PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS - Aula 13 Proteção 21

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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 
Prof. Me. RAIMUNDO CEZAR CAMPOS DO NASCIMENTO
AULA 13 - RELÉ DE DISTÂNCIA (PROTEÇÃO 21)
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RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Os relés de distância (21, segundo o padrão ANSI) são amplamente utilizados para proteção de linhas de transmissão. Através de sinais de tensão e de corrente provenientes dos TPs e TCs, respectivamente. 
Esses relés estimam a impedância desde a sua posição até o ponto em falta. Como a impedância característica por quilômetro de uma LT é relativamente constante, esses relés identificam a distância do ponto em curto-circuito, ou seja, a impedância aparente até esse ponto. 
Além disso, também podem operar utilizando os parâmetros de reatância e admitância até o ponto em falta.
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
A proteção de subalcance se caracteriza pela não operação dos relés de um dado terminal para faltas além do equipamento protegido. Já a proteção de sobrealcance é uma forma de proteção que permite a operação do relé para faltas além do terminal remoto
Zonas de proteção, Subalcance e Sobrealcance
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Na figura se verifica as zonas de proteção de um relé 21 que está protegendo o trecho entre as barras A e B. A linha pontilhada mostra a zona de proteção desejada, onde é ideal que haja a operação instantânea do relé. Como existe um pequeno erro na determinação do ponto de alcance, deve-se considerar uma Zona 1 de subalcance para garantir que não haja alcance além do primeiro trecho da linha A-B.
Zonas de proteção, Subalcance e Sobrealcance
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
O relé de distancia é alimentado por duas grandezas elétricas de entrada: tensão e corrente, fornecidas por TP e TC;
A grosso modo, pode-se dizer que a razão 𝑍 = 𝑉/𝐼 é a impedância vista ou medida pelo relé;
Como a impedância ohm/Km é constante para cada linha de transmissão, então o relé mede a distancia em Km do seu ponto de instalação à falta; 
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Primeira zona (21-Z1): Alcança ate 80% da LT1 a jusante do relé, com temporização instantânea; 
Segunda zona (21-Z2): Alcança 50% da LT2 a jusante do relé, com temporização típica de 0,5 segundos; 
Terceira zona (21-Z3): Alcança 30% da LT3 a jusante do relé, com temporização típica de 1 segundo
AJUSTES
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Para um defeito no ponto P da linha L2 temos as seguintes considerações:
•No momento do defeito a tensão no ponto P é nula.
•As correntes I1 e I2 que circulam nas linhas L1 e L2 podem ser consideradas constantes ao longo das respectivas linhas.
•A tensão cresce a partir do ponto de defeito na direção das fontes G1 e G2, considerando desprezível a resistência do arco.
•A impedância cresce a partir do ponto de defeito na direção das fontes G1 e G2, tal como ocorre com a tensão.
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
O relé R2 não atua a proteção 21, pois vê o curto praticamente ao mesmo tempo que R3, caso necessário atuará a proteção 67
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Os relés de distancia podem ser classificados pelas características de suas zonas de operação. Três tipos básicos de relés são conhecidos, de acordo com as características: 
relé de impedância 
relé de admitância (ou mho)
relé de reatância
Tipos de características de relés de distância
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Indicados para LTs médias; 
Característica operacional afetada pela resistência do arco.
a) Relé de distância tipo impedância
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Indicados para LTs longas;
Característica operacional menos sensível a oscilações indesejáveis de potencia;
Impedância muito superior à impedância de arco-elétrico.
Naturalmente direcional
Relé de distância tipo admitância ou MHO
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Relé de sobrecorrente com restrição direcional. 
Arco-elétrico tem características puramente resistivas, pode afetar a relação R/X do relé; 
Indicado para LTs curtas.
Relé de distância tipo reatância
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Analisar as condições de operação do relé de distância instalado na linha de transmissão da figura abaixo. O ponto F está a 80% do comprimento da linha de transmissão que admite-se corresponder inicialmente ao limite de atuação do relé. As impedâncias estão na base de 100 MVA e 69 kV.
Exemplo
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
De acordo com o sistema a seguir determinar os ajustes dos relés de distância (21) de reatância instalados na subestação A. A carga máxima admitida na LT1 é de 300 MVA, a reatância percentual do transformador de 100MVA/230 kV vale 13%, enquanto sua resistência é de 11% do valor da impedância. A corrente de curto-circuito no barramento A vale 40 kA. Será considerada uma temperatura nos condutores no valor de 55 °C, levando-se em conta que o defeito ocorra na carga leve (na madrugada ou nos fins de semana). Nessas condições, a resistência do condutor é menor, comparada com a carga pesada, ocasionando uma corrente de defeito maior e caracterizando uma condição mais severa.
Exemplo
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Exemplo
RELÉS DE DISTÂNCIA (21)
Considerando o sistema abaixo, calcular os ajustes do relé de distância localizado na SE1. Considerar que as cargas máximas das linhas esta limitada a 85% da capacidade de condução dos cabos e que a temperatura de operação da LT é de 75° C. A corrente de curto-circuito na SE1 é de 19 kA.
Exercício da Semana
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