PROTEÇÃO DIFERENCIAL

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1 Clever Pereir POTEÇÃO DFEECL. TODUÇÃO () PCP PLCÇÕE Proteção de gerdores, trnsformdores, uniddes gerdor-trnsformdor, retores, brrmentos, cbos subterrâneos, linhs érescurts, etc. (b) PCÍPO ÁCO Comprção do sinl (corrente) de entrd com o sinl de síd d zon de proteção. (c) TPO DE POTEÇÃO DFEECL POTO ÚCO DE CPTÇÃO: extremos d zon de proteção pertencem um mesmo ponto geográfico (proteção de gerdores, trfos, retores, brrs, etc) DO POTO DE CPTÇÃO: extremos d zon de proteção são distintos geogrficmente - Cbo Piloto: linhs curts - Crrier: linhs longs

2 Clever Pereir. POTEÇÃO DFEECL ÃO PECETUL () ELEMETO POTETO : ELÉ DE OECOETE (b) PCÍPO ÁCO OPEÇÃO OML OU FLT EXTE 0 ELÉ ÃO OPE FLT TE + 0 ELÉ OPE

3 Clever Pereir (c) MPEFEÇÕE O FUCOMETO UDE (CG) DFEETE TUÇÃO DFEETE DFEEÇ FCÇÃO E MOTGEM DO TC s (d) MGEM DE ETLDDE ETLDDE DO TEM DE POTEÇÃO DFEECL: cpcidde de não operr pr flts externs, qulquer que sej est flt. ETO DE ETLZÇÃO (DMEOMETO) { HPÓTEE PO CODÇÃO DE FUCOMETO () desblnço máximo (um TC stur e o outro não) (b) flt extern máxim F OJETVO: + < ( min ). F (mx) < (min) F (mx) ( + ) ( ) ( + ) > (min) F (mx) (min)

4 Clever Pereir LMTE DE ETLDDE: vlor de tensão bixo do qul o relé não oper V + ( ) (mx). (min). F ELDDE DO TEM DE POTEÇÃO : vlor mínimo d corrente de flt intern primári que cus operção d proteção. { PO CODÇÃO DE FUCOMETO HPÓTEE () flt intern com corrente de flt mínim (b) um ds correntes de flt é nul F (min) [ + ] + (min) M M EXEMPLO : Clculr, V (min) e F(min) TC: 500 / 5 ( 500) DDO, Ω F( mx) 0, Ω 6000 CUV DE TUÇÃO ( ) ( min ) 08, ( b) ( min ) 008, 4

5 Clever Pereir 5. POTEÇÃO DFEECL PECETUL () ELEMETO POTETO : CO (r ) (b) PCÍPO ÁCO OPEÇÃO OML OU FLT EXTE O O ELÉ ÃO OPE FLT TE O O ELÉ OPE

6 Clever Pereir (c) POLZÇÃO () OU JUTE PECETUL O + [ pu] ou [%] (d) CCTEÍTC DE OPEÇÃO O >. OPE O. LMTE ~ <. O OPE O (e) MGEM DE ETLDDE PO QUÊ E JÁ EXTE? EO DO TC s VÇÃO DE TP EO DEVDO TTÓO 6

7 Clever Pereir ETO DE ETLZÇÃO (DMEOMETO) PO CODÇÃO DE FUCOMETO HPÓTEE () desblnço máximo (um TC stur e o outro não). (b) flt extern máxim. O F F + + F F ( + ) EXEMPLO : Clculr, V (min) e F(min) TC: 500 / 5 ( 500) DDO, Ω F( mx) 0, Ω 6000 ( ) ( min ) 08, ; 5% ( b) ( min ) 0, 8; 0% () c( min ) 008, ; 0% CUV DE TUÇÃO 7

8 4. PLCÇÃO D POTEÇÃO DFEECL À POTEÇÃO DE TFOMDOE DE POTÊC 4.. Princípio ásico s correntes primáris e secundáris de um trfo de potênci gurdm entre si um relção conhecid em condições de operção norml ou flts externs. 4.. plicção Proteção contr flts entre fses e entre fse e terr nos enrolmentos ou conexões interns ou externs. 4.. Cuiddos Principis n su plicção Pode hver um defsmento entre s correntes primáris e secundáris conforme o tipo de ligção do trfo. Pode hver mudnç de tp (mnul ou utomátic) Exemplo Trfo Yd5, 5000 ± 0% / 0000 V, 5 MV, CC(Mx) 50 MV. ) Ligção Yd5 H X H X X H H H H X X X H 0 8

9 b) Dimensionmento dos TCs Dimensionmento ds correntes primáris dos TCs do ldo de lt (H) e do ldo de bix (L) do trfo de potênci () pn (mx) Critérios ásicos 0 CC(mx) pn CC(mx) pn () 0 Ligções de TCs em delt: correntes secundáris dos TCs dividids por. Pr o ldo de lt tem-se que: H ( 0,9 5000) ,64 H eg(mx) k H,5 9,64 05 H 50 CC (mx) 5,474 k Pr o ldo de bix tem-se que: L , k é um ftor de sobrecrg máxim dmissível L eg(mx) k L,5 88,68 L 50 CC (mx) 0 8,660 k 9

10 Dest form, obedecendo os critérios básicos estbelecidos ns equções (8) e (9) pr dimensionmento dos TCs, tem-se pr o ldo de lt (H) que: 05 () pn( H ) H eg(mx) CC(mx) pn( H ),7 (4) orm present vlores de ( 00550) pn ( H ) 5 o ldo de lt, que está ligdo em estrel, os TCs vão ser ligdos em delt, logo sn ( H ) 5 Pr o ldo de bix (L) tem-se que: (5) pn ( L ) L (mx) (mx) ( ) CC pn L 4 (6) orm present vlores de ( ) pn ( L ) 500 o ldo de bix, que está ligdo em delt, os TCs vão ser ligdos em estrel, logo sn ( L) 5 Os TCs escolhidos serão: Ldo de lt (H): 5 5 Ldo de ix (L): k 00 0

11 c) Digrm ds Ligções dos TCs e do Trfo de Potênci O digrm bixo mostr como devem ser ligdos os TCs e o trfo de potênci. V : V : X k: H / H V b V b X b b / C C H V C c V c X c c C / H 0 ( - ) / ( C ) / ( - C ) / Oc Ob O / k b / k c / k O O O O leitor deve notr que s ligções dos relés diferenciis percentuis devem ser feits de modo comprr s correntes dequdmente. sto somente é conseguido o se determinr expressões relcionndo s correntes de linh do ldo de lt (, e C ) com s correntes de linh do ldo de bix (, b e c ). sto é feito seguindo s etps seguir:. O trfo de potênci possui um relção de trnsformção. Como su ligção é Yd5, então tensão d lt está 50 dintd em relção à tensão correspondente n bix, ou sej: V j50 e (7) V

12 . menos de pequenos erros devido às perds interns do trfo, potênci complex desenvolvid em cd enrolmento n lt é igul à potênci complex desenvolvid no enrolmento n bix correspondente. Dest form, considerndo-se notção dotd no digrm nterior vem que V V (8) * * Ms tensão V é tensão entre s fses e c. Então j50 V Vc V e (9) V c ubstituindo equção (6) n * equção (5) e resolvendo pr, tem-se que -V V c V V * (0) V * * j50 j50 V e e V b 50 ubstituindo equção (4) n equção (7) result então que * () * j50 * * e j50 e Ou finlmente, já extendendo o resultdo pr s três fses vem que V b c C ()

13 . est etp já se pode clculr expressões que relcionm s correntes d lt com s correntes d bix pr o trfo de potênci. Dest form tem-se que ( ) ( ) ( ) C c c C b c b b () s equções (0) mostrm que s ligções dos secundários dos TCs devem ser feits de form comprr respectivmente corrente com, corrente b com C, corrente c com C. O digrm nterior fz extmente isto, de form obter s correntes diferenciis dds por: k k k c C Oc b C Ob O (4) d) Cálculo de O pr condição de operção norml ou flts externs O cálculo será feito pens pr fse, pois extensão pr s outrs dus fses é imedit. primeir ds equções () fornece expressão pr est corrente. ubstituindo s equções (0) nest equção result em ( ) ( ) O k k (5)

14 Em condição de operção norml ou de flt extern, é desejável que est corrente diferencil sej nul. ssim k 0 k (6) equção () estbelece um iguldde que em princípio é impossível de se tender por diversos motivos. Primeiro porque relção de trnsformção deste trfo é vriável, pois trt-se de um trfo de tp vriável. Tmbém s relções de trnsformção dos TCs de lt e de bix são vlores normlizdos, o que muits vezes pode impedir que relção express por () sej verddeir. Ou sej k ± 0% 0000,5 ± 0% 00?,5 ± 0% 5 (7) Dest form, equção (4) nem sempre é tendid. ssim é necessário dotr o relé de um polrizção cpz de, em condições normis de operção, evitr su operção. e) Cálculo d Polrizção corrente diferencil de operção, já clculd nteriormente, e corrente de restrição pr fse, serão O + ( ) k ( ) k k + ( ) k ( ) (8) 4

15 Desej-se que em regime de operção norml ou em flts externs proteção não tue, ou sej O + k k k k + (9) ubstituindo os vlores numéricos de k e em (6) vem que O (0) ubstituindo os vlores numéricos de em (7) result em,5,5,85 4,5 4 +,5 4,5 4 +,5 4,85 4 +,85 0,78 0, 0,08 (,78%) (,%) (,8%) () Ou sej, deve ser mior que,78 %. Um bo escolh pr seri lgo em torno de 5 % 0 %. O gráfico bixo ilustr situção clculd nteriormente. O oper 0,5 i 0,78 i 0, i 0,08 5

16 f) Cálculo do esistor de Estbilizção s Pr o cálculo do resistor de estbilizção será considerdo um vlor de,0 Ω pr som ds resistêncis do secundário do TC e d fição té cs de relés. Utilizndo expressão já conhecid, vem que ( + ),0 7, 0 Ω () 0.5 6

17 5. PLCÇÃO D POTEÇÃO DFEECL À POTEÇÃO DE GEDOE 5.. Flts em Gerdores Grnde miori ds flts ocorre de fse pr terr, logo é importnte considerr o tipo de terrmento empregdo. Flts ocorrem devido o rompimento do isolmento Cminhos pr terr vi esttor (núcleo). rco pode cusr sérios dnos à máquin. epros em gerl de long durção e cros. Objetivo: reduzir s correntes de flt tl que f 5 trvés do terrmento do neutro. - COETE DE FLT CETÁVEL - COETE DE FLT LEVE C - COETE DE FLT EVE Este procedimento é conflitnte com os quesitos d proteção que necessitm de correntes de flt elevds de form fcilitr detecção d mesm 7

18 5.. Métodos Comuns de terrmento UDDE GEDO-TFOMDO. X ETÊC F relés e disjuntores rápidos. LT ETÊC F 5-5 relés mis lentos. TFO DE DTUÇÃO COM MPEDÂC F 5-5 relés mis lentos 4. TP COM ETÊC F desprezível controle mnul do desligmento do gerdor OT: Pr uniddes gerdor-trnsformdor é comum se utilizr proteção diferencil pens pr flts entre fses, um vez que corrente de flt Φ-T é bem menor que corrente nominl. Pr ests flts utililz-se gerlmente proteção de sobrecorrente temporizd. Proteção diferencil percentul pr flts de fse no gerdor. Proteção diferencil percentul pr flts de fse pr os dois enrolmentos do trnsformdor, lém de proteger pr flts fse-terr no ldo em do trfo pois é menos sensível que. Proteção diferencil percentul restrit de terr pr o ldo em estrel do trfo. 8

19 GEDO LGDO DETMETE À. LT ETÊC F desprezível Proteção sobrecorrente temporizd. X ETÊC (mis utilizd) F nom Proteção diferencil pr flts fse-terr e fse-fse 5.. lcnce d Proteção Diferencil em Flts pr Terr em Gerdores Ligdos Diretmente o rrmento Pr o desenvolvimento deste tópico será considerdo que o gerdor está diretmente conectdo o brrmento e que o resistor de terrmento foi dimensiondo de form limitr corrente de curto-circuito fse-terr à corrente nominl do gerdor. figur bixo mostr um curto-circuito fse-terr x pu do fim do enrolmento. Pr est situção corrente de curto circuito vi ser dd por f E ( x) () (-x) f x e O(min) é corrente de operção mínim d proteção diferencil, então, pr se proteger x pu do enrolmento é necessário que ( x) E (4) f O (min) onde E é tensão de fse nominl do gerdor. 9

20 esolvendo equção (4) pr x result que O(min) x (5) E equção (5) relt que prcel protegid do enrolmento do gerdor é té x pu (menor ou igul x pu). o entnto, relção E / é corrente nominl do resistor. Dest form x O(min) (6) res plicção prátic d equção (6) deve-se ter em mente que os TCs d proteção diferencil vão bsorver um cert corrente de mgnetizção e, deste modo, prcel relmente protegid do enrolmento do gerdor vi ser dd por x F (min) (7) res onde ( + ) + F (8) (min) O(min) m m EXEMPLO: Considere plicção de um proteção diferencil não percentul pr se proteger um gerdor ligdo diretmente o brrmento, onde tem-se os seguintes prâmetros relciondos com o gerdor: 0,5 Ω ( TCs) 0, Ω ( fição) Limitedeestbilidde :0 G( nom) es de sturção de um TC 00 G( nom) 00 TCs: 00/ 5 ( ver n com possibilidde curv de mgnetizção) E s (V) ,07 0, m () 0

21 () Determinr corrente mínim de flt que cus operção qundo corrente de operção mínim d proteção diferencil é de 0,. Pelos ddos do exemplo tem-se O (min) 0, máxim corrente de curto externo, referid o secundári,o vi ser 0 G( nom) 0 00 F(mx) Dest form, de cordo com figur bixo, o limite de estbilidde será ddo por ( + ) 50 ( 0, + 0,5) V V F (mx) 5 F(mx) 50 0,5 Ω 0, Ω 0, Ω 0,5 Ω F(mx) 50 O F(mx) Z m V O Z m 0 F(mx) O vlor do limite de estbilidde V permite o cálculo do resistor de estbilizção, ddo por V 5 50 Ω 0, O(min) prtir do vlor de V 5 V, pode-se determinr s correntes de mgnetizção de cd um dos TCs, prtir ds sus curvs de excitção. Tem-se então que m m 0, 07

22 O cálculo d menor corrente de curto-circuito interno no primário, cpz de sensibilizr proteção, é feito trvés de 00 ( + + ) ( 0, + 0,07 + 0,07) 57, f (min) O(min) m m 6 5 ot-se que este vlor é bem mior que os 4 esperdos, pois os TCs estrão consumindo correntes de mgnetizção d ordem de grndez d corrente mínim de operção d proteção. percentgem máxim protegid do enrolmento vi ser dd por x F (min) res 57,6 00 0,95 pu 95,% e s correntes de excitção dos dois TCs não fossem considerds, o vlor obtido erronemente seri de f (min) x O(min) F (min) res 00 0, 4,0 5 4,0 0,980 pu 00 98,0% (b) dem () ms considerndo corrente de operção mínim d proteção diferencil de 0,0. Pelos ddos do exemplo tem-se então que O (min) 0, 0 O limite de estbilidde V se mntém em 5 V, um vez que ( + ) 50 ( 0, + 0,5) V V F (mx) 5 Dest form, o novo resistor de estbilizção vi ser de V Ω 0,0 O(min)

23 Como V se mnteve, s correntes de mgnetizção dos TCs e continum s mesms, ou sej m m 0, 07 Dest form, menor corrente de curto-circuito cpz de sensibilizr proteção vi ser 00 ( + + ) ( 0,0+ 0,07 + 0,07) 6, f (min) O(min) m m 0 5 percentgem máxim protegid do enrolmento vi ser então dd por x F (min) res 6,0 00 0,970 pu 97,0% (c) dem () ms considerndo s resistêncis d fição e iguis,0 Ω. Pelos ddos do exemplo tem-se então que O (min) 0, O limite de estbilidde V vi mudr pr ( + ) 50 (,0 + 0,5) V V F (mx) 75 O resistor de estbilizção vi ser de V Ω 0,0 O(min) Um consult à curv de mgnetizção dos TCs mostr que s correntes de mgnetizção dos TCs e vão ser de m m 0, Dest form, menor corrente de curto-circuito cpz de sensibilizr proteção vi ser 00 ( + + ) ( 0, + 0, + 0,) 9, f (min) O(min) m m 6 5

24 4 percentgem máxim protegid do enrolmento vi ser então dd por x F (min) res 9,6 00 0,8 pu 8,% este momento cbe um observção: condição idel pr funcionmento d proteção diferencil ditd pel prátic é que E s (V) V < V joelho Pode-se notr pel figur o 5 ldo que est condição não está sendo obedecid. Dí os 0,07 elevdos vlores ds correntes de mgnetizção verificdos pr os TCs e. (d) dem (c) ms considerndo um proteção diferencil percentul com 0%. O resistor de estbilizção não depende d mínim corrente de operção neste cso. Ele vi depender de, e de. Dest form 5 0, ( + ) + (,0 + 0,5) + 4, Ω O limite de estbilidde V vi ser de V O(min) 4,5 0,0, 45 V Consultndo curv de mgnetizção dos TCs, cheg-se à conclusão que s correntes de mgnetizção pr este vlor de V são desprezíveis, ou sej m m 0 E menor corrente de curto-circuito cpz de sensibilizr proteção vi ser 00 f (min) ( O(min) + m + m) ( 0, ), , m ()

25 percentgem máxim protegid do enrolmento vi ser então dd por F (min),4 x 0,998 pu 99,8% 00 res 5.. lcnce d Proteção Diferencil em Flts de Fse este item será nlisdo o lcnce d proteção diferencil pr flts de fse, com ou sem terr, ou sej, flts do tipo fse-fse, fse-fse-terr ou trifásic (com ou sem terr). s figurs bixo mostrm que, pr todos os tipos cim de flt, influênci d resistênci de dreno é tenud pelos cminhos prlelos qundo el está presente, em flts que envolvm terr, ou então não existe, pr flts que não envolvm terr. Dest form, s correntes de flt são ditds bsicmente pels impedâncis do gerdor. ssim, ests correntes de flt vão ser bem miores que s correntes de flt fse-terr, e conseqüentemente, percentgem protegid do enrolmento vi ser mior que pr flts fse-terr. E Flt fse-fse-terr X X X 0 E Flt fse-fse X X E Flt trifásic X 5