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CURSO DE PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS Prof. Júlio Xavier 1 Prof. Júlio Xavier 2 Prof. Júlio Xavier 3 Prof. Júlio Xavier 4 EVOLUÇÃO DOS RELÉS DE PROTEÇÃO 5 ELETROMECANICO DIGITALESTÁTICO Prof. Júlio Xavier EVOLUÇÃO DOS PAINÉIS DE CONTROLE Prof. Júlio Xavier 6 Sistema convencional x óptico Prof. Júlio Xavier 7 SE - CONTROLE CONVENCIONAL Prof. Júlio Xavier 8 SE - CONTROLE DIGITAL Prof. Júlio Xavier 9 Prof. Júlio Xavier 10 Prof. Júlio Xavier 11 1 0 2 3 4 5 7 1 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 0 2 3 4 5 7 S E C O N D S 2 3 4 5 7 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 7 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 7 0 0 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 7 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 7 0 0 1 0 0 0 1 1 . D J 2 _ F A S E C O - 9 T D = 0 . 5 0 0 C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 4 . A N o i n s t . T P @ 5 = 0 . 1 1 0 2 s I = 4 8 1 . 9 A ( 1 2 . 0 s e c A ) T = 0 . 2 2 s 2 2 . D J 3 _ F A S E C O - 9 T D = 0 . 5 0 0 C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 4 . A N o i n s t . T P @ 5 = 0 . 1 1 0 2 s I = 4 8 1 . 9 A ( 1 2 . 0 s e c A ) T = 0 . 2 2 s 3 3 . 4 2 T 2 6 5 E F M i n i m u m m e l t . I = 2 4 0 . 9 A T = 3 . 1 7 s 4 4 . 4 2 T 1 6 5 E F M i n i m u m m e l t . I = 2 4 0 . 9 A T = 3 . 1 7 s 5 5 . D J 1 _ F A S E C O - 8 T D = 0 . 5 0 0 C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 5 . A I n s t = 7 2 0 A T P @ 5 = 0 . 1 5 7 s I = 4 8 1 . 8 A ( 1 2 . 0 s e c A ) T = 0 . 5 1 s F a u l t D e s c r i p t i o n : 3 L G B u s f a u l t o n : B A R R A B 3 4 . 5 k V 12 1 0 2 3 4 5 7 1 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 0 2 3 4 5 7 C U R R E N T ( A ) . 0 1 . 0 2 . 0 3 . 0 4 . 0 5 . 0 7 . 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 7 1 . 0 1 . 0 2 . 0 3 . 0 4 . 0 5 . 0 7 . 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 7 1 T I M E - C U R R E N T C U R V E S @ V o l t a g e 3 4 . 5 B y F o r N o . C o m m e n t C O O R D E N O G R A M A D E F A S E P A R A D E F E I T O N A B A R R A B D a t e F a u l t I = 9 6 3 . 7 A Prof. Júlio Xavier 1 0 2 3 4 5 7 1 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 0 2 3 4 5 7 S E C O N D S 2 3 4 5 7 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 7 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 7 0 0 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 7 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 7 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 . D J 2 _ N E U T R O C O - 9 T D = 1 . 0 0 0 C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 1 . A N o i n s t . T P @ 5 = 0 . 2 5 6 2 s I = 6 4 2 . 2 A ( 1 6 . 1 s e c A ) T = 0 . 1 1 s 2 . D J 1 _ N E U T R O C O - 8 T D = 0 . 5 0 0 C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 1 . A I n s t = 1 4 0 A T P @ 5 = 0 . 1 5 7 s I = 0 . 0 A ( 0 . 0 s e c A ) T = 9 9 9 9 s 3 3 . 4 2 T 2 6 5 E F M i n i m u m m e l t . I = 1 8 5 . 4 A T = 1 4 . 6 5 s F a u l t D e s c r i p t i o n : 1 L G B u s f a u l t o n : B A R R A B 3 4 . 5 k V 13 1 0 2 3 4 5 7 1 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 0 2 3 4 5 7 C U R R E N T ( A ) . 0 1 . 0 2 . 0 3 . 0 4 . 0 5 . 0 7 . 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 7 1 . 0 1 . 0 2 . 0 3 . 0 4 . 0 5 . 0 7 . 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 7 1 T I M E - C U R R E N T C U R V E S @ V o l t a g e 3 4 . 5 B y F o r N o . C o m m e n t C O O R D E N O G R A M A D E N E U T R O P A R A U M C U R T O N A B A R R A B D a t e F a u l t I = 1 2 8 4 . 4 A Prof. Júlio Xavier COS – Centro de Operação do Sistema Prof. Júlio Xavier 14 COS – Centro de Operação do Sistema Prof. Júlio Xavier 15 Centro de Operação do Sistema Prof. Júlio Xavier 16 Sistemas Básicos de SEs Prof. Júlio Xavier 17 Diagrama Unifilar Típico Prof. Júlio Xavier 18 DIAGRAMA UNIFILAR DE OPERAÇÃO Prof. Júlio Xavier 19 V - ZONAS DE PROTEÇÃO. • O sistema elétrico é dividido em zonas de proteção para os equipamentos como geradores, transformadores, barramentos, linhas de transmissão e cargas. Estas zonas são protegidas por relés, quando uma falta ocorre. • Para faltas da região, onde duas zonas de proteção se superpõem, mais disjuntores seriam abertos do que o mínimo necessário para isolar o elemento faltoso. Esta superposição de zonas, garante a atuação da proteção para defeitos entre elas. Por outro Anotações Prof. Júlio Xavier 20 proteção para defeitos entre elas. Por outro lado, a probabilidade de falta nesta região é baixa, consequentemente a abertura de um grande número de disjuntores é remota. • A Fig. I , a seguir, ilustra um sistema de proteção de geradores, barramentos, trafos e linhas: Prot. do Gerador Prot. da Barra Prot. do Trafo FIG. I Prot. de Linha D1 D3 D5 D8 D1O D7 Prof. Júlio Xavier 21 D7 D2 D4 D6 D9 D11 VI - PROTEÇÃO PRINCIPAL - PROTEÇÃO DE RETAGUARDA. • O elemento protetor funciona como proteção principal e o protegido Anotações Prof. Júlio Xavier 22 principal e o protegido como proteção de retaguarda. Como exemplo de falha do elemento protegido, destacamos: • Fonte de corrente e tensão para os relés (TC e TP); • Fonte de corrente contínua para a Anotações Prof. Júlio Xavier 23 contínua para a abertura; • Relés; • circuito de abertura ou mecanismo do disjuntor; • disjuntor. • Na fig. I os disjuntores D3 e D4, de proteção principal dos trafos, são elementos protetores. Já os D1 e D2, de Anotações Prof. Júlio Xavier 24 Já os D1 e D2, de retaguarda, são elementos protegidos dos D3 e D4. Idem para os disjuntores D8 e D9 (elementos protetores) e D5 e D6 (elementos protegidos). E assim sucessivamente. Existem dois tipos de proteção de retaguarda: A - Retaguarda Local: • Quando a proteção de retaguarda está no mesmo Anotações Prof. Júlio Xavier 25 retaguarda está no mesmo circuito ou no mesmo local da proteção principal. Na Fig. I, os disjuntores D1O e D11 são retaguarda local dos D12 e D13, porque estão no mesmo circuito/local. B - Retaguarda Remota: • Quando a proteção de retaguarda está em outro (s) circuito (s) de outro (s) local (is). Na fig. I os disjuntores D8 e D9 são retaguarda remota dos D1O Anotações Prof. Júlio Xavier 26 são retaguarda remota dos D1O e D11, porque estão distantes. Normalmente, tem características diferentes e sobretudo devem operar com temporização suficiente para coordenar com as proteções principais. VII - AVALIAÇÃO DA PROTEÇÃO. • A proteção deve ser avaliada, como outros componentes do sistema elétrico, em função de sua contribuição para o melhor serviço, ou seja, operar de maneira mais eficiente e efetiva possível no caso de faltas, diminuindo os danos, através da minimização de: • custo de reparo do dano; Anotações Prof. Júlio Xavier 27 • custo de reparo do dano; • possibilidade que a falta se propague e envolva outros equipamentos; • tempo que o equipamento fica fora de serviço; • perda de faturamento e problemas com o público, enquanto o equipamento está fora de serviço;• Quantidade de equipamento reserva necessário. • Todos os relés usados para proteção contra curto-circuito e diversos outros tipos, operam em virtude da corrente e/ou tensão a eles fornecidos, pelos transformadores de corrente e de tensão (TC’s e TP’s) conectados aos equipamentos a serem protegidos. • Para cada tipo e localização de falha, existe alguma particularidade nestas duas grandezas que são transferidas para os relés e os mesmos operarão em resposta a elas. As Anotações Prof. Júlio Xavier 28 operarão em resposta a elas. As particularidades ocorrem, quando da ocorrência de faltas em que há variação das seguintes características: • - módulo, freqüência, ângulo de fase, duração, razão de variação, direção ou seqüência de variação, ou ainda, harmônicos ou forma de onda. VIII - TIPOS DE PROTEÇÃO. 8.1 - Proteção de Distância (N. Asa 21) – A proteção de distância deve ser utilizada quando a subestação supridora alimentar a suprida por linhas longas, bem como num sistema em que a relação curto- circuito/carga for inferior a 2. Nestes Anotações Prof. Júlio Xavier 29 circuito/carga for inferior a 2. Nestes casos esse tipo de proteção é mais confiável e eficiente, porque o relé de distância tem alcance maior do que outros tipos de relés. O alcance é maior, porque ele pode ser graduado por zona de atuação: . • 1a. zona - alcance entre 8O e 9O% da LT protegida. • 2a. zona - alcance de 12O% a 13O% da LT protegida. • 3a. zona - alcance de 15O% ou 12O% + percentual da impedância do trafo de força Anotações Prof. Júlio Xavier 30 impedância do trafo de força da subestação suprida. • 4a. e 5a. zonas - estão disponíveis em alguns relés de distância. São utilizados para proteção de linhas em sistemas radiais e podem trabalhar reversamente Esquematicamente os alcances do relé de distância serão: 12J4 12J4 O2T2 11T2 80%ZL 120%ZL 21-2 120%ZL + Ztrafo 21-3 Prof. Júlio Xavier 31 21-3 12B1 11D1 O2T1 11T1 12J3 12J3 FIG.II Diagrama simplificado de proteção do sistema CTG/CMU. • A temporização de cada zona é graduada de modo a coordenar com outros relés (sobrecorrente ou direcionais), que atuam em equipamentos de disjunção a jusante ou a montante, caso o relé de distância, em questão, seja direcionado no sentido Anotações Prof. Júlio Xavier 32 seja direcionado no sentido contrário ao fluxo de potência – reversamente - (isto ocorre em sistemas com duas fontes de geração). Lembramos que a temporização da 1a. zona é instantânea. IX - SELETIVIDADE ENTRE AS PROTEÇÕES DE SUBESTAÇÕES. • Filosofia de Coordenação. • Para a eficiência e o bom desempenho da proteção dos equipamentos de disjunção de uma subestação, necessário se faz manter uma seletividade na atuação dos mesmos. Com isso conseguiremos isolar um defeito num determinado ponto de uma subestação, sem que haja o seu desligamento total, através da Anotações Prof. Júlio Xavier 33 haja o seu desligamento total, através da operação só dos equipamentos de disjunção próximos ao defeito. • Essa seletividade ou coordenação entre os diversos equipamentos, de disjunção de uma subestação, necessita ser estendido para os equipamentos de saída de subestações a montante e de chegada de subestações a jusante. Com isso teremos uma boa eficácia das proteções de retaguarda, caso a proteção dos equipamentos, próximos ao defeito, não atue. • Normalmente mantemos, na prática, um intervalo de coordenação, entre um dispositivo de proteção eletromecânico a montante e um a jusante, de O,4 Seg., ou seja, a proteção de retaguarda só deverá atuar O,4 Seg. após a falha da proteção primária. No caso de dispositivos de proteção microprocessados, o intervalo de coordenação pode ser de apenas 0,1 Seg. • Portanto, devemos começar a graduar os dispositivos de proteção dos equipamentos Anotações Prof. Júlio Xavier 34 dispositivos de proteção dos equipamentos instalados no lado de baixa tensão da subestação, ou seja, dos equipamentos de proteção dos alimentadores. Em seguida do geral de baixa tensão, do geral de alta tensão, dos disjuntores de chegada e finalmente dos disjuntores da saída da subestação supridora. • Do exposto podemos concluir que a proteção de uma subestação deverá ser sensível e seletiva entre os seus equipamentos de disjunção, ou seja, os ajustes dos relés devem estar compatíveis com os níveis de curto-circuito entre fases e monofásicos, bem como com a corrente de carga dos alimentadores. • As boas condições operativas de uma subestação estão diretamente relacionadas com: • - Ajuste adequado de suas proteções; • - Manutenção preventiva de seus relés e equipamentos; • - Manobras bem programadas e Anotações Prof. Júlio Xavier 35 • -Acompanhamento/análise de ocorrências. • Portanto, recomendamos que os ajustes dos relés de proteção sejam criteriosamente escolhidos de modo a todos os critérios de sensibilidade e seletividade possam ser atendidos. Prof. Júlio Xavier 36 Prof. Júlio Xavier 37 Prof. Júlio Xavier 38 Prof. Júlio Xavier 39 Prof. Júlio Xavier 40 Prof. Júlio Xavier 41 Prof. Júlio Xavier 42 Prof. Júlio Xavier 43 1. Referir as tensões abaixo em pu, usando arbitrariamente como BASE o valor de 69KV. a) V1 = 34,5 KV b) V2 = 69 KV c) V3 = 500KV d) V4 = 750 KV EXERCÍCIOS Prof. Júlio Xavier 44 2. Um sistema de potência trifásico (3f) tem como base Sb = 100 MVA e Vb = 69KV. Determinar: a) Corrente base b) Impedância base 4. Considerando: Icc3f = 1500 A, calcular esta corrente em pu. 5. Considerando: Z = 400 + j800 Ω, calcular esta impedância em pu para a mesma impedãncia base Prof. Júlio Xavier 45 Z = 400 + j800 Ω, calcular esta impedância em pu para a mesma impedãncia base calculada no exercício 2. 6. Calcular a impedância, em pu, de uma linha de transmissão de 69KV com 80 km de comprimento, tendo 0,5 Ω/km, considerando a mesma impedância base calculada no exercício 2. 7. A placa de um gerador síncrono apresenta os seguintes dados: 90 MVA, 13,8 KV e Xd = 10%. Calcular a reatância da máquina em pu, referida a uma nova base de 100MVA e 13,2KV. 8. Um transformador monofásico de 15 MVA – 69/34,5kV possui uma impedância de 0,6 Ω no lado de baixa tensão (BT). Prof. Júlio Xavier 46 a) Qual o valor da impedância em pu b) Achar a impedância no lado de AT c) Qual o valor da impedância, em pu, do transformador numa nova base de 50MVA com tensões nominais do mesmo. Tensões e Correntes Desequilibradas Componentes Simétricos Prof. Júlio Xavier 47 Componentes Simétricos Componentes Simétricos • O Método dos Componentes Simétricos estabelece que um sistema de “N” fasores desequilibrados pode ser decomposto em “N” sistemas de fasores equilibrados. Prof. Júlio Xavier 48 “N” sistemas de fasores equilibrados. • No caso do sistema trifásico, os 3 fasores (IA, IB e IC ou VA, VB e VC ) desequilibrados podem ser decompostos em 3 sistemas equilibrados e esta decomposição é única. Componentes Simétricos • Em sistemas trifásicos, temos: • VA = VA0 + VA1 + VA2 Prof. Júlio Xavier 49 • VB = VB0 + VB1 + VB2 • VC = VC0 + VC1 + VC2 • Seqüência de fase: A, B e C Componentes Simétricos• Cada seqüência “k” é composta de “N” fasores equilibrados de mesmo módulo e igualmente defasados. • Defasagem θθθθk entre dois fasores consecutivos do sistema de seqüência “k”: Sistema Trifásico (N = 3) Prof. Júlio Xavier 50 • k = 0, 1, 2, ..., (N-1) • N = número de fases = N kk o360 .θ k θθθθk Seqüência 0 0o Zero 1 120o Positiva 2 240o Negativa Sistema Trifásico (N = 3) Componentes Simétricos VC0 VA0 VB0 Prof. Júlio Xavier 51 Componentes de seqüência zero Como k = 0, a defasagem é de 0o Componentes Simétricos VC1 V Prof. Júlio Xavier 52 Componentes de seqüência positiva Como k = 1, a defasagem é de 120o VA1 VB1 Componentes Simétricos VA2VB2 Prof. Júlio Xavier 53 Componentes de seqüência negativa Como k = 2, a defasagem é de 240o VC2 Componentes Simétricos 210 210 210 CCCC BBBB AAAA VVVV VVVV VVVV ++= ++= ++= 11 1 2 1 11 . . VaV VaV VV C B A = = = = Prof. Júlio Xavier 54 210 CCCC VVVV ++= 2 3 2 11201 ja +−=∠= o 0000 2 2 2 22 22 . . VVVV VaV VaV VV CBA C B A === = = = Componentes Simétricos 2 21 2 0 210 .. .. VaVaVV VaVaVV VVVV B A ++= ++= ++= = 2 1 0 2 2 . 1 1 111 V V V aa aa V V V C B A ⇒ Prof. Júlio Xavier 55 2 2 10 .. VaVaVVC ++= = C B A V V V aa aa V V V . 1 1 111 . 3 1 2 2 2 1 0 Fasores Desequilibrados VC Prof. Júlio Xavier 56 VA VB Fasores Desequilibrados VA Prof. Júlio Xavier 57 VC VB Sistema Trifásico Desequilibrado V V V aa aa V V V C B A 2 1 0 2 2 111 . 1 1 111 = SCS SCS DCD ITZTVTT ITZVT IZV = = = −− 11 Prof. Júlio Xavier 58 DTS STD aa aaT 1 2 2 1 1 − = = = SSS CS SCS IZV TZTZ ITZTV = = = − − 1 1 Sistema Trifásico Desequilibrado Prof. Júlio Xavier 59 Linha de transmissão com carga desequilibrada Desequilíbrio de Tensão e Corrente: Definições Desequilíbrio de Tensão Desequilíbrio de Corrente a) Seqüência Negativa a) Seqüência Negativa Prof. Júlio Xavier 60 %100. 1 0 0 I I u I = %100. 1 2 V V u U = b) Seqüência Zero b) Seqüência Zero %100. 1 0 0 V V u U = %100. 1 2 I I u I = Sistema MRT Prof. Júlio Xavier 61 Sistema MRT Prof. Júlio Xavier 62 Desequilíbrio de Corrente Balanceamento de Cargas O desequilíbrio de correntes nas diferentes fases de um circuito secundário pode ocasionar níveis inadequados de tensão. A fase mais carregada sofrerá maior queda de tensão. Poderá ocasionar, também, aparecimento de níveis indesejáveis de corrente no condutor neutro bem como maior carregamento nos condutores e transformadores. Consegue-se corrigir boa parte de problemas de tensão baixa nos circuitos, fazendo-se o devido equilíbrio das cargas. Esse equilíbrio deve ser alcançado ao longo de todo o comprimento do circuito, principalmente no horário de carga máxima. Prof. Júlio Xavier 63 comprimento do circuito, principalmente no horário de carga máxima. São apresentadas, abaixo, as duas fórmulas mais utilizadas pelas concessionárias para o cálculo do índice de desequilíbrio: 1001 x If If Deseq méd máx −=Onde: Deseq = desequilíbrio de fases em % Ifmáx = corrente na fase mais carregada Ifméd = valor médio da corrente nas fases Desequilíbrio de Corrente 1001 _ x If If Deseq méd afastmais −= Onde: Deseq = desequilíbrio de fases em % Ifmais_afast = corrente da fase mais afastada da média Ifméd = valor médio da corrente nas fases Prof. Júlio Xavier 64 Fonte: Controle de Tensão de Sistemas de Distribuição Volume 5 Coleção Distribuição de Energia Elétrica Editora Campus/Eletrobrás Capítulo 3 – Análise das Medições de Tensão e Medidas Corretivas 3.6 Medidas Corretivas para Adequar os Níveis de Tensão na Rede Secundária Oscilografia Prof. Júlio Xavier 65 Oscilografia SE MUTUÍPE – 24/6/2004 AI AI AI TensãoeCorrentedeMedições C B A o o o 90,106900,292 70,217400,235 50,336000,326 ∠= ∠= ∠= %32,3[%]%20,15[%] 68,581480,43 61,198003,283 89,124243,9 cos 02 2 1 0 == −∠= −∠= ∠= I I e I I AI AI AI SimétrisComponente o o o %03,90[%] %67,124[%] 48,261 250.6 I I AI kVAS B A N N = = = = Prof. Júlio Xavier 66 kVV kVV kVV AI C B A G o o o o 70,118900,7 20,243600,7 00,360400,7 30,15200,28 ∠= ∠= ∠= ∠= %01,1[%]%15,4[%] 70,1553166,0 6134,06291,7 08,390771,0 1 0 1 2 2 1 0 11 == −∠= ∠= ∠= V V e V V kVV kVV kVV II o o o %)38,122(649.7"" 320 %)66,103(479.6 %02,112[%] %03,90[%] kVAS AI kVAS I I P P C C B = = = = = Prof. Júlio Xavier 67 Prof. Júlio Xavier 68 Prof. Júlio Xavier 69 C ÁLCULO DE CURTO-CIRCUITO 1. INTRODUÇÃO • As linhas de transmissão ou distribuição, bem como, geradores, motores, transformadores, reatores, banco de capacitores, etc., podem ser representadas por um diagrama de impedâncias. • A finalidade de um diagrama de impedâncias ou unifilar é fornecer, de maneira concisa, os dados Prof. Júlio Xavier 70 unifilar é fornecer, de maneira concisa, os dados significativos de um sistema de potência ou industrial. • Estes diagramas representam fisicamente o sistema em análise, através de suas impedâncias, normalmente, expressas com valores por unidade. • Com isso consegue-se representar matematicamente os modelos físicos que compõem o sistema elétrico. Prof. Júlio Xavier 71 Prof. Júlio Xavier 72 Prof. Júlio Xavier 73 Prof. Júlio Xavier 74 Prof. Júlio Xavier 75 Prof. Júlio Xavier 76 Prof. Júlio Xavier 77 Prof. Júlio Xavier 78 Prof. Júlio Xavier 79 Prof. Júlio Xavier 80 Prof. Júlio Xavier 81 Prof. Júlio Xavier 82 Prof. Júlio Xavier 83 Prof. Júlio Xavier 84 Prof. Júlio Xavier 85 Prof. Júlio Xavier 86 Prof. Júlio Xavier 87 Prof. Júlio Xavier 88 Prof. Júlio Xavier 89 Prof. Júlio Xavier 90 Prof. Júlio Xavier 91 Prof. Júlio Xavier 92 Prof. Júlio Xavier 93 Prof. Júlio Xavier 94 Prof. Júlio Xavier 95 Prof. Júlio Xavier 96 Prof. Júlio Xavier 97 Prof. Júlio Xavier 98
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