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6-1 Capítulo 6 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA 6.1 Introdução A proteção de distância é feita por relés de distância. Geralmente são classificados em três tipos básicos: � Impedância ; � Mho ou admitância ; � Reatância O relé de distância é alimentado por duas grandezas de entrada, tensão (V) e corrente (I), amostradas por TPs e TCs conectados ao sistema elétrico (Fig. 6.1) . A razão V/I=Z , é a impedância "vista" ou "medida" pelo relé. 21 F d 52 Fig. 6.1- Relé de distância (21) , conectado a um sistema elétrico através de TP e TC Quando ocorrer uma falta (curto-circuito), a tensão V e a corrente I serão a tensão de falta VF e a corrente de falta IF , respectivamente. Portanto, a impedância de falta medida ou vista pelo mesmo, é dada pela razão entre a tensão e a corente de falta no seu ponto de instalação: ZF = VF / IF (6.1) No caso da proteção de fase, pode-se demonstrar que estando o relé alimentado por tensões de linha (tensões compostas) e correntes de linha (correntes compostas) de um sistema trifásico (Fig. 6.2), a impedância de curto-circuito trifásico ou bifásico medida pelo mesmo, será igual à impedância de sequência positiva (Z1) do trecho de linha de transmissão que vai desde o ponto de instalação do relé até o ponto de falta (F). Isto é: ZF = Z1 = z1 x d (6.2) Onde : d = comprimento do trecho da linha (km); Z1= impedância de sequência positiva da linha por unidade de comprimento (ohm/km) Como z1 (ohm/km) é constante para cada linha de transmissão, então o relé mede a distância d (km) do seu ponto de instalação à falta. Daí o nome RELÉ DE DISTÂNCIA. 6-2 Fig. 6.2- Esquema de ligação de um relé de distância de proteção de fase Como os relés de distância são indiretos (Fig. 6.2), medem portanto impedâncias secundárias, isto é, referidas aos secundários de TCs e TPs (equação 3) : Z V I V RTP I RTC V I RTC RTP Z RTC RTPs s s p p p p p= = = = (6.3) Onde: ZS : impedância secundária medida pelo relé ZP : impedância primária Vs : tensão secundária dos TPs ; Is : corrente secundária dos TCs ; Ip : corrente primária dos TCs ; Vp : tensão primária dos TPs ; RTP : relação de espiras dos TPs ; RTC : relação de espiras dos TCs Uma vez que os relés de distância "enxergam" impedâncias, é importante que suas características de operação sejam traçadas no plano R-X . Essa providência facilita bastante as discursões relativas à aplicação e à seletividade desses relés. Nos ítens apresentados a seguir serão traçadas no plano R-X , as características de operação dos relés de distância básicos. 21 a b c 6-3 6.2 Plano R-X As características de atuação dos relés de distância são representadas no plano R-X (plano de impedâncias). Isto é importante tendo em vista que medem uma impedância, facilitando, portanto, na hora em que se está se ajustando os alcances (zonas de atuação) dos mesmos. Os ângulos das impedâncias medidas por esses relés dependem dos sentidos (sinais) dos fluxos de potências ativas e reativas nas linhas protegidas. Isto é, de acordo com as equações 4 e 5 , as impedâncias medidas se apresentarão em um dos quadrantes do plano R-X (Fig. 6.3). (6.5) I VZ (6.4) V SI •••• •••• •••• •••• •••• ∗∗∗∗•••• ==== ==== 6.3 Relé de distância tipo impedância No plano R-X, a sua característica é representada por uma circunferência cuja a origem coincide com centro do sistema de eixos (Fig. 6.4.a). S=P+jQ Z R X Z S=-P+jQ S=-P-jQ S=P-jQ Z Z Fig. 6.3 – Localização de Z no plano R-X de acordo com o fluxo de potência 6-4 R X T=0 T>0 T<0 (FRONTEIRA) (DENTRO DO CÍRCULO) (FORA DO CÍRCULO) : Região de Não-Operação : Região de Operação : Região de Não-OperaçãoZ k1 k2 RAIO = Z = Fig. 6.4.a - Característica do relé impedância Geralmente os relés de distância possuem três zonas de atuação: 1a , 2a e 3a zona , conforme pode-se observar na Fig. 6.4.b . R X Z1 Z2 Z3 2 ZONA DE ATUAÇÃOa 3 ZONA DE ATUAÇÃOa 1 ZONA DE ATUAÇÃOa Fig. 6.4.b - Características das 3 zonas de atuação do relé impedância De acordo com a Fig. 6.4, pode-se observar que o relé é não-direcional, pois poderá “ver” falta em qualquer direção (impedância situada em qualquer quadrante do plano R-X). Por exemplo, considere-se dois casos de curtos-circuitos: um “na frente” e outro “atrás” do relé (corrente reversa): a) Para o curto “na frente”: IF=I∠∠∠∠-80o e VF=V∠∠∠∠0o (tensão e corrente no relé, no momento da falta) A impedância medida pelo relé será : ZF =VF/IF = Z∠∠∠∠80o (1o quadrante ; se o módulo de Z cair dentro de uma das zonas de atuação, o relé atuará). b) Para o curto “atrás” (corrente reversa) : I’F=I’∠-260o e VF=V∠0o Neste caso, a impedância medidida pelo relé será: ZF =VF/I’F = Z’∠∠∠∠260o (3o quadrante ; se o módulo de Z’ cair dentro de uma das zonas de atuação, o relé atuará). 6-5 Para a operação seletiva, os relés de distância necessitam da função direcional, portanto, relé que não a tem, como é o caso do relé impedância, necessitará do acoplamento de uma unidade direcional (Fig. 6.5). R X Característica da Unidade Direcional T=0 T>0 T<0 A OPERAÇÃO DO RELÉ FICA RESTRITA À REGIÃO HACHURIADA OBS.: τ (Reta de Torque Máximo) Fig. 6.5- Características do relé impedância acoplado com uma unidade direcional Cada zona de atuação possui uma temporização. Valores típicos estão mostrados na tabela a seguir: A tabela a seguir fornece valores típicos, em percentagem, para o alcance de cada zona: As zonas de atuação "cobrem" trechos previamente ajustados (Fig. 6.6) . O alcance máximo de cada zona é determinado ajustando-se a impedância limite que se deseja que cada zona "veja". 21 A B C DZ1 Z2 Z2 Fig. 6.6- Alcances das zonas de atuação de um relé de distância ZONA TEMPO (s) 1a Inst. 2a 0,15 a 0,5 3a 0,40 a 1,0 ZONA ALCANCE 1 a 80% a 90% de AB 2 a AB+( 20% a 75% de BC) 3 a AB+BC+CD Fronteira Opera Não opera (Reta de máxima sensibilidade) 6-6 6.4 Relé de distância tipo mho A representação da característica de atuação deste relé no plano R-X , é uma circunferência que tangencia a origem do sistema de eixos (Fig. 6.7). Observar que esta característica é inerentemente direcional, podendo ser representada pela equação 6.6 : )cos(IVH ττττ−−−−θθθθ××××==== (6.6) Onde: H: medida de sensibilidade do relé; θθθθ : ângulo entre os sinais de entrada V e I ; ττττ : ângulo de sensibilidade máxima R X T=0(FRONTEIRA): Região de Não-Operação T>0(DENTRO DO CÍRCULO): Região de Operação T<0(FORA DO CÍRCULO): Região de Não-Operação Z DIÂMETRO = Z = k1 k2 Fig. 6.7 - Característica do relé mho De maneira semelhanteao relé impedância, possui três zonas de atuação (Z1 , Z2 e Z3) com os respectivos tempos de atuação e alcances. Na Fig. 6.8 , estão representadas as características de atuação das três zonas do relé. Observar que a SENSIBILIDADE será MÁXIMA quando o ângulo de impedância de linha coincidir com o ângulo de máxima sensibilidade (ττττ) do relé. Nesta situação, o módulo da impedância de linha é representada sobre a reta de máxima sensibilidade. R X Z1 Z2 Z3 τ RETA DE TORQUE MÁXIMO Fig. 6.8 - Características das 3 zonas de atuação do relé mho ττττ Reta de máxima sensibilidade 6-7 6.5 Relé de distância tipo reatância No plano R-X , a sua característica é representada por uma reta paralela ao eixo das resistências (Fig. 6.9). R X T=0(FRONTEIRA): Região de Não-Operação T<0 : Região de Não-Operação(ACIMA DA RETA) T>0 : Região de Operação(ABAIXO DA RETA) k1 k2 Fig. 6.9 - Característica do relé reatância Este relé é não-inerentemente direcional, portanto necessita de uma unidade direcional. Na prática, é comum a utilização de uma unidade mho para proporcionar direcionalidade ao relé e formar a 3a zona (Fig. 6.10). Neste caso, a unidade mho é conhecida como unidade de partida. Os alcances e temporizações das zonas são semelhantes aos valores típicos dados para o relé impedância . R X Tmax Z1 Z2 Z3 τ Fig. 6.10 - Características das 2 zonas de atuação do relé reatância e da unidade de partida mho Reta de máxima sensibilidade 6-8 6.6 Outras características de relés de distância Atualmente com a utilização de microprocessadores, os relés de distância podem trabalhar com as mais diversas características: losângulo, trapézio, retângulo, etc. (Figs. 6.11 e 6.12). De acordo com as características de operação de cada sistema elétrico, será escolhida a característica mais conveniente para o relé, de modo otimizar o seu desempenho. Impedância da L.T. R X Fig. 6.11- Característica poligonal Opera Não opera Impedância da L.T. R X Fig. 6.12- Característica na forma de um losângulo Opera Não opera
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