belentani yuri

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YURI BELENTANI ESTUDO DE CASO DE AUTOPRODUTORES, COGERADORES, EM PARALELISMO MOMENTÂNEO COM O FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PELA CONCESSIONÁRIA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola de Engenharia de São Carlos, da Universidade de São Paulo Curso de Engenharia Elétrica com ênfase em Energia e Automação ORIENTADOR: Rogério Andrade Flauzino São Carlos 2011

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Estudo de caso de coogeração e paralelismo

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  • YURI BELENTANI

    ESTUDO DE CASO DE AUTOPRODUTORES,

    COGERADORES, EM PARALELISMO MOMENTNEO COM

    O FORNECIMENTO DE ENERGIA ELTRICA PELA

    CONCESSIONRIA

    Trabalho de Concluso de Curso

    apresentado Escola de Engenharia de So

    Carlos, da Universidade de So Paulo

    Curso de Engenharia Eltrica com nfase em

    Energia e Automao

    ORIENTADOR: Rogrio Andrade Flauzino

    So Carlos

    2011

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  • 3

    AUTORIZO A REPRODUO E DIVULGAO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

    Ficha catalogrfica preparada pela Seo de Tratamento

    da Informao do Servio de Biblioteca EESC/USP

    Belentani, Yuri.

    B426e Estudo de caso de autoprodutores, cogeradores, em

    paralelismo momentneo com o fornecimento de energia

    eltrica pela concessionria. / Yuri Belentani ;

    orientador Rogrio Andrade Flauzino -- So Carlos, 2011.

    Monografia (Graduao em Engenharia Eltrica com nfase em Energia e

    Automao) -- Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo, 2011.

    1. Curto circuito. 2. Paralelismo.

    3. Cogeradores. 4. Rel digital. 5. Parametrizao.

    6. Mdia tenso. I. Ttulo.

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    Dedicatria

    Aos meu pais Dovlio e Maria Aparecida,

    com todo amor.

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    Agradecimentos

    Aos meus pais pelo apoio incondicional durante toda a jornada que me trouxe at este

    momento.

    A Fabola, por todo amor, e suporte demonstrado nos momentos mais difceis de minha

    jornada acadmica. E, por compreender todos os momentos que estive ausente para que

    pudesse concluir esta etapa de minha vida.

    Ao professor Rogrio Andrade Flauzino por me auxiliar com todo seu conhecimento e

    pacincia, que se fizeram imprescindveis para a concluso deste trabalho.

    A todos os meus amigos e pessoas que pude conhecer em minha vida, e, que de alguma

    maneira me transmitiram seus conhecimentos e vivncias para que eu pudesse sempre

    evoluir em minha busca por me tornar um ser humano melhor.

    A todos os professores que me ajudaram a construir os mais diversos tipos de

    conhecimentos, e, que me permitiram poder chegar at este momento em minha vida.

    A Deus, por minha vida, famlia, e amigos.

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  • 9

    Resumo

    BELENTANI, Y. (2011). Estudo de caso de autoprodutores, cogeradores, em paralelismo, com o

    fornecimento de energia eltrica pela concessionria. Trabalho de Concluso de Curso Escola

    de Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2011.

    Este trabalho baseado em um projeto real onde uma cooperativa, que recebe energia

    eltrica atravs da concessionria local, tem quatro geradores que suprem o fornecimento caso

    ocorra um problema na rede. Esses geradores ao assumirem a carga devem ter sua entrada no

    sistema de maneira gradual e, assim, suprir toda a carga. Dessa maneira, estes equipamentos

    podem apresentar sua operao em paralelismo momentneo com a concessionria, at assumir a

    carga toda, ou o contrrio onde a concessionria assume toda a carga. Para este caso a

    concessionria exige em uma norma especfica quais devem ser as protees a serem ajustadas ao

    rel que controla o disjuntor, responsvel por esse paralelismo. Pois, para estes casos o cliente

    deve garantir que no haver fluxo reverso de potncia, cliente fornecendo energia para a rede,

    entre outras protees relacionadas com curto circuito. Assim, este estudo visa detalhar toda a

    anlise que deve ser feita para o projeto de proteo para um caso semelhante. Demonstrando toda

    a teoria de curto circuito necessria para o clculo nos diversos pontos do circuito, comparando os

    resultados com simulaes via softwares, realizar o estudo de coordenao e seletividade para

    mdia tenso e, por fim, parametrizar o rel passo a passo. Portanto, este trabalho segue como um

    roteiro demonstrando todos os passos para projetos que so semelhantes a este. Logicamente,

    levando-se em considerao a concessionria de energia eltrica local, onde pode haver variaes

    das exigncias para cada concessionria.

    Palavras-Chave: Curto Circuito, Paralelismo, Co-geradores, Rel Digital, Parametrizao,

    Mdia Tenso.

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  • 11

    Abstract BELENTANI, Y. (2011). Case study of self producers, cogenerator in parallelism, with the

    supply of eletric energy by the provider. Course Last Work So Carlos Engineer School,

    University of So Paulo, So Carlos, 2011.

    This study is based on a real project where a industry, that receive eletric energy from a

    local energy provider, has four generators that sullply the provider if a problem occurs in the grid

    of the energy provider. These generators, when take the load, must entry into the system gradually

    untill take full load. Thus, this equipments can works in parallelism with the energy provider,

    untill take the full load, or the otherwise where the energy provider take the full load. For this case

    the local energy provider requires in a specific standard wich protections must be adjusted to the

    relay that controls the circuit breaker, that is responsible by the parallelism. Because, for this

    cases the customer must be ensure that will not have power reverse flow, when the customer

    provider energy to the energy provider's grid, and other protections that are linked with short-

    circuits. Therefore, this study aims detail all the analysis that is necessary to be done to protection

    projects for similar cases. Showing all the necessary short circuit theory to calculate the short

    circuit values in the different points of the system, comparing the results with the softwares

    simulations, accomplish the study of coordination and selectivity in medium voltage, and adjust

    the relay step by step. Then, this work is a roadmap to similar real projects. Logically, is

    necessary consider that each energy provider has your own standard, then can there are some

    differences of the requirements of each energy provider.

    Keywords: Short circuit, parallelism, cogenerators, digital relay, set protections, medium

    voltage

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    NDICE DE FIGURAS

    Figura 1 - Planta do Projeto a Ser Estudado .......................................................................................... 21

    Figura 2 - Pra-Raio Polimrico ............................................................................................................ 25

    Figura 3 - Transformador de Potencial .................................................................................................. 26

    Figura 4 - Transformador de Corrente Tipo Janela ............................................................................... 27

    Figura 5 - Transformador de Corrente Tipo Bloco ................................................................................ 27

    Figura 6 - Curva de Saturao do TC .................................................................................................... 28

    Figura 7 - Disjuntor a Vcuo Mdia Tenso ......................................................................................... 29

    Figura 8 - Ampola do Disjuntor a Vcuo .............................................................................................. 29

    Figura 9 - Tanque de SF6 do Disjuntor de Mdia Tenso ..................................................................... 30

    Figura 10 - Mufla para Conexo de Cabos de Mdia Tenso ............................................................... 31

    Figura 11 - Elo Fusvel .......................................................................................................................... 32

    Figura 12 - Curva Tempo x Corrente do Fusvel................................................................................... 33

    Figura 13 - Painel de Mdia Tenso ...................................................................................................... 34

    Figura 14 - Esquema de Ligao TPs, TCs e Rel ............................................................................. 35

    Figura 15 - Esquema de Funcionamento do Hardware do Rel ............................................................ 37

    Figura 16 - Grfico Domicilios sem Acesso a Energia por Estado IBGE CENSO 2000-2010.......... 39

    Figura 17 - Grfico das Tenses nas Barras - Carga Mxima ............................................................... 41

    Figura 18 - Grfico das Tenses nas Barras - Carga Leve .................................................................... 41

    Figura 19 - Conversor CC-CC Elevador ............................................................................................... 42

    Figura 20 - Forma de Onda na Sada do Conversor CC-CC ................................................................. 43

    Figura 21 - Grfico das Componentes Hrmonicas ............................................................................... 43

    Figura 22 - Forma de Onda ps Falta .................................................................................................... 46

    Figura 23 Representao de um Circuito Genrico com duas Fontes ................................................ 47

    Figura 24 - Representao de um Circuito Genrico com uma Falta no Gerador 1 .............................. 47

    Figura 25 - Circuito Equivalente com uma Falta no Gerador 1 ............................................................ 48

    Figura 26 - Circuito com a Impedncia Equivalente para uma Falta no Gerador 1 .............................. 48

    Figura 27 - Representao de um Circuito Genrico com uma Falta no Gerador 2 ............................. 49

    Figura 28 - Circuito Equivalente com uma Falta no Gerador 2 ............................................................ 50

    Figura 29 - Representao de um Circuito Genrico com uma Falta na Linha de Transmisso ........... 50

    Figura 30 - Circuito Equivalente com uma Falta na Linha de Transmisso ......................................... 51

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    Figura 31 - Decomposio de um Sistema Desequilibrado ................................................................... 53

    Figura 32 - Circuito Genrico de Seqncia Positiva ............................................................................ 55

    Figura 33 - Circuito Genrico de Seqncia Negativa ........................................................................... 55

    Figura 34 - Circuito Genrico de Seqncia Positiva ............................................................................ 55

    Figura 35 - Circuito Genrico de Sequencia Positiva, Negativa e Zero ................................................ 57

    Figura 36 - Circuito Equivalente Falta Fase-Fase .................................................................................. 58

    Figura 37 - Planta do Projeto a Ser Estudado ........................................................................................ 59

    Figura 38 - Circuito de Impedncias Positivas da Planta a Ser Estudada .............................................. 60

    Figura 39 - Circuito de Seqncia Positiva da Planta a Ser Estudada ................................................... 61

    Figura 40 - Impedncia Equivalente de Thevenin ................................................................................. 62

    Figura 41 Aplicando Teorema Superposio ...................................................................................... 63

    Figura 42 Encontrando a Tenso Equivalente de Thevenin ................................................................ 63

    Figura 43 - Circuito Equivalente ............................................................................................................ 64

    Figura 44 Encontrando a Impedncia Equivalente de Seqncia Negativa ........................................ 67

    Figura 45 - Circuito Equivalente de Seqncia Negativa ...................................................................... 67

    Figura 46 - Circuito Equivalente de Seqncia Zero ............................................................................. 68

    Figura 47 - Circuito Equivalente de Seqncia Positiva, Negativa e Zero da Planta para Falta no

    Ponto 1 ................................................................................................................................................... 68

    Figura 48 - Circuito Equivalente de Seqncia Positiva, Negativa e Zero da Planta para Falta no

    Ponto 2 ................................................................................................................................................... 71

    Figura 49 - Simulao no PowerFactory para Falta no Ponto 1 ............................................................ 74

    Figura 50 - Simulao no PowerFactory para Falta no Ponto 2 ............................................................ 75

    Figura 51 - Simulao no PowerFactory para Falta nos Terminais dos Geradores ............................... 76

    Figura 52 - Simulao no PowerFactory para Falta nos Terminais da Carga ........................................ 77

    Figura 53 - MLFB do Rel ..................................................................................................................... 79

    Figura 54 - Rel Siemens Modelo 7SJ62 ............................................................................................... 80

    Figura 55 - Tela New Project DIGSI ..................................................................................................... 81

    Figura 56 - Tela Device Catalog DIGSI ................................................................................................ 81

    Figura 57 - Configurando as Caractersticas do Rel............................................................................. 82

    Figura 58 - Habilitando as Funes que o Rel Executar .................................................................... 82

    Figura 59 - Configurando Valores de Tenso Nominal, TCs, TPs, Freqncia Nominal, etc ............ 83

    Figura 60 - Selecionando as Funes para Entrar com os Parmetros................................................... 83

    Figura 61 - Habilitando as Funes Sub/Sobre Tenso ......................................................................... 84

    Figura 62 - Entrando com os Parmetros de Sub Tenso ...................................................................... 85

    Figura 63 - Configurando os Valores de Sobre Tenso ......................................................................... 85

  • 15

    Figura 64 - Configurando a Proteo de Sub/Sobre Freqncia ........................................................... 86

    Figura 65 - Habilitando Funes Flexveis ........................................................................................... 88

    Figura 66 - Habilitando a Funo Flexvel 1 ......................................................................................... 88

    Figura 67 - Escolhendo a Funo de Potncia Reversa ......................................................................... 89

    Figura 68 - Configurando o Rel para Dar o Trip Quando a Potncia Reversa Exceder Limite........... 89

    Figura 69 - Configurando o Valor de Pickup e Tempo para Potncia Reversa ..................................... 90

    Figura 70 - Habilitando a Funo Flexvel 2 ......................................................................................... 90

    Figura 71 - Escolhendo a Funo de Potncia Sentido Importao ...................................................... 91

    Figura 72 - Configurando o Rel para Dar o Trip Quando a Potncia Importada Exceder Limite ....... 91

    Figura 73 - Configurando o Valor de Pickup e Tempo para Potncia Reversa ..................................... 92

    Figura 74 - Coordenograma Sobrecorrente de Fase .............................................................................. 95

    Figura 75 - Coordenograma Sobrecorrente de Neutro .......................................................................... 96

    Figura 76 - Habilitando Funo de Sobrecorrente de Fase e Neutro ..................................................... 97

    Figura 77 - Ajustando os Parmetros de Sobrecorrente de Fase Tempo Definido ................................ 97

    Figura 78 - Ajustando os Parmetros de Sobrecorrente de Fase Tempo Inverso .................................. 98

    Figura 79 - Ajustando os Parmetros de Sobrecorrente de Neutro Tempo Definido e Neutro

    Sensvel ................................................................................................................................................. 98

    Figura 80 - Ajustando os Parmetros de Sobrecorrente de Neutro Tempo Definido ............................ 99

    Figura 81 - Ligao TP's Fase-Terra (Estrela Aterrado - Delta Aberto) ............................................. 100

    Figura 82 - Escolhendo a Funo Flexvel 03 ..................................................................................... 100

    Figura 83 - Habilitando a Funo Flexvel ......................................................................................... 101

    Figura 84 - Escolhendo a Grandeza a ser Medida ............................................................................... 101

    Figura 85 - Escolhendo o Tipo de Medio, Quando o Trip Ir Ocorrer e a Ligao do TP .............. 102

    Figura 86 - Ajustando os Parmetros: Pickup e Tempo ...................................................................... 102

    Figura 87 - Coordenograma Tempo x Corrente - Proteo 67 ............................................................ 103

    Figura 88 - Habilitando Funo Sobrecorrente Direcional de Fase - 67 ............................................. 104

    Figura 89 - Ajuste Sobrecorrente de Fase Tempo Definido ................................................................ 105

    Figura 90 - Sobrecorrente de Fase Tempo Inverso ............................................................................. 106

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  • 17

    NDICE DE TABELAS

    Tabela 1 - Valores de Curto Circuito Simtrico Calculados ................................................................. 73

    Tabela 2 - Valores de Curto Circuito Assimtrico Calculados.............................................................. 73

    Tabela 3 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta no Ponto 1 ....................... 75

    Tabela 4 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta no Ponto 2 ...................... 76

    Tabela 5 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta nos Terminais dos

    Geradores............................................................................................................................................... 77

    Tabela 6 - Tempo para Eliminao da Falta .......................................................................................... 95

    Tabela 7 - Tempo de Eliminao de Falta - Funo 67 ....................................................................... 104

  • 18

  • 19

    Resumo .................................................................................................................................................... 9

    Abstract ................................................................................................................................................. 11

    NDICE DE FIGURAS ......................................................................................................................... 13

    NDICE DE TABELAS ........................................................................................................................ 17

    1. INTRODUO ............................................................................................................................. 21

    1.1. Objetivos ............................................................................................................................... 22

    2. EQUIPAMENTOS DE MDIA TENSO ................................................................................... 25

    2.1. Painel de Mdia Tenso ......................................................................................................... 25

    2.2. Rel Digital ............................................................................................................................ 35

    2.2.1. Vantagens dos Rels Digitais ........................................................................................ 35

    2.2.2. Funcionamento dos Rels Digitais ................................................................................ 36

    3. GERAO DISTRIBUDA (GD) ................................................................................................ 39

    3.1. Problemas Relacionados GD .............................................................................................. 40

    4. O CLCULO DE CURTO CIRCUITO ........................................................................................ 45

    4.1. Impedncias de Curto Circuito de Uma Mquina Sncrona .................................................. 45

    4.2. Falta Trifsica Simtrica ........................................................................................................ 46

    4.3. Falta Assimtrica ................................................................................................................... 52

    4.3.1. Anlise por Componentes Simtricas ............................................................................ 52

    4.3.2. Circuito de Seqncia positiva, negativa e zero ............................................................ 54

    4.3.3. Estudo dos Circuitos Equivalentes ................................................................................ 56

    4.4. Calculando o Curto Circuito no Sistema Estudado ............................................................... 60

    4.4.1. Aplicando o Clculo de Curto Circuito Simtrico ......................................................... 64

    4.4.2. Aplicando o Clculo de Curto Circuito Assimtrico ..................................................... 66

    4.5. Simulando a Falta no PowerFactory ...................................................................................... 74

    5. PARAMETRIZAO DO REL DIGITAL - RESULTADOS .................................................. 79

    5.1. Rel 7SJ62 ............................................................................................................................. 79

    5.2. Software de Parametrizao DIGSI .................................................................................... 80

    5.2.1. Parametrizao de Sobre/Sob Tenso (27, 59) .............................................................. 83

    5.2.2. Parametrizao de Sobre/Sob Frequncia (81U/O) ....................................................... 85

    5.2.3. Fluxo Reverso de Potncia (32)..................................................................................... 86

    5.2.4. Proteo de Sobrecorrente (50/51, 50/51N, 50GS) ....................................................... 92

    5.2.5. Sobre Tenso de Neutro (59N) ...................................................................................... 99

    5.2.6. Sobrecorrente Direcional de Fase (67) ........................................................................ 102

    6. CONCLUSES ........................................................................................................................... 107

    7. BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................... 109

  • 20

  • 21

    1. INTRODUO

    O projeto a ser estudado neste trabalho consiste de quatro geradores, por parte da uma

    cooperativa, ligados em paralelismo momentneo com a rede, sendo esta fornecida pela

    concessionria de energia Elektro.

    A gerao ocorre em baixa tenso, por quatro geradores de 553kVA cada. Ento, passa-se

    por dois transformadores de 1000kVA que elevam para mdia tenso, 13,8kV, e assim fornecendo

    para um barramento no qual tem uma carga equivalente de 2000kVA.

    Abaixo, tem-se o unifilar:

    Figura 1 - Planta do Projeto a Ser Estudado

    A subestao da cooperativa pode ser identificada, no esquema acima, toda os

    equipamentos que esto ligados no terminal 3 para baixo. Sendo que o disjuntor a montante faz a

    proteo desta e, ainda, responsvel pelo paralelismo momentneo.

  • 22

    Este trabalho ir ensaiar para trs casos de falta: Ponto 1 falta na subestao da

    cooperativa (Terminal 3); Ponto 2(T-Rede) Falta na subestao da concessionria; Falta na

    carga e nos geradores (do ponto de vista do disjuntor da proteo da cooperativa a mesma

    situao)

    A proteo dos geradores, bem como a proteo trmica dos enrolamentos dos

    transformadores, so feitas na parte de baixa tenso. E, a proteo de sobrecorrente dos

    transformadores, dos geradores e das cargas, ser feita atravs de chave seccionadora fusvel,

    enquanto que um disjuntor na mdia tenso responsvel por controlar o paralelismo

    momentneo entre os geradores e a rede eltrica, e, ainda fazer a proteo de retaguarda da

    subestao.

    Esse disjuntor controlado por um rel que ser responsvel por fazer proteo de

    sobrecorrente, sub/sobre tenso, fluxo de potncia reversa, sub/sobre freqncia e sobrecorrente

    de fase direcional. Sendo que essas funes de proteo e os respectivos parmetros de ajuste do

    rel so exigidos pela concessionria em sua norma ND.65 Ligao de Autoprodutores ou

    Produtores Independentes em paralelo com o sistema de distribuio de mdia tenso da Elektro.

    A norma exige um tempo de 30s de paralelismo, entre rede da concessionria e geradores,

    sendo que este tempo importante para que os geradores assumam toda a carga, ou caso contrrio

    onde a rede ir assumir a carga.

    A rede da Eelektro entra na subestao atravs de painis de mdia tenso, onde se tem um

    painel que ser composto por seis cubculos, sendo que os tpicos sero da seguinte maneira:

    Entrada com pra raio de 15kV 10kA

    Medio de faturamento da concessionria

    Proteo geral com disjuntor, sendo este responsvel pelo paralelismo entre rede e

    geradores e proteo

    Proteo de corrente para os dois transformadores dos geradores, atravs da chave

    seccionadora fusvel

    Proteo de corrente para os dois transformadores das cargas, atravs da chave

    seccionadora fusvel.

    1.1. Objetivos

    O objetivo principal deste trabalho realizar um estudo em um caso real de paralelismo

    momentneo entre uma fonte cogeradora e a rede eltrica da concessionria de energia Elektro. E,

    desta maneira criar um roteiro demonstrando quais so os procedimentos necessrios para se

    realizar a parametrizao do rel de acordo com as funes de proteo requeridas.

  • 23

    Para isto sero realizados os seguintes procedimentos.

    Detalhamento dos Equipamentos de Mdia Tenso

    Princpios de Funcionamento de um Rel Digital

    Vantagens e Desvantagens Bsicas para o Sistema Eltrico de Potncia de Fontes

    CoGeradoras

    Explanao de Toda Teoria Necessria para o Clculo de Curto Circuito

    Clculo de Curto Circuito Passo a Passo para este Caso

    Simulao do Sistema atravs do Software DigSilent-PowerFactory

    Explanao sobre o Modelo do Rel a ser Utilizado

    Parametrizao do Rel Digital

  • 24

  • 25

    2. EQUIPAMENTOS DE MDIA TENSO

    Nesta seo tem-se um descritivo dos principais equipamentos de mdia tenso a serem

    utilizados no sistema.

    2.1. Painel de Mdia Tenso

    O painel de mdia tenso responsvel por realizar a proteo e medio de faturamento

    do sistema. Sendo que os principais equipamentos a serem utilizados no painel de MT so: pra-

    raios, transformadores de potencial, transformadores de corrente, disjuntores de mdia e baixa

    tenso, chave seccionadora, chave seccionadora fusvel, cabos, muflas, rel digital, detectores

    capacitivos de tenso, fusveis, multimedidores, entre outros. A seguir tem-se a definio da

    funo de cada equipamento.

    Pra-Raios: Utilizados para proteger os equipamentos do sistema eltrico contra

    sobre tenses transitrias, devido a descargas atmosfricas e surtos de manobras.

    Este tipo de pra-raio tem um varistor que permite corrente passar quando a tenso

    em seus terminais ultrapassa a tenso limite. Ao passar a corrente de curto circuito pelo

    pra-raio existe um dispositivo chamado desligador automtico que rompe, dessa

    maneira interrompe sua atuao e o sistema volta a operar normalmente.

    Abaixo segue um pra-raio do fabricante DELMAR e ao lado o desligador

    automtico:

    Figura 2 - Pra-Raio Polimrico

    Fonte: http://www.delmar.com.br, 2011

  • 26

    Para este projeto foi escolhido um pra-raio de 15kV-10kA com MCOV(Mxima

    Tenso Operao Continua) 12,7kV. Assim, tem-se que este equipamento ir suportar

    uma corrente de descarga de 10kA, tenso nominal de terminal igual a 15kV e s ir

    entrar em operao quando a tenso de fase superar a MCOV, ou seja 12,7kV.

    Transformadores de Potencial (TP): Estes so equipamentos utilizados para medio

    de tenso, sendo seu sinal utilizado para proteo ou para medio. Atravs de um

    enrolamento primrio e um secundrio este equipamento reduz a tenso para nveis

    compatveis com equipamentos eletrnicos, tais como medidores e rels, e dessa forma

    possibilita a utilizao do sinal que proporcional a tenso do lado de alta.

    Atravs da relao de espiras entre os enrolamentos do primrio e secundrio tem-se

    a transformao da tenso conforme desejada. Esses equipamentos so utilizados em

    baixa, mdia e alta tenso.

    Abaixo, tem-se um transformador de potencial do fabricante ISOLET, para tenso

    nominal de 15kV:

    Figura 3 - Transformador de Potencial

    Fonte: http://www.isolet.com.br, 2011

    Para determinar qual TP utilizar em um projeto necessrio especificar qual a

    relao de transformao que se deseja, qual a classe de exatido do equipamento

    (referente ao erro de medio), potncia trmica, freqncia e tenso nominal nos

    terminais.

    Para este projeto est sendo considerado trs TPs com ligao fase-terra, sendo que

    a relao de transformao de 13800/ - 115/ V e classe de exatido de 0,6P75.

    Transformador de Corrente (TC): Responsvel pela medio da corrente eltrica que

    circula no sistema. Sendo seu sinal utilizado para se realizar medio e proteo do

  • 27

    sistema. Os TCs so importantssimos para o sistema eltrico, pois este ir informar o

    rel sobre um possvel caso de curto circuito.

    Para se dimensionar o TC necessrio que se tenha conhecimento da corrente que ir

    circular em caso de haver um curto circuito (para que no ocorra saturamento do TC), a

    relao de transformao que se deseja, o fator trmico em caso de sobrecorrente, classe

    de exatido (referente ao erro), tenso nominal, corrente nominal no primrio e

    secundrio e freqncia nominal.

    Abaixo se tem dois transformadores de corrente, tipo bloco e janela, para tenso de

    15kV do fabricante ISOLET:

    Figura 4 - Transformador de Corrente Tipo Janela

    Fonte: http://www.isolet.com.br, 2011

    Figura 5 - Transformador de Corrente Tipo Bloco

    Fonte: http://www.isolet.com.br, 2011

    Os transformadores de corrente tipo bloco tm seu enrolamento primrio conectado em

    srie com o sistema. Enquanto que nos transformadores de corrente tipo janela, os cabos, ou

    barramento, do circuito passam no interior do mesmo. Assim, ao circular corrente tem-se uma

    corrente induzida no transformador tipo janela que proporcional a relao de transformao.

    A saturao do transformador de corrente algo muito preocupante, j que neste caso o

    dispositivo no ir mais medir corretamente, pois o erro na medio se tornar mais severo.

  • 28

    Abaixo se tem uma curva de magnetizao do ncleo de um TC, onde se pode notar o momento

    em que entra em saturao.

    Figura 6 - Curva de Saturao do TC

    Para este projeto est sendo considerado TCs tipo bloco, com relao de transformao

    de 100-5A e classe de exatido de 10B100. Sendo que a tenso nominal de 13,8kV e

    corrente de saturao igual a 80In.

    Disjuntores de Mdia Tenso: um equipamento de manobra do sistema eltrico de

    mdia tenso, usado para abrir, fechar ou cortar a corrente de curto circuito. Os

    disjuntores de mdia tenso mais antigos tinham leo como meio de extino de arco

    eltrico. Atualmente, os disjuntores utilizam o vcuo como meio de extino ou gs SF6.

    Sendo esta uma grande vantagem j que o risco de exploses, em caso de arcos eltricos,

    diminui devido a no existncia de substncias combustvel.

    Alguns so isolados a ar, enquanto que outros so isolados a SF6(hexafluoreto de

    enxofre). Sendo que a escolha destes depende muitas vezes da filosofia de funcionamento

    adotada. Pois os disjuntores isolados a gs so fixos, isentos de manuteno e

    hermeticamente vedados, portanto mais indicados para ambientes agressivos e poludos.

    Enquanto que os isolados a ar so extraveis, e possibilitam a utilizao de disjuntores

    reservas e a troca instantnea.

    Uma diferena importante de conceito est em meio de isolao e meio de extino

    de arco eltrico. Sendo que o primeiro responsvel por isolar os contatos e aumentar o

    dieltrico do meio, enquanto que o segundo tem a funo de extinguir um arco eltrico

    caso venha a ocorrer.

  • 29

    Abaixo segue um disjuntor, modelo 3AH5 da Siemens, isolado a ar, e tem o vcuo como

    meio de extino de arco eltrico.

    Figura 7 - Disjuntor a Vcuo Mdia Tenso

    Este equipamento tem capacidade de interrupo de corrente de curto circuito de at

    40kA para tenso nominal de 15kV, tem capacidade de conduo de corrente nominal de

    at 3150A. Sendo capazes de exercer de 10.000 a 30.000 operaes sem a necessidade de

    manuteno. Abaixo a ampola de extino de arco eltrico.

    Figura 8 - Ampola do Disjuntor a Vcuo

    Abaixo segue um disjuntor da Siemens, modelo 3AH5 isolado a gs. Este

    equipamento tem capacidade de conduo de corrente eltrica de at 630A, capacidade de

    interrupo de corrente de curto circuito de at 25kA para tenso nominal de 15kV.

  • 30

    Figura 9 - Tanque de SF6 do Disjuntor de Mdia Tenso

    1- Caixa de mecanismo de operao

    2- Isolador tipo bucha para barramento

    3- Tanque preenchido com gs, com disjuntor vcuo 3AH5 e chave

    seccionadora de trs posies

    4- Mecanismo acionado por chave seccionadora de trs posies

    5- Isolador tipo bucha para compartimento de conexo de cabos

    6- Localizao do transformador de corrente trifsico (opcional)

    Chave Seccionadora: Conceitualmente estes equipamentos no desempenham

    nenhum tipo de proteo no sistema. Assim, so utilizados apenas para seccionar o

    sistema eltrico. Em caso de manuteno pode-se desconectar o circuito atravs deste

    equipamento, sendo que algumas chaves tm at a capacidade de abertura sob carga.

    As chaves, assim como os disjuntores, possuem contatos que indicam eletricamente

    qual a posio que a chave est, sendo que podem ser levados ao sistema de superviso

    e ter estas informaes sendo monitoradas remotamente. possvel motorizar o

    movimento de abertura e fechamento, e assim controlar seu estado remotamente por meio

    de um painel.

    Muflas: Responsvel por fazer a conexo dos cabos de mdia tenso com os

    barramentos do painel de mdia tenso. E, assim, fazer uma transio suave em relao

    aos campos eltricos, pois no ponto onde o isolamento interrompido tem-se um estresse

  • 31

    que gerado por linhas de fluxo de campo muito densas, e, portanto podem danificar a

    isolao do sistema.

    Abaixo tem uma figura mostrando uma mufla tipo termo contrtil do fabricante

    PFISTERER, sendo que a conexo se d atravs de uma resina moldada. Tem capacidade

    de conduo de corrente de at 2500A e classe de tenso de at 74,5kV.

    Figura 10 - Mufla para Conexo de Cabos de Mdia Tenso

    O cabo para aterramento responsvel por eliminar possveis correntes residuais que

    possam a vir romper o isolamento.

    Detectores Capacitivos de Tenso: So equipamentos para se detectar tenso nos

    barramentos e cabos no sistema de mdia tenso. Sendo de extrema importncia para a

    segurana pessoal dos operadores dos painis. Pois, casos onde haja corrente circulando,

    mesmo com as chaves seccionadoras abertas, podem vir a ocorrer em algumas situaes

    quando se tem falha da isolao, ou na abertura das chaves seccionadoras e disjuntores.

    Fusveis: Os fusveis so utilizados para proteo do sistema eltrico, muito utilizado

    para se proteger transformadores com potncias no muito altas.

    Esses equipamentos desempenham proteo para o caso de haver sobrecorrente.

    Sendo que so compostos por elos de ligas de cobre ou ligas de prata, e em caso de haver

    um curto circuito estes se rompem, para uma determinada corrente conforme especificado,

    e assim protegendo o sistema para que no seja danificado. Abaixo um elo fusvel do

    fabricante ELETROFUSI.

  • 32

    Figura 11 - Elo Fusvel

    Os elos fusveis so denominados como do tipo T, H e K, dependendo da velocidade

    de ao para cada fusvel. Assim, so classificados de acordo com as seguintes

    caractersticas:

    - Elos Fusveis Tipo H: So elos fusveis de alto surto, com alta temporizao para

    correntes elevadas. Sendo considerados de ao lenta, pois no se fundem em surtos

    transitrios e no admitem sobrecarga, assim em regime permanente a corrente nominal

    deve ser no mximo igual a corrente do suportada pelo elo. Sendo muito utilizados para

    proteo de transformadores devido a corrente de inrush (pico decorrente que se tem ao

    energizar os enrolamentos do transformador).

    - Elos Fusveis Tipo K: So elos fusveis de ao rpida. Admitem sobrecarga de 50% em

    relao ao seu valor nominal. So utilizados para fazer a proteo de ramais e

    transformadores.

    - Elos Fusveis Tipo T: So elos fusveis com ao lenta, sendo que as outras

    caractersticas se assemelham com os elos fusveis de tipo K. A utilizao do tipo de elo

    fusvel correto e a sua corrente nominal de extrema importncia, pois estes devem ser

    considerados no projeto de proteo para que assim tenha-se uma maior eficincia da

    seletividade, e portanto da proteo do sistema. Abaixo tem trs curvas de TEMPO X

    CORRENTE - referente aos tipos H de elos fusveis do fabricante DELMAR.

  • 33

    Figura 12 - Curva Tempo x Corrente do Fusvel

    Atravs da curva acima se conclui para um fusvel com determinada corrente nominal,

    qual ser a corrente que o elo fusvel ir suportar e por quanto tempo.

    Rels Digitais: Estes equipamentos tm como funo monitorar o sistema eltrico, e

    assim caso ocorra alguma falha devem dar o sinal de TRIP para que o disjuntor possa abrir.

    Devido enorme importncia deste dispositivo para o sistema, este ser mais bem

    abordado na prxima seo, detalhando seu funcionamento e filosofias de operao.

  • 34

    Equipamentos de Baixa Tenso: Em um painel de mdia tenso so utilizados vrios

    equipamentos, tais como: minidisjuntores, fusveis, bornes, fiao, botoeiras, medidores,

    entre outros.

    Multimedidores: Equipamentos destinados para se fazer a medio de corrente,

    tenso, fator de potncia, energia, entre outras grandezas. Em alguns casos essa medio

    pode ser realizada pelo prprio rel dependendo do modelo.

    Abaixo, tem-se o unifilar para uma soluo proposta referente aos cubculos de mdia

    tenso.

    Figura 13 - Painel de Mdia Tenso

  • 35

    2.2. Rel Digital

    A funo de um rel de proteger o sistema caso ocorra qualquer tipo de falha, tais como

    faltas eltricas, sobreaquecimento de mquinas, sub/sobre tenso, sub freqncia, sincronismo,

    entre outras.

    Os rels digitais no se conectam diretamente com a rede eltrica, pois como so

    dispositivos que utilizam microprocessadores e dispositivos eletrnicos, o nvel dos sinais de

    tenso e corrente que estes trabalham so baixos. Sendo necessrio haver TCs e TPs ligados a

    rede primria, e assim abaixar os nveis de tenso e corrente fornecendo aos rels.

    Atualmente existem mais rels eletromecnicos que rels digitais no sistema eltrico de

    potncia. No entanto, devido a fatores relacionados confiabilidade, rapidez e flexibilidade esto

    sendo trocados gradativamente pelos equipamentos digitais.

    Logo abaixo tem uma representao da ligao entre um rel e o TC, em srie com a linha,

    e o TP, em paralelo com a linha.

    Figura 14 - Esquema de Ligao TPs, TCs e Rel

    2.2.1. Vantagens dos Rels Digitais

    Os rels eletromecnicos foram largamente utilizados nos sistema eltricos de potncia, no

    entanto com o avano da eletrnica e conseqentemente dos microprocessadores, reduzindo o

    tamanho e preo na dcada de 70, possibilitou o aparecimento dos rels digitais e a

    computadorizaro dos sistemas eltricos.

    Os rels digitais possibilitaram um aumento na confiabilidade do sistema, pois podem ser

    programados para auto checar tanto o software de operao como o hardware. Onde h uma sada

    no equipamento que se pode fornecer o sinal referente ao status. [1]

  • 36

    Outra vantagem a possibilidade de comunicao atravs dos diferentes protocolos,

    MODBUS/ PROFIBUS/ ETHERNET/ IEC 61850. Dessa maneira, h uma integrao entre os

    mais variados equipamentos e ambiente digitais, tais como medidores, programas supervisrios e

    sistemas de monitorao de falta via GPS. Portanto, tornou-se possvel verificar o status de

    operao do equipamento e a localizao da falta remotamente.

    Enquanto o rel eletromecnico normalmente tinha capacidade de apenas uma funo de

    proteo, os rels digitais fornecem em um nico equipamento vrias funes de protees.

    Assim, aumentou-se a flexibilidade destes equipamentos devido ao fato de serem programveis.

    Sendo que alguns rels podem ter at a funo de medio (corrente, tenso, fator de potncia,

    energia ativa e reativa, potncia, freqncia) embutida, e, portanto reduzindo a necessidade de

    medidores particulares nos sistemas eltricos industriais.

    2.2.2. Funcionamento dos Rels Digitais

    Inicialmente, como j foi dito na ltima seo, os transformadores de corrente e tenso

    fornecem os sinais reduzidos necessrios para que o rel possa dessa maneira compar-los com os

    valores que foram parametrizados no seu software, e, portanto atuar caso necessrio. Esses sinais

    so amostrados atravs de um circuito eletrnico chamado Sample and Hold, onde as ondas

    senoidais so amostradas ponto a ponto de acordo com a freqncia de amostragem.

    No entanto, para que um sinal analgico com freqncia possa ser completamente

    reconstrudo, deve-se ter a taxa de amostragem igual a . Onde essa freqncia

    chamada freqncia de Nyquist. Caso contrrio, tem-se um fenmeno chamado aliasing, que

    ocorre uma sobreposio de espectros, e, portanto distorcendo a reconstruo do sinal. Como no

    possvel garantir que o sinal no tenha freqncias acima da freqncia de Nyquist, devido a

    distores, interferncias e rudos, necessrio filtrar este sinal antes de amostr-lo. Portanto

    aplica-se um filtro passa baixa para que se possa garantir esta condio.

    Para a proteo do sistema eltrico necessrio amostrar os sinais de corrente e tenso das

    trs fases, alm da corrente de neutro. Aps estes sinais serem filtrados e amostrados, passam por

    um multiplexador de alta velocidade que transforma os sete canais de dados em apenas um canal

    de sada. Ento o sinal passa por um conversor analgico/ digital, e este segue para o

    microprocessador do rel onde ser feito toda parte de processar a informao e tomada de

    deciso (caso necessrio dar o sinal de TRIP para o disjuntor). [1]

    Abaixo se tem uma figura que mostra o procedimento acima descrito.

  • 37

    Figura 15 - Esquema de Funcionamento do Hardware do Rel

    Neste processo tm-se alguns erros inseridos, os quais so provocados pelos TCs e TPs,

    que quanto maior for a relao de transformao maior ser o erro associado. Sendo que os

    dispositivos responsveis pela amostragem e na converso do sinal A/D tambm provocam erros.

    Outro ponto importante so os sinais de alta freqncia presentes no sistema devido reflexo das

    ondas, os quais contribuem com harmnicos no sinal que se quer medir e assim provocando

    distoro deste.

    Dessa maneira, alm de ter-se um esforo grande por procura de uma tecnologia de

    hardwares que possam reproduzir o sinal mais fielmente, tem-se tambm uma evoluo nas

    tcnicas utilizadas no tratamento do sinal via software. Sendo utilizadas transformadas rpidas de

    Fourrrier, mtodo dos mnimos quadrados e filtros de Kalmans, sendo que todos estes visam em

    separar a componente fundamental, a componente CC e os respectivos harmnicos.

    Outro ponto importante em se utilizar filtros digitais para que se possam separar as

    componentes harmnicas est relacionado com a corrente de Inrush (pico de corrente inicial

    presente na energizao de transformadores). Pois a corrente de Inrush pode ser identificada

    devido ao alto nvel de segundo harmnico presente no sinal, e, portanto o rel pode dessa

    maneira interpretar o sinal corretamente, no interpretando como uma falta que ocorreu no

    sistema.

  • 38

  • 39

    3. GERAO DISTRIBUDA (GD)

    Uma tendncia cada vez mais crescente, devido procura de meios mais eficientes de

    gerao de energia eltrica que possam substituir energias no renovveis, tais como proveniente

    do petrleo, conduz a uma maior procura da gerao distribuda.

    Uma das definies mais simples, no entanto precisa, de gerao distribuda quando se

    tem uma fonte geradora localizada prxima carga. Enquanto que o PRODIST, procedimentos de

    distribuio, define gerao distribuda como sendo gerao de energia eltrica, de qualquer

    potncia, conectadas diretamente no sistema eltrico de distribuio ou atravs de instalaes de

    consumidores, podendo operar em paralelo ou de forma isolada e despachadas ou no pelo

    ONS. [2]

    Neste caso estudado tem-se um exemplo de gerao distribuda, sendo que os geradores so

    a diesel. Mas a GD pode ser de vrias maneiras como: PCHs, fotovoltaica, elica, geotrmica,

    termoeltrica de queima de biomassa, gerao atravs de resduos slidos, entre outros.

    Alm da vantagem de descentralizar a gerao de energia eltrica, outro ponto favorvel a

    diminuio das perdas que ocorrem na transmisso da energia eltrica, pois quando transmitida

    atravs dos sistemas de transmisso e distribuio, ocorrem perdas devido impedncia de

    alimentadores e transformadores. Essas perdas so, tipicamente, da ordem de 4 a 7% da potncia

    total transmitida que , a quantidade de energia perdida, pelo trnsito desta energia da gerao

    at as cargas. Esta perda indica uma quantidade de energia que gerada, mas no se transforma

    em receita para a concessionria. E quando se tem uma diminuio no carregamento das linhas,

    conseqentemente tem-se uma diminuio nas perdas. [3]

    Tem-se como outro tipo de beneficio referente a este tipo de gerao o atendimento a

    municpios ou pontos isolados, nos quais no se tem um fornecimento de energia eltrica devido

    dificuldade da construo de linhas e sistemas eltricos. Assim, a GD atravs de meios de gerao

    provenientes de resduos de origem das atividades agrrias e de extrativismos, torna-se uma

    soluo plausvel para estes tipos de casos, que ainda so muitos como pode seres vistos na figura

    abaixo, que representa a porcentagem de domiclios sem acesso a energia no Brasil. [4]

    Figura 16 - Grfico Domicilios sem Acesso a Energia por Estado IBGE CENSO 2000-2010

  • 40

    Para o caso estudado neste trabalho possvel constatar que o principal benefcio trazido

    pela GD assegurar a no interrupo do fornecimento de energia eltrica. Assim caso existam

    cargas crticas sendo alimentadas pela rede da concessionria, em um possvel problema de

    fornecimento de energia aciona-se os geradores que iro supri-las.

    3.1. Problemas Relacionados GD

    No entanto, com o aparecimento crescente dos sistemas de cogerao integrando a rede

    eltrica, tem-se uma preocupao muito grande com a qualidade da energia eltrica que se est

    sendo fornecida. Atualmente no Brasil h uma maior preocupao com a qualidade de energia,

    sendo que a principal regulamentao parte da ANEEL (Agncia Nacional de Energia Eltrica). A

    ANEEL tem um conjunto de normas que regulamenta o sistema de distribuio, o PRODIST

    (Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional), onde o mdulo

    oito especfico sobre qualidade de energia.

    Alguns dos principais problemas ligados a GD e a qualidade de energia so: problemas

    relacionados com a estabilidade mecnica do sistema (comum em mquinas sncronas de grande

    porte), problemas com sobre tenso em cargas leves e impactos na coordenao da proteo.

    Fator que limita a quantidade e conseqentemente a potncia de geradores sncronos

    conectados a rede de distribuio seria a elevao do nvel das tenses nodais, principalmente em

    situaes de cargas leves, na presena de geradores.

    Um estudo realizado pelo professor doutor Jos Carlos de Melo Vieira Jnior e publicado

    no artigo intitulado Impacto da Gerao Distribuda no Perfil de Tenso de Regime Permanente

    de Redes de Distribuio de Energia Eltrica, mostra como a gerao distribuda influncia no

    aumento das tenses na rede. Os grficos abaixo foram retirados deste artigo, e mostram que para

    um gerador distribudo com potncia de 20,3MW, utilizando a potncia de 7,5MW, 15MW,

    20MW e sem gerador qual a reao da tenso, em p.u, nas barras do circuito.

    O sistema foi ensaiado para o sistema com carga mxima, 20,3MW, e para carga leve, 20%

    da carga mxima. Para uma situao que o gerador controla o fator de potncia em 1,0.

  • 41

    Figura 17 - Grfico das Tenses nas Barras - Carga Mxima

    Figura 18 - Grfico das Tenses nas Barras - Carga Leve

    Pode-se constatar que quando o sistema est com a carga mxima as tenses nas barras se

    comportam sem nenhum problema, permanecendo entre os limites de tenso mxima e mnima

    (+5% / -7% em p.u) exigidas pela resoluo N 505 da ANEEL [5]. No entanto, para o caso em

    que se tem o sistema em carga leve pode-se observar que as tenses se comportam de maneira

    preocupante. Sendo que ultrapassam o valor mximo estipulado para todos os casos estudados,

    menos para a potncia de 7,5MW que mesmo assim permanece no limite.

    Outro problema que envolve qualidade de energia eltrica e a GD referente utilizao de

    conversores CC-CC e CC-CA. Esses tipos de conversores so utilizados para elevar a tenso, que

    produzida por fontes distribudas, e assim transform-la em senide para injet-la a rede. Sendo

  • 42

    que esses tipos de conversores so muito utilizados em fontes fotovoltaicas, banco de baterias e

    clulas combustvel.

    Em conversores CC-CC se utiliza de equipamentos eletrnicos de potncia, tais como

    IGBT, MOSFET, BJT, DIODOS, e como se sabe estes produzem harmnicos que interferem na

    qualidade de energia. Abaixo segue um conversor elevador do tipo BOOST simulado no software

    PSIM:

    Figura 19 - Conversor CC-CC Elevador

    No grfico abaixo se pode notar a elevao da tenso de sada no circuito conversor, onde

    se tem uma entrada de 100V e uma sada com um pico prximo de 200V.

  • 43

    Figura 20 - Forma de Onda na Sada do Conversor CC-CC

    Neste circuito simulado tem-se que a freqncia de operao do controlador do IGBT de

    1000 Hz, sendo assim possvel visualizar na figura abaixo o espectro de freqncias que foi

    obtido atravs da FFT (Fast Fourrier Transformer). Dessa maneira, tornar-se evidente a

    quantidade de freqncias harmnicas que so produzidas em um conversor deste tipo.

    Figura 21 - Grfico das Componentes Hrmonicas

  • 44

    Os harmnicos no sistema interferem nas mquinas rotativas, de maneira a provocar um

    aumento da temperatura devido s perdas no cobre e ferro, alteraes no acionamento devido ao

    torque contrrio provocado pelos harmnicos impares que geram correntes de seqncia negativa,

    aumento do nvel audvel, entre outros. Nos transformadores tambm se verifica um aumento das

    perdas no cobre devido s harmnicas de corrente, e perdas no ferro devido s harmnicas na

    tenso.

    Nos cabos o efeito da elevao do nvel de harmnicos provoca um aumento das perdas,

    pois h uma acentuao do efeito pelicular. Onde se tem que a seco condutora restringida para

    elevadas freqncias, e assim aumenta-se a resistncia no cabo e, portanto, h uma maior

    dissipao de calor.

  • 45

    4. O CLCULO DE CURTO CIRCUITO

    O clculo de curto circuito em um sistema ser a ferramenta que se utilizar para

    determinar, caso ocorra uma falta, qual ser a corrente mxima e mnima que ir circular no

    sistema. Assim, poder-se- dimensionar os equipamentos que devero ser utilizados, atravs da

    corrente mxima, e fazer a parametrizao do rel para detectar a falta e dar o sinal de TRIP para

    acionar o disjuntor atravs da corrente mnima de curto circuito.

    Tambm de fundamental importncia para a determinao dos transformadores de

    corrente (TC) a serem utilizados no sistema, como j dito em sesso anterior. Sendo que os

    transformadores de corrente tm uma capacidade mxima de corrente, e caso esse limite seja

    ultrapassado o TC sofrer saturao e, dependendo da situao, danos fsicos.

    Existem dois tipos de faltas: Simtricas e Assimtricas. No caso das faltas trifsicas

    simtricas, tem-se uma falta que ir envolver as trs fases e o neutro, ou apenas as trs fases.

    Assim, a corrente de curto circuito que ir circular nas trs fases do circuito ser a mesma.

    Enquanto que para as faltas trifsicas assimtricas, que ocorrer para todos os casos restantes

    (Fase-Fase; Fase-Terra; Fase-Fase-Terra), as correntes no sero as mesmas, sendo

    desbalanceadas nas trs fases.

    Esta seo ir abordar o desenvolvimento da teoria necessria para o clculo de curto

    circuito do projeto a ser estudado, e finalmente aplic-la ao sistema.

    4.1. Impedncias de Curto Circuito de Uma Mquina Sncrona

    A corrente de curto circuito em um sistema eltrico ser determinada pelas impedncias das

    mquinas, das linhas, dos transformadores e pelas foras motrizes internas das mquinas do

    circuito. Essa corrente que circula em uma mquina, logo aps a ocorrncia de uma falta, a que

    circula alguns ciclos aps e a corrente que ir circular em regime permanente, diferem bastante.

    [6]

    A forma de onda de um curto circuito em uma mquina, em vazio, dada por:

  • 46

    Figura 22 - Forma de Onda ps Falta

    O valor da corrente eficaz, determinada pela interseco da envoltria da corrente com a

    ordenada t=0, oc, denominada corrente subtransitria, |I|. Sendo que a distncia entre ob

    determina a corrente transitria, |I|. E por fim, a distncia entre oa, determina a corrente de

    regime permanente do curto circuito, |I|. [6]

    Assim, com a tenso em vazio do gerador |Eg| pode-se calcular as respectivas impedncias

    do sistema, que iro variar de acordo com as correntes.

    Onde,

    Atravs da forma de onda pode-se concluir que a corrente subtransitria, a de maior pico.

    Dessa maneira, a corrente e a impedncia subtransitria so fundamentais no clculo de curto. [6]

    4.2. Falta Trifsica Simtrica

    Considerando um sistema genrico, um pouco mais simples que o caso escolhido para

    estudo neste trabalho, tem-se que:

  • 47

    Figura 23 Representao de um Circuito Genrico com duas Fontes

    As impedncias relativas ao digrama acima

    - Gerador 1:

    - Gerador 2:

    - Trafo 1 e 2:

    - Linha de Transmisso:

    Sendo que todos os valores das impedncias esto em p.u, e que a base escolhida so os

    valores de tenso e potncia do gerador 1.

    Agora para se efetuar o clculo de curto circuito no unifilar em questo, deve-se analis-lo

    como um circuito eltrico linear. Onde se tem que os geradores sero as fontes, as impedncias

    (linha, geradores, transformadores) sero as cargas e o curto circuito ser o ponto de referncia do

    terra.

    Primeiramente, ser considerado o caso para uma falta ocorrida no gerador G1.

    Figura 24 - Representao de um Circuito Genrico com uma Falta no Gerador 1

    Dessa forma tem-se que o circuito equivalente para uma falta ocorrendo no gerador G1

    pode ser considerado da seguinte maneira:

  • 48

    Figura 25 - Circuito Equivalente com uma Falta no Gerador 1

    A impedncia equivalente do circuito eltrico ser dada por:

    Enquanto que o circuito equivalente ser:

    Figura 26 - Circuito com a Impedncia Equivalente para uma Falta no Gerador 1

    Agora, pode-se calcular a corrente total de curto circuito que ir circular, e encontrar a

    contribuio de corrente para cada gerador.

  • 49

    Notar que todos os valores resultantes sero dados em p.u, e como descritos acima,

    referenciados aos valores de tenso e potncia do gerador G1, assim caso queira saber os valores

    das correntes em Ampres dever-se- fazer a transferncia atravs dos valores da base utilizada.

    Em um caso genrico poderia descrever tal operao da seguinte maneira:

    Ento, partindo das correntes em p.u

    Agora, reescrevendo o circuito equivalente para uma falta ocorrendo logo aps o

    transformador T1. Onde se tem que, a impedncia do transformador se somar a impedncia do

    gerador G1, e, portanto alterar a relao de contribuio das correntes por cada gerador.

    Figura 27 - Representao de um Circuito Genrico com uma Falta no Gerador 2

    Assim, para uma falta logo aps o transformador T1, tem-se novamente o desenvolvimento

    das equaes da seguinte maneira:

  • 50

    Figura 28 - Circuito Equivalente com uma Falta no Gerador 2

    Outro caso seria uma falta ocorrendo na linha de transmisso, sendo que a impedncia da

    linha dada por , deve-se ter o local onde a falta ocorreu na linha para que assim possa ser

    feita uma anlise detalhada utilizando-se as impedncias adequadas para o clculo.

    No entanto para fins de simplificao, utilizar apenas o caso em que a falta ocorre

    exatamente no meio da linha de transmisso.

    Figura 29 - Representao de um Circuito Genrico com uma Falta na Linha de Transmisso

  • 51

    Figura 30 - Circuito Equivalente com uma Falta na Linha de Transmisso Reescrevendo as equaes tem-se que:

    Agora, se a falta ocorrer logo aps o transformador T2, ou nos terminais do gerador G2,

    pode-se concluir por analogia aos clculos j efetuados que as correntes de curto circuito sero,

    respectivamente, como se segue:

    Por fim,

  • 52

    4.3. Falta Assimtrica

    No caso da falta no envolver as trs fases ou as trs fases e o neutro, tem-se uma falta

    assimtrica. Neste caso a corrente de curto circuito que circular nas fases no sero as mesmas

    em mdulo. Desta maneira, no se faz mais sentido a aplicao dos clculos desenvolvidos acima.

    Para este caso necessrio a apresentao de uma nova teoria para que se possa realizar a

    anlise da corrente de curto circuito que ir circular em cada fase independentemente. Sendo que

    a teoria principal se d atravs da anlise por componentes simtricas.

    4.3.1. Anlise por Componentes Simtricas

    Apresentado em 1918 pelo Dr. C.L Fortescue em seu trabalho intitulado como Mtodo de

    Componentes Simtricos Aplicado Soluo de Circuitos Polifsicos, a teoria demonstra que

    um sistema desequilibrado de n fasores pode ser decomposto em n fasores equilibrados. [6]

    Onde um sistema trifsico desequilibrado poder ser decomposto em trs sistemas com trs

    fasores equilibrados com as seguintes caractersticas.

    1. Componentes de seqncia positiva: Trs fasores iguais em mdulo, e com

    defasagem de 120 entre si, e com a mesma seqncia de fase dos fasores originais.

    2. Componentes de seqncia negativa: Trs fasores iguais em mdulo, e com

    defasagem de 120 entre si, mas com seqncia de fase contrria aos fasores originais.

    3. Componentes de seqncia zero: Trs fasores iguais em mdulo, mas com

    defasagem zero entre si.

    Se representa a seqncia positiva pelo sub ndice 1, a negativa por 2, e a seqncia zero

    por 0. Abaixo, tem-se uma representao do que foi dito acima:

  • 53

    Figura 31 - Decomposio de um Sistema Desequilibrado

    Analisando o sistema desequilibrado e os trs fasores equilibrados tem-se que:

    Devido defasagem de 120 entre os fasores e a necessidade de manipulao matemtica,

    tem-se o operador a para facilitao dos clculos. Da mesma maneira que o operador j representa

    uma rotao de 90, tem-se que o operador a representar uma rotao de 120.

    Portanto,

    Assim, pode-se representar as componentes simtricas atravs do operador da seguinte

    maneira:

    Ento reescrevendo as equaes tem-se:

    na forma matricial,

  • 54

    Assim, atravs da forma matricial acima se tem, a partir de um sistema desequilibrado,

    todas as componentes dos trs sistemas equilibrado na fase a, e, portanto para se obter as fases b e

    c basta rotacionar para as seqncias positivas e negativas, e, para a seqncia zero repetir os

    fasores com mesmo mdulo e defasagem nula.

    Analogamente podem-se deduzir as correntes eltricas,

    4.3.2. Circuito de Seqncia positiva, negativa e zero

    Dessa maneira, a anlise feita acima trs como conseqncia trs tipos de impedncias:

    impedncia de seqncia positiva, negativa e zero. Portanto tm-se agora trs circuitos eltricos

    equilibrados, e assim poder-se- analisar o curto circuito ocorrido em cada circuito separadamente

    para se obter a corrente que circular no circuito inicial.

    Considerando um circuito com um gerador eltrico como fonte, tem-se que ao ocorrer um

    curto circuito nos terminais deste gerador haver a circulao nas linhas do sistema correntes

    . E caso o curto circuito envolva a terra, tem-se uma corrente que ir circular no

    neutro do transformador. Independente do grau de desbalanceamento entre as correntes que iro

  • 55

    circular nas fases, pode-se aplicar a teoria apresentada acima e ento decompor o circuito em trs

    equilibrados.

    Dessa maneira, iniciando pelo circuito de seqncia positiva tem-se que as tenses geradas

    sero equilibradas, visto que o gerador fornece tenses trifsicas equilibradas, pois projetado

    para tal finalidade. Ento, se esquematiza o circuito de seqncia positiva considerando a FEM do

    gerador em srie com a impedncia positiva do gerador.

    Figura 32 - Circuito Genrico de Seqncia Positiva

    Ao contrrio do circuito de seqncia positiva, os circuitos de seqncia negativa e zero

    no tm o gerador em seus circuitos equivalentes. No entanto, devem-se considerar as

    impedncias de seqncia negativa e zero.

    Sendo o de seqncia negativa,

    Figura 33 - Circuito Genrico de Seqncia Negativa

    e o de seqncia zero,

    Figura 34 - Circuito Genrico de Seqncia Positiva

    De um circuito de seqncia positiva para um circuito de seqncia negativa, tem-se que a

    mudana ser apenas na retirada do gerador e na mudana das impedncias. No entanto no

    circuito de seqncia zero a anlise deve ser mais detalhada.

  • 56

    No circuito de seqncia zero, este pode ser interpretado como um circuito monofsico,

    pois as fases tero mesmo mdulo e fase. Assim, para que haja a corrente circulando necessrio

    um caminho. Atravs deste raciocnio, dependendo das ligaes dos transformadores ter-se- um

    tipo de circuito de seqncia zero equivalente. Sendo que para este caso em estudo, onde o as

    ligaes dos transformadores so estrela aterrado no primrio e delta no secundrio, ter-se- um

    caminho para as correntes de seqncia zero circular atravs da ligao estrela. No entanto, no

    h circulao da corrente no circuito com ligao em delta. Portanto o circuito equivalente ter

    apenas um caminho a partir da linha no lado estrela aterrado. [6]

    4.3.3. Estudo dos Circuitos Equivalentes

    Como j foi dito, a falta assimtricas pode envolver: FASE FASE, FASE TERRA,

    FASE FASE TERRA. Ento, primeiramente a anlise ser feita caso ocorra um falta FASE

    TERRA.

    Normalmente as faltas com maior incidncia so as faltas que ocorrem envolvendo uma das

    fases e a terra, no entanto neste trabalho ser apresentada a teoria para todos os tipos de faltas

    assimtricas.

    importante deixar claro que, est sendo considerado o estudo de curto circuito para

    apenas o caso onde todos os transformadores apresentam ligao delta-estrela aterrado.

    FALTA FASE TERRA: Neste caso ocorrer um curto circuito entre uma das fases

    (a, b ou c) e a terra. Para este caso ser desenvolvido a teoria para uma fase, no caso a

    fase a, e considerado a mesma teoria para o curto ocorrendo em qualquer outra fase.

    Ento, considerando a fase a, tem-se que a corrente de fase b e c ser igual a zero e

    a tenso na fase a ser igual a zero tambm, devido ao curto circuito com a terra.

    Dessa maneira,

    e que

    Pode-se concluir neste caso,

    . E, portanto escrever a seguinte

    igualdade:

  • 57

    Ao se analisar a equao (4.3.18) que representa a corrente que ir circular na fase

    a, pode-se concluir que os circuitos de seqncia zero, positiva e negativa estaro em

    srie. Pois, as respectivas impedncias se encontram em srie.

    Assim, o circuito pode ser representado da seguinte maneira:

    Figura 35 - Circuito Genrico de Sequencia Positiva, Negativa e Zero

    FALTA FASE FASE: Representa um curto circuito ocorrendo entre duas fases

    quaisquer. Se considerar que a falta ocorreu na fase b e na fase c, tem-se que: a

    corrente na fase a ser zero; as correntes que circularo entre a fase a e a fase c

    tero mesmo mdulo, no entanto com sentidos contrrios; as tenses na fase b e c

    sero de mesmo mdulo. Assim,

    e os componentes simtricos sero:

    A equao para encontrar a corrente que circular, ser dada por:

  • 58

    Portanto pode-se notar que neste caso no se tem a componente de seqncia zero no

    circuito equivalente. Sendo que este ser constitudo apenas pelo circuito de seqncia

    positiva e negativa ligados em paralelo, pois a tem-se que como pode-se

    verificar na igualdade abaixo:

    Figura 36 - Circuito Equivalente Falta Fase-Fase

    FALTA FASE FASE TERRA: Neste caso tem-se uma falta onde envolve duas

    fases e a terra, considera-se que as fases envolvidas so a fase b e a fase c. Portanto

    tem-se uma situao onde a corrente que ir circular na fase a ser igual a zero e a

    tenso na fase b e c ser igual a zero tambm. Assim,

    e os componentes simtricos sero

    Ento, =

    . Substituindo e por e substituindo

    na igualdade acima e multiplicando ambos os lados por Dessa forma,

  • 59

    E, portanto, tem-se que a equao equivalente ser dada por:

    Agora, tem-se toda teoria necessria para o desenvolvimento do clculo de curto circuito.

    Portanto, na prxima sesso ir iniciar o estudo de curto circuito para o sistema estudado

    conforme figura abaixo.

    Figura 37 - Planta do Projeto a Ser Estudado

    Seguem os valores das impedncias.

    Transformadores

    -Reatncia de Disperso

    Geradores

    -Impedncia de Seqncia positiva

  • 60

    -Impedncia de Seqncia negativa

    -Impedncia de Seqncia zero

    Linha de Distribuio Entre a Barra da Cooperativa e da Rede de Distribuio

    -Reatncia de Seqncia positiva/ negativa

    -Reatncia de Seqncia zero

    Linha de Distribuio da Rede

    -Reatncia de Seqncia positiva/ negativa

    -Reatncia de Seqncia zero

    4.4. Calculando o Curto Circuito no Sistema Estudado

    O primeiro passo para se iniciar o clculo de curto circuito transformar todo o sistema em

    um circuito eltrico, onde os geradores representam as fontes, e as impedncias das cargas,

    transformadores, linha e geradores representaram as impedncias.

    Abaixo segue o sistema representado com as impedncias de seqncia positiva.

    Figura 38 - Circuito de Impedncias Positivas da Planta a Ser Estudada

  • 61

    possvel notar que no foi considerado a presena dos transformadores de 1000kVA ,que

    esto alimentando as cargas, no esquema cima. Essa simplificao feita devido a no presena

    de cargas rotativas ligada a esse transformador. Dessa forma pode-se concluir que no haver

    contribuio de corrente de curto circuito por esse alimentador.

    No entanto, ao se analisar o sistema nota-se que na linha de distribuio proveniente da

    rede eltrica da concessionria no se tem uma definio de qual o gerador conectado na barra e

    sua respectiva impedncia. Isso ocorre, pois o gerador que est alimentando essa linha se encontra

    em um ponto distante onde alimenta no apenas a carga da cooperativa, mas tambm muitas

    outras cargas ligadas na rede. Quando se tem uma situao deste tipo, um grande sistema, a barra

    da rede substituda pelo o que chamado de barra infinita.

    Essa substituio feita para simplificar o sistema, pois quando se conecta um gerador

    sncrono na rede, pode assumir que sua potncia muito inferior sendo que este no provocar

    perturbaes no sistema. Portanto, a barra infinita equivalente a uma fonte ideal (reatncia nula)

    que independe da potncia fornecida/ absorvida e das perturbaes dos geradores.

    Figura 39 - Circuito de Seqncia Positiva da Planta a Ser Estudada

    Agora passando todas as impedncias para p.u (por unidade) para uma mesma base,

    considerando os valores de potncia e tenso do gerador como base. Assim, tem-se que

    e .

    Dessa maneira segue abaixo:

    Impedncia dos Transformadores (1000kVA): Para este caso tem-se que considerar a

    relao de transformao para encontrar a tenso base equivalente aps o transformador.

    Sendo, portanto, igual a 13,8kV.

    Impedncia dos Geradores: A impedncia dos geradores ser a mesma, afinal estas j

    esto na base utilizada.

  • 62

    Impedncia das linhas: Para este caso tem-se que encontrar a impedncia base, e

    ento dividir a impedncia da linha pela impedncia base. Assim, tem-se que a

    impedncia base dada por:

    Portanto as impedncias da linha em p.u sero dadas por:

    Para o clculo de curto circuito simtrico preciso encontrar o circuito equivalente, como

    mostrado na figura39. Assim, deve-se encontrar a impedncia equivalente e transformar todas as

    fontes que representam o gerador em apenas uma fonte equivalente.

    Considerando que o curto circuito ocorrer na barra da cooperativa, pode-se encontrar a

    impedncia equivalente de Thevenin curto circuitando as fontes que representam os geradores. Na

    figura abaixo segue o circuito representado.

    Figura 40 - Impedncia Equivalente de Thevenin

    Dessa maneira a impedncia equivalente ser igual a:

  • 63

    Para se encontrar a fonte equivalente necessrio utilizar o teorema da superposio. Pois

    devido existncia de quatro fontes, a sua anlise sobre o ponto de vista de circuitos eltricos

    torna-se complexa. Dessa maneira com o teorema da superposio pode-se analisar uma fonte de

    cada vez e ento somar a contribuio de cada uma para que se possa encontrar a fonte

    equivalente.

    Iniciando a anlise tem-se apenas uma fonte sendo que as outras foram curto circuitadas,

    conforme mostra a figura abaixo.

    Figura 41 Aplicando Teorema Superposio

    Para simplificar os clculos pode-se transformar a fonte de tenso em fonte de corrente,

    calcular as impedncias em paralelo e ento retornar para fonte de tenso. Abaixo mostrada a

    seguinte simplificao.

    Figura 42 Encontrando a Tenso Equivalente de Thevenin

    Portanto tem-se que a tenso equivalente para esta fonte ser dada por um divisor de tenso

    conforme calculado abaixo:

  • 64

    Atravs de uma anlise pode-se concluir que essa tenso equivalente encontrada para a

    fonte G1 ser a mesma para todas as outras fontes, pois o circuito equivalente ser o mesmo.

    Ento somando a contribuio das quatro fontes encontrar-se- que a tenso de Thevenin

    equivalente ser igual a . Abaixo segue o circuito equivalente com os dois

    pontos de curto circuito a serem estudados.

    Figura 43 - Circuito Equivalente

    Onde o ponto 1 representa uma falta ocorrendo nos terminais da SE da cooperativa,

    enquanto que o ponto 2 representa uma falta que ocorre nos terminais da SE da rede, em um local

    fora da cooperativa.

    4.4.1. Aplicando o Clculo de Curto Circuito Simtrico

    O estudo de curto circuito envolver dois possveis pontos para a ocorrncia de uma falta,

    como indicado na figura acima, ponto 1 e 2. Logo abaixo se tem o desenvolvimento dos clculos.

    Curto Circuito no ponto 1 (Subestao Cooperativa) : Para o curto circuito ocorrendo

    neste ponto haver contribuio dos geradores e da rede eltrica de distribuio. Dessa

    maneira alm de se encontrar a corrente de curto circuito resultante, importante tambm

    saber qual ser a contribuio de proveniente da rede e dos geradores, para que possa ser

    feito a parametrizao do rel. Ento, primeiramente calculando a contribuio dos

    geradores e da rede de distribuio, respectivamente, ter-se-:

  • 65

    Enquanto que a corrente total de curto circuito ser:

    Para encontrar os valores das correntes em mperes necessrio encontrar a corrente

    base dada como calculado logo abaixo.

    Dessa forma,

    A potncia de curto circuito ser igual a

    Curto Circuito no ponto 2 (Subestao Concessionria):Quando o curto circuito

    ocorrer neste ponto tem-se a impedncia da linha de distribuio da cooperativa em srie

    com as impedncias dos geradores e transformadores. Dessa maneira se obtm as

    correntes de curto circuito conforme abaixo:

    -Corrente de Curto Circuito Simtrico:

    A corrente total ser:

  • 66

    Os valores em mperes so:

    A potncia de curto circuito dada por:

    4.4.2. Aplicando o Clculo de Curto Circuito Assimtrico

    Para o clculo de curto assimtrico ser necessrio que as impedncias de seqncias

    positiva, negativa e zero estejam na mesma base, sendo este o procedimento idntico ao realizado

    para o clculo de curto simtrico. Dessa maneira, para a mesma tenso e potncia base utilizadas

    tem-se os seguintes valores:

    Impedncia dos Transformadores (1000 kVA):

    Impedncia dos Geradores: Como a base utilizada so os valores de tenso e

    potncia do gerador tem-se que as impedncias sero as mesmas.

    Impedncia das linhas:

    Portanto as impedncias da linha em p.u sero dadas por:

  • 67

    O clculo de curto assimtrico ser realizado apenas para o caso da falta fase-terra, pois

    qualquer outra falta que ocorrer no sistema ter sua corrente maior.

    - Circuito de seqncia positiva: Para este circuito equivalente consideram-se os

    geradores e as impedncias de seqncia positiva, sendo o mesmo circuito analisado para

    o clculo de curto simtrico.

    - Circuito de seqncia negativa: As fontes so curto circuitadas e, como a impedncia

    dos geradores muda, calcula-se o equivalente de Thevenin novamente. Abaixo segue o

    clculo da impedncia de Thevenin equivalente.

    Figura 44 Encontrando a Impedncia Equivalente de Seqncia Negativa

    Dessa forma o circuito equivalente dado por:

    Figura 45 - Circuito Equivalente de Seqncia Negativa

    - Circuito de seqncia zero: Devido ao circuito do lado de alta tenso do transformador

    ter ligao tipo delta e o circuito de baixa ter ligao tipo estrela aterrado, haver apenas

    um caminho para o circuito de seqncia zero, sendo do lado de baixa tenso.

    Outro ponto importante que a conexo dos geradores do tipo estrela aterrado, e como

    estes esto no lado de baixa tenso, haver, portanto, uma ligao entre a impedncia de

    seqncia zero do transformador e dos geradores.

  • 68

    Dessa maneira, o circuito equivalente de seqncia zero segue abaixo.

    Figura 46 - Circuito Equivalente de Seqncia Zero

    Curto Circuito no ponto 1: Como foi visto, os trs circuitos equivalentes esto em

    srie, sendo assim pode-se representar os trs circuitos para um curto circuito ocorrendo

    no ponto 1 da seguinte forma.

    Figura 47 - Circuito Equivalente de Seqncia Positiva, Negativa e Zero da Planta para Falta no Ponto 1

    Dessa forma tem-se que a corrente de curto assimtrico ser dada por:

  • 69

    Onde,

    Portanto,

    Em Ampres a corrente ser dada por:

    A contribuio dos geradores e da rede ser, respectivamente:

  • 70

    Enquanto que a contribuio da rede ser dada por:

    A potncia do curto :

    Curto Circuito no ponto 2: Para este caso tem-se o circuito equivalente da seguinte

    forma.

  • 71

    Figura 48 - Circuito Equivalente de Seqncia Positiva, Negativa e Zero da Planta para Falta no Ponto 2

    Repetindo os clculos conforme j foram realizados para o caso do curto circuito no

    ponto 1, conclui-se que:

  • 72

    A contribuio dos geradores e da rede ser, respectivamente:

    Enquanto que a contribuio da rede ser dada por:

    A potncia do curto :

  • 73

    Agora, tm-se todas as correntes de curto, simtrica e assimtrica, nos dois pontos do

    sistema estudado. Conforme j havia sido dito, a corrente de curto circuito simtrica a maior

    corrente que poder circular no sistema e, assim, todo o dimensionamento dos equipamentos que

    iro compor este sistema devero seguir este parmetro. Enquanto, a corrente de curto circuito

    assimtrica fase-terra ser a menor corrente de falta que circular no sistema caso ocorra um curto

    circuito e o rel tenha que atuar.

    Abaixo segue uma tabela que resume todos os valores encontrados.

    Curto Circuito Simtrico

    Ponto 1 Ponto2

    Curto Circuito Simtrico Total (A) 1397,6324

    Curto Circuito Simtrico Contribuio

    Geradores (A) 556,2827 380,6776

    Curto Circuito Simtrico Contribuio da

    Rede(A) 886,1161 4158,3855

    Potncia de Curto Circuito Simtrico (kVA) 33.406,63

    Tabela 1 - Valores de Curto Circuito Simtrico Calculados

    Curto Circuito Assimtrico Fase-Terra

    Ponto 1 Ponto2

    Curto Circuito Assimtrico Total (A) 861,5816

    Curto Circuito Assimtrico Contribuio

    Geradores (A) 264,2457

    Curto Circuito Assimtrico Contribuio da

    Rede(A) 621,9895

    Potncia de Curto Circuito Assimtrico

    (kVA)

    Tabela 2 - Valores de Curto Circuito Assimtrico Calculados

  • 74

    4.5. Simulando a Falta no PowerFactory

    PowerFactory um software utilizado para resolver problemas relacionados com sistemas

    de transmisso, distribuio ou plantas industriais. Onde, se consegue gerar fluxos de cargas,

    estudo de transitrios, gerar grficos de corrente versus tempo para o estudo de coordenao e

    seletividade, entre outras funes.

    Aps a modelagem do sistema, foram calculadas as correntes de curto circuito total para os

    dois possveis pontos de curto circuito estudado.

    Primeiramente, para o curto circuito ocorrendo no ponto 1 (Terminal 3) tem-se a

    modelagem do sistema conforme abaixo:

    Figura 49 - Simulao no PowerFactory para Falta no Ponto 1

    Ento, aps o sistema calcular as correntes de curto circuito, simtrica e assimtrica, no

    ponto solicitado (Terminal 3) pode-se observar os seguintes resultados.

  • 75

    Total Contribuio dos

    Geradores

    Contribuio da

    Rede

    Corrente de Curto

    Circuito Simtrico (A) 1.465 578 887

    Corrente de Curto

    Circuito

    Assimtrico(A)

    903 264 639

    Tabela 3 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta no Ponto 1

    A potncia de curto circuito simtrico de 35.016kVA, enquanto que a potncia de curto

    circuito assimtrica 7.194 kVA.

    Ao se comparar com os valores que j haviam sidos calculados atravs da teoria de clculo

    de curto circuito, possvel notar que h uma pequena diferena. Isto, no entanto, se deve ao fato

    do software PowerFactory considerar que os componentes do sistema no so ideais,

    diferentemente do clculo efetuado onde se considera uma situao ideal.

    Agora, para a falta ocorrendo no ponto 2 (T-Rede) tem-se:

    Figura 50 - Simulao no PowerFactory para Falta no Ponto 2

  • 76

    Total Contribuio dos

    Geradores

    Contribuio da

    Rede

    Corrente de Curto

    Circuito Simtrico (A) 4.564 401 4.163

    Corrente de Curto

    Circuito Assimtrico

    (A)

    6731 390 6.341

    Tabela 4 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta no Ponto 2

    A potncia de curto circuito simtrico de 109.086kVA, enquanto que a potncia de curto

    circuito assimtrica 53.627kVA.

    Por fim, a simulao de uma falta ocorrendo nos terminais dos geradores e da carga, apesar

    deste clculo no ter sido demonstrado passo a passo de fundamental importncia na anlise da

    parametrizao do rel, pois a corrente de curto circuito ser a menor.

    Segue a simulao na barra dos geradores,

    Figura 51 - Simulao no PowerFactory para Falta nos Terminais dos Geradores

  • 77

    Como o estudo est visando apenas o disjuntor responsvel pelo paralelismo, neste caso

    ter-se- apenas a contribuio da rede da concessionria para a falta ocorrendo nos terminais do

    gerador.

    Contribuio da

    Rede

    Corrente de Curto

    Circuito Simtrico (A) 334

    Corrente de Curto

    Circuito

    Assimtrico(A)

    230

    Tabela 5 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta nos Terminais dos Geradores

    Agora, a simulao nos terminais da carga,

    Figura 52 - Simulao no PowerFactory para Falta nos Terminais da Carga

  • 78

    Como o valor do transformador da carga o mesmo que o transformador do gerador, as

    correntes de curto circuito, simtrico e assimtrico, so iguais para o curto circuito ocorrendo nos

    terminais do gerador.

  • 79

    5. PARAMETRIZAO DO REL DIGITAL - RESULTADOS

    Finalmente tem-se a parametrizao do rel digital, ou seja, o equipamento de proteo ir

    ser programado para que efetue a proteo do sistema conforme os valores que se deseja.

    Como j foi dito em sesses anteriores, a concessionria local, Elektro, tem uma norma

    especifica para casos como este, onde existe um paralelismo momentneo entre um co-gerador e a

    rede da concessionria. Assim, foi escolhido um rel do fabricante SIEMENS que atende s

    protees exigidas pela norma.

    As protees so: 50/51, 50/51N, 51GS, 67, 32, 27, 59, 59N, 81.

    5.1. Rel 7SJ62

    O rel a ser utilizado trata-se do modelo 7SJ62, sendo este um modelo importado, fabricado

    na Alemanha.

    O cdigo do rel representa mais que uma simples identificao, atravs deste pode-se

    identificar quais so as funes de proteo, seu tipo de comunicao, o idioma em que opera,

    tipo de montagem, presena de oscilografia, quantidades de sadas/entradas, tenso de

    alimentao, entre outros. Abaixo tem um esquema sobre a posio dos caracteres e seu

    significado, e atravs de uma consulta ao databook do fabricante tem-se todas as caractersticas do

    equipamento.

    Figura 53 - MLFB do Rel

    Para o projeto estudado a concessionria exige apenas as funes de proteo, assim todas

    as demais funes do rel se fazem como opcionais que depender de qual ser a necessidade do

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    cliente, neste caso a cooperativa. Dessa maneira, abaixo se apresenta as principais caractersticas

    do rel que est sendo proposto para o sistema, e seu respectivo cdigo.

    04 entradas para sinal de tenso e 04 entradas para sinal de corrente/ 08 entradas e 08

    sadas lgicas

    Oscilografia

    Tenso auxiliar de 110 at 250 Vcc/ 115 at 230 Vca.

    Idioma Ingls

    Fault Recording

    Protees (ANSI): 50/51, 50/51N, 49, 46, 37, 47, 50BF, 74TC, 86, 67, 67N, 27, 59,

    81U/O, 32.

    Comunicao RS 485-Modbus

    Cdigo do Rel: 7SJ6235-5EB90-1HH0-L0D

    Figura 54 - Rel Siemens Modelo 7SJ62

    Esse rel ainda possui medies que podem ser visualizadas no prprio display, ou ainda,

    atravs de um local remoto devido comunicao RS 485-Modbus. As medies que executa so:

    corrente (A), tenso (V), potncia ativa (VA), potncia reativa (VAr), fator de potncia,

    freqncia (Hz), energia (Wh).

    5.2. Software de Parametrizao DIGSI

    O rel modelo 7SJ62 pode ter sua parametrizao via rel, ou ainda, atravs de um software

    de parametrizao chamado DIGSI que deve ser comprado do mesmo fornecedor do rel, a

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    SIEMENS. A parametrizao via software ocorre via cabo computador-rel ou atravs da rede

    industrial.

    Atravs deste software se consegue ir alm da simples parametrizao do produto, mas

    tambm possvel que se criem lgicas atravs de diagramas SFC (Sequential Function Chart),

    ler arquivos com os valores de falta registrado (oscilografia) tanto de tenso como de corrente e

    ler valores medidos do sistema.

    Abaixo segue uma seqncia passo a passo para se parametrizar o rel via software.