Conceitos Basicos Teleproteção

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TELEPROTEÇÃO
J.A.Goris
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CONCEITOS BÁSICOS
PARA CANAIS DE TELEPROTEÇÃO 
APRESENTAÇÃOAPRESENTAÇÃO
O presente trabalho apresenta os conceitos básicos de esquemas de proteção em sistemas de
energia elétrica aplicados a canais de teleproteção para servir de apoio didático em
treinamentos nos equipamentos de teleproteções.
Este trabalho não pretende e tampouco é a intenção, em esgotar o assunto. Foi procurado
abordar os assuntos de um modo simples e mais didático possível. Aqueles que desejarem
aprofudar-se nestes assuntos, devem procurar literatura a respeito.
Os conceitos e figuras aqui apresentados, foram compilados de diversos manuais de
fabricantes, livros e apostilas.
Edição: 10/99
Preparado por: J. A. Goris
E-mail: jagoris@matrix.com.br
Todo comentário, correção e sugestão é benvindo.
Permitida a reprodução desde que mantida a fonte.
TERMOS E PALAVRAS ESTRANGEIRAS
Sempre que possível e de maneira a não comprometer o bom entendimento, as palavras e
termos em inglês serão traduzidas. Aquelas de uso consagrado e generalizado entre os
projetistas de esquemas, sistemas de teleproteção e proteção elétrica, serão mantidas em sua
língua original, porém no texto estarão apresentadas em itálico.
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1- REQUISITOS BÁSICOS PARA CANAIS DE TELEPROTEÇÃO
Os canais usadas para transporte de sinais de teleproteção devem operar com dois requisitos básicos
importantes que são a segurança e a confiabilidade. Adicionalmente deve ter também um tempo de
operação condizente com a aplicação desejada.
1.1 - SEGURANÇA
Requer que o canal nunca forneça um falso sinal de TRIP. Isto significa que o canal deve
ser capaz de suportar interferências e ruídos quando um comando não é transmitido. É
expresso numericamente, como a probabilidade de um falso comando ser gerado por um
ruído de determinada duração.
1.2 - CONFIABILIDADE
Requer que o canal sempre forneça um sinal de TRIP quando um sinal de comando é
recebido. O canal deve ter a capacidade de suportar interferências e ruídos durante a
transmissão do comando. Pode ser expresso numericamente como a probabilidade de que
um comando transmitido, seja detectado dentro de um tempo especifico. Os ruídos podem
interferir no canal retardando um sinal de comando real ou impedindo o receptor de
reconhecer um sinal de comando real como tal.
1.3 - TEMPO DE OPERAÇÃO
Um canal de teleproteção deve fornecer um tempo de operação menor possível que ainda
mantenha as características de segurança e confiabilidade, isto considerando uma ligação
do tipo costa-a-costa o qual inclui o tempo do transmissor ( após aplicação do sinal de
chaveamento), o tempo de resposta do receptor, e o tempo de operação dos dispositivos
de saída.
FIGURA 1.1 Tempos de operação de um sistema
TX RX
BOBINA BOBINA
RELE ou SCRRELE ou SCR
CONTATO CONTATO
CANAL
SAÍDA DO
RECEPTOR
SAÍDA DE
TRIP
CONTATO DE INICIO DE TX
INICIO DE TX
TEMPO DE OPERAÇÃO
DO CANAL(COSTA-A-COSTA)
TEMPO DE OPER. DO
ELEMENTO DE
RECEPÇÃO
CORRENTE DE SAÍDA
DO RECEPTOR
SAÍDA DO RELE
DE RECEPÇÃO
CORRENTE DE
SAÍDA DE TRIP
TEMPO DE OPER. DA
SAÍDA DE TRIP SAÍDA DE TRIP
TEMPO TOTAL DE OPERAÇÃO
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Estes tempos são específicos dos equipamentos do canal. Para o tempo total, deverá ser
considerado tempo de propagação do meio de transmissão, o qual é uma função da largura
de banda do canal de comunicação e do próprio meio de transmissão.
Para os equipamentos de teleproteção devem ser observadas os seguintes aspectos no que
diz respeito à segurança e confiabilidade:
I - Segurança
Ruído
Sinais alienígenas
Translação de freqüência
II - Confiabilidade
Surtos de sobre tensão
Ruídos (impulsivos e aleatórios)
Sinais alienígenas
1.4 - REDUNDÂNCIAS
Para aumentar a segurança e confiabilidade, alguns sistemas de teleproteção possuem
alternativas de redundância. Estas alternativas podem ser por canais duplos por rotas
alternativas, onde se utilizam dois caminhos de comunicação separados ou o uso de canais
duplos pelo mesmo meio de comunicação.
No caso de rotas alternativas, deve ser levado em consideração os tempos de transmissão
envolvidos, pois cada meio de comunicação tem diferentes tempos. Estes tempos são por
exemplo, afetados por filtros de RF ou áudio, processos de modulação e demodulação,
chaveamento de rotas em sistema de Micro Ondas, etc.
Na operação a canais duplos, são usados dois transmissores em cada terminal de
transmissão e dois receptores nos terminais de recepção. Na transmissão os sinais de
comando são aplicados simultaneamente aos dois transmissores e na recepção, os relés de
saída fornecem uma lógica binaria AND. Desta forma é necessário o recebimento dos dois
sinais para a atuação final da proteção. Os equipamentos envolvidos nesta configuração,
devem prever dispositivos que em caso de falha de um dos canais, a lógica de saída de
recepção possa ser alterada para a operação com um único canal (lógica OR).
1.5 - ALARMES EXTERNOS E INDICAÇÕES
Todo esquema de teleproteção deve estar previsto para que haja uma supervisão remota
ou local, das condições de operado dos equipamentos dos canais de teleproteção. Esta
supervisão é feita por alarmes e indicações fornecidas pelos equipamentos que devem ser
no mínimo:
1. Alarme de transmissão
2. Alarme de recepção
3. Alarme de equipamento indisponível por teste ou manutenção
4. Indicação de transmissão de TRIP (As TRIP)
5. Indicação de recepção de TRIP (Received TRIP)
Estes alarmes e indicações devidamente configurados, podem ser de grande valia para
detectar problemas com as falhas de operação correta dos esquemas de teleproteção.
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2- TIPOS DE CANAIS DE TELEPROTEÇÃO
Os equipamentos de telecomunicação destinados ao uso como canais de teleproteção,
encontram-se divididos nas seguintes categorias:
1 - Equipamentos por Tons de Áudio
2 - Equipamentos por Ondas Portadoras
3 - Equipamentos por Fibras Ópticas
2.1 - EQUIPAMENTOS DE TONS DE ÁUDIO
Esta categoria de equipamentos operam na faixa de áudio freqüência, fazendo uso de
canais telefônicos de voz para transportar as informações dos sinais de proteção de um
ponto a outro. Desta forma, podem ser utilizados canais de voz de sistemas rádio, ondas
portadoras, fibras ópticas, linhas telefônicas e qualquer outro meio que disponibilize um
canal telefônico com uma faixa de freqüência de 300 Hz a 3.400 Hz.
Estes equipamentos, usam a modulação AFSK, isto é, utilizam no mínimo duas freqüências
de áudio: uma para o sinal de guarda e outra para o sinal do comando ou TRIP.
Podem ser utilizados em praticamente todos os esquemas de proteção, pois operam com
tempo de transmissão entre 4 ms a 18 ms, dependendo do espaçamento de freqüências
utilizados para ao tom de guarda e comando.
A sua limitação é notada quando é utilizado canais de áudio de algum meio de transmissão
que possa provocar um aumento muito grande no tempo total de transmissão, como por
exemplo, em um sistema via rádio UHF com muitas repetidoras, ou em sistemas mistos
por exemplo: Ondas portadoras + rádio UHF + Rádio SHF, etc.
2.2 - EQUIPAMENTOS DE ONDAS PORTADORAS
Para equipamentos PLC, existem dois tipos básicos de sinais usados para canais de
teleproteção:
· Portadora chaveada ( Keyed Carrier), podendo ser em AM ou ON-OFF
· Portadora com chaveamento por deslocamento de freqüência ( Frequency-Shift-
Keyed – FSK)
2.2.1 - PORTADORA CHAVEADA
Neste tipo de transmissão, normalmente a portadora se encontra desligada (OFF), e a
informação é transmitida pela ação de ligar e desligar a portadora (ON/OFF). Este tipo de
sinal é normalmente usado para sistemas de proteção que operam por bloqueio (blocking).
Este tipo de equipamento produz uma portadora de RF chaveada sem modulação e que
pode ser acoplada à uma linha de alta tensão.Este tipo de canal pelas suas características
de ON/OFF para operação em outros sistemas que não sejam do tipo blocking não fornece
uma grande confiabilidade tendo em vista a falta de supervisão do sinal da portadora.
2.2.2 - PORTADORA COM CHAVEAMENTO POR DESLOCAMENTO DE FREQÜÊNCIA(FSK)
Um sinal de FSK está sempre em condição de ligado (ON), o que prove um meio de
monitorar continuamente o canal para uma garantia operacional. Os canais FSK, também
estão menos susceptíveis aos ruídos e tem uma faixa de operação de RF maior do que as
usadas para o tipo ON/OFF.
Estes equipamentos operam com duas freqüências e são aplicados em esquemas de
disparo direto (Transfer-TRIP) para proteção de linhas de alta tensão e equipamentos.
Também é usado em esquemas do tipo desbloqueio (unblocking).
Eles operam com freqüências de RF, na faixa de 30 kHz a 500 kHz, acopladas às linha de
alta tensão neste caso como um equipamento dedicado à teleproteção chamado de PLC
(Power Line Carrier) ou ainda Ondas Portadoras por Linha de Alta Tensão (OPLAT).
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2.3 - EQUIPAMENTOS DE FIBRAS ÓPTICAS
Esta categoria de equipamentos dedicados a operar como canais de teleproteção por fibras
ópticas, aliam a alta velocidade com grande segurança e alta confiabilidade, pois utilizam
meio de comunicação digital e totalmente isento de ruídos e influências externas. Eles
podem ser do tipo integrado ao próprio sistema de multiplexação óptica, onde um
determinado canal possui as características especificas para operar como tal, ou ser do tipo
independente, cuja saída é aplicada diretamente à fibra óptica.
Cada equipamento, seja integrado ou independente, geralmente possui mais de um canal
de teleproteção, sendo 4 um número bastante comum.
Nestes equipamentos os sinais de comando aplicados são digitalizados e aplicados
diretamente aos meios de transmissão digital ou óptico.
Seus tempos de operação são bastante baixos e podem portanto ser aplicados a
praticamente todos os esquemas de proteção.
Deve ser observado o tempo de operação total quando estes equipamentos forem
aplicados em sistemas ópticos onde existam muitas repetições ou integrações entre vários
anéis no sistema. O tempo total entre dois locais pode ser um fator limitador para
determinados esquemas de proteção.
3- ESQUEMAS DE TELEPROTEÇÕES
Com o advento de novas tecnologias e o aumento das potências envolvidas em sistemas
elétricos, cada vez mais, necessita-se de meios que permitam a eliminação rápida das falhas
ocorridas em linhas de transmissão e equipamentos de potência a elas ligadas. Um canal de
comunicação é necessário quando a resposta de relés de proteção deve ser comparada entre
dois ou mais terminais para determinar a localização da falha em um sistema elétrico.
A proteção de linhas de alta tensão (LT) é o tipo mais comum de aplicação. Uma outra
aplicação freqüente é aquela em que os relés de detecção de falta estão localizados
remotamente do circuito disjuntor que isola a falta. Esta aplicação é conhecida como
Transferência de disparo direto ou Direct Transfer Tripping (DTT).
 Dependendo da situação, existem vários tipos de esquemas de proteção e que fazem uso
de equipamentos de teleproteção especificamente projetados para esta finalidade. O
conjunto dos relés de proteção de uma subestação juntamente com este equipamento
formam esquemas de teleproteção. Dentre os esquemas existentes, são comentados a
seguir alguns deles, visando a aplicação de equipamentos do tipo PLC dedicado. Serão
discutidos dois tipos básicos de esquemas de teleproteção: bloqueio (blocking) e disparo
(triping).
IMPORTANTE: As configurações dos esquemas apresentados a seguir, são simplificados e
ilustrativos e para fins didáticos, sendo na realidade e na prática, de maior complexidade e
com variações. As mesmas considerações devem ser levados em conta no que diz respeito
aos tempos de operação dos canais e faixas de cobertura de relés de proteção. As
configurações, tempos e coberturas irão depender de cada situação, e também do projeto
das Subestações e Linhas de Transmissão, bem como da filosofia de cada empresa e
projetista.
3.1 - ESQUEMAS DE BLOCKING (BLOQUEIO)
Neste esquema uma falha em uma linha de transmissão é detectada em alta velocidade
usando tanto o relés por comparação de fase como relés por comparação direcional. Em
ambos casos o canal é operado no modo de TRIP permissivo e é usado para bloquear a
abertura do disjuntor da linha protegida para falhas externas.
3.1.1 - COMPARAÇÃO DE FASE
O esquema de comparação de fase mostrada na figura 2.1 é uma aplicação típica de
proteção de LT por corrente diferencial. Um conjunto de dispositivos de análises (relés) é
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usado para gerar um sinal unifásico da freqüência do sistema elétrico (50/60 Hz), que é
proporcional à corrente da linha em cada terminal. Este sinal de CA é usado para modular
um equipamento de comunicação para possibilitar a comparação do ângulos de fase da
corrente que está entrando com a corrente que está saindo de um terminal.
A ocorrência de uma falha interna, indicado como F1 na figura, produz uma seqüência em
fase (IA=IB) resultando em que a saída do sinal gerado, pela comparação da fase local
com a fase remota, proporcione um comando de abertura em ambos extremos da linha.
Se a falha for externa tal como indicada por F2, a direção da corrente em A será revertida
(IA¹ IB), causando com que o sinal recebido em A e em B sejam também revertidos. Isto
irá impedir a abertura dos disjuntores em A e B para falhas externas (ação de bloqueio).
Figura 2.1 Esquema de blocking por comparação de fase
Deve ser observado que um esquema de bloqueio por comparação de fase mantém, -em
espera-, o canal na condição de TRIP permissivo, e chaveia para condição de bloqueio a
cada meio ciclo quando ocorre uma detecção de falha. Como este processo deve ser
executado por canais de alta velocidade, cujo tempo de transmissão total deve ser menor
do que 8 ms. Normalmente para este tipo de esquema é utilizado equipamento que
opera como ON/OFF, sendo que em OFF fica na condição de TRIP permissivo,
aumentando assim, a confiabilidade na presença da atenuações por falhas internas
quando um PLC é utilizado como canal de teleproteção.
3.1.2 - COMPARAÇÃO DIRECIONAL
Quando o esquema é por comparação direcional como visto na figura 2.2, em cada
terminal existem relés direcionais (RDIR) e relés de distância (RDIS) que comandam
DJ
CIRCUITO
DE
ANÁLISE
COMPA-
RADOR
RX
TX
DJ
CIRCUITO
DE
ANÁLISE
COMPA-
RADOR
RX
TX
BA
F1F2
I para F2
I para F1
I para F1 e F2
0
0
0
0
I I
II
A
B
A
B
FALTA INTERNA (F1) FALTA EXTERNA (F2)
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um canal de teleproteção com duas entradas; uma entrada é chamada de START ou
PARTIDA e aciona o circuito de transmissão do canal. A outra é chamada de STOP ou
PARADA e impede a transmissão do canal. O sinal de STOP prevalece sobre o sinal de
START. Estas entradas podem fazer parte do equipamento do canal ou serem
configuradas externamente por combinação lógica de contatos.
O relé direcional tem como propriedade principal, ser sensível apenas a um determinado
sentido da direção do fluxo da corrente de falha. Diz-se então, que eles “enxergam” em
uma única direção. A abrangência do seu alcance é na ordem de 150% do trecho a ser
protegido, ou seja, ainda “enxerga” 50% além do trecho protegido, como visto na figura.
O sinal de saída deste relé ira atuar no canal de teleproteção de forma a evitar a sua
transmissão através da entrada STOP.
O relé de distância tem a propriedade de detectar faltas que ocorrem dentro de uma
determinada Zona de atuação. Quanto mais perto dele ocorrer a falta, tanto mais rápida
será a sua atuação. Normalmente são ajustados para operar em duas Zonas; na primeira
Zona (90%) suaatuação é instantânea e na segunda Zona (130%) atua
aproximadamente com retardo de 400 ms. Seu ajuste normalmente cobre entre 80% a
150% do trecho protegido. Não distingue a direção da corrente de falha, isto é, a falta
pode estar em um ou outro sentido. O sinal de saída deste relé atua sobre o canal de
teleproteção no sentido de ativar a sua transmissão através da entrada START.
Figura 2.2 – Esquema de blocking por comparação direcional
RDIS
RDIR
RDIS
STOP
START
TX
RX
CIRCUITO
DE
DECISÃO
RDIRSTOP
START
TX
RX
CIRCUITO
DE
DECISÃO
A B
F1
F2
DJDJ
RDIR
150%
RDIR
150%
RDIS
90% 130%
RDIS
90%130%
1a ZONA 2a ZONA
1a ZONA2a ZONA
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A ocorrência de uma falha interna, como indicado por F1 na figura 2.2 cria a seguinte
situação:
Terminal A
Relé RDIS atuado (falha dentro do trecho de proteção do relé) – geração de sinal de
START
Relé RDIR atuado (falha vista na direção da proteção) – geração de sinal de STOP
Terminal B
Relé RDIS atuado (falha dentro do trecho de proteção do relé) – geração de sinal de
START
Relé RDIR atuado (falha vista na direção da proteção) – geração de sinal de STOP
Como conclusão não existe transmissão no canal de teleproteção em ambos terminais,
pois a atuação dos relés RDIR gera um sinal na entrada de STOP de cada canal. Esta
situação permite que ambos os ambos os disjuntores sejam desligados pela ação do
circuito de proteção local de cada terminal, pois a condição é de TRIP permissivo em
ambos.
Quando a falha for externa como indicado por F2, a seguinte situação é criada:
Terminal A
Relé RDIS atuado (falha dentro do trecho de proteção do relé) – geração de sinal de
START
Relé RDIR atuado (falha vista na direção da proteção) – geração de sinal de STOP
Terminal B
Relé RDIS atuado (falha dentro do trecho de proteção do relé) – geração de sinal de
START
Relé RDIR não atuado (não enxergou falha na direção da proteção) – sem geração de
sinal de STOP
Esta situação faz com que haja uma transmissão do sinal no canal de teleproteção apenas
do terminal B para o terminal A, pois no terminal A o relé RDIR está gerando um sinal de
STOP. Isto provoca o bloqueio de ambos disjuntores impedindo a abertura da LT no
trecho A-B, pois o sinal transmitido por B além de ser recebido em A, também é recebido
em B por ação local.
No esquema de comparação direcional o canal fica no esquema permissivo quando não
houver recepção de sinal, chaveando para condição de bloqueio na detecção de uma falha
externa.
Normalmente neste esquema é utilizado canal de teleproteção de alta velocidade,
devendo ser PLC do tipo ON/OFF ou ainda FSK desde que o tempo de transmissão seja na
ordem de 10 ms ou menor.
3.1.3 - ESQUEMAS DE TRIPPING (DESLIGAMENTO)
Os esquemas de TRIPping caracterizam-se pela atuação direta sobre um disjuntor e
normalmente utilizam canais de teleproteção com tempo de transmissão situado entre 4
ms e 30 ms, dependendo da aplicação. Neste caso os canais podem ser do tipo PLC em
FSK ou do tipo AFSK ( Audio Frequency Shift Keyed).
Dentre os vários esquemas possíveis, é apresentado a seguir, aqueles mais utilizados.
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3.1.3.1 - DIRECT TRANSFER TRIP – DTT
(TRANSFERÊNCIA DE DESLIGAMENTO DIRETO)
Neste esquema um sinal é enviado para provocar a abertura direta de um disjuntor numa
extremidade remota, não sendo necessária qualquer operação dos relés de proteção
dessa extremidade remota.
Este esquema é bastante utilizado para LTs operando como ramal (ponta de linha) onde
existe a necessidade de proteger o transformador e outros equipamentos no terminal de
ponta de linha. Normalmente nos locais de ponta, por questão de custos, não existe
disjuntor, sendo que a LT é desligada pelo disjuntor localizado na extremidade oposta.
Na figura 2.3 é mostrada esta situação. Observar que, o canal de teleproteção opera no
modo simplex e unilateral com o receptor localizado junto ao terminal que contém o
disjuntor.
Quando no terminal A, o circuito que efetua a proteção local dos equipamentos gerar um
fechamento do contato C1, um sinal de comando é transmitido para o receptor do
terminal B. O receptor por sua vez fecha o contato T1, que atua diretamente na bobina
de TRIP do disjuntor (52/TC), ocasionando a sua abertura imediatamente.
Figura 2.3 – Esquema de Direct Transfer TRIP - DTT (Unidirecional)
Como os tempos envolvidos neste esquema não são considerados críticos, para o canal
de teleproteção podem ser usados equipamentos do tipo AFSK via canais telefônicos ou
PLC/FSK. Normalmente são adotados tempos de operação entre 20 ms a 60 ms para os
canais.
Receptor T1
T1
52/TC
Transmissor
f1
C1
Proteção
local
C1
52
Proteção
local
A B
DJ
52/TC: Bobina de Trip do disjuntor (Trip Coil)
52: Disjuntor da LT
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3.1.3.2 - DIRECT UNDERREACH TRANSFER TRIP – DUTT
(TRANSFERÊNCIA DE DESLIGAMENTO DIRETO POR SUBALCANCE)
Uma outra configuração de Direct Transfer TRIP pode ser vista na figura 2.4. Neste
esquema, o objetivo é também de provocar remotamente e diretamente a abertura de
um disjuntor. Os sinais de comando para o canal de teleproteção são gerados por relés
direcionais que normalmente fornecem uma cobertura entre 80% a 90% da LT.
O canal de teleproteção deve operar com equipamentos AFSK ou PLC/FSK e possuir
um sinal de guarda e um sinal de TRIP. Quando os equipamentos forem do tipo PLC,
os transmissores devem operar em freqüências diferentes.
Neste esquema, os relés direcionais (Z1/A e Z1/B) tem ambos uma cobertura de
aproximadamente 90% da LT entre A e B. Cada relé tem dois contatos que operam o
transmissor e a bobina de TRIP local (52/TC) ao mesmo tempo.
O contato G do receptor está aqui, simbolicamente, representando a recepção normal
de um sinal de guarda durante o repouso e no instante imediatamente anterior à
recepção de um sinal valido de comando (TRIP). No caso de falha do canal de
comunicação, o sinal de guarda desaparece e como conseqüência ocorre a abertura do
contato G, impedindo assim que falsos comandos de recepção venham a ocorrer
nestes momentos.
Figura 2.4 – Esquema de Direct Underreach Transfer TRIP - DUTT
Na ocorrência de uma falta como indicado por F1 na figura 2.4, ambos relés (Z1A e
Z1B) detectam esta falha pois a mesma encontra-se dentro das suas Zonas de
Transmissor
52/TC
Transmissor
f1
Z1/A
52
A B
DJ
52/TC: Bobina de Trip do disjuntor (Trip Coil) 52: Disjuntor da LT
52
DJ
Z1/A
Z1/B
f2
Z1/B
F1
F2
52/TC
G2
T2
Z1/A Z1/B G1
T1
ReceptorReceptor
f1f2
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cobertura. Consequentemente, cada lado envia um comando de abertura para o
disjuntor do terminal oposto e ao mesmo tempo gera um comando de TRIP local.
Convém lembrar que os relés direcionais tem a característica de operar mais
rapidamente quanto mais próxima a ele estiver a falta. Com isto, um dos terminais
recebe o comando de TRIP mais rapidamente que o acionamento do TRIP local,
fazendo com que a abertura dos disjuntores ocorram praticamente simultaneamente,
o que evita distúrbios no sistema elétrico.
Quando ocorre uma falta no trecho como a indicada na por F2 da figura, apenas o relé
Z1/B detecta-a. Isto faz com que haja a abertura do disjuntor local e o transmissor do
terminal B seja acionado. No terminal A a recepção de f2 aciona o contato T2
ocasionando a abertura do disjuntor.
3.1.3.3 - PERMISSIVE UNDERREACHING TRANSFER-TRIP - PUTT
(TRANSFERÊNCIA DE DESLIGAMENTO POR SUBALCANCE PERMISSIVO)
Neste esquema a deteção de uma falta pela proteção na 1ª Zona de um terminal
provoca o envio de um sinal pelo canal de teleproteção para outro terminal. A recepção
deste sinal, fornece condições para que haja uma abertura do disjuntor, o que
somente ocorrerá se oscontatos locais assim o permitirem.
Figura 2.5 – Esquema de Permissive Underreach Transfer TRIP - PUTT
Na figura 2.5 é apresentado um esquema típico desta proteção, onde Z1/A e Z2/A
representam respectivamente, a 1ª e a 2ª Zona de cobertura dos relés de proteção do
terminal A e da mesma forma, Z1/B e Z2/B para o terminal B.
Na ocorrência de uma falta no trecho coberto pelas duas Zonas de ambos os terminais,
tal como indicado por F1 na figura, tem-se o comando de abertura de ambos
disjuntores, seja pelo contato local Z1/A e Z1/B e também remotamente pelos
Transmissor
52/TC
Transmissor
f1
Z1/A
52
A B
DJ
52/TC: Bobina de Trip do disjuntor (Trip Coil)
52: Disjuntor da LT
52
DJ
Z1/A
Z1/B
f2
Z1/B
F1
F2
52/TC
G2
T2
Z1/A Z1/B
G1
T1
ReceptorReceptor
f1f2
Z2/BZ2/A
Z2/A
Z2/B
G - Contato do relé de guarda
T - Contato do relé de desligamento
F3
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contatos Z2/A, T2 e Z2/B,T1. Nesta situação, o esquema opera na forma Direct
Transfer TRIP.
Quando ocorre uma falta no trecho indicado por F2, tem-se a seguinte situação:
Instante inicial da falta:
Operam Z2/A, Z1/B e Z2/B;
Terminal A:
Fecha contato Z2/A, porém o disjuntor ainda não tem condições de abrir;
Terminal B:
O contato Z1/B comanda a abertura do disjuntor local e ao mesmo tempo envia o sinal
de comando para o terminal A;
Terminal A:
A recepção do sinal de teleproteção fecha o contato T2, permitindo a abertura do
disjuntor.
Para uma falha fora do trecho da 1a. Zona (Z1/A ou Z1/B), como por exemplo,
indicado por F3 na figura, não irá abrir nenhum disjuntor, pois não haverá a permissão
das proteções que atuam na 1ª Zona (subalcance permissivo).
O canal de teleproteção para este tipo de esquema deve ser do tipo AFSK ou PLC/FSK.
Geralmente é adotado o PLC devido ao tempo de operação, normalmente mais baixo
do que equipamentos de AFSK.
3.1.3.4 - PERMISSIVE OVERREACHING TRANSFER-TRIP – POTT
(TRANSFERÊNCIA DE DESLIGAMENTO POR SOBREALCANCE PERMISSIVO)
Neste esquema são utilizados relés de distância ajustados para detetarem faltas dentro
e além dos trecho da LT entre dois terminal. Estes relés enviam seus sinais para as
outras extremidades. A recepção destes sinais ira provocar a abertura do disjuntor,
porém, esta abertura fica condicionada a ação dos relés locais de cada terminal ( ação
permissiva). A figura 2.6 apresenta este tipo de esquema.
Neste tipo de esquema o canal de teleproteção somente atua para faltas que ocorrem
dentro do trecho da LT entre os terminais A e B como a indicada por F1 na figura. A
ação de comando dá-se pela atuação dos relés direcionais Z2/A e Z2/B, somente
quando os dois terminais detectam uma falta é que ocorre a abertura dos disjuntores.
Para faltas externas não há atuação do canal de teleproteção em um dos sentidos, não
havendo portanto permissão de um dos terminais.
Os equipamentos utilizados para este esquema podem ser do tipo PLC/FSK ou AFSK
desde que com tempo de transmissão baixa(< 15 ms).
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Figura 2.6 – Esquema de Permissive Overreach Transfer TRIP – POTT
3.1.4 - ESQUEMAS DE UNBLOCKING
Este tipo de configuração não é normalmente um esquema; é uma lógica normalmente
integrada ao receptor do canal de teleproteção. A sua atuação dá-se sobre o contato
representado por G nas figura dos esquemas acima. A falha em um canal de teleproteção,
seja por defeito no equipamento ou interrupção do meio de transmissão abre este
contato.
Isto é particularmente usado para esquemas de bloqueio, onde uma falha no sistema de
comunicação poderá impedir a abertura de um disjuntor, ou seja, no caso de falha do
canal um contato externo indica ao sistema de proteção local que as decisões são
tomadas localmente, isto é, não há a recepção de sinal de bloqueio do outro terminal.
4- LÓGICAS DE CANAIS DE TELEPROTEÇÃO
Dependendo do tipo de equipamentos utilizados nos canais de teleproteção, existem alguns
módulos com lógicas de recepção especificas. Estes sistemas de lógicas, fornecem uma
otimização entre a segurança e confiabilidade requeridas para qualquer aplicação.
4.1 - LÓGICA TIPO D
A lógica de recepção tipo “D” é definida como Presença de Guarda antes do TRIP(Guard
Before Trip). Esta lógica requer que após a perda do canal, um sinal de Guarda deve ser
recebido antes e durante 50 ms no minimo, para que a lógica possa fornecer uma saída de
TRIP em resposta a um sinal de TRIP.
Transmissor
52/TC
Transmissor
f1
Z2/A
52
A B
DJ
52/TC: Bobina de Trip do disjuntor (Trip Coil)
52: Disjuntor da LT
52
DJ
f2
Z2/B
F1F2
52/TC
G2
T2
G1
T1
ReceptorReceptor
f1f2
Z2/BZ2/A
Z2/A
Z2/B
G - Contato do relé de guarda
T - Contato do relé de desligamento
F2
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Este tipo de lógica é na maioria das vezes usado com esquemas de Direct Transfer TRIP
para proteção de equipamentos e em esquemas do tipo DUTT para a proteção de linhas de
transmissão onde o item segurança é fundamental. Caso a saída de TRIP deva ser mantida
por um longo período de tempo em função do sinal enviado pelos reles do transmissor,
esta lógica prevê um retorno ao sinal de Guarda se um ruído interromper o sinal por 300
ms ou mais. Por esta razão é recomendado que os transmissores estejam configurados
para chaveamento automático entre TRIP/Guarda (Flasher), de maneira a garantir que um
chaveamento para TRIP real ocorra na saída do canal.
Esta lógica de operação também fornece uma supervisão do sinal de TRIP e um alarme de
status do canal, após 300 ms da ocorrência de uma situação de alarme.
A figura 4.1 é apresentado um diagrama em blocos simplificado desta lógica.
O bloco supervisor é quem controla o temporizador de 50/300 ms e é também quem
recebe os sinais vindos do receptor.
Estados das entradas e saídas do circuito:
Supervisão:
Estado alto para sinais de TRIP OU GUARDA E SQUELCH em alto.
Entradas:
GUARDA: Alto para TRIP (Ausência de GUARDA); Baixo para GUARDA
TRIP: Alto para TRIP; Baixo para GUARDA (ausência de TRIP)
SQUELCH: Alto para canal bom (normal); Baixo para canal com ruído ou perda de sinal.
Saídas:
CSA (Channel Status Alarm): Alto para canal bom; Baixo para canal ruim.
TRIP LÓGICO: Segue o sinal de entrada de TRIP desde que CSA esteja em nível alto.
A operação desta lógica, é a seguinte:
Quando o sinal GUARDA estiver presente e a entrada de SQUELCH for alta, não é iniciado
um ALARME, o CSA permanece em estado alto e não há saída de TRIP . De modo similar
quando o sinal de TRIP estiver presente e a entrada SQUELCH for alta, não haverá
ALARME, o CSA permanece em alto, porém agora uma saída de TRIP estará presente.
Figura 4.1 – Diagrama em bloco das lógicas tipo D e P.
Quando as condições que controlam a entrada SQUELCH não estão normais e o sinal de
GUARDA estiver presente, podem ocorrer duas condições.
Se as condições de anormalidade da entrada SQUELCH for menor do que 300 ms, não
haverá ALARME, o CSA mantém-se normal, e não haverá saída de TRIP. Todavia, se a
anormalidade for maior do que 300 ms, o circuito temporizador 50/300 fornece uma saída,
e um ALARME será iniciado, porém não haverá saída de TRIP.
CSA
SAÍDA
DE
TRIP
50 ms
SUPERVISÃO
300 ms
GUARDA
TRIP
SQUELCH
(Ruído ou
perda de sinal)
FECHADO=LÓGICA D
ABERTO= LÓGICA P
TELEPROTEÇÃO
J.A.Goris
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Quando um sinal de TRIP estiver presente e a entrada de SQUELCH for para nível baixo,
podem ocorrer duas condições.
Se a anormalidade for menor do que 300 ms, não haverá ALARME, o CSA será normal, e a
saída de TRIP será liberada assim que a anormalidade retornar ao estado normal. Contudo,
se a anormalidade for maior do que 300 ms, o temporizador 50/300 fornece uma saída e é
gerada uma saída de ALARME e a entrada de TRIP não será apresentada na saída de TRIPLÓGICO. Para que ocorra um TRIP, o sinal de GUARDA deve reaparecer por no mínimo 50
ms e o canal deve ser novamente chaveado para o sinal de TRIP para permitir o TRIP de
saída; neste caso, o ALARME é desligado e CSA retorna para normal.
Deve ser observado que a lógica tipo D, prove uma aumento de segurança contra falsos
TRIP após uma falha do canal.
4.2 - LÓGICA TIPO P
A lógica do tipo P é definida como RESET DO SINAL ANTES DE TRIP. Após a falha do
canal, esta lógica pode ser retornada ao normal pela recepção de qualquer um dos sinais
de GUARDA ou TRIP. Este tipo de lógica é freqüentemente utilizada para esquemas do tipo
POTT e PUTT. De acordo com a preferencia do projetista, a lógica P é tipicamente usada no
lugar da lógica do tipo D, para esquemas do tipo DTT e DUTT. A lógica P aumenta a
confiabilidade do sinal de TRIP. Esta lógica é a mesma do tipo D, exceto que a presença de
GUARDA não é requerida para um TRIP após uma anormalidade na entrada de SQUELCH
que exceda 300 ms.
O diagrama lógico deste da lógica P é idêntica à da figura 4.1, somente que a chave deverá
estar fechada.
Quando um sinal de TRIP estiver presente e então a entrada de SQUELCH for para nível
baixo, duas condições podem ocorrer. Se a condição anormal for menor do que 300 ms,
não haverá ALARME, o CSA permanece normal, e o TRIP é permitido tão logo desapareça a
anormalidade. Se a anormalidade for maior do que 300 ms, o temporizador entra em ação
e um ALARME é então iniciado, porém o TRIP não será permitido até 50 ms após a entrada
de SQUELCH retornar ao normal.
A lógica do tipo P, comparada com a lógica D, aumenta a confiabilidade do sinal de TRIP
após uma falha de canal.
4.3 - LÓGICA TIPO “U”
A lógica do tipo U fornece um TRIP de saída quando houver uma perda do nível de sinal.
Não é necessário neste tipo de lógica, receber um sinal de maneira à permitir um TRIP.
Este tipo de lógica é sempre usada com esquemas de UNBLOCKING. Após o canal Ter
falhado, a lógica pode retornar ao normal pela recepção do sinal de GUARDA (Block) ou do
sinal de TRIP (Unblock). A lógica U é arranjada de tal maneira que permita uma desejada
saída de TRIP (Unblock), quando a entrada de SQUELCH está normal enquanto o nível do
sinal estiver abaixo de um limiar pré-definido. As funções da lógica U são as mesmas da
lógica P, com a condição adicional de que um sinal de TRIP é também produzido por 300
ms quando a perda do nível de sinal ocorre.
Na figura 4.2 é apresentado o diagrama em blocos da lógica U.
O bloco supervisor é quem controla o temporizador de 50/300 ms e é também quem
recebe os sinais vindos do receptor.
Estados das entradas e saídas do circuito:
Supervisão:
Estado alto para sinais de TRIP OU GUARDA E SQUELCH E LOL em alto.
TELEPROTEÇÃO
J.A.Goris
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Entradas:
GUARDA: Alto para TRIP (Ausência de GUARDA); Baixo para GUARDA
TRIP: Alto para TRIP; Baixo para GUARDA (ausência de TRIP)
SQUELCH: Alto para ausência de ruído e sinal bom (normal); Baixo para canal com
ruído e/ou perda de sinal.
IFL: Nível do sinal de IF do receptor (analógico -uma tensão CC proporcional ao nível
de entrada do sinal no receptor).
LOL: Alto para sinais acima do limiar pré-definido; baixo para sinais abaixo do limiar.
Saídas:
CSA (Channel Status Alarm): Alto para canal bom; Baixo para canal ruim.
TRIP LÓGICO(P): Segue o sinal de entrada de TRIP a não ser que o CSA esteja em
nível baixo (canal ruim).
TRIP LÓGICO(U): Segue o sinal de entrada de TRIP
Figura 4.2 – Diagrama em blocos da lógica U e T
A operação do circuito da figura 4.2, é a seguinte:
Quando o sinal de GUARDA (block) está presente e o sinal de SQUELCH está normal, não
existe ALARME, o CSA está normal e o TRIP não está disponibilizado.
Se o sinal de TRIP estiver presente e o SQUELCH estiver normal, não existirá ALARME, o
CSA está normal e o TRIP (Unblock) fica disponível.
Quando SQUELCH e GUARDA ficarem alto, porém o sinal de guarda recebido cai abaixo do
valor de limiar, então o LOL fica em estado baixo e produz um TRIP LÓGICO (U). O sinal
LOL também dá partida no temporizador de 300 ms através do circuito supervisor. A saída
U fica desta forma limitada em 300 ms.
Quando a entrada de SQUELCH ficar em estão baixo e o sinal de GUARDA (Block) estiver
presente, duas condições podem ocorrer. Se a anormalidade for menor de 300 ms, não
existirá ALARME, o CSA fica normal, e o TRIP (Unblock) não será liberado quando a
anormalidade retornar ao normal. Se a anormalidade for maior do que 300 ms, o
temporizador fornece uma saída, um ALARME será inicializado e o CSA vai para nível baixo,
porém o TRIP (Unblock) não será disponibilizado.
SUPERVISOR
AJUSTE
DE LIMIARNÍVEL DE IF
GUARDA
TRIP
SQUELCH
RUÍDO E/OU
PERDA DE SINAL
50 ms
300 ms
LOL
CSA
TRIP LÓGICO (P)
TRIP LÓGICO (U)
(USADO SOMENTE
COM LÓGICA T)
TELEPROTEÇÃO
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Quando um sinal de TRIP (Unblock) está presente e a entrada SQUELCH for para baixo,
duas condições podem ocorrer. Se a condição anormal for menor do que 300 ms, não
existira ALARME, o CSA fica normal, e o TRIP (Unblock) fica disponível por 300 ms se o
SQUELCH estiver normal e LOL estiver em baixo. Se a anormalidade for maior do que 300
ms, haverá a saída do temporizador, um ALARME será inicializado e CSA vai para baixo
porém o TRIP (unblock) não ficara disponível por muito tempo. Após 300 ms, a condição
anormal deve ser restaurada para normal por 50 ms antes que a saída da lógica possa ir
para desbloqueio (Unblock).
A lógica do tipo U aumenta a confiabilidade do TRIP durante condições de baixo nível de
sinal.
4.4 - LÓGICA TIPO T
A designação tipo T deriva de Two (T) outputs provided (“P” e “U”), ou seja, é uma
combinação das lógicas U e T em um único módulo.
Como pode ser visto na figura 4.2, está lógica tem duas saídas, uma U e outra P. Isto
significa que a saída U se comporta como a lógica U e a saída P se comporta como a lógica
P. A descrição funcional é a mesma já vista acima.
Esta lógica é usada em esquemas combinados de proteção com dois canais, onde um dos
canais pode ser usado para proteção de linha no modo permissivo (unblocking). Ambos os
canais quando chaveados simultaneamente, fornecem uma função de Dual-Channel-Direct-
TRIP (Transferencia de disparo de duplo canal) para proteção de DTT. A colocação em série
dos contatos de recepção de TRIP formando uma lógica AND fornece uma maior segurança
além de permitir facilmente testes dos canais.
Esta opção usado em sistemas de duplo canal ( dois receptores) e inclui uma função de
transferencia para canal único (throwover-to-single-channel). Sempre que há uma falha
em um ou outro receptor devido uma perda de sinal ou falta de alimentação, o sistema
passa a operar no modo de canal único.
Tabela resumo das Logicas em função do objetivo
Tipo de
Lógica
Esquema Lógica de
Operação
Objetivo Funcional
D DUTT Reset de Guarda antes
de Trip
Segurança contra falsos Trip após a
perda do canal
P
PUTT
POTT
Reset do sinal antes de
Trip
Aumenta a confiabilidade de um sinal
de Trip após a perda do canal
U Unblocking Perda do sinal permite
Trip
Saída de Trip momentânea (300 ms),
após a perda do canal
T
Unblocking e
DTT
(Combinados)
U e P Combinados Aplicação de canal simples com dupla
função