Capítulo IV Dispositivos de proteção – Parte II€¦ · · 2017-01-18O número que expressa...

26O Setor Elétrico / Abril de 2010

Apoio

Prot

eção

e s

elet

ivid

ade

Relé direcional de potência Emconcepção,osrelésdirecionaisdepotênciasão

relésqueoperamquandoovalordapotênciaativado

circuitoultrapassaumvalorprefixadoouajustadoena

direção preestabelecida.Atualmente, com o advento

dosrelésdigitais,jáexistemrelés32P,32Q,32S.

Função ANSI

OnúmeroparaafunçãoANSIparaorelédirecional

depotênciaé32.

Direcionalidade

Osrelés32operamemapenasumadireção.

Polarização

Apolarizaçãodorelé32éportensãoecorrente.

Conexão

Asprincipaisconexõesparaorelé32são:30°,60°

e90°.Aconexãomaisusualéa30°.

Unifilar

Orelé32podeserrepresentadoemumesquema

unifilarconformeindicadonaFigura1.

Por Cláudio Mardegan*

Capítulo IV

Dispositivos de proteção – Parte II

Apotêncianominalvistapeloreléédadapela

equaçãoabaixo.

Quando instalado na interconexão com

concessionária,o ajustedeste relé énormalmente

dadoemfunçãodeumpercentualsobreototalda

geraçãooqualécalculadocomoabaixo:

Relé diferencial São relés que operam quando a diferença da

corrente de entrada em relação à corrente de saída

ultrapassaumvalorpreestabelecidoouajustado.

Função ANSI

O número que expressa a função ANSI do relé

diferencial é o 87. Pode receber uma letra adicional

como 87T (diferencial de transformador), 87B

(diferencial de barra), 87G (diferencial de gerador),

87M(diferencialdemotor),etc.

Direcionalidade

Operamdentrodesuazonadeproteção(entreos

TCsdeentradaesaída)emqualquerdireção.

Polarização

Apolarizaçãodorelédiferencialocorreporcorrente.

Conexão/esquemas

Paraarepresentaçãoemesquemasunifilares,vide

Figura2.Paraarepresentaçãoemesquemastrifilares,

videFigura3.

Figura 1 – Representação em unifilar do relé 32 (direcional de potência).


Apoio

Figura 2 – Representação em unifilar do relé 87 (diferencial).

Figura 3 – Esquema trifilar do relé 87

Existemdoistiposbásicosderelésdiferenciais:orelé

diferencialamperimétrico,queseconstituiapenasdeumrelé

desobrecorrenteinstantâneoconectado,operandodeforma

diferencial;orelédiferencialpercentualconstituído,alémda

bobinadeoperaçãoumabobinaderestriçãodivididaemduas

metades.

Relé diferencial percentual Comodescritonoparágrafoanterior,existemduasmetadesde

bobina(N2)percorridaspelacorrentemédia(I1+I2)/2queexercem

arestriçãoeadiferençadecorrente(I1–I2)eexerceaoperação

sobreabobina(N1).OesquematrifilardaFigura3mostraesquema

deligaçãoefuncionamento.

Emque:

Io=Correntedeoperação

Ir=Correntederestrição

Io=I1–I2

Ir=(I1+I2)/2

Aequaçãouniversaldosrelés

fica:

C=K1(I1–I2)2–

K2[(I1+I2)/2]2–K3

Fazendo-seinicialmenteK3

=0eparaC=0,tem-sea

declividadedareta:

Levando-seemcontaK3,tem-se:


Apoio

Prot

eção

e s

elet

ivid

ade Quando Ir = (I1 + I2) / 2 tende a zero, atinge-se o valor de

pick-up.

Figura 4 – Característica de operação do relé diferencial.

Figura 5 – Esquema unifilar do relé de subtensão.

Figura 7 – Esquema unifilar do relé 59N.

Figura 8 – Sistema não aterrado (a) antes e (b) após uma falta a terra.

Figura 9 – Esquema trifilar para conectar o relé 59N.

(a) Sistema não aterrado antes CC Fase Terra

Figura 6 – Esquema unifilar do relé de sobretensão.

AFigura4mostraacaracterísticadorelédiferencial.

Relé de subtensão Sãorelésqueoperamquandoatensãodosistemacaiabaixode

umvalorpreestabelecidoouajustado.

Função ANSI

OnúmeroqueexpressaafunçãoANSIdorelédesubtensãoéo27.

Polarização

Apolarizaçãodorelédesubtensãoéportensão.

Conexão

A conexão do relé de subtensão é apresentada no esquema

unifilardaFigura5.

27

59

Relé de sobretensão Sãorelésqueoperamquandoa tensãodosistemaultrapassa


Função ANSI

OnúmeroqueexpressaafunçãoANSIdorelédesobretensão

éo59.

Polarização

Apolarizaçãodorelédesobretensãoéportensão.

Conexão

Aconexãodorelédesobretensãoéapresentadanoesquema

unifilardaFigura6.

Relé de sobretensão de sequência zero Sãorelésqueoperamquandoa tensãodosistemaultrapassa

umvalorpreestabelecidoouajustadonaocorrênciadeumafalta

a terra. Na prática, este relé é utilizado no secundário de TPs

conectados em estrela aterrada-delta aberto, ou utilizando-se

de recursos de firmware, em que a tensão de sequência zero é

calculadaapartirdastensõesdefase.

Asuaaplicaçãoémais frequenteemsistemasnãoaterrados,

paraadetecçãoeeliminaçãodefaltasaterra.Deve-se,preferen-

cialmente,desligarasfontes.

Função ANSI

OnúmeroqueexpressaafunçãoANSIdorelédesobretensão

desequênciazeroéo59N.

Polarização

Apolarizaçãodorelé59Néportensãodesequênciazero.

Conexão

Aconexãodoreléde59Néapresentadanoesquemaunifilar

daFigura7.

Demonstra-seaseguirovalorqueaparecenorelé59Nemum

sistemanãoaterradoquandosubmetidoaumafaltaaterra.

59N

(b) Sistema não aterrado depois CC Fase Terra na fase “a”

Aformatrifilardeconectarorelé59NéapresentadanaFigura9.


Apoio

Prot

eção

e s

elet

ivid

ade Assim, pode-se provar que a tensão que aparece entre os

terminaisXeYéigualatrêsvezesatensãofase-neutrodosistema.

Vejaademonstraçãoaseguir.

Tese:VXY=3VFN

VXY=3Vao=3x(1/3)[Va+Vb+Vc]

VXY=Va+Vb+Vc

Va=0.0|0.0°;Vb=VFF|–60.0°;Vc=VFF|–120.0°

VXY=Va+Vb+Vc=0.0|0.0°+VFF|–60.0°+VFF|–120.0°

VXY=VFF(1|–60.0°+1|–120.0°)

VXY=VFNx√3x√3

VXY=3xVFN

Relé de bloqueio Sãorelésquerecebemsinaisdedesligamentodeoutrosrelés

e atuam sobreodisjuntor. Sua funçãoébloquearo religamento

dodisjuntornocasode falta,poisodisjuntor somentepode ser

religadoapósestereléserresetadoe,assim,somenteseráreligado

por pessoa especializada e autorizada.Normalmente, apenas os

relés de sobrecorrente são direcionados para este relé (50, 51,

50/51,50/51N,67,87).

Função ANSI

OnúmeroANSIparaestafunçãoéo86.

Polarização

Nãopossui.

Conexão

A representaçãodo relédebloqueioemesquemasunifilares

podeservisualizadanaFigura10.

Figura 10 – Representação do relé de bloqueio em esquemas unifilares.

Figura 11 – Foto de um relé de bloqueio

Relé de distância Umrelédedistânciapodeterestafunçãodesempenhadapor

umrelédeimpedância(ouohm),admitância(oumho–ocontrário

deohm),reatânciaoureléspoligonais.

Estereléutilizaestenomevistoque,quandoháumafaltaem

umalinha,aimpedânciadalinhavistapelorelémudaedepende

dadistânciaondefoiafalta.

Função ANSI

OnúmerodafunçãoANSIquerepresentaorelédedistânciaéo21.

Polarização

Apolarizaçãoéporcorrenteetensão.

Conexão

ConformeesquemaunifilarapresentadonaFigura12.

A Figura 11 mostra um relé de bloqueio típico. Os relés

de bloqueio possuem uma boa quantidade de contatos NA

(normalmenteabertos)eNF(normalmentefechados)parapoderem

realizar as lógicas de contato. Nos relés digitais e nos IEDs, a

funçãodebloqueiopodeserfeitapeloprópriorelé.

Figura 12 – Esquema unifilar do relé 21.

Figura 13 – Esquemático do princípio de funcionamento do relé 21.

Relé de distância do tipo impedância ou OHM

Estetipodedispositivodeproteçãoéumrelédesobrecorrente

comrestriçãodetensão,conformepodeserobservadonaFigura

13,quemostraesquematicamenteoprincípiodefuncionamentodo

relédedistânciadotipoimpedância,cujaequaçãodeconjugadoé

dadapor:

Os termos negativos K2 I2 e K3 representam as restrições de

tensãoedemola.

Nolimiardeoperação,ouseja,C=0aequaçãoacimafica:

Desprezando-seoefeitodemola,tem-seK3=0


Apoio

Figura 14 – Relé de distância tipo impedância.

Figura 15 – Temporizações das zonas de proteção.

Figura 16 – Valor de pick up e slope (declividade) do relé de distância.

Emumplano cartesiano complexoZ=R+ jX=Constante

significamóduloconstante.Assim,olugargeométricocujomódulo

éconstanteéumcírculo.VejaFigura14.

comprimentosl1,l2,l3,dentrodecadazonadeproteçãoeosrespectivos

temposdeatuaçãodet1,t2et3.AFigura15mostraestastemporizações.

Éimportantenotarquearegiãodeconjugadopositivo(atuação)

ficadentrodoscírculosdecadazonadeproteção.Assim,orelé

operarásemprequeaimpedânciaformenorqueovalorajustadoe

pelafotot1<t2<t3.

Levando-seemcontaagoraoefeitodamola,noiníciodafalta

àtensãotendeparazeroeacorrenteaumenta,logoaimpedância

(V/I=Z)tendeazero.

A linha de transmissão mostrada na Figura 14 mostra um relé

dedistânciado tipo impedância,quepossui trêszonasdeproteção,

correspondendoàsrespectivasimpedânciasZ1,Z2eZ3osrespectivos

AFigura16mostraovalordopickupdorelédeimpedânciae

asuarespectivadeclividade.


Apoio

Prot

eção

e s

elet

ivid

ade Vale a pena lembrar que um relé de distância normalmente

apresenta três partes principais (a) unidade de partida; (b) três

unidades de impedância ajustáveis (Z e temporização) indepen-

dentes (Zona 1, 2 e 3); e (c) unidades auxiliares (sinalização,

bloqueiodecontatos,etc.).

Relé de distância do tipo reatância

Estetipodedispositivodeproteçãoéumrelédesobrecorrente

comrestriçãodirecional,dessaforma,aequaçãodoconjugadoé

expressapor:

C=K1I2–K2VIcos(θ-τ)–K3

Utilizando-seτ=90°,aequaçãoacimaresultaem:

C=K1I2–K2VIsen(θ)–K3

NolimiardeoperaçãoC=0edesprezando-seinicialmenteo

efeitodemola(K3=0),tem-se:

K1I2=K2VIsen(θ)

Acurvacaracterísticadesterelé,noplanoR-X,érepresentada

porumaretaparalelaaoeixoR,conformeindicadonaFigura17.

A aplicação deste relé apresenta algumas restrições pelo

fato dele apresentar uma característica aberta, sendo sensível às

oscilaçõesdosistema.Entretanto,devidoàsuacaracterística,este

relétorna-seindependentedaresistênciadearco.VideFigura18.

Figura 17 – Característica do relé de reatância.

Figura 19 – Relé de distância com característica inclinada.

Figura 18 – Relé de reatância com falta por arco.

Existem relésqueapresentamcaracterísticaangular.Derivam

damesmaequaçãoabaixo:

C=K1I2–K2VIcos(θ–τ)–K3

Fazendo-seC=0eK3=0

K1I2=K2VIcos(θ–τ)

Esta equação é uma reta na forma de 2a = r cos(θ – τ).

DependendodovalordarelaçãoK1/K2,tem-seumafamíliaderetas

inclinadasnoplanoR-X.

Pode-semostrarqueumadadacargadepotênciaS=P+jQ,

podeserrepresentadanoplanoR-Xnaforma:

Assim,éimportanteavaliarocomportamentodacarga,poisse

ocorreumaperturbaçãoavariaçãodaimpedânciadacargapoderá

penetrar na zona de atuação do relé de distância do tipo ohm,

podendocausarumdesligamentoindevido.Osrelésdedistância

comcaracterísticasangularespodemsermaisconvenientesnessas

condições, porém, operarem em condições de curto-circuito.

Existem relés que combinam características para poder tirar as

vantagensdecadatipodecurva.

Relé de distância do tipo admitância

Este tipo de dispositivo de proteção é um relé direcional com

restriçãoportensão.Aequaçãodeconjugadoédadapor:

C=K1VIcos(θ–τ)–K2V2–K3

No limiardeoperação (C=0) edesprezando-seo efeitode

mola(K3=0),tem-se:

K1VIcos(θ-τ)=K2V2

Dividindo-seambososmembrosporK2VI,tem-se:


Apoio

Figura 20 – Característica do relé de admitância ou tipo mho.

Figura 21 – Relé de distância tipo mho com falta e por arco.

EmumplanoR-X,aequaçãoacimarepresentaumcírculode

diâmetroK1/K2quepassapelaorigem,comomostradonaFigura

20.O ângulo t é, por construção do relé, o ângulo demáximo

torquedorelée,obviamente,acaracterísticadeconjugadonulo

ficaa90°dalinhademáximotorque.

Devidoàsuacaracterística,orelédeadmitânciaémaispropício

queorelédeimpedânciaparafaltasporarco.VejaFigura21.

Pode-sedemonstrarqueodiâmetrodocírculoéproporcional

aovalorobtidode(K1/K2).V2.Issosignificaqueparafaltaspróximas

dorelé(começodalinha)ovalordeVépequenoepodeocorrer

maufuncionamentooufalhadorelédevidoauma“zonamorta”.

Assim,significaquehánecessidadedeumcomprimentomínimo

delinha.Estefatofazserinteressanteajustar-searelaçãoK1/K2ou

haverumatensãomínimaparaoperaçãodorelé.Mesmonocaso

deumcurto-circuito franco (metálico),emqueV=0,naprática

terá um valor de resistência de arco, que corresponde a valores

da ordem de 4% da tensão nominal, o que normalmente será

suficienteparaoperarorelé.

Lista-seaseguiralgumascaracterísticasdorelémho:

Constitui-seumreléinerentementedirecional;

OcupaumamenoráreanoplanoR-X,oqueotornaadequado

paralinhaslongasdealtatensão,sujeitasaseverasoscilaçõesde

potência;

Acomodaadequadamentefaltasporarco.

Principais pontos a serem considerados na aplicação de

relés de distância

Apresenta-se a seguir alguns dos principais pontos a serem

observadosquandodaaplicaçãoderelésdedistância:


Apoio

Figura 24 – Característica tempo x corrente do 51 V em função do valor da tensão.

Prot

eção

e s

elet

ivid

ade

Faltasmuitopróximasdorelé(tensãomuitobaixa);

Elevadaimpedânciadecurto-circuito;

Faltadetransposiçãooutransposiçãoinadequada;

Oscilaçãodepotência;

EfeitodasaturaçãodeTCs;

Impedânciamútua;

Resistênciadearco;

Derivaçõesdelinhas;

Efeitoinfeed/outfeed;

Variaçõesdetemperaturaambienteecondiçõesderesfriamento

doscondutores(direçãoevelocidadedovento).

Proteção de distância típica

Apresenta-seaseguir,naFigura22,umaproteçãodedistância

típica para proteção de 100% de uma linha de transmissão,

utilizando-sedoisrelésigualmenteajustados,“olhando”umparao

outro.Existemoutroscritérios.

Relé de sobrecorrente com restrição (ou supervisão) de tensão

Anteriormentefoimostradoquequandoocorreumcurto-circuito

emumgerador,acorrentedefaltaamortecerapidamente,podendo

mesmoacontecerqueacorrentedecurto-circuitopermanentefique

abaixodacorrentenominaldogerador.Comoentãoprotegereste

equipamento,tendoquepermitiracirculaçãodecorrentenominal

e ao mesmo tempo conseguir proteger na condição de curto-

circuito?Foidestaformaquesurgiuaproteçãodesobrecorrentecom

supervisãoourestriçãodetensão.Naprática,oqueestaproteçãofaz

édeslocaracaracterísticadorelédesobrecorrenteparaaesquerda

horizontalmente(noplanocartesianotxI,emfunçãodovalorda

tensão.AFigura24ilustraoexposto.

Função ANSI

O número da função ANSI que representa o relé de

sobrecorrentecomrestriçãodetensãoéo51V.

Figura 22 – Proteção de distância típica.

Polarização

Apolarizaçãoéporcorrenteetensão.

Conexão

ConformeesquemaunifilarapresentadonaFigura23.

Figura 23 – Representação em esquema unifilar do relé 51 V.

EmrelésnuméricosdigitaiseIEDs,arestriçãonormalmenteé

feitapormeiodaaplicaçãodeumfatorsobreovalordopick-up,

comosegue:

IPICK-UPRESTRIÇÃO=IPICK-UP51xFator

AFigura25ilustraumreléqueapresentaestacurvatípica.Para

oexemplo,vê-sequeovalordofatoré0,25paravaloresdetensão

de 0% a 25% da tensão nominal. Entre 25% e 100% da tensão

nominalobedeceacurvadaFigura25(ouseja,ovalorpµdatensão

correspondeaofator).Acimade100%datensãoofatorésempre1.


Apoio

Figura 25 – Fator aplicado em função do valor da tensão para relés digitais e IEDs.

Figura 26 – Esquema unifilar do relé de frequência.

Relé de frequência Sãorelésqueoperamquandoafrequênciadosistemacai(relé

de subfrequência) abaixoouultrapassa (relé de sobrefrequência)


Função ANSI

OnúmeroqueexpressaafunçãoANSIdorelédefrequênciaéo81.

Polarização

Apolarizaçãodorelédefrequênciaéportensão.

Conexão

A conexãodo reléde frequência é apresentadano esquema

unifilardaFigura26.

Aplicação

Aaplicaçãodesterelééfeitaemsistemasemqueexisteapossibilidade

dehaveraperdaparcialdegeraçãoeaindaqueestasperdasnãopossam

ser toleradasporcerto tempo.Outraaplicaçãodestaproteçãoé feitaem

sistemasemqueháanecessidadederejeiçãodecargas(loadshadding),com

oobjetivodedescartarcargasdeformaarecuperarafrequênciadosistema.

*CLÁUDIO MARDEGAN é engenheiro eletricista formado pela Escola Federal de

Engenharia de Itajubá (atualmente Unifei). Trabalhou como engenheiro de estudos

e desenvolveu softwares de curto-circuito, load flow e seletividade na plataforma do

AutoCad®. Além disso, tem experiência na área de projetos, engenharia de campo,

montagem, manutenção, comissionamento e start up. Em 1995 fundou a empresa

EngePower® Engenharia e Comércio Ltda, especializada em engenharia elétrica,

benchmark e em estudos elétricos no Brasil, na qual atualmente é sócio diretor. O

material apresentado nestes fascículos colecionáveis é uma síntese de parte de um

livro que está para ser publicado pelo autor, resultado de 30 anos de trabalho.

CONTINUA NA PRÓXIMA EDIÇÃOConfira todos os artigos deste fascículo em www.osetoreletrico.com.br

Dúvidas, sugestões e comentários podem ser encaminhados para o e-mail [email protected]

Capítulo IV Dispositivos de proteção – Parte II€¦ · · 2017-01-18O número que expressa...

Documents

Transcript of Capítulo IV Dispositivos de proteção – Parte II€¦ · · 2017-01-18O número que expressa...