curso filosofia da proteção
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INTRODUÇÃO A
FILOSOFIA DA PROTEÇÃO[TRANSMISSÃO]
Outubro/2013
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Introdução a Filosofia da Proteção
1- Introdução• Valores em PU• Componentes Simétricas• Circuitos Equivalentes•
Tópicos deste curso:
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
• TC´s e TP´s2- Proteção de Linhas de Transmissão3- Proteção de Barras4- Proteção de Transformadores5- Proteção de Geradores
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Introdução a Filosofia da Proteção
1- Introdução•Valores em PU
Introdução
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
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Introdução a Filosofia da Proteção
EXEMPLO:
Introdução
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Introdução a Filosofia da Proteção
Diagrama de impedâncias
Introdução
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Introdução a Filosofia da Proteção
Considerando a tensão na barra dos motores = 13 [kV] ,com cada motor consumindo 10 [MVA] e fp=0,9 (ind),determinar a tensão nos terminais do gerador.
Introdução
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Consiste na decomposição de um sistema desequilibrado deN fases em N sistemas de fasores equilibrados.
• Componentes Simétricas
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,
em 3 sistemas equilibrados de sequência positiva, negativa ezero, de forma que a soma dos vetores correspondentes decada fase resulta no valor da grandeza daquela fase.
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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Introdução
Observações:
Para um circuito trifásico equilibrado, a soma das correntes de linha =0, logo:
Para um desbalanço para a terra:
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Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Sabemos que:
Num sistema equilibrado:
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Quando num sistema trifásico existe qualquer desbalanço,com ou sem terra, aparecem componentes de sequêncianegativa.
CONCLUSÃO
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uan o num s stema tr s co ex ste es a anço para terra,aparecem componentes de sequência zero.
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
São utilizados para representar o comportamento de umsistema elétrico ou parte dele. Estes circuitos são
representações monofásicas de circuitos trifásicos.
Exemplo:Dado o diagrama unifilar abaixo, seguem os circuitos
•Circuitos Equivalentes
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equivalentes de sequência positiva, negativa e zero.
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Diagrama de Seqüência Positiva
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Diagrama de Seqüência Negativa
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Diagrama de Seqüência Zero
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Introdução a Filosofia da Proteção
Uma corrente de curto-circuito é composta por duas parcelas,
uma componente senoidal AC e outra unidirecional eamortecida conhecida como componente contínua DC.
Introdução
• Cálculo de curto-circuito
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Introdução a Filosofia da Proteção
Simetria da corrente de curto-circuito
Introdução
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Simétrica Assimétrica
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Depende do instante em que estava a tensão antes da
ocorrência da falta e do valor de X/R do circuito em análise.
Fator de assimetria
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ou
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
No instante da ocorrência de uma falta, existe a componente DC, o queprovoca um pico inicial na corrente de curto-circuito, e sua duração pode levarem torno de 150 [ms], dependendo do valor de X/R do sistema, este primeiroperíodo é chamado de período Subtransitório.Após o período Subtransitório, a componente DC se extingue, e a corrente decurto-circuito torna-se simétrica, este período é chamado de períodotransitório.
Períodos das correntes de curto-circuito
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Curto-circuito Trifásico
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Sequência positiva
Sequência negativa
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Corrente de curto-circuito trifásica
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Considerando curto-circuito na fase A:Va=0 ; Ib=Ic=0
Curto-circuito Fase-terra
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Considerando curto-circuito nas fases B eC:
Vb=Vc; Ia=0; Ib=-Ic
Curto-circuito Bifásico
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Calcular as correntes de curto-circuito trifásica, fase-terra ebifásica nas barras B e D
Exemplo de cálculo de curto-circuito
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TRANSFORMADORES DE CORRENTE
•TC´s e TP´s
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TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Finalidades do TC:
• Fornecer do seu secundário uma corrente proporcional àdo primário e de dimensões adequadas para serem
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
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usadas pelos sistemas de controle, medição e proteção.• Isolar os equipamentos de controle, medição e proteçãodo circuito de AT.
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Princípio de funcionamento:
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Polaridade:
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
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Relação de transformação – RTC
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Características nominais:
• Corrente nominal e relação nominal;• Nível de isolamento;• Freqüência nominal;• Carga nominal;
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
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• Classe de exatidão;• Fator de sobrecorrente nominal;• Corrente térmica nominal;• Corrente dinâmica nominal.
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
Tensão de joelho – “knee point”
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
Burden
Calculado para o maior enrolamento.TC C400, com relações 2000/1000/500-5 -5 ABurden nominal = 400/(20 x 5) = 4 ΩKnee point = 0,5 x 400 = 200 [V]
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Para o enrolamento 1000/5:Burden = 4 x (1000/2000) = 2 Ω
I t d ã Fil fi d P t ã
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
Curva de saturação
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Introdução a Filosofia da Proteção
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
Critérios de dimensionamento:
Critério I – a corrente primária do TC deve ser superior a 50% dacorrente nominal do circuito a ser protegido.
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Critério II – a máxima corrente de curto-circuito não deve ser superiora 20 vezes o valor da corrente primária do TC.1
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
Critério III – durante a operação do TC, não deve ser excedidoo valor de sua tensão de saturação (tensão de joelho).
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
Critérios de dimensionamento:
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Introdução a Filosofia da Proteção I t d ã
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TC
Saturação
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
TRANSFORMADORES DE CORRENTE – TCDistorção na corrente secundária devido à saturação
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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ç ç Introdução
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL – TP
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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ç ç Introdução
Tensão primária nominal e relação nominal;• Nível de isolamento;• Freqüência nominal;•
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL – TP
Características:
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• Classe de exatidão;• Potência térmica nominal;• Fator de sobretensão.
Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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Introdução
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL – TP
Classe de exatidão
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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ç
TRANSFORMADORES DE POTENCIAL – TP
Fator de sobretensão – conforme o grupo de ligação o tempopermitido.
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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TRANSFORMADORES DE POTENCIAL – TP
Potência térmica nominal – máxima potência VA que o TPpode fornecer em regime permanente sem exceder os limitesde elevação de temperatura especificados pela sua isolação.
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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TRANSFORMADORES DE POTENCIAL – TP
Identificação dos terminais
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Introdução a Filosofia da Proteção Introdução
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TRANSFORMADORES DE POTENCIAL – TP
Identificação dos terminais
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Linhas de Transmissão
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2- Proteção de Linhas de Transmissão
Proteção Principal: Detecta uma anormalidade para a qual foi concebida,no componente protegido, contemplando requisitos de seletividade,confiabilidade e de velocidade.
Proteção Alternada: Dependendo da importância do componente a serprotegido, a Proteção Principal é duplicada e então chamada de ProteçãoAlternada.
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Proteção de Retaguarda: Tem a finalidade de ser a segunda ou terceiraproteção a detectar uma mesma anormalidade em um dado componente doSistema de potência, atuando o respectivo disjuntor quando da falha daProteção Principal. Utiliza temporização intencional para que se aguarde a
atuação da Proteção Principal. É chamada de Proteção de Retaguarda Localquando instalada no mesmo local da Proteção Principal, ou pode estar instaladaem um outro componente adjacente à aquele original e ser chamada deProteção de Retaguarda Remota.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Linhas de Transmissão
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•Função de Seqüência Negativa – 46
•Função Direcional de Sobrecorrente – 67/67N•Função de Sobretensão – 59•Função de Subtensão – 27•Função de Distância – 21
Funções de Proteção:
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•Função Diferencial de Linha – 87L
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-Desbalanço de corrente = I2
Devido a:• Fase aberta;• Duas fases abertas;
•Função de Seqüência Negativa – 46
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•
• Curto-circuito fase-terra;• Curto-circuito bifásico;• Curto-circuito bifásico-terra.
Utilizada onde há dificuldade de detectar o curto-circuito:
• Linhas longas => Icc se aproxima da corrente de carga;Onde as funções de sobrecorrente e de distância têm dificuldade dedetectar a falta.
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Sugestão de ajuste
O desbalanço máximo se dá quando há a abertura de uma das fases.
Supondo a falta da fase A => Ia=0 ; Ib=-Ic
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Ajustar o valor de seqüência negativa entre 10% e 40%
Esta temporização tem que ser maior que o tempo morto do religamentomonopolar da linha.Geralmente de 2 a 5 [s], atende.
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Geralmente como função de retaguarda em proteção de LT para faltasentre fases e fase-terra.
Intensidade de corrente e direcionalidade.Depende de tensão de polarização.
Atua uando duas condi ões são atendidas:
•Função Direcional de Sobrecorrente – 67/67N
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- Intensidade da corrente superar um limite pré-estabelecido- Sentido da corrente atender o sentido pré-estabelecido
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Linhas de Transmissão
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Tem a finalidade de detectar valores de tensões superiores aos valoresdesejáveis durante a operação do sistema.
Tem como referência a tensão de linha que é feita pela conexão dos
secundários dos TP´s ao relé.
Ajusta-se um valor de sobretensão que servirá de disparo deSobretensão, que poderá ser temporizado ou instantâneo.
•Função de Sobretensão – 59
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Geralmente a caracterísitca de tempo de atuação destafunção é de tempo definido.
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Sugestão de ajuste
- Elemento de sobretensão trifásica temporizada: Ajustes entre 1,16 pu a1,20 pu da tensão nominal de operação, com temporização em tempodefinido de 2,0 a 3,0 [s].
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- Elemento de sobretensão trifásica instantânea: Ajustes entre 1,20 pu a 1,25pu da tensão nominal de operação.
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Esta função tem a finalidade de detectar valores de tensões inferiores aosvalores desejáveis durante a operação do sistema.
Tem como referência a tensão de linha que é feita pela conexão dossecundários dos TP´s ao relé.
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•Função de Subtensão – 27
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,poderá ser temporizado ou instantâneo.
Sugestão de ajuste
- Elemento de subtensão trifásica instantânea: Ajustes entre 0,20 pu a 0,30pu da tensão nominal de operação.
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O princípio básico de funcionamento da proteção de distância envolve adivisão da tensão vista pelo relé pelo valor da corrente. A impedância aparenteentão calculada é comparada com a impedância do ponto de alcance ajustada
no relé. Se o valor da impedância é menos que o ponto de alcance, entãoconsidera-se que existe uma falta na linha entre o relé e o ponto de alcance.Para seu perfeito funcionamento, a função deverá receber informações deTP´s e TC´s.
•Função de Distância - 21
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Uma LT tem característica indutiva, portanto, quando da ocorrência de umcurto-circuito, as correntes estão sempre atrasadas com relação à tensão.
Curto-circuito a trás do relé, o mesmoenxergará impedâncias negativas
Curto-circuito à frente do relé, o mesmoenxergará impedâncias positivas
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A impedância de uma linha de transmissão tem ângulo característico entre
65 e 88 graus.
O relé atuará quando a impedância de curto-circuito Zcc estiver dentro da faixado Zajustado.
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A proteção de distância deverá ser sensível para ângulos indutivos acentuados(curto-circuito à frente) e não sensível para ângulos indutivos pequenos(cargas indutivas).
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Resistência de arco, resistência de pé de torre e resistências de contato.
A proteção de distância deverá levar em consideração a resistência de falta,ser sensível tanto para o ângulo da linha quanto para ângulos que considerema resistência de falta, porém para não alcançar a impedância da carga.
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Características da proteção de distância:
• Característica circular;• Característica Mho;• Característica Offset Mho ( Mho deslocado);
• Característica Lenticular;• Característica Quadrilateral.
Características circular:
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Característica Mho:
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Direcionalidade
Menor sensibilidade para o ângulo de cargaÂngulo ɸ é conhecido por RCA – ângulo característico do relé
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Característica Offset-Mho (Mho deslocado):
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Parte da atuação é reversa.É exigido um elemento direcional adicional.É utilizada para cobrir ocorrências próximas ao relé, onde a tensão pode cair azero ou próximo de zero.Para R=0 e X=0, tem maior discriminação da direção do curto-circuito o quepoderia ser um problema para a característica Mho.
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Característica Lenticular:
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Reduz ainda mais a sensibilidade de atuações indevidas para cargas dosistema.As variáveis a e b são ajustáveis permitindo ajustar de modo a proporcionar amáxima cobertura para faltas resistivas e ainda não operar sob condições demáxima transmissão de carga.
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Característica Quadrilateral:
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Formas poligonais, alcance à frente, e ajustes de alcance resistivo que sãoajustados independentemente, proposcionando m elhor cobertura resistivapara linhas curtas.
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Característica Mho:Conceitos:Para qualquer ponto na circunferência, o ângulo entre Zaj-Zmed^Zmed ésempre 90˚. A função operará para qualquer Zmed onde o ângulo entreZaj-Zmed^Zmed seja inferior a 90˚.O ângulo Zaj dever ser ajustado próximo ao ângulo da LT, tendo maiorsensibilidade para ângulos de curto-circuito e menos sensibilidade paraângulos de cargas.
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Polarização:
Quando a falta acontece próximo ao terminal onde o relé está isntalado, atensão enxergada pelo TP pode ir a zero, perdendo-se a referência.Para isto, tem-se algumas alternativas de polarização:
• Polarização Dual – Soma da própria tensão com as tensões das fasessãs;
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• Polarização cruzada ou 90˚ - Uso das tensões das fases sãs;
• Polarização por seqüência positiva – Para qualquer falta, exceto atrifásica metálica, próxima, deverá haver tensão de seqüência positiva;
• Memória de tensão – Utilizada quando as anteriores não enxergam a
falta trifásica metálica, próxima ao terminal do relé.Geralmente utiliza-se esta polarização em conjunto com uma dasanteriores.
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Zonas de Alcance:
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Ajustes das Zonas de Alcance:Z1: 80% a 85 % da impedância da LT.
Deve ser ajustado de maneira instantânea.
Z2: Pelo menos 120% da impedância da LT.Em alguns casos, se ajusta a Z2 abrangendo a LT protegida mais 50% daLT adjacente mais curta, assegurando que o alcance máximo da Z2 nãoultrapasse o alcance mínimo da Z1 da LT adjacente.
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Deve ter um atraso que permita seletividade com o relé principal aplicado
aos curtos adjacentes que caem dentro do alcance da Z2, obtendo-seassim uma cobertura completa de uma seção da linha, com uma rápidaeliminação de faltas nos prinmeiros 80%-85% da LT e um pouco mais lentapara o restante da LT.Geralmente 0,5 [s].
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Ajustes das Zonas de Alcance:Z3: O alcance deverá ser 1,2 vezes a impedância de falta vista pelo relé no
final da LT, próximo ao terminal remoto.O atraso deverá rpomover a seletividade da Z2 mais o tempo de atuação
do disjuntor para a linha adjacente.Geralmente 1 [s] ou mais.
Alcance Reverso: Uma zona reversa (Z4) poderá ser utilizada como proteção
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
alternativa para a barra local.
Ajusta-se o alcance reverso com 25% do alcance de Z1.O atraso deverá ter seletividade com a proteção de barras.Geralmente 2 [s] ou mais, até 3[s].
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•Função SOTF (Switch on to fault) - Fechamento sob falta –50/27
O fechamento de um disjuntor pode inadvertidamente levar a um curto-circuitotrifásico metálico, por exemplo, quando um aterramento de linha feito quando deuma manutenção, não é removido.Esta Função proporciona uma atuação durante um intervalo de tempo ajustável
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após o fechamento manual do respectivo disjuntor. Não deve haver tensão na LT
antes do fechamento manual (supervisionado pela função 27).
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Função STUB BusQuando, numa configuração disjuntor e meio, a seccionadora de linha estáaberta com pelo menos um disjuntor do terminal fechado, há possibilidade deocorrer um curto-circuito entre o(s) disjuntor(es) e a seccionadora de linha.
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A proteção de linha deve ter a informação de seccionadora aberta (deve havercablagem para tanto, para uma entrada digital da proteção).A proteção STUB é proporcionada por uma função de sobrecorrente (50-STUB) que atua instantaneamente para o curto e desliga o(s) disjuntor(es)quando a seccionadora está aberta.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Linhas de Transmissão
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•Função Oscilação de Potência -78
Não é exatamente uma função de proteção mas sim uma função sistêmica.
A oscilação de potência entre dois centros geradore em decorrência deseveras variações de carga ou condição de operação ou curto-circuito, podefazer com ue a im edância medida ela rote ão de distância entre na zona
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
de atuação da mesma.
A função 78 mede o tempo que o vetor impedância medido pela proteção levapara cruzar duas características.Se o tempo medido for superior a um valor pré-determinado (odem de ms) afunção pode bloquear o trip da proteção.Este tempo é muito superior ao de um curto-circuito, que é quase instantâneo.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Linhas de Transmissão
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•Função Oscilação de Potência -78
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Linhas de Transmissão
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Função Diferencial de Linha – 87LRequisitos:• Considerar os erros de precisão dos TC´s;• Manter estabilidade para curto-circuitos externos à área protegida;
• Compensar a diferença de tempo de transmissão de sinal de umaextremidade a outra;
• Manter a sensibilidade da proteção, não atuando para energização de linhas
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
,• Ter rápida atuação para curto-circuitos internos, mesmo para os de baixa
corrente.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Linhas de Transmissão
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Função Diferencial de Linha – Exemplo de característica
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Linhas de Transmissão
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Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
Configuração de Barras e Zonas de Proteção:
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Configuração de Barras e Zonas de Proteção:
• Barra Simples
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
• Barra Simples com seccionamento
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• Barra Simples com seccionamento
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
• Barra Simples com disjuntor de seccionamento
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• Barra Simples com disjuntor de seccionamento
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
• Barra Dupla com seccionamento de barras e dois disjuntores de
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a a up a co secc o a e to de ba as e do s d sju to es deacoplamento
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
• Esquema com dois disjuntores por circuito
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q j p
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
Conceito de Zona de Proteção
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Numa proteção diferencial, denomina-se zona de proteção (Bus Zone) todaregião do barramento delimitada por medição de corrente (TCs), cuja somaé zero em condições normais de carga ou curto-circuito externo.
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
Conceito de Check Zone
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Numa proteção diferencial, denomina-se check zone uma zona que abrangetodo o barramento da SE independente da existência de disjuntor deacoplamento de barras ou entre barras.
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
Proteção Diferencial do Tipo Percentual
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Princípio de Kirchhoff:Somatório das correntes que entram na
barra é igual ao somatório das correntesque saem da barra.
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Característica da Proteção
Diferencial do Tipo Percentual
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
Critérios práticos de ajuste:
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Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Barras
20000
Proteção Diferencial de Barras
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10000
12000
14000
16000
18000
d i f ( A )
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0
2000
4000
6000
8000
0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000
I
I bias (A)
Tripping k2 Tripping kCZ Area 3 Area 4 ID>1 IDCZ ID>2
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
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3- Proteção de Transformadores
Funções de Proteção:
•Função Diferencial - 87•Função de Sobrecorrente – 50/51 – 50/51N•Função de Seqüência Negativa – 46
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• unç o e o re ens o –•Função de Sobrecarga Térmica - 49
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
F ã Dif i l 87 P i í i d F i t
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•Função Diferencial – 87 – Princípio de Funcionamento
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Função Diferencial Percentual
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
ERRO DE TC´S
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Objetoprotegido
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Operação Normal:
Assumindo: RTC 1:1
Falta externa, assumindo:
Como o ajuste da corrente diferencial para aplicações usuaisé feito abaixo da corrente nominal, pode haver trip indevidono caso de faltas externas com altas correntes.Sendo assim, há necessidade de uma característica restritiva.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Corrente de magnetização Inrush
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Corrente de magnetização – Inrush
É um fenômeno transitório para acomodação do campo magnético no núcleodo transformador, da condição estável “antes” para a condição estável “depois”.Podé-se considerar duas causas para o Inrush:
• O aparecimento da componente DC devido ao chaveamento de circuitoindutivo (chaveamento quando a tensão é maior que zero) e
• Existência de fluxo remanente no núcleo do transformador
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Sobrefluxo no núcleo devido a sobretensão
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Sobrefluxo no núcleo devido a sobretensão
Um transformador de potência, pode, por motivos operacionais, ser submetidoa uma sobretensão (mudança de TAP, por exemplo).Neste momento, haverá uma saturação do seu núcleo e a corrente de magnetiza-
ção elevada terá primordialmente componentes de 3ª. e 5ª. Harmônicas.Para isto, os relés digitais têm filtros de 5ª. Harmônica para restrição em condiçãode sobrefluxo.
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
CARACTERÍSTICA DE TRIPACOMODAÇÃO DA CURVA DIFERENCIAL
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A característica de trip deverá acomodar a corrente de magnetização, o erro dosTC´s e a variação de TP.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
CORRENTE DE SEQ. ZERO
Grupo vetorial: Dy5 , Relação:
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seqüência
positiva
seqüência
negativa
seqüência zero
Nenhum problema paraProteção diferencial
Nenhum problema para
Proteção diferencial
Necessário eliminarcorrente de seq. zero
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Utilização de “filtro” se seqüência zero.
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Utilização de filtro se seqüência zero.
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Ajustes básicos da função diferencial de transformador
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justes bás cos da u ção d e e c a de t a s o ado
• Corrente diferencial mínima.Levar em consideração:a) Diferenças resultantes de relações de TC´s
b) Erros de precisão de TC´sc) Diferença inctroduzida pelo comutador de taps do transformador, em suaposição extrema de operação com relação ao tap médio.
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.• Slope.
Levar em consideração:a) Erros de precisão de TC´sb) Diferença inctroduzida pelo comutador de taps do transformador, em sua
posição extrema de operação com relação ao tap médio.c) Saturação de TC´s
Para o slope 1, recomenda-se ajustar entre 20% e 30%Para o slope 2, recomenda-se ajustar entre 30% e 50%
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Função de Sobrecorrente – 50/51 – 50/51N
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çDois tipos de corrente a detectar:- Correntes de fase superiores a corrente de carga, decorrente de curto-circuitos.- Correntes de terra decorrentes de curtos-circuitos a terra.
Conexão dos TC´s:
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Ajustes básicos da função sobrecorrente de fase lado AT
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Função de retaguarda para curtos-circuitos entre fases nos alimentadores dotransformador e proteção de rataguarda para curtos-circuitos internos quandoda eventual falha da proteção diferencial. Não pode atuar em condição de
Sobrecarga do transformador.
Função 51
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- = ,ventilação forçada.
Curva = tempo inversoTemporização = tempo >= 0,7 [s] para a maior corrente de fase de curto-circuito
no lado de BT, seja trifásico ou fase-terra, afim de coordenar comas proteções das saídas dos circuitos alimentadores.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Função 50
-
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Critérios para o Pick-up:• Deve ser superior à maior corrente de fase que pode ocorrer em condição de
curto-circuito no lado BT, seja do tipo trifásico ou fase-terra, com margem de
100%.• Deve ser superior a pelo menos 3 ou 4 vezes a corrente nominal do transformadorprevenindo a atuação por Inrush.
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- ,margem de segurança limitada em 100%.
Comentário: Esta função de proteção é de retaguarda em tem sido recomendadoo seu bloqueio pelas concessionárias.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Função 51N
Critérios para o Pick-up:• Deve ser o mínimo possível porém superior a corrente residual (3xIo) calculada
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• Deve ser o mínimo possível, porém superior a corrente residual (3xIo) calculadapara o desbalanço normal do transformador em condição de carga máxima.
Curva = Tempo inverso.Tempo = temporização => 0,7 [s] para a mior corrente de terra (3xIo) que pode
ocorrer em condição de curto-circuito à terra no lado de BT.
Função 50N
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Critérios para Pick-up:• Deve ser superior a corrente de terra que pode ocorrer em condição de curto-
-circuito no lado BT, com margem de segurança de 100%.• Deve se superior a pelo menos 4 vezes a corrente nominal, prevenindo a atuação
por Inrush.
• Deve ter ensibilidade para detectar curto-circuito a terra no lado de AT dotransformador (bucha), com margem limitada a pelo menos 100%.
Comentário: Esta função de proteção é de retaguarda em tem sido recomendadoo seu bloqueio pelas concessionárias.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Ajustes básicos da função sobrecorrente de fase lado BT
F ã 51
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Função 51
Critério para Pick-up:
• Deve ser >= a 50% acima da corrente nominal de carga do transformadorcom ventilação forçadaCurva = tempo inverso
= =
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ocorrer em condição de curto-circuito na BT, seja trifásico ou fase-terra.
Função 50
Esta função deve ser bloqueada.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Função 51N
C ité i Pi k
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Critério para Pick-up:• Deve ser superior ao desbalanço em carga que pode ocorrer para oconjunto de alimentadores supridos pelo transformador e pode chegar até
25% da carga do transformador.Curva = tempo inversoTempo = temporização >= a 0,5 [s] para a maior corrente de terra que pode
- -
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Deve coordenar com correntes de curto-circuito a terra (3xIo) no
alimentador, para falta próxima ao primeiro religador ou elo fusível após asaída do alimentador.
Função 50N
Esta função deve ser bloqueada.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Função de Seqüência Negativa - 46
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Tem a finalidade de detectar desbalanços no transformador traduzido peloaparecimento de componente de seqüência negativa na corrente. O surgimento deseqüência negativa I2 pode ser causada por:
• Uma fase aberta;• Duas fases abertas;• Carga desequilibrada;
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- -• Curto-circuito bifásico e
• Curto-circuito bifásico-terra
Sugestão de ajuste:
Permitir de 10% a 40% de corrente se seqüência negativa, com tempo de até
4 [s].
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Função de Sobretensão - 59T fi lid d d d di õ d ã i l
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Tem a finalidade de detectar condições de tensão superiores aos valoresnormalmente aceitos pela Operação do Sistema ou Equipamento.Há atuação quando se atinge o nível de tensão ajustado e há a desatuação
quando a tensão volta à condição normal.
Relação “pick-up/drop-out” = (tensão de atuação-tensão de desatuação)*100%
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Em geral, esta função é ajustada para atuar em torno de 20% acima da nominal
de operação do sistema, no ponto de aplicação.Sua temporização é ajustada, dependendo da empresa operadora, entre1,0 a 4,0 [s].
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Função de sobrecarga térmica - 49Q l i t i t l ã ã i t t t
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Qualquer equipamento ou instalação não se aquece instantaneamente emfunção de carga excessiva. Para um degrau de corrente, para mais, a temperaturadesse componente variará exponencialmente em função da sua constante de
tempo de aquecimento.
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
Exemplo MiCOM P122 e P123Característica térmica do equipamento:
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Característica térmica do equipamento:
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Transformadores
O relé utiliza a seguinte fórmula matemática para atuação:
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
4- Proteção de Geradores
F õ d P t ã
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Funções de Proteção:
•Função corrente de seqüência negativa – 46
•Função direcional de potência – 32•Função de freqüência – 81•Função de sobre-excitação – 24
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• unç o e so recorren e e so recorren e com res r ç o e ens o -51/51V
•Função de perda de campo – 40•Função de sobrecarga – 49S
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
•Função corrente de seqüência negativa – 46
Correntes de seqüência negativa são responsáveis por produzir um campogirante no sentido contrário e induzir correntes de freqüência dobrada not d i t t t bé
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rotor, provocando um severo aquecimento no rotor e também nosenrolamentos amortecedores.As causas do desequilíbrio de corrente podem ser de diversas naturezas tais
como: cargas desequilibradas, assimetrias por não transposição de linhas,falta de fase e ainda faltas desequilibradas.
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
Limite térmico:
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
•Função direcional de potência – 32
Tem como objetivo evitar a inversão do fluxo de potência ativa, ou seja, quel fl d i t d ã t á i l d
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ele flua do sistema para o gerador e não ao contrário como ele deve ser.A potência ativa necessária para motorizar é função da carga e das perdas damáquina primária. Esta proteção não visa o gerador mas sim a turbina.
Alguns dos efeitos da motorização de geradores:• Aquecimento do rotor na turbina a vapor;• Cavitação na trubina hidráulica e
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• Incendiar o óleo não queimado no motor diesel.
Nos relés MiCOM, a potência ativa é calculada através da fórmula:
Apenas a potência ativa na fase A é medida:
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
Para ajuste desta função, é necessário verificar a documentação do
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fabricante da turbina:
Alguns ajustes são sugeridos abaixo:
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
A temporização irá depender do projeto da máquina primária.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
•Função de proteção de freqüência – 81
Os geradores podem ser submetidos à sub e sobreferqüência nasrespectivas situações:
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respectivas situações:- Sobrecarga, abertura de disjuntor da subestação, perdas de unidadesgeradoras;
- Rejeição de carga, desligamento de disjuntores por falta no lado da carga.
Quando há um desligamento brusco total ou parcial da carga, o gerador deixa
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de “entregar” potência à carga e então transforma esta energia em energiacinética, levando ao disparo da máquina e conseqüente sobrefreqüência.
De modo inverso, se há uma sobrecarga o gerador tende a frear, levando-o auma sub-freqüência. Nesta condição há um aumento da corrente econseqüente aumento na temperatura do gerador.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
Limites de operação para sub e sobrefreqüência
Exemplo de turbina a vapor:
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
•Função de proteção de Sobre-excitação - 24
Esta função visa proteger o gerador contra níveis excessivos de fluxomagnético
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magnético.
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Monitorando a relação V/Hz é possível obter um bom indicador deaquecimento, visto que as perdas por histerese e Foucault são proporcionaisao fluxo.
•Função de sobrecorrente e sobrecorrente com restrição de tensão –
51/51V
A função 51 sempre deve ser ajustada seguindo o seguinte critério:
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
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A função 51 sempre deve ser ajustada, seguindo o seguinte critério:Tempo definidoPick-up de 1,20 In a 1,30 In
Tempo de cerca de 5 [s].
A função 51V (restrição ou controle de tensão) é aplicada a geradores com
Schneider Electric – Advanced Services – Outubro 2013
capacidade acima de 1000 [kW].
Controle de Tensão Restrição de Tensão
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
•Função de perda de campo - 40
Utiliza-se a característica de impedância no plano R-X.
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Caso haja um deslocamento do círculo para a esquerda, será ajustado deforma que qualquer impedãncia medida seja comparada com o módulo do
valor de X’d, sendo maior o sinal de perda de campo.Há necessidade de temporizar coordenando com a função 32.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Geradores
•Função de sobrecarga térmica – 49S
Tal como em um transformador, o gerador não se aquece instantaneamente emf ã d i P d d i
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função de carga excessiva. Para um degrau de corrente, para mais, a temperaturadesse componente variará exponencialmente em função da sua constante de
tempo de aquecimento.
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Banco de Capacitores
5- Proteção de Banco de Capacitores
Três tipos de projeto de Banco de Capacitores:
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Três tipos de projeto de Banco de Capacitores:• Capacitores de potência com fusível externo;• Capacitores de potência com fusível interno e• Capacitores de potência sem fusível.
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aspectos:
• Falha individual de cada capacitor;• Rompimento ou falha do fusível;• Curto-circuitos na caixa ou na estrutura do banco de capacitores e• Corrente de InRush devido ao chaveamento do BC.
Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Banco de Capacitores
•Capacitores de potência com fusível externo
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Banco de Capacitores
•Capacitores de potência com fusível interno
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Banco de Capacitores
•Capacitores de potência sem fusível
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Banco de Capacitores
•Banco de Capacitores ligado em estrela aterrada
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Banco de Capacitores
•Banco de Capacitores ligado em delta
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Banco de Capacitores
•Banco de Capacitores ligado em dupla estrela
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Introdução a Filosofia da Proteção Proteção de Banco de Capacitores
Banco de Capacitores ligado em dupla estrela
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Introdução a Filosofia da Proteção
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MUITO OBRIGADO
.
Aristóteles
Sérgio R. Longhi