ESTUDO DE SELETIVIDADE DAS PROTEÇÕES DE SOBRECORRENTE DE UM SISTEMA ELÉTRICO

UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA FACULDADE DE ENGENHARIAS, ARQUITETURA E URBANISMO TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA / ELETRÔNICA VANESSA FERNANDES NOGUEIRA ORIENTADOR: LUIZ ROBERTO NOGUEIRA ESTUDO DE SELETIVIDADE DAS PROTEÇÕES DE SOBRECORRENTE DE UM SISTEMA ELÉTRICO JACAREÍ/SP 2012

RESUMO Este trabalho apresenta um estudo de seletividade das proteções de sobrecorrente em um sistema elétrico de potência elaborado com o auxílio de um software dedicado a este tipo de aplicação. Tem como principal motivação a dificuldade de se fazer na prática os cálculos estudados na teoria e mostra através de um exemplo como obter resultados de uma forma menos complexa. O sistema usado como exemplo contém os mais comuns equipamentos do tipo como: disjuntores, relés de proteção de sobrecorrente, transformadores de corrente, transformadores de potencial, cabos e motores. As classes de tensão usadas são 138 kv para alimentação geral recebida da concessionária, 13,8kV para a distribuição e alimentação dos motores e 440 V para alimentação de cargas gerais. As proteções de sobrecorrente utilizadas são a instantânea (50) e a temporizada (51) tanto de fase quanto de neutro, de acordo com cada aplicação. O uso do software proporciona, após o desenho de um diagrama unifilar do sistema, a inserção de dados dos dispositivos e o cálculo das variáveis a serem estudadas como: correntes de falha, correntes de pico de partida de motores e transformadores e correntes nominais de trabalho. Com os resultados dos cálculos, é usada a metodologia comum para obtenção dos ajustes preliminares dos relés de proteção e após isso, é feita a inserção destes ajustes no software, com isso são plotadas as curvas de verificação gráfica das proteções, a otimização do resultado é feita manualmente através de adequações nos ajustes inseridos. Percebe-se que a utilização de uma ferramenta adequada para elaboração deste tipo de trabalho é um diferencial para o profissional que o realiza, nas fases de elaboração do diagrama geral do sistema, dos cálculos das correntes de falha e na verificação dos ajustes obtidos. Palavras-Chave: Seletividade; Sobrecorrente; Curto-Circuito. 2

ABSTRACT This paper presents a study of selectivity of overcurrent protection in a power system developed with the aid of software dedicated to this type of application. Its main motivation is the difficulty of making practical calculations studied in theory and shows, by an example, how to get results in a less complex way. The system used as example contains the most common type of devices such as circuit breakers, overcurrent protection relays, current transformers, voltage transformers, cables and motors. The voltage classes used are 138kV for power received from the general concessionaire, 13,8 kv for distribution and supply of motors and 440 V to power general loads. The overcurrent used are instantaneous (50) and time delayed (51) so as phase as neutral, according to each application. The use of the software provides, after drawing a single line diagram of the system, the data insertion of devices and the calculation of variables to be studied as fault currents, peak currents for motor starting and transformers nominal working currents. With the results of the calculations, it is used a common methodology to obtain the preliminary adjustments of protective relays and after this is done the insertion of these adjustments in software, with that are plotted curves for graphical verification of the protections, the optimal result is done manually through adjustments to the settings entered. It is noticed that the use of a suitable tool for producing this kind of work is a differential for the professional who performs it at the stages of development of the overall system diagram, calculation of fault currents and the verification of the obtained settings. Keywords: Selectivity, Overcurrent, Short Circuit. 3

INTRODUÇÃO Este trabalho vem apresentar um estudo de proteção e seletividade desenvolvido com auxílio de software dedicado utilizado para a realização dos cálculos de correntes de curtocircuito e obtenção dos diagramas de seletividade dos dispositivos do sistema elétrico modelado. Dispositivos elétricos de proteção são fundamentais para garantir a segurança de operação das máquinas e equipamentos de um sistema em geral. De fato, grande parte do investimento na área elétrica se dá neste aspecto, e é por este motivo que a realização de um bom projeto é fundamental no dimensionamento e parametrização destes. Mas há uma quantidade muito grande de variáveis em um sistema elétrico que afetam os resultados dos cálculos desenvolvidos no estudo de proteção, e a coordenação entre as proteções se apresenta como um desafio em sistemas complexos. Sendo assim, o dinamismo de sistemas elétricos e a velocidade necessária na realização de projetos, dificultam o desenvolvimento de cálculos precisos. Vendo deste ponto, o uso de um software que tenha confiabilidade nos resultados dos seus cálculos e que possua uma interface dinâmica, tanto para inserção quanto para a alteração e análise do sistema, se torna um diferencial para um engenheiro eletricista, trabalhe ele diretamente na área de proteção ou não. O objetivo deste trabalho é o de apresentar o resultado dos cálculos de correntes de falha, a obtenção dos parâmetros de relés de proteção de sobrecorrente e a análise gráfica da aplicação destes parâmetros. Os cálculos e a plotagem das curvas serão feitos com o uso de um software e a obtenção dos parâmetros será conforme a metodologia apresentada ao longo do trabalho. 4

MATERIAIS E MÉTODOS Sistema Para o estudo de seletividade das proteções de sobrecorrente [1], foi modelado um sistema no software PTW Versão 6.5 em sua versão de demonstração. O sistema é composto por uma entrada com tensão de 138 kv interligada a um barramento geral que alimenta dois transformadores com relação de 138 / 13,8 kv e potência de 5 MVA. Cada transformador alimenta uma barra (A e B) de 13,8 kv com dois motores de 800 hp e um transformador com relação de 13,8 kv / 440 V e potência de 500 kva. As barras A e B podem ser interligadas por um disjuntor, onde, para fins de manutenção, por exemplo, um transformador pode ser desligado e o outro transformador alimenta todas as cargas para não que haja interrupção no sistema, porém os dois transformadores não operam em paralelo de forma permanente. Esse sistema é ilustrado na figura 1. 5

ENTRADA Cabo-Entrada Relé-Entrada 52-1 Barra Geral - 138 kv Relé-TR-1 Relé-TR-2 52-2 52-3 Cabo-TR-1 Cabo-TR-2 S TR-1 S TR-2 Relé TR-1_Neutro(Sec) Relé TR-2_Neutro(Sec) Cabo-52-4 Cabo-52-5 52-4 52-5 Barra A - 13,8 kv 52-6 Open Barra B - 13,8 kv Relé-Motor A1 Relé-Motor A2 89-1 Relé-Motor B1 Relé-Motor B2 89-2 52-7 52-8 89-1_FUS 52-11 52-12 89-2_FUS Barra Motor A1 Barra Motor A2 Cabo-TR-3 Barra Motor B1 Barra Motor B2 Cabo-TR-4 Cabo-Motor A1 Cabo-Motor A2 S TR-3 Cabo-Motor B1 Cabo-Motor B2 S TR-4 Cabo-52-9 Cabo-52-10 Motor A1 Motor A2 52-9 Motor B1 Motor B2 52-10 Cabo-Carga A Cabo-Carga B Carga A Carga B Figura 1 - Sistema Modelado 6

Os componentes do sistema apresentado na figura 1 requerem que algumas de suas características sejam inseridas no software para que sejam possíveis os cálculos das correntes de curto-circuito [2] e a obtenção das características de operação dos equipamentos para que sejam feitas suas proteções. Os dados inseridos no software estão apresentados em tabelas e podem ser vistos na sequência. Características dos Motores, Cargas e Transformadores Tabela 1 - Características do Motor Tensão Nominal 13,8 kv Potência Nominal 800 hp Fator de Potência 0,89 indutivo Fator de Potência Inicial 0,06 Eficiência 95,5 % Número de Polos 4 I partida /I nominal 5.3 Sistema Estrela Tipo de Carga Impedância Constante Tabela de Carga do Motor Carga Fator de Rendimento Potência 100 % 0,89 95,5 % 75 % 0,87 95,5 % 50 % 0,82 94,8 % Tabela 2 - Características das Cargas 440 V Tensão Nominal 440 V Potência Nominal 350 kw Fator de Potência 0,75 indutivo Sistema Estrela Aterrado Tipo de Carga Impedância Constante Fator de Carga 0,5 7

Tensão Primária Tensão Secundária Potência Nominal Conexão Primária Conexão Secundária Tipo Impedância Tabela 3 - Características Transformadores 13,8 kv / 440 V 13,8 kv 440 V 500 kva Delta Estrela Aterrado Núcleo Padrão 5% (Transformador Seco) Tensão Primária Tensão Secundária Potência Nominal Conexão Primária Conexão Secundária Tipo Impedância Tabela 4 - Características Transformadores 138 / 13,8 kv 138 kv 13,8 kv 5 MVA Delta Estrela Aterrado Núcleo Padrão 7,6% (Transformador a Óleo com Ventilação Forçada) Características dos componentes gerais do Sistema Todos os dados apresentados nas tabelas seguintes foram selecionados na biblioteca do software. Tabela 5 - Características Disjuntores 138 kv Corrente Nominal 1200 A Capacidade Curto-Circuito 32 ka Tabela 6 - Características Disjuntores 13,8 kv Corrente Nominal 800 A Capacidade Curto-Circuito 25 ka Tabela 7 - Características Disjuntores Cargas 440 V Corrente Nominal 800 A Capacidade Curto-Circuito 50 ka 8

Curva Ajuste Proteção Instantânea Thermal Curve (Hot) 4000 A Tabela 8 - Características Seccionadoras Transformadores 13,8 kv / 440 V Corrente Nominal 600 A Capacidade Curto-Circuito 25 ka Tabela 9 - Características Fusíveis Transformadores 13,8 kv / 440 V Corrente Nominal 40 A Capacidade Curto-Circuito 63 ka Tabela 10 - Características Cabos Motores Seção Transversal 25 mm² Comprimento 50 m Impedância Sequência Positiva 0,9272+j0,1726 Ω * Impedância Sequência Zero 2,9219+j0,4250 Ω * * Dados fornecidos pelo software Tabela 11 - Características Cabos Transformadores 13,8 kv / 440 V Seção Transversal 25 mm² Comprimento 10 m Impedância Sequência Positiva 0,9272+j0,1726 Ω * Impedância Sequência Zero 2,9219+j0,4250 Ω * * Dados fornecidos pelo software Tabela 12 - Características Cabos Cargas 440 V Seção Transversal 2 x 150 mm² Comprimento 150 m Impedância Sequência Positiva 0,1637+j0,0840 Ω * Impedância Sequência Zero 0,5159+j0,2068 Ω * * Dados fornecidos pelo software Tabela 13 - Características Cabos 138 kv Seção Transversal 185 mm² Comprimento 10 m Impedância Sequência Positiva 0,2103+j0,1923 Ω * 9

Impedância Sequência Zero 0,3343+j0,4892 Ω * * Dados fornecidos pelo software Relação Exatidão Tabela 14 - Características Transformadores de Corrente Entrada Geral 138 kv 100/5 A 10B100 Tabela 15 - Características Transformadores de Corrente Transformadores 138 / 13,8 kv Relação 50/5 A Exatidão 10B100 Relação Exatidão Tabela 16 - Características Transformadores de Corrente Motores 100/5 A 10B100 Proteções As proteções analisadas nesse estudo são as de sobrecorrente. Para isso serão utilizados relés de proteção de sobrecorrente [2] compostos pelas funções ANSI 50 (instantânea) e 51 (temporizada) de fase e de neutro. Para os ajustes das proteções são necessários os valores de corrente mínima de atuação [2] e os tempos de atuação [2]. Para os valores de corrente mínima de atuação, foram feitos cálculos demonstrados a seguir e os valores ajustados foram escolhidos seletivamente, dentro da faixa de possibilidades, de acordo com as curvas de operação dos equipamentos visualizadas no software. Já para os tempos de atuação, os valores foram escolhidos somente com as curvas de operação dos equipamentos visualizadas no software. Sendo: I at(mín)_t(fase) : corrente mínima de atuação para proteção de sobrecorrente temporizada de fase I at(mín)_i(fase) : corrente mínima de atuação para proteção de sobrecorrente instantânea de fase I at(mín)_t(neutro) : corrente mínima de atuação para proteção de sobrecorrente temporizada de neutro 10

I at(mín)_i(neutro) : corrente mínima de atuação para proteção de sobrecorrente instantânea de neutro k: fator de crescimento de carga I carga(máx) : corrente máxima de carga : relação do TC I cc(2 ) : corrente simétrica de curto-circuito bifásico I cc( T) : corrente simétrica de curto-circuito fase-terra I cc_ass(3 ) : corrente assimétrica de curto-circuito trifásico I cc_ass(2 ): corrente assimétrica de curto-circuito bifásico f: fator de multiplicação O fator de multiplicação é utilizado para evitar atuações indevidas das proteções. Para as proteções instantâneas de fase, esse fator foi considerado como 8. Isto para que a proteção não atue na energização dos transformadores [3] e motores [4], onde, no caso dos transformadores, existe uma corrente transitória de magnetização e, no caso dos motores, existe a corrente de partida, que em ambos os casos atingem valores elevados. Para as proteções de neutro, esse fator foi considerado como 0,1, pois como o erro admissível dos TCs é de 10%, a proteção pode atuar por uma corrente residual devido ao erro do TC e isto deve ser evitado. Os cálculos para a escolha dos valores ajustados foram os seguintes. Critérios de Ajuste das Proteções [2] Motores 51 fase á I í _ Considerando que não há previsão de crescimento, k=1. á I í _ I í _, 1,55 I í 132,2 Valor ajustado 3 11

50 Fase f x Icarga máx 8 x Icarga máx 8 x 31 20 I í _ I _ I í _ I _ I í _ 4515,72 20 12,4 I í _ 225,78 Valor ajustado 20 51 Neutro f x Icarga máx, I í _ I I í _ 0,155 I í 153,15 Valor ajustado 0,5 50 Neutro 0,1 x Icarga máx 0,1 x Icarga máx 0,1 x 31 20 I í _ I _ I í _ I _ I í _ 4521,44 20 0,155 I í _ 226,07 Valor ajustado 0,5 Transformadores 138 / 13,8 kv 51 Fase k x Icarga máx I í _ I Considerando que não há previsão de crescimento, k=1. Icarga máx I í _ I 20,9 10 I í _ 18154,64 10 2,09 I í 1815,46 12

Valor ajustado 3 50 Fase f x Icarga máx 8x Icarga máx 8 x 20,9 10 I í _ I _ I í _ I _ I í _ 23521,40 10 16,72 I í 2352,14 Valor ajustado 25 51 Neutro f x Icarga máx 0,1 x 209,18 10 I í _ I I í _ 25130 10 2,092 I í 251,30 Valor ajustado 3 50 Neutro f x 0,1 x Icarga máx 8 x 0,1 x Icarga máx 8 x 0,1 x 20,9 10 I í _ I _ I í _ I _ I í _ 4563,59 10 1,67 I í 456,35 Valor ajustado 3 Entrada 138 kv 51 Fase k x Icarga máx Icarga máx I í _ I I í _ I 41,8 20 I í _ 18154,64 20 13

2,09 I í 907,73 Valor ajustado 3 50 Fase f x Icarga máx 8 x Icarga máx 8 x 41,8 20 I í _ I _ I í _ I _ I í _ 23521,40 20 16,72 I í 1176,07 Valor ajustado 25 50 Neutro f x Icarga máx 8 x 0,1 x Icarga máx 8 x 0,1 x 41,8 20 I í _ I _ I í _ I _ I í _ 25785,77 20 1,67 I í 1289,28 Valor ajustado 3 14

RESULTADOS E DISCUSSÃO Após a inserção das características dos motores, das cargas, dos transformadores e dos componentes gerais do sistema foi gerado o cálculo das correntes de curto-circuito do sistema. Na figura 1 é possível visualizar os valores de curto-circuito para a entrada em 138 kv e o barramento geral que alimenta os dois transformadores com relação de 138 / 13,8 kv e potência de 5 MVA. ENTRADA Tensão 138000 V Contribuição Icc(3F) 5000.0 MVA X/R(3F) 3.070 Contribuição Icc(FT) 2000.0 MVA X/R(FT) 1.730 Cabo-Entrada Icc_sim(3F)' 60 A Icc_sim(2F)' 52.13 A Icc_sim(FT)' 48 A Icc_sim(3F)'' 20905 A Icc_sim(2F)'' 18104.15 A Icc_sim(FT)'' 25083 A Relé-Entrada 100.0 A TC 100 / 5 A 52-1 1200.0 A 32 ka Icc_sim(3F) 20963 A Icc_sim(2F) 18154.64 A Icc_sim(FT) 25130 A Icc_assim(3F) 23521.40 A Icc_assim(2F) 20370.12 A Icc_assim(FT) 25785.77 A Barra Geral Relé-TR-1 100.0 A TC 50 / 5 A 52-2 1200.0 A 32 ka Relé-TR-2 100.0 A TC 50 / 5 A 52-3 1200.0 A 32 ka Cabo-TR-1 Icc_sim(3F)' 30 A Icc_sim(2F)' 26.07 A Icc_sim(FT)' 24 A Icc_sim(3F)'' 20907 A Icc_sim(2F)'' 18106.17 A Icc_sim(FT)'' 25063 A Cabo-TR-2 Icc_sim(3F)' 30 A Icc_sim(2F)' 26.07 A Icc_sim(FT)' 24 A Icc_sim(3F)'' 20907 A Icc_sim(2F)'' 18106.17 A Icc_sim(FT)'' 25063 A Figura 2 - Entrada e Barramento Geral de 138 kv com os Valores de Curto-Circuito Na figura 3 é possível visualizar os valores de curto-circuito na Barra A em 13,8 kv alimentada por um transformador com relação de 138 / 13,8 kv e potência de 5 MVA e que alimenta os motores de 800 hp e um transformador com relação de 13800 / 440 V e potência de 500 kva. 15

S TR-1 5000.0 kva 138000 / 13800 V Z 7.6000 % Icc_sim(3F) Pri 30 A Icc_sim(2F) Pri 26.07 A Icc_sim(FT) Pri 24 A Icc_sim(3F) Sec 2718 A Icc_sim(2F) Sec 2353.54 A Icc_sim(FT) Sec 2729 A Relé TR-1_Neutro(Sec) 100.0 A TC 50 / 5 A Icc_sim(3F) 3053 A Icc_sim(2F) 2644.14 A Icc_sim(FT) 3063 A Icc_assim(3F) 4515.80 A Icc_assim(2F) 3910.80 A Icc_assim(FT) 4521.49 A Barra A Cabo-52-4 Icc_sim(3F)' 338 A Icc_sim(2F)' 292.65 A Icc_sim(FT)' 338 A Icc_sim(3F)'' 2715 A Icc_sim(2F)'' 2351.54 A Icc_sim(FT)'' 2726 A 52-4 800.0 A 25 ka 52-6 Open Relé-Motor A1 100.0 A TC 100 / 5 A 52-7 800.0 A 25 ka Barra Motor A1 Icc_sim(3F) 3053 A Icc_sim(2F) 2644.12 A Icc_sim(FT) 3063 A Icc_assim(3F) 4515.72 A Icc_assim(2F) 3910.73 A Icc_assim(FT) 4521.44 A Cabo-Motor A1 Icc_sim(3F)' 169 A Icc_sim(2F)' 146.34 A Icc_sim(FT)' 169 A Icc_sim(3F)'' 2871 A Icc_sim(2F)'' 2486.24 A Icc_sim(FT)'' 2873 A Motor A1 Pot. 800.000 hp In 31.0 A Icc_sim(3F) 169 A Icc_sim(2F) 146 A Icc_sim(FT) 169 A Relé-Motor A2 100.0 A TC 100 / 5 A 52-8 800.0 A 25 ka Barra Motor A2 Icc_sim(3F) 3053 A Icc_sim(2F) 2644.12 A Icc_sim(FT) 3063 A Icc_assim(3F) 4515.72 A Icc_assim(2F) 3910.73 A Icc_assim(FT) 4521.44 A Cabo-Motor A2 Icc_sim(3F)' 169 A Icc_sim(2F)' 146.34 A Icc_sim(FT)' 169 A Icc_sim(3F)'' 2871 A Icc_sim(2F)'' 2486.24 A Icc_sim(FT)'' 2873 A Motor A2 Pot. 800.000 hp In 31.0 A Icc_sim(3F) 169 A Icc_sim(2F) 146 A Icc_sim(FT) 169 A 89-1 600.0 A 40 ka 89-1_FUS 40.0 A 96 ka S Cabo-TR-3 Icc_sim(3F)'' 3050 A Icc_sim(2F)'' 2641.58 A Icc_sim(FT)'' 3059 A TR-3 500.0 kva 13800 / 440 V Z 5.0000 % Icc_sim(3F) Sec 11548 A Icc_sim(2F) Sec 10001.06 A Icc_sim(FT) Sec 12029 A Cabo-52-9 Icc_sim(3F)'' 7836 A Icc_sim(2F)'' 6786.47 A Icc_sim(FT)'' 6468 A 52-9 800.0 A Cabo-Carga A Icc_sim(3F)'' 5682 A Icc_sim(2F)'' 4920.86 A Icc_sim(FT)'' 4174 A Carga A Figura 3 - Barra A de 13,8 kv e suas Cargas com os Valores de Curto-Circuito Na figura 4 é possível visualizar os valores de curto-circuito na Barra B em 13,8 kv alimentada por um transformador com relação de 138 / 13,8 kv e potência de 5 MVA e que 16

alimenta os motores de 800 hp e um transformador com relação de 13800 / 440 V e potência de 500 kva. S TR-2 5000.0 kva 138000 / 13800 V Z 7.6000 % Icc_sim(3F) Pri 30 A Icc_sim(2F) Pri 26.07 A Icc_sim(FT) Pri 24 A Icc_sim(3F) Sec 2718 A Icc_sim(2F) Sec 2353.54 A Icc_sim(FT) Sec 2729 A Relé TR-2_Neutro(Sec) 100.0 A TC 50 / 5 A Cabo-52-5 Icc_sim(3F)' 338 A Icc_sim(2F)' 292.65 A Icc_sim(FT)' 338 A Icc_sim(3F)'' 2715 A Icc_sim(2F)'' 2351.54 A Icc_sim(FT)'' 2726 A 52-5 800.0 A 25 ka Icc_sim(3F) 3053 A Icc_sim(2F) 2644.14 A Icc_sim(FT) 3063 A Icc_assim(3F) 4515.80 A Icc_assim(2F) 3910.80 A Icc_assim(FT) 4521.49 A Barra B Relé-Motor B1 100.0 A TC 100 / 5 A 52-11 800.0 A 25 ka Relé-Motor B2 100.0 A TC 100 / 5 A 52-12 800.0 A 25 ka 89-2 600.0 A 40 ka 89-2_FUS 40.0 A 96 ka Barra Motor B1 Icc_sim(3F) 3053 A Icc_sim(2F) 2644.12 A Icc_sim(FT) 3063 A Icc_assim(3F) 4515.72 A Icc_assim(2F) 3910.73 A Icc_assim(FT) 4521.44 A Cabo-Motor B1 Icc_sim(3F)' 169 A Icc_sim(2F)' 146.34 A Icc_sim(FT)' 169 A Icc_sim(3F)'' 2871 A Icc_sim(2F)'' 2486.24 A Icc_sim(FT)'' 2873 A Motor B1 Pot. 800.000 hp In 31.0 A Icc_sim(3F) 169 A Icc_sim(2F) 146 A Icc_sim(FT) 169 A Barra Motor B2 Icc_sim(3F) 3053 A Icc_sim(2F) 2644.12 A Icc_sim(FT) 3063 A Icc_assim(3F) 4515.72 A Icc_assim(2F) 3910.73 A Icc_assim(FT) 4521.44 A Cabo-Motor B2 Icc_sim(3F)' 169 A Icc_sim(2F)' 146.34 A Icc_sim(FT)' 169 A Icc_sim(3F)'' 2871 A Icc_sim(2F)'' 2486.24 A Icc_sim(FT)'' 2873 A Motor B2 Pot. 800.000 hp In 31.0 A Icc_sim(3F) 169 A Icc_sim(2F) 146 A Icc_sim(FT) 169 A S Cabo-TR-4 Icc_sim(3F)'' 3050 A Icc_sim(2F)'' 2641.58 A Icc_sim(FT)'' 3059 A TR-4 500.0 kva 13800 / 440 V Z 5.0000 % Icc_sim(3F) Sec 11548 A Icc_sim(2F) Sec 10001.06 A Icc_sim(FT) Sec 12029 A Cabo-52-10 Icc_sim(3F)'' 7836 A Icc_sim(2F)'' 6786.47 A Icc_sim(FT)'' 6468 A 52-10 800.0 A Cabo-Carga B Icc_sim(3F)'' 5682 A Icc_sim(2F)'' 4920.86 A Icc_sim(FT)'' 4174 A Carga B Figura 4 - Barra B de 13,8 kv e suas Cargas com os Valores de Curto-Circuito 17

Após a visualização no software dos valores de curto-circuito do sistema, foram visualizadas as curvas de operação dos equipamentos para definição dos valores de corrente mínima de atuação e tempos de atuação. Estes ajustes podem ser vistos de forma resumida na tabela 17 ou em cada gráfico nas figuras 5, 6, 7, 8 e 9. Relé-Entrada Relé-TR-1 Relé-TR-2 Relé TR- 1_Neutro(Sec) Relé TR- 2_Neutro(Sec) Relé-Motor A1 Relé-Motor A2 Relé-Motor B1 Tabela 17 - Resumo dos Ajustes dos Relés de Proteção Relação do TC (A) Parâmetros Relação do TC (A) Parâmetros Relação do TC (A) Parâmetros Relação do TC (A) Parâmetros Relação do TC (A) Parâmetros Relação do TC (A) Parâmetros Relação do TC (A) Parâmetros Relação do TC (A) 100 / 5 Tipo de Proteção=Fase 51 (Iat)=3 51 (Tempo-Curva NI)=1.4 50 (Iat)=25 50 / 5 Tipo de Proteção=Fase 51 (Iat)=3 51 (Tempo-Curva NI)=1 50 (Iat)=25 50 / 5 Tipo de Proteção=Fase 51 (Iat)=3 51 (Tempo-Curva NI)=1 50 (Iat)=25 50 / 5 50 / 5 100 / 5 Tipo de Proteção=Fase 51 (Iat)=3 51 (Tempo-Curva NI)=2.0 50 (Iat)=20 100 / 5 Tipo de Proteção=Fase 51 (Iat)=3 51 (Tempo-Curva NI)=2.0 50 (Iat)=20 100 / 5 Tipo de Proteção=Neutro 50N (Iat)=3 Tipo de Proteção=Neutro 50N (Iat)=3 Tipo de Proteção=Neutro 50N (Iat)=3 Tipo de Proteção=Neutro 51N (Iat)=3 51N (Tempo-Curva NI)=0.1 Tipo de Proteção=Neutro 51N (Iat)=3 51N (Tempo-Curva NI)=0.1 Tipo de Proteção=Neutro 51N (Iat)=0.5 51N (Tempo-Curva NI)=0.2 50N (Iat)=2 Tipo de Proteção=Neutro 51N (Iat)=0.5 51N (Tempo-Curva NI)=0.2 50N (Iat)=2 18

Parâmetros Tipo de Proteção=Fase 51 (Iat)=3 51 (Tempo-Curva NI)=2.0 50 (Iat)=20 Tipo de Proteção=Neutro 51N (Iat)=0.5 51N (Tempo-Curva NI)=0.2 50N (Iat)=2 Relé-Motor B2 Relação do TC (A) Parâmetros 100 / 5 Tipo de Proteção=Fase 51 (Iat)=3 51 (Tempo-Curva NI)=2.0 50 (Iat)=20 Tipo de Proteção=Neutro 51N (Iat)=0.5 51N (Tempo-Curva NI)=0.2 50N (Iat)=2 Com os valores dos ajustes definidos, foram plotados os gráficos das curvas de proteção. Nessas curvas foram verificadas se as proteções estavam seletivas, ou seja, foram verificadas se as proteções atuariam em caso de falhas garantindo que a proteção mais próxima atuasse para isolar a falha e que não iriam atuar de forma indevida como, por exemplo, na magnetização dos transformadores ou na partida dos motores que, nas duas situações, possuem elevadas correntes e a proteção não deve atuar nessas condições. Como foram feitos cálculos auxiliares para chegar numa faixa de valores possíveis para os ajustes dos relés de proteção, na plotagem das curvas as proteções já estavam seletivas e foram necessárias somente algumas adequações, principalmente nos tempos de atuação. No entanto, seria possível plotar as curvas, sem os ajustes obtidos dos cálculos, e ajustá-las manualmente de maneira seletiva com as curvas de operação dos equipamentos e obter os ajustes dos relés de maneira automática. Com isso se ganha tempo no projeto e essa agilidade torna-se uma vantagem, pois nas empresas busca-se sempre a eficiência nas atividades diminuindo o tempo de execução. Para o projeto foram plotadas as curvas de tempo-corrente de proteções de fase e de neutro para os motores, para os transformadores e para a entrada. Sendo que, para as proteções de fase, foi gerado um gráfico para cada tipo de equipamento e, para as proteções de neutro, foi gerado um gráfico geral. Na figura 5, com as curvas referentes ao motor, aparece a curva de operação do motor, a curva de proteção do relé e a curva de recozimento dos condutores. Sendo que a curva de proteção do relé deve estar acima da curva de operação do motor, para que não haja operação indevida da proteção e abaixo da curva de recozimento dos condutores, para proteger os cabos em caso de falhas. 19

CURRENT IN AMPERES 1000 Cabo-Motor A1 Relé-Motor A1 - Fase 100 10 1 Motor A1 Cabo-Motor A1 TIME IN SECONDS 0.10 Relé-Motor A1 - Fase Parâmetros Fase 51 (Pickup) 3 (60A) 51 (Curva NI) 2.0 50 20 (400A) 0.01 0.5 1 10 100 1K 10K Motores (Fase).tcc Ref. Voltage: 13800V Current in Amps x 1 Figura 5 - Curvas de Tempo-Corrente das Proteções de Fase dos Motores Na figura 6, com as curvas referentes ao transformador, aparece o ponto de Inrush (Magnetização) do transformador, a curva de proteção do relé, a curva de suportabilidade térmica do transformador e a curva de recozimento dos condutores. Sendo que a curva de 20

proteção do relé deve estar acima do ponto de Inrush do transformador, para que não haja operação indevida da proteção e abaixo da curva de suportabilidade térmica do transformador e de recozimento dos condutores, para proteger o transformador e os cabos em caso de falhas. CURRENT IN AMPERES 1000 Cabo-TR-1 Relé-TR-1 - Fase TR-1 100 TR-1 Pot. Nom. 5000.0 kva In 26.1 A 10 Cabo-TR-1 1 0.10 Relé-TR-1 - Fase Parâmetros Fase 51 (Pickup) 3 (30A) 51 (Curva NI) 1 50 25 (250A) TX Inrush TIME IN SECONDS 0.01 0.5 1 10 100 1K 10K Trafos 138 / 13,8 kv (Fase).tcc Ref. Voltage: 138000V Current in Amps x Figura 6 - Curvas de Tempo-Corrente das Proteções de Fase dos Transformadores 138/13,8 kv 21

Na figura 7, com as curvas referentes à entrada e os transformadores, aparecem as curvas de proteção dos relés dos transformadores, a curva de proteção do relé da entrada e a curva de recozimento dos condutores. Sendo que a curva de proteção do relé da entrada deve estar acima das curvas de proteção dos relés dos transformadores, para que não haja operação indevida da proteção geral, que também é uma proteção de retaguarda dos transformadores, e abaixo da curva de recozimento dos condutores, para proteger os transformadores de os cabos em caso de falhas. Os ajustes foram feitos de modo que haja discriminação dos defeitos, onde o relé mais próximo da falha é ajustado para atuar em um tempo mais curto, isolando o defeito e permitindo que o restante do circuito continue em funcionamento. Já o relé da proteção geral, é ajustado para atuar em um tempo mais longo, para assegurar que, em caso de falha da proteção específica dos transformadores, haja a interrupção geral do circuito em caso de defeito. 22

CURRENT IN AMPERES 1000 Cabo-Entrada Relé-Entrada - Fase Relé-TR-1 - Fase Relé-TR-2 - Fase 100 Relé-Entrada - Fase Parâmetros Fase 51 (Pickup) 3 (60A) 51 (Curva NI) 1.4 50 25 (500A) 10 Cabo-Entrada 1 0.10 Relé-TR-1 - Fase Parâmetros Fase 51 (Pickup) 3 (30A) 51 (Curva NI) 1 50 25 (250A) Relé-TR-2 - Fase Parâmetros Fase 51 (Pickup) 3 (30A) 51 (Curva NI) 1 50 25 (250A) TIME IN SECONDS 0.01 0.5 1 10 100 1K 10K Entrada 138 kv (Fase).tcc Ref. Voltage: 138000V Current in Amps x 1 Figura 7 - Curvas de Tempo-Corrente das Proteções de Fase da Entrada 138 kv Na figura 8 é mostrada a seletividade das proteções dos motores com as proteções dos transformadores. Sendo que a curva de proteção do relé do transformador deve estar acima da curva de proteção do relé do motor que ele alimenta. 23

CURRENT IN AMPERES 1000 Relé-TR-1 - Fase Relé-Motor A1 - Fase 100 10 1 0.10 Relé-TR-1 - Fase Parâmetros Fase 51 (Pickup) 3 (30A) 51 (Curva NI) 1 50 25 (250A) Relé-Motor A1 - Fase Parâmetros Fase 51 (Pickup) 3 (60A) 51 (Curva NI) 2.0 50 20 (400A) TIME IN SECONDS 0.01 0.5 1 10 100 1K 10K Trafos e Motores (Fase).tcc Ref. Voltage: 13800V Current in Amps x 1 Figura 8 - Curvas de Tempo-Corrente das Proteções de Fase dos Motores e do Transformador Na figura 9, com as curvas referentes às proteções de neutro, aparecem as curvas de proteção dos relés dos motores, as curvas de proteção dos relés do primário e do secundário dos transformadores e as curvas do relé de entrada. 24

CURRENT IN AMPERES 1000 Relé TR-1_Neutro(Sec) Relé TR-2_Neutro(Sec) Relé-Motor A1 - Neutro 100 Relé-Entrada - Neutro Parâmetros Neutro 50N 3 (60A) 10 1 0.10 Relé-Motor A1 - Neutro Parâmetros Neutro 51N (Pickup) 0.5 (10A) 51N (Curva NI) 0.2 50N 2 (40A) Relé TR-1_Neutro(Sec) Parâmetros Neutro 51N (Pickup) 3 (30A) 51N (Curva NI) 0.1 Relé-TR-1 - Neutro Parâmetros Neutro 50N 3 (30A) Relé-TR-2 - Neutro Parâmetros Neutro 50N 3 (30A) TIME IN SECONDS Relé TR-2_Neutro(Sec) Parâmetros Neutro 51N (Pickup) 3 (30A) 51N (Curva NI) 0.1 0.01 0.5 1 10 100 1K 10K Geral (Neutro).tcc Ref. Voltage: 13800V Current in Amps x 1 Figura 9 - Curvas de Tempo-Corrente das Proteções de Neutro Gerais 25

CONCLUSÃO Com este trabalho foi possível alcançar os objetivos iniciais de apresentar o resultado dos cálculos de correntes de falha, a obtenção dos parâmetros de relés de proteção de sobrecorrente e a análise gráfica da aplicação destes parâmetros. Com uma interface dinâmica, o software permitiu agilidade para inserir os dados e pode-se concluir que se houver qualquer alteração no sistema, situação comum nas empresas, os resultados podem ser facilmente obtidos. No curso estudamos a teoria dos sistemas elétricos e esse trabalho possibilitou ter uma visão prática dos conhecimentos adquiridos, o que facilitará quando na vida profissional houver situações onde seja necessário que seja feito um estudo deste tipo. O sistema modelado e estudado é um sistema com pouca complexidade, mas serve como base para o entendimento das características básicas para obter um estudo de seletividade das proteções de sobrecorrente e o conhecimento adquirido pode ser aplicado para o estudo de sistemas complexos. 26

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] RONCOLATTO, Ronaldo Antônio, Proteção de Redes Aéreas de Distribuição - Sobrecorrente, CPFL, Versão 1.2, 2006. [2] ALMEIDA, Marcos A. Dias de, Apostila de Proteção de Sistemas Elétricos, UFRN, 2000. [3] MARDEGAN, Cláudio, Capítulo IX e X - Proteção dos transformadores, Revista O Setor Elétrico, 2010. [4] MARDEGAN, Cláudio, Capítulo VIII - Proteção de Motores, Revista O Setor Elétrico, 2010. 27

ANEXO I 28

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