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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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— 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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— 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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— 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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— 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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— Curto-circuito no lado CA para a terra – Condições iniciais dependem do tempo

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— Curto-circuito no lado CA para a terra – As correntes de curto são alimentadas por diferentes caminhos

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— 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


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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


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—  E em CC?


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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


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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:


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—  Abrir uma corrente em CC : •  Aumenta-se a distância do arco •  Melhoram-se as condições para extinção do arco




•  Utiliza-se ressonância o  Opção: disjuntor híbrido

o  U<lizado em HVDC


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—  Abrir uma corrente em CC : •  Aumenta-se a distância do arco •  Melhoram-se as condições para extinção do arco




•  Utiliza-se ressonância o  Opção: disjuntor híbrido

o  U<lizado em HVDC

•  Utiliza-se interruptores eletrônicos


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Relé eletrônico contra sobrecarga

— Configuração

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– 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 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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– Snubber!

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– 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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– Comparação de dispositivos

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– Configurações para altas tensões

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– 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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– 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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