Reduzindo os Religamentos Automáticos em Redes de Distribuição. Eng. Elves Fernandes da Silva

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1 21 a 25 de Agosto de 2006 Belo Horizonte - MG Reduzindo os Religamentos Automáticos em Redes de Distribuição Eng. Dilson Andrade de Sousa Eng. Elves Fernandes da Silva Eng. Ricardo Cordeiro de Oliveira COSERN COSERN COSERN dilson.andrade@cosern.com.br elves.silva@cosern.com.br ricardo.cordeiro@cosern.com.br RESUMO Este trabalho tem por objetivo apresentar a experiência obtida na Companhia Energética do Rio Grande do Norte COSERN, para a redução dos religamentos automáticos em redes de distribuição. Considerando que os equipamentos baseados na utilização de microprocessadores são extremamente sensíveis aos religamentos automáticos, onde todo o processo desenvolvido por estes pode ser afetado, a redução do quantitativo de religamentos automáticos melhora sobremaneira a qualidade do fornecimento de energia, haja vista que hoje cada vez mais é maior a utilização de equipamentos sensíveis, seja nos processos industriais, no comércio e, até mesmo, nas residências, cuja utilização de computadores pessoais se encontra em ascensão. Baseado nesta preocupação foi desenvolvido um trabalho na COSERN que conseguiu uma redução em 68% no quantitativo de religamentos automáticos no período de 2000 a A redução do número de religamentos automáticos foi fruto dos seguintes fatores: - Melhoria na manutenção das redes de distribuição; - Instalação de novos religadores nas redes de distribuição, procurando separar as redes urbanas das redes rurais; - Substituição dos relés eletromecânicos associados aos religadores das subestações por relés digitais; - Estabelecimento de novos critérios para ajustes das unidades de sobrecorrentes instantâneas dos relés com base nas oscilografias colhidas em campo. PALAVRAS-CHAVE Religamentos automáticos, Redes de Distribuição, Ajustes de proteção. 1. INTRODUÇÃO Visando reduzir o número de religamentos automáticos na rede de distribuição da Companhia Energética do Rio Grande do Norte COSERN, com vista a melhorar a qualidade do fornecimento de energia para os seus clientes, sobretudo aos usuários de equipamentos que utilizam microprocessadores, foram desenvolvidas ações que culminaram na redução em 68% quando 1/6

2 comparados os resultados obtidos nos anos 2000 a A tabela 1 mostra a média dos religamentos efetuados por religadores de proteção geral dos alimentadores de distribuição na tensão 13.8 kv (religadores instalados nas subestações) por ano, observado na rede de distribuição da COSERN: Tabela 1 Número médio de religamentos por religador de subestação por mês Ano Número de religamentos automáticos por religador de subestação por mês MANUTENÇÃO NAS REDES DE DISTRIBUIÇÃO A otimização dos programas de investimentos das distribuidoras leva a busca de soluções inovadoras pelos técnicos dessas empresas, para manter os níveis adequados de fornecimento de energia elétrica aos clientes, conforme as exigências dos órgãos reguladores. O avanço tecnológico tem contribuído significativamente para o encadeamento dos processos produtivos exigindo um elevado índice de continuidade do fornecimento de energia, sob pena de elevadas perdas de receitas, representadas pela redução da produtividade e perda de matéria-prima. Outro aspecto a ser considerado é o desconforto provocado nas interrupções das atividades de trabalho ou lazer. Visando manter a continuidade do fornecimento de energia elétrica a clientes cada vez mais exigentes a COSERN implementou um programa de manutenção dos sistemas de transmissão e distribuição visando otimizar a aplicação de recursos disponíveis às determinações dos órgãos reguladores, para atendimento às necessidades dos clientes. No programa de manutenção da distribuição, além dos serviços de substituição de isoladores, páraraios, chaves, reguladores de tensão, religadores, seccionalizadores, destacamos a realização das seguintes ações: realização de termografia nas redes, com a subseqüente eliminação de pontos quentes, poda de árvores, instalação de espaçadores na rede BT, instalação de proteção secundária em circuitos de BT com cabos nus, substituição de fios do aço em redes MT por cabo 4 AWG CAA alumínio, abertura de faixas para estruturas de difícil acesso, substituição de conectores de aperto por pressão, substituição de transformadores em sobrecarga, substituição de condutores em fim de vida útil e lavagem de redes localizadas em áreas com alto índice de salinidade. 3. INSTALAÇÃO DE RELIGADORES NAS REDES DE DISTRIBUIÇÃO No período de 1999 a 2005 foram instalados 71 novos religadores automáticos, com controle microprocessado, ao longo da rede elétrica de distribuição da COSERN na tensão 13.8 kv, compondo, assim, um total de 113 religadores instalados na rede de distribuição. Considerando que a rede de distribuição da COSERN atualmente possui 205 alimentadores de distribuição, derivados de 52 subestações, esta relação é considerada satisfatória. Um ponto a ser observado é que na maioria dos casos da utilização do religador automático na rede de distribuição foi procurado fazer uma separação entre as áreas urbanas e rurais, obtendo-se, dessa forma, uma melhoria do desempenho quando comparado com a utilização de um seccionalizador para esta função. A figura 1 mostra que quando separamos as duas áreas, urbana e rural, através de seccionalizador toda a área urbana será afetada pelos religamentos que vão ocorrer quando da existência de faltas na área rural. Por outro lado, instalando-se um religador para delimitar as duas áreas e ajustando-se o religador da subestação para coordenar bem com este novo religador, sobretudo em relação aos elementos de operação rápida (curvas rápidas e elementos instantâneos), haverá uma melhoria significativa na redução de operação de religamentos do religador de proteção geral do 2/6

3 alimentador, já que na ocorrência de defeitos na ária rural este não será mais solicitado a operar, salvo ocorrência de falha do religador separador das duas áreas. Figura 1 Opções de separar redes urbanas e rurais por secionalizador ou por religador. 4. RETARDO NAS UNIDADES DE SOBRECORRENTE INSTANTÂNEAS A partir de 2004, considerando que foram instalados relés digitais associados aos religadores de proteção dos alimentadores de média tensão (13.8 KV) na COSERN, foram observadas em oscilografias colhidas destes relés que, em alguns casos, faltas que ocorriam em derivações sensibilizavam os elementos instantâneos da proteção geral do alimentador e, simultaneamente, havia a queima dos elos fusíveis. Em alguns casos, a queima dos elos fusíveis ocorria num tempo menor que dois ciclos, ou seja, a abertura do religador não conseguia evitar a queima dos fusíveis das derivações, sobretudo porque o tempo de operação dos elos fusíveis era muito rápido. Nestes casos, a operação do religador de proteção geral do alimentador era totalmente inútil já que não conseguia evitar a queima de elos fusíveis. As figuras 2 e 3 mostram oscilografias colhidas de alguns destes casos observados, onde ocorreu a queima de fusíveis e também a operação do religador de proteção geral do alimentador, naturalmente, com o conseqüente religamento automático. Pode ser verificado que houve o disparo da unidade de sobrecorrente instantânea de neutro do relé e a abertura do religador (a entrada 1 do relé corresponde ao estado do religador, ou seja, quando ativado indica religador fechado). Figura 2 Falta eliminada por fusíveis num tempo de meio ciclo causa a operação do religador de proteção geral do alimentador. 3/6

4 Figura 3 - Falta eliminada por fusíveis num tempo de um ciclo causa a operação do religador de proteção geral do alimentador. Daí, então, foi verificada a necessidade de graduar um tempo adicional aos elementos instantâneos de sobrecorrente, posto que nestes casos estava havendo um mau desempenho já que tínhamos a queima dos fusíveis e também a operação do religador. Numa análise mais aprofundada da questão verificou-se que um retardo de cerca de 4 ciclos seria um tempo que poderia evitar a operação do religador quando da existência de faltas desta natureza e, também, seria um tempo rápido que para correntes menores e para elos maiores poderia o religamento evitar a queima desnecessária de elos fusíveis a partir de 15 K quando da ocorrência de faltas transitórias, evidentemente, a depender do nível da corrente da falta. A figura 4 mostra os principais elos utilizados em derivações onde, de fato, pode-se observar que, a depender do nível da corrente de falta, o tempo de operação dos fusíveis utilizados nas redes de distribuição pode ser muito pequeno. Figura 4 Principais elos fusíveis utilizados nas derivações das redes de distribuição. 4/6

5 A partir de 2004 foi implementado um tempo adicional, experimental, às unidades instantâneas de sobrecorrente em alguns relés associados aos religadores de proteção geral de alimentadores com o objetivo de verificar o desempenho destes frente à operação dos elos fusíveis normalmente utilizados nas redes de distribuição. Após a análise dos casos observados foi estabelecido a todos os relés um tempo adicional de quatro ciclo para as unidades de sobrecorrente instantâneas de fase e neutro. A tabela 2 mostra o desempenho obtido nos sete religadores da subestação Mossoró III da COSERN durante o ano 2005, onde os relés foram configurados para gravar oscilografias com a partida das unidades de sobrecorrente, independente da atuação, ou não, destes. Tabela 2 Desempenho dos religadores da SE Mossoró III em Número de disparos (trip s) efetuados Número de disparos (trip s) evitados 36 (43%) 47 (57%) As figuras 5 e 6 mostram oscilografias onde a operação do religador foi evitada já que ocorreu a operação de elos fusíveis em um tempo muito rápido. Na figura 5 podemos observar que o tempo de operação do elo fusível foi de apenas um ciclo (16 ms), tempo, assim, extremamente rápido, impossibilitando que um religador possa ser mais rápido que este, haja vista que o tempo de uma unidade instantânea de sobrecorrente, sem temporização adicional, também é desta mesma magnitude e o tempo de abertura de religadores normalmente utilizados em redes de distribuição se encontra na ordem de três ciclos e meio. Figura 5 Eliminação de falta por um fusível num tempo de um ciclo. A operação do religador foi evitada. Figura 6 Eliminação de falta por um fusível num tempo de dois ciclos e meio. A operação do religador foi evitada. 5/6

6 Já na figura 6, podemos observar que uma falta monofásica teve a duração de dois ciclos e meio quando foi eliminada pela atuação de um elo fusível e, neste caso, também não houve a necessidade de operação do religador da subestação. Por outro lado, podemos perceber que caso houvesse a atuação do religador da subestação esta operação teria sido totalmente inócua, uma vez que não haveria possibilidade deste religador ser mais rápido que a atuação do elo fusível. 5. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES A manutenção eficiente nas redes de distribuição é um fator de melhoria de qualidade posto que poderá prevenir tanto a existência de religamentos automáticos quanto à queima de fusíveis das redes de distribuição. A utilização de relés digitais com disponibilidade de registros oscilográficos traz a grande vantagem da possibilidade de uma análise mais aprofundada das ocorrências, podendo, em muitos casos, ser um balizador para novos critérios de graduação da proteção. A utilização de religadores automáticos, ao invés de seccionalizadores, para separar áreas urbanas das áreas rurais se mostra mais eficiente na melhoria de qualidade, sobretudo devido à redução dos incômodos religamentos provocados por faltas que possam ocorrer nas redes rurais. A utilização de um tempo adicional às unidades de sobrecorrente nos relés associados aos religadores de proteção geral de alimentadores de média tensão tem um papel muito importante na redução do número de religamentos automáticos, haja vista que em muitos casos não é possível evitar a queima de fusíveis já que este tempo pode ser ínfimo. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 IEEE PC37.230/D2.0: Draft Guide for Protective Relay Applications to Distribution Lines, November Sousa, Dilson Andrade de. Chaves-fusíveis by-pass de Religadores 13,8 kv. XVI SENDI, Brasília / DF, Joe Mooney and Jackie Peer, Application Guidelines for Ground Fault Protection, 24th Annual Western Protective Relay Conference, Spokane, WA, Octuber Zimmmerman, Karl, Aplicações de Relés Microprocessados na Distribuição, Schweitzer Engineering Laboratories, Inc., Belleville, IL USA. 6/6