7 $qiolvh gd rshudomr gh xp vlvwhpd gh …saturno.unifei.edu.br/bim/20160084.pdf · yroylgrv h...

16
1 Análise da operação de um sistema de proteção usando “IEDs” em um sis- tema elétrico industrial de alta tensão (AT) Bruno Félix Alcântara Souza Orientador: Prof. Dr. Ronaldo Rossi Co-Orientador: Prof. Dr. José Maria de C. Filho Instituto de Sistemas Elétricos e Energia (ISEE) Resumo – O objetivo desse trabalho foi o de realizar o estudo de seletividade da proteção de um sistema elétrico industrial de médio porte e atendido em alta tensão. Esses estudos foram realizados através da uti- lização do software SKM-PTW, específico para tal finalidade. Assim, foram detalhadas as especificações técnicas de todos os equipamentos e componentes de AT, MT e BT envolvidos nesse processo. Através do diagrama unifilar da planta, desenvolvido especial- mente para tal análise, procedeu-se aos estudos de fluxos de potência e de curtos-circuitos, cujos resulta- dos foram aplicados na seletividade da proteção dessa planta. Os coordenogramas “tempo x corrente” cor- respondentes a cada segmento de carga foram desen- volvidos e sumariamente aqui apresentados. Palavras-Chave: Seletividade da proteção, subesta- ções Elétricas, curto-circuito, fluxos de potência. I INTRODUÇÃO Este documento apresenta aspectos para a apresentação do trabalho final de graduação (TFG) em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI. A princípio, admitiu-se a concepção de uma subestação elétrica (SE) industrial típica de AT, para a qual foram especificados todos os seus equipamentos comuns. Essa SE está sendo alimentada por uma concessionária de energia envolvendo um pequeno trecho de transmissão representado por um circuito equivalente, e localizada a alguns quilômetros de distância de seu pátio de entrada em alta tensão. Dessa forma o objetivo desse trabalho consiste em analisar as condições operativas da proteção e sua seletividade aplicada a essa subestação industrial. Assim, tem-se um grande número de equipamentos e componentes a serem especificados, tais como: Transformadores de Corrente, Transformadores de Potencial, Chaves Seccionadoras, Disjuntores, Transformadores de Força, Cargas da planta industrial: motores, iluminação, etc Bancos de capacitores, Geradores de emergência, Relés IEDs. Foram realizadas simulações para analisar as relações “tensão x corrente” para algumas faltas e a partir delas fazer como a principal atividade a proteção e sua seletivi- dade dessa planta industrial usando os IEDs. II INTRODUÇÃO TEÓRICA II.1 – Subestação Elétrica Uma subestação (SE) é um conjunto de equipamentos de manobras e/ou transformação e ainda eventualmente de compensação de reativos usados para dirigir o fluxo de energia em sistema de potência e possibilitar a sua diver- sificação através de rotas alternativas, possuindo disposi- tivos de proteção capazes de detectar os diferentes tipos de faltas que ocorrem no sistema e de isolar os trechos onde estas faltas ocorrem. II.2 – Tipo de Curtos-circuitos Curto-Circuito: redução brusca e acentuada de um circui- to com consequente elevação de corrente a valores acima dos normais. NORMA ANSI – American National Standards Institute ANSI/IEEE C37.010 – IEEE application guide for AC high-voltage circuit breakers rated on a symmetrical cur- rent basis para ser aplicada em sistemas com tensões su- periores a 1000 [V] TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ENGENHARIA ELÉTRICA

Upload: hatruc

Post on 10-Dec-2018

216 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

1

Análise da operação de um sistema de proteção usando “IEDs” em um sis-tema elétrico industrial de alta tensão (AT)

Bruno Félix Alcântara Souza Orientador: Prof. Dr. Ronaldo Rossi

Co-Orientador: Prof. Dr. José Maria de C. Filho Instituto de Sistemas Elétricos e Energia (ISEE)

Resumo – O objetivo desse trabalho foi o de realizar o estudo de seletividade da proteção de um sistema elétrico industrial de médio porte e atendido em alta tensão. Esses estudos foram realizados através da uti-lização do software SKM-PTW, específico para tal finalidade. Assim, foram detalhadas as especificações técnicas de todos os equipamentos e componentes de AT, MT e BT envolvidos nesse processo. Através do diagrama unifilar da planta, desenvolvido especial-mente para tal análise, procedeu-se aos estudos de fluxos de potência e de curtos-circuitos, cujos resulta-dos foram aplicados na seletividade da proteção dessa planta. Os coordenogramas “tempo x corrente” cor-respondentes a cada segmento de carga foram desen-volvidos e sumariamente aqui apresentados. Palavras-Chave: Seletividade da proteção, subesta-ções Elétricas, curto-circuito, fluxos de potência. I – INTRODUÇÃO Este documento apresenta aspectos para a apresentação do trabalho final de graduação (TFG) em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI. A princípio, admitiu-se a concepção de uma subestação elétrica (SE) industrial típica de AT, para a qual foram especificados todos os seus equipamentos comuns. Essa SE está sendo alimentada por uma concessionária de energia envolvendo um pequeno trecho de transmissão representado por um circuito equivalente, e localizada a alguns quilômetros de distância de seu pátio de entrada em alta tensão. Dessa forma o objetivo desse trabalho consiste em analisar as condições operativas da proteção e sua seletividade aplicada a essa subestação industrial. Assim, tem-se um grande número de equipamentos e componentes a serem especificados, tais como:

Transformadores de Corrente, Transformadores de Potencial, Chaves Seccionadoras, Disjuntores, Transformadores de Força, Cargas da planta industrial: motores, iluminação, etc Bancos de capacitores, Geradores de emergência, Relés IEDs. Foram realizadas simulações para analisar as relações “tensão x corrente” para algumas faltas e a partir delas fazer como a principal atividade a proteção e sua seletivi-dade dessa planta industrial usando os IEDs. II – INTRODUÇÃO TEÓRICA II.1 – Subestação Elétrica Uma subestação (SE) é um conjunto de equipamentos de manobras e/ou transformação e ainda eventualmente de compensação de reativos usados para dirigir o fluxo de energia em sistema de potência e possibilitar a sua diver-sificação através de rotas alternativas, possuindo disposi-tivos de proteção capazes de detectar os diferentes tipos de faltas que ocorrem no sistema e de isolar os trechos onde estas faltas ocorrem. II.2 – Tipo de Curtos-circuitos Curto-Circuito: redução brusca e acentuada de um circui-to com consequente elevação de corrente a valores acima dos normais. NORMA ANSI – American National Standards Institute ANSI/IEEE C37.010 – IEEE application guide for AC high-voltage circuit breakers rated on a symmetrical cur-rent basis para ser aplicada em sistemas com tensões su-periores a 1000 [V]

TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ENGENHARIA ELÉTRICA

2

ANSI/IEEE C37.13 – IEEE Standard for low-voltage AC power circuit breakers used in enclosures para ser aplica-do em sistemas com tensões inferiores a 1000 [V] Ambas as normas estabelecem o cálculo de curto-circuito baseando-se, principalmente, no cálculo de reatâncias subtransitórias utilizando fatores de correção. As normas ANSI relacionadas são comumentes conhecidas como normas baseadas em cálculo de impedâncias. Índices de incidências de faltas em sistemas industriais: • Curto-circuito Trifásico (5% de incidência, mais severo, maior corrente de curto); • Curto-circuito fase-terra (75% dos casos); • Curto-circuito fase-fase (10 %, ionização do ar entre fases); • Curto-circuito fase-fase-terra (10%); II.3 –Fluxo de Potência É o estudo que fornece a solução de distribuição de cor-rentes em uma rede elétrica, em regime permanente, para uma dada condição de operação, isto é, para uma dada condição de carga e geração, sujeitas a restrições operati-vas e à ação de dispositivos de controle. Verificação da queda de tensão nos barramentos de média e baixa tensão. Condições: BT -> Vb ≤ 7,5 % (Norma ABNT/NBR 5410) MT -> Vb ≤ 5 % (Norma ABNT/NBR – 14039) II.4 – Proteção A proteção deve ser coordenada e dimensionada; para tanto, deve-se calcular o valor máximo da corrente de carga, bem como, o máximo valor da corrente de curto-circuito nos diversos pontos do sistema. Deve-se considerar todas as fontes de corrente de curto-circuito (geradores síncronos, motores síncronos, motores de indução, concessionária). A coordenação gráfica dos dispositivos de proteção foi realizada através do programa PTW. II.5 - Programa PTW Para a execução desse trabalho foram utilizados alguns módulos do programa PTW (“Power Tools for Win-dows”), versão usada no laboratório do CERIn, UNIFEI. III – METODOLOGIA O PTW permite entrar com as especificações de todos os equipamentos da subestação de forma manual, basta um clique duplo em cada equipamento que abre uma janela para entrada dos dados. Outra maneira é que dentro do seu banco de memória na área biblioteca (library) há um acervo de catálogos de fabricantes que agiliza e melhora na especificação dos equipamentos da subestação como

por exemplo, SIEMENS, ABB, GE entre vários outros fabricantes presentes no mercado. Também foram especificados os tipos de cargas a serem atendidas e suas características, além de um gerador de emergência na carga prioritária. Após o trabalho de entrada dos dados de todos os equi-pamentos da planta industrial foram feitos dois testes, curto-circuito e fluxo de potência, para que os relés ins-tantâneos e temporizados façam de maneira seletiva a proteção. Função 50/51. A seguir as especificações de todos os equipamentos que foram usados na SE, as cargas dessa planta, a corrente de curto circuito trifásico nos barramentos, o fluxo de potên-cia, diagrama unifilar e os gráficos da seletividade. III.1 - ESPECIFICAÇÃO DOS EQUIPA-

MENTOS III.1.1 - Concessionária Remota: Neste caso, será colocado um gerador equivalente que fará o papel da distribuidora de energia e alimentará a subestação industrial. Esse modelo de equivalência cor-responde ao Gerador de Thevenin da rede no ponto dessa alimentação. Os dados são: Vnom = 138 [kV], Sn = 1,5 GVA – 60 Hz, 3, Zo/Z1=3, X/R >>8, LT1 e LT2, cabos 3x (2/c) - #500 MCM-15 m . III.1.2 - Barramento de entrada da SE – lado de 138 [kV]: Barra de entrada: barramento singelo, tubos de alumínio, diâmetro D=10 [cm], Comprimento: L= 6,00 [m] por seção. Tensão de opera-ção: Vn = 1,0 0ےº [pu]. Resistência e reatância para essas seções: Z´= 0,0025 65ےº. [Ω/m]. Arranjo de entrada: barramento singelo com acoplamento longitudinal realizado através de um seccionamento por disjuntor (“tie-breaker”); 02 disjuntores de entrada (01 disjuntor / circuito); chaves a montante e jusante do dis-juntor, conforme mostrado no diagrama unifilar geral.

Fig. 1 – entrada da subestação - concessionária 138 [kV]

3

III.1.3 - Características dos disjuntores – lado AT: Tensão nominal Vn = 138 [kV] Classe de isolação; Vmax= 145 [kV] - NBI = 650 [kV] - 1,2x50 [µs]. Corrente nominal - In = 1200 [A] Corrente nominal simétrica de interrupção = 40 [kA] Corrente dinâmica ou de estabelecimento (valor de pico) = 100 [kA]; Tempo de interrupção: tempo abertura: 3 ciclos (50 ms); tempo arco (10 ms). Tempo de fechamento; Tf = 120 [ms]; Ciclo de religamento: 0 - 0,3 – CO - 15s - CO (não apli-cável). Dielétrico na câmara de interrupção: gás SF6 (Hexa-fluoreto de enxofre) Pressão de trabalho do gás: 6 [kgf/cm2] ~ 6 [atm] ~ 0,6 [MPa].

Fig. 2 – Disjuntor 3AS SIEMENS ALTA TESÃO III.1.4 - Chaves Seccionadoras – entrada SE: Tensão nominal Vn = 138 [kV] Classe de isolação; Vmax= 145 [kV] - NBI = 650 [kV] - 1,2x50 [µs]. Corrente nominal In = 1200 [A] Corrente dinâmica ou de estabelecimento (valor de pico) = 80 [kA]; Tempo de abertura: Ta = 3 [seg] - motorizada. Tempo de fechamento; Tf = 4 [seg]; III.1.5 - Para-raios de entrada da Subestação: Tensão máxima continua de operação: Vn = 84 [kV] Classe de isolação: Vmax= 145 [kV] - NBI = 650 [kV] Tensão nominal (Tensão disruptiva) = Vd = 120 [kV]. Corrente nominal In = 10 [kA] Corrente de surto Is = 100 [kA].

Fig. 3 –Para Raio 138 [kV] III.1.6 - Transformadores de Corrente – lado AT – en-trada da SE: Tensão nominal Vn = 138 [kV] Classe de isolação; Vmax= 145 [kV] - NBI = 650 [kV] - 1,2x50 [µs]. Dielétrico (meio isolante) – óleo naftênico Corrente nominal In = 200/400 – 5 - 5 [A] – tape LT: 400/5 e tape TF: 200/5 Corrente Térmica nominal ; Ith = 40 [kA] e Δt = 1 [seg] Corrente Dinâmica nominal – Id = 100 [kA] e Δt = 0,1 [seg] Fator de sobrecorrente nominal (saturação) – Fs = 20 x Inom Fator térmico nominal (sobrecarga) Ft = 1,2 x Inom Cargas e classes de precisão nominais: 0,3C25 e 10B100 Impedâncias: Z prim ~ 0 (barra de cobre) Z sec = 0,5. [Ω] (CM toroidal – Xs ~ 0 e Zsec = Rsec).

Fig. 4 – TC de Alta Tensão 138 [kV]

4

III.1.7 - Transformadores de Potencial – lado AT – entrada da SE: Tensão nominal Vn = 138 [kV] Classe de isolação; Vmax= 145 [kV] - NBI = 650 [kV] - FO: 1,2x50 [µs]. Dielétrico (meio isolante) – óleo naftênico Relação de transformação; 138000/√3 - 115/√3 - 115 ou 1200:1: √3 Potência nominal; 0,3P75 – 1,2P200 Potencia térmica nominal: Pt = 1000 [VA]; Impedâncias: Z prim ~ elevado ~ 1 [kΩ] Z sec = baixo ~ 0,5 [Ω]

Fig. 5 – TP de Alta Tensão 138 [kV] III.1.8- Transformadores de Força – TF-P1 e TF-P2 Potência nominal: Snom = 20/22 [MVA] – ONAN/ONAF – ABNT/NBR-5356 Tensão nominal: Vn-AT = (+2x1,25 – 5x1,25%) 138 [kV] delta - Vn-BT = 13,8 [kV] estrela aterrada através de um resistor de aterramento ( Rat = 20 [Ω] – 10 seg –classe de isolação: 8,6 kV ). Grupo de defasamento angular dos TFs: Dy 30º Classe de isolação-AT; Vmax= 145 [kV] - NBI = 275/650 [kV] - 1,2x50 [µs]. Suportabilidade à tensão aplicada AT: Va = 275 [kV] – 1 min – 60 Hz. Classe de isolação-BT; Vmax= 15 [kV] -NBI = 95/110 [kV] -1,2x50 [µs] – 0,5 [J]. Suportabilidade à tensão aplicada BT: Va = 34 [kV] – 1 min – 60 Hz. Dielétrico (meio isolante) – óleo naftênico – Classe de Elevação Temperatura 55ºC Sistema de aterramento – lado de BT: sistema aterrado por limitador resistivo (SAL)

Resistor de aterramento: Rat = 20 [Ω] – Vn = 8,6 [kV], t = 10 [s]; Icc-ft = 400[A]; Impedâncias: Impedância percentual do TF - Zt = 12,5 78ےº [%] à temperatura de θn = 75 [ºC] Demais informações conforme Norma Técnica: ABNT/NBR-5356 III.1.9 - Transformadores de Corrente – lado BT dos TF1 e TF2 Tensão nominal Vn = 13,8 [kV] Classe de isolação; Vmax= 15 [kV] - NBI = 95/110 [kV] - 1,2x50 [µs]. Dielétrico (meio isolante) – resina epóxi – uso interno – instalação abrigada (painéis de força - distribuição indus-trial). Corrente nominal In = 1200 – 5 - 5 [A]; Corrente Térmica nominal ; Ith = 60 [kA] e Δt = 1 [seg] Corrente Dinâmica nominal – Id = 150 [kA] e Δt = 0,1 [seg] Fator de sobrecorrente nominal (saturação) – Fs = 20 x Inom Fator térmico nominal (sobrecarga) Ft = 1,2 x Inom Cargas e classes de precisão nominais: 0,3C25 e 10B100 Impedâncias: Z prim ~ 0 (barra de cobre) Z sec = 0,4 [Ω]. - (CM toroidal – Xs ~ 0 e Zsec = Rsec). III.1.10 - Transformadores de Potencial – lado BT dos TF1 e TF2 Tensão nominal Vn = 13,8 [kV] Classe de isolação; Vmax= 15 [kV] - NBI = 95/110 [kV] - 1,2x50 [µs] . Dielétrico (meio isolante) – resina epóxi – uso interno – instalação abrigada. (painéis de força - distribuição indus-trial). Relação de transformação; 13800/√3 - 115/√3 ou 120:1 Potência nominal; 0,3P75 – 1,2P200 Potência térmica nominal: Pt = 500 [VA]; III.1.11-Características dos Disjuntores de média ten-são. Tensão nominal Vn = 13,8 [kV] Classe de isolação; Vmax= 15 [kV] NBI = 95/110 [kV] - 1,2x50 [µs]. Corrente nominal In = 1200 [A] Corrente nominal simétrica de interrupção = 28 [kA] Corrente dinâmica ou de estabelecimento (Valor de pico) = 80 [kA]; Tempo de interrupção: tempo abertura: 3 ciclos (50 ms); tempo arco (10 ms). Tempo de fechamento; Tf = 80 [ms]; Ciclo de religamento: O - 0,3s – CO - 15s - CO (não apli-cável). Dielétrico na câmara de interrupção: gás SF6 (Hexa-fluoreto de enxofre) Pressão de trabalho do gás: 6 [kgf/cm2] ~6 [atm] ~ 0,6 [Mpa].

5

Fig. 6 – Disjuntor 3AF SIEMENS MÉDIA TENSÃO III.1.12 - Cabos de interligação dos TF1 e TF2 aos painéis de força – LADO BT Cabo isolado, Tipo EPR, classe MT, Vn = 8,6/13,8 kV, NBI= 34/110 kV, 60 Hz, estrutura: 3 x 2/c – 1000 MCM.- comprimento: Lc = 50 [m] – distribuição subterrânea em canaletas de concreto, conforme instruções ABNT.

Fig. 7 – Cabos de Média Tensão III.1.13 Relés de proteção – REF 542- fabricante ABB O REF 542 é uma solução digital e compacta tecnologia de controle. Ele pode ser usado em várias aplicações de média tensão, tais como em proteção do alimentador, proteção do transformador e de proteção do motor. O seu processador combina medição, monitoramento, proteção, controle e auto diagnóstico em um único paco-te. Com os seus protocolos de comunicação integrada, o REF 542 pode ser facilmente incorporado em qualquer sistema de automação de subestações. Estes dispositivos proporcionam flexibilidade excepcio-nal, resultando em soluções inteligentes e não poluentes em comparação com abordagens mais tradicionais.

Fig. 8 – RELÉ REF 542

III.1.14 - Banco de Capacitores 04 Bancos de capacitores: barramento de média tensão 13,8 [kV] lado BT do TF-P1 e TF-P2 de potência: Sc = 2 x 2,4 [Mvar] cada unidade, instalados dois a dois. 02 Bancos de capacitores: BC-4 e BC-5, em operação contínua: duas unidades de potência Sc = 2x 0,6 [Mvar] conectados nas barras dos motores de 0,48 [kV].- blocos de cargas 4 e 5. 02 Banco de capacitores: BC-3 e BC-6, em operação con-tinua: duas unidades de potência Sc= 2 x 0,3 [Mvar] co-nectado na barra dos motores de 480/277 [V], bloco de cargas 3 e 6 cargas prioritárias. 02 Banco de capacitores: BC- 7, em operação continua: uma unidade de potência Sc = 0,3 [Mvar] conectado na barra dos motores de 4,16 [kV] - bloco de cargas 7. 02 Banco de capacitores: BC- 8, em operação continua: uma unidade de potência Sc = 0,3 [Mvar] conectado na barra dos motores de 4,16 [kV] - bloco de cargas 8. III.1.15 - Gerador de emergência: Será instalado 01 grupo gerador-diesel, (grupo motor-gerador diesel- MGD), potências de valor Sn= 1000 [kVA], F=60 Hz, tensão nominal de 480 [V], reatâncias Xs= j 140% e X”s = j 12% . Esse “MGD” deve ser ins-talado convenientemente no barramento de alimentação das cargas prioritárias (blocos de carga 3 e 6). III.2. - NATUREZA DAS CARGAS DA

PLANTA INDUSTRIAL III.2.1 - Bloco de carga 1 (B1) – Atendimento Adminis-trativo Predial/Comercial da planta; iluminação e for-ça: Potências das cargas-Bloco 1: P1 = 0,8 [MW] – Vn = 220/127 [V] – FP1 = 0,9 ind., Alimentação feita através de um transformador (TF-01) de potência Sn= 1,0 [MVA]– tensões 13,8/0,22 [kV], grupo Dy30o, impedância percentual Z= 5,25%78ےº [%], conectado ao painel de força (PN-1) do TF-P1 – através de um cabo 2AWG – 10[m]. As conexões desse TF-01 ao painel de suas cargas (PC-01) é feita através de uma in-terligação via “Bus-duct ou Bus-way” – comprimento 10 [m] : impedância desprezível.

Fig. 9 – Bloco de carga (B1)

6

III.2.2 - Bloco de carga 2 (B2) – Atendimento Industri-al da planta: iluminação e força interior: Potências das cargas- Bloco 2: P2 = 1,0 [MW] – Vn = 220 [V] – FP1 = 0,92 ind. Alimentação feita através de 01 transformador (TF-02), de potência Sn= 1,5 [MVA] – tensões 13,8/0,22 [kV], grupo Dy30º, impedância percentual Z= 5,65%78ےº [%]. Esse TF-02 está conectado ao painel de força (PN-1) do TF-P1 e ao painel (PN-2) do TF-P2-( configuração NA) através do cabo CBL-TF4-3x(1/c)-2 AWG -10m. As conexões desse TF-02 ao painel de suas cargas (PC-2) é feita através de uma interligação via “Bus-duct ou Bus-way” – comprimento 10[m]: impedância desprezível.

Fig. 10 – Bloco de carga (B2)

III.2.3 - Blocos de cargas PRIORITÁRIAS 3 e 6 (B3 e B6) – Atendimento Industrial da planta: (“distribuição de força”) interior – Cargas Estáticas (Fornos, estufas, solda, iluminação, sistemas de aquecimento e refrigera-ção, etc.) e dois motores de indução trifásicos (MIT): Potências das cargas- Bloco 3 e 6: P3 = 0,4 [MW] – Vn = 480/277 [V] – FP1 =0,92 ind. E P6 = 2x 300 [HP] – Vn = 480/277 [V] – FP1 =0,92 ind. Alimentação feita através de 02 transformadores (TF-03), conectado ao TF-1 e TF- 08 conectado ao TF-P2 (confi-guração NA) e de potências iguais entre si, de valor Sn= 1,5 [MVA] – tensões 13,8/0,48 [kV], grupo Dy30o, im-pedância percentual Z= 5,65%78ےº [%]. Cabo CBL11-3 x(1/c)-2 AWG-10m. A alimentação do barramento pode ser especificado por: Bus-Duct, In= 1600 A, 60 [kA], 10[m] de comprimento (impedância desprezível). A co-nexão da carga estática dá-se pelo cabo CBL-C.E.-3x(2/c)-500 MCM-20m e dos motores pelo CBL-MIT1-3x(1/c)-400 MCM-20m.

Fig. 11 – Bloco de carga 3 e 6 (B3 e B6)

III.2.4 - Blocos de cargas 4 e 5 (B4 e B5) – Atendimen-to Industrial da planta: [Área de Força/Motores de In-dução Trifásicos-MITs – Grupos 4 e 5]: Potências das cargas - Bloco 4 e 5: P4 = 6 x 300 [HP] e Total da carga: P5 = 8 x 250 [HP] – Vn = 480/277 [V] – FP1 = 0,8 ind. Alimentação feita através de 02 transformadores (TF- 04 e 05) iguais entre si, conectados aos TF-1 e TF-P2 via cabo de interligação CBL17-3x(1/c)-2/0AWG-10m e de potências Sn= 2,5 [MVA] – tensões nominais: Vat=13,8 [kV], Vbt= 480/277 [V], grupo Dy30º, e de impedância percentual igual a Z= 5,65%78ےº [%]. A estrela secundá-ria desses 02 TFs é aterrada através de um resistor de aterramento de valor Ra = 56 Ω, T=10[s], 5A As alimentações nos lados de BT dos transformadores podem ser consideradas iguais entre si, e especificadas por: Bus-Duct, In= 1200 A, 30 [kA], 10 [m] de compri-mento (impedância desprezível) e dos painéis de contro-les desses MITs (CCMs) será 3x2/c-#250MCM-50m.

Fig. 12 – Bloco de carga 4 e 5 (B4 e B5)

7

III.2.5 - Bloco de carga 7 (B7) – Atendimento Industri-al da planta: Área de Força / Motores de Indução Trifá-sicos-[5 MITs]. Potências das cargas - Bloco 7: P7 = 5 x 1000 [HP] – Vn = 4,16 [kV] – FP1 = 0,9 ind. Alimentação feita através de 01 transformador (TF- 07) de potência Sn= 7,5 [MVA] via CBL12-3x(1/c)-#350MCM-10m – tensões nominais: Vat=13,8 [kV], Vbt= 4,16 [kV], - grupo Dy30o, e de impedância percen-tual igual a Z= 6,5%81ےº [%]. Esse TF está conectado ao barramento via CBL-TF9-3x(3/c)-#500MCM-50m. A alimentação dos painéis de controles desses MITs (CCMs), pode ser considerada pela especificação: 2 AWG, 50 [m] de comprimento, isolação em EPR, classe 5[kV].

Fig. 13 – Bloco de carga 7 (B7) III.2.6 - Bloco de carga 8 (B8) – Atendimento Industri-al da planta: Área de Força / Um Motor Síncrono]. Potências das cargas- Bloco 8: P8 = 4000 [HP] – Vn = 4,16 [kV] – FP1 = 0,8 ind. Alimentação feita através do cabo CBL16-3x(1/c)-#350MCM-10m a 01 transformador (TF- 08) de potência Sn= 5 [MVA] – tensões nominais: Vat=13,8 [kV], Vbt= 4,16 [kV], - grupo Dy30o e de im-pedância percentual igual a Z= 6,5%81ےº [%].A alimen-tação do painel de controle desse MS, (CCM), pode ser considerada pela especificação: 3 x 2/c - # 750MCM, de 150 [m] de comprimento, isolação em EPR, classe 5 [kV].

Fig. 14 – Bloco de carga 8 (B8) IV - SIMULAÇÕES REALIZADAS

Foram realizadas e analisadas as relações “tensão” x “corrente” para as faltas relacionadas abaixo, as quais serviram de suportes para se proceder as devidas parame-trizações dos correspondentes IEDs associados em cada ramal dessa planta industrial: 4.1) Curto-circuito trifásico na entrada do TF – lado de AT (bucha AT); 4.2) Idem para CC- fase –terra - entrada do TF – lado de AT (bucha AT) 4.3) Curto-circuito trifásico na saída do TF – lado de BT 4.4) Idem para CC- fase –terra - saída do TF – lado de BT 4.5) Fluxo de Potência para esse sistema, admitindo as várias configurações operativas possíveis dessa planta industrial. V – PROTEÇÃO DA SUBESTAÇÃO: Estudo de Proteção dessa planta industrial – utilização de IEDs. Elaboração dos coordenogramas “t x I”.

VI – RESULTADOS

A seguir as apresentações das tabelas dos disjuntores de alta, média e baixa tensão, tabela dos relés devidamente ajustados, tabela de corrente de CC’s, fluxo de carga e queda de tensão nos barramentos e tabela dos transfor-madores de forças utilizados na subestação com seus car-regamentos, também os coordenogramas trifásicos dos blocos de carga 3/6 e 5 na baixa tensão e 7 na média ten-são e dos ramais dos blocos 5 e 7. A Planta operando desta maneira está dentro das normas especificadas, todos os bancos de capacitares estão desligados e a SE está de-vidamente protegida.

8

VI.1) TABELA DE DISJUNTORES DE ALTA E MÉDIA TENSÃO

VI.2) TABELA DES DISJUNTORES DE BAIXA TENSÃO

VI.3) TABELA RELÉS DE PROTEÇÃO – REFERÊNCIA 138 [kV]

Nº LOCAL TI-PO/FABRICANTE TENSÃO [KV] CORRENTE NOMI-NAL [A] CAPACIDADE INTER-RUP. [KA] ISOLA-ÇÃO UNIDA-DES 1 BARRA AT SIEMENS SPS2 138 [KV] 1200 [A] 40 [KA] GÁS-SF6 5 2 BARRA MT SIEMENS 3AF 13,8 [KV] 1200 [A] 28 [KA] VÁCUO 20 3 BARRA MT SIEMENS 3AF 4,16 [KV] 1200 [A] 28 [KA] VÁCUO 12

Nº LOCAL TIPO FABRICANTE TENSÃO [V] SENSOR [A] CAPACIDADE DE IN-

TERRUPÇÃO [KA] UNIDADES 1

BLOCO 1 E 2

EMAX, PR111 ABB 220 [V] 4000 [A] x 1,0 125 [KA] 2

2 EMAX, PR111 ABB 220 [V] 3200 [A] x 1,0 100 [KA] 3

3 BLOCO 3

E 6 EMAX, PR111 ABB 480 [V] 1600[A] x 0,9 42 [KA] 2

4 EMAX, PR111 ABB 480 [V] 800[A] x 0,7 42 [KA] 1

5 EMAX, PR111 ABB 480 [V] 400[A] x 1,0 42 [KA] 2

7 BLOCO 4 EMAX, PR111 ABB 480 [V] 2500 [A] x 1,0 85[KA] 1

8 EMAX, PR111 ABB 480 [V] 800 [A] x 0,6 65 [KA] 6

9 BLOCO 5 EMAX, PR111 ABB 480 [V] 3200 [A] x 0,9 85[KA] 1

10 EMAX, PR111 ABB 480 [V] 400 [A] x 1,0 65 [KA] 8

Nº NOME TIPO FABRICANTE RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO do TC

Ie CURVA TD TIPO DE CUR-VA I>>> 1 R.CONCES. REF542 ABB 250/5 3,0 0,37 TL 40 2 R1 REF542 ABB 200/5 2,0 1,5 EI 30.44 3 R2 REF542 ABB 200/5 3,0 1,5 EI 40

9

VI.4) TABELA RELÉS DE PROTEÇÃO – REFERÊNCIA 13,8 [kV]

Nº NOME TIPO FABRICANTE RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO do TC

Ie CURVA TD TIPO CURVA I>>> 1 R3 REF542 ABB 1200/5 2,5 0,44 EI 40 2 R4 REF542 ABB 1200/5 1,5 0,56 TL 0,28 3 R9 REF542 ABB 200/5 2,0 0,44 EI 19,4 4 R10 = R14 REF542 ABB 200/5 2,0 1,5 EI 29,58 5 R11 = R15 REF542 ABB 200/5 1,5 0,30 TL 30,9 6 R12C REF542 ABB 1000/5 1,25 1,5 EI 40 7 R13 REF542 ABB 200/5 2,5 1,5 EI 40 8 R16C REF542 ABB 1000/5 1,0 0,39 TL 19,24 9 R17 REF542 ABB 1000/5 0,65 0,97 EI 40

VI.5) TABELA RELÉS DE PROTEÇÃO – REFERÊNCIA 4,16 [kV]

Nº NOME TIPO FABRICANTE RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO do TC

Ie CURVA TD TIPO CURVA I>>> 1 R12B REF542 ABB 1000/5 3,5 0,58 EI 40 2 R12A REF542 ABB 200/5 3,75 0,24 TL 40 3 R16B REF542 ABB 800/5 3,98 0,33 TL 32,8 4 R16A REF542 ABB 800/5 3,57 0,28 TL 24,17

VI.6) TABELA CORRENTES DE CURTO CIRCUITO NOS BARRAMENTOS

BARRAMENTOS TENSÃO [kV] QUEDA DE TENSÃO[%] CORRENTES DE CARGA [A] CORRENTES CC [KA] BARRA ENTRADA1 -trifasico-60Hz 138 [kV] 0,7 [%] 40,71 [A] 6,4 [kA] BARRA ENTRADA2 -trifasico-60Hz 138 [kV] 0,7[%] 25,44 [A] 6,4 [kA]

BARRA MT01-13.8KV,3º, 60Hz 13,8 [kV] 3,9[%] 407,08 [A] 10,8 [kA] BARRA MT02-13.8KV,3º, 60Hz 13,8 [kV] 2,5[%] 254,40 [A] 10,8 [kA]

BLOCO 1 - ADM 0,22 [kV] 4,9[%] 2459,39 [A] 47,8 [kA] BLOCO 2 - ILUMINAÇÃO 0,22 [kV] 5,3[%] 3021,94 [A] 68,4 [kA]

BLOCO PRIORITÁRIO 3 E 6 0,48 [kV] 5,8[%] 1182,83 [A] 35,5 [kA] BLOCO 4 - 6 MIT's de 300 [HP] 0,48 [kV] 6,6[%] 2331,56 [A] 66,6 [kA] BLOCO 5 - 8 MIT's de 250 [HP] 0,48 [kV] 5,7[%] 2576,57[A] 67,2 [kA] BLOCO 7 - 5 MIT's DE 1000[HP] 4,16 [kV] 4,7[%] 649,31 [A] 17,3 [kA]

BLOCO 8 - M. SINCRONO 4,16 [kV] 4,3[%] 541,48 [A] 13,7 [kA]

10

VI.7) TABELA DE TRANSFORMADORES DE FORÇA

Nº IDENTIFICA-ÇÃO

POTÊNCIA NOMINAL [MVA] TENSÃO NOMINAL [KV]

TAP CARREGA-MENTO [%] IMPEDAN-CIA PER-CENTUAL ATERRAMENTO GRU-PO

1 TF-P1 20/22 138-13,8 0,0 72,5 RESISTIVO I=400A Dy30º 12.5ے78

2 TF-P2 20/22 138-13,8 0,0 37,5 RESISTIVO I=400A Dy30º 12.5ے78

3 TF-01 1 13,8-0,22 -2,0 80,0 j4,5% SSA Dy30º 4 TF-02 1,5 13,8-0,22 -1,0 66,67 j5% SSA Dy30º 5 TF-03/06-1 1,5 13,8-0,48 0,0 66,67 j5% SSA Dy30º 6 TF-03/06-2 1,5 13,8-0,48 0,0 66,67 j5% SSA Dy30º 7 TF-04 2,5 13,8-0,48 0,0 72,0 j6% SSA Dy30º 8 TF-05 2,5 13,8-0,48 0,0 80,0 j6% SSA Dy30º 9 TF-07 7,5 13,8-4,16 -1,0 66,67 j8% RESISTIVO I=400A Dy30º

10 TF-08 5 13,8-4,16 -1,0 80,0 j7% RESISTIVO I=400A Dy30º

11

VI.8) COORDENOGRAMA BLOCO 3 e 6 – PRIORITÁRIO

12

VI.9) COORDENOGRAMA BLOCO 5 – MIT’S DE 250 [HP]

13

VI.10) COORDENOGRAMA RAMAL BLOCO 5

14

VI.11) COORDENOGRAMA BLOCO 7 – MIT’S DE 1000 [HP]

15

VI.12) COORDENOGRAMA RAMAL BLOCO 7

16

VII – CONCLUSÃO 1. Grande aprendizagem na especificação de equi-

pamentos indústrias de alta, média e baixa ten-são (transformadores de força, transformadores capacitivos, relés, disjuntores, motores, cabos e etc...).

2. Soluções para operar uma subestação industrial de alta tensão dentro das normas brasileiras e in-ternacionais.

3. Experiência importante a respeito do software SKM – PTW.

4. Sequência dos estudos – Fluxo de Potência e

Curto Circuito.

5. Quantidade de famílias de curvas dos disjuntores de baixa tensão da fabricante ABB modelo EMAX, EPR111.

6. Quantidade de famílias de curvas dos relés da

fabricante ABB modelo REF542 função 50 ins-tantâneo e 51 temporizado.

7. Significado de Seletividade da proteção: Quando

se fala em proteger um sistema elétrico, espera-se fazer isto isolando a menor porção do circui-to, sem comprometer o funcionamento e a inte-gridade do restante. Além disto, espera-se que este isolamento ocorra no menor tempo possível e que haja o mínimo possível de atuações inde-vidas. Um sistema seletivo é aquele que elimina a parte defeituosa tão perto do mesmo quanto possível.

8. Significado de Coordenação da proteção: Todos os dispositivos de proteção citados anteriormen-te têm uma função específica e cada um deve, portanto, ser utilizado em complemento aos de-mais. Se tivermos então dois dispositivos de pro-teção em série em um circuito radial, e o que es-tiver mais próximo da fonte eliminar o defeito no caso de o primeiro, mais próximo da falha não atuar.

9. Estudos dos Coordenogramas t x I: dj(motor) x dj(barra) - dj x relé.

10. Clareza dos coordenogramas (Tensão de refe-

rência, bloco de carga em estudo, data da última atualização, etc...).

REFERÊNCIAS [1] Power System – Analysis and Design

Glover, J.D. & Sarma, M.S. – Ed. Brooks/Cole-Thomson – CA/USA – 2010

[2] Protective Relays – Principles and Applications Blackburn, J.L (Elmore, W.A.) – Ed. Marcel Dekker. – NY/USA - 2002

[3] Proteção de Sistemas Elétricos João Mamede Fo. – Ed. LTC – RJ/ 2012. [4] Proteção e Seletividade em Sistemas Elétricos Indus-

triais. Mardegan, C. – Ed. Atitude Editorial Ltda. SP/ 2012.

[5] Normas Técnicas – ABNT/NBR-7099, ANSI/IEEE-C37.90 E IEC-61850.

[6] Subestações Elétricas de AT – Rossi, R. – Fupai, Itajubá/MG, 2016.

[7] Notas de aulas, catálogos de fabricantes, etc ... BIOGRAFIA:

Bruno Félix Alcântara Souza Nasceu em Itajubá (MG), em 10 de agosto de 1989. Estudou o ensino fundamental na Escola Estadual Co-ronel Carneiro Júnior – turma Gildes Bezerra. Ingressou na UNIFEI em 2010, no curso de Engenharia Elétri-ca. Foi da turma campeã do projeto

BOTA PARA FAZER no ano de 2013 e realizou estágio na empresa ITAIPU BINACIONAL.