Post on 20-Jul-2020
Introdução a proteção de redes ativas de distribuição em CC
Eletrônica de Potência para Redes Ativas de Distribuição
Refs.: Per Karlsson, “DC Distributed Power Systems - Analysis, Design and Control for a
Renewable Energy System ,” 2002.
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Aterramento e detecção em CC
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Aterramento e detecção em CC
– Aterramento deve considerar tensões de sequência 0
– Capacitores de aterramento devem garantir correntes suficientes para detectar uma falha
– Capacitância de cabos deve ser somada
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Situações de falta
— Curto-circuito no lado CC – Capacitores do barramento contribuem para as correntes de falta
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Situações de falta
— Curto-circuito no lado CC – Constantes de tempo são tipicamente longas pelos altos valores de capacitância
– Após a descarga dos capacitores o curto é alimentado pelas fontes CA através de diodos dos retificadores
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Situações de falta
— Curto-circuito no lado CA – As correntes de curto são alimentadas pelas fontes de energia
– Proteções em CA devem atuar facilmente
– Se o curto for próximo a um conversor, a proteção ou limitação de corrente pode atuar sem problemas
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Situações de falta
— Curto-circuito no lado CC para terra – Capacitores de aterramento e de cabos para a terra contribuem para as correntes de falta
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Situações de falta
— Curto-circuito no lado CC para terra – Constantes de tempo são tipicamente curtas
– Pode-se incluir resistores em série com capacitores de aterramento
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Situações de falta
— Curto-circuito no lado CA para a terra – Condições iniciais dependem do tempo
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Situações de falta
— Curto-circuito no lado CA para a terra – As correntes de curto são alimentadas por diferentes caminhos
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Situações de falta
— Curto-circuito no lado CA para a terra – Indutâncias e semicondutores limitam os valores de corrente
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Detecção e seletividade
— Correntes de curto-circuito para a terra fluem como correntes de modo comum
— Para impedâncias de falta baixas, fluem altas correntes de modo comum
— Para altas impedâncias de falta, as amplitudes são baixas e se deve realizar medições diferenciais
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Detecção e seletividade
— Sugestão: – Em alguns casos é necessário utilizar detectores de derivada ou integral das correntes medidas e até das tensões dos barramentos
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— Interruptores eletromecânicos • Tempo de abertura:100’s ms até10 s • Tempos dependem da corrente • Queda de tensão em condução é baixa (μΩ) • Boa capacidade de sobrecarga
Proteção por dispositivos eletromecânicos
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— Princípios • Criação de um arco elétrico • Extingue-se na passagem por zero da corrente (CA) • Se a tensão sobre o arco crescer mais lentamente que a
capacidade dielétrica, não há re-ignição • Relação X/R indica a velocidade de crescimento da
tensão de recuperação • X/R alto = alta velocidade de crescimento da tensão
Proteção por dispositivos eletromecânicos
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— Capacidade dielétrica • Aumenta com
o Resfriamento do arco
o Aumento da pressão
o Aumento de ar fresco
o Aumento do comprimento do arco
Proteção por dispositivos eletromecânicos
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— E em CC?
Proteção por dispositivos eletromecânicos
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— Em CC • O dispositivo de proteção deve “construir” uma tensão
contrária para abrir um circuito
• A energia armazenada na linha (indutâncias distribuídas) deve ser absorvida pelo dispositivo antes de abrir
• Contatos mecânicos sofrem erosão = custo de manutenção
Proteção por dispositivos eletromecânicos
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— Abrir uma corrente em CC: • Aumenta-se a distância do arco • Melhoram-se as condições para extinção do arco
o Opção: 3 disjuntores CA em série
o Corrente para disparo magné<co é √2 vezes para disjuntor CA operando em CC
• Utiliza-se o campo magnético para aumentar a distância o Opção: 1 disjuntor CC (maior custo)
• Utiliza-se ressonância o Opção:
Proteção por dispositivos eletromecânicos
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— Abrir uma corrente em CC : • Aumenta-se a distância do arco • Melhoram-se as condições para extinção do arco
o Opção: 3 disjuntores CA em série
o Corrente para disparo magné<co é √2 vezes para disjuntor CA operando em CC
• Utiliza-se o campo magnético para aumentar a distância o Opção: 1 disjuntor CC (maior custo)
• Utiliza-se ressonância o Opção: disjuntor híbrido
o U<lizado em HVDC
Proteção por dispositivos eletromecânicos
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— Abrir uma corrente em CC : • Aumenta-se a distância do arco • Melhoram-se as condições para extinção do arco
o Opção: 3 disjuntores CA em série
o Corrente para disparo magné<co é √2 vezes para disjuntor CA operando em CC
• Utiliza-se o campo magnético para aumentar a distância o Opção: 1 disjuntor CC (maior custo)
• Utiliza-se ressonância o Opção: disjuntor híbrido
o U<lizado em HVDC
• Utiliza-se interruptores eletrônicos
Proteção por dispositivos eletromecânicos
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Relé eletrônico contra sobrecarga
— Configuração
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Relé eletrônico contra sobrecarga
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Relé eletrônico contra sobrecarga
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Relé eletrônico contra sobrecarga
– Vantagens • Velocidade • Confiabilidade • Flexibilidade • Custo competitivo • Multifuncionalidade • Sem arco elétrico • Sem oscilações
transitórias • Sem ruído audível • Baixo consumo • Facilidade de inclusão
de comunicação • Altas perdas em
condução
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Disjuntor híbrido
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Disjuntor híbrido
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Disjuntor híbrido
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Disjuntor híbrido com comutação forçada
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Disjuntor híbrido com comutação forçada
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Disjuntor híbrido com snubber
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Disjuntor híbrido com snubber
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Disjuntor híbrido com snubber
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Disjuntor eletrônico
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Disjuntor eletrônico
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Comparação
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Comparação
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Comparação
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Comparação
– Custos em k€
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Disjuntor híbrido sem arco
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Disjuntor híbrido sem arco
– Snubber!
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Disjuntor híbrido sem arco
– Desempenho • 100 kA • 30 kV • 100 vezes menor que
outras opções • Vários detalhes por
resolver
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Disjuntor híbrido
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Disjuntor híbrido
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Disjuntor híbrido
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Disjuntor híbrido
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Disjuntor híbrido
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Disjuntor eletrônico
– Comparação de dispositivos
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– Configurações para altas tensões
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Disjuntor eletrônico
– Aplicação em MT – Coordenação
• I: 100 ms • II: 500 ms • III: 1,0 s • IV: 1,5 s
– .: não se pode abrir IV ou III muito rápido
– Alternativa: • Limitação de corrente
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Disjuntor eletrônico
– Aplicação em MT – Coordenação
• I: 100 ms • II: 500 ms • III: 1,0 s • IV: 1,5 s
– .: não se pode abrir IV ou III muito rápido
– Alternativa: • Limitação de corrente • Com L, C ou LC
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Disjuntor eletrônico
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