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ASSUNTO: Curso de Especialização de Proteção de Sistemas Elétricos CEP07 - Tópicos Especiais em Proteção Direitos Reservados: Virtus Consultoria e Serviços Ltda. Autor: Paulo Koiti Maezono Instrutor: Paulo Koiti Maezono Total de Páginas 105 Curso de Especialização de Proteção de Sistemas Elétricos CEP07 - Tópicos Especiais em Proteção INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Eng. Paulo Koiti Maezono Setembro de 2008 INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Índice 2 de 105 SOBRE O AUTOR Eng. Paulo Koiti Maezono Formação Graduado em engenharia elétrica pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo em 1969. Mestre em Engenharia em 1978, pela Escola Federal de Engenharia de Itajubá, com os créditos obtidos em 1974 através do Power Technology Course do P.T.I – em Schenectady, USA. Estágio em Sistemas Digitais de Supervisão, Controle e Proteção em 1997, na Toshiba Co. e EPDC – Electric Power Development Co. de Tokyo – Japão. Engenharia Elétrica Foi empregado da CESP – Companhia Energética de São Paulo no período de 1970 a 1997, com atividades de operação e manutenção nas áreas de Proteção de Sistemas Elétricos, Supervisão e Automação de Subestações, Supervisão e Controle de Centros de Operação e Medição de Controle e Faturamento. Participou de atividades de grupos de trabalho do ex GCOI, na área de proteção, com ênfase em análise de perturbações e metodologias estatísticas de avaliação de desempenho. Atualmente é consultor e sócio da Virtus Consultoria e Serviços S/C Ltda. em São Paulo – SP. A Virtus tem como clientes empresas concessionárias no Brasil e na Colômbia, empresas projetistas na área de Transmissão de Energia, fabricantes e fornecedores de sistemas de proteção, controle e supervisão, Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo e Instituto Presbiteriano Mackenzie. Área Acadêmica Foi professor na Escola de Engenharia e na Faculdade de Tecnologia da Universidade Presbiteriana Mackenzie no período de 1972 a 1987. É colaborador na área de educação continuada do Instituto Presbiteriano Mackenzie, de 1972 até a presente data. Foi colaborador do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas da EPUSP – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo de 1999 a 2002, com participação no atendimento a projetos especiais da Aneel, Eletrobrás e Concessionárias de Serviços de Eletricidade. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Índice 3 de 105 ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................................5 2. HARMÔNICOS – COMPOSIÇÃO DE SENÓIDES ...........................................................................................5 3. CONDIÇÃO NORMAL DE OPERAÇÃO..........................................................................................................12 4. SISTEMA ATERRADO E SISTEMA ISOLADO..............................................................................................14 4.1 CURTO CIRCUITO A TERRA EM SISTEMA ATERRADO E EM SISTEMA ISOLADO ........................16 4.2 TRANSFORMANDO UM SISTEMA ISOLADO EM SISTEMA ATERRADO..........................................20 5. CURTOS-CIRCUITOS.........................................................................................................................................23 5.1 TRIFÁSICO...................................................................................................................................................23 5.2 FASE-TERRA ...............................................................................................................................................29 5.2.1 Uso de componentes seqüenciais para análise .........................................................................................39 5.3 BIFÁSICO .....................................................................................................................................................39 5.4 BIFÁSICO-TERRA.......................................................................................................................................46 6. FASE ABERTA .....................................................................................................................................................53 7. OSCILAÇÃO DE POTÊNCIA ............................................................................................................................57 8. MAGNETIZAÇÃO TRANSITÓRIA DE TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA.........................................58 9. SATURAÇÃO DE TC...........................................................................................................................................61 10. ABERTURA DE SECUNDÁRIO DE TC.......................................................................................................62 11. ENERGIZAÇÃO DE BANCO DE CAPACITORES....................................................................................63 12. FERRORESSONÂNCIA .................................................................................................................................65 12.1.1 Diagnose e Sintomas de Ferroressonância ..........................................................................................65 12.1.2 Ferroressonância Envolvendo Transformadores de Distribuição ou Industriais ................................66 12.1.3 Ferroressonância Envolvendo Banco de Capacitores .........................................................................70 13. EXEMPLOS DE OSCILOGRAMAS DE MÉDIA TENSÃO.......................................................................72 13.1 CURTO-CIRCUITO EM ALIMENTADOR DE DISTRIBUIÇÃO ..............................................................72 INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Índice 4 de 105 Exemplo 1 – Curto Bifásico.....................................................................................................................................72 Exemplo 2 – Condição de Religamento Automático de Alimentador......................................................................80 Exemplo 3 – Curto Circuito Bifásico Terra / Fase Terra em Alimentador .............................................................82 13.2 FASE ABERTA EM REDE DE 22,4 KV .......................................................................................................87 Fase Aberta com Tentativa de Energização de Transformador 22,4 / 1,16 kV.......................................................87 14. EXEMPLOS DE OSCILOGRAMAS DE EXTRA ALTA TENSÃO...........................................................90 14.1 EXEMPLO DE FALTA FASE-TERA EM LINHA DE EXTRA-ALTA TENSÃO ......................................90 14.2 EXEMPLO DE CORRENTE DE MAGNETIZAÇÃO EM BANCO 500 KV EM VAZIO............................98 14.3 EXEMPLO DE CORRENTE DE MAGNETIZAÇÃO TRANSITÓRIA NA ENERGIZAÇÃO DE UM BANCO 500 KV .........................................................................................................................................................100 14.4 EXEMPLO DE CORRENTE DE MAGNETIZAÇÃO TRANSITÓRIA NA ENERGIZAÇÃO DE UM REATOR 500 KV .......................................................................................................................................................101 INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Condição Normal deOperação 5 / 105 1. INTRODUÇÃO O presente trabalho tem a finalidade de apresentar algumas técnicas de análise e interpretação de oscilogramas de ocorrências em sistema elétrico de potência. 2. HARMÔNICOS – COMPOSIÇÃO DE SENÓIDES Utilizando a matemática de Fourier, pode-se mostrar que qualquer forma de onda pode ser representado por uma somatória de uma série de senóides de amplitudes e frequências diversas. Faz-se a seguir, exemplos de composição de senóides e suas resultantes. Segunda Harmônica As figuras a seguir mostram uma onda fundamental e sua segunda harmônica, separadamente e somados. -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 Hz Po r U ni da de SENOIDES - FUNDAMENTAL E SEGUNDA HARMONICA -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 Hz Po r U ni da de FORMA DE ONDA COM 70% DE SEGUNDA HARMONICA INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Condição Normal de Operação 6 / 105 Observa-se que a resultante não é simétrica com relação ao eixo do tempo (horizontal). Terceira Harmônica -1 -0.5 0 0.5 1 2 Ciclos em 60 Hz P or U ni da de Senoide com Terceira Harmonica -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 Hz P or U ni da de Fundamental com 40% de Terceira Harmonica Observa-se que neste caso a resultante é simétrica com relação ao eixo do tempo. As harmônicas de ordem ímpar dão resultantes simétricos com relação ao eixo horizontal. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Condição Normal de Operação 7 / 105 Segunda com Quarta Harmônicas -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 hz Po r U ni da de SENOIDE COM SEGUNDA E QUARTA HARMONICAS -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 hz Po r U ni da de FUNDAMENTAL COM 60% DE SEGUNDA E 20% DE QUARTA HARMONICA INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Condição Normal de Operação 8 / 105 Quinta Harmônica -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Po r U ni da de Dois Ciclos em 60 Hz SENOIDE COM QUINTA HARMONICA -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 Hz Po r U ni da de FUNDAMENTAL COM 30% DE QUINTA HARMONICA INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Condição Normal de Operação 9 / 105 Sétima Harmônica -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 Hz Po r U ni da de SENOIDE COM SETIMA HARMONICA -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 Hz Po r U ni da de FUNDAMENTAL COM 30% DE SETIMA HARMONICA INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Condição Normal de Operação 10 / 105 Nona Harmônica -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 Hz P or U ni da de SENOIDE COM NONA HARMONICA -1 -0.5 0 0.5 1 FUNDAMENTAL COM 30% DE NONA HARMONICA Dois Ciclos em 60 Hz Po r U ni da de INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Condição Normal de Operação 11 / 105 Fundamental com Harmônicas de Ordem Impar -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 Hz Po r U ni da de SENOIDE COM TERCEIRA, QUINTA, SETIMA E NOHA HARMONICAS -1 -0.5 0 0.5 1 Dois Ciclos em 60 Hz Po r U ni da de FUNDAMENTAL COM 20% DE 3h, 30% DE 5h, 20% de 7h e 10% de 9h A forma de onda acima pode estar mascarada devido à simulação utilizada para gerá-la, com quantidade insuficiente de amostragens por segundo por ciclo. Mas é uma maneira de mostrar que, eventualmente, um registrador com baixa taxa de amostragem pode registrar uma forma de onda semelhante. O importante a observar é que, através da matemática de Fourier é possível representar as distorções de onda observadas no Sistema Elétrico. Na realidade INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Condição Normal de Operação 12 / 105 não é o sistema que “gera” harmônicos. Há formas de onda deformadas em função dos núcleos (não lineares), saturação, componentes dc, oscilação natural de circuitos LC, etc. Essas formas é que são representadas MATEMATICAMENTE pela série de Fourier, composta de harmônicos. Mas, no sentido prático habituou- se a dizer que o sistema gera “harmônicos”. 3. CONDIÇÃO NORMAL DE OPERAÇÃO Carga normal – condição de equilíbrio As senóides a seguir representam um sistema trifásico equilibrado. Graus90 180 Va Ia (- 30o) 270 360 30o -500000 -250000 0 250000 500000 Graus90 180 Va VcVb 270 360 Ciclos 1 32 Ciclos1 32 Tensão e Corrente na Fase A, com carga indutiva (corrente atrasada) INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Condição Normal de Operação 13 / 105 A carga no caso é indutiva (corrente atrasada). Em geral, em condições equilibradas e principalmente na Alta Tensão, as formas de onda estão bastante próximas do mostrado, bom baixíssimo desequilibro. O mesmo sistema trifásico equilibrado anterior pode ser representado por fasores (vetores), uma vez que nem sempre é prático o desenho de senóides. 0 45 90 135 180 225 270 315 Va Vb Vc Ic Ia Ib 30 graus INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 14 / 105 4. SISTEMA ATERRADO E SISTEMA ISOLADO A seguinte classificação se aplica à parte do sistema elétrico cuja característica é o modo de aterramento de neutro de transformadores e máquinas rotatórias desta parte: • Sistema Solidamente Aterrado • Sistema Aterrado Através de Resistência • Sistema Aterrado Através de Reatância • Sistema Isolado As figuras a seguir mostram esquematicamente os conceitos de aterramento. Sist. Solidadamente Aterrado Sist. Aterrado por Resistência Sist. Aterrado por Reeatância Sist. Isolado Sist. Isolado O ponto de aterramento pode ser provido por um gerador, um transformador ou um transformador de aterramento. A tabela a seguir mostra a diferença entre esses sistemas. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 15 / 105 Sistema Corrente de Curto Circuito à Terra em % da Corrente de Curto Circuito Trifásico Sobretensões Transitórias Segregação Automática do Ponto de Curto Circuito Pára-raios Observações Solidamente Aterrado Pode ser 100%, com variações para mais ou menos Não Excessivo Sim. Permite Seletividade para sobrecorrente. Tipo Neutro Aterrado (tensão nominal Fase – Neutro) Geralmente usado em tensões primárias de Distribuição e Acima. Também para circuitos secundários de 600 V e abaixo. Aterrado por Reatância (Baixa Reatância) Essencialmente Solidamente Aterrado 25 a 100% para reatores de baixa reatância Não Excessivas Sim. Permite Seletividade. Tipo neutro aterrado se corrente superior a 60% Geralmente usado em tensões primárias de Distribuição e Acima.Também para circuitos secundários de 600 V e abaixo. Aterrado por Reatância (Alta Reatância) 5 a 25% para reatores de alta reatância. Muito Altas Permite Seletividade com dificuldade. Tipo neutro não aterrado (tensão de linha) Não usado devido às excessivas sobretensões transitórias Aterrado por Resistência 5 a 20% Não Excessivas Permite Seletividade com dificuldade. Tipo neutro não aterrado (tensão de linha) Geralmente usado para sistemas industriais de 2,4 a 15 kV. Isolado Menor que 1% Muito Altas Não. Tipo neutro não aterrado (tensão de linha) Usado apenas em ambientes restritos, com baixa possibilidade de sobretensões transitórias. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 16 / 105 4.1 CURTO CIRCUITO A TERRA EM SISTEMA ATERRADO E EM SISTEMA ISOLADO Curto-circuito Fase-Terra em Sistema Solidamente Aterrado Na ocorrência de curto-circuito de uma fase à terra, num sistema solidamente aterrado não há, praticamente, deslocamento do ponto de terra do neutro para a terra, conforme mostra a figura a seguir para um curto circuito da fase A para a terra: VaN =0 Vb N Vc N Vc Vb Va Não há (praticamente) deslocamento de neutro Curto Fase-Terra num Sistema Solidamente Aterrado Isto é, o potencial da fase em curto-circuito vai para o nível de potencial da terra que estará no nível de potencial do ponto neutro do sistema elétrico. Neste caso, a corrente de curto-circuito Fase-Terra é relativamente grande, dependendo do ponto de curto-circuito, com condições de fundir elos fusíveis de proteção ou atuar relés de proteção. É o que ocorre numa rede de subtransmissão ou de distribuição de uma empresa concessionária de serviços de eletricidade. Curto-circuito Fase-Terra em Sistema Aterrado por Resistência (sistema industrial) Na ocorrência de curto-circuito de uma fase à terra, num sistema aterrado por resistência (como num sistema industrial em média tensão), há deslocamento INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 17 / 105 parcial do ponto de terra do neutro para a terra, conforme mostra a figura a seguir para um curto circuito da fase A para a terra: VaN =0 Vb N Vc N Vc Vb Va Deslocamento de Neutro parcial Curto Fase-Terra num Sistema Aterrado por Resistência Isto é, o potencial da fase em curto-circuito estará com potencial da terra, mas deslocado do ponto de neutro do sistema elétrico. Neste caso, a corrente de curto-circuito Fase-Terra é menor do que aquele para sistema solidamente aterrado (dependendo do valor da resistência de aterramento do neutro do transformador) dependendo, também, do ponto de curto-circuito. Ainda pode haver condição de fundir elos fusíveis de proteção ou atuar relés de proteção. É o que ocorre num ramal / circuito em média tensão de uma instalação industrial. Curto-circuito Fase-Terra em Sistema Isolado Na ocorrência de curto-circuito de uma fase à terra, num sistema isolado, a fase em curto estará no potencial da terra, mas há deslocamento total do ponto neutro para esse potencial da terra, conforme mostra a figura a seguir para um curto circuito da fase A para a terra: INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 18 / 105 VaN =0 Vb N Vc N Vc Vb Va Há total deslocamento de neutro Vab Vbc Vca Neste caso, a corrente de curto-circuito Fase-Terra é desprezível de ponto de vista de proteção (não detectado por relé ou elo fusível). Mas há corrente suficiente para causar danos em animais ou humanos. É o que ocorre num ramal / circuito em média tensão de uma instalação industrial. As tensões fase-neutro passarão a valer: Va = 0 (esta fase estará no potencial da terra) Vb = Vab (tensão de linha, √3 vezes maior que a tensão de fase-neutro) Vc = -Vca (tensão de linha, √3 vezes maior que a tensão de fase-neutro) As tensões de linha, Vba, Vcb, Vac continuarão as mesmas, sendo que as cargas trifásicas alimentadas por este sistema não percebem o aterramento. Isto é, o sistema continua a operar normalmente. Duas das tensões de fase terão um aumento de 73,2%. É porisso que os pára- raios para sistemas isolados são especificados para tensão de linha e não para tensão de fase. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 19 / 105 Va VcVb Tensões Fase - Neutro de um Sistema Isolado com Curto-Circuito da fase A à Terra O ângulo entre as fases b e c passará de 120 graus para 60 graus. Por outro lado, deve-se observar que a corrente de curto circuito existirá em quantidade pequena, devido às capacitâncias do sistema, conforme ilustra a figura a seguir. Tanto maior a corrente, quanto maior a capacitância do circuito, por exemplo constituído de cabos isolados. A corrente é pequena, não detectado por relés de proteção, mas perigosos para humanos e animais. Portanto um sistema isolado só é recomendado para ambientes controlados (serviço auxiliar de subestação ou sistema industrial), onde a interrupção por um curto fase-terra simples é indesejado para se manter a continuidade do suprimento. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 20 / 105 4.2 TRANSFORMANDO UM SISTEMA ISOLADO EM SISTEMA ATERRADO Para transformar um sistema isolado (por exemplo, alimentado por um enrolamento Delta de um transformador de transmissão), há necessidade de prover um ponto de terra que possa servir de caminho para corrente de curto-circuito para terra. Lado sem ponto de terra (Isolado) Sistema Aterrado (através de TR de Aterramento) TR Aterramento Conexão Zig-Zag TRANSFORMADOR DE ATERRAMENTO Trata-se de um transformador que tem a finalidade de prover ponto de terra para um sistema que era isolado e passa a ser aterrado. Se o transformador de aterramento não tiver resistência no seu neutro, então o sistema resultante será “solidamente aterrado”. Se o transformador de aterramento tiver resistência de aterramento no seu neutro, então o sistema resultante será “aterrado por resistência”. Há dois tipos de transformador de aterramento: INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 21 / 105 - O tranformador “Zig-Zag” - O transformador “Estrela – Delta” Tanto um como outro providencia o ponto de terra, através do aterramento do seu neutro. Mas o essencial, tanto para um como para o outro, é que haja sempre uma “compensação de Ampères x Espiras” para a corrente de terra que irá passar pelo transformador de aterramento. Isto é, não pode haver corrente no enrolamento primário de um transformador, sem a correspondente compensação (corrente) no secundário da mesma fase, de tal modo que N1.I1 = N2.I2. Como se sabe, a corrente de terra (a que passa no neutro) é subdividida em 3 correntes iguais (em módulo e ângulo) nas três fases do sistema. Essa corrente que passa na fase é a chamada corrente de “seqüência zero”. Ou melhor: I Terra = 3. I0 A figura a seguir mostra a compensação num TR Zig Zag: I0 I0 I0 I Terra = 3.I0 N N Em cada fase: +N.I0 - N.I0=0 I0 I0 TR Aterramento Conexão Zig-Zag A figura a seguir mostra uma outra representação de TR ZigZag: INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 22 / 105 I Terra = 3.I0 I0 I0 I0 A figura a seguir mostra a compensação num TR Estrela – Delta: I Terra = 3.I0 I0 I0 I0 I0 I0 I0 INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 23 / 105 5. CURTOS-CIRCUITOS 5.1 TRIFÁSICO Curto-circuito nos terminais de um gerador síncrono Z1g Curto-circuito Trifásico Icc A impedância representada é a de sequência positiva, uma vez que o curto-circuito trifásico ocorre em condições equilibradas. A corrente é quase totalmente indutiva (-90 graus), visto que a impedância do gerador é quase toda indutiva (baixa resistência). Esta reatância do gerador tem, inicialmente, um valor pequeno (reatância subtransitória X”g). Após um certo tempo, seu valor aumenta (reatância transitória X’g). E vai aumentando com o decorrer do tempo, até um valor maior. O oscilograma a seguir mostra a corrente de curto-circuito em uma das fases do gerador síncrono, considerando os períodos subtransitório, transitório e regime. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 24 / 105 -1 -0.5 0 0.5 1 Ciclos em 60 Hz Po r U ni da de CURTO TRIFASICO NOS TERMINAIS DE UM GERADOR SINCRONO A figura acima corresponde a corrente de curto circuito considerando que o mesmo ocorre quando a tensão está passando pelo seu valor de pico, isto é, não há componente dc. Nas outras duas fases, haverá obrigatoriamente componente dc. Assim, o valor máximo de corrente nas outras fases serão multiplicados por fator de assimetria, correspondente ao deslocamento do eixo. A figura a seguir mostra as correntes nas três fases, obtida de um programa de simulação de curto circuito (PSCAD, semelhante ao EMTP), onde se nota o efeito do deslocamento do eixo nas correntes das duas outras fases. Deve-se ressaltar que esses efeitos são mais acentuados em curtos-circuitos próximos à geração, onde os valores de reatância são bem maiores que os valores das resistências. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 25 / 105 Tempo (s) kA -30 -15 +0 +15 +30 kA -30 +0 +30 +60 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 kA -60 -30 +0 +30 Corrente - Fase C Corrente - Fase B Corrente - Fase A Curto-circuito trifásico em algum ponto do sistema elétrico CC Trifásico Z1a Z1b Z1sa Z1sb Icca Iccb Icc A corrente total de curto será limitada pelas impedâncias equivalentes (Z1as + Z1a) em paralelo com (Z1sb + Z1b), todos de sequência positiva. As correntes Icca e Iccb de contribuição dos dois lados podem ser calculadas pelo divisor de correntes. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 26 / 105 Em partes do sistema afastadas da geração, com menor ângulo de curto circuito, os efeitos de reatâncias transitória e sub-transitória das máquinas e do componente dc são bem menos acentuados. Os exemplos a seguir mostram oscilogramas de curto circuito trifásico em linha de transmissão de 138 kV. O oscilograma mostra ainda o religamento automático tripolar deste circuito, ocorrido com sucesso. Observa-se transitórios nas formas de onda das tensões, devido à oscilação de circuito LC conforme já explanado na Parte 1. Trata-se de oscilograma de um registrador “stand alone”. Exemplo 1 – Oscilograma Real de Curto Circuito Trifásico – Com Religamento Automático R CC Trifásico C.1 C.2 Oscilografia SE A SE B INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 27 / 105 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -100000 -0 100000 -100000 -0 100000 -100000 -0 100000 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 IA R P R 1 IB R P R 1 IV R P R 1 VA N R PR 1 VB N R PR 1 VV N R PR 1 Cycles IA RPR1 IB RPR1 IV RPR1 VAN RPR1 VBN RPR1 VVN RPR1 Exemplo 2 – Mesmo Oscilograma com Eventos Trip21T2 Trip 67N TX RPR1 RX RPR1 Ord.Rel. Bloq.Rel 52-14 NF liga 52 Trip 67N Trip21T2 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -100000 -0 100000 -100000 -0 100000 -100000 -50000 0 50000 100000 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 IA R P R 1 IB R P R 1 IV R P R 1 VA N R PR 1 VB N R PR 1 V V N R P R 1 Cycles IA RPR1 IB RPR1 IV RPR1 VAN RPR1 VBN RPR1 VVN RPR1 INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 28 / 105 Os oscilogramas mostrados referem-se a um dos circuitos de uma linha de circuito duplo. O oscilograma a seguir mostra o ocorrido no circuito paralelo, para a mesma ocorrência. Exemplo 3 - Oscilograma no Circuito Paralelo para mesma Ocorrência R C.1 C.2 Oscilografia SE A SE B CC Trifásico -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -100000 -0 100000 -100000 -0 100000 -100000 -0 100000 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 IA L M O 1 IB L M O 1 IV L M O 1 V A N L M O 1 V B N L M O 1 V V N L M O 1 Cycles IA LMO1 IB LMO1 IV LMO1 VAN LMO1 VBN LMO1 VVN LMO1 Observa-se a contribuição do circuito para as correntes de curto circuito e as quedas de tensão nas fases A, B e V. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 29 / 105 5.2 FASE-TERRA Representação e Componentes Simétricos Vamos supor um curto circuito fase-terra no lado da baixa tensão de um transformador em derivação, conforme figura a seguir. Haverá corrente em uma fase do lado estrela aterrado e corrente em duas fases do lado da linha, fora do triângulo. A compensação de ampères espiras (princípio de funcionamento do transformador) explica este fato. Em termos de componentes simétricos, onde se separa o sistema desequilibrado em três sistemas equilibrados, cada um deles com uma característica específica (sequência positiva, negativa e zero), tem-se a seguinte representação: INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 30 / 105 Z1LT Z1TR Z1Sist Z2LT Z2TR Z2Sist Z0LT Z0TR Z0Sist I1LT I2LT I0LT = 0 I0A I0B I0C I1A I1B I1C I2A I2B I2C I0A I1A I2A I0B I1B I2B I0C I1C I2C = IAIB = 0IC = 0 I0A I2A I1A+ 30 Graus - 30 Graus Isto é, há corrente na fase A e não nas duas outras fases. A teoria de cálculo de curto circuito utilizando circuitos equivalentes mostra que as condições de carga, INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 31 / 105 antes do curto-circuito, devem ser somadas às condições calculadas de curto- circuito para se obter as correntes das fases. No lado da LT, lado de alta tensão do transformador, não há corrente de sequência zero,mas apenas de sequência positiva e negativa. Considerando que há rotação de –30 Graus para a sequência positiva e + 30 graus para a sequência negativa, temos: Z1LT Z1TR Z1Sist Z2LT Z2TR Z2Sist Z0LT Z0TR Z0Sist I1LT I2LT I0LT = 0 I1A I1B I1C I2A I2B I2C I0A I2A I1A+ 30 Graus - 30 Graus I1ALT I1BLT I1CLT I2ALT I2BLT I2CLT + 30 Graus - 30 Graus IBLT = 0 I1BLT I2BLT I1ALT I2ALT I1CLT I2CLT IALT ICLT Na LT No Lado BT(Curto) Na LT Comprova-se que há corrente em duas fases, sendo opostas. Em grandeza por unidade, o valor é 1,732 vezes o valor p.u. da corrente de curto do lado da BT. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 32 / 105 Oscilograma Simulado A figura a seguir mostra um oscilograma simulado para um curto circuito fase-terra em linha radial, logo na saída de linha: -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -10 0 10 -10 0 10 4 8 12 IA IB IC 3I 0 VA (k V) V C (k V ) V B (k V ) Cycles IA IB IC 3I0 VA(kV) VC(kV) VB(kV) Observa-se que há elevação de corrente na fase em curto (A), aparecimento de corrente de terra (3.i0) e queda de tensão na fase A. O fato da tensão cair a zero mostra que o curto circuito ocorreu logo na saída de linha. O exemplo simulado a seguir mostra um curto circuito fase terra no meio da linha de transmissão, havendo impedância entre o ponto de curto circuito e o ponto de localização do registrador: Oscilograma Simulado -1000 0 1000 -1000 0 1000 -1000 0 1000 -1000 0 1000 -10 0 10 -10 0 10 4 8 12 IA IB IC 3I 0 V A (k V ) V C (k V ) V B (k V ) Cycles IA IB IC 3I0 VA(kV) VC(kV) VB(kV) Observa-se neste caso que a tensão na fase A, em curto circuito, não cai a zero, o que mostra que o ponto de curto-circuito não é na saída de linha. Note as correntes INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 33 / 105 da fase A e de terra (3.I0) em fase, o que reforça o fato de que o curto circuito é do tipo fase-terra. Exemplo 1 de Oscilograma Real O CC Fase-Terra Oscilografia SE A SE B -25000 0 25000 -25000 0 25000 -25000 0 25000 -25000 0 25000 -200000 0 200000 -200000 0 200000 44 48 52 56 60 64 68 72 Cycles IL1 LINEA 826 IL2 LINEA 826 IL3 LINEA 826 In LINEA 826 VL1 LINEA 826 VL3 LINEA 826 VL2 LINEA 826 O exemplo acima é de uma linha de transmissão 230 kV e o oscilograma provém de um registrador “stand alone”. Transitório em alta frequência pode ser observada na onda de tensão da fase onde ocorreu o curto circuito. Exemplo 2 de Oscilograma Real INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 34 / 105 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 0 0 4 8 12 Cycles Ia Juanchito Ib Juanchito Ic Juanchito In Juanchito Ua Juanchito Ub Juanchito Uc Juanchito Este já é um oscilograma onde os transitórios estão um pouco atenuados. Observa- se na corrente de curto-circuito a influência da componente dc. Observa-se também ligeiro aumento de corrente na fase boa C. Exemplo 3 de Oscilograma Real – Com Religamento Automático O exemplo a seguir mostra curto-circuito fase terra em uma linha de transmissão de 138 kV, com religamento automático tripolar. CC Fase-Terra Fase A SE A SE B R Fase B Fase C Desligamento pela Proteção e Religamento Automático Tripolar INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 35 / 105 -1000 0 1000 -1000 0 1000 -1000 0 1000 -1000 0 1000 -100000 0 100000 -100000 0 100000 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 80 84 88 92 96 IA B R P c2 IB B R P c2 IV B R P c2 IN B R P c2 VB B R Pc 2 VV B R Pc 2 VA B R Pc 2 Cycles IA BRPc2 IB BRPc2 IV BRPc2 IN BRPc2 VB BRPc2 VV BRPc2 VA BRPc2 Exemplo 4 de Oscilograma Real -1000 0 1000 -2500 0 2500 -1000 0 1000 -2500 0 2500 -250 0 250 -250 0 250 4 8 IA IB IC IR V A V C V B Cycles IA IB IC 3I0 VA VC VB O oscilograma anterior tem uma taxa de amostragem menor que os anteriores. O arredondamento dos transitórios é evidente. Observa-se que a tensão na fase B (em falta) cai muito pouco. Significa que o curto-circuito encontra-se “longe” e é uma área de forte geração. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 36 / 105 Exemplo 5 de Oscilograma Real -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -200 0 200 -200 0 200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 IA IB IC 3I 0 V A V C V B Cycles IA IB IC 3I0 VA VC VB Neste oscilograma quase não se percebe que houve curto circuito. É um caso em que a corrente de carga é da mesma ordem de grandeza da corrente de curto circuito, distante. Apenas a existência da corrente de terra (amplificada na escala do software de análise) demonstra a existência de curto-circuito Fase-Terra. Exemplo 6 de Oscilograma Real -250 0 250 500 -250 0 250500 -250 0 250500 0 500 -100 0 100 -100 0 100 4 8 12 IA IB IC IR V B V C V A Cycles IA IB IC IR VB VC VA Este já é um caso de curto-circuito fase terra bem próximo ao local onde está instalado o registrador. Nota-se queda quase total na fase em curto. A corrente de curto circuito é bem maior que a corrente de carga. A taxa de amostragem é bem baixa. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 37 / 105 Exemplo 7 de Oscilograma Real R CC Fase-Terra EXTERNO Oscilografia SE ASEB -1000 -0 1000 -1000 -0 1000 -1000 -0 1000 -1000 -0 1000 -200000 0 200000 -200000 0 200000 4 8 12 Ia A tr Ib A tr Ic A tr In A tr U a A tr U b At r U c At r Cycles Ia Atr Ib Atr Ic Atr In Atr Ua Atr Ub Atr Uc Atr Este é um caso bem interessante. Um transformador está energizado em vazio. Ocorre curto-circuito fase-terra em alguma linha próxima. O enrolamento do transformador é estrela aterrada no lado da AT e deve possuir terciário em triângulo. O oscilograma é registrado por um relé do transformador, com TC’s e TP’s do lado da AT. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 38 / 105 Fonte Transformador em derivação Energizado em vazio. Transmissão O transformador contribui com corrente de sequência zero para o curto externo. Veja I0A, I0B , I0C iguais entre si. A sua soma é a corrente de neutro 3I0. Percebe-se também que este oscilograma foi adquirido com uma taxa de amostragem um pouco maior que os anteriores, registrando-se algum transitório. Exemplo 8 de Oscilograma Real -500 0 500 -500 0 500 -500 0 500 -100 0 100 -50 0 50 -50 0 50 4 8 12 IA IB IC 3I0 VA V B V C Cycles IA IB IC 3I0 VA VB VC Também este caso é um oscilograma registrado por relé do transformador. Trata-se de um curto-circuito fase-terra externo ao transformador. Note que praticamente não houve queda de tensão na fase afetada. E que as correntes nas fases boas aumentaram por influência do curto-circuito. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 39 / 105 5.2.1 Uso de componentes seqüenciais para análise Para cada um dos oscilogramas acima, pode-se utilizar o software de análise para observar as componentes simétricas (I1, I2 e I0). Nunca estão exatamente como na teoria pois há influência da carga. Mas dão uma boa indicação do tipo de curto circuito, caso a análise da forma de onda não for conclusiva. Para um curto-circuito fase-terra, num dado trecho onde há corrente de curto e conectado eletricamente à parte do sistema com curto (sem transformador no caminho), as seqüências positiva, negativa e zero da corrente da fase em curto estão aproximadamente em fase entre si. O estudo da teoria de componentes simétricos e a cuidadosa análise das condições de curto circuito no ponto onde está instalado o registrador é uma exigência para alguns casos não muito explícitos, onde a simples visualização das formas de onda não permite conclusões. 5.3 BIFÁSICO Representação e Componentes Simétricos Vamos supor um curto circuito bifásico no lado da baixa tensão de um transformador em derivação, conforme figura a seguir. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 40 / 105 Haverá corrente em DUAS fase do lado estrela aterrado e corrente nas três fases do lado da linha, fora do triângulo, sendo que em uma delas a corrente é o dobro das outras duas. A compensação de ampères espiras (princípio de funcionamento do transformador) explica este fato. Em termos de componentes simétricos, onde se separa o sistema desequilibrado em três sistemas equilibrados, cada um deles com uma característica específica (sequência positiva, negativa e zero), tem-se a seguinte representação: Z1LT Z1TR Z1Sist Z2LT Z2TR Z2Sist I1LT I2LT I1A I1B I1C I1A I2A IA = 0 I2A I1A + 30 Graus - 30 Graus V1A V2A I2A I2C I2B I1C I2C IC I1B I2B IB No lado da Baixa Tensão há corrente nas fases B e C (curto circuito entre estas fases) opostas entre si. Não há componente de sequência zero pois o curto-circuito não envolve terra. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 41 / 105 Tensões Quanto às tensões de fase no PONTO DE CURTO-CIRCUITO, a análise de componentes simétricas mostra o seguinte: Z1LT Z1TR Z1Sist Z2LT Z2TR Z2Sist I1LT I2LT I2A I1A + 30 Graus - 30 Graus V1A V2A LADO BT V1B V1A V1C V2C V2A V2B V1BV1A V1C V2C V2A V2B VB VC VA As tensões VB e VC tornam-se iguais com relação ao neutro (o que era de se esperar pois estão em curto-circuito). E a tensão VA está em oposição de fase, com o dobro do módulo. Deve-se atentar para o fato de que isso ocorre apenas no ponto em curto-circuito. Quanto mais afastado o ponto de registro oscilográfico, começam a aparecer diferenças de potencial entre as fases B e C e variação de ângulo nas três fases. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 42 / 105 Lado da Alta Tensão No lado da LT, lado de alta tensão do transformador deverá haver corrente nas três fases, conforme já visto. Considerando que há rotação de –30 Graus para a sequência negativa e + 30 graus para a sequência positiva, temos: Z1LT Z1TR Z1Sist Z2LT Z2TR Z2Sist I1LT I2LT I1A I1B I1C I2A I1A + 30 Graus - 30 Graus V1A V2A I2A I2C I2B I1C I2CIC I1A I1B I1C I2A I2C I2B I2A I1A IA I1B I2B IB + 30 GRAUS - 30 GRAUS LADO BTLADO AT Comprova-se que há corrente iguais em duas fases e o dobro dessas na outra fase. Oscilograma Simulado INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 43 / 105 -2500 0 2500 -2500 0 2500 -2500 0 2500 -10 0 10 -10 0 10 -10 0 10 4 8 12 IA IB IC VA (k V) VB (k V) VC (k V) Cycles IA IB IC VA(kV) VB(kV) VC(kV) Trata-se de simulação de curto circuito bifásico logo na saída da linha. Verifica-se as correntes B e C em oposição, as tensões B e C em fase e a tensão A em oposição com o dobro do valor. Oscilograma simulado para curto bifásico distante -1000 0 1000 -1000 0 1000 -1000 0 1000 -10 0 10 -10 0 10 -10 0 10 4 8 12 IA IB IC V A (k V ) V B (k V ) V C (k V ) Cycles IA IB IC VA(kV) VB(kV) VC(kV) A diferença agora é que as tensões B e C não estão em fase, nem poderiam estar, pois há a diferença de potencial desde o ponto de registro até o ponto de curto circuito. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 44 / 105 Oscilograma Real – Exemplo 1 -5000 0 5000 -5000 0 5000 -5000 0 5000 -0 1000 2000 -25 0 25 -25 0 25 4 8 12 IA IB IC 3I 0 V A V C V B Cycles IA IB IC 3I0 VA VC VB Trata-se de um curto-circuito bifásico em linha de transmissão 230 kV em local muito próximo àquele da medição. A menos dos transitórios e da ligeira discordância de pólos do disjuntor quando da abertura, o oscilograma é bastante semelhante ao oscilograma simulado. A discordância de pólos do disjuntor, na abertura, é comprovado pelo aparecimento da corrente de terra (3I0) quando da abertura. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 45 / 105 Oscilograma Real – Exemplo 2 – De Oscilógrafo Stand Alone -10 0 10 -10 0 10 -10 0 10 -200 -0 200 -200 -0 200 -200 -0 200 4 8 12 IA -E 1 IB -E 1 IC -E 1 U A N -E 1 U B N -E 1 U C N -E 1 Cycles IA -E1 IB -E1 IC -E1 UAN-E1 UBN-E1 UCN-E1 Trata-se também de um curto-circuito bifásico em linha de transmissão 230 kV. Verifica-se que houve atuação muito rápida da proteção, com abertura do disjuntor local em cerca de 2,5 ciclos. O disjuntor da outra extremidade da linha desligou em cerca de 5,5 ciclos. Nota-se que houve registro de transitórios, referentes às oscilações LC à frequência natural, com alguma atenuação. Trata-se de oscilógrafo stand alone, com taxa de amostragem não muito alta. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 46 / 105 5.4 BIFÁSICO-TERRA Representação e Componentes Simétricos Vamos supor um curto circuito bifásico-terra no lado da baixa tensão de um transformador em derivação, conforme figura a seguir. Haverá corrente em DUAS fase do lado estrela aterrado e corrente nas três fases do lado da linha, fora do triângulo, como será mostrado na análise de componentes simétricos. Em termos de componentes simétricos tem-se a seguinte representação: INTERPRETAÇÃODE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 47 / 105 I1A I1B I1C I1A I2A IA = 0 I2A I2C I2B I1C I2C IC I1B I2B IB Z1LT Z1TR Z1Sist Z2LT Z2TR Z2Sist I1LT I2LT I2AI1A+ 30 Graus - 30 Graus V1A V2A Z0LT Z0TRZ0Sist I0LT = 0 I0A V0A I0A I0C I0B I0A I0B I0C Na fase A, as correntes de sequência negativa e zero, somadas, compensam a corrente de sequência positiva. No lado da Baixa Tensão há corrente nas fases B e C (curto circuito entre estas fases) defasados entre si. O ângulo de desafasamento será menor que 120 graus se a corrente de sequência zero for maior que a de sequência negativa. Será maior que 120 graus se ocorrer o inverso. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 48 / 105 Tensões Quanto às tensões de fase no PONTO DE CURTO-CIRCUITO, a análise de componentes simétricas mostra o seguinte: Z1LT Z1TR Z1Sist Z2LT Z2TR Z2Sist I1LT I2LT I2AI1A+ 30 Graus - 30 Graus V1A V2A Z0LT Z0TRZ0Sist I0LT = 0 I0A V0A LADO BT V1B V1A V1C V2C V2A V2B V1B V1A V1C V2C V2A V2B VB = 0 VA V0A V0CV0B V0A V0B V0C VC = 0 As tensões entre fase e neutro VB e VC tornam-se iguais a zero pois estão em curto-circuito com a TERRA. Deve-se atentar para o fato de que isso ocorre apenas no ponto em curto-circuito. Quanto mais afastado o ponto de registro oscilográfico, começam a aparecer diferenças de potencial e variação de ângulo nas três fases. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 49 / 105 Lado da Alta Tensão No lado da LT, lado de alta tensão do transformador haverá corrente nas três fases, conforme mostrado a seguir. Considerando que há rotação de –30 Graus para a sequência negativa e + 30 graus para a sequência positiva, temos: I1A I1B I1C I2A I2C I2B Z1LT Z1TR Z1Sist Z2LT Z2TR Z2Sist I1LT I2LT I2AI1A+ 30 Graus - 30 Graus V1A V2A Z0LT Z0TRZ0Sist I0LT = 0 I0A V0A I0A I0C I0B LADO BT + 30 GRAUS LADO AT - 30 GRAUS I1A I1B I1C I2A I2C I2B I1B I2B IB I1C I2C IC I1AI2A IA INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 50 / 105 Oscilograma Simulado -10000 0 10000 -10000 0 10000 -10000 0 10000 -2500 0 2500 -10 0 10 -10 0 10 4 8 12 IA IB IC 3I 0 VA (k V) Cycles IA IB IC 3I0 VA(kV) VC(kV) VB(kV) Observa-se tensão fase-neutro igual a zero nas fases em curto-circuito (B e C). Observa-se IA = 0. Há defasamento entre IB e IC menor que 180 graus e maior que 120 graus. Oscilograma simulado para curto distante -2500 0 2500 -2500 0 2500 -2500 0 2500 -1000 0 1000 -10 0 10 -10 0 10 4 8 12 IA IB IC 3I 0 V A (k V ) VC (k V) V B( kV ) Cycles IA IB IC 3I0 VA(kV) VC(kV) VB(kV) Observa-se agora que há tensão nas fases em curto circuito no ponto de medição. Têm o mesmo módulo porém já defasados. A qualquer instante, IA + IB + IC = 3.I0, como ensina a teoria. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 51 / 105 Oscilograma real – exemplo 1 0 2000 0 2000 0 2000 -1000 0 1000 -100 0 100 -100 0 100 4 8 12 IA IB IC IR VB VC V A Cycles IA IB IC IR VB VC VA Trata-se de um curto-circuito bifásico terra bem próximo ao ponto de medição, entre as fases A e C de uma linha de 230 kV. Agora, na prática, observa-se a influência do componente dc na fase A. Verifica-se também que o ângulo entre as correntes A e C está em torno de 120 graus. Este oscilograma é de registrador incorporado a relé de proteção. Observa-se atenuação nos transitórios. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Curtos-circuitos 52 / 105 Oscilograma real – Exemplo 2 Mesmo curto-circuito anterior, medido através de um registrador stand alone. -2500 0 2500 -2500 0 2500 -2500 0 2500 -2500 0 2500 -200000 0 200000 -200000 0 200000 4 8 12 Cycles Current IL1L814R Current IL2L814R Current IL3L814R Current INL814R Voltage VL2 L814 Voltage VL3 L814 Voltage VL1 L814 Verifica-se uma melhor resposta a transitórios em vista da maior taxa de amostragem. Alguma inversão em polaridades de correntes e tensões é observada. Significa que é apenas uma questão de conexão em cada registrador, das mesmas grandezas. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Fase Aberta 53 / 105 6. FASE ABERTA Representação e Componentes Simétricos Vamos supor que ocorra uma fase aberta num disjuntor de linha de transmissão, conforme o diagrama a seguir. Disjuntor B com 1 fase aberta Disjuntor A normal A B ZL ZX ZY A menos da corrente capacitiva, haverá interrupção da corrente de carga através da fase aberta. Em termos de componentes simétricos, onde se separa o sistema desequilibrado em três sistemas equilibrados, cada um deles com uma característica específica (sequência positiva, negativa e zero), tem-se a seguinte representação: INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Fase Aberta 54 / 105 Z1LZ1X Z2L Z2X I1LT I2LT I0LT = 0 Z1Y Z2Y Z0L Z0X Z0Y Z1L Z1X I1LT Z1Y - I2LT - I0LT Isto é, haverá aparecimento de correntes de sequência positiva, negativa e zero de acordo com a configuração do sistema. Os valores dessas correntes dependem do fluxo de potência em sequência positiva que havia no sistema antes da ocorrência da abertura de uma fase. Uma boa prática é impor uma corrente de sequência positiva (I1L) de 1 p.u. e calcular quanto seriam as correntes de sequência negativa e zero (I2L e I0L) através do circuito equivalente mostrado acima. Conhecendo-se as impedâncias de sequência negativa e zero do sistema, o cálculo seria um simples divisor de corrente. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Fase Aberta 55 / 105 Assim, ter-se-ia a porcentagem, em relação à sequência positiva, das correntes de sequência negativa e zero. Esses valores podem, então ser utilizados como referências para ajustes nas proteções. Observa-se que tanto os relés que detectam corrente de terra como os que detectam sequência negativa podem servir para detectar a fase aberta. Oscilograma Simulado O oscilograma a seguir foi simulado para um caso de fase aberta de disjuntor de linha radial, com todas as cargas ligadas em triângulo na alta tensão (sem fonte de sequência zero), conforme mostra a figura a seguir. Z1LZ1X Z2L Z2X I1LT I2LT I0LT = 0 Z1Y Z2Y Z0L Z0X Z1L Z1X I1LT Z1Y - I2LT I0 = 0 Nessas condições, não haverá corrente de sequência zero mas apenas a de sequência negativa. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Fase Aberta 56 / 105 -250 0 250 -250 0 250 -250 0 250 -250 0250 0 100 200 -10 0 10 4 8 12 IA IB IC IN I2 M ag Cycles IA IB IC IN I2Mag VC(kV) VB(kV) VA(kV) Para casos práticos em sistemas de alta tensão (transmissão), entretanto, sempre haverá fontes de sequência zero – de modo que uma fase aberta estará associada ao aparecimento das correntes de sequência negativa e zero. Caso de Duas Fases Abertas A simulação para o caso de duas fases abertas é bastante semelhante ao do curto- circuito fase terra, isto é, os circuitos estarão em série. Z1L Z1X I1LT Z1Y I2LTI0LT Z0 Equivalente Z2 Equivalente Isto é, I1 = I2 = I0. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Oscilação de Potência 57 / 105 7. OSCILAÇÃO DE POTÊNCIA Oscilograma real -2000 0 2000 -2000 0 2000 -2000 0 2000 -250 -0 250 -250 -0 250 -250 -0 250 4 8 12 16 20 24 IA IB IC V A V B V C IA IB IC VA VB VC Uma característica típica da oscilação de potência é que as 3 fases variam simultaneamente segundo uma envoltória. Isso pode ser observado com maior clareza no oscilograma seguinte. Mesmo Oscilograma Juntando Tensões e Correntes ZAB 2 4 4 2 ZBC 2 4 4 2 ZCA 2 4 4 2 -2000 0 2000 0 500 1000 -250 0 250 -500 -250 0 250 0 4 8 12 IA IB IC 3I 0 VC V B VA 3V 0 D ig ita ls Cycles IA IB IC 3I0 VC VB VA 3V0 INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Magnetização Transitória 58 / 105 8. MAGNETIZAÇÃO TRANSITÓRIA DE TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA Oscilogramas simulados (PSCAD semelhante ao EMTP) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000 2500 Tempo (s) Ia , I b, Ic (A ) Correntes de Magnetização de Trafo 500/230/60 kV - 450 MVA 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Tempo (s) Te ns ão fa se A e m p .u . Tensão da Fase A durante Magnetização Transitória INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Magnetização Transitória 59 / 105 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Tempo (s) Fl ux o em p .u . Fluxos Nos Núcleos - Magnetização Transitória Oscilograma real – Exemplo 1 -500 0 500 -500 0 500 -500 0 500 -100 -50 0 0250 500 750 -50 0 50 4 8 12 IA IB IC 3I 0 IA M ag IB M ag IC M ag VC V B VA Cycles IA IB IC 3I0 IAMag IBMag ICMag VC VB VA Verifica-se arredondamento na resposta para transitórios, devido à taxa de amostragem baixa no registrador de relé de proteção. Oscilograma real – Exemplo 2 INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Magnetização Transitória 60 / 105 -500 0 500 -500 0 500 -500 0 500 0 250 500 0500 1000 -100 0 100 4 8 12 IA IB IC 3I 0 IB M ag IA M ag IC M ag VB V C V A Cycles IA IB IC 3I0 IBMag IAMag ICMag VB VC VA Neste oscilograma observa-se arredondamento ainda maior. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Saturação de TC 61 / 105 9. SATURAÇÃO DE TC Resposta de TC em condição normal, sem saturação 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 -4 -2 0 2 4 Ip rim / 40 0 A RESPOSTA DO TC PARA CORRENTE PRIMÁRIA NÃO DESLOCADA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 -0.4 0 0.4 0.8 1 P. U . d e Fl ux o (T C Sa tu ra c om 1 0 p. u. ) Resposta de TC com saturação devido a componente dc (simulado) 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -2 0 2 4 6 8 Tempo (s) Ip rim / 40 0 A Saturação de TC - Corrente Primária x Secundária 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -5 0 5 10 15 Tempo (s) P .U . d e Fl ux o no T C INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Abertura de Secundário de TC 62 / 105 10. ABERTURA DE SECUNDÁRIO DE TC Oscilograma simulado 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -400 -200 0 200 400 Az ul : I pr im / 40 0 Ve rd e: V ol ts s ec un dá rio s Abertura de Secundário de TC com Corrente de Carga 0 0.05 0.1 0.15 0.2 -20 -10 0 10 20 Tempo (s) Fl ux o no N úc le o em p .u . Todos conhecem os perigos de um TC aberto. Verifica-se saturação de núcleo e tensão elevada no secundário aberto. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Energização de Banco de Capacitores 63 / 105 11. ENERGIZAÇÃO DE BANCO DE CAPACITORES Oscilograma Simulado no EMTP 0 20000 0 20000 0 20000 0 10000 20000 05000 10000 15000 0 5000 10000 15000 4 8 Cycles Exemplo de Transitório de Energização Referência: Thomas Grebe, Eletrotek Concepts, Inc. – “Evaluation of Utility Capacitor Switching Transients Exemplo de Recovery Voltage e Reacendimento de Arco no Disjuntor INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Energização de Banco de Capacitores 64 / 105 Referência: Thomas Grebe, Eletrotek Concepts, Inc. – “Evaluation of Utility Capacitor Switching Transients Fechamento Back to Back e Corrente de Inrush Referência: Thomas Grebe, Eletrotek Concepts, Inc. – “Evaluation of Utility Capacitor Switching Transients – INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Ferroressonância 65 / 105 12. FERRORESSONÂNCIA 12.1.1 Diagnose e Sintomas de Ferroressonância Os seguintes sintomas são indicações de ocorrência do fenômeno de ferroressonância: • Sons diferentes (“hum”) proveniente de transformador. • Aquecimento do transformador em condição sem carga. • Sons tipo (crack) perto de chaves ou conectores. • Falhas freqüentes de transformador. • Falhas de TP’s e TP’s capacitivos por isolação danificado por aquecimento. Para TP, um sintoma é a destruição do enrolamento primário com o secundário intacto. • Disparo de proteção (geralmente de tensão) sem causa aparente (sem oscilograma). • Sobretensão contínua, com distorção. • Sobrecorrente contínua, com distorção. Também a análise da configuração do sistema pode ajudar na identificação do fenômeno, como: • Presença simultânea de capacitâncias (bancos, cabos isolados, linhas longas) com indutâncias não lineares. • Existência, no sistema, de pelo menos um ponto onde o potencial não é fixado (neutro sem aterramento, chaveamento monopolar, queima de fusível em uma fase, ....). • Carga leve ou sem carga em transformador. • Carga leve ou sem carga em TP. • Baixa potência de curto circuito. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Ferroressonância 66 / 105 Finalmente, a análise de oscilogramas se disponíveis, efetuando-se a comparação com: • Figuras teóricas anteriores, quanto ao modo de ferroressonância. • Exemplos de oscilogramas de outras ocorrências. 12.1.2 Ferroressonância Envolvendo Transformadores de Distribuiçãoou Industriais As figuras a seguir mostram exemplos de formas de ondas de sobretensões observadas. A caótica natureza da ferroressonância Referência: www.dstar.org/ A forma de onda anterior mostra um exemplo de natureza altamente caótica de ferroressonância em transformador de distribuição (24,94 kV, 300 kVA, estrela - estrela, resultado de fase aberta com cabo #1/0 de 90 metros ligado a esta fase. É resultado de investigações no campo feito pela empresa DSTAR (EUA). A intensidade e o formato da forma de onda varia rapidamente e espontaneamente. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Ferroressonância 67 / 105 Há som decorrente da mudança das dimensões do núcleo com o mesmo entrando e saindo do estado de saturação Severas Sobretensões Referência: www.dstar.org A ferroressonância pode criar severas sobretensões mesmo quando o chaveamento rotineiro de um transformador comum, com cabos entre o ponto de chaveamento e o transformador. A forma de onda acima mostra o fenômeno de ferroressonância produzido pelo chaveamento de um transformador convencional de distribuição (aço silício) de 225 kVA, 24,94 kV e conexão estrela/estrela, com cerca de 66m de cabo #1/0 conectado à fase aberta, durante ensaios no campo da empresa DSTAR. Os transformadores mais susceptíveis (não quer dizer que ocorra) ao fenômeno são: • Aqueles com potência inferior a 300 kVA. • Os projetados com baixa perda (W) no núcleo. • Aqueles com conexão Estrela Não Aterrada ou Delta no primário. Para bancos com conexão delta ou estrela não aterrada, a probabilidade de ferroressonância é muito baixa em sistemas com tensão de operação de 15 kV INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Ferroressonância 68 / 105 ou menor. A 25 ou 35 kV, entretanto, a probabilidade é alta. Algumas empresas adotam, nos níveis de 25 a 35 kV, a conexão estrela aterrada / estrela aterrada ou estrela aberta / delta aberto para eliminar o problema. • Aqueles com conexão Estrela Aterrada com núcleo de 4 ou pernas. Para transformadores construídos com 4 ou 5 pernas, a unidade de fase é magneticamente acoplado às demais unidades desde que são montados no mesmo núcleo. O acoplamento magnético entre as fases oferece caminho para a indutância não linear que é colocada em série com a capacitância para a terra do cabo de alimentação. Este caminho pode produzir ferroressonância durante chaveamentos monopolares. Deve-se salientar, entretanto, que a probabilidade de ferroressonância é baixa. Entretanto o uso alternativo de transformador estrela aterrada / estrela aterrada com núcleo triplex pode ser uma solução não econômica, segundo análise de custo de muitas empresas (EUA)1. Assim, transformadores estrela aterrada / estrela aterrada com núcleo de 4 ou 5 pernas é muito usado naquele país considerando a possibilidade baixa de ocorrência da ferroressonância. Favorecem o aparecimento do fenômeno de ferroressonância as seguintes situações: • Transformadores operando em vazio ou com pouquíssima carga (a carga evita o fenômeno). • Transformadores alimentados, no lado primário, por cabos isolados (alta capacitância). • Transformadores alimentados, no lado primário, por cabos aéreos, com conexão de banco de capacitores. • Aqueles com possibilidade de abertura monopolar quando de faltas (por exemplo elos fusíveis monopolares). INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Ferroressonância 69 / 105 • Manobra monopolar de sistema trifásico. • Fechamento de duas fases ou de uma fase, com atraso nas outras. Os métodos preventivos para diminuir a probabilidade de ocorrência de ferroressonância ou para mitigar seus efeitos quando ocorrem, são: • Para níveis de tensão com maior probabilidade, associado a configuração de sistema favorável ao fenômeno, uso de conexões como bancos trifásicos de transformadores monofásicos, ou núcleo triplex para conexão estrela aterrada no primário. Nestas condições, como não há acoplamento capacitivo entre as fases e não há acoplamento de fluxo magnético entre as fases no banco de transformadores, ferroressonância não ocorrerá durante chaveamento monopolar do sistema que alimenta o transformador. • Chaveamento tripolar. • Chaveamento com alguma carga. • Se o primário é estrela aterrada, utilizar alguma resistência de neutro. • Chaveamento no terminal do transformador e não no ponto remoto através de cabo com capacitância. • Aplicação de pára-raios de alta energia (MOV) para limitar a sobretensão abaixo de 2 p.u. Mas o circuito deve ser desligado para eliminar a ferroressonância. • Utilização de transformador de maior potência e evitar cabos com alta capacitância onde possível. 1 Cooper Power Systems – SETUP Journal, summer of 1996 INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Ferroressonância 70 / 105 12.1.3 Ferroressonância Envolvendo Banco de Capacitores A figura a seguir mostra exemplo simulado de ferroressonância com transformador e banco de capacitores: Referência: Thomas Grebe, Eletrotek Concepts, Inc. – “Evaluation of Utility Capacitor Switching Transients – Exemplo de ressonância em sistema 138 kV associado a surto de manobra As figuras a seguir mostram um exemplo de ressonância em sistema 138 kV. Após um curto circuito fase-terra que demorou a ser eliminado, há desligamento de alguma carga (possivelmente uma carga conectada no meio da linha, do tipo eletro intensivo ou do tipo retificador para ferrovia). Há possivelmente uma ferroressonância de transformador (abaixador) com o sistema 138 kV: t/s-0,2 -0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 K1:VAN RPR1 B/kV -50 0 50 t/s-0,2 -0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 K1:IA RPR1 B/kA -2 -1 0 1 Curto circuito fase terra seguido de desligamento e religamento automático INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Ferroressonância 71 / 105 t/s 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 K1:VAN RPR1 B/kV -50 0 50 t/s0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 K1:VVN RPR1 A/kV -100 -50 0 50 t/s 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 K1:VBN RPR1 C/kV -100 -50 0 50 t/s0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 K1:IA RPR1 B/kA -2 -1 0 1 t/s0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90-2 -1 0 1 K1:IV RPR1 A/kA t/s0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 K1:IB RPR1 C/kA -2 -1 0 1 t/s0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 K1:IN RPR1/kA -2 -1 0 1 Tensões e correntes da saída de linha t/s0,600 0,625 0,650 0,675 0,700 0,725 0,750 0,775 0,800 K1:VVN RPR1 A/kV -50 0 50 t/s 0,600 0,625 0,650 0,675 0,700 0,725 0,750 0,775 0,800 K1:VAN RPR1 B/kV -50 0 50 t/s0,600 0,625 0,650 0,675 0,700 0,725 0,750 0,775 0,800 K1:VBN RPR1 C/kV -50 0 50 ressonância transitório de chaveamento Período de Ferroressonância INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Exemplos de oscilogramas 72 / 105 13. EXEMPLOS DE OSCILOGRAMAS DE MÉDIA TENSÃO 13.1 CURTO-CIRCUITO EM ALIMENTADOR DE DISTRIBUIÇÃO Exemplo 1 – Curto Bifásico Ocorrência de curto-circuito no alimentador1, em 15/03/1992 – 17:59 horas. A figura seguinte mostra as grandezas de tensão e corrente, além dos eventos da proteção: t/ s-0,075 - 0,050 - 0,025 - 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 iA/kA - 1 0 1 t/ s-0,075 - 0,050 - 0,025 - 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 iB/kA - 2 - 1 0 1 t/ s - 0,075 - 0,050 - 0,025 - 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 iC/ kA - 2 - 1 0 1 t/ s-0,075 - 0,050 - 0,025 - 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 iN/ A -200 0 20 0 t/ s - 0,075 - 0,050 - 0,025 - 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 vA/kV -10 - 5 0 5 t/ s - 0,075 - 0,050 - 0,025 - 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 vB/kV -10 - 5 0 5 t/ s - 0,075 - 0,050 - 0,025 - 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 vC/ kV -10 - 5 0 5 t/ s - 0,075 - 0,050 - 0,025 - 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0 Relay TRIP Relay PICKUP 50/51 TRIP 50/51 Ph C PU 50/51 Ph B PU 50/51 Ph A PU t/ s - 0,075 - 0,050 - 0,025 - 0,000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 Alimentador 1 - Dia 15/03 - 17:59 - CC Evolutivo Bifásico para Trifásico A análise desse oscilograma mostra os seguintes aspectos: • O curto circuito foi bifásico (Fases A-C), evoluindo para trifásico após cerca de 2,5 ciclos. • Houve trip instantâneo da proteção do Alimentador (7SJ62). • O tempo de abertura do disjuntor é cerca de 3,5 ciclos. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Exemplos de oscilogramas 73 / 105 • Há desequilibro (corrente de terra) em condição normal de carga (condição de pré falta). Para maiores detalhes quanto às condições de pré falta e de curto-circuito, utiliza- se o diagrama vetorial disponível através do software de análise. A figura a seguir mostra as condições de carga normal e de curto circuito para a ocorrência em análise. As grandezas a serem mostradas no diagrama podem ser escolhidas pelo usuário. Alimentador 1 - Dia 15/03 - 17:59 - CC Evolutivo Bifásico para Trifásico +90° -90° ±180° 0° 8,0 kV300,0 A vC vB vA iN iC iB iA +90° -90° ±180° 0° 8,0 kV2,0 kA vC vB vA iC iB iA Pré Falta (Carga) CC Bifásico (Fases A-C) Pelo gráfico verifica-se que a carga era indutiva. No curto-circuito observa-se IA e IC quase em oposição. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Exemplos de oscilogramas 74 / 105 Alimentador 1 - Dia 15/03 - 17:59 - CC Evolutivo Bifásico para Trifásico +90° -90° ±180° 0° 8,0 kV300,0 A I0*I2* U1* I1* +90° -90° ±180° 0° 8,0 kV1,5 kA U2* I2* U1* I1* As componentes Simétricas referem-se à Fase A Pré Falta (Carga) CC Bifásico (Fases A-C) A Figura mostra as componentes simétricas da Fase A. O software de análise utilizado neste exemplo mostra, sempre, as componentes da fase A, pois as componentes das demais fases podem ser deduzidas com base na fase A. Da tabela de grandezas associadas aos vetores das figuras anteriores, pode-se determinar exatamente os valores eficazes de tensão e de corrente, já resumidos na tabela a seguir: INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Exemplos de oscilogramas 75 / 105 Alimentador 1 – 15/03 – 17:59 (Bifásico) Mod Ang Real Imag Mod Ang VA 7,91 121,1 -4,0858 6,7731 7,91 121,1 13,70 kV VB 7,93 2,2 7,9242 0,3044 7,93 2,2 13,73 kV VC 7,98 -118,5 -3,8077 -7,0130 7,98 -118,5 13,82 kV IA 200 93,6 -12,5581 199,6053 200 93,6 IB 210 -27,5 186,2723 -96,9672 210 -27,5 IC 220 -144,2 -178,4340 -128,6907 220 -144,2 IN 20,7 76,0 5,0078 20,0851 10,35% 20,7 76 Va1 7,94 121,6 -4,1604 6,7627 7,94 121,6 13,75 kV Va2 0,063 -10,8 0,0619 -0,0118 0,063 -10,8 Ia1 210 94,0 -14,6489 209,4885 210 94 5,00 MVA PRE FALTA - 49,7 ms Ia2 3,55 10,6 3,4894 0,6530 1,69% 3,55 10,6 Alimentador 1 – 15/03 – 17:59 (Bifásico) Mod Ang Real Imag Mod Ang VA 6,2 124,6 -3,5206 5,1034 6,2 124,6 VB 7,89 1,8 7,8861 0,2478 7,89 1,8 VC 6,8 -129,2 -4,2978 -5,2696 6,8 -129,2 IA 1280 32,5 1079,5411 687,7435 1280 32,5 IB 260 -23,8 237,8895 -104,9218 260 -23,8 IC 1440 -155,9 -1314,4812 -587,9959 1440 -155,9 CC Bifásico IN 11,6 154,1 -10,4349 5,0669 11,6 154,1 INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Exemplos de oscilogramas 76 / 105 Ia0 3,86 -25,9 3,4723 -1,6861 3,86 -25,9 Ia1 890 63,2 401,2810 794,4014 890 63,2 Ia2 686 -8,7 678,1068 -103,7649 686 -8,7 Ib0 3,86 -25,9 3,4723 -1,6861 3,86 -25,9 Ib1 890 -56,8 487,3313 -744,7202 890 -56,8 Ib2 686 111,3 -249,1903 639,1402 686 111,3 Ic0 3,86 -25,9 3,4723 -1,6861 3,86 -25,9 Ic1 890 183,2 -888,6123 -49,6811 890 -176,8 Ic2 686 -128,7 -428,9165 -535,3753 686 -128,7 3.I0 11,58 -25,9 Comp. Simétricas Lidas Nesta tabela, os valores nos campos hachurados são os lidos da Tabela do Software de análise, para cada instante estabelecido. Os demais valores são calculados utilizando a teoria de componentes simétricas. A análise da tabela mostra que na pré falta: • A carga era da ordem de 5MVA, com cerca de 13,75 kV. • O desequilíbrio de carga expresso com base na corrente de terra é da ordem de 10,35% da corrente de seqüência positiva (toma-se a seqüência positiva, pois há correntes diferentes em cada fase). • O desequilíbrio de carga expresso em seqüência negativa é da ordem de 1,7%. A tabela mostra ainda, durante o curto-circuito bifásico, que: • A diferença entre os valores de seqüência positiva de corrente (Ia1) e de seqüência negativa (Ia2) decorre da influência da carga (condições de pré- falta). Caso não houvesse carga, teriam o mesmo módulo e seriam opostos entre si. INTERPRETAÇÃO DE OCORRÊNCIAS EM REDES ELÉTRICAS ATRAVÉS DE OSCILOGRAFIA Exemplos de oscilogramas 77 / 105 • A corrente de terra durante o curto-circuito é até menor que a corrente de terra (desequilíbrio) em condição normal de carga. Infere-se daí que a falta foi bifásica. Para melhor analisar as condições de curto circuito pode-se separar as condições de pré-falta e condição de curto circuito bifásico. A tabela a seguir mostra as componentes simétricas do curto-circuito entre as fases A e C (portanto os vetores de seqüência positiva e negativa da fase B têm o mesmo módulo e são opostos entre si): Mod Ang Real Imag Mod Ang Ia0 0 0,0 0,0000 0,0000 Ia1 686 51,3 428,9165 535,3753 686 51,3 Ia2 686 -8,7 678,1068 -103,7649 686 -8,7 Ia 1107,0233 431,6103 1188,19 21,3 A IA Pré -12,5581 199,6053 IA Tot 1094,4652 631,2157 1263,44 30,0 -1,29% A Ib0 0 0,0 0,0000 0,0000 Ib1 686 -68,7 249,1903 -639,1402 686 -68,7 Ib2 686 111,3 -249,1903 639,1402 686 111,3 Ib 0,0000 0,0000 0,00 0,0 A IB pré 186,2723 -96,9672 IB Tot 186,2723 -96,9672 210,00 -27,5 -19,23% A Ic0 0 0,0 0,0000 0,0000 Ic1 686 -188,7 -678,1068 103,7649 686 171,3 Ic2 686 231,3 -428,9165 -535,3753 686 -128,7 Ic -1107,0233 -431,6103 1188,19 -158,7
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