ANÁLISE DO DESEMPENHO DA PROTEÇÃO DIFERENCIAL SOB CONDIÇÃO DE SATURAÇÃO DOS TRANSFORMADORES DE CORRENTE

ANÁLISE DO DESEMPENHO DA PROTEÇÃO DIFERENCIAL SOB CONDIÇÃO DE SATURAÇÃO DOS TRANSFORMADORES DE CORRENTE Code: 19.031 Arian Fagundes, Alex Itczak, Eduardo Machado dos Santos, John J. Saldanha, Marcel Stalter, Fernando G.K. Guarda Universidade Federal do Pampa - Unipampa 17/11/2017 1

Tema Delimitação do Tema: Proteção do Sistema Elétrico de Potência (SEP). Linha de pesquisa: Modelagem e Otimização de Sistemas. 17/11/2017 2

Objetivos Abordar assuntos relacionados à saturação dos TCs; Analisar a influência da distorção do sinal secundário do TC saturado no desempenho dos relés diferenciais; Avaliar o comportamento da proteção diferencial em casos de faltas externas à zona de proteção. 17/11/2017 3

Introdução Relés Amplamente utilizados na proteção SEP; Funcionamento: Comparação entre sinais de entrada e saída do elemento protegido; Transformadores de Corrente Isolar os equipamentos conectados ao secundário do circuito de alta tensão; Replicar no secundário corrente proporcional a corrente primária; Fornecer no secundário corrente em níveis aceitáveis aos equipamentos conectados. 17/11/2017 4

Introdução Saturação de TCs Fig 1. - Formas de onda da corrente secundária para um TC saturado e não saturado 17/11/2017 5

Introdução Proteção Diferencial A proteção diferencial só deverá ocorrer para faltas internas a zona delimitada pelos TCs. Condição para a operação: Sendo: I relé I ajuste I relé = i in i out 17/11/2017 6

Introdução Efeitos da Saturação na Proteção Diferencial Ocorrência de correntes diferenciais fictícias que podem levar o relé a considerar uma falta externa como interna, provocando a operação indevida. 17/11/2017 7

Metodologia Sistema teste e simulações de curto-circuito (EMTP-ATP); Criação do banco de sinais; Implementação da lógica dos relés (Matlab ); Simulações dos esquemas de proteção diferencial (Matlab ); Análise de resultados. 17/11/2017 8

Metodologia Fig. 2 - Sistema Teste G 1 e G 2 : 190kV Linha de transmissão (LT): 100 km ZLTo= 18,41 + j 122,58 Ω/km e ZLT+= 4,1 + j 38,78 Ω/km 60Hz Instante da falta: 0,19 s Tempo de cada simulação: 0,4 s 17/11/2017 9

Resultados Tabela I Casos Simulados Parâmetro Tipos de CC Carga do TC Variação Monofásico, Bifásico, Trifásico 4Ω (resistiva) e 10Ω (resistiva) Nível Fluxo Residual 0%, 25%, 50%, 80% Ponto de Falta 0% LT, 5%LT, 10% LT, 25% LT, 50% LT Amostras/ciclo 8, 16, 32, 64, 96 Total de Simulações 600 17/11/2017 10

Discussões Carga de 4 ohms puramente resistiva para curto-circuito monofásico, fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da linha de transmissão. Fig. 3 - Corrente RMS do enrolamento secundário dos TCs 1 e 2 17/11/2017 11

Discussões Carga de 4 ohms puramente resistiva para curto-circuito bifásico, fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da linha de transmissão. Fig. 4 - Corrente RMS do enrolamento secundário dos TCs 1 e 2 17/11/2017 12

Discussões Carga de 4 ohms puramente resistiva para curto-circuito bifásico, fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da linha de transmissão. Fig. 5 e 6 - Magnitude das correntes e trip dos relés: Relé Comum: 0,213 s. Relé Percentual: Não Atua 17/11/2017 13

Discussões Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da LT. Fig. 7 - Forma de onda de corrente secundária do sinal saturado (TC 1) e não saturado (TC2) 17/11/2017 14

Discussões Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da LT. Fig. 8 - Valor RMS de corrente do secundário dos TCs 1 e 2 17/11/2017 15

Discussões Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da LT. Fig. 9 e 10 - Magnitude das correntes e trip dos relés: Relé Comum: 0,211 s. Relé Percentual: 0,212 s. 17/11/2017 16

Discussões Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo remanescente de 80% e ponto de falta em 50% da LT. Fig 11 - Forma de onda de corrente secundária do sinal saturado (TC 1) e não saturado (TC 2) 17/11/2017 17

Discussões Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo remanescente de 80% e ponto de falta em 50% da LT. Fig 13 e 14 - Magnitude das correntes e trip dos relés: Relé Comum: 0,193 s. Relé Percentual: 0,194 s. 17/11/2017 19

Discussões Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT. Fig. 15 - Forma de onda de corrente secundária do sinal saturado (TC 1) e não saturado (TC 2) 17/11/2017 20

Discussões Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT. Fig. 17 e 18 - Magnitude das correntes e trip dos relés: Relé Comum: 0,190021 s. Relé Percentual: 0,190024 s. 17/11/2017 22

Discussões Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT. Fig. 19 - Atuação do Relé Diferencial Percentual 17/11/2017 23

Conclusões Influência dos sinais distorcidos na forma de operação dos relés; A influência do nível da falta na forma como ocorre a saturação; A influência do acréscimo do fluxo remanescente no núcleo do TC; A ação do aumento de carga do TC saturado na distorção do sinal secundário; A ineficácia da metodologia diferencial como única metodologia de proteção (principal) para faltas fora da zona de proteção. 17/11/2017 24

Agradecimentos Esse trabalho teve o apoio financeiro e concessão de bolsas da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal do Ensino Superior (CAPES). Além disso, contou com o suporte acadêmico e recursos de pesquisa da Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA) através da Pró-Reitoria de Pesquisa e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da instituição. 17/11/2017 25

Referências G. KINDERMANN. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência, Editora UFSC. Florianópolis, 2006. E. M. SANTOS, Métodos para Correção das Distorções da Forma de Onda Secundária Causadas pela Saturação de Transformadores de Corrente para Serviço de Proteção. Universidade Federal de Santa Maria (UFSM): 2011. W. REBIZANT, T. HAYDER and L, SCHIEL, Differential Relay with Adaptation During Saturation Period of Current Transformers. Proceeding of the 14th Power System Protection Conference, p. 124-129, Bled, Slovenia, Set/Out. 2004. M. KEZUNOVIC; L. KOJOVIC and A. ABUR, Experimental Evaluation of EMTP Based Current Transformer Models for Protective Relay Transient Study. IEEE Transactions on Power Delivery. V. 9, n. 1, p. 405-413, Jan. 1994. H. DASHTI; M. S. PASAND & M. DAVARPANAH, Current Transformer Saturation Detectors for Busbar Differential Protection. Proceedings of the 42nd International Universities Power Engineering Conference, p. 338-343, Brighton, UK, Set. 2007. 17/11/2017 26

Referências I. M. EL-AMIN, & N. H. AL-ABBAS, Saturation of Current Transformers and its Impact on Digital Overcurrent Relays. Proceedings of the IEEE/PES Transmission & Distribution Conference and Exposition: Latin America, pp. 1-6, Caracas, Venezuela, Ago. 2006. J. H. HARLOW, Eletric Power Transformer Engineering. 2nd. New York: CRC Press, 2007. S. H.. HOROWITZ; A. G. PHADAKE, Power System Relaying. 3rd ed. Baldock: Research Studies Press, 2008. G. KINDERMANN; Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. Editora da UFSC, Vol. 1, 1ªed, Florianópolis, 1999. Lj. A. KOJOVIC, Impact of Current Transformer Saturation on Overcurrent Protection Operation. Proceedings of the 2002 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, Vol. 3, pp. 1078-1083, Chicago, IL, USA, Jul. 2002. P. E. J. MOONEY, Distance Element Performance Under Conditions of CT Saturation. Proceedings of the 61st Annual Conference for Protective Relay Engineers, v. 1, p. 491-497, College Station, TX, USA, Abr. 2008. 17/11/2017 27

Obrigado! Arian Rodrigues Fagundes a.rodriguesfagundes@gmail.com 17/11/2017 28