Introdução a proteção de redes ativas de distribuição em CC
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- Ângelo Cesário Borba
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1 Introdução a proteção de redes ativas de distribuição em CC Eletrônica de Potência para Redes Ativas de Distribuição Refs.: Per Karlsson, DC Distributed Power Systems - Analysis, Design and Control for a Renewable Energy System, 2002.
2 Aterramento e detecção em CC 2 2
3 Aterramento e detecção em CC Aterramento deve considerar tensões de sequência 0 Capacitores de aterramento devem garantir correntes suficientes para detectar uma falha Capacitância de cabos deve ser somada 3 3
4 Situações de falta Curto-circuito no lado CC Capacitores do barramento contribuem para as correntes de falta 4 4
5 Situações de falta Curto-circuito no lado CC Constantes de tempo são tipicamente longas pelos altos valores de capacitância Após a descarga dos capacitores o curto é alimentado pelas fontes CA através de diodos dos retificadores 5 5
6 Situações de falta Curto-circuito no lado CA As correntes de curto são alimentadas pelas fontes de energia Proteções em CA devem atuar facilmente Se o curto for próximo a um conversor, a proteção ou limitação de corrente pode atuar sem problemas 6 6
7 Situações de falta Curto-circuito no lado CC para terra Capacitores de aterramento e de cabos para a terra contribuem para as correntes de falta 7 7
8 Situações de falta Curto-circuito no lado CC para terra Constantes de tempo são tipicamente curtas Pode-se incluir resistores em série com capacitores de aterramento 8 8
9 Situações de falta Curto-circuito no lado CA para a terra Condições iniciais dependem do tempo 9 9
10 Situações de falta Curto-circuito no lado CA para a terra As correntes de curto são alimentadas por diferentes caminhos 10 10
11 Situações de falta Curto-circuito no lado CA para a terra Indutâncias e semicondutores limitam os valores de corrente 11 11
12 Detecção e seletividade Correntes de curto-circuito para a terra fluem como correntes de modo comum Para impedâncias de falta baixas, fluem altas correntes de modo comum Para altas impedâncias de falta, as amplitudes são baixas e se deve realizar medições diferenciais 12 12
13 Detecção e seletividade Sugestão: Em alguns casos é necessário utilizar detectores de derivada ou integral das correntes medidas e até das tensões dos barramentos 13 13
14 Proteção por dispositivos eletromecânicos Interruptores eletromecânicos Tempo de abertura:100 s ms até10 s Tempos dependem da corrente Queda de tensão em condução é baixa (μω) Boa capacidade de sobrecarga 14
15 Proteção por dispositivos eletromecânicos Princípios Criação de um arco elétrico Extingue-se na passagem por zero da corrente (CA) Se a tensão sobre o arco crescer mais lentamente que a capacidade dielétrica, não há re-ignição Relação X/R indica a velocidade de crescimento da tensão de recuperação X/R alto = alta velocidade de crescimento da tensão 15
16 Proteção por dispositivos eletromecânicos Capacidade dielétrica Aumenta com o o o o Resfriamento do arco Aumento da pressão Aumento de ar fresco Aumento do comprimento do arco 16
17 Proteção por dispositivos eletromecânicos E em CC? 17
18 Proteção por dispositivos eletromecânicos Em CC O dispositivo de proteção deve construir uma tensão contrária para abrir um circuito A energia armazenada na linha (indutâncias distribuídas) deve ser absorvida pelo dispositivo antes de abrir Contatos mecânicos sofrem erosão = custo de manutenção 18
19 Proteção por dispositivos eletromecânicos Abrir uma corrente em CC: Aumenta-se a distância do arco Melhoram-se as condições para extinção do arco o o Opção: 3 disjuntores CA em série Corrente para disparo magné<co é 2 vezes para disjuntor CA operando em CC Utiliza-se o campo magnético para aumentar a distância o Opção: 1 disjuntor CC (maior custo) Utiliza-se ressonância o Opção: 19
20 Proteção por dispositivos eletromecânicos Abrir uma corrente em CC : Aumenta-se a distância do arco Melhoram-se as condições para extinção do arco o o Opção: 3 disjuntores CA em série Corrente para disparo magné<co é 2 vezes para disjuntor CA operando em CC Utiliza-se o campo magnético para aumentar a distância o Opção: 1 disjuntor CC (maior custo) Utiliza-se ressonância o o Opção: disjuntor híbrido U<lizado em HVDC 20
21 Proteção por dispositivos eletromecânicos Abrir uma corrente em CC : Aumenta-se a distância do arco Melhoram-se as condições para extinção do arco o o Opção: 3 disjuntores CA em série Corrente para disparo magné<co é 2 vezes para disjuntor CA operando em CC Utiliza-se o campo magnético para aumentar a distância o Opção: 1 disjuntor CC (maior custo) Utiliza-se ressonância o o Opção: disjuntor híbrido U<lizado em HVDC Utiliza-se interruptores eletrônicos 21
22 Relé eletrônico contra sobrecarga Configuração 22 22
23 Relé eletrônico contra sobrecarga 23 23
24 Relé eletrônico contra sobrecarga 24 24
25 Relé eletrônico contra sobrecarga Vantagens Velocidade Confiabilidade Flexibilidade Custo competitivo Multifuncionalidade Sem arco elétrico Sem oscilações transitórias Sem ruído audível Baixo consumo Facilidade de inclusão de comunicação Altas perdas em condução 25 25
26 Disjuntor híbrido 26 26
27 Disjuntor híbrido 27 27
28 Disjuntor híbrido 28 28
29 Disjuntor híbrido com comutação forçada 29 29
30 Disjuntor híbrido com comutação forçada 30 30
31 Disjuntor híbrido com snubber 31 31
32 Disjuntor híbrido com snubber 32 32
33 Disjuntor híbrido com snubber 33 33
34 Disjuntor eletrônico 34 34
35 Disjuntor eletrônico 35 35
36 Comparação 36 36
37 Comparação 37 37
38 Comparação 38 38
39 Comparação Custos em k 39 39
40 Disjuntor híbrido sem arco 40 40
41 Disjuntor híbrido sem arco Snubber! 41 41
42 Disjuntor híbrido sem arco Desempenho 100 ka 30 kv 100 vezes menor que outras opções Vários detalhes por resolver 42 42
43 Disjuntor híbrido 43 43
44 Disjuntor híbrido 44 44
45 Disjuntor híbrido 45 45
46 Disjuntor híbrido 46 46
47 Disjuntor híbrido 47 47
48 Disjuntor eletrônico 48 48
49 Disjuntor eletrônico 49 49
50 Disjuntor eletrônico Comparação de dispositivos 50 50
51 Disjuntor eletrônico Configurações para altas tensões 51 51
52 Disjuntor eletrônico Aplicação em MT Coordenação I: 100 ms II: 500 ms III: 1,0 s IV: 1,5 s.: não se pode abrir IV ou III muito rápido Alternativa: Limitação de corrente 52 52
53 Disjuntor eletrônico Aplicação em MT Coordenação I: 100 ms II: 500 ms III: 1,0 s IV: 1,5 s.: não se pode abrir IV ou III muito rápido Alternativa: Limitação de corrente Com L, C ou LC 53 53
54 Disjuntor eletrônico 54 54
55 Disjuntor eletrônico 55 55
56 Disjuntor eletrônico 56 56
57 Disjuntor eletrônico 57 57
58 Disjuntor eletrônico 58 58
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