Introdução a proteção de redes ativas de distribuição em CC

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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