Estudo de Curto Circuito e Seletividade - OI ESTACAO - UVA - PR - REV00

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0 JAT 28/03/2019 VLM 28/03/2019 VLM 28/03/2019 Emissão Inicial
Cálculo de Curto Circuito e Estudo de Seletividade
OI - ESTAÇÃO UVA
CURITIBA - PR
Introdução
Objetivo:
Sotware Utilizado:
Informações Apresetadas neste Estudo:
1 - Impedâncias dos Componentes do Sistema em PU
2 - Impedâncias Equivalentes para cada ponto e seus respectivos níveis de Curto
3 - Corrente de Magnetização (Inrush) do sistema
4 - Dimensionamento do TC de Proteção de Entrada
5 - Diagrama Unifilar apresentando as impedâncias equivalentes, níveis de curto e ajustes de Proteção de cada componente.
6 - Coordenogramas de Proteção
7 - Filosofia de Proteção
8 - RESUMO COM OS DADOS DE PROTEÇÃO (PADRÃO COPEL - INSTALAÇÃO COM GERADORES SEM PARALELISMO)
9 - Anexo
Para a realização deste estudo foi utilizado o software PTW32 versão 7.0.2.4 desenvolvido pela SKM System Analisys Inc. módulos DAPPER para o cálculo de curto circuito e CAPTOR 
para o estudo de seletividade.
O presente Estudo visa apresentar os níveis de curto-circuito e os parâmetros a serem utilizados nos relés de proteção a serem instalados 
Tendo em vista a utilização deste software, o presente estudo não apresentará análises matemáticas tais como fórmulas para o cálculo de impedâncias equivalentes, porém todos os 
valores estarão devidamente expostos nas tabelas do estudo, bem como apresentado no diagrama unifilar junto ao seu respectivo componente.
O presente Estudo será composto por:
1 - Impedâncias dos Componentes do Sistema em PU
Bases
Pot Base 100MVA
Tensão Base 13.8kV
Concessionária
Rpos (pu) Xpos (pu) Rzero (pu) Xzero (pu)
Ponto de Entrega 0.1893 0.8078 0.6083 4.8392
Cabos
Cabos/Fase Bitola (mm²) Distância (m) Rpos (pu) Xpos (pu) Rzero (pu) Xzero (pu)
CB00.01 1 35 1 0.1522 0.3435 0.2851 1.2784
CB01.01 1 35 90 0.0316 0.0078 0.0995 0.0192
CB04.01 2 185 30 4.0382 3.0372 6.4215 7.7262
CB05.01 2 185 30 4.0382 3.0372 6.4215 7.7262
Transformadores
Pot. Nom. (kVA)Tensão Prim. (V) Tensão Sec. (V)Z% (%) Rpos (pu) Xpos (pu) Rzero (pu) Xzero (pu)
TR03.01 - TRAFO 1 300.0 13800 220 4.5000 4.3333 14.3603 4.3333 14.3603
TR03.02 - TRAFO 2 (RESERVA) 300.0 13800 220 4.5000 4.3333 14.3603 4.3333 14.3603
2 - Impedâncias Equivalentes e Níveis de Curto-Circuito em Cada Ponto
Impedâncias de Sequência Positiva e Curtos Circuitos Trifásicos Simétricos e Assimétricos
Barramento Tensão Zequ. pos. - (pu) Icc 3F sim. - (A) X/R - Icc 3F assim. - (A)
B00 - SE COPEL 13800.0 0.4658 8982.13 12.51 13354.61
B01 - PONTO DE ENTREGA 13800.0 0.8297 5042.52 4.27 6090.29
B02 - ENTRADA E MEDIÇÃO 13800.0 0.8450 4951.21 3.69 5784.15
B03 - PRIM. TRAFO 1 13800.0 0.8450 4951.14 3.69 5784.02
B04 - SEC. TRAFO 1 220.0 15.8446 16562.89 3.33 18909.94
B05 - SEC. TRAFO 2 220.0 15.8446 16562.89 3.33 18909.94
B06 - QGBT 220.0 20.1382 13031.52 2.12 13687.44
Impedâncias de Sequência Zero e Curtos Circuitos Fase-Terra
Barramento Tensão Zequ. zero. - (pu) Icc F-T - (A)
B00 - SE COPEL 13800.0 3.5749 2785.14
B01 - PONTO DE ENTREGA 13800.0 4.8768 1922.27
B02 - ENTRADA E MEDIÇÃO 13800.0 4.9092 1904.52
B03 - PRIM. TRAFO 1 13800.0 4.9092 1904.51
B04 - SEC. TRAFO 1 220.0 14.9999 16862.54
B05 - SEC. TRAFO 2 220.0 14.9999 16862.54
B06 - QGBT 220.0 24.5659 12141.91
3 - Corrente de Magnetização dos Transformadores
Transformadores
Pot = (kVA) Inom prim (A) Contribuição
TR03.1 - TR1 - A SECO 300 12,55 x8
TR03.2 - TR2 - A SECO 300 12,55 x4
Imag = 150,61 A
4 - Dimensionamento dos TCs
4.1 - Análise do Pior Caso - TC de Entrada
TC Escolhido: 250/5
4.1.1 - Análise da Corrente Nominal
Corrente Nominal do Sistema 25,10 A
Corrente Demandada 12,60 A
Corrente Primária do TC 250 A
Corrente Secundária do TC 5 A
4.1.2 - Análise da Saturação
Corrente de Curto-Circuito: 5042,57 A
Análise:
Icc3øsim.máx no séc do TC: 5042,57/50=100,85A
Saturação do TC:
20 x In x ZBurden=
20 x 5A x 1 ohm = 50 V
Até aqui concluímos que o TC saturaria em 20 vezes a corrente nominal caso tivéssemos uma carga de 1 ohm
Considerando agora os valores
Burden dos Relés + Cabos = 6 VA
ZBurden = 6VA / In2 
ZBurden = 6 / 25 = 0,24 ohm
Tensão no Secundário do TC
100,85A x 0,24 ohm = 24,2V
Logo concluímos que o TC não irá saturar para uma corrente de curto circuito simétrica de 5042,57A
Considerando-se que o TC utilizado 10B50 saturaria para uma tensão de 50V no secundário, e levando em consideração que 
o Burden dos relés no máximo a 6 VA temos que:
 FILOSOFIA DE PROTEÇÃO
1. Introdução:
O presente descritivo data sobre a metodologia aplicada para definição dos parâmetros de proteção do sistema a
ser implantada.
2. Descritivo do Funcionamento do Sistema:
Os geradores estará apto para funcionamento emergencial, sendo feito da seguinte maneira :
 - O sistema está preparado para operar com emergência em caso de falta de energia.
 
3. Coordenação da Proteção do Sistema:
Conforme as curvas de proteção apresentadas, as proteções de sobrecorrente (50, 51) deverão atuar de
maneira a proteger a instalação e evitando que em caso de faltas que venham a ocorrer no interior da planta
venham a acionar as proteções contra sobrecorrente da concessionária (Religador e/ou chaves fusível.). Da
mesma maneira deverão funcionar as funções contra sobrecorrente de neutro (50N, 51N).
4. Ajustes das Proteções:
4.1. Sobrecorrente Temporizado – Função 51
Esta proteção de sobrecorrente foi ajustada para atuar de forma temporizada para valores de corrente superiores
a ajustada.
Existe a coordenação com o relé de sobrecorrente temporizado da concessionária, afim de garantir que o relé do
consumidor atue em caso de uma falta no interior de suas instalações isolando a Indústria do sistema da
concessionária.
4.2. Sobrecorrente Instantâneo – Função 50
Esta proteção de sobrecorrente foi ajustada para atuar de forma instantânea para valores de corrente superiores
a ajustada.
Levando-se em conta que a corrente de magnetização do sistema é inferior ao valor ajustado, notamos que não
haverá atuação indevida da proteção no momento da ligação do sistema.
Afim de evitar atuações do relé de média tensão no caso de curtos-circuitos na baixa tensão optamos por ajustar
o valor desta função em 400A, pouco acima da máxima corrente de curto-circuito assimétrica de baixa tensão 
4.3. Sobrecorrente Temporizado de Neutro – Função 51N
Esta proteção de sobrecorrente foi ajustada para atuar de forma temporizada para valores de corrente de neutro
superiores a ajustada, corrente esta que é correspondente a aproximadamente 20% da escolhida para o ajuste
da função 51.
Este valor foi escolhido a fim de atuar em caso de sobrecorrente fase-terra, tendo em vista que a corrente de
curto circuito fase-terra mínima calculada do sistema é superior a ajustada.
Existe a coordenação com o relé de sobrecorrente temporizado de neutro da concessionária, a fim de garantir
que o relé do consumidor atue em caso de uma falta no interior de suas instalações isolando a Indústria do
sistema da concessionária.
 
4.4. Sobrecorrente Instantâneo de Neutro – Função 50N
Esta proteção de sobrecorrente foi ajustada para atuar de forma instantânea para valores de corrente de neutro
superiores ao ajustado, corrente esta que é correspondente a 20% da escolhida para o ajuste da função 50. Este
valor foi escolhido a fim de atuar em caso de sobrecorrente fase-terra.
Este relé de sobrecorrente instantâneo de neutro garante que o disjuntor do consumidor atue em caso de uma
falta no interior de suas instalações isolando a Indústria do sistema da concessionária.
13 A
4951 A
TX Inrush
13 A
0.5
0.5
1
1
10
10
1
0
0
1
0
0
1
K
1
K
1
0
K
1
0
K
0.010.01
0.100.10
11
1010
100100
10001000
CURRENT IN AMPERES
CURRENT IN AMPERES
T
I
M
E
 
I
N
 
S
E
C
O
N
D
S
T
I
M
E
 
I
N
 
S
E
C
O
N
D
S
RL02.01 - RELÉ DE ENTRADA 
SCHNEIDER (Fase) 
TC 250 / 5 A
SEPAM S10 
Settings Fase
 I> 0.05 (12.5A) 
 Extremamente Inversa 0.22 
 Iinst 1.21 (302.5A) 
 Tinst 0.03 
RELIGADORARTECHE 
*ARTECHE 
All Curves 
Trip 400.0 A
Settings Fase
 Pickup 1 (400A) 
 120 
FS00.01 - ELO CONCESSIONÁRIA 
COOPER 
K-Tin Fuse Link, 27kV 
Trip 25.0 A
Settings Phase
 25.0 Amps 
Trafo 300.0 kVA
RL02.01 - RELÉ DE ENTRADA 
SCHNEIDER (Fase) 
TC 250 / 5 A
SEPAM S10 
Settings Fase
 I> 0.05 (12.5A) 
 Extremamente Inversa 0.22 
 Iinst 1.21 (302.5A) 
 Tinst 0.03 
RELIGADOR ARTECHE 
*ARTECHE 
All Curves 
Trip 400.0 A
Settings Fase
 Pickup 1 (400A) 
 120 
FS00.01 - ELO CONCESSIONÁRIA 
COOPER 
K-Tin Fuse Link, 27kV 
Trip 25.0 A
Settings Phase
 25.0 Amps 
Trafo 300.0 kVA
Icc 3F Sim (13,8kV)
Imag Total
301,45
Icc 3F Assim (220V)
Icc 3F Sim (13,8kV)
Imag Total
301,45
Icc 3F Assim (220V)
 01 - RELÉ DE ENTRADA - FASE - Ref.Voltage Base Project - 13800
2.5 A
1905 A
0.5
0.5
1
1
10
10
1
0
0
1
0
0
1
K
1
K
1
0
K
1
0
K
0.010.01
0.100.10
11
1010
100100
10001000
CURRENT IN AMPERES
CURRENT IN AMPERES
T
I
M
E
 
I
N
 
S
E
C
O
N
D
S
T
I
M
E
 
I
N
 
S
E
C
O
N
D
S
RL02.01 - RELÉ DE ENTRADA 
SCHNEIDER (Neutro) 
TC 250 / 5 A
SEPAM S10 
Settings Neutro
 I> 0,01 (2.5A) 
 Extremamente Inversa 0.1 
 Iinst 0.24 (60A) 
 Tinst 0.03 
RELIGADOR ARTECHE 
*ARTECHE 
All Curves 
Trip 22.0 A
Settings Neutro
 Pickup 1 (22A) 
 140 
RL02.01 - RELÉ DE ENTRADA 
SCHNEIDER (Neutro) 
TC 250 / 5 A
SEPAM S10 
Settings Neutro
 I> 0,01 (2.5A) 
 Extremamente Inversa 0.1 
 Iinst 0.24 (60A) 
 Tinst 0.03 
RELIGADOR ARTECHE 
*ARTECHE 
All Curves 
Trip 22.0 A
Settings Neutro
 Pickup 1 (22A) 
 140 
Icc F-T (220V)Icc F-T (220V)
 02 - RELÉ DE ENTRADA - NEUTRO - Ref.Voltage Base Project - 13800
Nº DA SR DE IMPEDÂNCIA: PRT-02 20186840600997
Vbase= 13800 V Vbase= 13800 V Tensão Sec
Copel Cliente Copel Cliente
####### B00 - SE COPEL 8.982,1 A 13.354,6 A 2.785,1 A 2.785,1 A 8.982,1 A 13.354,6 A 2.785,1 A 2.785,1 A 8.982,1 A
####### B01 - PONTO DE ENTREGA 5.042,5 A 6.090,3 A 1.922,3 A 1.922,3 A 197,3 A 197,3 A 5.042,5 A 6.090,3 A 1.922,3 A 1.922,3 A 5.042,5 A
####### B02 - ENTRADA E MEDIÇÃO 4.951,2 A 5.784,2 A 1.904,5 A 1.904,5 A
####### B03 - PRIM. TRAFO 1 300 + 300 4.951,1 A 5.784,0 A 1.904,5 A 1.904,5 A
220,0 A B04 - SEC. TRAFO 1 16.562,9 A 18.909,9 A 16.862,5 A 16.862,5 A 264,0 A 301,5 A 268,8 A 268,8 A 16.562,9 A
220,0 A B05 - SEC. TRAFO 2 16.562,9 A 18.909,9 A 16.862,5 A 16.862,5 A 264,0 A 301,5 A 268,8 A 268,8 A 16.562,9 A
220,0 A B06 - QGBT 13.031,5 A 13.687,4 A 12.141,9 A 12.141,9 A 207,7 A 218,2 A 193,6 A 193,6 A 13.031,5 A
25,1 A 12,6 A
150,6 A 300,0 kVA
Temp, de Fase 
I>
Ajuste e Tipo 
de Curva 
Temp, de Fase
Tempo Defin, 
Fase I>>
Tempo Defin, 
[s] Fase I>>
Instant, Fase 
I>>>
Tempo Instant, 
Fase
Temp,de Neutro 
In>
Ajuste e Tipo 
de Curva 
Temp, de 
Neutro
Tempo Defin, 
Neutro In>>
Tempo Defin, 
[s] Fase I>>
Instantâneo 
Neutro In>>>
Tempo 
Instant, 
Neutro
12,60 A 0,22 EI - - 301,45 A 0,03 s 2,52 A 0,1 EI - - 60,29 A 0,03 s
0.050 0,22 EI - - 1.21 0,03 s 0.01 0,1 EI - - 0.24 0,03 s
50/50 e 50N/51N
Valores em Ampères
Ajustes no Relé
FUNÇÃO 50/51 50N/51N
RESUMO COM DADOS DO ESTUDO DE PROTEÇÃO
CONSUMIDOR: OI - ESTAÇÃO UVA
PRIMÁRIO SECUNDÁRIO
RESUMO DOS AJUSTES - RELÉS NA MÉDIA TENSÃO
Inominal: I demanda Contratada
Imagnetização: kW - Demanda Contratada
Ponto Transf, (kVA)
RELÉ SEPAM S10 "SENSITIVE"
RTC 250/5
Icc3Øassim, Icc1Øsim, Icc3Øsim,,Icc1Øassim,Icc3Øsim, Icc3Øassim,
Icc1Øsim, Icc1Ømín,
Icc3Øsim,
Comentários sobre a exigência da norma Copel
A) No estudo de coordenação e seletividade da proteção (13,8KV – sistema triângulo) deverá ser apresentado e
verificado o seguinte:
1. Diagrama unifilar de impedâncias com a indicação de cada ponto considerado no estudo de proteção;
O Diagrama unifilar neste estudo apresenta os dados solicitados
2. Impedâncias dos componentes do sistema a serem apresentadas: 
Transformadores:
l Informar Z, tipo de ligação, a potência e tensão de cada enrolamento;
O Diagrama unifilar neste estudo apresenta os dados solicitados
Rede de distribuição interna superior a 100 metros:
l Informar distância;
l tipo de cabo;
l impedâncias.
Não há rede interna superior a 100m
3. Cálculo da Icc3ø simétrica no ponto de instalação dos TCs;
Os valores estão apresentados no diagrama unifilar e nas planilhas RESUMO
4. Cálculo da Icc1ø simétrica no ponto de instalação dos TCs;
Os valores estão apresentados no diagrama unifilar e nas planilhas RESUMO
5. Cálculo da Icc1ø mínima simétrica na rede interna de alta tensão adotando no mínimo a resistência de falta 3xRf = 21+j0 pu para
tensão base de 13,8kV;
Os valores estão apresentados no diagrama unifilar e nas planilhas RESUMO seguindo estes dados
6. Cálculo do maior valor de Icc3ø simétrica na baixa tensão com referência ao primário;
Todos os valores de Icc3 simétrica estão apresentados no diagrama unifilar e no resumo
7. Cálculo mínimo da corrente de magnetização (Iinrush) total dos transformadores:
l considerar 8xIN para transformador único;
l para mais de um transformador utilizar 8xIN para o maior transformador e 4xIN para os demais.
Foi seguida esta recomendação
8. O transformador de corrente especificado deve atender aos seguintes critérios:
l A corrente nominal primaria ser maior que a corrente de carga;
l Não saturar com a maior Icc trifásica simétrica considerando a carga máxima no secundário do TC;
l O fator de sobrecorrente (FS) igual a 20.
Foi seguida esta recomendação
9. Ficha de resumo dos ajustes conforme modelo anexo;
Será apresentado no projeto o resumo contendo todos os níveis de curto-circuitos relevantes para o sistema.
O Modelo de Quadro resumo apresentado possue pequenas diferenças afim de apresentar de forma mais clara estes
valores. Sendo apresentadas as contribuições da concessionária e do gerador.
O modelo enviado não comenta, por exemplo, sobre os níveis de curto-circuito fase terra e cita a utilização de
"Transformador Elevador" que não é aplicável a este projeto.
10. Apresentar esquema trifilar de ligação dos relés e circuito de abertura do disjuntor;
Será apresentado no projeto
11. Enviar catálogo dos relés (quando solicitado);
Os relés a serem utilizados já são de utilização comum para vários clientes da Copel. Julgamos que não há
necessidade do envio dos relés.
12. Enviar as curvas tempo x corrente utilizadas, sendo:
l Curto-circuito trifásico: em folha A4, contendo as curvas (identificadas por cores distintas) de fase do relé e do religador,
fusíveis, curva de dano dos transformadores, Iinrush e correntes de curto-circuito em linha vertical cortando as curvas dos
equipamentos;
Apresentamos no estudo as curvas conforme esta solicitação
l Curto-circuito monofásico: em folha A4, contendo as curvas (identificadas por cores distintas) de fase e de neutro do relé e do
religador, fusíveis, curva de dano dos transformadores, Iinrush e correntes de curto-circuito em linha vertical cortando as curvas dos
equipamentos.
Apresentamos no estudo as curvas conforme esta solicitação
13. A alimentação do relé e do circuito de disparo do disjuntor deverá ser através de fontes capacitivas distintas. É vedada a utilização
de “No Break”.
Será apresentado no projeto e seguida esta recomendação
Nota: O TP auxiliar poderá ser instalado antes ou após a chave seccionadora AT. Quando instalado após a chave seccionadora deverá
ser utilizado exclusivamente para a finalidade de proteção com quadro exclusivo. Quando o TP auxiliar for utilizado simultaneamente
para alimentação do sistema de proteção e serviços auxiliares deverão existir circuitos distintos para a proteção e serviços auxiliares.
B) Os critérios de ajustes recomendados para proteção de unidades consumidoras são:
1. Unidade temporizada de fase:
l Até 1000kVA liberar a potência em transformação;
l Maior que 1000kVA considerar 1,3 x demanda contratada com fator de potência 0,92.
Estamos seguindo esta recomendação - Valores apresentadosna planilha Resumo
2. Unidade instantânea de fase: 
l I ajuste inst. fase > Iinrush total e;
l I ajuste inst. fase > Maior Icc3ø simétrico na BT.
Estamos seguindo esta recomendação - Valores apresentados na planilha Resumo
3. Curva temporizada de fase:
l A curva escolhida deve proporcionar um tempo máximo de 0,3s para o maior valor da Icc3ø simétrico na baixa tensão;
l No caso de um único transformador adotar a menor curva, desde que fique liberado o Iinrush.
Estamos seguindo esta recomendação - Valores apresentados na planilha Resumo
4. Unidade temporizada de neutro:
l Recomendamos adotar 20% do ajuste da unidade temporizada de fase, desde que esteja abaixo do valor de ajuste de neutro do
religador e;
l Preferencialmente não efetuar ajuste inferior a 10% da corrente nominal do TC, garantindo a precisão do TC.
Estamos seguindo esta recomendação - Valores apresentados na planilha Resumo
5. Unidade instantânea de neutro:
l Preferencialmente adotar 20% do ajuste da unidade instantânea de fase, sendo I ajuste inst. < Icc1ø mínima simétrica no
primário;
Estamos seguindo esta recomendação - Valores apresentados na planilha Resumo
6. Curva temporizada de neutro:
l Adotar a menor curva disponível no rele, pois não há necessidade de coordenar com outra proteção no secundário. 
Estamos seguindo esta recomendação - Valores apresentados na planilha Resumo
7. Quando o ajuste do relé secundário não proteger o transformador (curva de dano), este
deverá ser protegido através da instalação de fusíveis;
Estamos seguindo esta recomendação - Valores apresentados na planilha Resumo
8. Os ajustes adotados devem coordenar com a proteção a montante da Copel.
Estamos seguindo esta recomendação - Valores apresentados na planilha Resumo