ESTUDO DE COORDENAÇÃO E SELETIVIDADE DO SISTEMA ELÉTRICO DA EMPRESA DO GRUPO ANTOLIN TRIMTEC

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1 UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA FACULDADE DE ENGENHARIA ARQUITETURA E URBANISMO GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA/ELETRÔNICA ESTUDO DE COORDENAÇÃO E SELETIVIDADE DO SISTEMA ELÉTRICO DA EMPRESA DO GRUPO ANTOLIN TRIMTEC São José dos Campos SP Novembro/2013 1

2 EDSON KIYOSHI OKAMOTO ESTUDO DE COORDENAÇÃO E SELETIVIDADE DO SISTEMA ELÉTRICO DA EMPRESA DO GRUPO ANTOLIN TRIMTEC Trabalho de conclusão de curso apresentado à FUNDAÇÃO VALEPARAIBANA DE ENSINO mantenedora da UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA UNIVAP, como parte dos requisitos para obtenção do título em Engenharia Elétrica/Eletrônica Orientador: Prof Luiz Roberto Nogueira São José dos Campos SP Novembro/2013 2

3 Resumo A vida moderna está cada vez mais vinculada à utilização da energia elétrica para mais variados fins. Sua geração e distribuição são complexas e problemas externos e internos de redes consumidoras podem afetar com certa gravidade o sistema. Sistemas de proteções são utilizados para minimizar ao máximo os fatores de interrupção do fornecimento da energia elétrica, por meio da coordenação das proteções e sua seletividade. Este trabalho realiza uma análise de parte do sistema elétrico de uma empresa, onde serão avaliados os componentes de proteção que estão sendo utilizados. Com a determinação dos cálculos das correntes de curto circuito até o ponto de utilização, propor possíveis alterações para que o sistema não esteja vulnerável a riscos de interrupções graves. A coordenação das proteções de entrada estão a cargo de relês de proteção Pextron, seguindo a norma IEEE STD 242, as curvas foram determinadas por um software específico. O procedimento pode ser estendido a todo o sistema da empresa. Um estudo mais profundo demandará muito tempo, não sendo o objetivo principal do trabalho. Palavras chaves: Curto circuito; coordenação; sistema elétrico; seletividade 3

4 Abstract Modern life is increasingly linked to the use of electricity for various purposes. Its generation and distribution problems are complex and the internal and external networks can affect consumers with certain gravity system. Protections systems are used to minimize the maximum factors of supply disruptions of electricity, through the coordination of protections and their selectivity.this work performs an analysis on electric system of a company, which will be evaluated protection components that are being used. With the determination of the calculation of short circuit currents up to the point of use, propose possible changes to the system is not vulnerable to risks of serious interruptions.the coordination of input protections are in charge of protection relays Pextron following IEEE 242, the curves were determined by specific software. The procedure can be extended to the entire system of the company. A deeper study will require a long time, it is not the main objective. Keywords: Short circuit; coordination; electric system; selectivity 4

5 Conteúdo 1. Introdução Objetivo do trabalho Organização do trabalho ANÁLISE DAS CORRENTES DE CURTO CIRCUITO SISTEMA DE BASE E VALORES POR UNIDADE SISTEMA DE BASE VALORES POR UNIDADE DETERMINAÇÃO DAS CORRENTES DE CURTO CIRCUITO As correntes de curto circuito devem ser determinadas em todos os pontos onde se requer a instalação de equipamentos ou dispositivos de proteção METODOLOGIA DE CÁLCULO SEQUÊNCIA DE CÁLCULO Impedância reduzida do sistema (Z us ) Impedância do(s) transformador(es) da subestação (Z t ) Impedância do circuito que conecta o transformador ao QGF Impedância do circuito que conecta o QGF ao CCM Corrente simétrica de curto circuito trifásico Corrente assimétrica de curto circuito trifásico Corrente bifásica de curto circuito Corrente fase-terra de curto circuito Impedância de contato (R ct ) Impedância da malha de terra (R mt ) Impedância de aterramento (R at )

6 Corrente de curto circuito fase-terra máxima Corrente de curto circuito fase-terra mínima Proteção e seletividade Componentes para proteção Componentes de proteção Apresentação do sistema Análise de coordenação do sistema Proteção de Transformadores Magnetização dos Transformadores Ponto ANSI Proteção 51 - Primário Proteção 50 - Primário Proteção dos Alimentadores - Sobrecorrentes de Fase (ANSI 50/51) FIGURA 2 Diagrama unifilar de entrada Determinação das correntes de curto-circuito ESTUDO DE COORDENAÇÃO E SELETIVIDADE FUNÇÕES DE FASE Subestação SE Ajuste do relé primário DJ PL15C (BEGHIM) Ajustes relé RP_1439_SE_ Proteção do transformador TR_ Ajustes relé RP_1439_TR_ Subestação SE Ajustes relé RP_1439 SE ESTUDO DE COORDENAÇÃO E SELETIVIDADE FUNÇÕES DE NEUTRO Subestação SE Ajuste do relé primário DJ PL15C (BEGHIM)

7 Ajustes relé RP_1439_SE_ Proteção do transformador TR_ Ajustes relé RP_1439_TR_ Proteção do transformador TR_ Ajustes relé RP_7140_TR_ Subestação SE Ajustes relé RP_ Resultados Considerações finais Bibiografia

8 1. Introdução A determinação das correntes de curto circuito nas instalações elétricas de baixa e alta tensão de sistemas industriais é fundamental para a elaboração ou análise da proteção e coordenação dos seus diversos elementos [1]. Os valores dessas correntes são baseados no conhecimento das impedâncias, desde o ponto de defeito até a fonte geradora. As correntes do curto circuito adquirem valores de grande intensidade, porém com duração geralmente limitada a frações de segundo. São provocadas mais comumente pela perda de isolamento de algum elemento energizado do sistema elétrico. Os danos provocados na instalação ficam condicionado intervenção corretas dos elementos de proteção. Além das avarias provocadas com a queima de alguns componentes da instalação, as correntes de curto circuito geram solicitações de natureza mecânica, atuando, principalmente, sobre os barramentos, chaves e condutores, ocasionando o rompimento, dos apoios e deformações na estrutura dos quadros de distribuição, caso o dimensionamento destes não seja adequado aos esforços eletromecânicos resultantes. É considerado como fonte de corrente de curto circuito todo componente elétrico ligado ao sistema que passa a contribuir com a intensidade da corrente de defeito, como é o caso dos geradores, condensadores síncronos e motores de indução. Erroneamente, muitas vezes é atribuída ao transformador a propriedade de fonte de corrente de curto circuito. Na realidade, este equipamento é apenas um componente de elevada impedância inserido no sistema elétrico Objetivo do trabalho O trabalho avalia a instalação elétrica de potência de uma empresa quanto ao seu dimensionamento, proteções e seletividade contra sobrecorrentes. Sendo também considerada a coordenação do sistema Organização do trabalho 8

9 O trabalho está organizado como se segue: Capítulo 2 apresenta como foi desenvolvido o cálculo das correntes de curto circuito e o desenvolvimento da seletividade das proteções frente aos componentes a serem protegidos. Capítulo 3 apresenta o sistema estudado e a coordenação de entrada da empresa. Capítulo 4 apresenta os resultados e a análise de coordenação. Capítulo 5 apresenta as considerações finais. 2. ANÁLISE DAS CORRENTES DE CURTO CIRCUITO Será apresentada de forma simplificada a estrutura de cálculo das correntes de curto circuito desde o ponto de entrega da concessionária até o ponto de utilização, aplicando um artifício matemático como será explanado SISTEMA DE BASE E VALORES POR UNIDADE SISTEMA DE BASE Quando num determinado sistema há diversos valores tomados em base diferentes é necessário estabelecer uma base única e transformar todos os valores considerados nessa base para que se possa trabalhar adequadamente com os dados do sistema. Para facilitar o entendimento, basta compreender que o conhecido sistema percentual é um sistema onde os valores considerados são tomados da base 100. Da mesma forma se poderia estabelecer um sistema de base Costuma-se expressar a impedância do transformador em Z% (base 100) de sua potência nominal em kva VALORES POR UNIDADE É um dos vários métodos de cálculo conhecido na prática que procuram simplificar a resolução das questões relativas à determinação das correntes de curto circuito. O valor de uma determinada grandeza por unidade é definido como relação entre esta grandeza e o valor adotado arbitrariamente como sua base, sendo expresso em decimal. O 9

10 valor em pu pode ser também expresso em percentagem que corresponde a 100 vezes o valor encontrado. Uma das vantagens mais significativas para se adotar a prática do sistema por unidade está relacionada à presença de transformadores no circuito. Onde a impedância do primário e secundário do transformador tem o mesmo valor em pu. seja: Algumas vantagens podem ser apresentadas quando se usa o sistema por unidade, ou -Todos os transformadores do circuito são considerados com a relação de transformação 1:1, sendo, portanto, dispensada a representação no diagrama de impedância; - É necessário conhecer apenas o valor da impedância do transformador expressa em pu ou em %, sem identificar a que lado se refere; - Todos os valores expressos em pu estão referidos ao mesmo valor percentual; - Toda impedância expressa em pu tem o mesmo valor, independentemente do nível de tensão a que se está referido o valor da impedância em pu; - Para cada nível de tensão, o valor da impedância ôhmica varia ao mesmo tempo em que varia a impedância base, resultando sempre a mesma relação; - A potência base é selecionada para todo o sistema; - A tensão base é selecionada para um determinado nível de tensão do sistema; -Adotando-se a tensão para um lado de tensão do transformador, deve-se calcular a tensão base para o outro lado de tensão do transformador; Normalmente é tomada como base a tensão nominal do transformador. Comumente, arbitram-se como valores de base a potência e a tensão. As outras grandezas variam em função destas. Tomando-se como base a potência P b em Kva e a tensão V b em kv, tem-se: a) Corrente base I b = P b / ( 3 X V b ) (A) b) Impedância base 10

11 Z b = ( X V b 2 ) / P b (Ω) c) Impedância por unidade ou pu Z pu = Z cω / Z b (pu) Quando o valor de uma grandeza é dado numa determinada base (1) e se deseja conhecer o seu valor numa outra base (2), podem-se aplicar as seguintes expressões: a) Tensão V u2 = V u1 X ( V 1 / V 2 ) (pu) V u2 - tensão em pu na base V 2 V u1 tensão em pu na base V 1 b) Corrente I u2 = I u1 X ( V 2 / V 1 ) X ( P 1 / P 2 ) (pu) I u2 corrente em pu nas bases V 2 e P 2 I u1 corrente em pu nas bases V 1 e P 1 c) Potência P u2 = P u1 X (P 1 /P 2 ) (pu) d) Impedâncias 11

12 Z u2 = Zu1 X (P 2 / P 1 ) X (V 1 / V 2 ) 2 (pu) Z u2 - impedância em pu nas bases V 2 e P 2; Z u impedância em pu nas bases V 1 e P DETERMINAÇÃO DAS CORRENTES DE CURTO CIRCUITO As correntes de curto circuito devem ser determinadas em todos os pontos onde se requer a instalação de equipamentos ou dispositivos de proteção. No cálculo das correntes de defeito devem ser representados os principais elementos do circuito através de suas impedâncias. No entanto, as impedâncias de alguns desses elementos podem ser desprezadas, dependendo de algumas considerações. É importante lembrar que, quanto menor é a tensão do sistema, mais necessário se faz considerar um maior número de impedâncias, dada a influência que poderia exercer no valor final da corrente. Como orientação, podem-se mencionar os elementos do circuito que devem ser considerados através de suas impedâncias no cálculo das correntes de curto circuito. a) Impedância reduzida do sistema É aquela que representa todas as impedâncias desde a fonte de geração até o ponto de entrega de energia à unidade consumidora, isto é, compreendendo as impedâncias da geração, do sistema de transmissão, do sistema de subtransmissão e do sistema de distribuição METODOLOGIA DE CÁLCULO Os processos de cálculo utilizados neste trabalho são de fácil aplicação no desenvolvimento de um projeto industrial, a sequência de cálculo será apresentada a seguir. Os resultados são valores aproximados dos métodos mais sofisticados, porém a precisão obtida satisfaz plenamente aos propósitos a que se destinam. As figuras 1.a e 1.b apresentam os blocos de impedâncias geralmente de uma instalação industrial. 12

13 Figura 1.a- Diagrama unifilar simplificado impedância Figura 1.b- Diagrama em bloco de Onde, P ponto de entrega de energia à indústria; ME posto de medição da concessionária; D posto de proteção e comando, onde são instalados o disjuntor geral de proteção e a chave seccionadora e em alguns casos um transformador de potencial e proteção; TR posto de transformação; 13

14 QGF Quadro Geral de Força, onde são instalados os principais equipamentos de proteção, manobra e medição indicativa em baixa tensão; CCM Centro de Controle de Motores, onde estão instalados, geralmente, os elementos de proteção e manobra dos motores; M- máquinas industriais, caracterizadas, principalmente, pelos valores de placa dos motores que as acionam, ou outros componentes elétricos de trabalho, tais como resistência, reatores, etc. O diagrama de bloco sintetiza a representação das impedâncias de valor significativo que compõem o sistema elétrico, desde a geração até os terminais do motor SEQUÊNCIA DE CÁLCULO Impedância reduzida do sistema (Z us ) a) Resistência (R us ) Como resistência do sistema de suprimento é muito pequena relativamente ao valor da reatância na prática é comum desprezar-se o seu efeito, isto é: R us 0 b) Reatância (X us ) Considerando-se que a concessionária forneça a corrente de curto circuito (I cp ) no ponto de entrega, tem-se: P cc = 3 X V np X 1 cp (kva) P cc potência de curto circuito no ponto de entrega em kva; V np tensão nominal primária no ponto de entrega em kv; I cp corrente de curto circuito simétrica em A. O valor da reatância em pu, é dado pela Equação : 14

15 X us = P b / P cc (pu) Z ut = R ut + jx us (pu) Impedância do(s) transformador(es) da subestação (Z t ) É necessário conhecer: Potência nominal P np dada em kva; Impedância percentual Z pt ; Perdas ôhmicas no cobre P cu em W fabricante; Tensão nominal V nt em kv. a) Resistência (R ut ) Inicialmente determina-se a queda de tensão reativa percentual, ou seja: R pt = Pcu 10 Pnt (%) Então, R ut será determinada pela Equação : R ut = R pt Pb Vnt 2 (pu) Pnt Vb b) Reatância (X ut ) A impedância unitária tem valor de: Pb Vnt Z ut = Z pt 2 (pu) Pnt Vb A reatância unitária será: 15

16 X ut =sqr( Z 2 ut - R 2 ut) Z ut = R ut + jx ut (pu) Considera-se a impedância de sequência zero do transformador como valor igual ao da sequência positiva por serem valores muito próximos Impedância do circuito que conecta o transformador ao QGF a) Resistência (R uc1 ) R cu1ω = (R uω X L c1 )/ (1000 X N c1 ) (Ω) R uω - resistência do condutor de sequência positiva em mω/m (Tabela de cabos) L c1 comprimento do circuito, medido entre os terminais do transformador e o ponto de conexão com o barramento dado em m; N c1 número de condutores por fase do circuito mencionado. b) Reatância (X uc1 ) A reatância do cabo é: X uc1 = (X uω X L c1 ) / (1000 X N c1 ) (Ω) X uω - reatância de sequência positiva do condutor fase em mω/m (tabela de cabos) Z uc1 = R uc1 + jxuc1 (pu) Quando há dois ou mais transformadores ligados em paralelo, deve-se calcular a impedância série de cada transformador com o circuito que o liga ao QGF, determinando-se, R b1ω =( R uω X L b ) / (1000 X N b1 ) (Ω) R uω - resistência ôhmica da barra, em mω/m (tabela de barramento) 16

17 N bl número de barras em paralelo; L b comprimento da barra, em m. A resistência em pu, é dada por: R ub1 = R b1ω X [P b /(1000 X V 2 b) ] (pu) b) Reatância (X ubl ) X b1ω = (X uω X L b ) / (1000 X N b1 ) (Ω) A reatância em, pu, é dada por: X ub1 = X b1ω X [P b /(1000 X V b 2 ) (pu) Z ub1 = R ub1 + jx ub1 (pu) Impedância do circuito que conecta o QGF ao CCM Os valores da resistência e reatância, em pu, respectivamente iguais a R uc2 e X uc2, são calculados à semelhança de R ucl e X ucl Corrente simétrica de curto circuito trifásico Para a determinação das correntes de curto circuito em qualquer ponto o sistema, procede-se à soma vetorial de todas as impedâncias calculadas até o ponto desejado e aplicase a Equação a seguir, ou seja: Z utot = i=1 i=n (R ut + jx ut ) (pu) R ul e X ul são, genericamente a resistência e a reatância unitárias de cada impedância do sistema até o ponto onde se pretende determinar os valores de curto circuito. A corrente base vale: I b = P b / ( 3 X V b ) (A) 17

18 A corrente de curto circuito simétrica, valor eficaz, então, é dada por: I cs = I b / (1000 X Z utot ) (KA) Quando se pretende obter simplificadamente a corrente de curto circuito simétrica nos terminais do transformador, basta aplicar a Equação a seguir: I cst = (I n / Z pz% ) X 100 (A) I n - corrente nominal do transformador, em A; Z pt% - impedância percentual do transformador. Este valor é aproximado, pois ele não está computado a impedância reduzida do sistema de suprimento Corrente assimétrica de curto circuito trifásico I ca = F a X I cs (ka) F a fator de assimetria determinado segundo a relação Corrente bifásica de curto circuito I cb = ( 3 / 2) X I cs (ka) Corrente fase-terra de curto circuito A determinação da correte de curto circuito fase-terra requer o conhecimento das impedâncias de sequência zero do sistema, além das impedâncias de sequência positiva. Se o transformador da instalação for ligado em triângulo primário e estrela no secundário com o ponto neutro aterrado, não se deve levar em conta as impedâncias de sequência zero do sistema de fornecimento de energia, pois estas ficam confinadas no delta do transformador em questão. 18

19 No cálculo das correntes de curto circuito fase-terra, deve-se considerar a existência de três impedâncias que são de fundamental importância para a grandeza dos valores calculados. São elas: Impedância de contato (R ct ) É caracterizada normalmente pela resistência (R ct ) que a superfície de contato do cabo e a resistência do solo no ponto de contato oferecem a passagem da corrente para a terra. Temse atribuído geralmente o valor conservativo de 40Ω Impedância da malha de terra (R mt ) O valor máximo admitido por norma de diversas concessionárias de energia elétrica é de 10Ω, nos sistemas de 15 a 25 kv, e é caracterizado pelo seu componente resistivo Impedância de aterramento (R at ) Não considerado no cálculo, sistema analisado não possui a impedância de aterramento Corrente de curto circuito fase-terra máxima É determinada quando são levadas em consideração somente as impedâncias dos condutores e as do transformador. É calculada segundo a Equação: I cfma = ( 3 X I b ) / ( 2 X Z utot + Z u0t + Z u0c ) (A) Z u0t impedância de sequência zero do transformador que é igual à sua impedância de sequência positiva. O valor Z u0c é determinado considerando-se as resistências e reatância de sequência zero dos condutores. Na prática, pode-se desprezar a impedância de sequência zero dos barramentos, pois o seu efeito não se faz sentir os valores calculados. A impedância do cabo de sequência zero segue o mesmo procedimento que a sequência positiva, observando os valores corretos para a sequência zero, valores tabelados. 19

20 Corrente de curto circuito fase-terra mínima É determinada quando se leva em consideração, além das impedâncias dos condutores e transformadores, as impedâncias de contato, a do resistor de aterramento, caso haja, e da malha de terra. É calculada segundo a Equação: I cftmin = ( 3 X I b ) / ( 2 X Z u0t + Z u0c + Z u0t + 3 X ( R uct + R umt + R uat ) (A) R uct = R ct X [ Pb / (1000 X V 2 b)] (pu) R umt = R mt X [ Pb / (1000 X V 2 b )] (pu) R uat = R at X [ P b / (1000 X V 2 b )] (pu) R mct resistência de contato, em pu; R umt resistência da malha de terra, em pu; R uat resistência do resistor de aterramento, em pu Proteção e seletividade Componentes para proteção Nos sistemas elétricos industriais os componentes usualmente protegidos são os cabos, motores, transformadores. Todos de acordo com as normas internacionais estabelecidas (IEEE Std 242,2001) [2] Componentes de proteção São utilizados componentes de proteção como fusíveis, disjuntores, seccionadoras, relês de sobrecarga, também regulamentados por normas estabelecidas. (IEEE Std 242, 2001) 20

21 3. Apresentação do sistema O anexo 1 apresenta o diagrama unifiliar do circuito analisado, o transformador de 2000 KVA. Antes será apresentado o estudo de coordenação de entrada de todo o complexo Análise de coordenação do sistema Algumas premissas foram consideradas: Curvas de dano dos transformadores conforme IEEE Std C [3] Para modelamento das curvas dos fusíveis foram utilizadas informações de catálogo da Cooper Busmann MV155 (fusível tipo HH). Para intervalos de coordenação entre dispositivos salvo qualquer orientação em contrário, são considerados os seguintes tempos mínimos, conforme IEEE 242: Intervalos Mínimos de Coordenação entre Dispositivo [s] Jusante Montante Fusível Disjuntor de BT Relé Eletromecânico Relé Digital Fusível Espaço Espaço 0,220 0,120 Disjuntor de BT Espaço Espaço 0,220 0,120 Eletromecânico 0,170 0,170 0,350 0,250 Relé Digital 0,170 0,170 0,350 0, Proteção de Transformadores Magnetização dos Transformadores A magnetização de um transformador não deve sensibilizar a sua proteção primária. Para essa verificação, considerou-se que a magnitude das correntes nesse instante é de aproximadamente: 8 (oito) vezes a nominal, durante 100 ms, para transformadores com potência acima 2 MVA; 12 (doze) vezes a nominal, durante 100 ms, para transformadores com potência abaixo 2 MVA Ponto ANSI A curva do dispositivo de proteção deve atender aos requisitos da norma IEEE C para proteção quanto às altas correntes passantes pelo transformador. A referida norma define 21

22 o tempo que um transformador deve suportar tensão plena em um dos enrolamentos com um determinado valor de corrente passante, sem danificação térmica ou mecânica do mesmo. Nos coordenogramas desse estudo são apresentadas as curvas limites dos transformadores, em comparação com as curvas de operação dos dispositivos de proteção associados ao transformador. Para uma adequada proteção, a curva do dispositivo responsável pela proteção deve operar sempre em um tempo inferior ao limite do transformador Proteção 51 - Primário De acordo com os limites estabelecidos pelo NEC (450.3), os ajustes da função de sobrecorrente temporizada (51), devem ser de, no máximo, 300% da corrente nominal do mesmo. Assim sendo, neste estudo os transformadores tiveram suas funções de sobrecorrente de fase ajustadas em aproximadamente 150% do valor da corrente nominal Proteção 50 - Primário Como critério para ajuste da função de sobrecorrente instantânea (50) do enrolamento primário foi considerado que esta proteção deverá: Ser insensível às correntes de magnetização dos transformadores; Atuar para ponto ANSI; Recomenda-se que a proteção atue a 120 % da corrente de magnetização e a 120 % da corrente de curto circuito simétrico trifásico do secundário do transformador Proteção dos Alimentadores - Sobrecorrentes de Fase (ANSI 50/51) De acordo com os limites informados pela ANSI, o ajuste de pick-up da função de sobrecorrente de fase temporizada (51) deve estar, no máximo, em 300% da corrente nominal de sistema. Empregou-se neste estudo o ajuste em 110% da corrente nominal. Esse ajuste garante uma boa sensibilidade para a proteção, sem que haja riscos de operação indesejada. Com base nas informações recebidas (diagramas unifilar e trifilar), e nas considerações acima descritas o sistema elétrico foi modelado conforme a figura 2. 22

23 BANDEIRANTES Isc 3P MVA Isc SLG MVA CBL-0001 Cabo 1 x 150 mm Meters SE-01 RP_1439 DJ_ABB_VMAX_1 In 0.0 A SE V RP_1439_SE_02 RP_1439_TR_5 RP_7140_TR_6 DJ_ABB_VMAX_SE_02 In 0.0 A DJ_ABB_VMAX_TR_5 In 0.0 A FUTURO DJ_ABB_VMAX_TR_6 In 0.0 A CBL-0004 Cabo 1 x 70 mm Meters CBL-0003 Cabo 1 x 25 mm Meters CBL-0002 Cabo 1 x 70 mm Meters FU_TR_5 In A SE-03 FU_TR_6 In 15.0 A SE-04 S TR_5 ANAN kva ANAF kva Z 6.13 % S TR_6 ANAN kva ANAF kva Z 3.47 % DJ_BEGHIM In A SE-02 SE V FU_TR_1 In 80.0 A FU_TR_2 In 80.0 A FU_TR_3 In 80.0 A FU_TR_4 In 80.0 A S TR_1 ANAN kva ANAF kva Z 5.57 % S TR_2 ANAN kva ANAF kva Z 5.57 % S TR_3 ANAN kva ANAF kva Z 5.50 % S TR_4 ANAN kva ANAF kva Z 5.06 % FIGURA 2 Diagrama unifilar de entrada Determinação das correntes de curto-circuito Foram analisadas correntes de curto-circuito trifásico e monofásico, cujos resultados estão na figura 3. 23

24 BANDEIRANTES CBL-0001 SE-01 RP_1439 DJ_ABB_VMAX_1 SE Amps 3P Amps SLG RP_1439_SE_02 RP_1439_TR_5 RP_7140_TR_6 DJ_ABB_VMAX_SE_02 DJ_ABB_VMAX_TR_5 DJ_ABB_VMAX_TR_6 FUTURO CBL-0004 CBL-0003 CBL Amps 3P Amps SLG Amps 3P Amps SLG FU_TR_5 SE-03 FU_TR_6 SE-04 S TR_5 S TR_6 DJ_BEGHIM SE Amps 3P Amps SLG SE-02 FU_TR_1 FU_TR_2 FU_TR_3 FU_TR_4 S TR_1 S TR_2 S TR_3 S TR_4 FIGURA 3 - Modelo curto circuito trifásico e monofásico 3.2. ESTUDO DE COORDENAÇÃO E SELETIVIDADE FUNÇÕES DE FASE Este item destina-se aos ajustes das funções de sobrecorrente de fase (50/51) Subestação SE-02 O disjuntor de entrada é um disjuntor BEGHIM, tripolar, modelo PL15C (PVO), Classe 15kV - 350MVA 630 A, com bobina de abertura, mínima e fechamento e cuja proteção é 24

25 feita através de relé de sobrecorrente primário. O ajuste deste relé deve ser coordenado com os fusíveis instalados no primário dos transformadores TR_1 à TR_4. A montante deste alimentador (SE-01) existe um relé Pextron URP Ajuste do relé primário DJ PL15C (BEGHIM) Corrente de tempo longo (CTL) 2 (200 A); Tempo de atraso (TL) s; Na figura 4 é apresentado o coordenograma com os ajustes necessários à coordenação destes dispositivos. Como todos os transformadores estão protegidos por fusíveis de mesma capacidade (80 A) será apresentada a coordenação com apenas um dos fusíveis. CURRENT IN AMPERES 1000 TR_1 TR_1 100 FU_TR_ DJ_BEGHIM TIME IN SECONDS 0.10 TX Inrush K 10K SE-02.tcc Ref. Voltage: 13800V Current in Amps x 10 SE-02.drw Figura 4 Gráfico de coordenação do transformador TR1 25

26 Com os ajustes propostos na figura 4, é possível verificar que: Não existe atuação para INRUSH; Não existe atuação para a corrente nominal do alimentador (Σ In dos trafos = 160 A); A proteção atua adequadamente para o curto no primário dos transformadores (14,5 ka); A proteção atua adequadamente para o ponto ANSI dos transformadores TR_1 à TR_4; O ajuste de proteção (relé primário) é seletivo em 250 ms com os fusíveis instalados nos primários dos transformadores Ajustes relé RP_1439_SE_02 Corrente de partida de fase (51) 5 (300 A); Tipo de curva de atuação para fase (51) EI; dt de fase (51) 0.1; Tempo definido de fase (51) 0.25; Na figura 5 é apresentado o coordenograma com os ajustes necessários à coordenação destes dispositivos. 26

27 CURRENT IN AMPERES 1000 RP_1439_SE_02 CBL RP_1439_SE_02 DJ_BEGHIM TIME IN SECONDS 0.10 FU_TR_4 CBL K 10K FEEDER SE-02.tcc Ref. Voltage: 13800V Current in Amps x 10 FEEDER SE-02.dr Figura 5 Gráfico de coordenação do transformador TR 1. Com os ajustes propostos na figura 5, é possível verificar que: A proteção atua adequadamente para o curto no primário do transformador (14,5 ka); O cabo alimentador tem sua curva de dano protegida para o curto em seu terminal; O ajuste de proteção do relé Pextron URP-1439 está coordenado em 250 ms com fusível instalado no primário dos transformadores a jusante; Foi priorizada a proteção do cabo em detrimento de coordenação entre o DJ BEGHIM PL15C e o Pextron URP Esta coordenação não se faz necessária por se tratar de um trecho sem derivação de circuitos Proteção do transformador TR_5 27

28 O transformador TR_5 é protegido através de um fusível HH de 125 A. A montante deste alimentador (SE-01) existe um relé Pextron URP Na figura 6 é apresentado o coordenograma com os ajustes necessários à coordenação destes dispositivos. CURRENT IN AMPERES 1000 CBL-0003 RP_1439_TR_5 TR_ TR_5 CBL-0003 RP_1439_TR_5 TIME IN SECONDS 0.10 FU_TR_5 TX Inrush K 10K TR_5.tcc Ref. Voltage: 13800V Current in Amps x 10 TR_5.drw ka); Figura 6 Gráfico de coordenação do transformador TR 5. Com os ajustes propostos na figura 6, é possível verificar que: Não existe atuação para INRUSH; Não existe atuação para a corrente nominal do transformador (80 A); A proteção atua adequadamente para o curto no primário do transformador (14,5 As proteções atuam adequadamente para o ponto ANSI do transformador TR_5; 28

29 O ajuste de proteção do relé Pextron URP-1439 está coordenado em 250 ms com o fusível instalado no primário do transformador. Com os ajustes acima sugeridos, o cabo alimentador (1x3/C #25mm2) não tem sua curva de dano protegida para o curto-circuito em seus terminais. A magnitude de curtocircuito na extremidade próxima ao TR_5 é aproximadamente 14,5 ka. Assumindo que este cabos sejam com isolação EPR, o tempo máximo de suportabilidade do condutor seria aproximadamente de 55 ms, tempo este que não possibilita a devida coordenação com os demais equipamentos. Para resolução do problema é necessária alteração da bitola deste alimentador ou utilização de função instantânea no relé localizado na SE-01, porém com perda de coordenação entre o relé Pextron e o fusível instalado no transformador. Esta coordenação não se faz necessária por se tratar de um trecho sem derivação de circuitos. Na figura 7 é apresentado o coordenograma já com a função 50 do relé Pextron 1439 ajustada. 29