CET1231 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA RELÉS DE SOBRECORRENTE (50/51) 1
Introdução Relés de proteção de sobrecorrente responde à corrente que flui no elemento do sistema que se quer proteger quando o módulo desta corrente supera o valor previamente ajustado (corrente de pickup); Os relés de sobrecorrente podem ser instantâneos (função ANSI 50) ou temporizados (função ANSI 51); Os principais relés de sobrecorrente empregados no sistema elétrico são: Relés de sobrecorrente não direcionais; Relés de sobrecorrente diferenciais; Relés de sobrecorrente direcionais; Relés de sobrecorrente de distância. A evolução dos relés passou pelas etapas de relé eletromecânico, relé estático, relé digital e IED Intelligent Electronic Device; IEDs englobam uma série de funções, tais como medição, comando/controle, monitoramento, religamento, comunicação e proteção; 2
Introdução Relé de disco de indução com suas principais partes componentes 3
Relés de sobrecorrente não direcionais Relés de sobrecorrente eletromagnéticos São utilizados em instalações elétricas industriais e comerciais de média tensão; Raramente são utilizados em subestações de concessionárias devido a dificuldade de coordenação com os elos fusíveis; Não são mais fabricados mais podem ser encontrados em subestações antigas. 4
Relés de sobrecorrente não direcionais Relés de sobrecorrente estáticos São dispositivos fabricados de componentes estáticos montados em caixa metálica blindada para evitar a interferência do campo magnético dos condutores de alta tensão e instalados nos bornes dos disjuntores. Esses relés são constituídos basicamente de três módulos. Transformadores de corrente; Cada unidade possui um transformador de corrente que determina a corrente nominal do relé; Circuitos eletrônicos; É um conjunto de placas de elementos estáticos, onde se processa a lógica de atuação do relé; Dispositivos de saída. É formado por um sistema mecânico que atua mediante um sinal elétrico enviado pelo processador lógico do relé. 5
Relés de sobrecorrente não direcionais Relés de sobrecorrente estáticos Características elétricas: Proteção contra curto-circuito dependente do tempo; Proteção contra curto-circuito dependente da corrente; Corrente nominal do relé. 6
Relés de sobrecorrente não direcionais Relés de sobrecorrente estáticos Exemplo de ajuste de relés Relé RPC-1 Ajuste da unidade temporizada (tempo definido) K r I nr I a K Ajuste da unida de instantânea K i K r I ima I cs I 4 imi I a I I cs nr K (valor máximo) (valor mínimo) 7
Relés de sobrecorrente não direcionais Relés de sobrecorrente estáticos Exemplo 1: Dimensionar e ajustar os relés RPC-1 instalados nas subestações industriais de uma área rural mostrada no esquema elétrico simplificado abaixo, cujos dados são: tensão primária: 13,8 kv; tensão secundária: 380 V; potência de curto-circuito no ponto de entrega de energia: 31 MVA; Considerar desprezível a variação de impedância entre os pontos do sistema onde estão instalados os relés dos disjuntores D1 e D2. D1 I1 I2 I3 D2 150 kva 1500 kva 89 kva 1.230 kva 8
I1 D1 I2 I3 D2 150 kva 1500 kva 89 kva 1.230 kva 9
Relés de sobrecorrente não direcionais Correntes de carga: I 150 2 3 13,80 Disjuntor D2: 6,27A I3 62,70 A Inr Ajuste da unidade temporizada: K r 62,70 1,5 40 1,0 Relés de sobrecorrente estáticos I 40 A K 1.500 3 r 1,6 3 13,80 I cs 62,7A 31.000 1.296 A 3 13,80 I1 I2 I3 6,27 62,7 Ia 1,0 62,7 62,7 A K 1, 0 68,97 A Ajuste da unidade instantânea: 1.296 K i 20 K 1,6 40 1,0 i 18 I ima I imi 4 62,7 18 62,7 250,0A 1.128,6 A I ima I cs (condição satisfeita) 10
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Relés de sobrecorrente não direcionais Relés de sobrecorrente secundários de indução São fabricados em unidades monofásicas e alimentados por transformadores de corrente ligados ao circuito ao qual se deseja proteger; São utilizados na proteção de subestações industriais de médio e grande portes, na proteção de motores e geradores, banco de capacitores e, principalmente, na proteção na proteção de subestações de sistemas de potência; 12
Relés de sobrecorrente não direcionais Características construtivas: Relés de sobrecorrente secundários de indução Os relés de indução normalmente são constituídos de três unidades operacionais: Unidade de sobrecorrente temporizada; Unidade de sobrecorrente instantânea; Unidade de bandeirola e selagem. 13
Relés de sobrecorrente não direcionais Relés de sobrecorrente secundários de indução Unidade de sobrecorrente temporizada: Fluxos que cortam o disco Tensão induzida no disco de indução Corrente resultante no disco de indução Torque resultante 14
Relés de sobrecorrente não direcionais Relés de sobrecorrente secundários de indução Prescrições para o ajuste das unidades de indução Unidade temporizada: o relé não deve operar para a condição de carga máxima admitida. I tut K f I RTC O relé deve operar de acordo com a curva de temporização para o múltiplo da corrente ajustada. Deve-se manter uma diferença mínima de 0,4 s entre os tempos de operação de dois relés funcionando em cascata M c I m RTC I tf -Tempo de operação do disjuntor: 0,13s - Tolerância do fabricante do disjuntor: 0,1s - Tempo de segurança do projeto: 0,17s 15
Relés de sobrecorrente não direcionais Curvas de operação: Relés de sobrecorrente secundários de indução Temporização inversa: empregada quando o valor da corrente de curto-circuito no relé depende muito da capacidade de geração; Temporização muito inversa: empregada quando a corrente de curto-circuito no relé depende da localização do ponto onde ocorreu o defeito em relação ao relé e varia muito pouco em relação ao sistema de geração; Extremamente inversa: empregados na proteção de redes de distribuição primária onde são utilizados elos fusíveis e religadores de distribuição, devido à similaridade das curvas temporizadas. 16
Relés de sobrecorrente não direcionais Relé de sobrecorrente digital Auto diagnóstico, comunicação, interface, precisão, confiabilidade, versatilidade, adaptativo, lógica, análise de dados, etc. 17
Relés de sobrecorrente não direcionais Exemplo 2: Determinar os ajustes do relé de sobrecorrente atuando no disjuntor 52.1 e instalado em conformidade com o diagrama do circuito elétrico da figura ao lado. Será utilizado um relé de indução de sobrecorrente cuja corrente nominal é de 5A. A corrente de curtocircuito trifásica no lado de 69kV vale 7500 A, e a de fase e terra tem o valor mínimo 400 A. Adotar: um fator de sobrecorrente (Fs=20) um fator de sobrecarga (Kf=1,3) Um fator de assimetria (Fa=1,2) 18
A seleção do tipo de curva de temporização deve ser função do projeto de coordenação que se deseja implementar. Admite-se que o tempo máximo permitido para atuação do relé é de 0.65s, em função da coordenação com o relé a montante. 19
CET1231 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA RELÉS DIFERENCIAIS DE CORRENTE (87) 20
Introdução I = 0 = I - I I Os relés diferenciais são a mais importante forma de proteção de transformadores de potência, e podem estar submetidos a diferentes fatores que propiciam uma operação indesejada do disjuntor, ou seja: Correntes de magnetização transitória do transformador; Defasamentos angulares; Diferenças de corrente em função dos erros introduzidos pelos transformadores de corrente; Diferenças de correntes no circuito de conexão do relé em função dos tapes do transformador de potência. I cc I cc 69KV T C P Y Y T C S F 13,8KV I cc TCP I 1 Y F TCS I 2 I p I p A BR I p BO BR I s B I s I s I 1 A BR I 1 s p BO BR I 2 B I 2 Bobina de Restrição Relé diferencial Bobina de Operação Relé diferencial na condição de não-operação Relé diferencial na condição de operação 21
Relés Diferenciais de Corrente Relés diferenciais de indução As correntes de uma mesma fase que circulam no relé diferencial não devem possuir diferenças angulares; Os transformadores de corrente não devem apresentar erro superior a 20% até uma corrente correspondente a oito vezes a corrente do tape a que o relé está ligado, a fim de evitar uma atuação intempestiva do disjuntor; A ligação do transformador de corrente deve ser executada de forma que, para o regime de operação normal, não circule nenhuma corrente na bobina de operação; Quando um transformador é energizado, flui uma corrente de magnetização de efeito transitória, também denominada de corrente de excitação, cujo valor é significativamente elevada, visto pela proteção diferencial como um defeito interno ao equipamento. 22
Relés Diferenciais de Corrente Relés aplicados na proteção diferencial Relés de sobrecorrente Os relés de sobrecorrente constam normalmente de uma unidade de sobrecorrente instantânea, além da unidade temporizada; A unidade instantânea é normalmente ajustada para um elevado valor de corrente; São de aplicação limitada por favorecer operações intempestivas do sistema, de acordo com as seguintes causas: Corrente de magnetização do transformador durante a sua energização; Saturação dos transformadores de corrente em diferentes níveis, provocando correntes circulantes no circuito diferencial. 23
Relés Diferenciais de Corrente Relés diferenciais com restrição percentual Relés aplicados na proteção diferencial Além da bobina diferencial é dotado de uma bobina de restrição cuja função é restringir a operação do relé; Em um relé diferencial percentual a corrente diferencial deve exceder um percentual fixo da corrente que flui pelo transformador de potência, definida como: O relé opera quando Id k.ir, onde k é a inclinação da caract. diferencial percentual, tipicamente 10%, 20% ou 40%. Sendo um relé de 10% mais sensível que um de 40%. 24
Relés Diferenciais de Corrente 25
Relés Diferenciais de Corrente 26
Relés Diferenciais de Corrente Relé com Restrição por Harmônicas Relés aplicados na proteção diferencial Para evitar o trip indesejado, diante da corrente de magnetização (inrush), algumas medidas foram tomadas, considerando o relé diferencial percentual. Inibir a atuação do relé quando o transformador é colocado em operação; Prática inadequada, pois é um momento crítico e a proteção deve funcionar; Utilização de um relé de subtensão, pois durante a condição de inrush a tensão é praticamente a nominal, enquanto sob defeito a tensão assume um baixo valor; Torna a proteção lenta, além de representar custo adicional; Método de restrição por harmônicas, uma vez que as situações de defeito, inrush e sobre-excitação possuem conteúdos distintos; Atualmente, utilizadas em grandes transformadores. 27
Relés Diferenciais de Corrente Relés aplicados na proteção diferencial Exemplo 4: Determinar os parâmetros principais dos transformadores de corrente e os ajustes necessários do relé de sobrecorrente diferencial para a proteção de um transformador de potência de 56MVA, na tensão de 138/13,8 kv, ligado em triângulo no primário e estrela no secundário. A corrente de curtocircuito monopolar próxima às buchas secundárias do transformador é de 3700A. A corrente de curto-circuito trifásica no mesmo ponto vale 17000A. A corrente de curto-circuito do lado primário do transformador vale 2800A. 28
Relés Diferenciais de Corrente Relés aplicados na proteção diferencial Proteção de geradores síncronos Os relés diferenciais protegem os geradores elétricos contra: Defeitos internos nos geradores, com exceção para defeitos entre espiras; Defeitos nos condutores primários, dentro da zona de proteção; Defeitos monopolares em praticamente qualquer ponto do enrolamento do estator. Recomenda-se a aplicação de proteção diferencial em geradores com os seguintes requisitos: geradores com capacidade nominal igual ou superior a 1.000 kva, independente da tensão nominal; geradores com tensão igual ou superior a 5.000 V, independente da capacidade nominal; TCp TCs Disjuntor / Chaves geradores com tensão igual ou superior a 2.200 V e capacidade nominal superior a 500 kva. 29 G ~ TCp TCs TCp TCs BO BR Relé diferencial
Relés Diferenciais de Corrente Relés diferenciais digitais Relés aplicados na proteção diferencial Principais funções de proteção dos relés diferenciais digitais: proteção contra curto-circuito para transformadores de dois e três enrolamentos. proteção contra curto-circuito para motores e geradores; proteção de sobrecarga com característica térmica; proteção de sobrecorrente de retaguarda de tempo definido e/ou tempo inverso; entradas binárias parametrizáveis, relés de alarme e disparo, além sinalização através de LEDs; medição de corrente operacional; relógio de tempo real e indicadores de falha e de operação; registro de falha. Unidades de fases A, B e C 30
Relés Diferenciais de Corrente Relés aplicados na proteção diferencial Relés diferenciais digitais Particularidades dos relés digitais: proteção de retaguarda através da proteção de sobrecorrente temporizada utilizando as características de tempo definido ou de tempo inverso; Tempo em segundos 1.000 Tempo em segundos 1.000 100 100 10 10 Índices 1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 1 Índices 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05 0,1 0,1 0,05 0,01 2 3 4 5 6 7 89 20 0,1 10 Vezes a corrente ajustada 0,01 0,1 2 4 5 6 8 Vezes a corrente ajustada 3 7 910 20 Característica inversa Característica muito inversa 31
Relés Diferenciais de Corrente Relés aplicados na proteção diferencial Relés diferenciais digitais Particularidades dos relés digitais: Restrição de corrente de inrush; Restrição adicional para um defeito externo à zona de proteção com saturação do transformador de corrente (detector de saturação de TC). Relés diferenciais digitais apresentam réplica térmica, avaliando a maior corrente de fase e comparando-a com o valor ajustado no relé. Curvas de características de tempo da unidade térmica. 32
Relés Diferenciais de Corrente Relés aplicados na proteção diferencial EXEMPLO 5 Relés diferenciais digitais Sistema CS 52 CS TCp 20 MVA 69/13,8 KV Y 87 86 TCs CS 52 CS Cargas 33
Sistema CS 52 CS TCp 20 MVA 69/13,8 KV Y 87 86 TCs CS 52 CS Cargas 34
CET1231 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA RELÉ DIRECIONAL (67) 35
Introdução Sistemas que apresentam geradores nas duas extremidades ou que apresentam configuração em anel necessita a incorporação de relés de sobrecorrente temporizados com elementos direcionais; Relés direcionais são sensibilizados ou não pelo sentido do fluxo de corrente (relés direcionais de corrente) ou pelo sentido do fluxo de potência (relés direcionais de potência); Os relés direcionais são construídos em unidades eletromecânicas, eletrônicas ou estáticas e digitais; Há três tipos de relés direcionais, que serão estudados detalhadamente, cujo emprego depende da grandeza elétrica que se quer controlar, ou seja: relé direcional de sobrecorrente de fase; relé direcional de sobrecorrente de terra; relé direcional de potência. 36
Introdução Relés direcionais (Função 67) 37
Introdução 38
Relés de sobrecorrente de indução direcional Características construtivas Este relé tem dois conjuntos de bobinas em quadratura, alimentados pela corrente elétrica e pela tensão de polarização. 39
Relés de sobrecorrente de indução direcional Características de operação e ligações dos relés de fase 40
Relés de sobrecorrente de indução direcional Características de operação e ligações do relé de terra 41
Relés de sobrecorrente de indução direcional Torque A unidade direcional do relé de sobrecorrente de fase é percorrida pela corrente da fase correspondente à ligação do relé, enquanto a tensão aplicada à bobina de potencial é referente às outras duas fases; T K 1 I1 I 2 sen K 2 I 2 Posição de I 2 para conjugado máximo I 2 T T K K 2 ' 3 I1 I2 sen K 2 ' 3 I1 I2 cos K = 90 90º I 1 I 1 T>0 I 1 Referência I 1 T<0 T=0 42
Relés de sobrecorrente de indução direcional Barra consumidora Tempo e Segundos Ajuste de Tempo Tempo e Segundos Faixa Faixa de Ampliação (Série 800) Unid. Tempo Unid. Inst. Tapes Unid. Tempo 0.5-4.0 1.5-12.0 2-16 0.5-4.0 2-18 10-80 20-180 0.5-0.6-0.7-0.8-1.0-1.2-1.5-2.0-2.5-3.0-4.0 1.5-2.0-2.5-3.0-4.0-5.0-6.0-7.0-8.0-10 - 12 2.0-2.5-3.0-4.0-5.0-8.0-7.0-8.0-10 - 12-18 Ajuste Unid. Inst. Ajuste Contínuo 10 1 1 10 98 7 6 5 4 3 2 0,1 1 2 1 ~ T1 T2 I L4 L3 L2 L1 F 4 3 2 1 0,01 1 10 100 1.000 Múltiplos de Calibração do Tape Tempo de atuação do relé de 0,5s 43 10.000
Relés de sobrecorrente de indução direcional digital Princípio de Funcionamento O relé de sobrecorrente direcional digital apresenta os mesmos princípios operacionais dos relés de indução; Nos relés digitais, as correntes secundárias dos transformadores de corrente são convertidas em sinais proporcionais de tensão através dos transformadores de entrada do equipamento; Já os sinais analógicos de tensão são conduzidos a um conversor A/D (analógico/digital) que os converte em sinais digitais antes de serem utilizados pelo microprocessador; Todas as operações de atuação do relé são executadas digitalmente pelo microprocessador; Como se sabe, no momento do defeito, a tensão entre fases nos terminais do relé é praticamente nula, mas qualquer que seja o seu valor é tomada como tensão de referência para a corrente daquela fase; O ângulo característico para o qual se obtém a maior sensibilidade do relé pode ser ajustado numa ampla faixa de valores, como por exemplo, 15 a 85⁰. 44
Relés de sobrecorrente de indução direcional digital Princípio de Funcionamento T muito inversa 13,5 T Ima I 1 s ms Tiempo en Segundos 1 0 0 0 Tiempo en Segundos 1000 1 0 0 Tiempo en Segundos 1000 extremamente inversa 80 T Tms Ima I 1 s inversa longa 120 T I ma 1 Is 100 10 10 1 1 0,1 0,1 Indices 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05 Indices 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05 100 10 1 0,1 Indices 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05 inversa curta 0 0,05 T I ma 1 Is 0,01 0,0 1 0,1,1 1 1 2 3 2 4 3 5 6 4 7 8 5 9 10 6 7 8 910 20 20 Veces el Valor de Ajuste Veces el Valor de Ajuste Curva inversa 0,01 0,1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 Veces el Valor de Ajuste Curva muito inversa 45
Relés de sobrecorrente de indução direcional Exemplo Determinar os ajustes de um relé direcional de sobrecorrente de fase e neutro, unidades temporizadas e instantâneas do esquema elétrico mostrado na figura ao lado instalado no circuito do transformador. O ponto de conexão ou de acoplamento entre o sistema da concessionária e do consumidor é em P.A. O gerador e a rede operam em paralelo, considerar um fator de sobrecarga de 50%. A impedância equivalente do sistema é igual a Z= (1,8 + j2,4) pu. Utilizar o relé ZiV, de temporização inversa. Tempo de atuação do relé max. 0,4s. 46
CET1231 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA RELÉ DE DISTANCIA (21) 47
Introdução Os sistemas de transmissão são tradicionalmente protegidos por relés de sobrecorrente temporizados (funçõs 50/51), que apresentam limitações: São significativamente afetados por variações na geração e configuração do sistema; Os tempos de atuação são variáveis para diferentes pontos de curto-circuito; Os tempos de atuação são elevados devido à necessidade de coordenação com outros relés; Não reconhecem se o fluxo de corrente é proveniente de um curto-circuito ou de uma sobrecarga; Necessidade de reajuste periodicamente; Por isso é conveniente o emprego de relés de distância, cujo tempo de atuação é proporcional a distância entre o ponto de instalação do relé e o ponto do defeito. A tensão no ponto de defeito é nula à medida que se afasta do ponto de defeito no sentido da fonte, esta tensão tende a aumentar devido à queda de tensão na LT. Se a impedância medida no relé (através da relação V/I) for inferior ao seu valor ajustado ocorrerá a sua operação. O alcance do relé é constante e independe das variações ocorridas na geração ou nas alterações da configuração do sistema elétrico. 48
Introdução 49
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Proteção de Distância Exemplo: Analisar as condições de operação e não operação do relé de distância instalado na LT da figura abaixo. O ponto F está a 80% do comprimento da LT que admitimos corresponder inicialmente ao limite de atuação do relé. As impedâncias estão na base de 100MVA e 69kV. 51
Introdução Sabe-se, também, que numa linha de transmissão a impedância Z é diretamente proporcional à distância entre o ponto de instalação do relé e o ponto de defeito; Por isso, esses relés são denominados relés de distância, que é um nome genérico dado aos aparelhos que de um modo ou de outro utilizam este princípio para proteger uma linha de transmissão; Existem, na realidade, vários relés baseados neste princípio, a saber: Relé de impedância: indicado para a proteção de linhas de transmissão consideradas de comprimento médio para o seu nível de tensão; Relé de reatância: indicado para a proteção de linhas de transmissão consideradas de comprimento curto para o seu nível de tensão; Relé de admitância: indicado para a proteção de linhas de transmissão consideradas de comprimento longo para o seu nível de tensão. 52
Tipos de Relés de Proteção O relé de distância é classificado de acordo com a forma da sua zona de proteção; Algumas terminologias empregadas para os relés eletromecânicos ainda persistem; Características mais complexas podem ser obtidas pela associação (de uma ou mais) das características apresentadas acima. 53
Tipos de Relés de Proteção 54
Critério para definição das zonas de atuação Normalmente, utilizados na proteção de L.T. e estimam a impedância entre o ponto de falta e o local de instalação do relé (impedância parâmetros L.T. distância). Subalcance (Underreach): O relé não vê a falta além de uma dada distância, não operando além do terminal remoto (p. ex. relé de sobrecorrente instantâneo). Sobrealcance (Overreach): O relé opera para faltas além do terminal remoto (a perda de coordenação pode ser evitada através de um sinal do terminal remoto permitindo o trip). A zona de proteção do relé de distância é aberta no terminal remoto, existindo alguma incerteza quanto ao alcance deste relé, tipicamente 5%. 55
Critério para definição das zonas de atuação Proteção de 1ª Zona Deve ser feito considerando a impedância da comprimento; Não é adotada temporização intencional; Proteção de 2ª Zona LT correspondente a 80 a 90% do seu Deve proteger toda a LT, alcançando entre 130 e 150% do seu comprimento; Normalmente ajustada para um tempo de atuação 0,4 a 0,6s Proteção de 3ª Zona Tem por finalidade garantir a proteção de backup da 2ª zona. Deve ter alcance de no mínimo 130%. Normalmente ajustada para um tempo de atuação 0,8 a 1,0s, a depender do esquema de coordenação com outras proteções utilizadas. 56
Proteção de Distância Ideal: todas as faltas na linha pontilhada isoladas instantaneamente. Incerteza: para se assegurar que não haverá o sobrealcance, o relé é ajustado para subalcançar (zona 1) o relé opera instantaneamente para faltas em até 85% - 90% da L.T. A zona 1 não protege a linha completamente e a zona 2 é usada com alcance além do terminal remoto, tipicamente 120% a 150% do trecho AB. Para proporcionar o backup completo da linha adjacente, a zona 3 é usada com alcance de 120% a 180% do trecho BC. 57
Proteção de Distância Exemplo: No SEP Rab está ajustado para proteger a linha AB e servir como proteção backup para as linhas BC e BD. Relé Rab Zona 1: 0.85 (4 + j30) = (3.4 + j25.5) Ω Zona 2: 1.2 (4 + j30) = (4.8 + j36) Ω t = 0,3 s zona 3: 1.5 x (4 + j30) = (6 + j45) Ω t = 1 s Zona 3: considerar a maior das duas linhas. Se, por exemplo, a linha BD fosse muito curta, a zona 2 do relé Rab poderia alcançar além da barra B, perdendo coordenação com o relé Rbd (sobrealcance da zona 1 de Rbd). A perda de coordenação ocorreria se ZBD = (4.8 + j36) (4.0 + j30)] = (0.8 + j6) Ω Possibilidades: Fazer a zona 2 de Rab menor ou usar a zona 3 para backup das duas L.T. 58
Proteção de Distância Exemplo: Considerar o sistema mostrado na Figura. Calcular os ajustes dos relés de distância à impedância instalados na subestação A. A carga máxima da linhas L1 e L2 está limitada a 75% da capacidade de condução de corrente dos condutores, que equivale a 500A. 59
Proteção de Distância 60
CET1231 - PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA RELÉ DE SOBRETENSÃO (59) RELÉ DE SUBTENSÃO (27) RELÉ DE RELIGAMENTO (79) RELÉ DE FREQUÊNCIA (81) RELÉ DE SINCRONISMO (25) RELÉ DE IMAGEM TÉRMICA (49) RELÉ AUXILIAR DE BLOQUEIO (86) RELÉ ANUNCIADOR (30) 61
Relé de Sobretensão (59) São destinados à proteção de sistemas elétricos submetidos a níveis de tensão superiores aos valores máximos que garantem a integridade dos equipamentos elétricos em operação; Em sistemas elétricos de potência nível máximo igual a 110%; Ajustes não inferiores a 115% para unidades temporizadas e 120% para unidades instantâneas; Unidade temporizada (59T) 62
Relé de Sobretensão (59) BT bobina da unidade temporizada; BI bobina da unidade instantânea; Unidade instantânea (59I) 63
Relé de Sobretensão (59) 64
Relé de Sobretensão (59) Ajuste da curva de temporização Pela curva de temporização adotada, temos: O tempo de disparo do relé não deve superar 9,3 s; Valor do tape: 119,7%; Ajuste do Dial nº 3. 65
Relé de subtensão (27) São equipamentos destinados à proteção de sistemas elétricos de potência a níveis de tensão inferiores aos valores mínimos que garantam as necessidades dos equipamentos em operação; Os limites de subtensão nos sistemas elétricos de potência são de 80% a 90% do valor nominal; Admite-se como ajuste do relé valores não inferiores a 90% para unidades temporizadas e 80% para unidades instantâneas; 66
Relé de subtensão (27) Eletromecânico O ajuste da tensão de disparo é feito pela determinação da posição do tape na régua de tapes do dispositivo. Em geral, a faixa de ajuste dos relés é a seguinte: 55 a 140 V: para relés de modelo 115 V; 70 a 140 V: para relés de modelo 199 V; 110 a 280 V: para relés de modelo 208, 230 e 240 V; 220 a 560 V: para relés de modelo 460 V; 67
Relé de subtensão (27) Digital Os relés digitais de subtensão recebem o sinal analógico de subtensão e os convertem para valores digitais; Autoverificação e ajuste da relação de transformação; Em geral, na sua parte frontal existe um display para indicação automática de tensão secundária e primária; Podem ser conectados a um canal de comunicação serial, permitindo sua monitoração e telecomando, através de conexão em redes de dados supervisionados 68
Relé de subtensão (27) Digital Unidade Instantânea (<<< Velocidade) Essa unidade dá a partida quando o valor da tensão presente no sistema for inferior a tensão ajustada fazendo fechar instantaneamente os seus contatos de saída; Os contatos permanecem fechados até a tensão atingir o valor de rearme ou tensão de dropout; A atuação do relé é anunciada pela unidade de sinalização localizada no painel frontal através de leds; A faixa de ajuste está compreendida entre 14 e 250 Vca. 69
Relé de subtensão (27) 70
Relé de subtensão (27) Digital Curva normalmente inversa: α = 0,02 e k = 0,14; Curva muito inversa: α = 1 e k = 13,5; Curva extremamente inversa: α = 2 e k = 80. 71
Relé de subtensão (27) Digital Ajustes disponíveis em um relé de proteção digital de subtensão. Espera-se um tempo para evitar falsa operação devido a transitórios como os observados na partida de máquinas e conexão de transformadores; O tempo de atuação deve ser reduzido em função da intensidade do afundamento de tensão para evitar danos aos equipamentos; Casos críticos de afundamento de tensão a atuação da proteção deve ser instantãnea. 72
Relé de tensão (27/59) São dotados de unidades de sub e sobretensão e podem ter tecnologia eletromecânica, eletrônica ou digital; Os relés eletromecânicos de tensão são dotados de unidade temporizada e unidade instantânea contendo as funções de sobretensão e subtensão; Os relés eletromecânicos trifásicos são normalmente ligados por uma das configurações ilustradas nas figuras abaixo. A função de operação para um determinado tape é a tensão mínima para a qual os contatos do lado esquerdo se fecham; Já os contatos do lado direito se fecham para uma determinada percentagem da tensão de operação. 73
Relé de tensão (27/59) Curvas de operação de relés de tensão de fabricação da GE. 74
Relé de Religamento (79) Os relés de religamento são utilizados em religadores quando a proteção de sobrecorrente atua devido a um curto-circuito na rede; Assim, o relé de religamento envia um sinal para fechamento automático do religador que desconectou o circuito, após um tempo predeterminado; Um religador é basicamente um dispositivo automático projetado para abrir e fechar um circuito com carga ou em curto-circuito. O religador é muito semelhante ao disjuntor, porém um pouco mais sofisticado para suportar sucessivos fechamentos e aberturas; Relés de religamento podem inibir a atuação da unidade instantânea após a primeira, segunda ou terceira aberturas permitindo assim a atuação apenas da unidade temporizada; Após a quarta abertura do religador, o relé de religamento se autobloqueia e o circuito defeituoso fica desernegizado. 75
Relé de Religamento (79) Unidade de temporização de religamento; Unidade de temporização de rearme; Unidade de registro de religamento; Unidade de indicação de operação. Religamento automático; Monitoramento das condições do disjuntor; Bloqueio externo para as funções 59,50/51 e 50/51N; Sinalização por fase e neutro; Registro de eventos ; Comunicação serial. 76
Relé de Frequência (81) São relés que operam quando a frequência do sistema cai (relé de subfrequência) abaixo ou ultrapassa (relé de sobrefrequência) um valor preestabelecido ou ajustado; A polarização do relé de frequência é por tensão; Esquema unifilar do relé de frequência A aplicação deste relé é feita em sistemas em que existe a possibilidade de haver a perda parcial de geração e ainda que estas perdas não possam ser toleradas por certo tempo; Outra aplicação desta proteção é feita em sistemas em que há a necessidade de rejeição de cargas, com o objetivo de descartar cargas de forma a recuperar a frequência do sistema. 77
Relé de sincronismo (25) Tem como função comparar a frequência entre duas fontes de geração ou entre uma fonte de geração e a rede de energia elétrica; Seu funcionamento é baseado na comparação entre a amplitude da tensão, a frequência e o defasamento angular entre duas fontes a serem conectadas em paralelo, gerando um sinal de permissão de sincronismo, quando as grandezas monitoradas estiverem dentro dos limites ajustados no relé de proteção; Como exemplo, as faixas de ajuste dos relés de sincronismo são: Diferença da tensão: 3,0 a 50 x RTP; Diferença da frequência: 0,10 a 2,5 Hz; Diferença de defasagem angular: 5,0 a 20⁰. 78
Relé de Imagem Térmica (49) As principais funções de um relé de imagem térmica são: Proteger os motores elétricos contra excesso de temperatura dos enrolamentos quando, durante a sua partida ocorrer o travamento do rotor devido ao conjugado do motor ser insuficiente para movimentar a carga; Proteger os motores elétricos contra operação monofásica; Proteger os enrolamentos das máquinas elétricas (transformadores, motores e geradores) contra as correntes de curto-circuito entre fases e entre fases e neutro, devido a falhas de funcionamento. Procedimentos para ajuste dos relés de imagem térmica Curva a frio 79
Relé de Imagem Térmica (49) 80
Relé de Imagem Térmica (49) Determinação das constantes térmicas de aquecimento e resfriamento de um motor: A frio: A quente: 81
Relé de Imagem Térmica (49) 82
Relé de Imagem Térmica (49) 83
Relé de Imagem Térmica (49) Exemplo: considerar um motor de 200cv/IV polos/380v, cuja corrente nominal é de 271 A. O fator de potência vale 0,87. A constante térmica de aquecimento é de 30 minutos. É permitida uma sobrecarga não superior a 15% da corrente nominal. Determinar o tempo máximo para operação do motor a frio e a quente. Tempo da curva a frio do motor: Tempo da curva a quente do motor: 84
Relé Auxiliar de Bloqueio (86) Tem a função de assegurar a integridade dos equipamentos de força e a segurança dos operadores; O sinal emitido pela unidade de proteção atua inicialmente no relé auxiliar de bloqueio, que em seguida fecha os contados da bobina de abertura do disjuntor; O relé de bloqueio é indicado para aplicações nas quais é necessário a execução de um determinado número de operações simultâneas sobre um ou mais disjuntores, permitindo que estes equipamento permaneçam bloqueados até que o operador destrave o dispositivo de bloqueio. Forma de conexão do relé de proteção auxiliar de bloqueio 85
Relé Anunciador (30) É um dispositivo de supervisão de sinais analógicos e digitais empregado nas subestações de potência com a finalidade de monitoração das diversas funções dos dispositivos e equipamentos de proteção; As principais características dos relés anunciadores digitais são: Medição de parâmetros; Memorização de curvas; Supervisão de transdutor e dos fios de ligação; Registro de eventos; Possibilidade de intertravamento entre alarmes; Indicação da curva (corrente, tensão, etc.) x tempo. 86