Cap 06 - Linha Compensada

7/28/2019 Cap 06 - Linha Compensada

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PROTEO DE LINHAS DETRANSMISSO

TEORIA E PRTICA

Parte I: Conceitos e Definies

Cap 06 : Linhas Compensadas

Resumo

Este texto apresenta os conceitosde compensao srie aplicada a linhasde transmisso do sistema eltrico.

1. COMPENSAO SRIE

A capacidade de transmisso depotncia de linhas longas de EAT podeser incrementada atravs de bancos decapacitores srie. A reatncia negativados capacitores ( CXC 1= )compensa parte da reatncia longitudinal( LX

L= ) reduzindo assim o ngulo

de carga da linha. O banco de capacitores

pode ser instalado ao longo da linha, porexemplo, no meio, em um dos terminaisou distribudo nas duas extremidades

(metade dos capacitores em cadaterminal).

O grau de compensao (

LCCXXk = ) pode variar de 40% a

80%. No sistema de 765 kV de Furnas, acompensao de 40% no trecho Foz doIguau-Ivaipor e de 50% nos trechosIvaipor-Itaber e Itaber-Tijuco Preto.

O capacitor srie protegido contrasobretenses por um gap decentelhamento em paralelo (nasinstalaes mais recentes, um Varistoradicional implementado). Logo que ogap dispara (entra em ignio), ocapacitor inicialmente curto-circuitadopelo prprio gap e, subseqentemente,por um disjuntor de by-pass, como se

mostra na figura 1. Em geral, o gapdispara quando a corrente que flui pelocapacitor atinge 2 a 3 vezes a correntenominal de carga da linha.

Figura 1. Capacitor srie e funes bsicas de proteo.

No caso de faltas com correnteselevadas, o gap dispara e curto-circuita o

capacitor no primeiro semi-ciclo (emmenos de 9 ms). Desaparecendo acorrente de defeito, o disjuntor

automaticamente aberto aps um tempode retardo pr-ajustado (por exemplo,

200 ms), e o capacitor reinserido nalinha.

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Na hiptese acima, com altascorrentes de falta, a proteo reageexatamente como a proteo de umalinha normal, no compensada.Condies mais complexas surgemquando o gap no dispara durante a falta.

Uma oscilao transitria do circuitoR-L-C com uma freqncia sub-sncronasuperposta pode surgir. A componenteCC, comum na corrente de falta emcircuitos R-L, neste caso substituda poruma oscilao ressonante lenta, na faixade 10 a 40 Hz, dependendo das

caractersticas do sistema.A tenso e corrente de falta no reldepende da localizao do capacitor srie

em relao localizao do rel (posiodo TP). Os seguintes fenmenosfundamentais podem surgir:

reduo da reatncia de falta; inverso de tenso; inverso de corrente.

2. REDUO DA REATNCIA DEFALTA

Examinaremos inicialmente os casos

onde a reatncia entre o rel e o ponto defalta permanece positiva (indutiva) e seminverso de corrente, como se mostra nafigura 2.

Figura 2. Falta numa linha compensada tenso positiva no rel.

Neste caso tpico de falta, acorrente est atrasada da tenso emqualquer ponto da malha de curto-circuito. O perfil de tenso apresenta uma

elevao em degrau logo aps ocapacitor. A proteo de distncia mede

uma reatncia positiva, como numsistema normal, no compensado. O valorda reatncia de falta medido pelo rel,entretanto, aparece reduzido pela

reatncia do capacitor. A zona desubalcance da proteo de distncia

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deve, portanto, ser adaptada linhacompensada:

X1 = k1 ( XL - XC ).

A oscilao subsncrona superpostacausa uma oscilao na impedncia defalta, cujo lugar geomtrico apresentauma forma espiral em direo impedncia de falta de regimepermanente, com perodos alternados desobre e subalcance, conforme mostra afigura 3.

Figura 3. Falta numa linha compensada transitrio da impedncia de falta.

Como a ressonncia subsncronano pode ser completamente filtrada norel, especialmente quando suafreqncia prxima da freqncia dosistema, a zona de subalcance precisa serreduzida por uma margem de seguranaadicional ktrans para evitar umsobrealcance transitrio:

X1* = X1 k trans., onde X1 = k1 ( XL - XC ).

Se admitirmos uma resposta defreqncia linear na faixa de baixafreqncia da funo de filtro do rel dedistncia, a oscilao subsncrona amortecida por um fator fsub / fsist. Nestecaso, a equao a seguir pode serdeduzida, admitindo a pior condiopossvel:

E

Vk

Gap

trans

+

=

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1

onde:VGap = tenso de disparo do gap;E = tenso da f.e.m. de alimentao.

O exemplo a seguir ilustra a ordemde grandeza do fator de subalcancetransitrio ktrans.:

Para E = 1,1 % 400 kV e VGap = 200kV, o fator de subalcance transitrio serktrans.= 0,76.

Com um fator de ajuste tpico para a

primeira zona de k1 = 0,85 e um grau decompensaokC = 50%, o alcance da primeira zonaser:

X1 = 0,85 0,76 ( 1 0,5 ) XL = 0,32 XL

Com base nesse resultado, conclui-se que uma zona de subalcanceinstantnea oferece proteo apenaspara faltas prximas.

3. INVERSO DE TENSO

A inverso de tenso ocorre quandoa reatncia capacitiva do capacitor maior que a reatncia indutiva da linhaat o ponto de falta, como mostra afigura 4.A reatncia do local do rel at o pontode falta negativa (capacitiva) nestecaso. A corrente, porm, permaneceindutiva, considerando que a reatnciatotal de falta, desde a fonte at o defeito, positiva. Nesta hiptese, a tenso noponto onde est o rel apresenta umainverso de fase, isto , no ponto demedio a tenso est atrasada dacorrente por aproximadamente 90. Aimpedncia de falta medida , ento,negativa. Isto implica que uma decisodirecional baseada em tenses da malhade falta (fases envolvidas no defeito),indicaria a direo reversa, embora afalta seja na linha, na direo direta.

A deciso direcional usando tenses

no envolvidas na falta ou tensesmemorizadas (pr-falta), ao contrrio,proporciona resultados corretos. A figura

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5 mostra um rel com caractersticaadaptada (zona de sobrealcance), numalinha compensada.

A zona poligonal de distncia usatenses da malha de falta econseqentemente apresenta umacaracterstica fixa no plano deimpedncia. A caracterstica direcionalusa tenses pr-falta armazenadas outenses de fases no envolvidas na falta,e, conseqentemente, apresenta umdeslocamento em relao origem igual

impedncia da fonte, como se mostrana figura 5.A caracterstica circular MHO

precisa ser polarizada com um alto graude integridade das tenses (fases semfalta ou tenso armazenada), a fim deestender o alcance do crculo o mximopossvel na direo de reatncia negativa.

Apesar da reatncia negativa docapacitor, o comprimento total da linhapermanece dentro da faixa direta da zonade sobrealcance.

Figura 4. Falta numa linha compensada inverso da tenso medida no rel.

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Figura 5. Falta numa linha compensada proteo de distncia com caractersticaquadrilateral e medio direcional com tenso memorizada (caracterstica MHO polarizada

como alternativa).Uma proteo de comparao

direcional com zonas de distncia desobrealcance desse modo proporcionaum arranjo de proteo adequado paralinhas com compensao srie. Nestecaso, a zona de sobrealcance deve serajustada de modo que seu alcance sejamaior que a reatncia indutiva da linha,sem considerar a compensao. O ajusterequer uma expanso adicional igual a1/ktrans. para compensar o efeito daressonncia subsncrona:

Zover = 1,2...1,3 ( 1 / ktrans. ) ZL

O esquema de comparaodirecional pode empregar

indiferentemente tcnicas de bloqueio ou

de disparo permissivo.4. INVERSO DE CORRENTE

A inverso de corrente ocorrequando a impedncia total de falta, desdea fonte at o ponto de defeito, negativa(capacitiva), como ilustra a figura 6.

A impedncia vista pelo reltambm negativa. Uma inverso decorrente semelhante a uma faltaimediatamente aps o capacitor (pontoB). H, porm alguma configurao do

sistema onde a impedncia vista pelo relpermanece positiva (por exemplo, se o TPsituar-se depois do capacitor, do lado dalinha).

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Figura 6. Falta numa linha compensada inverso de fase da corrente de falta.

A impedncia vista pelo rel tambm negativa. Uma inverso de corrente semelhante a uma falta imediatamenteaps o capacitor (ponto B). H, pormalguma configurao do sistema onde aimpedncia vista pelo rel permanecepositiva (por exemplo, se o TP situar-sedepois do capacitor, do lado da linha).

A corrente de falta, em qualquercaso, adianta-se de aproximadamente90 em relao tenso no envolvida nafalta ou em relao tenso memorizada.A proteo de distncia, dessa forma,realizaria uma medio direcionalincorreta, com conseqente bloqueiopara faltas internas e disparo para faltasexternas.

A inverso de corrente, entretanto,s se verifica em configuraes especiaisdo sistema. Em geral, uma corrente defalta muito elevada fluir, causando o

disparo do gap, curto-circuitando ocapacitor durante a presena da falta.Salvo algumas excees, a proteo no

precisa ser configurada para estes casosespeciais.

O problema da inverso de correntes pode ser completamente resolvidocom proteo de comparao direcionalbaseada em ondas trafegantes (medioV/I). At mesmo a comparao de fasee, em muitos casos, tambm a proteodiferencial, pode falhar nesta condio.

5. POSIO DO TP E DOCAPACITOR

A anlise acima, em relao reduo de reatncia e inverso detenso, considerou o TP situado entre abarra e o capacitor. No sistema de 765kV, optou-se pela instalao do TP depoisdo capacitor, ou seja, do lado da linha.

Neste caso, o problema de reduode reatncia no verifica para faltas

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internas e o ajuste da primeira zona sprecisa considerar o subalcancetransitrio devido ressonnciasubsncrona. A reduo de reatnciaocorrer para faltas externas e assim,

dever ser levada em conta no ajuste doselementos de sobrealcance.Analogamente, o problema de

inverso de tenso tambm no verificapara faltas internas, podendo ocorrer nocaso de faltas reversas.

Figura 7. Capacitor srie com MOV impedncia equivalente.

6. RESISTNCIA NO-LINEAR NOCAMINHO DE CURTO-CIRCUITO

Os bancos de capacitores maismodernos empregam um MOV (metalxido varistor) para limitar a tenso.Neste caso, o gap ajustado para valoresmais elevados, de modo a dispararsomente na ocorrncia de faltas internascom altas correntes de curto-circuito.Durante faltas externas, apenas o MOV

limita a tenso. O capacitor volta adesempenhar sua funo efetivamente,quando a corrente de falta desaparece ea tenso cai abaixo do limite do varistor.

O varistor se comporta como umaresistncia varivel no caminho de curto-circuito. O circuito equivalente dacombinao capacitor-varistor estilustrado na figura 7. A impedncia

equivalente aplicvel componentefundamental. Devido distoro no-

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linear da tenso do varistor, harmnicosesto presentes. No caso de uma faltaimediatamente aps o capacitor, estesharmnicos esto presentes na tensomedida pelo rel. Graas aos filtros deFourier usados nos modernos relsnumricos, estes sinais esprios no tminfluncia significativa na preciso dasmedidas.

A impedncia equivalente do MOVinclui tambm uma componente resistiva

(RE), a qual tem que ser considerada noajuste do rel.

5.7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ZIEGLER, Gerhard, Numerical DistanceProtection Principles and Applications,Siemens, Erlangen, Alemanha, 1999.

BARBOSA, Ivan Jlio, Polarizao de RelsDirecionais de Terra, Furnas, 1990, eNotas de Aulas.

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