9 Funções de Proteção Complementares

7/23/2019 9 Funes de Proteo Complementares

1/24

D:\UNIFEI\Proteo\MATERIAL PARA AULA DO CURSO DE PROTEO\FUNES DE PROTEOCOMPLEMENTARES.doc

ADEMIR CARNEVALLI GUIMARAES Pgina 1 21/11/2008

1. - Proteo de sobre corrente direcional de terra.

Quando a falta a terra tem uma componente resistiva muito acentuada (queda de umcondutor de fase em um solo de alta resistividade ou a queda de um condutor de fasesobre uma arvore), possvel que a resistncia de falta supere o alcance resistivo a

proteo de distncia e esta no veja a falta. Para prevenir esta contingncia,tradicionalmente se tem utilizado reles direcionais de terra (67N) independente daproteo de distncia. A magnitude de operao destes reles a corrente residual (oucorrente a terra) da linha com defeito, IRES= 3I0.Como esta corrente pode proceder de qualquer fase, para se obter uma respostadirecional, esta corrente deve se comparar com outra magnitude com a qual estrelacionada.Quer dizer, para se reconhecer se o sentido da corrente de falta da barra para a linha(direo de disparo) ou para a barra local (direo de bloqueio) deve se utilizar umamagnitude auxiliar de referncia, comumente chamada de magnitude de polarizaocontra a qual se compara angularmente a magnitude de operao.

1.1 Polarizao por tenso homopolar

Como magnitude de polarizao se usa normalmente a tenso residual que gerada emtoda falta fase terra (VRES=3V0) e que se obtm somando vetorialmente as tenses dossecundrios (conectados em delta em aberto) dos trs transformadores de potencialmonofsicos de medida da tenso cujos primrios esto conectados entre fase e terra(figuras 1 e 2). A tenso residual pode ser obtida tambm de transformadores trifsicosdesde que seu circuito magntico permita a circulao de fluxo homopolar com no casodos transformadores com circuito magntico de cinco colunas. Em todos os casos, oneutro da estrela dos transformadores deve estar aterrado.

Figura 1 Magnitude de polarizao VRESe de operao IRESdo ele direcional de terra

Apesar de que o rele direcionais venham sendo utilizados da maneira descritaanteriormente, hoje em dia, a funo destes reles direcionais est incorporada na maioria

dos reles de distncia numricos.

C

ICIBIA

RELE DIRECIONAL

DE TERRA

(67N)

OUTROS RELES

VRES

IRES

A B

VRES=VA+VB+VC=3V0 IRES=IA+IB+IC=3I0


2/24



Esta funo, por outro lado, pode ser considerada como uma retaguarda para as faltasfrancas a terra e proteo primria no caso de altas de alta impedncia (quando a

proteo de distncia no capaz de ver a falta devido ao alcance resistivo do rele).A opo de usar reles de distncia e reles direcionais de terra separados evidentementemais cara que usar protees de distncia com a funo direcional de terra incorporada.

Como neste caso as duas funes compartilham recursos, em alguns sistemas muitocrticos, o usurio por questes de confiabilidade prefere usar a primeira soluo. Equalquer forma, na imensa maioria dos casos, pode-se utilizar-se de forma vantajosa asegunda alternativa.

As magnitudes 3V0e 3I0que aparecem e uma falta a terra so independentes da faseafetada.Isto , por um lado, uma vantagem j que um nico rele capaz de detectar as faltas aterra em qualquer uma das fases, no entanto por este motivo o rele tem que mandar umsinal de disparo trifsico por no conhecer em que fase ocorreu o defeito.

Quando a funo 67N est incorporada na proteo de distncia, a tenso residual 3V0calculada internamente pelo rele, mediante a soma vetorial das trs tenses de fase, nosendo necessrio medi-la externamente conforme mostrado na figura 1.A figura 2 mostra, de forma simplificada, a disposio das tenses, assim como o

potencial em reao terra E e o neutro N como a rede s e com uma falta na fase A(figuras b e c).

Figura 2 - Tenses com a rede sem defeito e com defeito na fase A

Na figura 3 se mostra a caracterstica de operao da funo 67N. Observe-se que secompara a magnitude de operao (3I0) com o reverso da tenso residual (-3V0). Emuma falta fase terra, a corrente residual 3I0est atrasada em relao a -3V0de umngulo compreendido entre 0 e 90 dependendo da impedncia de seqncia zero dosistema e da impedncia da falta.Em um sistema de potncia com neutro diretamente conectado terra este ngulocoincidir com o argumento da impedncia de seqncia zero; o valor esperado est emtorno de 65 indutivos.Portanto a zona de operao da proteo 67N (ver figura 3) deveria estar centrada sobreo fasor 3I0quando este est atrasado aquele ngulo (chamado de ngulo caractersticodo rel ACR ou ngulo de torque mximo do rele) com relao ao fasor (-3V

0). Se o

ACR fosse de 65 o rele operaria para posies do fasor 3I0entre 25 capacitivo e 155indutivo.

NN E

E

A

B

A

V0

VRES=3V0

VRES=3V0

IF=3I0

C C B

a b c


3/24



Na prtica, a funo 67N poderia ter uma pequena zona morta (ou zona de indeciso daordem de 10 em cada um dos extremos da zona de operao), de forma que a excursoda zona de operao segura estaria, neste caso, compreendida entre 15 capacitivo e145 indutivo.A polarizao por tenso de seqncia zero a soluo clssica quando o acoplamento

mtuo de seqncia zero entre circuitos paralelos no significativo e quando na regiode instalao da funo 67N no existem muitos pontos do sistema de potnciadiretamente conectados terra.

Figura 3 Caracterstica de operao da funo direcional de terra

1.2 - Polarizao pela corrente de seqncia zero

A tenso 3V0 mxima no ponto de falta e vai decrescendo at a fonte. Se na

subestao tem muitos transformadores ligados terra de forma direta, ento aimpedncia de seqncia zero muito baixa e a tenso residual no ponto de instalaodo rele poderia ser insuficiente; em tal caso a funo 67N poderia usar como grandezade polarizao a corrente de neutro 3I0Tde um transformador de potencia local quecontribua para a falta.

Neste caso, as magnitudes de polarizao 3I0Te de operao 3Ioesto em fase, razopela qual ACR deve ser d ordem de zero.Nem todos os tipos de transformadores de fora so adequados para e retirar dosmesmos a magnitude de polarizao 3I0T.Por exemplo, no so aptos os transformadores estrela/estrela. Os autotransformadorestampouco so adequados quando as faltas a terra ocorrem no lado de Alta Tenso jque, no se pode saber a priori o sentido de circulao da corrente de neutro doAutotransformador e relao corrente de operao. Os transformadores adequados sodo grupo de conexo estrela/tringulo e os transformadores de trs enrolamentos em que

pelo menos um deles tringulo tal com os transformadores estrela/estrela/tringulo;neste ltimo caso tem-se que conectar em paralelo o secundrio dos transformadores decorrente dos neutros de cada enrolamento estrela e levar a corrente resultante para afuno 67N. A relao de transformao do TCs deve estar na relao inversa ao nvelde tenso de cada enrolamento estrela. Assim por exemplo se a tenso de uma dasestrelas de 110 kV e da outra 220 kV e o TC do neutro de 110 kV de 600/5, entoo TC do neutro de 220 kV deve ser de 300/5A.

ACR90-ACR-3V0

DISPARO

BOQUEIO

IF1

IF2

3I03V0

BOQUEIO

DISPARO

67N

F1

F2

IF=3I0

90


4/24



1.3 Polarizao por seqncia negativa.

No captulo 3 se analisou o acoplamento mutuo ds seqncia zero em linhas com doisou mais circuitos com traado paralelo quando acaba em um ou em ambos os extremosem diferentes subestaes.

Como se viu, quando se produz uma falta a terra em um dos circuitos, a correntehomopolar induzida em outros circuitos pode provocar o disparo de seus relesdirecionais de terra de ambos os extremos tanto se a magnitude de polarizao desteseles fosse a corrente de neutro dos transformadores (3I0T) como se fosse a tensoresidual do circuito (3V0).Em redes com estas configuraes, e com aterramento direto, pode ser vantajoso utilizarunidades direcionais baseadas na tenso de seqncia negativa V2e corrente deseqncia negativa I2j que o acoplamento mtuo para esta seqncia (e tambm para aseqncia positiva) relativamente baixa.

No obstante, ainda que a deciso direcional esteja baseada na diferena angular entre V2e I2, a magnitude de operao da funo direcional para faltas a terra continua sendo a

corrente residual do circuito com falta 3I0.

1.4. Unidade de sobre corrente.

A funo de sobre corrente direcional pode ser considerada conceitualmente comocomposta por duas unidades de medida:A unidade de controle direcional (CD) comentada nos itens anteriores e a unidade desobre corrente (I>).Esta ltima deve partir somente quando ultrapassado o ajuste de partida (IarrI>) e tenharecebido permisso da unidade direcional CD), coisa que ocorre quando a falta est nadireo de disparo do rele.

Na figura 4 se mostra graficamente o indicado aplicado para um rele 67N polarizado portenso residual e uma unidade de sobre corrente I> com caracterstica de tempo inverso.

Figura 4 A unidade CD controla a unidade de sobre corrente

Em condies normais pode existir um certo valor, ainda que geralmente pequeno, datenso residual 3V0.Esta tenso residual, na ausncia de falta terra, pode ser devida a desequilbrio dascomponentes fundamentais das tenses fase e terra ou a presena de terceiro harmniconas referidas tenses.

Esta ultima causa de erro no cria problemas se a entrada da unidade CD dispe de umfiltro que atenue suficientemente o terceiro harmnico.

DisparoPermisso

+

I>CD

3I0

3V0AND

3I0>(IarrI>)Permisso CD

Partida I>

IarrI> 3I0

Tdisparo


5/24



De qualquer maneira conveniente um valor mnimo de deteco da tenso residualseja ajustvel dentro de uma margem de vrios volts secundrios.

O valor mnimo para o ajuste da corrente na unidade CD para a correta deteco dadirecionalidade deveria ser menos que o ajuste mnimo de partida da unidade de sobre

corrente (I>).O valor de 3I0 praticamente desprezvel inclusive em condies de carga de forma queo ajuste de partida da unidade I> pode ser bastante pequeno inclusive menor que acorrente de carga nominal da linha.Com tempo de operao muito curto deve-se tomar cuidado com ajustesdemasiadamente baixos, para evitar disparos intempestivos no caso de faltas polifsicasviolentas que podem dar lugar a falsas correntes residuais transitrias por diferentesaturao dos transformadores de corrente.Evidentemente que isto no ocorrer se a corrente de terra obtida atravs de umtransformador de corrente do tipo toroidal que abrace as trs fases.Deve-se ainda evitar o disparo intempestivo da funo 67N durante o tempo em que est

aberto u plo do disjuntor aps um disparo monofsico que vai ser seguido por umreligamento.Se ocorrerem as condies de partida da unidade I> ela disparar apos um certo tempo,seguindo uma caracterstica de tempo definido ou de tempo inverso.Dentro deste ultimo tipo, uma caracterstica de tempo muito inversa bastante adequada

para a proteo de linhas em malhados de transmisso e distribuio de energia.

2 Tenso e Corrente

2.1 Proteo de Tenso

Em condies normais, a tenso e um sistema de potncia deve se manter dentro decertos limites (por exemplo, +10% e -10%). Podem, no entanto acontecer situaes quefaam com que a tenso saia da fixa tolerada criando sobre ou sub tenses.

Entre as causas responsveis pelas sub tenses podemos citar:

Desligamentos de unidades de gerao Aumento de carga do sistema Defeitos no sistema de potncia

Entre as causas pela ocorrncia de obre tenses podemos citar:

Desligamento de um bloco aprecivel de carga Faltas terra em sistemas de potncia do lugar a elevao da tenso nas fases

ss.

Quando a causa uma falta transitria, normalmente no se toma nenhuma ao j quea tenso se normaliza com a eliminao da falta. quando a falta tem um carter mais

permanente,os equipamentos de regulao automtica que existem na rede, seencarregam de corrigir a tenso levando-a para o interior da faixa tolerada. No entanto,como no caso de uma falha destes equipamentos, a tensa se manteria fora dos limites, se

criaria situaes perigosas para os receptores conectados ou para a prpria segurana da


6/24



rede razo pela qual h necessidade de se prever protees de sub e sobre tenso paradesconectar a parte afetada da rede.

2.2 Protees de corrente

2.2.1 - Proteo de sobre carga

Esta proteo, como o nome indica, se destina a evitar sobre cargas prolongadasdeforma que no ultrapasse a capacidade trmica do equipamento protegido.

Normalmente se aplicam a cabos isolados pe dificuldade que tm de transferir o calorgerado pela sobre carga e pelos altos custos dos reparos decorrentes e aindisponibilidade do circuito.Com a sobre carga um fenmeno trifsico, basta usar um rele alimentado por uma fasequalquer do cabo, comandando um desligamento trifsico.

Normalmente o princpio de medida est relacionado a se conseguir uma replica trmicado cabo.

2.2.2 Proteo de sobre corrente

Ao contrrio, a proteo de sobre corrente um proteo contra curto circuitosespecialmente aqueles polifsicos uma vez que os curtos circuitos fase terra esto

protegidos pelos reles direcionais de terra.Como o curto circuito pode afetar a qualquer uma das fases a mesma deve ser trifsica ecom disparo trifsico.Esta e uma funo complementar de um rele de distncia, podendo ser direcional ouno.

Normalmente as protees de distncia incorporam esta funo em quatro etapas, cadauma das quais podendo ser habilitadas ou desabilitadas dependendo da vontade dousurio.As duas primeiras etapas podem ser selecionadas como direcionais ou no direcionais ea sua caracterstica pode ser selecionada como de tempo definido (TD) ou tempoinverso (IDMT).As etapas 3 e 4 so no direcionais, de tempo definido admitindo ajustes instantneos.Etapa 3 pode ser habilidade de forma permanente ou exclusivamente para os casos defechamentos sobre defeitos (SOTF) ou disparo seguido de religamento (TOR).A etapa 4 usada somente para proteo de STUB BUS.A caracterstica de tempo inverso pode ser adaptada a varias normas dentre as quais

IEC, IEEE promovendo-se o ajuste adequado dos parmetros das equaes a seguir:]

]1)[(.[ L

I

I

KTt

S

+

=

(3)

Sendo:T tempo de operaoK constanteI corrente medidaIS corrente ajustada constanteL constante para as normas ANSI/IEEE (L=0 para as curvas segundo IEC)T fator de multiplicao do tempo


7/24



Quando as etapas 1 e 2 so selecionadas como direcionais (nos reles da famlia P440 daAREVA), no se necessita ajustar o angulo caracterstico j que estas etapas usam ocritrio direcional das zonas de distncia.

No caso da perda da tenso, tanto estas etapas direcionais como as funes de distncia,no tem informao para tomar uma deciso correta sobre a direo razo pela qual so

bloqueadas.No entanto para manter a proteo durante o intervalo de tempo de falta de tenso, asetapas 1 e 2 so foradas para a operao no direcional de forma que podem atuar se acorrente ultrapassar o valor de ajuste durante um tempo superior a ajuste de tempoI>Time Delay VTS.(Nas etapas 1 e 2 o tempo de reposio pode ser ajustado em zero ou certo valor optionTimer Hold).Esta ultima opo de ajuste do tempo de reposio pode ser interessante nos casos emque a montante tenham sido instalados reles eletromecnicos, cujos tempos de reposioso inerentemente maiores do que zero com a finalidade de se manter a coordenao.Tambm podem ser de utilidade para reduzir o tempo de eliminao de faltas

intermitentes tais como os podem se originar e linhas areas muito carregadas durante aocorrncia de fortes ventos transversais ou no caso de cabos, com isolamento de

plstico, nos quais a energia da falta, pode originar uma fuso com posteriorrecomposio do isolamento com o que a falta se extingue.Este processo pode se repetir dando lugar a uma srie de pulsos de corrente de falta,cada v e maio durao, com intervalos ente eles cada vez menores at que falta etransforma em permanente.

3 Fase Aberta

Os equipamentos de proteo esto basicamente projetados para fazer frente a maioriadas faltas do sistema de potncia que so as que se apresentam como falhas deisolamento entre fases e terra ou entre fases (faltas derivao ou shunt).A falha de isolamento tem sua origem em diversas causas entre as quais se encontram assobre tenses de origem atmosfrica, sobre tenses de manobra, aves em linhas areas,arvores prximas das linhas areas, danos mecnicos produzidos por escavadeiras, etc..

No geral estas faltas do origem a aumentos expressivos da corrente razo pela qual sofacilmente reconhecidos.

Em uma linha pode se apresentar outros tipos de anormalidades tais como desequilbrioque produzido quando se interrompe uma fase de um circuito trifsico (Falta serie)

ainda que no ocorra uma falha do isolamento com relao a terra ou entre fases.Esta anormalidade pode se dever a uma srie de causas tais como a ruptura de umcondutor de fase, falha de um plo de um seccionador ou disjuntor, fuso de um fusvelem linhas de media tenso, etc..Em geral estas faltas no do origem a correntes elevadas nas fases ss e que possam serfacilmente detectadas por reles normais de sobre corrente sendo mais seguro detect-las

por meio de unidade de sobre corrente de seqncia negativa (I2) j que este tipo de faltasempre gera corrente de seqncia negativa.Como em condies normais temos que considerar um desequilbrio inevitvel devidoaos erros dos transformadores de corrente, os desequilbrios prprios das cargas, etc.,um rele baseado exclusivamente na medida da corrente de seqncia negativa deveria

ser ajustado a um valor bem acima dos desequilbrios que se apresentam a plena cargapara evitar disparos intempestivos em condies de rede s. Se Ocorrer a ruptura de


8/24



uma fase, nestas condies, a componente inversa resultante ser superior aodesequilbrio inicial, e o rele detectara sem problema a condio de fase aberta nosistema de potencia.Se, no entanto a ruptura do condutor de fase ocorre em condies de baixa carga nalinha, a componente de seqncia negativa das correntes de fase poderia ser da ordem

do ajuste do rele ou ate menor e o rele poderia no atuar no cumprindo assim a suafuno.Alguns equipamentos possuem uma proteo de ruptura de condutor que, no entanto

para evitar o anteriormente mencionado, a funo em vez de responder exclusivamente

a componente I2, responde a relao entre as componentes direta e inversa (1

2

I

I). A

citada relao e aproximadamente constante apesar da variao da corrente de carga,razo pela qual a resposta do rele e muito menos afetada.

Para ilustrar o anteriormente mencionado consideremos o exemplo da figura 5 que

mostra o esquema unifilar de uma linha JK de impedncia de seqncia positiva ZLeimpedncia de seqncia zero ZL0alimentada por seus dois extremos, com uma faseaberta entre os pontos P e Q.Para este caso simples a ruptura pode estar situada em qualquer ponto sem que isto afeteo resultado.A figura 6 mostra, em condies de fase aberta, como as componentes de seqncia

positiva se injeta nas redes de seqncia inversa e zero conectadas em paralelo na zonaP, Q onde se interrompe o condutor de fase.

Figura 5 Ruptura de um condutor na fase a, entre Pe Q na linha JK.

Portanto as quedas de tenso I1.(02

02 . ZZZZ+ ) e I

2.Z2so iguais e em oposio, assim

Podemos escrever que -I1.(02

02 .

ZZ

ZZ

+)= I2.Z2ou ainda

02

0

1

2

ZZ

Z

I

I

+= (4)

Se a rede esta conectada a terra em um s ponto ento ZS0ou ZR0e infinito, comoconseqncia Z0e infinito. Nestas condies, da equao (4) se obtm a seguinte

relao 11

2 =I

I.

K

rPs QES

xFase cFase bFase a

ERZSZ

R


9/24



Figura 6 Interligao das redes de seqncia para uma ruptura na fase AIa1+ Ia2+ Ia0=0, Ia1= -(Ia2+ Ia0)

Z1= ZS1+ ZL+ ZR1, Z2= ZS2+ ZL+ ZR2 ,Z0= ZS0+ ZL0+ ZR0

)( 02

0

1

2

ZZ

Z

I

I

+

=

Se a rede esta conectada a terra em dois ou mais pontos e Z0=Z2 ento a relao

50,01

2 =I

I.

Em geral, o valor de I1pode-se obter considerando que q rede equivalente da figura 6

esta formada por uma fonte de tenso Z1.Ipf1onde Ipf1e a corrente de seqncia positivada corrente pr-falta, esta fonte esta em serie com Z1e com o paralelo de Z2e Z0.Assim que

))(

.(

.

02

021

111

ZZ

ZZZ

IZI

pf

+

+= (5)

Se antes da ruptura da fase, a linha estava em vazio, quer dizer Ipf1=0 ento I1=0 e I2=0

durante a ruptura. Nestas condies, o quociente1

2

I

Ino fica bem definido. Por isto

esta funo requer um valor mnimo de ento I2e I1para garantir uma boa medida. De

uma forma geral os reles requerem pelo menos 8% de corrente de seqncia negativapara garantir uma boa medida.

xZL0

I1

I2

(1-x)ZL

I0+I2xZL

xZL

ZS2

ZS0 ZR0

ZR2

ZR1ZS1

I0

I1+I2

I0

I1

VJ2

VJ0

VJ1ES ER

(1-x)ZL0

(1-x)ZL

K2

K1

K0

J1

J2

J0

P Q


10/24



Quando a funo de desequilbrio e ajustada muito baixo, deve-se ter em conta que emlinhas areas dotadas de religamento unipolar, o mesmo no venha a operar durante oreligamento. Por isto, a temporizao associada a funo de desequilbrio deve serajustada em um valor superior ao tempo de religamento (um valor da ordem de 60 seg.normalmente e suficiente para a maioria dos casos)

Exemplo 1

Determinar os ajustes da funo de desequilbrio de uma linha de transmisso quequando carregada com a corrente mxima de carga I1=1.000(A), se mede umdesequilbrio de I2=100 (A).

Soluo como a relao 10,01000

100

1

2 ==I

Ideve-se adotar um coeficiente de segurana

igual a 2, de tal forma que a funo devera ser ajustada em 20,01

2 =I

I, com uma

temporizao de 60 (seg.).4 Circuitos Mistos

Em algumas situaes, as protees de distncia devem proteger um circuito mistoformado por um trecho de linha area e um trecho de cabo subterrneo. No existe umcritrio nico a seguir, porque estes casos devem ser analisados um a um tem em contaalguns aspectos diferenciados entre linhas e cabos e buscando quase sempre umasoluo de compromisso.

4.1 ngulo de fase da impedncia serie.

O ngulo de fase em linhas areas e funo da distncia e, portanto do nvel de tenso.No caso da impedncia de seqncia zero e funo ainda da resistividade do solo assimcomo da presena ou no de cabos de terra e de outros circuitos em paralelo.A tabela seguinte mostra valores tpicos aproximados dos ngulos das impedncias daslinhas areas,

NGULO DA IMPEDNCIA SERIE DA LINHATENSO EM kVIMPEDNCIA DIRETA

(GRAU)IMPEDNCIA

HOMOPOLAR (1)(GRAU)

33 55 6566 65 70132 70 72275 80 79400 85 81TABELA 1 (1) Para uma resistividade de terreno de 100(m)

Nos cabos subterrneos estes ngulos so menores, e, para a impedncia de seqnciazero, mais varivel dependendo da diviso da corrente de retorno sobre a blindagem e aterra.O valor normalmente usado e de 30 a no ser que se conhea o valor com maior

preciso atravs de medio.


11/24



Tendo em considerao as colocaes anteriores, nos circuitos mistos e convenienteajustar o coeficiente de compensao de seqncia zero a valores diferentes para a

primeira e segunda zonas.

Exemplo 2

Determinar os ajustes dos coeficientes de compensao de seqncia zero kZ1e kZ2para as zonas 1 e 2 respectivamente do rele de distncia s que protege o circuito misto(figura 7) com as seguintes caractersticas

Linha area CaboComprimento (km) 7 3

Imp.Seq. Positiva (;km) 0,484-79,4 0,144-56,6Imp.Seq. Zero (;km) 1,633-74,9 0,592-30,5

As impedncias devem se referir a 100% do circuito protegido (neste caso 10 km).

Impedncias de seqncia positiva de cada um dos trechos:

ZL1=7.0,484 79,4=3,388 79,4 () ZC1=3.0,144 56,6=0,432 56,6 ()

Impedncias de seqncia zero de cada um dos trechos

ZL0=7.1,633 74,9=11,431 74,9 () ZC0=3.0,592 30,5=1,776 30,5 ()

Impedncias de seqncia positiva do circuito:

ZL1= ZL1+ ZC1=3,388 79,4 + 0,432 56,6 = 3,79 76,9 ()

Impedncia de seqncia zero referida ao comprimento total da linha, para calculo docoeficiente KZI:

ZI0= )(9,7433,16)37(7

9,74431,11)(0 =+

=+ cl

l

L LLL

Z

Coeficiente KZ1:

60,210,19,7679,3.3

)9,7679,39,7433,16(

.3

)(

1

10 =

=

=

Z

ZZK IZI

Impedncia de seqncia zero para calculo do coeficiente KZII:

ZII0= ZL0+ ZC0=11,431 74,9+1,776 30,5 ()=12,76 69,3

Coeficiente KZI1:

80,1079,09,7679,3.3

)9,7679,33,6976,12(

.3

)(

1

10 =

=

=

Z

ZZK IIZII


12/24



Figura 7 Proteo de um circuito misto (linha area mais cabo isolado)

4 Natureza das faltas

A maioria das faltas em linhas de transmisso so de (80 a 90%) so de naturezatransitria e portanto e muito interessante um religamento monofsico aps o disparoDas protees.Ao contrario a maioria dos defeitos em cabos so de carter permanente e portanto nose deve usar religamento.Em um circuito misto deve-se fazer religamento!

No se pode dar uma resposta categrica j que uma analise mais detalhada deveria serfeita para se determinar quais os fatores mais influentes em cada caso, dentre os quais

podemos citar:

Estatsticas de altas em circuitos similares Percentual do trecho areo sobre o total Importncia relativa que se da a continuidade de servio e a manuteno da

estabilidade dos sistema em relao ao custo das avarias no trecho de cabo, etc.. Em geral, deve-se evitar o religamento com falta no trecho de cabo j que a

nica coisa que se conseguira e aumentar o tamanho da avaria, o custo do reparoe a indisponibilidade do circuito.

Considerando a figura 7,podem ocorrer casos singulares que admitem soluespeculiares.Por exemplo, se o alcance da primeira zona da proteo s coincide com o comprimento

do trecho da linha area, se poderia admitir um religamento do extremo s s se aproteo s dispara na primeira zona.

Se o trecho de cabo, qualquer que for o seu comprimento depuser de uma proteo umaproteo unitria (diferencial longitudinal ou equivalente), ento os equipamentos dosextremos s e r poderiam religar exceto se receberem ordem de disparo da proteo dotrecho de cabo.

s

K

r

CaboLinha

ES ER

ZRZS

J

Comprimento lL Comprimento lCImp. Direta ZL1 Imp. Direta ZC1Imp. Zero ZL0 Imp. Zero ZC0


13/24



5.2 Proteo de Falha de Disjuntor

5.2.1 Justificativa e Princpio de Funcionamento.

Um disjuntor de alta tenso est associado a uma ou mais protees locais (por

exemplo, uma proteo de distncia e uma proteo diferencial longitudinal) quechamaremos conjuntamente de proteo principal.Quando um disjuntor tem que abrir uma corrente elevada e no o faz pode ser devido adiversas causas:

Falha da proteo principal ou dos seus transformadores de medida (TCs eTPs)

Falha dos circuitos de disparo (fiao e ou bobinas de abertura) Falha mecnica do prprio disjuntor (no inicia a abertura o pra no meio do

caminho, etc.) Falha na bateria de corrente contnua da subestao. a falha mais drstica pois

impossibilita o funcionamento da proteo e dos disjuntores.

As protees de falha de disjuntor no funcionam quando a causa da falha est naproteo principal porque necessitam, para a sua partida, da ordem de disparo estaltima.

No obstante, o problema menor se a proteo principal numrica, j que o estardotada de um sistema de auto diagnstico, capaz de detectar a maior parte das suasanomalias, estas podem ser sanadas a tempo antes que uma falta na linha obrigue a

proteo a funcionar.Alm do mais quando a proteo principal constituda por duas protees

independentes (normalmente com princpio de operao diferentes), qualquer delaspode fazer a cobertura local da outra, reduzindo extraordinariamente a possibilidade deuma falha de abertura do disjuntor motivada por falha da proteo.

As protees de falha de disjuntores esto projetadas para abrir todos os disjuntoresadjacentes conectados a mesma barra, quando a falha de abertura est associada aoscircuitos de disparo ou ao prprio disjuntor.Quando se utiliza algum sistema de superviso do circuito de disparo (vide item 8) e

pode ter uma sinalizao que facilite a identificao, a tempo de uma anomalia nohavendo a necessidade de se esperar por uma atuao da proteo de falha de disjuntorcom as serias conseqncias e um desligamento total da barra.

Entre as anomalias dos disjuntores existem algumas que so evidenciadas atravs dealarmes (por exemplo, baixa presso) e que portanto podem e devem ser tratadas ecorrigidas a tempo no entanto outras s aparecem quando do funcionamento dodisjuntor.Por exemplo, se as partes mveis do disjuntor iniciam o seu percurso mas no ocompletam, o arco mantido no interior das cmaras, e o disjuntor perde o seu poder decorte do arco e pode inclusive haver risco de exploso do mesmo.Este caso por si s justificaria a aplicao de uma proteo de falha de disjuntor.

O princpio de funcionamento da proteo de falha de disjuntor a seguinte:A proteo principal quando detecta uma falha na rede, manda uma ordem de

desligamento para o seu disjuntor e ao mesmo tempo, a uma entrada digital da PFD.Esta ordem de disparo parte um temporizador dentro da PFD, sempre que a corrente que


14/24



circule pelo disjuntor supere um determinado valor e espera um tempo razovel, TFI,que se considera suficiente, para que abra o disjuntor (normalmente entre 150 e 200mseg, vide item 5.2.4).Se antes que transcorra o tempo ajustado desaparece corrente de falta porque odisjuntor abriu normalmente, o temporizador rearmado e a proteo volta a seu estado

de repouso.Se, no entanto transcorrido este tempo, o disjuntor continua fechado (que se podecomprovar de diferentes formas como ser mostrado no item 5.2.4) a PFD manda umsinal de abertura para o nmero mnimo de disjuntores locais necessrios para abrircompletamente a corrente de defeito.

No caso da figura 8 a PFD envia sinal para os disjuntores t, m, r e normalmente tambmpara o prprio disjuntor p.Quando a barra a que pertence o disjuntor que falhou est ligada a uma outra barra pormeio de um disjuntor, a ordem de disparo deve ser enviada tambm para este disjuntor eacoplamento de barras.Em uma subestao de barra dupla, por convenincia de operao, qualquer terminal

pode estar ligado a uma ou outra barra.Por isso para disparar somente os disjuntores que naquele momento esto conectados

barra afetada, a ordem de disparo da PFD se canalizam atravs de contatos de relesbiestveis que informam a barra que est associada a cada um dos terminais.Quando a instalao est equipada com uma proteo diferencial de barras, normalque estes circuitos (ou lgicas) j existam e desta forma a proteo de barras e a PFDcompartilhariam destes circuitos de disparo.

A PFD no deve partir pela proteo de discordncia dos plos do disjuntor nem pelocomando voluntrio (local ou remoto) para abertura do mesmo.

No caso de linhas areas com religamento automtico, uma prtica o disparo unipolarpara as faltas monofsicas. Se para esta aplicao se usa uma PFD com um nicotemporizador para as trs fases poderia disparar intempestivamente para caso de faltasevolutivas mesmo tendo o disjuntor atuado corretamente.Esta situao est ilustrada a figura 9 que mostra a apario de uma falta a terra na faseA e dois perodos mais tarde outra falta ocorre na fase B.Observando-se que primeiro abre o plo A e posteriormente o plo B (e o plo C)eliminando-se de forma definitiva a falta evolutiva que no deveria fazer operar a PFD.Em uma falta evolutiva, a segunda falta comea antes que se tenha restabelecido ossinais de disparo e de presena da falta. Isto faz com que ao aparecer o segundo disparo

o temporizador no parte de zero visto que j teria transcorrido um tempo comoconseqncia da primeira falta.Quer dizer as condies para ativao do temporizador para a segunda falta seconcatenam com as da primeira falta podendo dar lugar a que a condio resultante(DG) e (I>) seja verdadeira durante um tempo superior ao tempo ajustado TFIem cujocaso a PFD operaria indevidamente.

Na figura 10 se representa a mesma falta mas, utilizando ma PFD com um temporizadorpor fase.


15/24



Figura 9 PFD com um temporizador para as trs fases e falta evolutiva

Neste caso, a PFD no dispara intempestivamente j que quando se produz o segundodisparo, em outra fase, o seu temporizador parte de zero.Desta forma, para aplicaes com proteo principal provida de lgica de disparounipolar, a deteco da condio de falha de disjuntor deve ser feita fase por fase de

forma que cada temporizador seja disparado pela ordem de disparo do respectivo plo.Desta forma teremos que considerar dois esquemas bsicos:

PFD com lgica de partida tripolar PFD com lgica de partida unipolar.

5.2.2 PFD com lgica de partida tripolar

Disparo A (DA)

DG AND I>

Tempo F.I (TFI)

Disparo B e C (DB)

Unidades I>

Dis aro PFD

Disparo Geral


16/24



Figura 10 PFD com temporizador por fase e falta evolutiva

Basicamente se usa este tipo em posies da rede onde no h religamento (cabossubterrneos, transformadores, etc..) ou em locas onde o religamento tripolar. Nafigura 11 se representa o esquema simplificado correspondente a PFD do disjuntor p daconfigurao mostrada na figura 8. Supe-se que os disjuntores tenham duas bobinas dedisparo.A utilizao da ordem de disparo da PFD pode ser diferente de uma empresa para outrao que se mostra na figura um esquema de princpio de uma das possibilidades.

Disparo A (DA)

I> fase A (I>A)

(DA) AND (I>A)

Tempo F.I A (TFI)

Dis aro B e C DB

I> fase B I>AB

DB AND I>B

Tempo F.I B (TFI)

Dis aro PFD


17/24



Figura 11 Esquema bsico de a PFD do extremo p com lgica de partida trifsica

5.2.3 PFD com lgica de partida unipolar.

Aplica-se em pontos da rede onde h desligamentos e religamentos unipolares.

Figura 12 Esquema Bsico PFD com lgica de partida unipolar

5.2.4 Funo proteo contra falha de disjuntor dos rele da famlia P440

1 Nmero de Temporizadores

A funo de falha disjuntores da famlia P440 da AREVA (srie MICOM) dispe de

dois temporizadores que podem ser ajustados independentemente (mostrados na figura

Disparo da proteo+ Bat 1

Disjuntor t,m,r

PP proteo principal

Para bobina de disparo disjuntor pDisparo PP Disjuntor p

Disparo da proteo Diferencial de Barras

Funo PFDIa

Ia

Ia

ANDOR

O

TFI1

O

TFI2 Disparo da proteo+ Bat 2

Disjuntor t,m,r

Disp C

AND

Disparo de disjuntores+ Bat 1

Disp A

Disp. A Disparo plo A Proteo PrincipalDisp. B Disparo plo B Proteo PrincipalDisp. C Disparo plo C Proteo Principal

Disparo da proteo Diferencial de Barras

Disp B

Ia

Ia

Ia

O

TFI1

O

TFI1

Disparo de disjuntores+ Bat 2

AND

AND

O

TFI1

OR


18/24



11, mas no na figura 12). Quando esto habilitados partem quando recebem ordem dedisparo da proteo principal.Quando se usa unicamente um temporizador se trabalha da forma indicada no item5.2.1.Os dois temporizadores s so usados quando os disjuntores possuem duas bobinas de

disparo.Nestes casos, se o disparo da proteo principal no abriu o disjuntor, ento quando sechega ao final do tempo ajustado no primeiro temporizador (de 150 a 200 mseg), a PFDenvia uma ordem de disparo para a segunda bobina do mesmo disjuntor que tinhafalhado. Se o disjuntor segue sem cortar a corrente de defeito, ento quando atua osegundo temporizador (de 300 a 400 mseg),a PFD envia ordem de disparo a todos osdisjuntores associados mesma seco da barra a que pertence o disjuntor que falhou.

2 Critrios de recomposio dos temporizadores

Se antes de terminar o tempo ajustado no temporizador, se detecta que o disjuntor abriu,

os temporizadores devem voltar a sua posio inicial deforma a evitar o disparoindevido dos disjuntores da barra.A identificao se o disjuntor abriu ou se mantm fechado feita vigiando-se o estadodos seguintes sinais (ou combinao deles):

Reposio da ordem de disparo da proteo principal (reset da proteoprincipal) (ROD)

Contatos auxiliares do disjuntor (CAI) Corrente que circula pelo disjuntor (I


19/24



3 Ajustes das unidades de sub-corrente (I


20/24



REPOSIOPOR

TEMPORIZAO VALOR(mseg)

Tempo de operao do disjuntor toi 50Tempo de reposio da proteo principal 50Margem de segurana 50

ROD

Ajuste do temporizador TFI 150Tempo de abetura/fechamento dos contatosauxiliares do disjuntor

50

Margem de segurana, tms 50

CAI

Ajuste do temporizador TFI 100Tempo de operao do disjuntor,toi 50Tempo de operao das unidades I< 13Margem de segurana 50

I inhibit).Este detector dever estar ajustado acima da mxima corrente que no devida a umafalta (corrente de carga, corrente capacitiva ou corrente de inrush se h umtransformador de potncia), mas abaixo da corrente de falta trifsica.Se este detector se ativa, esta condio se configura como uma falta trifsica e oequipamento de proteo produz um disparo trifsico instantneo; caso contrrio afuno de superviso de tenses bloqueia instantaneamente o disparo.Lgica de superviso s esta habilitada em condies de linha viva.

6 Superviso dos transformadores de corrente (TC)

As anormalidades no circuito secundrio de corrente so menos freqentes que nocircuito de tenso.Estas anomalias podem ter diversas causas:

Interrupo de uma corrente secundria. Esta anomalia alm de comprometer acorreta atuao dos reles de distncia , tambm, potencialmente perigosa, emdecorrncia das elevadas tenses que podem se desenvolver no ponto deinterrupo com conseqncias para as pessoas e o transformador de correnteque teve o seu enrolamento secundrio aberto.


23/24



Conexo terra e mais de um ponto do circuito secundrio. \esta anomalia bem mais prpria de uma instalao nova e se descobre na colocao emservio.

Polaridade trocada de uma ou dois correntes de fase. Como no caso anterior, estaanomalia caracterstica de uma nova instalao devendo se detectada por

ocasio do comissionamento.

Em qualquer destes casos, a funo de proteo de distncia e qualquer das suas funescomplementares que estejam baseadas na medio de corrente no esto em condiesde medir corretamente.Razo pela qual o equipamento de proteo deve incorporar uma funo de supervisodas correntes secundrias.Esta funo pode ser habilitada ou desabilitada.

Nota:Os equipamentos da famlia P440 esto equipados com a funo de superviso de

correntes secundrias baseada na seguinte filosofia:

A funo se ativa to logo a corrente residual supere o valor do patamar ajustvel CTSIN>set) sempre que a tenso residual esteja abaixo de um patamar tambm ajustvel(CTS VN


24/24


supervisionar, pelo menos, a continuidade do circuito de disparo do disjuntor quandoeste esta na posio fechado.Alguns usurios podem tambm desejar a superviso deste circuito quando o disjuntorest na posio aberto ainda que esta superviso seja muito menos importante que aanterior.

A figura 14 contempla a duas situaes indicando com a zona sombreada a parte docircuito de disparo supervisionada com o disjuntor fechado.

Em qualquer caso, se a funo de superviso detecta uma falha,emitir um alarme deAnomalia no circuito de disparo do disjuntor ao termo de m tempo longo ajustvel.(da ordem de vrios segundos ou minutos).

Figura 14 Esquema bsico de superviso do circuito de disparo do disjuntor

BD52a

52b

SUPa

SUPc

AA

AM

Circuito de disparo

Painel de C&P Disjuntor

AM Abertura manual 52a contato aux fechado com disjuntor fechado

AA Abertura automtica 52b contato aux. Aberto com disjuntor fechadoSUPc Sup.com disjuntor fechadoSUPa Sup.com disjuntor aberto BD bobina de desligamento do disjuntor

9 Funções de Proteção Complementares

Documents

Transcript of 9 Funções de Proteção Complementares