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Proteção de Sistemas Elétricos Teoria e Prática Proteção de transformadores Prof. João Ricardo da Mata Soares de Souza Realização: Organização: Apoio: Transformadores de potência – Meio isolante A seco – Utilizado onde há risco de incêndio (indústria petroquímica, por exemplo) Transformadores de potência – Meio isolante A óleo Transformadores de potência – Aspectos construtivos Transformadores de potência – Aspectos construtivos Transformadores de potência – Aspectos construtivos Transformadores de potência – Aspectos construtivos Transformadores de potência – Aspectos construtivos Transformadores de potência – Aspectos construtivos Transformadores de potência – Vista de um transformador na subestação Transformadores de potência – Vista de um transformador na subestação Transformadores de potência – Vista de um transformador na subestação Transformadores de potência – Partes constitutivas • Tanque (ou carcaça) - parte metálica do transformador que abriga o núcleo, contém óleo isolante, transmite ao meio exterior o calor gerado na parte ativa e onde são fixados os suportes de sustentação • Conservador de óleo isolante (Tanque de expansão) - reservatório fixado ao transformador, na parte superior da carcaça. É destinado a receber o óleo do tanque quando este se expande, devido aos efeitos do aquecimento por perdas internas. • Secador de ar – por conta das expansões e contrações do transformador, por vezes há a entrada de umidade. Assim, são instalados secadores com sílica-gel para a absorver esta umidade. • Núcleo - consiste basicamente no laminado de ferro-silício, enrolamentos primários e secundários e acessórios para mudança de tensão (comutador de tapes). Transformadores de potência – Partes constitutivas Transformadores de potência – Tipos de núcleo Transformadores de potência – Tipos de núcleo Transformadores de potência – Tipos de ligação Triângulo Transformadores de potência – Tipos de ligação Estrela Transformadores de potência – Tipos de ligação Zigue-zague Transformadores de potência – Autotransformador Transformadores de potência – Autotransformador Transformadores de potência – Defasamento angular Dy5 Enrolamento Primário com letra maiúscula Enrolamento Secundário com letra minúscula Defasamento em horas Transformadores de potência – Defasamento angular Transformadores de potência – Defasamento angular Equivalente de sequência zero de transformadores Equivalente de sequência zero de transformadores Equivalente de sequência zero de transformadores Detecção de falta AT em sistemas com delta Equivalente de sequência zero de transformadores Zeq1 Zeq2 Zeq0 Zeq1 Zeq2 Equivalente de sequência zero de transformadores Zeq1 Zeq2 Zeq0 Zeq1 Zeq2 V0 Equivalente de sequência zero de transformadores Equivalente de sequência zero de transformadores Equivalente de sequência zero de transformadores Equivalente de sequência zero de transformadores Equivalente de sequência zero de transformadores Banco de transformadores monofásicos Transformadores de núcleo envolvido Transformadores de núcleo envolvente𝑍0 = ቐ 𝑍1 𝑃𝑜𝑢𝑐𝑜 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑍1 𝐵𝑒𝑚 𝑚𝑎𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑍1 Transformador ou reator de aterramento Transformador ou reator de aterramento Transformador ou reator de aterramento Transformador ou reator de aterramento Proteções intrínsecas – Dispositivo Térmico (26) Mede a temperatura no topo do óleo e possui contatos que enviam sinal de alarme para IED (relé, remota, etc.) Proteções intrínsecas – Dispositivo Térmico (26) Termômetro de Topo de óleo (26) Transformadores de corrente Monitor de temperatura Usando um recurso chamado imagem térmica infere a temperatura no enrolamento e pode fazer, inclusive, a função de relé térmico (49) Proteções intrínsecas – Indicador do nível de óleo (71) Proteções intrínsecas – Válvula de alívio de pressão Proteções intrínsecas – Relé de súbita pressão Proteções intrínsecas – Secador de óleo Proteções intrínsecas – Relé Buchholz Proteções intrínsecas – Relé Buchholz Proteções intrínsecas – Componentes Proteções intrínsecas – Componentes Ventilação forçada ONAN – Oil natural / Air natural ONAF – Oil natural / Air forced OFAF – Oil forced / Air forced Comutador de tap sob carga (OLTC) Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador 51 H 51 X TF Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador Norma IEEE C57.109-1993 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador • Categoria I • Uma única curva reflete o efeito térmico e mecânico Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador • Categoria II • Possui uma curva para faltas consideradas frequentes e outra para infrequentes: • Faltas frequentes (mais de 10 vezes ao longo da vida útil do transformador) – Reflete o efeito térmico e o efeito mecânico. • Faltas infrequentes (menos de 10 vezes ao longo da vida útil do transformador) – apenas o efeito térmico. Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador • Categoria III e IV • Suportabilidade é baseada na impedância de curto-circuito (impedância do sistema + impedância equivalente do sistema). • Se a impedância do sistema não for conhecida, considerar conforme a tabela ao lado. Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador • Categoria III • Possui uma curva para faltas consideradas frequentes e outra para infrequentes: • Faltas frequentes (mais de 5 vezes ao longo da vida útil do transformador) – Reflete o efeito térmico e o efeito mecânico. • Faltas infrequentes (menos de 5 vezes ao longo da vida útil do transformador) – apenas o efeito térmico. Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador • Categoria IV • Possui uma única curva que considera o efeito térmico e mecânico independente da frequência da falta. Circuito Térmico Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Disjuntor termomagnético Circuito Magnético Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Disjuntor termomagnético Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Relé térmico • Chave Fusível Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Redes de distribuição • Religador Automático Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Redes de distribuição • Relés de Sobrecorrente Casa de Comando Relé Painel Disjuntor TC Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Subestações • Instantâneo (50) – Pickup • Tempo Inverso (51) – Pickup (Tap) / Dial de tempo 𝑀 = 𝐼 𝑅𝑇𝐶 ∙ 𝑇𝐴𝑃 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Instantâneo x Tempo Inverso Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Instantâneo x Tempo Inverso Norma Curva Equação do Tempo de Operação TP ANSI Moderadamente Inversa 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 0,0226 + 0,0104 𝑀0,02 − 1 Inversa 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 0,180 + 5,95 𝑀2 − 1 Muito Inversa 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 0,0963 + 3,88 𝑀2 − 1 Extremamente Inversa 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 0,0352 + 5,67 𝑀2 − 1 Inversa de Tempo Curto 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 0,00262 + 0,00342 𝑀0,02 − 1 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Curvas de tempo inverso Norma Curva Equação do Tempo de Operação TP IEC Normalmente Inversa 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 0,14 𝑀0,02 − 1 Muito Inversa 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 13,5 𝑀 − 1 Extremamente Inversa 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 80 𝑀2 − 1 Inversa de Tempo Longo 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 120 𝑀 − 1 Inversa de Tempo Curto 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 0,05 𝑀0,04 − 1 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Curvas de tempo inverso Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação • Unidades de sobrecorrente de fase • Unidades de sobrecorrentede terra – medida à parte • Unidades de sobrecorrente de Neutro – calculada • Unidades de sobrecorrente de Seq. Negativa Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Unidades de sobrecorrente • Relés Eletromecânicos 51 A 51 B 51 B 51 G Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Unidades de sobrecorrente • Relés Digitais 51 A 51 B 51 C 51 F 51 N 51 G 51 Q Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Unidades de sobrecorrente Ajuste do Pickup Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Relés eletromecânicos Ajuste do Dial de Tempo Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Relés eletromecânicos Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Relés eletromecânicos Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Relés digitais Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Relés digitais 51 H 51 X TF Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios e Coordenação ~ ~ 51 H 51 X TF ~ Transformador interligador Transformador de carga Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Instantâneo • Circuito geral com fonte • Pick-up de fase • Critério 1 – Não pode ser sensível para curtos-circuitos nas barras dos outros enrolamentos Fator de segurança Maior contribuição de fase obtida para curtos-circuitos nas barras dos outros enrolamentos Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Instantâneo • Circuito geral com fonte • Pick-up de fase • Critério 2 – Não pode ser sensível para correntes de inrush Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Instantâneo • Circuito geral com fonte • Pick-up de fase • Critério 3 – Não pode ser sensível para a contribuição de neutro para curtos-circuitos monofásicos na barra em que está conectado Fator de segurança Maior contribuição de fase obtida para curtos-circuitos monofásicos na barras em que está conectado Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Instantâneo • Circuito geral com fonte • Pick-up de neutro • Critério 1 – Não pode ser sensível para curtos-circuitos nas barras dos outros enrolamentos Fator de segurança Maior contribuição de neutro obtida para curtos-circuitos nas barras dos outros enrolamentos Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Instantâneo • Circuito geral com fonte • Pick-up de neutro • Critério 2 – Não pode ser sensível para a contribuição de neutro para curtos-circuitos monofásicos na barra em que está conectado Fator de segurança Maior contribuição de fase obtida para curtos-circuitos monofásicos na barras em que está conectado Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Instantâneo • Circuito geral som fonte • Pick-up de fase – Bloqueado • Pick-up de neutro – Bloqueado Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Tempo Inv. • Circuito geral com fonte • Pick-up de fase • Critério 1 – Não pode ser sensível para corrente de carga Fator de sobrecarga admissível (maior do que 1) Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Tempo Inv. • Circuito geral com fonte • Pick-up de fase • Critério 2 – Deve ser sensível para a menor contribuição para curtos-circuitos nos outros gerais Múltiplo do tap em que a curva de tempo inverso começa Fator de segurança (menor do que 1 – em geral 0,85) Menor contribuição de fase obtida para curtos- circuitos nas barras dos outros gerais Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Tempo Inv. • Circuito geral com fonte • Pick-up de neutro • Critério 1 – Deve ser sensível para a menor contribuição para curtos-circuitos nos outros gerais Múltiplo do tap em que a curva de tempo inverso costuma começar Fator de segurança (menor do que 1 – em geral 0,85) Menor contribuição de neutro obtida para curtos- circuitos nas barras dos outros gerais Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Tempo Inv. • Circuito geral com fonte • Pick-up de neutro • Critério 2 – Se possível, deve ser menor do que a maior corrente de curto-circuito dividida por 20. Múltiplo do tap em que a curva de tempo inverso costuma terminar Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Tempo Inv. • Circuito geral sem fonte • Pick-up de fase • Critério 1 – Não pode ser sensível para corrente de carga Fator de sobrecarga admissível (maior do que 1) Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Tempo Inv. • Circuito geral sem fonte • Pick-up de fase • Critério 2 – Deve ser sensível para a menor contribuição para curtos-circuitos na sua barra Múltiplo do tap em que a curva de tempo inverso começa Fator de segurança (menor do que 1 – em geral 0,85) Menor contribuição de fase obtida para curtos- circuitos na sua própria barra Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Tempo Inv. • Circuito geral sem fonte • Pick-up de neutro • Critério 1 – Deve ser sensível para a menor contribuição para curtos-circuitos na sua barra Múltiplo do tap em que a curva de tempo inverso costuma começar Fator de segurança (menor do que 1 – em geral 0,85) Menor contribuição de neutro obtida para curtos- circuitos na sua própria barra Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Critérios de Ajuste do Tempo Inv. • Circuito geral sem fonte • Pick-up de neutro • Critério 2 – Se possível, deve ser menor do que a maior corrente de curto-circuito dividida por 20. Múltiplo do tap em que a curva de tempo inverso costuma terminar Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação 51 H 51 X TF Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Corrente Te m p o Contribuição de curto-circuito no relé à jusante (51X) Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Corrente Te m p o Curva do relé 51 X Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Contribuição de curto-circuito no relé à montante (51H) Corrente Te m p o Curva do relé 51 H Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Desloca-se a curva do relé 51H para que ambas estejam na mesma referência de tempo Corrente Te m p o Tempo de Coordenação (0,2 a 0,4 s) Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Corrente Te m p o Curva de suportabilidade do transformador Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação 103 51H P 51H N 51X P 51X G TF Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Curtos que envolvem terra Relé à montante Relé à jusante Transformador de aterramento AT Yg ∆ 104 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Curtos que envolvem terra 105 Corrente Te m p o Contribuição na fase A vista pelo relé à jusante (51X P) Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Curtos que envolvem terra 106 Corrente Te m p o Curva da função 51X P Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação 107 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Contribuição de curto-circuito de terra 3I0 que passa pelo TAT (51X G) 108 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Curva da função 51X G 109 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Desloca-se a curva do relé 51X N para que ambas estejam namesma referência de tempo 110 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação A curva de atuação das proteções de sobrecorrente do circuito geral de baixa tensão é definida como sendo a parte mais rápida de ambas 111 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Contribuição na fase A vista pelo relé à jusante (51H P) 112 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Curva da função 51H P 113 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Desloca-se a curva do relé 51H P para que ela esteja na mesma referência de tempo das outras 114 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Contribuição neutro 3I0 vista pelo relé à montante (51H P) 115 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Curva da função 51H N 116 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Desloca-se a curva do relé 51H N para que ela esteja na mesma referência de tempo das outras 117 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação A curva de atuação das proteções de sobrecorrente do circuito geral de alta tensão é definida como sendo a parte mais rápida de ambas 118 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Tempo de Coordenação (0,2 a 0,4 s) 119 Corrente Te m p o Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Tempo de Coordenação (0,2 a 0,4 s) Curva de suportabilidade do transformador 51 H 51 X TF 12 MVA G • Suponha que você foi contratado para ajustar as proteções da entrada de uma indústria atendia em 138 kV através de uma linha de transmissão expressa SE Concessionária LT 138 kV 13,8 kV Z1 = 0,52+2,33j % Z0 = 1,89+6,52j % Z1 = 5,6+124,9j % Z0 = 5,6+124,9j % Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Segundo a concessionária, o nível de curto-circuito na barra que que a LT da indústria irá se conectar é de (3388,4- 75,2º) A para um curto-circuito trifásico e de (3228,5-77,7º) A para um curto-circuito monofásico. • 1ª pergunta: Qual o valor das impedâncias equivalentes em componentes simétricas do sistema nesta barra de 138 kV em pu na base de potência de 100 MVA? Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Na barra da subestação da concessionária tem-se: • Como no curto-circuito trifásico só há o envolvimento de sequência positiva: 𝑍𝑒𝑞 1 = 1∠0° 8,1∠−75,2° = 0,1235∠75,2° 𝑝𝑢 𝐼𝐶𝐶−3𝐹 = 3388,4 𝐴 𝐼𝑏𝑎𝑠𝑒 = 100∙106 3∙138∙103 =418,4 𝐼𝐶𝐶−3𝐹 = 3388,4 418,4 = 8,1 𝑝𝑢 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Para o curto-circuito monofásico tem-se: • Durante um curto-circuito monofásico a corrente de sequência zero vale: 𝐼0 = 7,72∠ − 77,7° 3 = 2,27∠ − 77,7° 𝑝𝑢 𝐼𝐶𝐶−𝐹𝑇 = 3228,5𝐴 𝐼𝑏𝑎𝑠𝑒 = 100∙106 3∙138∙103 =418,4 𝐼𝐶𝐶−𝐹𝑇 = 3228,5 418,4 = 7,72 𝑝𝑢 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Para o curto-circuito monofásico as redes de sequência são conectadas em série: 𝐼0 = 1∠0° 𝑍𝑒𝑞 1 + 𝑍𝑒𝑞 2 + 𝑍𝑒𝑞 0 𝑍𝑒𝑞 1 = 𝑍𝑒𝑞 2 ⇒ 𝐼0 = 1∠0° 2 ∙ 𝑍𝑒𝑞 1 + 𝑍𝑒𝑞 0 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo pu Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • 2ª pergunta: Qual o menor valor de RTC que pode ser utilizado no circuito primário do transformador? • Suportabilidade para corrente de carga: A V S kIkI nomL asobrecLasobrecnomp 2,50 101383 1012 .1 3 .. 3 6 max argarg = = = − − Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Suportabilidade para corrente de curto-circuito: Qual a maior corrente de curto-circuito? G (0,123575,2º) (0,023977,4º) (1,2587,4º) Seq. + (0,123575,2º) (0,023977,4º) (1,2587,4º) Seq. - Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo (0,194180,9º) (0,067973,8º) (1,2587,4º) Seq. 0 • Cálculo da corrente de curto circuito trifásico na frente dos TCs do circuito de alta tensão: G (0,123575,2º) (0,023977,4º) (1,2587,4º) Seq. + Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Cálculo da corrente de curto circuito monofásico na frente dos TCs do circuito de alta tensão: 𝐼𝐶𝐶−3𝐹−𝐻 = 1∠0° 0,1474∠75,6° = 6,78∠ − 75,6° pu Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo G (0,123575,2º) (0,023977,4º) (1,2587,4º) Seq. + (0,123575,2º) (0,023977,4º) (1,2587,4º) Seq. - (0,194180,9º) (0,067973,8º) (1,2587,4º) Seq. 0 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo 𝐼0 = 𝐼1 = 𝐼2 = 1∠0° 0,556∠77,2° = 1,80∠ − 77,2° pu 𝐼𝐶𝐶−𝐹𝑇−𝐻 = 3 ∙ 𝐼0 = 5,39∠ − 77,2° pu Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo 𝐼𝐶𝐶−3𝐹−𝐻 = 6,78∠ − 75,6° 𝑝𝑢 • Assim, a maior corrente de curto-circuito que irá passar no TC do circuito primário (de alta) é a trifásica, que vale: 𝐼𝑏𝑎𝑠𝑒 = 100∙106 3∙138∙103 =418,4 𝐼𝐶𝐶−3𝐹−𝐻 = 6,78∠ − 75,6° ∙ 418,4 = 2838,8∠ − 75,6° A Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Então avaliando o critério de suportabilidade de curto-circuito para a definição da RTC: A I I Fnomp 9,141 20 2838,8 20 max == −− • Assim, pela tabela tem-se: 150 – 5 A 5 10 15 20 25 30 40 50 50 75 100 125 150 200 250 300 400 500 600 800 1000 1200 1500 2000 3000 4000 5000 6000 8000 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • 3ª pergunta: Considerando que: • Este relé deverá ser sensível para curtos-circuitos na barra de 138 kV para que este relé possa funcionar como retaguarda do relé 51X para este caso (fator de segurança 0,85). • A função 51 somente começa a atuar para correntes superiores a 1,5 vezes o pick-up • Esta função não deverá atuar em condição de carga suportando uma sobrecarga de até 1,4 vezes a carga nominal do transformador • Qual deverá ser o valor de pick-up ajustado para função de sobrecorrente de tempo inverso 51H? Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Como esta unidade deve ser insensível para corrente de carga: sec34,2 30101383 1012 4,1 3 . 3 6 max argarg −= = = − A RTCV S k RTC I kPickup nomL asobrec L asobrec Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Esta unidade deve ser sensível para correntes de curto- circuito na barra de baixa tensão. Geralmente, a condição que irá resultar no menor valor de curto-circuito é a falta fase-fase: G (0,123575,2º) (0,023977,4º) (1,2587,4º) (0,123575,2º) (0,023977,4º) (1,2587,4º) 51H 51H Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo ԦIa ԦIb ԦIc = 1 1 1 1 𝑎2 𝑎 1 𝑎 𝑎2 ⋅ ԦI0 ԦI1 ԦI2 = 1 1 1 1 𝑎2 𝑎 1 𝑎 𝑎2 ⋅ 0 0,36∠−86,2° 0,36∠93,8° = 0 0,62∠−176,2 0,62∠3,8 pu 𝐼1 = −𝐼2= 1∠0° 2,789∠86,2° = 0,36∠ − 86,2° pu Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Como o relé está conectado no circuito de alta tensão, a corrente de base neste ponto vale: 418,4A= 101383 10100 = V3 S =I 3 6 b b b A 260,9 260,9 0 = 0,62 0,62 0 418,4|= I| AT-CC • Neste caso, as correntes que passarão pelo relé no momento da falta valem: Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Neste caso, o pickup mínimo do relé será: • Assim, o pickup deverá estar entre: • Assim, usaremos o valor de 2,5 A. sec93,4 305,1 9,26085,0 5,1 min −= = − A RTC IK Pickup CCseg sec93,4sec34,2 −− APickupA Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • 4ª pergunta: Considerando que: • Este relé deverá ser atuar para tempos maiores do que 1,8 segundos para as faltas no secundário para coordenar com o reléda baixa tensão. • Será utilizada uma curva do tipo IEC normalmente inversa • Qual deverá ser o valor do dial de tempo ajustado para função de sobrecorrente de tempo inverso 51H? Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo • Neste caso, sabemos que a maior corrente se dará para curtos-circuitos trifásicos. • Neste caso, a corrente que passará pelo relé vale: G (0,123575,2º) (0,023977,4º) (1,2587,4º) Seq. + Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo 𝐼𝐶𝐶−3𝐹−𝐿 = 1∠0° 1,395∠,86,2° = 0,72∠ − 86,2° pu • Como o relé está conectado no circuito de alta tensão, a corrente de base neste ponto vale: 418,4A= 101383 10100 = V3 S =I 3 6 b b b Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo A 301,2=72,0418,4|= I| L-3T-CC • Neste caso, as correntes que passarão pelo relé no momento da falta valem: • A equação da curva IEC normalmente inversa é: 𝑇𝑃 = 𝑇𝐷 ∙ 0,14 𝑀0,02 − 1 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo 02,4 5,203 301,2 PickupRTC 301,2 =M = = • M é a corrente em múltiplos da corrente de atuação, ou seja: • Logo: 1,8 = 𝑇𝐷 ∙ 0,14 4,020,02 − 1 ⇒ TD = 1,8 0,14 4,020,02 − 1 = 0,36 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Exemplo Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Controle e restrição de tensão • Conforme vimos no exemplo anterior, para a definição do pick-up (tap) da função de sobrecorrente de fase deve-se atentar para 2 critérios: • Esta unidade deve ser sensível para o menor valor de curto-circuito para o qual ela é especificada. • Esta unidade não deve ser sensível para correntes de carga. 𝑃𝑖𝑐𝑘𝑢𝑝 > 𝑘𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐 arg 𝑎 ⋅ 𝐼𝐿 𝑅𝑇𝐶 = 𝑘𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑐 arg 𝑎 . 𝑆max 3 ⋅ 𝑉𝐿−𝑛𝑜𝑚 ⋅ 𝑅𝑇𝐶 𝑃𝑖𝑐𝑘𝑢𝑝 < 𝐾𝑠𝑒𝑔 ⋅ 𝐼𝐶𝐶−min 1,5 ⋅ 𝑅𝑇𝐶 Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Controle e restrição de tensão • Entretanto, em situações onde a fonte do sistema é fraca e a potência da carga é elevada pode ser impossível atender estas duas condições simultaneamente. • Nestes casos, atende-se somente a condição de sensibilidade de curto-circuito e utiliza-se relés de sobrecorrente de tempo inverso com controle ou restrição de tensão, uma vez que, em geral, durante a ocorrência dos curtos-circuitos ocorre um afundamento da tensão. • Controle de tensão – a unidade de sobrecorrente só parte se a função de subtensão que a controla atuar (controle de torque) • Restrição de tensão – Quanto menor a tensão, mais rapidamente a unidade de subtensão atua. Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Restrição de tensão Relé IFCV da GE Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Controle de tensão Relé SEL 351 Ajuste da função de sobrecorrente de fase Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Controle de tensão Relé SEL 351 Ajuste da função de subtensão de fase Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Controle de tensão Relé SEL 351 Ajuste da equação de controle de torque da função de sobrecorrente de fase • E se os TCs não tiverem a mesma relação? • E se tiverem mas levarmos em conta os erros de até 10% (proteção)? Proteção Diferencial - Conceito • Hipótese: • Curto-circuito externo • Um TC erra -10% e o outro erra +10% IIII II II dif =−= = = 2,0 1,1 9,0 12 2 1 • O erro é proporcional à corrente que flui pelo elemento protegido Proteção Diferencial – Corrente de Restrição • Solução – Comparar a corrente diferencial com uma corrente proporcional à corrente que flui pelo elemento protegido • Esta corrente é chamada de corrente de restrição Proteção Diferencial – Corrente de Restrição Proteção Diferencial – Corrente de Restrição • No caso dos relés digitais, cada fabricante apresenta uma formulação diferente para esta corrente de restrição. O importante é que ela seja proporcional à corrente que flui pelos enrolamentos ( )nrest nrest n rest II II n I I max= = = Proteção Diferencial – Corrente de restrição Proteção Diferencial - Slope Proteção Diferencial - Slope • Alguns relés digitais trablham com caracte´rísticas de operação que possuem mais de um SLOPE • Exemplo: Relé SEL 387E da Scweitzer • Deve-se compensar: • A relação de transformação do transformador protegido - TAP • As RTCs de cada enrolamento - TAP • O defasamento angular provocado pelo tipo de ligação do transformador protegido – Ligação dos TCs / ajuste interno • Se houver comutador de taps, a comutação – slope Proteção Diferencial de transformadores Proteção Diferencial de transformadores – Correção do defasamento angular e filtragem de sequência zero Proteção Diferencial de transformadores – Correção do defasamento angular e filtragem de sequência zero Fonte de sequência zero dentro da área do relé diferencial Proteção Diferencial de transformadores – Correção do defasamento angular e filtragem de sequência zero ( ) = − − − c b a compc compb compa I I I mCTC I I I • Relés digitais – Compensação feita pelo software • Exemplo: Relé SEL-387 da Schweitzer Perceba que todas as matrizes removem correntes de sequência zero. Proteção Diferencial - Correção do defasamento angular e filtragem de sequência zero • Ajustes: • Taps • Inclinação (slope) 87T Proteção Diferencial - Ajustes nnom nom n RTCV S cTAP = 3 1=c 3=c TCs em delta TCs em estrela Proteção Diferencial - TAP • Usado para compensar a diferença entre as correntes dos enrolamentos após a consideração das respectivas RTC. Proteção Diferencial - TAP Relé HU Ajuste dos TAPS Proteção Diferencial - TAP Relé SEL 387E Ajuste dos TAPS Proteção Diferencial - TAP 87T 138 kV 13,8 kV 600-5 1200-5 25 MVA • Considerando todos os TCs conectados em estrela, qual deverá ser o valor do tap do primário e do secundário? Proteção Diferencial - TAP • Primário: 87,0 5 600 101383 1025 1 3 6 1 = =TAP • Secundário: 35,4 5 1200 108,133 1025 1 3 6 2 = =TAP Proteção Diferencial - TAP REST OP RESTOP I I SLOPEISLPI == Proteção Diferencial - Slope • Calcula-se o valor de k nas seguintes situações: • RTCs e TAPs definidos • Erros dos TCs • Se houver comutador de taps no TF protegido, considerar o tap mínimo e o tap máximo REST OP I I k = Proteção Diferencial - Slope • O SLOPE deve ser maior do que o maior k mais 0,2 de erro dos TCs e relés: 2,0max + kslope Proteção Diferencial - Slope Proteção Diferencial - Slope Relé HU Característica de operação Proteção Diferencial - Slope Relé SEL 387E Característica de operação Proteção Diferencial - Slope Relé SEL 387E Ajustes da característica de operação 87T138 kV 13,8 kV 600-5 1200-5 25 MVA • Seguindo o exemplo, qual deverá ser o SLOPE considerando que esta é a condição de curto-circuito máxima e este transformador tem um comutador de taps no primário que vai de 0,92 a 1,04 pu. Proteção Diferencial - Slope ABC 4000 A Proteção Diferencial - Slope 𝑁𝑇𝐹 = 0,92 ∙ 138 13,8 = 9,2 • A relação de transformação do transformador sem considerar a ação do comutador de taps é vale 10 • Entretanto quando o comutador está no maior e no maior valor, esta relação muda para: 𝑁𝑇𝐹 = 1,04 ∙ 138 13,8 = 10,4 Proteção Diferencial - Slope 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 = 4000 9,2 = 434,8 𝐴 • Neste caso, a corrente no primário em ambas as situações vale: 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 = 4000 10,4 = 384,6 𝐴 Proteção Diferencial - Slope 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜−𝑟𝑒𝑙é = 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 𝑅𝑇𝐶𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 ∙ 𝑇𝐴𝑃𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 = 434,8 120 ∙ 0,87 = 4,16 𝐴 • Descontando as RTCs e os TAPs: 𝐼𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑜−𝑟𝑒𝑙é = 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 𝑅𝑇𝐶𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 ∙ 𝑇𝐴𝑃𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 = 4000 240 ∙ 4,35 = 3,83 𝐴 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜−𝑟𝑒𝑙é = 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 𝑅𝑇𝐶𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 ∙ 𝑇𝐴𝑃𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜= 384,6 120 ∙ 0,87 = 3,68 𝐴 Proteção Diferencial - Slope • Calculando a corrente de operação em ambas as situações: 𝐼𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 = 𝐼𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑜−𝑟𝑒𝑙é − 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜−𝑟𝑒𝑙é = 3,83 − 4,16 = 0,33 𝐴 𝐼𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 = 𝐼𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑜−𝑟𝑒𝑙é − 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜−𝑟𝑒𝑙é = 3,83 − 3,68 = 0,15 𝐴 Proteção Diferencial - Slope • Calculando a corrente de restrição em ambas as situações: 𝐼𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖çã𝑜 = 𝐼𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑜−𝑟𝑒𝑙é + 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜−𝑟𝑒𝑙é 2 = 3,83 + 4,16 2 = 4,0 𝐴 𝐼𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖çã𝑜 = 𝐼𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑜−𝑟𝑒𝑙é + 𝐼𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜−𝑟𝑒𝑙é 2 = 3,83 + 3,68 2 = 3,75 𝐴 Proteção Diferencial - Slope • Logo: 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 > 𝐼𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝐼𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖çã𝑜 + 0,2 = 0,33 4,0 + 0,2 = 0,28 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 > 𝐼𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝐼𝑟𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖çã𝑜 + 0,2 = 0,15 3,75 + 0,2 = 0,24 𝑠𝑙𝑜𝑝𝑒 = 0,3 Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush 184 Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush 185 Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush RTC = 6000 – 5 A = 1200 TF 34,5 / 230 kV – 100 MVA • Inrush simpatético (ou energização solidária). Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush SAT Y Y IN1 I SAT Y Y SAT Y Y SPIN I IN2 I Energização Simples Energização Solidária T1 T1 T2 Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush • Como detectar esta corrente de inrush? • Pelo conteúdo harmônico (principalmente o 2º) Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush • Bloqueio Harmônico • Bloqueio independente • Bloqueio cruzado (crossblocking) • 2 de 3 • Bloqueio pela média Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush • Restrição harmônica cISLPI RESTOP + • IOP é a corrente de operação, ou corrente diferencial; • SLP é a inclinação da característica; • IREST é a corrente de restrição, definida como mencionado anteriormente e; • c é a razão entre o valor percentual da componente de segunda harmônica e um valor de referência ajustável. Proteção Diferencial – Deteção de correntes de inrush Proteção Diferencial de falta a terra testrita (de sequência zero) 87N IA-W1 IB-W1 IB-W1 IA-W2 IB-W2 IB-W2 IN-W3 IRW1 = IAW1 + IAW2 + IAW3 Proteção de transformadores conectados diretamente a linhas de transmissão 87T51 SE A SE B Transfer-trip Proteção de transformadores conectados diretamente a linhas de transmissão 87T51 SE A SE B 21 Chave de aterramento rápido Proteção de transformadores – Relé de bloqueio (86 T) 51 X 876371 Rearme 86T 86T SR 86T51 H 86T TC – 52XCC – 52H Fecha 52X Fecha 52H 86T 86T TC – 52HCC – 52X Prática – Relés Disponíveis Prática – Relés Disponíveis Prática – Relés Disponíveis Prática – Relés Disponíveis Prática – Relés Disponíveis Prática – Relés Disponíveis Prática – Relés Disponíveis Prática – Relés Disponíveis Referências • MAMEDE FILHO, J. Manual de Equipaentos Elétricos. 5ª edição. LTC, 2022. • MAMEDE FILHO, J., MAMEDE, D. R. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. LTC, 2017. • BLACKBURN, J. L. Protective Relay – Principles and Applications, Marcel Dekker Inc., 1987. • BLACKBURN, J. L. Symmetrical Components for Power Systems, CRC Press, 1993. • KINDERMANN, G. Curto-circuito, 2ª Edição. Sagra Luzzatto, 1997. Slide 1: Proteção de Sistemas Elétricos Teoria e Prática Slide 2: Transformadores de potência – Meio isolante Slide 3: Transformadores de potência – Meio isolante Slide 4: Transformadores de potência – Aspectos construtivos Slide 5: Transformadores de potência – Aspectos construtivos Slide 6: Transformadores de potência – Aspectos construtivos Slide 7: Transformadores de potência – Aspectos construtivos Slide 8: Transformadores de potência – Aspectos construtivos Slide 9: Transformadores de potência – Aspectos construtivos Slide 10: Transformadores de potência – Vista de um transformador na subestação Slide 11: Transformadores de potência – Vista de um transformador na subestação Slide 12: Transformadores de potência – Vista de um transformador na subestação Slide 13: Transformadores de potência – Partes constitutivas Slide 14: Transformadores de potência – Partes constitutivas Slide 15: Transformadores de potência – Tipos de núcleo Slide 16: Transformadores de potência – Tipos de núcleo Slide 17: Transformadores de potência – Tipos de ligação Slide 18: Transformadores de potência – Tipos de ligação Slide 19: Transformadores de potência – Tipos de ligação Slide 20: Transformadores de potência – Autotransformador Slide 21: Transformadores de potência – Autotransformador Slide 22: Transformadores de potência – Defasamento angular Slide 23: Transformadores de potência – Defasamento angular Slide 24: Transformadores de potência – Defasamento angular Slide 25: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 26: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 27: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 28: Detecção de falta AT em sistemas com delta Slide 29: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 30: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 31: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 32: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 33: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 34: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 35: Equivalente de sequência zero de transformadores Slide 36: Transformador ou reator de aterramento Slide 37: Transformador ou reator de aterramento Slide 38: Transformador ou reator de aterramento Slide 39: Transformador ou reator de aterramento Slide 40: Proteções intrínsecas – Dispositivo Térmico (26) Slide 41: Proteções intrínsecas – Dispositivo Térmico (26) Slide 42: Proteções intrínsecas – Indicador do nível de óleo (71) Slide 43: Proteções intrínsecas – Válvula de alívio de pressão Slide 44: Proteções intrínsecas – Relé de súbita pressão Slide 45: Proteções intrínsecas – Secador de óleo Slide 46: Proteções intrínsecas – Relé Buchholz Slide 47: Proteções intrínsecas – Relé Buchholz Slide 48: Proteções intrínsecas – Componentes Slide 49: Proteções intrínsecas – Componentes Slide 50: Ventilação forçada Slide 51: Comutador de tap sob carga (OLTC) Slide 52: Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador Slide 53: Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador Slide 54: Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador Slide 55: Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador Slide 56: Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador Slide 57: Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador Slide 58: Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Suportabilidade do transformador Slide 59 Slide 60 Slide 61 Slide 62 Slide 63 Slide 64 Slide 65 Slide 66 Slide 67 Slide 68 Slide 69 Slide 70 Slide 71 Slide 72 Slide 73 Slide 74 Slide 75 Slide 76 Slide 77 Slide 78 Slide 79 Slide 80 Slide 81 Slide 82 Slide 83 Slide 84 Slide 85 Slide 86 Slide 87 Slide 88 Slide 89 Slide 90 Slide 91 Slide 92 Slide 93 Slide 94: Proteção de sobrecorrente contra faltas passantes – Coordenação Slide 95 Slide 96 Slide 97 Slide 98 Slide 99 Slide 100 Slide 101 Slide 102 Slide 103 Slide 104 Slide 105 Slide 106 Slide107 Slide 108 Slide 109 Slide 110 Slide 111 Slide 112 Slide 113 Slide 114 Slide 115 Slide 116 Slide 117 Slide 118 Slide 119 Slide 120 Slide 121 Slide 122 Slide 123 Slide 124 Slide 125 Slide 126 Slide 127 Slide 128 Slide 129 Slide 130 Slide 131 Slide 132 Slide 133 Slide 134 Slide 135 Slide 136 Slide 137 Slide 138 Slide 139 Slide 140 Slide 141 Slide 142 Slide 143 Slide 144 Slide 145 Slide 146 Slide 147 Slide 148 Slide 149 Slide 150 Slide 151 Slide 152 Slide 153 Slide 154 Slide 155 Slide 156 Slide 157 Slide 158 Slide 159 Slide 160 Slide 161 Slide 162 Slide 163 Slide 164 Slide 165 Slide 166 Slide 167 Slide 168 Slide 169 Slide 170 Slide 171 Slide 172 Slide 173 Slide 174 Slide 175 Slide 176 Slide 177 Slide 178 Slide 179 Slide 180 Slide 181 Slide 182 Slide 183 Slide 184 Slide 185 Slide 186 Slide 187 Slide 188 Slide 189 Slide 190 Slide 191 Slide 192 Slide 193 Slide 194 Slide 195 Slide 196 Slide 197 Slide 198 Slide 199 Slide 200 Slide 201 Slide 202 Slide 203 Slide 204: Prática – Relés Disponíveis Slide 205: Prática – Relés Disponíveis Slide 206: Prática – Relés Disponíveis Slide 207: Prática – Relés Disponíveis Slide 208: Prática – Relés Disponíveis Slide 209: Prática – Relés Disponíveis Slide 210: Prática – Relés Disponíveis Slide 211: Prática – Relés Disponíveis Slide 212: Referências