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WBA0463_v1.0 Proteção do sistema elétrico de potência Proteção geradores e rede distribuição Bloco 1 Joubert R. S. Júnior Proteção de geradores ► Os geradores são elementos do sistema elétrico de potência com elevado custo agregado e, também por este motivo, requerem um sistema de proteção adequado e confiável. Falhas operacionais geram consequências graves ao sistema elétrico. ► O investimento em proteção de geradores é justificado em função da importância que este equipamento tem no contexto do sistema elétrico de potência. A proteção dos geradores é concentrada nas faltas descritas na Figura 1: Fonte: elaborada pelo autor. Figura 1 – Definições conceituais Falha na isolação, gerando curto- circuito em entre espiras, fase-fase, fase-terra ou trifásica. Envelhecimento precoce dos enrolamentos Proteção de geradores A proteção dos geradores é concentrada nas faltas descritas na Figura 2: Fonte: elaborada pelo autor. Figura 2 – Definições conceituais Condições operacionais anormais, como perda de campo, vibrações, sobrevelocidade, sobrecarga, rejeição de carga, sobretensões de origem atmosféricas, sobretensões por manobra no sistema, perda sincronismo. De origem nos equipamentos agregados: curto-circuito nos transformadores de corrente e de potencial e curto-circuito no transformador elevador. Proteção de geradores Proteção de geradores ▪ Curto-circuito em função da falha de isolação é ocasionada em função da: sobretensão sobreaquecimento Figura 3 – Causas de curto-circuito por falha de isolação Fonte: elaborada pelo autor. Proteção de geradores Figura 4 – Principais causas do sobreaquecimento nos geradores Fonte: elaborada pelo autor. As principais causas do sobreaquecimento: ventilação corrente desequilibrada Proteção de geradores Quadro 1 – Funções adequadas para sistema proteção dos geradores Fonte: elaborado pelo autor. O sistema de proteção de geradores deve possuir características de proteção capaz de minimizar os danos em caso de faltas. Item Descrição 1 Rapidez de atuação para faltas internas. 2 Sensibilidade às faltas externas. 3 Limitar o valor de corrente de defeito para a terra. 4 Identificar condições anormais e atuar em caso de risco ao sistema elétrico. Proteção de geradores acionados por motores hidrelétricos turbogeradores síncronos indução Figura 5 – Classificação dos geradores em função de sua excitação Fonte: elaborada pelo autor. • Classificação dos geradores: Proteção de geradores Percentual de falhas em equipamentos da usina: Quadro 2 – Percentual de falhas em equipamentos das usinas Equipamentos Percentual de falhas (%) Gerador 28,73 Regulador de velocidade 21,28 Turbinas 12,23 Excitação 10,10 Adução/sucção 8,51 Mancal 13,30 Serviço auxiliar 4,25 Quadro de comando 1,60 Fonte: Kinderman (2018, [s.p.]). Tipos de proteção para geradores Bloco 2 Joubert R. S. Júnior Tipos de proteção ► A viabilidade técnica deve ser adotada para determinar as funções de proteção que deverão ser utilizadas com melhor custo/benefício. ► O Quadro 3 recomenda as proteções que poderão ser utilizadas em função da potência nominal do sistema. Tipos de proteção Proteção Potência nominal dos geradores em kW 100 a 500 500 a 100 1000 a 5000 5000 a 10000 10.000 a 50.000 50.000 a 100.000 Diferencial Sobrecorrente Sobrecarga Sobretensão Temperatura elevada Sobrevelocidade Perda de carga Perda de sincronismo Perda de excitação Subfrequência Fonte: adaptado de Mamede & Mamede (2011). Quadro 3 – Proteções adequadas para geradores em função da potência Tipos de proteção ● Função 12: proteção contra sobrevelocidade. ● Função 21: proteção distância. ● Função 25: dispositivo de sincronização. ● Função 26: proteção térmica. ● Função 27: proteção contra subtensão. ● Função 30: dispositivo anunciador. ● Função 32P: proteção direcional contra potência ativa: antimotorização. ● Função 32Q: proteção direcional contra potência reativa. ● Função 37: proteção contra perda de excitação. ● Função 40: proteção de campo ou perda excitação. ● Função 46: proteção contra desequilíbrio de corrente. ● Função 49: proteção de imagem térmica. ● Função 50: proteção instantânea de fase. ● Função 50N: proteção instantânea de neutro. ● Função 51: proteção temporizada de fase. ● Função 51N: proteção temporizada de neutro. ● Função 51G: proteção contra sobrecorrente temporizada de terra. ● Função 87G: proteção de sobrecorrente diferencial. Proteção em sistemas de distribuição Bloco 3 Joubert R. S. Junior Proteção em sistemas de distribuição Na região urbana, o sistema de distribuição pode apresentar trechos aéreos ou subterrâneos; já nas regiões rurais, os trechos são aéreos. Figura 5 – Rede distribuição Fonte: IltonRogerio/iStok.com. Proteção em sistemas de distribuição Fonte: elaborada pelo autor. Figura 6 – Diagrama em bloco simplificado geração transmissão subtransmição distribuição primária distribuição secunária Consumidores em baixa tensão. Sistema de distribuição. Consumidores em média e alta tensão. Proteção em sistemas de distribuição Grandes consumidores Distribuição primária Média e alta tensão Pequenos consumidores Distribuição secundária Baixa tensão Figura 7 – Alimentação dos consumidores Fonte: elaborada pelo autor. Proteção em sistemas de distribuição Os sistemas de distribuição de energia são compostos por alimentadores que suprem a demanda de energia nos consumidores finais e estão sujeitas a interferências externas que podem, de alguma forma, interromper o fornecimento de energia. Proteção em sistemas de distribuição Roubos de cabos Colisão de carros Pipas Queda de galhos na rede Objetos estranhos na rede Queda de árvores Quedas de postes Animais e pássaros na rede Queimadas Objetos estranhos na rede R ed e u rb an a R ed e ru ra l Figura 8 – Interferência externas na rede distribuição de energia Fonte: elaborada pelo autor. Proteção em sistemas de distribuição Uma das prioridades para empresas que operam com rede de distribuição de energia elétrica é garantir a confiabilidade do fornecimento de energia, otimizando os investimentos. Assim, a tecnologia como monitoramento remoto, automatização do estudo seletividade e coordenação ganham destaque no estudo de proteção deste sistema. Recomendações para o projeto de proteção em sistemas de distribuição ● Primário do transformador de distribuição: fazer uso de chave fusível. ● No início dos ramais: - Equipamentos indispensáveis: chaves fusíveis. - Equipamentos que podem ser utilizados em função da do grau de importância da: religadores ou seccionadores. ● No percurso dos alimentadores longos: se a proteção de retaguarda não for capaz de sensibilizar pela corrente de defeito, poderá ser utilizado equipamento de proteção como fusíveis e religadores, além das seccionadoras. 1 2 3 Fonte: Mamede & Mamede (2017). Recomendações para o projeto de proteção em sistemas de distribuição ● Após uma carga considerada de importância quanto à continuidade: pode-se utilizar chave fusível, religador ou seccionador. ● Em ramais cujos consumidores de média tensão a eles conectados são protegidos por disjuntores sem proteção contra defeitos monopolares à terra, como no caso de relés de ação direta: deve-se utilizar religadores ou seccionadores, evitando o emprego de fusíveis. ● Não utilizar mais que dois fusíveis em série nos alimentadores longos. 4 5 6 Fonte: Mamede & Mamede (2017). Recomendações para o projeto de proteção em sistemas de distribuição ● Não utilizar qualquer equipamento de proteção ao longo do alimentador tronco que permita manobra com outro alimentador, a fim de evitar as seguintes falhas: - Funcionamento inadequado do fusível já instalado e perda de coordenação com nova configuração. - Alimentação invertida nos seccionadores, impossibilitando o seu funcionamento. - Alimentação invertida dos religadores e perda de seletividade com a nova configuração. 7 Fonte: Mamede & Mamede (2017). Teoria em Prática Bloco 4 Joubert R. S. Júnior Reflita sobre a seguinte situação Sabemos que a rede de distribuição elétrica é composta por alimentadores que estão sujeitos a várias interferências que podem prejudicar o abastecimento de energia elétrica para os consumidores finais. Essas interferências, em sua grande maioria, estão relacionadas com a proximidade da rede com os centros urbanos e também com sua grande extensão. Pensando em otimizar o sistema de proteção, levando em consideração o custo benefício, os projetos devem considerar a importância das cargas à que estão sujeitas a alimentação. Norte para a resolução... • Levando em consideração que se trata de um projeto de proteção do sistema de distribuição de energia elétrica, foi especificado um relé de religamento para controlar e comandar o religador (função 79). • Sabe-se que o percurso do alimentador é longo e que a carga que ele alimenta tem uma grande importância. Norte para a resolução... Passo 1: verificar as possíveis funções de proteção que são recomendadas para o sistema de distribuição de energia. Passo 2: verificar quais são as características da rede e se existe algum fator que pode neutralizar a utilização das proteções. Norte para a resolução... Analisando as recomendações de proteção para a rede de distribuição e levando em consideração: Que o percurso do alimentador é longo e que a carga que ele alimenta tem uma grande importância, e sabendo que a proteção de retaguarda não é capaz de ser sensibilizada pela corrente de defeito. Norte para a resolução... Podemos concluir que: A utilização do relé de religamento para controlar e comandar o religador, com função 79, está correto, levando em consideração as características da rede e da importância da carga. Como a utilização do religador é recomendada, a especificação do relé é aconselhável. Dica do Professor Bloco 5 Joubert R.S.Júnior Dica do professor ❶ SOUZA, Leonardo L. C. de; MALDONADO, Mauricio U.; RADOS, Gregorio J. V. Gestão da terceirização no setor brasileiro de distribuição de energia elétrica. Rev. adm. empres., São Paulo, v. 51, n. 2, p. 188-201, abr./2011. ❷ GALLEGO, Luis A.; ECHEVERRIA, Mauricio G.; PADILHA-FELTRIN, Antonio. Fluxo de potência trifásico probabilístico para redes de distribuição usando o método de estimação por pontos. Sba Controle & Automação, Campinas, v. 23, n. 2, p. 179-189, abr./2012. Acesse o site da Scielo e pesquise por estes artigos: Referências CAMINHA, A. C. Introdução à proteção dos sistemas elétricos. 16. reimpressão. São Paulo: Editora Blucher, 2019. GALLEGO, Luis A.; ECHEVERRIA, Mauricio G.; PADILHA-FELTRIN, Antonio. Fluxo de potência trifásico probabilístico para redes de distribuição usando o método de estimação por pontos. Sba Controle & Automação, Campinas, v. 23, n. 2, p. 179-189, abr./2012. MAMEDE FILHO, João; MAMEDE, Daniel R. Proteção de sistemas elétricos de potência. Rio de Janeiro. LTC, 2017. KINDERMAN, Geraldo. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. 2. ed. Florianópolis: edição do autor, 2018. Bons estudos!
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