tese_vfinal

Joo Alberto Lopes Marques

COORDENAO E OTIMIZAO

DE PROTEES NUMA

COGERAO.

Dissertao apresentada para cumprimento dos requisitos necessrios obteno do grau de Mestre em Engenharia Eletrotcnica e Computadores realizada sob orientao cientficado Prof Mestre Carlos Manuel Fortunato

Maro 2015

ii

Dedicatria

Dedico esta tese especialmente minha filha, Patrcia Marques, pela compreenso que ela

manifestou e pelo tempo que a ela no pude disponibilizar para a ajudar no seu caminho pr-

universitrio.

Tambm no gostaria de esquecer toda a fora que me foi dada por uma pessoa que muito prezo

e a quem devo a minha vida e que sempre me incentivou a este trabalho, a minha me.

iii

Agradecimento

Agradeo ao Professor Carlos Fortunato por todo o apoio e disponibilidade manifestados,

durante o perodo de realizao deste trabalho.

Quero tambm agradecer a toda a minha famlia pelo tempo que no lhes pude dispor e que

mesmo assim sempre me deram um grande apoio.

iv

Resumo

A cogerao foi promovida na Comunidade Europeia (CE), com base na procura til de calor e

devido aos seus potenciais benefcios em termos de poupana de energia primria, assim como

ao aumento no rendimento da produo conjunta de calor e eletricidade.

Assim, ter aplicao em indstrias e consumidores locais que absorvam a totalidade do calor

produzido, sendo por isso unidades de produo descentralizadas e que regra geral iro ficar

ligadas rede pblica de distribuio ou transporte.

Com a ligao rede pblica torna-se necessrio um sistema de protees e contagem que

cumpra com a regulamentao em vigor.

Assim este trabalho assenta no estudo da possibilidade da cogerao trabalhar em ilha em

consequncia da coordenao e otimizao das protees eltricas.

Palavras-chave: Cogerao, curto-circuito, protees

v

Abstract

Cogeneration was promoted in the European Community (CE), based on a useful heat demand

and because of its potential benefits in terms of primary energy savings, and an increase in

income of joint production of heat and electricity.

This will have application in local industries and consumers that absorb all the heat produced, so

it is decentralized production units and generally will be connected to the public distribution or

transportation.

With the public network connection it is necessary to a system of protections and counts that

complies with the regulations.

So this work is based on the study of coordination and optimization of electrical protections of a

cogeneration to the interconnection network.

Key Words: cogeneration, short-circuits, protection

vi

ndice

Dedicatria ................................................................................................................................... ii

Agradecimento ........................................................................................................................... iii

Resumo ....................................................................................................................................... iv

Abstract ........................................................................................................................................ v

ndice ........................................................................................................................................... vi

Lista de figuras ............................................................................................................................ x

Lista de tabelas ......................................................................................................................... xii

Abreviaturas e smbolos ......................................................................................................... xiv

Acrnimos .................................................................................................................................. xv

Captulo 1- Introduo ................................................................................................................ 1

1.1 Objetivo ............................................................................................................................ 1

1.2 Necessidade de cogerao ............................................................................................ 1

1.3 Ligao rede ................................................................................................................. 1

Captulo 2 Cogerao .............................................................................................................. 3

2.1 Aspetos Legais da Cogerao ....................................................................................... 3

2.2 Descrio de Cogerao ................................................................................................ 5

2.2.1 Definio de cogerao .............................................................................................. 5

2.2.2 Benefcios da cogerao ............................................................................................ 5

2.2.3 Aplicaes ................................................................................................................... 6

2.2.4 Caso em estudo ........................................................................................................... 7

Captulo 3 - Regimes de neutro e curto-circuitos .................................................................... 9

3.1 Regimes de Neutro .......................................................................................................... 9

3.1.1 Neutro Isolado ............................................................................................................. 9

3.1.2 Neutro Ligado terra atravs de resistncia ........................................................... 9

3.1.3 Neutro ligado diretamente terra ............................................................................ 10

3.2 Curto-circuitos ............................................................................................................... 11

3.2.1 Definio .................................................................................................................... 11

3.2.2 Clculo das correntes de curto-circuito ................................................................. 11

3.2.2.1 Curto-circuitos trifsicos simtricos ...................................................................... 12

3.2.2.2 Curto-circuitos assimtricos ................................................................................... 17

3.2.2.3 Curto-circuito Fase-Terra ......................................................................................... 19

3.2.2.4 Curto-circuito Fase-Fase .......................................................................................... 20

3.2.2.5 Curto-circuito Fase-Fase-Terra ................................................................................ 22

Captulo 4 Protees.............................................................................................................. 25

vii

4.1 Introduo ...................................................................................................................... 25

4.2 Caratersticas das protees ....................................................................................... 25

4.2.1 Zonas de Proteo .................................................................................................... 25

4.2.2 Fiabilidade .................................................................................................................. 25

4.2.3 Seletividade ............................................................................................................... 26

4.2.4 Sensibilidade ............................................................................................................. 26

4.2.5 Rapidez ....................................................................................................................... 26

4.2.6 Constituio Bsica de um Sistema de Proteo .................................................. 26

4.2.7 Tipos de Rels de Proteo ..................................................................................... 27

4.3 Tipos de Proteo ......................................................................................................... 28

4.3.1 Proteo Diferencial .................................................................................................. 28

4.3.2 Proteo de Distncia ............................................................................................... 29

4.3.3 Proteo de Mximo de Intensidade ....................................................................... 29

4.3.3.1 Protees de Tempo Constante ou Definido ......................................................... 30

4.3.3.2 Proteo Instantnea ................................................................................................ 30

4.3.3.3 Proteo de Tempo Inverso ou Dependente .......................................................... 30

Captulo 5 Seleo e parametrizao das protees ......................................................... 33

5.1 Introduo ...................................................................................................................... 33

5.2 Protees e troos a proteger ..................................................................................... 33

5.2.1 Interligao da subestao de sada da fbrica subestao da rede ............... 33

5.2.1.1 Dados da Instalao .................................................................................................. 34

5.2.1.2 Dimensionamento das funes de proteo.......................................................... 34

5.2.1.2.1 Proteo Diferencial do Cabo .............................................................................. 34

5.2.1.2.2 Proteo Distncia ................................................................................................ 35

5.2.1.2.3 Proteo de Mximo de Intensidade Homopolar ............................................... 36

5.2.1.2.4 Proteo de Mximo de Intensidade ................................................................... 37

5.2.1.2.5 Proteo de Mximo e de Mnimo de Tenso ..................................................... 38

5.2.1.2.6 Proteo de Mximo e de Mnimo de Frequncia .............................................. 38

5.2.2 Interligao da subestao da cogerao subestao de sada da fbrica .... 38



5.2.2.2.1 Proteo Diferencial do Cabo .............................................................................. 39

5.2.2.2.2 Proteo de Mximo de Intensidade Homopolar ............................................... 40


5.2.3 Interbarras da subestao de sada ........................................................................ 42


viii



5.2.4 Transformadores 63/11 kV ....................................................................................... 43



5.2.4.2.1 Proteo Diferencial do Transformador ............................................................. 44

5.2.4.2.2 Proteo Diferencial do Transformador + Proteo Diferencial de Barras + Diferencial de Gerador .............................................................................................................. 45

5.2.4.2.3 Proteo de Mximo de Intensidade, Andar 60 kV ............................................ 46

5.2.4.2.4 Proteo de Mximo de Intensidade Homopolar, Andar 60 kV ........................ 47

5.2.5 Transformador 11/6,3 kV .......................................................................................... 47



5.2.5.2.1 Proteo Diferencial do Transformador ............................................................. 48

5.2.5.2.2 Mximo de Intensidade ......................................................................................... 49

5.2.5.2.3 Mximo de Intensidade Homopolar ..................................................................... 50

5.2.6 Chegadas 6 kV ........................................................................................................... 51





5.2.6.2.3 Mximo e Mnimo de Tenso................................................................................ 53

5.2.7 Transformador Servios Auxiliares ........................................................................ 53





5.2.8 Ventiladores de Ar fresco ......................................................................................... 55





5.2.8.2.3 Proteo de Sequencia Inversa ........................................................................... 58

5.2.8.2.4 Proteo de Sobrecargas ..................................................................................... 58

5.2.8.2.5 Superviso de arranque do motor ....................................................................... 58

5.2.8.2.6 Mximo e Mnimo de tenso de fases ................................................................. 59

5.2.9 Crancking Motor ........................................................................................................ 59

ix





5.2.9.2.3 Proteo de Sequencia Inversa ........................................................................... 62

5.2.9.2.4 Proteo de Sobrecargas ..................................................................................... 62

5.2.9.2.5 Superviso de arranque do motor ....................................................................... 62

5.2.9.2.6 Mximo e Mnimo de tenso de fases ................................................................. 63

5.2.10 Transformadores 6/0.4 kV (lado 6kV) ...................................................................... 63

5.2.10.1 Dados da Instalao .............................................................................................. 64

5.2.10.2 Dimensionamento das funes de proteo ...................................................... 64

5.2.10.2.1 Mximo de Intensidade ..................................................................................... 64

5.2.10.2.2 Mximo de Intensidade Homopolar ................................................................. 65

5.3 Tabelas resumo com parametrizaes ....................................................................... 66

5.4 Concluses .................................................................................................................... 68

Captulo 6 Resultados e concluses.................................................................................... 69

Captulo 7 Referncias Bibliogrficas.................................................................................. 79

ANEXO I esquema unifilar ....................................................................................................... 1

ANEXO II Curto-circuitos trifsicos nos barramentos ......................................................... 3

ANEXO III Curto-circuitos fase terra nos barramentos com visualizao das tenses e

correntes nas fases................................................................................................................... 12

ANEXO IV Curto-circuitos fase terra nos barramentos com visualizao das

componentes simtricas da tenso e corrente ...................................................................... 21

x

Lista de figuras

Fig. 2.1 Comparao Cogerao - Produo separada de energia

Fig. 2.2 Esquema tipo cogerao a gaz com aproveitamento de vapor

Fig. 3.1 Neutro Isolado

Fig. 3.2 Neutro terra atravs de resistncia

Fig. 3.3 Neutro solidamente Terra

Fig. 3.4 Curto-circuito trifsico simtrico no barramento

Fig. 3.5 Esquema monofsico equivalente ao barramento

Fig. 3.6 Aplicao do teorema da sobreposio

Fig. 3.7 Esquema equivalente de Thevenin

Fig. 3.8 Rede com trs barramentos

Fig. 3.9 Representao monofsica da rede

Fig. 3.10 Converso estrela tringulo

Fig. 3.11 Esquema reduzido

Fig. 3.12 Componentes simtricas de um sistema trifsico assimtrico

Fig. 3.13 Curto-circuito Fase-terra na fase a

Fig. 3.14 Esquema de ligaes das componentes simtricas para curto-circuito fase terra

Fig. 3.15 Curto-circuito fase-fase

Fig. 3.16 Esquema de ligaes das componentes simtricas no curto-circuito fase-fase

Fig. 3.17 Curto-circuito fase-fase-terra

Fig. 3.18 Esquema de ligaes das componentes simtricas para curto-circuito fase-fase-terra

Fig. 4.1 Esquema de uma proteo

Fig. 4.2 Esquema de Proteo Diferencial do Transformador

Fig. 4.3 Curvas de atuao dos rels

Fig. 6.1 Esquema equivalente utilizado para clculos das correntes de curto- circuitos

Fig. 6.2 Simulao curto-circuito trifsico em todos os barramentos

Fig. 6.3 Simulao curto-circuito fase terra em todos os barramentos resultados tenses e

correntes das fases

xi

Fig. 6.4 Simulao curto-circuito fase terra em todos os barramentos resultados componentes

simtricas

Fig. 6.5 Corrente de curto-circuito trifsico no barramento 2

Fig. 6.6 Tenso de curto-circuito trifsico no barramento 2

Fig. 6.7 Corrente de curto-circuito fase terra no barramento 2

Fig. 6.8 Tenso de curto-circuito fase terra no barramento 2

xii

Lista de tabelas

Tabela 4.1 Constantes das curvas de tempo Inverso segundo a norma CEI 60255-3

Tabela 5.1 Parametrizao proteo diferencial cabo

Tabela 5.2 Parametrizao proteo distncia do cabo

Tabela 5.3 Parametrizao proteo mximo intensidade homopolar do cabo

Tabela 5.4 Parametrizao proteo mximo intensidade do cabo

Tabela 5.5 Parametrizao proteo mxima e mnimo de tenso do cabo

Tabela 5.6 Parametrizao proteo mxima e mnimo de frequncia

Tabela 5.7 Parametrizao proteo diferencial do cabo


Tabela 5.9 Parametrizao proteo mximo intensidade do cabo

Tabela 5.10 Parametrizao proteo mximo intensidade do barramento

Tabela 5.11 Dados transformadores de potncia

Tabela 5.12 Parametrizao proteo diferencial do transformador de potncia

Tabela 5.13 Parametrizao proteo diferencial do transformador potncia+ Proteo

Diferencial de Barras + Diferencial de Gerador

Tabela 5.14 Parametrizao proteo mximo intensidade do transformador de potncia

Tabela 5.15 Parametrizao proteo mximo intensidade homopolar do transformador de

potncia

Tabela 5.16 Dados do transformador 11/6,3 kV

Tabela 5.17 Parametrizao proteo diferencial do transformador 11/6,3 kV

Tabela 5.18 Parametrizao proteo mximo intensidade do transformador 11/6,3kV

Tabela 5.19 Parametrizao proteo mximo intensidade homopolar do transformador 11/6,3kV

Tabela 5.20 Parametrizao proteo mximo intensidade chegadas de 6,3 kV

Tabela 5.21 Parametrizao proteo mximo intensidade homopolar chegadas de 6,3 kV

Tabela 5.22 Parametrizao proteo mxima e mnimo de tenso chegadas de 6,3kV

Tabela 5.23 Dados transformador 6,3/0,42 kV 50 kVA

Tabela 5.24 Parametrizao proteo mxima intensidade do transformador 6,3/0,42 kV 50 kVA

Tabela 5.25 Dados do ventilador

Tabela 5.26 Parametrizao proteo mxima intensidade do ventilador

xiii

Tabela 5.27 Parametrizao proteo mxima intensidade homopolar do ventilador

Tabela 5.28 Parametrizao superviso de arranque do ventilador

Tabela 5.29 Parametrizao proteo mxima e mnimo de tenso do ventilador

Tabela 5.30 Dados do crancking motor

Tabela 5.31 Parametrizao proteo mxima intensidade do crancking motor

Tabela 5.32 Parametrizao proteo mxima intensidade homopolar do crancking motor

Tabela 5.33 Parametrizao superviso de arranque do crancking motor

Tabela 5.34 Parametrizao proteo mxima e mnimo de tenso do crancking motor

Tabela 5.35 Dados do transformador auxiliar 6,3/0,42 kV 2 MVA

Tabela 5.36 Parametrizao proteo mxima intensidade do transformador auxiliar 6,3/0,42 kV

2 MVA

Tabela 5.37 Parametrizao proteo mxima intensidade homopolar do transformador auxiliar

6,3/0,42 kV 2 MVA

Tabela 5.38 Resumo parametrizaes protees mximo de intensidade, mximo de intensidade

homopolar e diferencial

Tabela 5.39 Resumo parametrizaes protees mximo e mnimo de tenso

xiv

Abreviaturas e smbolos

ANSI American National Standards Institute

CE Comunidade Europeia

DGEG Direo Geral de Energia e Geologia

ORP Operador da Rede Publica

ORT Operador da Rede Transporte

PEP Poupana de Energia Primria

RESP Rede Eltrica de Servio Pblico

IEC International Electrotechnical Commission

xv

Acrnimos

CO2 - Dixido de Carbono

DifT Diferencial do transformador

DifC Diferencial de cabo

Ia Corrente na fase a

Ib Corrente na fase b

Ic Corrente na fase c

Icc Corrente de curto-circuito

Id Corrente Direta

Idef Corrente de defeito

Ih Corrente Homopolar

Ii Corrente Inversa

In1 Corrente nominal primrio

In2 Corrente nominal secundrio

Iop Corrente Operacional

Ir Corrente Residual

R0 Resistncia homopolar

R1 Resistncia direta

Sistema NI Neutro Isolado

Sistema TN Terra pelo Neutro

Sistema TT - Neutro solidamente Terra

TI Transformador de Intensidade

Top Tempo Operacional

TT Transformador de Tenso

V0 Tenso de Pr-defeito

Vd Tenso Direta

Vh Tenso Homopolar

Vi Tenso Inversa

1

Captulo 1- Introduo

1.1 Objetivo

Esta dissertao tem como objetivo principal o estudo do comportamento e otimizao das

protees eltricas de uma central de cogerao, na subestao da cogerao e no seu ponto

de interligao rede, quando ocorram situaes de curto-circuito, de modo a que estas atuem

da forma mais sensvel, rpida e seletiva.

Para apoio deste estudo utilizaram-se dois softwares o EMTP- Electromagnetic Transients

Program - e o ETAP. Com o avano abdicou-se do EMTP, por os resultados diferirem do que era

expectvel e no corresponderem a valores reais, pelo que o estudo foi feito com base em

simulaes e clculo das correntes de curto-circuito efetuadas pelo ETAP.

Simularam-se situaes de curto circuitos trifsicos simtricos e curto-circuitos fase terra em

todos os barramentos da rede e cujos registos se encontram nos anexos II, III e IV.

Estes resultados da simulao permitiram definir parametrizaes e settings das protees.

O estudo foi feito numa instalao existente e as parametrizaes das protees foram

consideradas de modo a garantir o funcionamento em ilha da cogerao, cumprindo com os

parmetros definidos pelo fabricante do grupo.

1.2 Necessidade de cogerao

A instalao de uma central cogerao ter a ver, no s com a necessidade de produo de

energia eltrica, mas essencialmente, com a necessidade de aproveitamento de energia trmica

e s perante estas necessidades conjuntas se justifica a instalao de uma cogerao.

Assim, o produtor poder aproveitar a energia trmica que necessite e compensar o

investimento, com a venda do excedente de produo de energia eltrica.

Por outro lado, sendo a cogerao um mtodo de produo de energia limpa, tambm vai reduzir

as emisses de CO2.

1.3 Ligao rede

Para ligao rede de uma central de cogerao necessrio comear com o processo de

licenciamento da instalao, atravs de um pedido de informao prvia junto da Direo Geral

de Energia e Geologia (DGEG) e terminar com a obteno da licena.

Aps a obteno da Licena de estabelecimento da DGEG, o promotor dever solicitar ao

Operador da Rede Publica (ORP), as condies de ligao da instalao de produo Rede

Eltrica de Servio Pblico (RESP).

2

Este pedido deve ser acompanhado da planta de localizao da instalao de produo, escala

suficiente, assim como o seu ponto de ligao, com as respetivas coordenadas geogrficas.

Depois da solicitao das condies de ligao RESP, o promotor deve receber da ORP a

soluo tcnica e respetivas condies para o estabelecimento da infraestrutura de ligao.

Na instalao de produo tm que ser instalados sistemas de proteo e de contagem de

energia.

neste ponto que se insere este trabalho, estudo e seletividade das protees eltricas internas

cogerao e no ponto de interligao rede.

3

Captulo 2 Cogerao

2.1 Aspetos Legais da Cogerao

O Decreto-Lei n. 186/95 de 27 Julho estabelece as disposies relativas produo e consumo

combinado de energia eltrica e trmica, mediante o processo de cogerao sem limite de

potncia instalada.

A Portaria n 347/96 de 8 de Agosto, estabelece disposies tcnicas e de segurana relativas

ao estabelecimento e explorao das instalaes de cogerao.

O Decreto-Lei n 538/99 de 13 de Dezembro estabelece o regime da atividade de cogerao.

A Portaria n 30/2000 de 27 de Janeiro estabelece a frmula de clculo da remunerao, pelo

fornecimento da energia entregue rede, das instalaes de cogerao licenciadas ao abrigo do

Decreto-Lei n. 538/99, de 13/12, cuja potncia de ligao seja inferior ou igual a 10 MW.


fornecimento de energia entregue rede, das instalaes de cogerao licenciadas ao abrigo do

Decreto-Lei n. 538/99, de 13/12, cuja potncia de ligao seja superior a 10 MW.

O Despacho 4463/2000 de 25 de Fevereiro fixa o valor dos parmetros necessrios aplicao

da frmula de clculo da remunerao, pelo fornecimento de energia entregue rede, das

instalaes de cogerao, estabelecida pela Portaria n 31/2000, de 27/01.

O Decreto-Lei n. 313/2001 de 10 de Dezembro introduz alguns ajustamentos ao DL 538/99, no

sentido de propiciar o desejvel desenvolvimento das instalaes de cogerao, por forma a

serem atingidas as recomendaes da Unio Europeia.



Decreto-Lei n 538/99, de 13 de Dezembro, cuja potncia de ligao seja inferior ou igual a 10

MW, utilizando como combustvel gs natural, GPL ou combustveis lquidos, com exceo do

fuelleo.

A Portaria n. 57/2002 de 15 de Janeiro estabelece a frmula de clculo da remunerao, pelo


Decreto-Lei n. 538/99, de 13/12, cuja potncia de ligao seja superior a 10 MW.

A Portaria n. 59/2002 de 15 de Janeiro estabelece a frmula de clculo da remunerao pelo

fornecimento da energia entregue rede das instalaes de cogerao licenciadas ao abrigo do

Decreto-Lei n. 538/99, de 13/12, utilizando como combustvel fuelleo independentemente da

potncia de ligao.

A Portaria n 60/2002 de 15 de Janeiro estabelece o tarifrio aplicvel a instalaes de cogerao

licenciadas ao abrigo do Decreto-Lei n 538/99, de 13/12, que sejam utilizadoras de energia

primria que, em cada ano, seja constituda em mais de 50% por recursos renovveis ou

4

resduos industriais, agrcolas ou urbanos, independentemente da potncia de ligao.

Estabelece ainda disposies relativas ao perodo de vigncia das modalidades do mesmo

tarifrio.

A Declarao de Retificao n. 8-B/2002 retifica o Decreto-Lei n 313/2001, que altera o

Decreto-Lei n 538/99, de 13/12, revendo normas relativas s condies de explorao e

tarifrias da atividade da produo combinada de calor e eletricidade.

A Declarao de Retificao n. 8-I/2002 retifica a Portaria n 57/2002, que estabelece a frmula

de clculo da remunerao, pelo fornecimento da energia entregue rede, das instalaes de

cogerao licenciadas ao abrigo do Decreto-Lei n 538/99, de 13/12, cuja potncia de ligao

seja superior a 10 MW.

A Declarao de Retificao n. 8-G/2002 retifica a Portaria n 59/2002, que estabelece a frmula

de clculo da remunerao pelo fornecimento da energia entregue rede das instalaes de

cogerao licenciadas ao abrigo do Decreto-Lei n 538/99, de 13/12, utilizando como combustvel

fuelleo independentemente da potncia de ligao.

A Declarao de Retificao n 8-L/2002 retifica a Portaria n. 60/2002, que estabelece o tarifrio

aplicvel a instalaes de cogerao licenciadas ao abrigo do Decreto-Lei n. 538/99, de 13/12,

bem como as disposies relativas ao perodo de urgncia das modalidades do mesmo tarifrio.

A Portaria n 399/2002 de 18 de Abril estabelece normas relativas ao estabelecimento e

explorao das instalaes de cogerao.

A Portaria n 440/2004 de 30 de Abril altera vrias portarias a fim de corrigir as frmulas de

clculo da remunerao da cogerao.

O Despacho n 19110/2005 de 2 de Setembro fixa, nos termos dos ns 5, 13, 18, 21 e 23 da

Portaria n 57/2002, de 15/01, os valores unitrios de referncia para o ano de 2005.

O Despacho n 19111/2005 de 2 de Setembro determina os valores unitrios de referncia para

o ano de 2005, aplicveis a instalaes de cogerao.

O Despacho n 8256-A/2007 de 8 de Maio determina, em aditamento ao Despacho 7619-A/2007,

de 9 de Abril, D.R. (II srie) de 23 de Abril e reconhecendo a importncia dos grandes projetos

industriais no desenvolvimento econmico do Pas e o benefcio para a eficincia energtica

decorrente da utilizao da cogerao, que sero tambm aceites no perodo de 1 a 15 de Maio

de 2007 pedidos de informao prvia relativos a projetos de cogerao de dimenso superior a

25 MW eltricos, associados a projetos com montantes mnimos de novos investimentos de 100

milhes de euros.

Em 2004 a Comunidade Europeia (CE) em consequncia da procura de calor til resolveu

promover a cogerao para compensar essa procura.

Atravs da Diretiva 2004/8/CE de 11 de Fevereiro do Parlamento Europeu e do Conselho,

constituiu um instrumento legal para a promoo da cogerao nos diversos estados membros.

5

Esta diretiva foi transposta para o quadro jurdico nacional atravs do Decreto-Lei n 23/2010 de

25 de Maro.

O Decreto-Lei 23/2010 encontra-se orientado para a promoo da cogerao de elevada

eficincia que dever apresentar uma poupana de energia primria (PEP) superior a 10%,

quando comparada com a produo separada de eletricidade e calor. As centrais que no atinjam

este limiar de poupana so apenas consideradas eficientes.

Este Decreto-Lei permite ao cogerador optar por duas modalidades acessveis a cogeraes

eficientes ou de elevada eficincia. E em funo da opo, o cogerador ter que respeitar regras

de potncia instalada, contratos e fornecimento de energia.

2.2 Descrio de Cogerao

2.2.1 Definio de cogerao

Entende-se por cogerao um processo de produo e utilizao simultnea de energia trmica

e eltrica/mecnica, de modo a aproveitar a energia trmica resultante da queima de

combustveis utilizados para a produo de energia eltrica. Este processo vai permitir ter uma

poupana de energia primria (PEP) e em simultneo, aumentar o rendimento da produo de

energia eltrica, comparando com produo separada [1].

Foi ainda definido como cogerao de elevada eficincia, aquela que permite uma poupana de

energia superior a 10%, relativamente produo separada de calor e eletricidade [2].

Tendo em conta que a produo de calor para diferentes fins requer nveis diferentes de

temperatura, a eficincia da cogerao vai ser influenciada por este facto.

2.2.2 Benefcios da cogerao

A cogerao comparada com a produo individualizada de eletricidade e calor, apresenta um

consumo de combustvel significativamente inferior para a mesma produo de eletricidade e

calor (Fig. 2.1). As vantagens desta poupana conduzem a:

Reduo no custo do combustvel consumido

Reduo de emisses de CO2

Por outro lado, a cogerao significar produo descentralizada, pelo que tem ainda o benefcio

da reduo de perdas na transmisso.

Na Fig. 2.1 est representada percentualmente, a economia de combustvel para a mesma

quantidade de produo de energia eltrica e trmica utilizando produo separada versus

cogerao.

Pode ainda verificar-se que numa central trmica clssica (produo separada) para produo

de energia eltrica, h uma elevada percentagem de perdas pelo no aproveitamento da energia

6

trmica. Por outro lado, os processos de produo de energia trmica sem produo de energia

eltrica, tambm tem perdas, mas em menor percentagem.

Por conseguinte se se optar por cogerao, em que se faz o aproveitamento das energias

trmicas e eltricas simultaneamente, o valor total das perdas substancialmente reduzido como

se pode verificar na Fig.2.1.

Fig. 2.1 Comparao Cogerao - Produo separada de energia [3]

2.2.3 Aplicaes

A cogerao pode ser classificada em funo do setor em que se aplica:

1. Setor Pblico

Aquecimento ou arrefecimento de cidades

Aterros sanitrios

Centrais de tratamento de esgotos

2. Setor Industrial

Indstrias de celulose

Indstrias de cimento

Indstrias do ao

3. Setor Imobilirio

Casas e edifcios de apartamentos

Hospitais

Escolas e universidades

7

Edifcios de escritrios

Centros comerciais, supermercados

Restaurantes

Piscinas e centros de lazer

4. Setor Rural

Estufas

2.2.4 Caso em estudo

O caso em estudo resulta da necessidade de produo de vapor para o processo industrial de

uma fbrica. Assim e dado que tambm h consumo eltrico, utiliza-se a energia trmica para

otimizao do processo e produo simultnea de energia eltrica e trmica.

Este processo consiste em duas unidades de cogerao, em que cada uma composta por um

grupo turbogerador alimentado a gs natural para produo de energia eltrica e por uma

caldeira de recuperao que est tambm equipada com um sistema de queima para produo

de vapor, o que lhes permite funcionar de forma autnoma atravs de um sistema de ar fresco.

O grupo turbogerador composto por uma turbina a gs e um alternador sncrono trifsico.

A produo de vapor para as necessidades da fbrica dever rondar as 200 t/h, pelo que as duas

caldeiras em conjunto tero que ter esta capacidade.

A produo de vapor nas caldeiras ser feita atravs do aproveitamento dos gases de escape

das turbinas, como exemplificado na fig. 2.2.

Fig. 2.2 Esquema tipo de cogerao a gs com aproveitamento de vapor [1]

8

A potncia eltrica produzida ser limitada a 100MVA para entrega ao RESP Rede Eltrica de

Servio Pblico que neste caso ser a Operador da Rede Transporte (ORT). No entanto parte

desta energia ser consumida na fbrica.

Para a exportao da energia eltrica para a rede do ORT, existe uma subestao na cogerao

que interliga com a subestao da fbrica, que dista sensivelmente 1800 m e seguidamente, liga

rede, atravs de uma subestao do ORT que dista sensivelmente 3700m da sada da fbrica.

A tenso de produo na central ser a 11kV e a expedio de energia para a rede no nvel dos

60 kV.

Caso haja uma falha da rede de 60 kV e a cogerao esteja nesse instante a fornecer fbrica

uma potncia superior a 4 MW, esta dever ficar a trabalhar em ilha de modo a alimentar todos

os seus auxiliares e a fbrica, at ao seu limite de potncia e com garantia de estabilidade.

Como a cogerao vai estar ligada rede de 60 kV, o arranque dos grupos efetuar-se- atravs

da energia recebida da rede, para alimentao dos servios auxiliares.

Procede-se assim ao estudo das protees eltricas associadas a todos estes equipamentos.

9

Captulo 3 - Regimes de neutro e curto-circuitos

3.1 Regimes de Neutro

Por regime de neutro entende-se o modo como est executada a ligao do ponto de neutro dos

geradores e transformadores. A maneira como executada esta ligao vai caraterizar toda a

rede especificamente quanto a tenses, sobretenses e correntes de defeito.

Em Portugal normalmente em Mdia Tenso o neutro no distribudo.

Assim, atendendo ao tipo de ligao do neutro, podem-se caraterizar os seguintes regimes de

neutro:

3.1.1 Neutro Isolado

Neste regime no existe ligao eltrica entre o ponto de neutro e a terra, tal como se mostra na

Fig. 3.1.

Fig. 3.1 Neutro Isolado

Este regime de neutro caracterizado por correntes de defeito reduzidas e tenses

desequilibradas, podendo a tenso de neutro atingir valores da tenso simples e as tenses

simples das fases ss atingirem valores da tenso composta [4].

Numa rede com neutro isolado, os danos causados s mquinas so reduzidos mas necessrio

que os equipamentos tenham um nvel de isolamento compatvel com os nveis de sobretenses

transmitidos para a rede [4].

3.1.2 Neutro Ligado terra atravs de resistncia

Este regime de neutro carateriza-se pela colocao de uma resistncia ou reactncia de fraco

valor ohmico entre o ponto de neutro e a terra, como se mostra na Fig.3.2

10

Fig. 3.2 Neutro terra atravs de resistncia

Esta resistncia tem como objetivo limitar a corrente de defeito.

As principais razes da utilizao deste regime de neutro prende-se com a limitao das

sobretenses verificadas nas fases ss, assim como limitao das correntes homopolares nas

malhas dos cabos [4].

3.1.3 Neutro ligado diretamente terra

Este regime de neutro caracteriza-se pela ligao direta do neutro terra, sem qualquer tipo de

resistncia, tal como se representa na Fig. 3.3

Fig. 3.3 Neutro solidamente Terra

Este regime, embora permita limitar as sobretenses, carateriza-se por correntes de defeito

elevadas [5].

11

3.2 Curto-circuitos

3.2.1 Definio

Curto-circuito numa rede de energia eltrica resulta de um defeito, atravs do qual se fecha uma

corrente, em geral de valor elevado. Esta uma situao anormal nos sistemas de energia

eltrica, pelo que ser urgente uma ao imediata de modo a no permitir danos nos materiais

e equipamentos.

Existem dois tipos de curto-circuitos a assinalar:

Curto-circuitos trifsicos simtricos

Curto-circuitos assimtricos.

Os curto-circuitos trifsicos simtricos afetam simultaneamente as trs fases do sistema eltrico,

com uma impedncia de defeito igual em modulo nas trs fases e desfasadas de 120. Este tipo

de defeito o mais gravoso para os sistemas de energia eltrica.

Os curto-circuitos assimtricos provocam desequilbrio nas correntes e tenses e em funo do

tipo de defeito, designam-se:

Fase-terra ou monofsicos se envolvem uma fase e a terra

Fase-fase se envolvem duas fases

Fase-fase-terra se envolvem duas fases e a terra

Nos casos em que a impedncia de defeito nula, os curto-circuitos dizem-se francos.

Como normalmente as correntes de curto-circuito apresentam valores que podem danificar

equipamentos, necessria uma ao rpida das protees de modo a evitar grandes danos.

Esta atuao ser feita por equipamentos de corte, aos quais se exige um grande poder de corte

e tanto maior quanto mais elevada for a tenso. Os equipamentos de corte com estas

caractersticas so chamados disjuntores.

Para o dimensionamento, quer dos disjuntores quer das protees, necessrio calcular as

correntes de curto-circuito em todos os ramos da rede, e assim consequentemente obter os

poderes de corte necessrios para os disjuntores.

3.2.2 Clculo das correntes de curto-circuito

O princpio fundamental para calcular o valor da corrente de curto-circuito a lei de Ohm. A

corrente que flui numa rede de impedncias est relacionada com a tenso pela seguinte

expresso:

Icc =

(3.1)

Em que:

V0 Tenso de pr-defeito

12

Z Impedncia

Icc Corrente de Curto-circuito

Para aplicao deste princpio h a considerar trs etapas:

Fazer uma representao grfica do sistema eltrico, designada como esquema unifilar

com representao simblica das fontes de tenso e impedncias.

Calcular a impedncia equivalente da rede vista do ponto de curto-circuito. Este o valor

da impedncia equivalente de Thevenin.

Considerar no ponto de curto-circuito uma tenso designada como tenso de pr-defeito.

3.2.2.1 Curto-circuitos trifsicos simtricos

Este tipo de defeito, embora sendo o mais gravoso, tambm aquele com menor probabilidade

de acontecer.

Quando ocorre um defeito deste tipo, as correntes de curto-circuito so iguais em mdulo nas

trs fases e com um desfasamento de 120, pelo que o seu estudo se faz como se tratasse de

um sistema monofsico equivalente.

Considerando ento um barramento como o representado na Fig. 3.4 com um defeito trifsico

simtrico, a corrente de neutro nula, uma vez que a soma vetorial das correntes de fase tambm

nula.

Fig. 3.4 Curto-circuito trifsico simtrico no barramento

Atravs do esquema monofsico equivalente representado na Fig. 3.5, calcula-se a corrente de

curto-circuito.

Fig. 3.5 Esquema monofsico equivalente ao barramento

13

Para efetuar o clculo utiliza-se o teorema da sobreposio, pelo que no ponto de defeito ser

colocada uma fonte de tenso de polaridade invertida e com a tenso de pr-defeito, Fig. 3.6,

para que a tenso nesse ponto seja nula.

Fig. 3.6 Aplicao do teorema da sobreposio

Todos os outros geradores existentes na rede devem ser substitudos pelas suas resistncias

internas. Aps estas simplificaes, aplica-se o teorema de Thevenin [6].

Fig. 3.7 Esquema equivalente de Thevenin

Da aplicao do teorema de Thevenin resulta a Fig.3.7 que o esquema equivalente de

Thevenin, em que ZT o valor da impedncia equivalente de Thevenin vista do ponto do defeito

e V0 a tenso de pr-defeito. Com aplicao da frmula 3.2 obtm-se a corrente de curto-circuito:

I =

(3.2)

Se o defeito for franco Zdef = 0, resulta a equao:

I =

(3.3)

No caso de uma rede com mais barramentos e tomando como exemplo a Fig. 3.8, para efetuar

o clculo das correntes de curto-circuito, para um curto-circuito no barramento 3, torna-se

necessrio proceder a algumas simplificaes.

14

Fig. 3.8 Rede com trs barramentos

Comea por fazer-se a representao monofsica da rede, Fig. 3.9, considerando esta em vazio

e em que figuram apenas as impedncias dos geradores, transformadores e linhas. Para maior

simplificao consideram-se as resistncias nulas devido a tratar-se de Mdia Tenso e o seu

valor no ter muito significado, comparado com as respetivas impedncias.

.

Fig. 3.9 Representao monofsica da rede

Para simplicidade de clculos no processo de reduo da rede da Fig. 3.9 ser necessrio

efetuar transformaes estrela-tringulo.

15

Assim, tomando como referncia a Fig.3.10, efetuam-se as transformaes estrela-tringulo.

Fig. 3.10 Converso estrela tringulo

Estas transformaes so obtidas aplicando as seguintes frmulas:

Transformao estrela tringulo

Z =

(3.4)

Z =

(3.5)

Z =

(3.6)

Transformao tringulo estrela

Z =

() (3.7)

Z =

() (3.8)

Z =

() (3.9)

Aps estas transformaes obtm-se o esquema reduzido final fig. 3.11 em que ZT a

impedncia equivalente de Thevenin vista do barramento 3 e com aplicao da frmula 3.3,

calcula-se a corrente de curto-circuito, considerando o defeito franco em que a impedncia de

defeito nula.

Fig. 3.11 Esquema reduzido

16

Para o caso de redes de maior dimenso esta uma tarefa muito complexa, pelo que ser til e

necessrio a utilizao de outros mtodos sistemticos e programas informticos.

Para estes casos normal a utilizao do mtodo das impedncias nodais que pode ser

calculada diretamente (matriz de impedncias) ou atravs da inversa da matriz das admitncias.

[Z] = [Y] -1 (3.10)

A matriz das admitncias fornece informao sobre os valores das admitncias de todos os

barramentos e das admitncias entre barramentos interligados.

Os termos da diagonal principal yii representam os valores de todas as admitncias dos ramos

que ligam ao n i e os elementos -yik o valor das admitncias entre os ns i e k.

[Y] =

(3.11)

Onde:

Y a matriz de admitncias;

Yik = Yki = -yik ;

Yii = ij

Num sistema de energia, cada barramento est interligado com poucos barramentos na sua

proximidade, pelo que muitas das diagonais no principais so nulas, o que leva a que a matriz

seja esparsa e de fcil inverso.

A matriz Z ser ento obtida pela inversa de Y.

Aps a construo da matriz Z, os clculos das correntes de curto-circuitos tornam-se quase

diretos, pois esta matriz contm a informao da impedncia da rede a montante. Assim, Zii

representa a impedncia de Thevenin no barramento. O valor Zij representa a impedncia total

entre o barramento i e j.

Calcula-se ento a corrente de curto-circuito:

I =

(3.12)

Se o defeito for franco Zdef =0

I =

(3.13)

Sendo V0 a tenso de pr-defeito.

17

3.2.2.2 Curto-circuitos assimtricos

Quando ocorre este tipo de defeito, as correntes e tenses deixam de ter uma simetria trifsica

e no ser possvel efetuar o seu estudo atravs de um sistema equivalente monofsico. O

modelo a utilizar para efetuar o estudo, ter que ser um modelo trifsico em que as trs fases

devem estar acopladas.

Um dos mtodos mais usuais foi estabelecido por Fortescue e permite reduzir a complexidade

decorrente da assimetria.

Os sistemas trifsicos assimtricos sero agora decompostos em trs sistemas trifsicos,

designados pelas suas componentes simtricas - direta, inversa e homopolar [7], que por sua

vez tm propriedades de simetria.

Se as correntes Ia, Ib e Ic forem as correntes nas trs fases do sistema trifsico assimtrico, a sua

relao com as componentes simtricas representa-se atravs das equaes seguintes:

I = I + I

+ I (3.14)

I = I + I

+ I (3.15)

I = I + I

+ I (3.16)

As componentes diretas so representadas por trs vetores de igual mdulo e desfasados de

120 com uma sequncia abc. Num sistema equilibrado, s existem estas componentes.

As componentes inversas Ii so representada por trs vetores de igual mdulo desfasados de

120 mas com duas fases trocadas ou com sentido de rotao contrrio, sequncia acb. Estas

componentes s sero diferentes de zero quando as correntes esto desequilibradas.

As componentes homopolares Ih esto associadas circulao de correntes para a terra e s

so diferentes de zero quando h ligaes terra atravs das ligaes das estrelas dos

geradores ou transformadores ou das admitncias terra das linhas. So representadas por trs

vetores iguais em mdulo e fase.

Fig. 3.12 Componentes simtricas de um sistema trifsico assimtrico

18

Atravs destas trs componentes podem-se representar as fases em funo das trs

componentes.

=1 1 1 1 1

*

(3.17)

A

Pelo que vir para as correntes:

I = I + I + I (3.18)

I = I + I + I (3.19)

I = I + I + I (3.20)

Em que = ej2/3, logo 1 + + 2 = 0

A a transformada de Fortescue.

Se o sistema for equilibrado Ii = Ih = 0, existe s a componente direta (Id) como se pode verificar

atravs da resoluo do sistema 4.17, em que Ia = Id, Ib = 2Id e Ic = Id. Isto confirma que nesta

situao existe um sistema trifsico em que as componentes tm mdulos iguais e desfasagem

de 120 entre elas.

De modo igual se podem explicitar as tenses em funo da transformada de Fortescue e das

respetivas componentes:

VVV

=1 1 1 1 1

*

VVV

(3.21)

A

Conhecendo as correntes ou tenses de fase para calcular as componentes simtricas, recorre-

se ao calculo da inversa da transformada de Fortescue A-1 [8] e aplica-se o sistema:

III

=

1

1 1 1 1

*

III

(3.22)

A-1

I =

(3.23)

I =

(3.24)

I =

(3.25)

19

VVV

=

1

1 1 1 1

*

VVV

(3.26)

A-1

V =

(3.27)

V =

(3.28)

V =

(3.29)

3.2.2.3 Curto-circuito Fase-Terra

Este tipo de defeito o que apresenta menores correntes de curto-circuito e onde s existe

corrente na fase com defeito, que se fecha entre esta fase e a terra atravs de uma resistncia

de defeito Zdef (esta ser nula se o curto circuito for franco), tal como como se pode verificar na

Fig. 3.13. Esta corrente fecha-se pelo neutro do gerador, que poder estar ligado diretamente ou

atravs de uma resistncia terra.

Fig. 3.13 Curto-circuito Fase-terra na fase a

Como referido Ib = Ic = 0

I00 =

1 1 1 1 1

*

III

(3.30)

III

=

1

1 1 1 1

* I00 (3.31)

Id = Ii = Ih = Ia / 3, com Icc = Ia (3.32)

Por anlise da Fig. 3.13, a tenso fase-neutro na fase a :

Va = (Zdef + Zn) Ia e Va = Vd + Vi + Vh = (3 Zdef + 3 Zn) Id (3.33)

20

Estas equaes so verificadas se os esquemas direto, inverso e homopolar, estiverem ligados

de acordo com a Fig. 3.14 que se segue:

Fig. 3.14 Esquema de ligaes das componentes simtricas para curto-circuito fase terra

A corrente de curto-circuito pode ser calculada de acordo com a frmula (3.34) que segue:

I =

() (3.34)

3.2.2.4 Curto-circuito Fase-Fase

Neste defeito no existe ligao terra, pelo que a componente homopolar zero Ih=0.

Na fase s no circula corrente e nas fases em defeito circulam as correntes direta e inversa, em

sentidos opostos, como se pode verificar na Fig. 3.15

Fig. 3.15 Curto-circuito fase-fase

21

Ia = 0 (3.35)

Ib = - Ic (3.36)

Vb = Vc + Zdef Ib (3.37)

Atravs da aplicao da transformada de Fortescue calculam-se as componentes simtricas:

0II

= 1 1 1 1 1

* II0 Com Ib = - Ic (3.38)

IdIi0 =

1

1 1 1 1

* 0IbIc Com Id = - Ii (3.39)

I = I =

= jI/3 (3.40)

Ih = 0

Estas equaes correspondem ao esquema da Fig. 3.16 que se segue:

Fig. 3.16 Esquema de ligaes das componentes simtricas no curto-circuito fase-fase

Da anlise da Fig. 3.16:

I = I =

(3.41)

Em que Ea = Vo tenso de pr-defeito

Ento para corrente de curto-circuito vem:

I = j

(3.42)

22

Para o caso de curto-circuito franco Zdef = 0 vir:

I = j

(3.43)

3.2.2.5 Curto-circuito Fase-Fase-Terra

Neste tipo de defeito e uma vez que existe uma ligao terra, as fases em curto-circuito so

percorridas pelas trs componentes simtricas direta, inversa e homopolar. No entanto a fase

s ter corrente nula, como se pode verificar na Fig. 3.17, que se segue:

Fig. 3.17 Curto-circuito fase-fase-terra

Para este defeito so vlidas as equaes:

Ia = 0 (3.44)

Vb = Vc = Zn In (3.45)

Atravs do esquema das componentes simtricas que se apresenta na Fig. 3.18

Fig. 3.18 Esquema de ligaes das componentes simtricas para curto-circuito fase-fase-terra

23

E da transformada de Fortescue

0II

= 1 1 1 1 1

*

III

(3.46)

III

=

1

1 1 1 1

* 0II

(3,47)

Obtm-se as equaes:

I + I + I = 0 (3.48)

V = V = V 3ZI (3.49)

Em que as componentes simtricas da corrente so:

I =

=

()

(3.50)

I = E

(3.51)

I = E

(3.52)

Chega-se assim, s expresses das correntes nas fases defeituosas:

I = E

(3.53)

I = E

()

(3.54)

I = 3E

(3.55)

25

Captulo 4 Protees

4.1 Introduo

Neste captulo abordam-se os sistemas de proteo, a sua necessidade e importncia.

Quando se faz um investimento num sistema de energia, ele de tal modo elevado, que se

devem impor medidas para assegurar o funcionamento do equipamento, perto do seu

rendimento mximo e por outro lado, assegurar que os efeitos destrutivos dos defeitos e

condies anormais de funcionamento sejam minimizados.

Quando existe um defeito, este provoca um aumento excessivo da corrente, que vai produzir

uma quantidade elevada de calor no ponto do defeito e um aquecimento nas linhas em defeito e

equipamentos que a conduzem. Provocam tambm quedas de tenso nos componentes do

sistema de energia que afetam o normal funcionamento dos consumidores e a estabilidade da

rede.

Existem outras condies anormais de funcionamento que se refletem em desvios de tenso e

frequncia, relativamente aos valores permitidos.

A funo dos sistemas de proteo a identificao dos defeitos e condies anormais de

funcionamento, dando ordem de comando aos disjuntores adequados, de modo a desligar

apenas os troos ou equipamentos em defeito, no mais curto espao de tempo e minimizando

os estragos e perturbaes causados.

4.2 Caratersticas das protees

4.2.1 Zonas de Proteo

As protees necessitam de uma atuao e coordenao pelo que se impe que sejam definidas

zonas de proteo. Estas zonas para garantir uma melhor proteo por vezes sobrepem-se.

Um equipamento de proteo deve cobrir vrias zonas, efetuando proteo primria na sua zona

de atuao, isto , deve ser o primeiro a disparar caso o defeito seja na sua zona. Este

equipamento deve assistir as zonas contguas, efetuando uma proteo de backup, que dever

atuar se falhar a primria. Isto consegue-se com uma temporizao na proteo de backup.

4.2.2 Fiabilidade

Garantia que a proteo atua corretamente na sua zona de proteo, com os tempos corretos e

sem atuaes intempestivas.

26

4.2.3 Seletividade

um requisito importante nas protees que permite que estas operem s para isolar o troo ou

equipamento em defeito e assim minimizar a perda de funcionalidade do sistema de energia

eltrica.

A atuao indevida de uma proteo poder provocar interrupes desnecessrias.

4.2.4 Sensibilidade

Sensibilidade um requisito que as protees devem possuir, de modo a atuar fiavelmente em

condies de mnimo de defeito e por outro lado, permanecerem estveis em condies de carga

mxima.

As protees devem ser dimensionadas, no s para atuarem em defeitos francos, mas tambm

em casos de defeitos resistivos, quaisquer que sejam as condies da rede e sempre que as

caractersticas do defeito caiam no seu campo de medida [9].

usual definir o fator de sensibilidade Ks como sendo:

K =

(4.1)

Onde:

Iccmin a corrente mnima de defeito

Iop a corrente mnima que provoca o disparo do rel

4.2.5 Rapidez

Uma proteo deve atuar no menor tempo possvel, de modo a minimizar os efeitos que as

elevadas correntes de curto-circuito podem provocar nos materiais e equipamentos.

Quando so conferidos atrasos propositados para efeitos de coordenao e seletividade entre

protees, a atuao da proteo deve ser o mais rpido possvel, logo que ultrapasse esse

tempo de coordenao [10].

4.2.6 Constituio Bsica de um Sistema de Proteo

Um sistema de proteo ser constitudo por uma parte que efetuar a deteo e medida e outra

que far a atuao Fig.4.1. A deteo feita atravs de Transformadores de Intensidade (TI) e

Transformadores de Tenso (TT) e a atuao feita atravs dos respetivos rgos de corte que

recebem as ordens atravs de rels.

O rel o dispositivo que deteta uma anomalia no sistema, uma sobreintensidade, sobretenso,

etc. e tem a funo de enviar ordem de abertura ao equipamento de corte que ser um disjuntor.

27

Este tem a funo de efetuar a abertura da linha em defeito. Dever ser dimensionado para

suportar e conseguir cortar a corrente mxima de curto-circuito sem se danificar [10].

Fig. 4.1 Esquema de uma proteo

4.2.7 Tipos de Rels de Proteo

Em funo das grandezas fsicas a medir e de acordo com normas internacionais, os rels podem

ter a seguinte classificao:

Rels de corrente, que atuam a partir de um determinado valor eficaz da intensidade de

corrente eltrica (ANSI 50,51);

.Rels de tenso, que atuam a partir de um determinado valor eficaz de tenso. Este

valor poder ser dimensionado para um mximo ou mnimo de tenso (ANSI 27, 59);

Rels direcionais de potncia, que sero sensveis ao valor do fluxo de potncia na rede

assim como o seu sentido (ANSI 32);

Rels de impedncia, que atuam perante uma variao da impedncia de uma linha ou

transformador (ANSI 21);

Rels diferenciais, que atuam perante uma diferena de grandezas vetoriais, sendo o

mais comum a soma vetorial das correntes num sistema (ANSI 87);

Rels de frequncia, que so sensveis variao da frequncia da rede (ANSI 81);

Rels trmicos, que atuam com variao da temperatura dos equipamentos a proteger

(ANSI 49);

Existem outros tipos de rels auxiliares ou secundrios que se descrevem:

28

Rels temporizadores, que ao receberem os sinais introduzem uma temporizao para

a sua atuao (ANSI 2):

Rels auxiliares, que so utilizados para funes secundrias. Destes, alguns esto no

circuito de excitao dos elementos de corte e necessitam de poder de corte, outros,

simplesmente fazem interligaes e no necessitam de poder de corte (ANSI 94);

Rels de sinalizao, utilizados para registarem e sinalizarem atuao das protees

(ANSI 30).

4.3 Tipos de Proteo

4.3.1 Proteo Diferencial

Este tipo de proteo baseia-se na medio das correntes que circulam na rede ou malha a

proteger. A sua atuao deve verificar-se quando a diferena entre os dois pontos medidos,

ultrapassar um valor pr-definido. Esta proteo s atua para defeitos compreendidos na sua

zona de proteo.

Este tipo de proteo utilizado para proteger transformadores, motores, cabos e linhas. No

entanto, para o caso da linha, devido sua extenso, necessrio um bom sistema de

comunicaes de modo a transmitir as informaes.

Na Fig. 4.2 representa-se um esquema simblico deste tipo de proteo (caso particular de um

transformador).

Fig. 4.2 Esquema de Proteo Diferencial do Transformador

29

4.3.2 Proteo de Distncia

Este tipo de proteo provavelmente o mais utilizado em todo o mundo, para detetar curto-

circuitos entre fases e homopolares em linhas de mdia, alta e muito alta tenso [11].

O critrio de seletividade desta proteo definido pela distncia da proteo ao ponto de

defeito, sendo no entanto tambm possvel utilizar temporizao.

Esta proteo avalia a distncia ao defeito, atravs da medio de impedncia da linha. Esta

medida conseguida atravs da medida da tenso e corrente na linha. No caso de ocorrer um

curto-circuito, a tenso ir diminuir e a corrente ir aumentar, o que leva a uma diminuio da

medida da impedncia.

Quando em presena de redes malhadas, esta proteo dever ser direcional para garantir uma

melhor seletividade.

Esta proteo permite ter vrios escales, em que o 1 escalo normalmente cobre entre 80 a

90% da linha, de modo a garantir que no haver atuaes da proteo para defeitos ocorridos

para l do termo da linha ou em qualquer outra linha adjacente. Esta segurana de 10 a 20%

tambm serve para garantir que quaisquer erros nos transformadores de corrente e tenso,

imprecises nos dados da impedncia da linha e erros no ajuste dos rels, no provoquem

disparos para defeitos fora da linha [11].

O 2 escalo dever cobrir o restante comprimento da linha, de modo a garantir que toda a linha

fica protegida. Assim e tendo em conta os erros dos transformadores de corrente e tenso,

impreciso de dados da linha e erros de ajuste dos rels, o 2 escalo deve ser parametrizado

para um mnimo de 120% da linha e um mximo de 50% da linha adjacente mais curta, para

assegurar que esta proteo no alcana o mesmo valor do 1 escalo da linha adjacente [11].

4.3.3 Proteo de Mximo de Intensidade

As protees de mximo de intensidade podem ser de mximo de intensidade de fase ou mximo

de intensidade homopolar e devem atuar quando se atingir um valor de corrente pr-definido,

respetivamente da componente da corrente das fases ou da componente da corrente homopolar.

Estas protees ainda se podem subdividir em funo do seu tipo de atuao em:

Proteo de Tempo Constante ou Definido

Proteo Instantnea

Proteo de Tempo Inverso ou Dependente

No entanto hoje em dia, com a tecnologia de protees digitais estas trs funes esto

disponveis na mesma proteo.

30

4.3.3.1 Protees de Tempo Constante ou Definido

Este tipo de proteo tem uma corrente operacional regulada para um valor, que dever ser

sempre superior a qualquer corrente de carga, j que o seu tempo de disparo no vai depender

das correntes.

A coordenao destas protees e uma vez que estas se encontram na sequncia de um

determinado percurso de corrente, ser efetuada atravs de um intervalo de tempo (t), que ser

adicionado a cada proteo, a jusante ou que tiver mais temporizao, para o caso em que

haja varias derivaes.

Convm no entanto ter em ateno, que estas temporizaes entre protees devem ter o valor

(t) necessrio, de modo a garantir que num defeito a jusante, atue a proteo a montante,

eliminando o defeito e de modo a que as outras protees a montante desta, se encontrem dentro

do tempo operacional e no disparem.

Quando a seletividade entre protees efetuada atravs de temporizaes, a temporizao

menor acontece no ponto mais distante e onde as correntes de curto-circuito so menores, o que

configura numa desvantagem dado que junto fonte de energia esto as correntes de curto-

circuito mais elevadas e maiores esforos eletrodinmicos com uma temporizao superior, o

que provoca maiores danos nos materiais e equipamentos [12].

4.3.3.2 Proteo Instantnea

Este tipo de proteo ter a sua coordenao feita atravs da sensibilidade a diferentes valores

de corrente de curto-circuito e no por temporizao, como no caso anterior. A sua grande

aplicao em redes radiais, o que permite que a regulao seja feita pela corrente, porque esta

vai diminuindo de montante (fonte de energia) para jusante. Esta regulao dever ser feita para

a mxima corrente de defeito possvel, no n imediatamente a jusante e dever ter um fator de

segurana, de modo a no provocar disparos intempestivos que podem resultar de imprecises

dos parmetros da rede e da proteo.

Este tipo de proteo garante uma boa qualidade de servio, porque permite anular os defeitos

num curto espao de tempo, mas por outro lado pouco sensvel a defeitos no trifsicos, sendo

ainda mais insensvel com a introduo de uma margem de segurana. [13]

4.3.3.3 Proteo de Tempo Inverso ou Dependente

Este tipo de proteo aparece como uma boa soluo, porque o seu funcionamento tem uma

boa relao inversa entre as correntes e os seus tempos de eliminao. Isto permite que a

atuao se efetue mais rapidamente na presena de correntes mais elevadas.

O seu tempo de seletividade de acordo com a norma IEC 60255-3 (1989-05), definido por:

=

(4.2)

31

Em que:

Top o tempo de atuao em segundos

a e b so constantes

TMS a escolha da curva do rel (Time Multiplier setting)

Iop a corrente mnima que provoca o disparo do rel (I operacional).

Icc a corrente curto-circuito

Os valores caractersticos para as constantes a e b, ao abrigo da norma IEC 60255-3, so

apresentados na tabela seguinte:

Tabela 4.1 Constantes das curvas de tempo Inverso segundo a norma IEC 60255-3

Tipo de Curva A b A

Normalmente Inversa 0,14 0,02 16,86

Muita Inversa 13,5 1,0 29,7

Extremamente Inversa 80,0 2,0 80,0

Estas protees, de acordo com as curvas representadas na Fig.4.3, permitem 3 graus de

dependncia entre o tempo de operao e a intensidade da corrente. Em funo disso,

classificam-se de standard ou normal, muito e extremamente inversa.

Na representao das caratersticas da Fig. 4.3, verifica-se que, quanto mais inversa a relao

for, menor o tempo de eliminao dos defeitos, para o mesmo valor de corrente.

Por conseguinte, quanto maior for a corrente, menor ser o tempo de eliminao do defeito, o

que leva a que os efeitos de desgaste e destruio de equipamentos e materiais sejam mais

atenuados.

32

Fig. 4.3 Curvas de atuao dos rels [12]

33

Captulo 5 Seleo e parametrizao das protees

5.1 Introduo

A energia eltrica produzida pela cogerao ser para consumo na fbrica e exportao para a

rede. produzida por dois grupos de 47 MW que esto ligados a dois transformadores

elevadores atravs dos quais, se faz a elevao da tenso para os nveis da rede. A exportao

feita por dois circuitos iguais, pelo que nesta tese ser feito o estudo de um dos circuitos,

assumindo que o outro exatamente igual e com as mesmas caratersticas.

A tenso de produo aos terminais do alternador de 11 kV e os transformadores elevadores

de 11/63 kV, pelo que a exportao se faz no nvel dos 60 kV.

Os servios auxiliares da cogerao sero alimentados atravs da energia produzida na

cogerao e em dois nveis de tenso 6,3 e 0,4 kV.

Assim, este estudo ir abranger protees nos nveis de tenso de 60, 11 e 6,3 kV.

O estudo e parametrizao das protees ir abranger os troos e equipamentos, desde a

produo at entrega ao ORT e os troos e equipamentos dos servios auxiliares at ao nvel

dos 6,3 kV.

Este estudo pretende que se parametrizem as protees, de modo a que haja uma boa

coordenao e otimizao, garantindo a maior fiabilidade da rede e em caso de algum defeito,

que ele seja anulado no mais breve tempo possvel. Por outro lado garantir que os equipamentos

no abrangidos pelo defeito se mantenham em servio.

Tambm aqui se pretende que s em caso extremo os grupos sejam desligados, isto , levar at

ao mximo a sua capacidade de resistir a cavas de tenso provocadas por defeitos, respeitando

as caratersticas do equipamento e assim garantindo fiabilidade na produo de energia eltrica

e trmica.

Apresenta-se ento este estudo, troo a troo no subcaptulo seguinte.

Os clculos das correntes de curto-circuito a utilizar nas parametrizaes de algumas protees,

apresentam-se no captulo sete.

5.2 Protees e troos a proteger

Neste captulo definem-se os parmetros das funes das protees a serem utilizadas na

cogerao e restantes troos at entrega na rede, de modo a proteger todos os elementos, de

uma forma mais sensvel, rpida e seletiva.

O estudo ser tratado troo a troo como a seguir se descreve.

5.2.1 Interligao da subestao de sada da fbrica subestao da rede

A interligao rede da ORT, entre a subestao da fbrica e a subestao do ORT

executada em cabo isolado, enterrado e onde se consideram as seguintes protees:

34

Proteo diferencial de cabo (87L)

Proteo de distncia (21)

Mximo de intensidade (50/51)

Mximo de intensidade homopolar (50/51N)

Mximo e mnimo de tenso (27/59)

Mximo e Mnimo de frequncia (81)

5.2.1.1 Dados da Instalao

Cabo isolado de 60kV com as seguintes caratersticas, fornecidas pelo distribuidor de energia:

Zd = 0,1344+j0,3946 => 0,4169 71,2

Zh = 0,368+j0,2106 => 0,4401 28,6

Capacidade total do cabo 950 nF entre a fase e a terra

Mxima corrente de curto-circuito admitida pelo cabo de 186,56 kA, durante 0,6 s.

Mxima corrente de carga de 830 A.

Transformadores de Intensidade:

1250/5 A

Caracterstica do ncleo de proteo 50 VA 5P20

Transformadores de Tenso:

V

Caracterstica do ncleo 60 VA 3P

5.2.1.2 Dimensionamento das funes de proteo

5.2.1.2.1 Proteo Diferencial do Cabo

Para esta proteo dimensionam-se dois escales, em que a corrente de operao do 1 escalo

da DifC dever ter em conta os erros dos TIs de cada extremo (de acordo com norma IEC 185

de 1987), os erros de medida da proteo, os tempos de comunicao entre os 2 extremos, a

carga capacitiva e um fator de segurana.

Do anterior descrito resulta:

I = + + + + margemdesegurana

Assumindo os seguintes valores:

Iop = 10 % + 2 % + 2 % (pequeno, dado que a ligao por fibra tica Direta) + 3 % (pequeno

uma vez que o cabo curto) + 3 % = 20 %

Iop> = 0,2*In(TI) = 0,2*1250 = 250 A.

35

Dado tratar-se de um cabo, onde a energizao tem um efeito negligencivel, no ser

necessrio considerar a restrio harmnica para a proteo diferencial.

Sendo esta proteo unitria, isto , apenas protegendo um elemento da rede (neste caso, o

cabo), no h necessidade de temporizao para efeitos de seletividade, pelo que a

temporizao dever ser 0 s.

O segundo escalo da funo diferencial, Iop>>, (que no tem em conta a corrente restrita)

regulado para um valor 2,5 vezes a corrente nominal do TI.

Iop>> = 2,5 In(TI) = 2,5 * 1250 = 3125 A

Tal como para o primeiro escalo, no h qualquer temporizao associada ao disparo deste

escalo da DifC.

Tabela 5.1 Parametrizao proteo diferencial cabo

Proteo Diferencial do Cabo Valor Unidade

Corrente de Operao 1 Escalo (Iop>) 250 A

Tempo de Operao 1 Escalo (Top>) 0 s

Corrente de Operao 2 Escalo (Iop>>) 3.125 A

Tempo de Operao 2 Escalo (Top>>) 0 s

5.2.1.2.2 Proteo Distncia

A proteo de distncia ser dimensionada para duas Zonas/ Escales.

A primeira zona ter a cobertura de 80% da linha e uma temporizao de zero segundos, uma

vez que garantido que o defeito na linha.

A segunda zona ter cobertura de 120% do comprimento da linha e uma temporizao de 0,4 s,

de modo a fazer backup do primeiro escalo.

36

Tabela 5.2 Parametrizao proteo distncia do cabo

Zona de cobertura Alcance Temporizao R1 X1 R0 X0

Zona 1 80% 0 s 0,108 0,316 0,309 0,352

Zona 2 120% 0,4 s 0,161 0.474 0.464 0,528

5.2.1.2.3 Proteo de Mximo de Intensidade Homopolar

Este escalo de mximo de intensidade homopolar tem como objetivo servir de backup

proteo diferencial do Cabo ou proteo de distncia. Em situaes normais, esta funo

dever operar apenas em caso de falha das protees principais.

O valor de operao ser calculado em funo da corrente restrita com uma margem de

segurana.

Valor da corrente restrita:

Ir = -j3wCUn = -j 3*2f*C*Un= -j3*100*959*10 -9 * 36373= -j32,57 A

Considerando uma margem de segurana de 20%, obtm-se para a corrente operacional:

Iop> = 1,2 * 32,57 = 40 A.

No entanto, uma vez que este valor inferior a 10% da corrente do TI e corresponde a uma zona

da curva do TI com bastantes erros, considera-se para setting desta proteo o valor

correspondente a 10% do TI.

Por conseguinte considera-se para esta proteo, o valor operacional de 125 A em substituio

do valor calculado atravs da corrente restrita de 40 A.

Iop> = 0,1*1250 = 125 A

Como se pode verificar atravs dos resultados apresentados no anexo IV, paginas A.27 e A.29,

este valor inferior corrente homopolar em caso de defeito, pelo que se garante a sua proteo.

Sendo uma proteo de backup, dever ser configurada para a temporizao de 1s.

Tabela 5.3 Parametrizao proteo de mximo de intensidade homopolar do cabo

Proteo de Mximo de Intensidade Homopolar Valor Unidade

Corrente de operao 1 escalo (Iop>) 125 A

Tempo de operao 1 escalo (Top>) 1 s

37

5.2.1.2.4 Proteo de Mximo de Intensidade

Este escalo de mximo de intensidade tem como objetivo servir de backup proteo

diferencial do Cabo ou proteo de distncia. Em situaes normais, esta funo dever operar

apenas em caso de falha das protees principais.

Para este escalo, a corrente de operao dever ser condicionada por uma percentagem do

valor do TI ou pela corrente mxima admissvel pelo cabo, aquela que melhor garanta a

segurana e proteo de equipamentos e do cabo.

Iop(TI) = 1,2 * In(TI) = 1,2 * 1250 = 1500 A

Iop (cabo) = 830 A

Para este caso opta-se pela corrente mxima admissvel do cabo, para a regulao do valor

operacional da proteo, porque o valor que melhor garante a segurana para o cabo.

Iop> = 830 A

O tempo de operao dever ser superior a qualquer transitrio de ligao e coordenado com as

protees a montante e jusante.

Desta forma, considera-se 1 s como o valor a regular.

Para o 2 escalo, atendendo a que est uma proteo em cada um dos lados do cabo, de modo

a poder desligar todo o troo, estas esto interligados e comunicam atravs de fibra tica. Por

conseguinte, considera-se 80% da menor contribuio de corrente de curto-circuito neste troo

da rede, 0,8*1,95 = 1,56 kA, para garantir que o disparo se efetua sem danificar qualquer

equipamento e com uma temporizao de 0 s.

O valor da contribuio da corrente de curto-circuito pode ser verificado no anexo II, pginas

A.10 e A.11.

Tabela 5.4 Parametrizao proteo de mximo de intensidade do cabo

Proteo de Mximo de Intensidade Valor Unidade


Tempo de operao 1 escalo (Top>) 1,0 s

Corrente de operao 2 escalo (Iop>>) 1560 A

Tempo de operao 2 escalo (Top>>) 0 s

38

5.2.1.2.5 Proteo de Mximo e de Mnimo de Tenso

Aqui considera-se uma gama de operao do barramento entre os 120% e os 80% da tenso

nominal, de modo a garantir o funcionamento da cogerao dentro dos limites de tenso,

impostos pelo fornecedor do gerador.

Considera-se um tempo de disparo de 3 s de modo a respeitar e coordenar com caratersticas

do gerador, fornecidas pelo fabricante e de acordo com norma IEC 60034.

Tabela 5.5 Parametrizao proteo mxima e mnimo de tenso do cabo

Mnimo de Tenso 48 kV 3s

Mximo de Tenso 72 kV 3s

5.2.1.2.6 Proteo de Mximo e de Mnimo de Frequncia

Coordenado com o ORT regulam-se as protees de mximo e mnimo de frequncia para os

seguintes patamares:

Tabela 5.6 Parametrizao proteo mxima e mnimo de frequncia

Mnimo de Frequncia 48,5 Hz 0,07s

Mximo de Frequncia 51,5 Hz 0,07s

5.2.2 Interligao da subestao da cogerao subestao de sada da fbrica

Neste troo que interliga a subestao da cogerao subestao da fbrica, o equipamento a

proteger um cabo de 60 kV isolado e enterrado, onde se iro considerar as seguintes protees:

Proteo diferencial de cabo (87L)

Mxima intensidade (50/51)

Mxima intensidade homopolar (50/51N)


Cabo de 60 kV com as caratersticas seguintes:

Tipo do cabo: RHEMAV

Seco: 1x 630 mm2

Tenso: 36/66 kV

39

Resistncia eltrica a 20C: 0,0283 / Km

Reactncia Indutiva: 0,114 / Km

Capacidade: 0,301 F/km

Tenso Mxima entre fases: 72,5 kV

Mxima corrente de carga de 830 A.

Corrente mxima admissvel no condutor durante 1 s: 90,8kA

Corrente mxima de curto-circuito na blindagem durante 1s: 32,3kA

Comprimento do cabo. 1800m

Transformador a jusante:

Potncia nominal: 63 MVA

Grupo de ligaes: YND11

Tenso de curto-circuito: 10%

Corrente nominal primria: 577 A

Transformadores de Intensidade

800/5 A

Caracterstica do ncleo de proteo 30 VA 5P20

Transformadores de Tenso:

V

Caraterstica do ncleo 60 VA 3P


5.2.2.2.1 Proteo Diferencial do Cabo

A corrente de operao do 1 escalo da DifC dever ter em conta os erros dos TIs de cada

extremo(de acordo com norma IEC 185 de 1987), os erros de medida da proteo, os tempos

de comunicao entre os 2 extremos, a carga capacitiva e um fator de segurana.

Do anterior descrito resulta:

I = + + + + margemdesegurana

Assumindo os seguintes valores:

Iop = 10 % + 2 % + 2 % + 3% + 3 % = 20 %

Dado tratar-se de um cabo, onde a energizao tem um efeito negligencivel, no dever ser

considerada a restrio harmnica para a proteo diferencial.

40

Sendo esta proteo unitria, isto , protegendo apenas um elemento da rede (neste caso, o

cabo), no h necessidade de temporizao para efeitos de seletividade, pelo que a

temporizao dever ser 0 s.

Iop> = 0,2 * In (TI) = 0,2 * 800 = 160 A

O segundo escalo da funo diferencial, Iop>>, (que no tem em conta a corrente restrita)

regulado para um valor tpico de 2,5 vezes do valor da corrente nominal do TI.

Iop>> = 2,5 * 800 = 2000 A

Tal como para o primeiro escalo, no h qualquer temporizao associada ao disparo deste

escalo da DifC.

Tabela 5.7 Parametrizao proteo diferencial do cabo

Proteo Diferencial do Cabo Valor Unidade

Corrente de Operao 1 Escalo (Iop>) 160 A

Tempo de Operao 1 Escalo (Top>) 0 s

Corrente de Operao 2 Escalo (Iop>>) 2000 A

Tempo de Operao 2 Escalo (Top>>) 0 s

5.2.2.2.2 Proteo de Mximo de Intensidade Homopolar

Este escalo de mximo de intensidade homopolar tem como objetivo servir de backup

proteo diferencial do Cabo ou proteo de distncia. Em situaes normais, esta funo

dever operar apenas em caso de falha das protees principais.

O valor de operao ser calculado em funo da corrente restrita com uma margem de

segurana.

Clculo da corrente restrita:

Ir = -j3wCUn = -j 3*2f*C*Un= -j3*100*0,5418*10~6 * 36373= -j18,57 A

C = 0,301*10-6 *1,8 = 0,5418 F

Considerando uma margem de segurana de 20% obtm-se a corrente operacional

Iop> = 1,2 * 18,57 = 22 A.

No entanto uma vez que este valor inferior a 10% da corrente do TI e corresponde a uma zona

da curva do TI com bastantes erros, considera-se para setting desta proteo o valor

correspondente a 10% do TI.

41

Por conseguinte considera-se para esta proteo o valor operacional de 80 A.

Iop> = 0,1*800 = 80 A

E como se pode verificar atravs dos resultados apresentados no anexo IV, paginas este valor

inferior corrente homopolar em caso de defeito, pelo que se garante a sua proteo.

Sendo uma proteo de backup, dever ser configurada para a temporizao de 1s.

.


Proteo de Mximo de Intensidade Homopolar Valor Unidade


Tempo de operao 1 escalo (Top>) 1 s


Este escalo de mximo de intensidade tem como objetivo servir de backup proteo

diferencial do Cabo, ou rede a jusante ou montante. Em situaes normais, esta funo dever

operar apenas em caso de falha das protees principais.

Tendo em conta que a ligao aos grupos geradores tem pelo meio um transformador de 63

MVA resulta uma corrente nominal de 577 A nestes painis.

Por outro lado, a carga mxima admissvel pelo cabo de 830 A.

Desta forma, a corrente de operao do 1 escalo dever ser limitada por um valor percentual

do TI ou pela corrente mxima admissvel do cabo.

Iop> (TI) = 1.2*800 A = 960 A ou

Iop> (cabo) = 830 A

Para garantir segurana do cabo opta-se pelo Iop relativo corrente mxima admissvel no cabo:

Iop> = 830 A

O tempo de operao dever ser superior a qualquer transitrio de ligao e coordenado com as

protees a montante e jusante.

Desta forma, considera-se 1 s como o valor a regular.

Para o 2 escalo atendendo a que est uma proteo em cada um dos lados do cabo, de modo

a poder desligar todo o troo, estas esto interligadas e comunicam atravs de fibra tica. Por

conseguinte, considera-se 80% da menor contribuio de corrente de curto-circuito para garantir

que o disparo se efetua sem danificar qualquer equipamento e com uma temporizao de 0 s.

42

A menor contribuio para o curto-circuito de acordo com o anexo II pginas A.9 e A.10 de

1,99kA, pelo que:

Iop>> ser 0,8*1,99=1,6kA.

Note-se que, este valor claramente inferior a:

Valor mximo admitido pelo cabo em 1s (32,3 kA),

Contribuio da corrente de curto-circuito no barramento de 60 kV (1,99 kA),

Valor do lado dos 11 kV, 23,6 kA, que resultam em cerca de 4kA nos 60 kV.

Tabela 5.9 Parametrizao proteo de mximo de intensidade do cabo




Corrente de operao 2 escalo (Iop>>) 1600 A

Tempo de operao 2 escalo (Top>>) 0 s

5.2.3 Interbarras da subestao de sada

Neste ponto ser considerada a proteo:

Mximo de intensidade (50/51)


Transformadores de Intensidade

800/5 A

Caractersticas do ncleo de proteo 30 VA 5P20



Dado que a corrente nominal do barramento de 1250 A, dimensionado um escalo de mximo

de intensidade com um valor operacional 1,2 vezes superior, resultando num valor de 1500 A.

O tempo de operao dever ser superior a qualquer transitrio de ligao.

43

Por outro lado, dever rapidamente seccionar o barramento onde est o defeito.

Desta forma e por coordenao com as protees a jusante, considera-se 0,90 s como o valor a

regular.

Tabela 5.10 Parametrizao proteo mximo intensidade do barramento




tese_vfinal

Documents