local, automático ou via remota pelo sistema de supervisão e controle. N a função ligação a terra, é nas empresas de energia elétrica, denominada de seccionadora de aterrarnento de L T, que providencia o atenamento da LT com os seguintes objetivos:

• curto-circuitar a L T a terra; • descarregar as possíveis cargas elétricas estáticas acumuladas;

192 Nomenclatura da Proteção

• garantir o potencial nulo na LT; • adequar a L T para os serviços de manutenção, com respeito à

segurança humana.

58. ,Relé de ,falha de I·~tificação (power rectijier misfire relay) ~ um rele que funclOna se um ou mais ànodos de um retificador de forca talhar em acender-se, ?u se detectar um arco elétrico de retorno, ou ~e houver a falha de um dlOdo em condllw ou bloquear adequadamente.

59. ,Relé de sobretensão (overvoltage relay) E um relé que opera quando a tensão elétrica ultrapassa um valor previamente estabelecido (ajustado).

Esta função pode também ser designada por: ~ 59Q - relé ,de sobretensão de seqüência negativa; ~ 59N - rele de sobretensão residual ou relé de sobretensão de

neutro (também chamado de 64G). Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo I Ursd > I.

Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo lu > I. 60. ,Relé de ~alanceamento de tensão (voltage balance relay)

E um rele que opera quando a diferença de tensão de dois circuitos ultrapassar um valor ~ré-ajustado. Este relé é usando principalmente para d~tectar a perda do sll1al de tensão dos circuitos de proteção ou controle alImentados por TPs, que podem ser causados por:

,( . queima de elo fusível; ,( abertura ou problema de contato no circuito· ,( falha no enrolamento do TP. '

61. ,Relé de ~alançeamento de corrente (current balallce relay) E um rele que opera quando uma dada diferença de corrente de entrada ?u sa.ída d~ .dois circuitos, ultrapassar um valor pré-ajustado. Esta função e mUlto utüizada na proteção de banco de capacitores e em enrolamentos de mesma fase de geradores síncronos.

62. Relé de fechamento ou de abertura temporizada (time-delay stopping, 01' openillg, relay)

Apêndice A 193

É um relé temporizado que opera em conjunto com o dispositivo que dá inicio à operação de fechamento, paralisação ou abertura de uma seqüência automática de um sistema de relés de proteção. Por exemplo, a função conjunta 50/62BF, denominada falha do disjuntor, é ativada por 1m1 curto-circuito com a ahIação do relé 50, que energiza o relé 62, se transcorrido o tempo ajustado no relé 62, o mesmo opera, detonando uma seqüência pré-estabelecida de operação de outros relés de proteção, objetivando a abertura dos disjuntores do local ou remoto. Observação: BF é abreviatura de Breaker Failure.

63. Relé de pressão, ou de nível, ou de fluxo de Líquido ou gás (liquid or gaz presslIre, levei, or flow reiay) É um relé que opera de acordo com o seu elemento ativo. Por exemplo o relé de pressão opera quando a pressão do líquido ou gás diminuir ou ultrapassar um valor pré-ajustado. Já o relé de nível ou de fluxo de gás ou líquido, opera de dois modos: com aCÚlllulo de gás em uma câmara ou com uma taxa de fluxo passante de líquido ou gás acima de um valor pré- ajustado. O relé Buchholz, função 63 , também conhecido como relé de gás, é o relé que opera com nível de gás acumulado ou com um fluxo de gás passante acentuado. É um importante relé usado na proteção de transfonnadores de potência, cuja função vem designada por:

• 63T - Relé Buchholz do transfonnador; • 63C - Relé Buchholz do comutador do transformador.

Já o relé de pressão 63 , usado nos compaltimentos encapsulados e pressurizados de gás SF6 das subestações blindadas, opera quando a pressão diminui abaixo de um valor ajustado. No transformador a função 63VS, representa o relé de Válvula de Segurança que dispara quando a pressão interna ultrapassa o valor estabelecido pela sua mola de retenção.

64. Relé de proteção de terra (ground protective relay) É um relé que opera quando da ocorrência de uma falha do isolamento contra a terra de uma máquina, transformador, ou de outro equipamento, ou sob efeito de arco elétrico a tena de urna máquina de Cc. Estes relés podem ser por corrente ou por tensão, para a sua identificação, os

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194 Nomenclatura da Proteção

diagramas unifilares devem indicar se são alimentados por corrente via TC ou por tensão via TP. Observação:

7- Se o relé for alimentado por TC, também pode ser utilizado como uma unidade 51 ou 61.

7- Se o relé for alimentado por TP, também pode ser utilizado como uma unidade 59N ou 64G.

7- A função 64, também pode ser designada para proteção de carcaça, massa-cuba ou tanque, sendo utilizada em transformadores de força de até 5MV A.

7- A função 64R (ou 64F) designa proteção à terra do rotor, ou 64G (ou 64S) designa proteção à terra da bobina da armadura da máquina síncrona"

Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo II"$" > I.

65. Regulador (governor) Regulador é um conjunto de equipamentos com controle elétrico ou mecânico, utilizado para a regulagem do fluxo de água, vapor ou outro meio da máquina motriz para frnalidades de prover a partida, a manutenção da velocidade, à carga constante ou a parada. Por exemplo, o regulador de velocidade de Watts, tem esta função .

66. Dispositivo limitador" do número de operações ou dos intervalos de t,empo em que se efetuam as operações (notching, or jogging, device) E um dispositivo contador do número de operações com a frnalidade de permitir somente um número de operações especificado no equipamento, ou um número específico de operações sucessivas dentro de um intervalo de tempo especificado. Também pode ser um dispositivo que funciona para acionar um circuito periodicamente ou em frações de intervalos de tempo específicos para pennitir intennitente aceleração ou avanço de uma máquina a baixas velocidades, para se obter o adequado posicionamento mecânico.

67. Relé de sobrecorrente direcional em CA (a-c directional overcurrent relay)

Apêndice A 195

É um relé que opera, somente quando, a corrente elétrica altemada flui em uma determinada direção, com valor maior do que o seu pré-ajustado. Este relé não produz diretamente disparo do disjuntor. mas apenas monitora a operação de ouh"os relés. Esta função 67 recebe várias designações, tais como:

.:_ 67N - relé de sobrecorrente direcional de neutro (instantâneo ou temporizado), pela IEC 60617 é representado pelo símbolo

111* > I. .:_ 67G ~ relé de sobrecorrente direcional de terra, (instantâneo ou

temporizado) ; o:. 67Q - relé de sobrecon"ente direcional de seqüência negativa.

Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo II I'> I. 68. Relé de bloqueio (blockillg relay) (Relé de bloqueio por oscilação de

potência) É um relé de dá partida a um sinal piloto para bloquear o desbgamento em defeitos externos a uma linha de transmissão ou em outro aparelho sob determinadas condições, ou coopera com outros dispositivos para bloquear o desligamento ou bloquear o religamento quando não há sincronismo ou quando há oscilação de potência. Por exemplo, esta designação pode ser a do relé de bloqueio (68) que é usado no esquema de proteção denominado de Sistema de Bloqueio com Comp~ração Direcional (Blocking) , neste caso, quando ocorre um CurtO-ClICUltO externo a LT, o relé 21 que está direcionado para fora da LT vê o defeito e ativa o relé 68, este envia através do sistema de telecomunicação um sinal de bloqueio para não permitir a abertura do disjuntor da barra

~~. . Já, por exemplo, o relé 68P tem a função de relé de bloquelO por oscilação de potência, isto é, quando ocone uma rápida oscilação de potência no sistema elétrico, o relé de proteção (por exe~plo, o relé 21) pode operar indevidamente, neste caso o relé 68P bloqueIa a abertura do

disjuntor.

69. Dispositivo de controle permissivo (permissive control device)

196 Nomenclatura da Proteção

Também denominado de dispositivo de consenso, é geralmente um comutador de duas posições, operável manualmente ou remotamente e que, numa posição, permite o fechamento de um disjuntor ou a colocação de um equipamento em operação e, na outra, evita que o disjuntor ou o equipamento sejam postos em operação.

70. ,Reostato eletricamente operado (electrically operated rheostat) E uma resistência variável cujo valor é controlado eletricamente. Este controle pode ser contínuo ou discreto, efetuado por contactor auxiliar, ou de posição, ou de limite.

71. Relé de nível de líquido ou gás É um relé que opera por um dado valor do nível do líquido ou gás, ou opera por uma dada taxa de variação deste valor. A ftmção 71 também é utilizada para a indicação do nivel do óleo no reservatório do transfonnador de potência.

72. ,Disjuntor de corrente contínua (d-c circuit breaker) E um disjunto.r para ser utilizado em um circuito de força de corrente contínua.

73. ,Contacto r de resistor de carga (load-resistor contactor) E um contactor usado para inserir uma determinada resistência, em série ou em paralela, para produzir um degrau de variação de carga, ou uma deternunada variação de carga num circuito de potência, ou para ligar e desligar um circuito de resistência elétrica de aquecimento de ambiente, ou para acender ou apagar uma lâmpada, ou ligar e desligar o resistor de carga regenerativa de um retificador de potência ou de outra máquina, 110 seu circuito ou fora dele.

74. Relé de alarme (alarm relay) É um relé diferente do de lUTI relé anunciador (como o abrangido pela função 30), utilizado para operar diretamente, ou em conjunção com um alanne visual ou acústico.

75. Mecanismo de mudança de posição (positioll challging mechanism)

]97 Apêndice A

É um mecanismo empregado para realizar uma mudança de um dispositivo principal de uma posição para outra. num eqUlpament~. :o~ exemplo, o mecanismo de comutação de u~ dISjUntor para as poslçoes. ligado, desligado, posição de teste ou removIvei.

76. Relé de sobrecorrente em CC (d-c overcurrent relay) É um relé que atua quando a intensidade da corrente contínua excede um valor de ajuste.

de um circuito

77. Transmissor de impulsos (pulse transmitter) .' . . TransnUssor de impulsos é empregado para ~er.ar e transtnl tir ll~pulsos via sistema de telecomunicação, como o obJetlVo transfenr o Slllal ao

aparelho receptor remoto.

78. Relé de medição de ângulo de fase, ou d~ proteção fora de fase (phase angle measuring, or out-of-step protectlve relay) _ . É um relé que atua quando o ângulo de fase, entre duas tensoes ou entre duas COlTentes ou entre tensão e corrente, _excede um valor predeterminado. Este relé é utilizado na prote~ao ,co~tr:a falha de . . de máquina síncrona No sistema elétnco e utilizado para a

SlllcroruSIDO . 1 d . tal proteção contr'a oscilação de potência principalmente em ~ os e VI importância e que neste caso o relé 78 pro~oca o desligamento do disjuntor. Pela IEC 60617 é representado pelo sunbolo [i2J.

79. Relé de religamento em CA (a-c reclosing relay) .. É um relé temporizado que efetua o religamento do dlSJuntor em um circuito de corrente alternada. Pela IEC 60617 é representado pelo

\? -> I~ símbolo }-----l .

80 Relé de subtensão em CC . . ·É um relé que opera quando a tensão de um circuito em CC cal abaixo de

um valor predeterminado. , .

Ob - . A função 80 é também empregada para relé de fluxo de hqUldo

servaçao. d 'd' d ou gás, que controla o fluxo de líquido ou gás, ou em da os 111 ices e

mudança desses valores.

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(

(

(

(

(

(

(

\.

\

198 Nomenclatura da Proteção

81. ,Relé de :reqüência (fi'equency relay)

~ u:~~~~~ue p~~la !U~~d~ea freqüênci~ elétrica se desvia da nominal e d mpo, aquem ou além d ' pre etenninado (por exemplo 81 I ( e certo valor

. b j . , o u over/under)) ou PI eesta e eClda taxa de mudança da fr .. ~ . por uma O l' d f'. equencla

re e esta 11l11ção pode ser assim denominad~' '7 81 li - relé de subfreqüência pela IEe 6'0617 '

símbolo ~. ' e representado pelo

'7 810 ~ relé de sobrefreqüência, pela IEC pelo snnbolo fB. 606 17 é representado

82. Relé de religame t CC É I ' n o em (d-c reclosing rela)')

. un: re e temporIZado que efetua o religamento CIrcUIto de conente contínua. do disjuntor em um

83. Relé de transferência automática ou de co . , . (automatie seleetive controlo t ,#". ntroIe automatlco seletivo É' . ,r rans.ler, relay)

um rele que promove a transferênci . . um comando ou da proteção, ou efetua

a automatIca de u~~ operação, de

algumas fhnções pré-estabelecidas. o controle automatJco seletivo de

84'ÉMecanism~ operacional (operating mechanism) uma funçao que designa um com let .

elétrico, inclusive o motor p. o mecamsmo ou servo-mecanismo posição, etc. para um comuta~;:~~l~n~I, o~ solenóides, as chaves de ou qualquer outra peça ou aparelho e~v~ioes, um regulador de tensão, possui número de fu - suru ar que, de outra forma não nçao. '

85. ~elé receptor de onda portadora ou de _ . . . J~lre, receiver relay) fio piloto (earner, or pilot- E um relé que é operado ou bloqueado or u . emitido remotamente pelo relé 77 d P b m smal de onda portadora piloto o sinal é recebido direta~~utra arra, n? ca.so de relé com fio- constituído de um par de condutores. nte pelo CIrCUIto elétrico fisico

Apêndice A 199

86. Relé de bloqueio de religamento (loekillg-ollf relay) É um relé auxiliar que opera no sentido de desligar um equipamento ou circuitos, seu rearme pode ser manual ou elétrico, mas somente pela intervenção humana. O relé de bloqueio é acionado quando a proteção que atuou foi classificada como impeditiva, daí a necessidade do rearme ser cuidadoso, somente ser feito após a investigação do defeito. A função do relé de bloqueio pode ser assim apresentada:

• 86M - relé de bloqueio mecânico • 86E - relé de bloqueio elétrico

Geralmente o relé de bloqueio, promove a abertura dos disjuntares, efetua o alarme, sinalização e outras funções. O relé auxiliar 86, quando energizado opera muito rápido, ou seja, fecha os seus contatos em 1 ciclo elétrico (aproximadamente em 17 ms) .

87. Relé de proteção diferencial (differencial protective relay) É um relé de proteção que funciona por uma percentagem ou ângulo de fase ou outra diferença quantitativa de correntes elétricas ou de outras grandezas elétricas. Podem ter várias designações:

./ 87T - relé diferencial do transformador de 2 ou 3 enrolamentos .

./ 87G - relé diferencial do gerador síncrono.

./ 87GT - relé diferencial do grupo gerador-transformador.

./ 87B - relé diferencial de barras, pode ser de baixa, média ou alta impedância.

./ 87M - relé diferencial de motores, pode ser do tipo percentual ou autobalanceado.

Pela IEC 60617 é representado pelo símbolo ~.

88. Motor auxiliar ou motor gerador (auxiliary motor, or motor gellerator) São dispositivos empregados como equipamento auxiliar, tais como bombas, ventiladores, excitadores, amplificadores magnéticos rotativas, etc .. .

89. Chave separadora ou chave secionadora (fine switeh)

200 Nomenclatura da Proteção

É um intenllptor do tipo chave seccionadora, que só é operável sem carga, utilizada para possibilitar manobras com o objetivo de mudança na configuração do sistema elétrico. A operação desta seccionadora é motorizada com controle local ou remoto.

90. Dispositivo de regulação (reguIation device) É um dispositivo que funciona para regular urna quantidade ou quantidades, tais como tensão, corrente, força, velocidade, freqüência, temperatura e carga, a um certo valor ou entre certos limites (geralmente próximos) para máquinas, linhas de interligação ou outros aparelhos. Exemplo, a função relé 90 efetua no comutador o controle de mudanças de Taps do transformador de potência.

91. Relé direcional de tensão (voItage directiollaI relay) É um relé que opera quando a tensão, através de um disjuntor aberto, ou contactor, excede certo valor em uma dada direção.

92. Relé direcional de tensão e potência (voltage and power directiollal relay) É um relé que permite ou causa a interligação de dois circuitos quando a diferença de tensão entre eles exceder um dado va10r numa predeterminada direção e faz com que esses dois circuitos sejam desligados entre si quando o fluxo de potência entre eles exceder um dado valor na direção oposta.

93. Contactor de mudança de campo (field changing contactor) É um contactor que fLmciona no sentido de incrementar ou diminuir, de um passo, o valor do campo de excitação numa máquina.

94. Relé de desligamento, ou de disparo livre, ou permissão de desligamento (tripping, or trip-free, reIay) É um relé que funciona para provocar o disparo de um disjuntor ou de um contactor ou equipamento, ou para pennitir o seu imediato disparo por outros dispositivos, ou evitar o imediato re-fechamento de um inten-uptor de um circuito se o mesmo deveria ablir automaticamente, mesmo se seu circuito de fechamento for mantido fechado. O relé de

201 ~ !A~p~ê~n~d~ic~e~A~_____________________________________________ (

d \ . t ter:n oer-almente vários contatos auxiliares, e após a es Igamen o b

- o nlesmo se reanna automaticamente (auto reset) para a sua operaçao ' d·.Ç

. - aI Este relé é semelhante ao rele 86, com a l1erença que o poslçao norm . . - relé 94 se auto rearma e o relé 86 só será reannado com a mtervençao

humana.

95. Usados para aplicações específicas em instalaçõe~ indi_viduais, ;!O cobertos pelos números anteriores. Por exemplo: A ~ttllzaçao da me Ida

.' . d da funçao ?4 e esta sen o Volts/Hertz, esta provlsonamente sam o - utilizada como fLmção 95.

98. Oscilografia . ," b- Dispositivo oscilógrafo, para possibilitar o .dlagnostlco pos-perhlT açao de ocorrência de defeitos no sistema elétnco. Por exemplo, tem-se o

Registrador Digital de Perturbação (RDP).

(

(

(

101. Chave de transferência . É uma chave seccionadora utilizada especlalmente para efetuar as

(

manobras de transferência, principalmente as de transferencla de banas.

I..

{

l

202

1. C. R. Mason. The Art and Science of Protective Relaying. John WiJey & Sons, New York, 1967.

2. Westinghouse Electric Corporation. Applied Protective Relaying. Newmark, 1976.

3. P. M. Anderson. AnaJysis ofFaulted Power Systems. The Iowa State University Press, 1973.

4. Westinghouse Electric Corporation. Transmission and Distribution - Reference Book. East Pittsburg - PA, 4th edition, 1950.

5. G. Kindermann. CURTO-CIRCUITO. Edição do Autor _ Florianópolis --SC, 2006, 4ª edição.

Bibliografia 203

6. G. Kindermann e J. M. Campagnolo. A TERRAMENTO ELÉTRlCO. Edição do Autor - Florianópolis - SC, 2002, 5!! edição.

7. A. E. Fitzgerald e C. J. Kingsley e A. Kusko. MÁQUINAS ELÉ- TRlCAS. Editora McGraw-HiU do Brasil, 1978.

8. G. Kindermann. Distribuição de Energia Elétrica. Publicação Interna - 103 páginas - EEL/UFSC, 1990.

9. J. Mamede Fo. MANUAL DE EQUIPAMENTOS ELÉTRlCOS. Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda - 1993.

10. A. C. Caminha. INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DOS SISTEMAS ELÉTRlCOS. Editora Edgard Blücher Ltda, 1977.

11. M. D. Djurié, Z. M. Radojevié e V. V. Terzija. Distance Protection and Fault Location Utilizing Only Phase Current Phasors. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol, 13, No. 4, October 1998.

12. NBR 6856 - Transformador de Corrente - ABNT -abril/1992.

13. O. S. Klock Jr. Programa Computacional para Verificação da Coordenação e AuxI1io na Determinação dos Ajustes de Relés Direcionais de Sobrecorrente de Neutro de Linhas de Transmissão. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, Novembro de 1998.

14. W. English and C. Rogers. Automating Relay Coordination. IEEE Computer Applications in Power, p. 22-25, July, 1194.

15. S. H. Horowitz and A. G. Phadke. Power System Relaying. England, Research Studies Press, 1992.

16. G. Kindermann. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. Publicação Interna - 140 páginas - EELfUFSC, 1987.

204

17. A. W. So; K. K. Li; K. T. Lai and K. Y. Fung. Application 01' Genetic Algoritbm for Overcurrent Relay Coordination. IEE 6th

International Conference on Developments in Power Protection, p. 66-69, 1997.

18. A. J. Urdaneta; H. Restrepo; S. Marquez and J. Sanches. Coordination of Directional Overcurrent Relay Timing Using Linear Programming. IEEE Transactions on Power Delivery, v. 11, n. 1, p. 122-128, January, 1996.

19. R. W. A. Tuma. Análise de Algoritmos para a Proteção de Distância Digital. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, Agosto de 1990.

20. G. Kiudermann. CHOQUE ELÉTRICO. Edição do Autor - Florianópolis - SC, 2005, Jª edição.

21. C. A. Ara~a. Proteccion de Falias a Tierra en Sistemas de Distribuídon. Universidad Nacional de Ingeniería - Lima - Peru. Publicação interna, 1998.

22. A. A. M. B. Cotrim. Instalações Elétricas. Prentice Hall. 4u edição, 2003.

23. W. Szlichta. Sistema de Apoio à Tomada de Decisão na Recomposição de Unidades Geradoras Após um Desligamento por Dispositivos de Proteção. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, Julho de 1997.

24. A. Hertz and P. Fauquembergue. Fault Diagnosis at Substations Based on Sequential Event Recorders - Proceedings of the IEEE, v. 80, n. 5, p. 684-688, May 1992.

25. E. P. Medeiros; I. W. Grüdtner. Introdução à proteção de Sistemas EJétricos. ELETROSUL - Publicação interna, 107 páginas, 1993.

Bibliografia 205

26. A. Ravindranath; M. Chander. Power System Protection and Switchgear. Wiley Eastern Limited, 1977.

27. G. Kindermann. Sobretensão no Sistema de Distribuição de Energia Elétrica. Publicação Interna - 120 páginas - EELlUFSC, 1991.

28. S. H. Horowitz. Protective Relaying for Power Systems. IEEE Press, New York, 1980.

29. J. A. Jardini. Sistemas Digitais para Automação da Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. Edição do Autor - 1996.

30. A. R. Warrington. Protective Relays: Their Theory and Practice. Vol. II, 3th Edition, Chapman and Hall, London, 1977.

31. G. Kindermann. PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOS- FÉRICAS EM ESTRUTURAS EDIFICADAS. Edição do Autor - Florianópolis - se, 2003, 3ª edição.

32. NBR 6821 - Transformador de Corrente - Método de Ensaio.

33. T. S. M. Rao. Power System Protection: Static Relays. Tata McGraw-HilI Publisbing Coo Ltd., New Delhi, 1981.

34. A. M. Fedoseev. Proteção por Relés nos Sistemas Elétricos. Vneshtorgizdat, Moscou, 1984.

35. C. A. M. Guimarães. Proteção de Sistemas Elétricos com Relés Microprocessados. Apostila - FUPAI/1999.

36. E. B. Davidson e A. Wright. Some Factors Affecting the Acurracy of Distance-type Protective Equipment Under Earth-fault Condition. Proceedings IEE, 1963, 110, p.1678.

(

(

(

\'

(

206

37. NBR 6855 - Tt"ansformador de Potencial Indutivo - Especificações - ABNT - abril/l992.

38. mc 60801-4: 1988 Electromagnetic Compatibility for Industrial- process Measurement and Control Equipment, Part 4: Electrical fast transient/burst requirements, Grau de severidade 4 (4 kV na fonte de alimentação, 2 kV nas entradas e saídas)-(teste tipo).

39. B. J. Mann, I. F. Morrison. Application of digital computers to power system protection, Journal of the Institute of Engineers (Índia), vol. 52, n. 10, Jun 1972, pp. 235-238.

40. SEL - Schweitzer Engineering Laboratories. Vários artigos de proteção e catálogos de Relés Digitais.

41. NBR 7097 - Relé de Medição com mais de uma grandeza de Alimentação de Entrada a tempo dependente especificado. ABNT / dezembro/198l.

42. C. Á. S. Araújo; F. C. Souza; J. R. R. Cândido; M. P. Dias Proteção de Sistemas Elétricos - Light - Editora Interciência 2002.

43. M. C. Tavares; D. V. Coury; P. E. G. Campos; M. C. Lima - Análise de desempenho da proteção diferencial dos transformadores de potência com o empt'ego do AT-EMTP. XV SNPTEE, 1999.

44. J. Prousalidis; M. et aI. "Investigation of Transformer Sympathetic Inrush", IPS'97, Seathe, E.V.A., 1977.

45. R. Yacamini. -"The calculation of inrush current in Three-phase Transformer", IEE-B, VOL. 133, No. 1, Jan. 1986, pg 31-40.

46. G. Kindermann. PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA - Volume 1. Edição do Autor - Florianópolis - SC, 2005, 2ª edição.

Bibliografia 207

47. ONS - Operador Nacional do Sistema Elétrico - Procedimentos de Rede.

48. ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica.

49. NBR 5356 - Transformador de Potência - Especificação. ABNT.

50. NBR 5380 - Transformador de Potência - Método de Ensaio. ABNT - maio/1993.

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