Curso: Engenharia Elétrica Disciplina: Proteção e Operação do SEP Professor: MSc. Eng.º Alex A. C. Bozz

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1 Curso: Engenharia Elétrica Disciplina: Proteção e Operação do SEP Professor: MSc. Eng.º Alex A. C. Bozz

2 Introdução Em oposição à garantia de economia e qualidade do serviço, além de vida útil razoável das instalações, as concessionárias enfrentam perturbações e anomalias de funcionamento que afetam as redes elétricas e seus órgãos de controle. o Pode-se prevenir os defeitos Manutenção preventiva e operação adequada Previsão de isolamento adequado Coordenação adequada de pára-raios

3 Introdução o Pode-se diminuir a ação do defeito: Limitando as correntes c.c. (reatores) Projetando elementos de circuito mais resistentes capazes de suportar os efeitos mecânicos e térmicos das correntes de defeito Isolando com presteza o elemento defeituoso Aumentando a estabilidade do sistema Analisando o funcionamento adequado do sistema estatísticas do defeito.

4 Introdução o Causa dos defeitos: c.c. por aves, roedores, galhos de árvores, etc. Rigidez dielétrica afetada por ionização provocada por frio ou fogo. Isoladores de porcelana curto-circuitados ou rachados Isolação de trafos e geradores afetados pela umidade Descargas atmosféricas Surtos de chaveamento

5 Introdução o Efeitos indesejáveis do c.c.: Redução da margem de estabilidade Danos aos equipamentos vizinhos à falha Explosões Efeito cascata o Levantamento estatístico ocorrido na Central Electricity Generating Board Inglaterra Maior ocorrência de defeitos: Linhas de transmissão

6 Introdução o Levantamento dos tipos de faltas sobre linhas de transmissão fornecido pela Boneville Power Association (BPA) e Swedish State Power Boord ( )

7 Introdução As interrupções geram custos de duas natureza, ou seja: Custos financeiros Correspondem à perda de faturamento da concessionária devido à energia não vendida. Custo Social Perda de faturamento de sua unidade de negócio, no caso de atividades industriais e comerciais.

8 Introdução A detecção de um defeito em um sistema elétrico é obtida, de forma geral, pela aplicação de um dos seguintes critérios: o Elevação da corrente; o Elevação e redução da tensão; o Inversão do sentido da corrente; o Alteração da impedância do sistema; o Comparação de módulo e ângulo de fase na entrada e na saída do sistema;

9 Terminologia Esta seção apresenta os principais termos utilizados em estudos de proteção e seletividade em SEP. O objetivo é padronizar a utilização da nomenclatura e esclarecer o significado dos termos técnicos. Bloqueio: Condição em que um dispositivo automático permanece, uma vez tendo efetuado uma ou mais operações de abertura de seus contatos, não os fechando novamente. Capacidade de interrupção ou abertura: danos. É a maior corrente que um equipamento pode interromper sem sofrer

10 Terminologia Capacidade nominal: É o valor de corrente, tensão, potência ou outra grandeza que o equipamento ou circuito pode suportar continuamente, sem sofrer danos. Características de operação: É definida por uma curva tempo x corrente que descreve o modo como o relé ou outro dispositivo de proteção atuará. Controle eletrônico ou hidráulico: É Dispositivo interno ao equipamento automático de proteção que conta com o número de operações automaticamente, hidráulica ou eletronicamente, com a finalidade de estabelecer a condição de bloqueio do equipamento.

11 Terminologia Coordenação: Ato ou efeito de dispor dois ou mais equipamentos de proteção segundo certa ordem, de modo a atuarem numa sequencia de operação préestabelecida, permitindo o restabelecimento automático para faltas temporárias e seletividade para faltas permanentes. Seletividade: Capacidade do sistema de proteção mais próximo da falta (dispositivo protetor) de antecipar, sempre, a atuação do equipamento de retaguarda (dispositivo protegido), independente da natureza da falta ser temporária ou permanente.

12 Terminologia Sobrecorrente: Corrente elétrica de intensidade superior à máxima permitida para um sistema, equipamento ou equipamento elétrico. Corrente de curto circuito: Sobrecorrente que resulta de um curto circuito. Curto circuito: Ligação intencional ou acidental entre dois ou mais pontos de um circuito, através de impedância desprezível.

13 Terminologia Corrente de inrush: Corrente transitória de valor elevado que circula no momento de energização de transformadores e bancos de capacitores. O tempo de permanência dessa corrente é definido como sendo de 0,1 segundos. Dispositivo protegido: Também chamado de dispositivo de proteção de retaguarda. É qualquer dispositivo de proteção localizado a montante (antes) do dispositivo protetor, considerando o barramento da subestação como origem. Dispositivo protetor: Também chamado de dispositivo de proteção principal. É qualquer dispositivo de proteção automático ou não localizado imediatamente antes do ponto de curto circuito, considerando o barramento da subestação como origem. Faixa ou intervalo de coordenação: É o intervalo de valores de corrente que determina a região (faixa ou intervalo) onde a coordenação está assegurada.

14 Terminologia Defeito: Termo utilizado para descrever uma alteração física prejudicial, que não impeça necessariamente o funcionamento do sistema ou equipamento. Por exemplo: transformador com pequeno vazamento de óleo ou relé mal calibrado. Falha: Termo utilizado quando algum dispositivo deixa de cumprir sua finalidade. Por exemplo: relé que não operou no instante devido. Falta: Termo que se aplica a todo fenômeno acidental que impede o funcionamento de um sistema ou equipamento elétrico. Por exemplo: isolador perfurado em uma linha em funcionamento poderá causar arco elétrico, tornando-se uma falta no sistema em consequência de falha na isolação.

15 Terminologia Falta temporária, momentânea ou transitória: Evento temporário que gera um curto circuito sustentado pela ocorrência de arco elétrico. Por exemplo: dois condutores tocam-se temporariamente, ocorrendo formação de arco elétrico sustentado mesmo quando os condutores afastam-se. Essa falta é eliminada com um rápido desligamento do circuito por um equipamento de proteção apropriado. Geralmente são causadas por fatores externos (umidade, chuva, salinidade, galhos de árvores), ou seja, ocorre um curto circuito na rede sem haver um defeito físico na mesma. Falta permanente ousustentada: Toda falta que não é possivel de ser eliminada com o desligamento temporário do circuito. Necessitam de reparo para haver o restabelecimento do circuito. Por exemplo um condutor caído no solo. Interrupção temporária, momentânea ou transitória: É aquela cuja duração é limitada ao período necessário para restabelecer o serviço através de operação automática do equipamento de proteção que desligou o circuito.

16 Terminologia Pickup do relé: Menor valor de corrente que ao passar pela bobina do relé (eletromecânico) faz com que o mesmo opere. É a menor de todas as correntes que deixam o relé no limiar de operação. Tempo de arco: É o tempo em que, iniciada a fusão do elo fusível, este demora para extinguir o arco. Tempo máximo de fusão do elo fusível: Máximo tempo no qual a fusão do elo é garantida, para uma determinada sobrecorrente. Tempo máximo de interrupção do elo fusível: É a soma do tempo máximo de fusão e do tempo de arco. Para a coordenação ou seletividade entre elos fusíveis são utilizados o tempo mínimo de fusão e máximo de interrupção.

17 Terminologia Corrente de ajuste: É a corrente ajustada no relé, acima da qual o relé atuará. Corrente máxima admissível: É o valor máximo de corrente que pode suportar os componentes do relé, tais como bobinas, contatos, elementos eletrônicos e etc. Temporização: É o valor de tempo, normalmente em segundos, ajustado no relé, para o qual o mesmo atuará.

18 Terminologia Zona de proteção: Trecho da rede protegido por um dispositivo de proteção. uma zona de proteção é limitada pela menor sobreccorente que o dispositivo de proteção é capaz de detectar, geralmente a corrente de curto fase-terra mínima Tempo mínimo de fusão do elo fusível: Maior tempo que o elo suporta uma determinada sobrecorrente sem danificar-se. Para tempos superiores, a sobrecorrente causa uma fusão total ou parcial do mesmo. Religamento: Operação que segue a uma abertura dos equipamentos automáticos de proteção, quando os contatos são novamente fechados.

19 Finalidade dos disp. de proteção Remoção de serviço, total ou parcial de equipamentos ou circuitos, que estejam operando sob condições anormais; Retirar de serviço, apenas o equipamento ou circuito defeituoso de forma a não interferir desordenadamente na operação dos demais;

20 Finalidade dos disp. de proteção Supervisionar a operação de um sistema de forma a assegurar o melhor possível a continuidade de alimentação de seus usuários. Procurar proteger e/ou salvaguardar os equipamentos, acessórios etc. usados nas instalações, através de comandos, sinalizações, alertas e atuações devidamente coordenadas.

21 Finalidade dos disp. de proteção Os dispositivos de proteção são complementados nessa tarefa por disjuntores, que desconectam o elemento defeituoso e isolam completamente a área sob defeito TC CONJUNTO RELÉ DISJUNTOR

22 Características gerais SENSIBILIDADE Um sistema de proteção sensível, é aquele capaz de detectar qualquer anormalidade nas grandezas supervisionadas. VELOCIDADE Um sistema de proteção rápido é aquele que uma vez detectada a perturbação, deverá isolar o mais rápido possível o componente defeituoso, ou tomar as providências necessárias para corrigir a perturbação, reduzindo assim, as extensões dos danos nos equipamentos.

23 Características gerais SELETIVIDADE Um sistema de proteção seletivo deverá isolar tão somente o componente atingido, impedindo a desenergização de outros componentes. CONFIABILIDADE: Um sistema de proteção confiável, deverá detectar precisamente a perturbação, evitando um desligamento indevido. Isso quer dizer que se existir o defeito, o sistema de proteção deverá perceber exatamente a natureza dele, e a intensidade com que se manifesta.

24 Princípios fundamentais Proteção Primária (Principal) É considerada a primeira linha de defesa para o sistema de potência. Deve atuar em alta velocidade, (dentro de alguns ciclos). Cada equipamento do sistema de potência (Gerador, Transformador, Linha, Barramento), deve possuir proteção primária.

25 Princípios fundamentais Proteção de Retaguarda Filosoficamente, a proteção de retaguarda é utilizada para o caso de falha da proteção primária. Os sistemas de proteção podem falhar em função de diversos fatores, tais como: Alimentação de corrente proveniente do secundário dos TC s; alimentação de tensão proveniente do secundário dos TP s; alimentação de serviços auxiliares (DC); falha no disjuntor; erro nos ajustes; defeito no relé.

26 Princípios fundamentais

27 Classificação dos relés Armadura de atração axial; armadura em atração charneira; disco de indução; térmicos; estáticos; digitais, etc.

28 Classificação dos relés sobrecorrente (50/51) sobretensão (59) subtensão (27) direcional de corrente (67) direcional de potência (32) diferencial (87) distância (21) frequência (81) sequência negativa (46) temperatura (49) etc.

29 Classificação dos relés Relés Primários: conectados diretamente ao circuito do elemento protegido. Relés Secundários: conectados ao circuito do elemento protegido, através de TC s e/ou TP s.

30 Classificação dos relés Relé de Atuação Direta. Relé de Atuação Indireta.

31 Classificação dos relés Relés Principais: respondem diretamente aos parâmetros elétricos de atuação (corrente, tensão...) Relés Suplementares: - Auxiliares: servem para multiplicar o número de contatos. - Relés de Tempo: servem para introduzir retardamento na operação.

32 Classificação dos relés Instantâneo: São considerados como tais, aqueles que possuírem o tempo de operação inferior a 5 ciclos. Temporizados: são considerados como tais, aqueles que permitem um controle em seu tempo de operação. São divididos em: - relé de tempo definido; - relé de tempo inverso; - relé de tempo muito inverso; - relé de tempo extremamente inverso.

33 Classificação dos relés t t to GpK GRANDEZA I.T. V.I.T. E.I.T. CARACTERÍSTICA TEMPO DEFINIDO CARACTERISTICA INSTANTANEA CARACTERISTICA DE TEMPO INVERSO

34 Filosofia da proteção Para que as finalidades de aplicação dos dispositivos de proteção possam ser alcançadas com o êxito desejado, é necessário o cumprimento e a observância de uma série de condições, que em linhas gerais, pode ser resumida da seguinte forma: a) Confiabilidade - desempenho seguro e de acordo com o programado. b) Sensibilidade - capacidade de operação para pequenos sinais de desvio da grandeza monitorada c) Velocidade - capacidade de resposta compatível com a intensidade da perturbação e segurança operacional do sistema

35 Filosofia da proteção d) Seletividade - capacidade de discernimento do local da falta e coordenação temporizada da operação do sistema global de proteção e) Custos / Economia / Fatores de Risco - são diretrizes da ordem do dia.!! f) Mantenabilidade - flexibilidade para a realização das manutenções diversas, isto é: Simplicidade e facilidade de acesso Peças sobressalentes reposições imediatas Instruções operativas Manuais atualizados Suporte técnico dos fabricantes...!!!! g) Capacitação Pessoal/Recursos Humanos - função autoesclarecedora