PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS

Transcrição

1 Helena Santos SISTEMAS DE PROTECÇÃO Vítor Marques José Forte

2 DEFINIÇÃO DE BARRAMENTO E SEUS SISTEMAS DE PROTECÇÃO BARRAMENTO: Elemento crítico de um sistema eléctrico de energia, sendo um ponto de convergência de alguns circuitos eléctricos, tais como: Linhas de transmissão Geradores Cargas Transformadores Sistema comum de protecção de um Barramento: Formado por um conjunto de TI s e relés de detecção de defeitos e ordem de disparo Exemplo: Cuja função é proteger: A zona do barramento Os aparelhos de comutação Os aparelhos de acoplamento de barramentos Os dispositivos de corte e se necessário os transformadores das subestações

3 FUNÇÃO E IMPORTÂNCIA A protecção de barramentos procura limitar o impacto do defeito do barramento do resto da rede, por conseguinte as suas protecções têm de ser específicas para prevenir disparos desnecessários e selectivos, disparando somente os aparelhos de corte necessários para eliminar o defeito. Dentro da zona protegida obtemos assim zonas limitadas pelos orgãos de corte ou TI s, de modo a ser possível desligar a zona, entradas ou saídas afectadas sem a necessidade de cortar todo o barramento. Os defeitos nos barramentos são raros, portanto os relés que asseguram a sua protecção poderão têm solicitações muito espaçadas, pelo que se torna relevante a inspecção e manutenção periódica, de modo que sejam assegurados os seus padrões de estabilidade eléctrica e mecânica.

4 CARACTERÍSTICAS DAS PROTECÇÕES Características Específicas dos relés : Têm de ter tempos de actuação curtos Devem operar apenas nos defeitos internos Devem operar apenas na zona do barramento afectada Devem ser imunes a operações erradas Têm de ser seguros e de grande fiabilidade Os esquemas de protecção de barramentos baseiam-se nas Leis de Kirchhoff, onde: Segundo a Lei dos nós, o somatório de todas as correntes que entram é igual ao somatórios de todas as correntes que saem Se esta Lei não se verificar é sinal que existe um defeito dentro da zona de protecção do barramento

5 EVOLUÇÃO HISTÓRICA Data Anos 30 Anos 50 Anos 60 Actualmente Acontecimento A protecção de barramentos começa a sofrer algumas mudanças, uma vez que até esta altura não houve sérias preocupações no que diz respeito à protecção dos barramentos como unidades independentes Começaram a ser feitos esforços no sentido de melhorar a segurança de exploração, procurando diminuir os disparos intempestivos A rapidez de actuação dos sistemas de protecção passou a ser uma grande prioridade com a introdução de grandes subestações e elevados níveis de tensões de transporte Verifica-se a entrada no mercado das protecções digitais, sendo a rapidez, fiabilidade, segurança e versatilidade elementos preponderantes na escolha dos sistemas de protecção

6 CONFIGURAÇÕES DE BARRAMENTOS BARRAMENTO SIMPLES BARRAMENTO DUPLO BARRAMENTO EM ANEL BARRAMENTO PRINCIPAL COM BARRAMENTO DE TRANSFERÊNCIA

7 CONFIGURAÇÕES DE BARRAMENTOS BARRAMENTO DUPLO COM POSSIBILIDADE DE DIVISÃO BARRAMENTO DUPLO COM ELEMENTO DE CORTE ÚNICO BARRAMENTO MULTIPLO COM ACOLPLAMENTO

8 FACTORES A TER EM CONTA NO DIMENSIONAMENTO DE PROTECÇÕES DE BARRAMENTOS Valores máximos e mínimos das correntes de defeito no barramento (defeitos monofásicos fase-terra e defeito trifásico) Informações sobre os TI s: Localização Razão de transformação Classe de precisão Curvas de saturação Exemplo de TI s Velocidade de operação de actuação da protecção ( temporizações por nível de alarme )

9 INFLUÊNCIA DOS TRANSFORMADORES DE INTENSIDADE (TI s) Existem 2 tipos de enrolamentos de transformador de corrente: 1) Enrolamento de medição (serve para medir correntes e contadores de energia, é linear, constituindo uma imagem mais perfeita das correntes do primário e satura mais rapidamente a correntes de defeito de modo a proteger os aparelhos de medida). 2) Enrolamento de protecção (são uma imagem menos perfeita da corrente medida no primário e a saturação com correntes de defeito é mais lenta mas acontece diminuindo a acção da protecção dos barramentos). A saturação ac e/ dc do núcleo do TI, faz com que as correntes no secundário dos TI s não sejam uma réplica perfeita do primário

10 INFLUÊNCIA DOS TRANSFORMADORES DE INTENSIDADE (TI s) PROCESSOS DE RESOLUÇÃO DO PROBLEMA: 1. Eliminação do ferro do núcleo dos TI s. 2. Utilização de sistemas com relés diferenciais percentuais, com várias bobinas de retenção, especialmente insensíveis à saturação dc. 3. Utilização de um relé diferencial de alta impedância contendo um circuito ressonante série, para limitar a sensibilidade à saturação os TI s. 4. Utilização de um relé diferencial com retenção de alta impedância moderada, para limitar a sensibilidade à saturação dc. sistemas de Acopladores Lineares LC ex: sistemas de relés CA-16 ex: sistemas de relés KAB ex: sistemas REB-100

11 PROTECÇÃO CONTRA CURTO-CIRCUITOS FASE-TERRA Versus PROTECÇÃO CONTRA CURTO-CIRCUITOS FASE-FASE E FASE-TERRA Na fase de projecto, a planta do edifício de uma subestação condicionará o tipo de esquema de protecção a instalar, dependendo dos edifícios permitirem ou não a comutação com segregação das 3 fases. Se houver comutação com segregação de fases, ao nível dos terminais de comutação ou ligação quer ao longo de todo o barramento, podemos ter 2 tipos de protecções: Para tensões reduzidas Temos apenas a Protecção a defeitos fase-terra Para tensões acima dos 6KV Temos a protecção a defeitos fase-fase e fase-terra Se não houver qualquer segregação de fases, teremos protecções para defeitos fase-terra e fase-fase

12 PROTECÇÕES DIGITAIS Antigamente os barramentos simples eram protegidos com TI dedicados, um esquema de protecção seguro com vários anos de prática e bons resultados em termos práticos. No entanto com a introdução de um novo tipo de geração (energias renováveis) nos sistemas eléctricos a curto médio prazo, as antigas configurações simples de barramentos levarão a um novo tipo de configurações, (um n. elevado de configurações diferentes de barramento), levando à saturação dos TI devido ao aumento exponencial da corrente de defeito. Os antigos esquemas de protecção enfrentam inúmeros problemas quando aplicados a configurações complexas, já que muitas vezes as zonas de protecção têm de ser configuradas de acordo com a configuração actual do barramento.

13 PROTECÇÕES DIGITAIS DE BARRAMENTO São ideais para configurações complexas de barramento As zonas de protecção óptimas são calculadas pelas protecções através da abertura ou fecho dos aparelhos de corte por software, mantendo operacionais e sem corte as correntes normais de funcionamento. Face a eventuais falhas dos aparelhos de corte ou de comunicação, têm a vantagem de guardar o histórico das correntes para uma melhor análise dos defeitos e das várias configurações de protecção de acordo com a configuração actual do barramento. O problema dos custos associados às protecções, tem diminuído devido à introdução de protecções baseadas em microprocessadores que protegem os barramentos com dados somente de 1 fase da corrente, reduzindo bastante os encargos com TI e melhorando a qualidade de protecção devido a melhores tempos de actuação e melhores algoritmos de protecção.

14 PROBLEMA DAS PROTECÇÕES DIGITAIS No processamento de vários dados, muitos valores de corrente e tensão há problemas em trazer as informações à protecção isto é um número elevado de entradas digitais e analógicas. Um grande número de entradas digitais (entradas que variam entre estado por exemplo para 4 estados : 0 inválido (a abrir); 1 - aparelho de corte aberto; 2- aparelho de corte fechado; 3 inválido (a fechar)) são necessárias a fim de monitorizar o estado de múltiplos aparelhos de corte e simular várias situações de corte. Grande número de saídas de disparo de modo a poder controlar a abertura e fecho de aparelhos de corte, que poderão ser disparados individualmente ou colectivamente. Várias zonas de protecção são necessárias para proteger diferentes zonas do barramento, dependendo da configuração actual, implicando um grande poder de processamento da protecção.

15 PROTECÇÃO COMBINADA A protecção do barramentos e do banco de transformador como unidades distintas, tem como objectivos garantir: Uma continuidade de serviço máxima Uma sensibilidade máxima Uma segurança máxima No entanto a necessidade de protecção de ambas as unidades numa só zona diferencial assenta em 2 factores fundamentais: Factor económico Localização dos TI s Exemplo de protecção: sistemas de relés com bobinas de limitação múltipla

16 PROTECÇÃO DE RESERVA Este tipo de protecção é utilizado habitualmente em subestações de pequenas redes radiais no nível mais baixo de distribuição, onde até a mais simples forma de protecção pelo seu custo económico pode não ser justificável. Medidas de melhoramento da segurança de fornecimento: 1. Quando permitidas pela configuração das subestações, procura-se projectar a protecção de modo a dividir o barramento em secções 2. Disparando apenas as saídas de uma das secções 3. Disparando sequencialmente as outras saídas se após uma temporização ainda existir corrente de defeito

17 PROTECÇÃO DE RESERVA Para um defeito em K, B1 é a protecção Primária e A1 é a protecção Secundária ou de Reserva

18 Tipos de Protecção de Barramentos

19 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Na protecção por ligação à terra as células de comutação têm de estar inter - conectadas e isoladas do terreno, excepto quando através de um ponto que será o primário de um TI que tem o seu secundário pronto a alimentar um relé instantâneo de sobrecorrente sempre que acontece um defeito à terra em qualquer zona de protecção do barramento. A protecção por fugas à terra é mais eficiente no caso de células de comutação monofásicas segregadas e barramentos de fases segregadas desde o projecto e construção de edifícios, o que deverá eliminar os defeitos fase - fase. Não é limitada a este tipo de instalações, torna-se mais eficiente se o isolamento das células de comutação for incluído desde o inicio no layout da instalação. Deve-se ter cuidado no sentido de não se verificarem contactos indesejados à terra, sendo o único contacto através do TI. Para evitar tais problemas procede-se ao isolamento das juntas de ligação dos cabos.

20 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Podemos verificar, então na figura abaixo representada:

21 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Apresenta-se, também, o isolamento de uma junta de um cabo principal:

22 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Este tipo de isolamento das juntas dos cabos exige que se coloque o barramento fora de serviço para se proceder à medição do isolamento de terra. A conexão (link connection) permite o teste ao isolamento sem desligar todas as terras e assim manter o barramento em serviço, para se ultrapassar esta desvantagem usa-se o método exemplificado no esquema ao lado.15

23 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Além dos cuidados a ter com os cabos deve-se ter em atenção as fundações em betão usadas nos edifícios das subestações, os quais são normalmente bons no isolamento das células de comutação da terra. Deve-se ter em atenção que os parafusos de amarração das células estão livres de qualquer tipo de varetas ou ligações similares de reforço de amarração que possibilitem o contacto à terra. Por outro lado devem ser feitas aberturas nos tubos de ventilação ou condutas com possíveis ligações à terra que conduzam qualquer cabo secundário. Para a execução deste tipo de protecção usam-se normalmente duas barras com ligação à terra. Cada uma delas percorrendo todo o comprimento do quadro de distribuição. Uma das barras é designada por barra de ligação das células de comutação (switchgear bonding bar) e liga cada célula de comutação (switchgear) ou estrutura de trabalho (frame work) entre si. A outra é designada por barra de ligação à terra das blindagens (bainhas ou revestimento) dos cabos (cable sheath earth bar).

24 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Método de funcionamento deste tipo de protecção pela análise do esquema:

25 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA O relé 1, alimentado pelo TI acoplado à ligação entre a barra de ligação e a barra de terra, detecta qualquer defeito à estrutura das células de comutação. Pode proceder à actuação de um contacto dc que irá originar o disparo do relé R2. A actuação do relé R2 vai por sua vez dar ordem de disparo a todos os elementos do barramento com defeito. O método apresentado pelo esquema anterior tem duas desvantagens: Pode actuar intempestivamente na presença de correntes parasitas; No caso de R1 sofrer uma pancada que o faça actuar inadvertidamente, todo o barramento ficará automaticamente fora de serviço. Com o intuito de resolver estes problemas, actualmente, utiliza-se um esquema mais elaborado.

26 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Podemos corrigir estes defeitos com a inclusão do relé R3, denominado relé de teste, como é representado no esquema seguinte.

27 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Se por exemplo a alimentação das células de comutação do barramento se dá por um transformador local, podemos alimentar o relé R3 por um TI acoplado ao neutro do transformador local. Neste caso apenas um defeito à terra nas células de comutação do barramento poderão causar o disparo de ambos os relés R1 e R3. Se não existir nenhum transformador que permita a instalação do TI no seu neutro podemos aplicar ao neutro de um gerador ou também a uma linha. Sendo necessário, no ultimo caso o uso de TI com uma derivação do primário ligada à terra (core balance c.t.). No caso de existir mais do que uma linha de entrada, transformador ou gerador devemos aplicar os TI s em paralelo de maneira a que se garanta a operação sempre que algum dos elementos referidos se encontre fora de serviço, devido a manutenção ou defeito.

28 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Com este tipo de esquema podemos proteger, para além dos barramentos simples, barramentos com mais do que uma secção e barramentos duplos. Esquema de protecção de um barramento simples de duas secções abaixo representado:

29 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Esquema de protecção de um barramento duplo:

30 PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA Os relés normalmente usados para desempenhar as funções dos relés R1 e R3 são do tipo atracção de armadura e os seus tempos de actuação somados aos dos relés R2 usualmente não excedem os 80ms. Por ultimo podemos referir que o isolamento das células de comutação ou estruturas de trabalho em relação à terra é ligeira, não devendo ser inferior a 10 ohms. Para prevenir qualquer quebra de isolamento das bainhas ou revestimento dos cabos, estes terão de suportar as altas tensões que se podem verificar durante um defeito. Deve-se proceder a testes às bainhas e juntas dos cabos principais com picos de tensão na ordem dos 8000 volts. A barra de ligação, a barra de terra, a ligação entre ambas e todas as outras ligações que temos vindo a referir têm de estar preparadas para transportar as correntes nominais de curta duração originadas pelas comutações nas células, durante o tempo especificado (normalmente é da ordem dos 3s). Como conclusão podemos referir que este tipo de esquema de protecção se não for considerado desde o inicio do layout da instalação pode-se tornar dispendioso e pouco prático devido aos requisitos especiais que tem em termos de construção do edifício.

31 PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE MÁXIMO DE INTENSIDADE O esquema para protecção diferencial é obtido através da colocação em paralelo de TI s por cada fase de cada entrada do barramento, estando as saídas alimentadas por reles de máximo de intensidade do tipo disco de indução. O conceito de protecção diferencial está exemplificada no seguinte esquema:

32 PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE MÁXIMO DE INTENSIDADE Este tipo de esquemas diferencia defeitos externos dos internos:

33 PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE MÁXIMO DE INTENSIDADE Com o intuito de diminuir os disparos intempestivos usa se duas linhas defensivas, uma com relé discriminativos e outra com relé de teste. Este tipo de montagem já permite a protecção de barramentos com mais de uma secção.

34 PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE MÁXIMO DE INTENSIDADE Esquema de protecção de barramentos duplos:

35 PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE MÁXIMO DE INTENSIDADE Existindo apenas a protecção fase- terra, o esquema de protecção das três fases seria:

36 PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE MÁXIMO DE INTENSIDADE No caso de todas as entradas no barramento serem quer por cabos unipolares quer tripolares poderíamos usar TI s com três enrolamento (core balance ct s) como mostra o esquema.

37 PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE MÁXIMO DE INTENSIDADE No caso de existir protecção fase-terra e fase-fase teríamos os esquemas seguintes:

38 PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE MÁXIMO DE INTENSIDADE Os relés devem ser ajustados para o máximo de corrente diferencial falsa superior à de qualquer defeito exterior. Pode ser admitida uma pequena saturação ac ou dc, já que os relés de disco de indução têm uma operação com componentes dc pouco eficiente e não têm disparo instantâneo. No entanto para melhorar a resposta deste sistema a constante de decaimento das componentes dc tem de ser rápida, limitando a aplicação deste sistema a subestações de grandes centrais produtoras. Embora o custo dos relés seja baixo, o custo em engenharia é elevado, sendo necessário estudos completos ou grande experiência em aplicações deste género.

39 PROTECÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL É possível melhorar a resposta de um sistema de protecção diferencial com a introdução de uma resistência estabilizadora ou de uma bobina de limitação.

40 PROTECÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL Um defeito externo que cause a saturação completa de um Ti s origina que a sua reactância de magnetização seja praticamente zero. A corrente Id que circula através do relé é : 2* RL + RS Id = IF* 2* RL + RS + Rd Com Rd a ser a resistência da parte diferencial do circuito

41 PROTECÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL Para diminuirmos, o erro do sistema temos de diminuir o valor da corrente Id originada pelo defeito externo e para conseguir isso a melhor maneira para o fazer é aumentar o valor de Rd. Temos no entanto duas limitações para o aumento de Rd: o aumento da tensão nos Ti s e o mínimo valor da corrente para um defeito interno. Rd é então limitada a: R d = VCL 4* I min ( disparo ) O objectivo da introdução da bobina de limitação é para fazer com que o relé apenas responda á componente ac da corrente de defeito. Carregando a bobina com a componente dc, limitamos a corrente que percorre o relé. Melhoramos desta forma a selectividade do sistema de protecção, dado que prevenimos alguns disparos intempestivos provocados por defeitos Externos. Este método apresenta no entanto duas desvantagens: a introdução da bobina, aumentando os custos, e piora o tempo de resposta do sistema

42 PROTECÇÃO POR COMPARAÇÃO DIRECCIONAL Este tipo de protecção baseia-se no facto de durante um defeito interno a potência fluir em direcção ao barramento em todos os circuitos ligados a este, enquanto que durante um defeito externo a potência irá fluir em direcção ao barramento em todos os circuitos excepto naquele em que se verifica o defeito onde irá fluir no sentido contrário. Os esquemas mais antigos representam-se da seguinte forma :

43 PROTECÇÃO Protecção POR por comparação COMPARAÇÃO direccional DIRECCIONAL Colocavam-se relés direccionais em todos os circuitos do barramento, com os seus contactos em série com um relé multicontacto que dava ordem de disparo a todos os elementos de corte. Este esquema era, no entanto, pouco utilizado devido á dependência de um elevado nº de contactos série. Foi ultrapassado por um esquema que superou essa dificuldade. O esquema mais recente utiliza relés direccionais com duplo contacto. Todos os contactos normalmente abertos estão em paralelo e ligados ao relé de disparo (tripping) enquanto que todos os contactos normalmente fechados estão também em paralelo mas ligados ao relé de bloqueio (blocking) que pode bloquear o disparo.

44 PROTECÇÃO POR COMPARAÇÃO DIRECCIONAL Este tipo de esquema pode ser simplificado pelo uso de relés polifásicos fase - fase. Os relés para defeitos à terra podem ser polarizados pela corrente de neutro de um TI ou pelo potencial residual se não existir nenhum neutro à terra. Por outro lado os relés para defeitos fase - fase, se existirem, podem ser polarizados pelo potencial fase - fase (linha - linha) apropriado. Estes esquemas têm algumas desvantagens: dificuldades de aplicação em grandes redes, especialmente de cabos com resistência à terra, enumeras e complexas ligações e remota possibilidade de os relés direccionais não actuarem correctamente num curto-circuito trifásico simétrico devido á tensão ser zero. A 1ª desvantagem pode, na maior parte dos casos, ser resolvida limitando a tensão, já que uma característica mho consegue fazer a distinção entre as correntes capacitivas de carga e a corrente de defeito à terra, ou aplicando relés direccionais de sequência negativa já que as correntes capacitivas de carga têm muito pouca componente de sequência negativa. A vantagem que estes sistemas têm é que não existe a obrigatoriedade de os ti s terem a mesma razão de transformação, podendo mesmo ser utilizados noutros esquemas de protecção com relés ou para medições

45 PROTECÇÃO DIFERENCIAL Sistema mais usado na protecção de barramentos Baseia-se na soma vectorial das correntes que entram e saem da barra, onde, em condições normais de funcionamento, a corrente que entra é igual à corrente que sai Se a soma das correntes for nula, a protecção não actua Quando ocorre um defeito, como por exemplo um defeito externo, o TI no feeder do defeito vê uma corrente não nula que é a soma das correntes dos outros TI s da barra e a protecção actua

46 PROTECÇÃO DIFERENCIAL Um dos grandes problemas da protecção diferencial é garantir a estabilidade durante um defeito As características de magnetização de 2 TI nunca são absolutamente iguais Os primeiros 5-6 ciclos de um defeito de corrente externo (ou interno) podem causar diferentes fenómenos de saturação, dando origem a uma diferença entre correntes no secundário Para evitar accionamentos indesejados de protecções sob estas condições, podem ser utilizados relés de alta impedância

47 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA DEFEITOS EXTERNOS Quando ocorre um defeito externo bastante acentuado o TI pode saturar A sua saída pode ser deficiente ou seja: A soma das correntes no secundário não será nula A corrente resultante do desequilíbrio fluirá no relé, provocando a sua actuação e o consequente desligar do barramento

48 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA DEFEITOS EXTERNOS Se o relé operar com base na tensão: A saturação do TI no feeder do defeito não irá provocar confusão ao sistema, uma vez que a tensão (relativamente baixa) dos TI será limitada à queda R*I nos condutores do TI saturado e resistências dos enrolamentos secundários Se o TI não saturar, a tensão no relé será aproximadamente nula, uma vez que é conectado através de tensões de polaridades opostas

49 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA DEFEITOS EXTERNOS Considere-se a ocorrência de um defeito externo, ilustrado na figura Um dos TI s satura completamente (B) e o outro não A saída em A será uma reprodução fiel da corrente no primário, sendo assim possível fixar um valor de nível de operação para o qual não ocorram actuações indesejadas quando ocorrer um defeito externo

50 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA DEFEITOS EXTERNOS Tendo os TI s uma reactância baixa, a reactância de fugas do primário e secundário pode ser desprezada: Como o TI em B foi saturado pela componente DC da corrente do primário, a sua impedância toma o valor 0 (Linha PQ) Circuito equivalente de um esquema de protecção de alta impedância Na ausência de f.e.m. no secundário, o TI em B comporta-se como uma resistência de valor igual ao enrolamento do secundário

51 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA DEFEITOS EXTERNOS Simplificando o circuito equivalente: A tensão de estabilidade pode ser calculada por: Para relés com calibração em corrente Para relés com calibração em tensão

52 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA DEFEITOS EXTERNOS I F = Corrente de defeito no primário I S = Corrente de ajuste do relé R ct = Resistência do enrolamento secundário do TI a 75º R L = R LA,R LB = Resistência dos condutores entre o relé e o TI dos circuitos A ou B R R = Resistência da bobina do relé R SR = Resistência estabilizadora T = Razão de transformação do TI Vs = Tensão de estabilidade

53 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA DEFEITOS EXTERNOS Exemplo CEE IAG 7034

54 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA DEFEITOS INTERNOS Quando o defeito ocorre no barramento: As correntes do TI fluem através do relé A tensão do relé será igual à impedância o relé vezes a corrente secundária total do defeito menos a corrente de magnetização dos TI s: VR = ZR*(ID-ImagTI s)

55 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA DEFEITOS INTERNOS A tensão mínima que pode ser aplicada ao relé durante um defeito interno é, usualmente, várias vezes superior ao valor máximo de um defeito externo que possa eventualmente surgir É então normal ajustar o valor de activação do relé para o dobro do valor máximo de um defeito externo ou para metade da tensão de saturação TI mais pequeno Para defeitos à terra, se o sistema for de terra impedante, poderá ser necessário um ajuste mais baixo

56 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA Para se assegurar a eficiência deste sistema é preciso garantir que: A resistência do circuito do secundário dos TI s seja baixa Os TI s utilizados sejam toroidais Todos os TI s tenham a mesma razão de transformação Seja evitado o uso de TI s auxiliares de ajuste (introduzem assimetrias)

57 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA O condensador e a indutância, em série com o circuito rectificador que alimenta o relé, constituem um circuito ressonante série para a frequência fundamental, aumentando a selectividade de resposta do relé (confere ao relé insensibilidade a qualquer tensão DC que possa aparecer durante os primeiros ciclos do defeito) Como a resistência efectiva da bobine do relé de tensão é muito alta (aprox Ω), é colocado em paralelo um elemento limitador de tensão (Thyrite) para proteger o relé A conjugação de Thyrite com um relé de máximo de intensidade em série permite velocidades de operação mais rápidos para defeitos de grande magnitude no barramento

58 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA O número de circuitos que se podem proteger depende da tensão de saturação dos TI s e da impedância e sensibilidade dos relés Este tipo de protecção apresenta as seguintes desvantagens: As unidades de Thyrite são volumosas e dispendiosas A resistência das unidades de Thyrite varia com a temperatura, podendo ser difícil obter um valor de ajuste de tensão preciso, já que as várias unidades Thyrite podem ter temperaturas diferentes e logo valores de resistência diferentes entre si

59 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO ACOPLADORES LINEARES A utilização de TI s com núcleos de ferro trazia os seguintes inconvenientes: Limitação do número de circuitos, pelo facto de o relé receber a corrente diferencial a menos da soma das correntes de excitação de todos os TI s do barramento Dificuldade em obter estabilidade do relé quando ocorriam grandes defeitos externos (devido às altas constantes de tempo permitidas pelos sistemas de potência, que prolongam os transitórios)

60 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO ACOPLADORES LINEARES Acopladores lineares: TI s do tipo toroidal, sem núcleo de ferro Com a introdução de acopladores lineares: As condições transitórias são eliminadas Não há corrente de magnetização Não há limite de saturação magnética Deixa de haver problemas com a impedância dos condutores

61 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO ACOPLADORES LINEARES Exemplo de protecção de barramento com acopladores lineares Para formar um circuito diferencial, as tensões produzidas pelo relé são adicionadas em série, contrariamente ao que se passava com os TI s convencionais em que as correntes eram adicionadas em paralelo

62 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO ACOPLADORES LINEARES A relação entre a máxima corrente de defeito externo que se tem de bloquear e a mínima corrente de defeito interna que se possa verificar é cerca de 25:1 (caso contrário exige relé adicional de terra) O número de circuitos que podem ser protegidos na barra é da ordem dos 15 (ou mais, actualmente) Como os acopladores lineares não possuem o ferro dos TI s convencionais, funcionam a potências inferiores

63 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO ACOPLADORES LINEARES Os acopladores lineares têm como função produzir no seu secundário uma tensão interna proporcional à corrente do primário Ao se retirar o ferro dos TI s, os acopladores lineares tornam-se dispositivos lineares com o valor de saída a ser uma tensão: Vo = ± ( M dip dt ) Ip: corrente instantânea no primário É garantida uma precisão com um erro na ordem de 1%

64 PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO ACOPLADORES LINEARES A utilização de acopladores lineares traz então as seguintes vantagens: Tempo de operação mais rápido Aplicação, ajuste e manutenção facilitadas Possibilidade de se fazerem ajustes no layout do barramento As comutações nos barramentos não causam perturbações no sistema de protecção Como desvantagem, será só o facto de um acoplador linear poder não funcionar se for introduzido num sistema de protecção com TI s convencionais

65 PROTECÇÃO DIGITAL

66 PROTECÇÃO DIGITAL Função: protecção, supervisão e controlo de barramentos de média tensão, subestações de distribuição e postos de corte e seccionamento Características Grande precisão de regulação de correntes, tensões, temporizações Flexibilidade na escolha do relé com as funcionalidades mais adequadas a cada caso Monitorização de defeitos, simulação de encravamentos Possibilidade de controlo à distância, permitindo interface de rede LONTALK

67 PROTECÇÃO DIGITAL

68 PROTECÇÃO DIGITAL