eberth mirley thomaz da silva · 2020. 8. 6. · trifásica com terra 1,5% fonte: junior (2017, p....
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LONDRINA 2018
EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
LONDRINA
2018
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Pitágoras UNOPAR, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em engenharia elétrica.
Orientador: Vanessa Dias
EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA
EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Pitágoras Unopar, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em engenharia elétrica.
BANCA EXAMINADORA
Membro da banca
Membro da banca
Membro da banca
Londrina, dezembro de 2018
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por me conceder saúde e sabedoria para
atingir os objetivos planejados, e sem Ele não seria possível chegar até aqui. Sou
grato também a minha família e a minha namorada por todo carinho, apoio e
compreensão nos momentos difíceis e por entender minha ausência nas horas mais
complicadas.
Gostaria também de agradecer a todos os professores que dividiram seu
conhecimento e me auxiliaram no decorrer do curso, e a todos meus colegas de
curso por todas as horas compartilhadas de estudo e a ajuda mutua que facilitou a
chegada até o final do curso.
SILVA, Eberth Mirley Thomaz. Proteção de sistemas elétricos de potência. 2018.
42. Trabalho de conclusão de curso (engenharia elétrica). – Universidade Pitágoras
Unopar, Londrina, 2018.
RESUMO
O presente trabalho apresenta conceitos sobre proteção do sistema elétrico de
potência e mostra como a implantação de novas tecnologias e formas de geração de
energia influenciam diretamente a proteção e o funcionamento do sistema. O
problema de estudo visa analisar como o aumento da geração distribuída vem
afetando a segurança e a proteção do sistema elétrico de potência brasileiro, e como
objetivo o trabalho busca compreender quais são as técnicas e equipamento que
podem manter a confiabilidade do sistema com essas mudanças que estão
ocorrendo. No decorrer do trabalho podem-se analisar mais profundamente sobre os
tipos mais comuns de falta no sistema elétrico nacional, os equipamentos que são
utilizados em maior escala, conceitos sobre coordenação e seletividade, e também
se discorre sobre a geração distribuída e seus aspectos. A metodologia utilizada na
elaboração do trabalho é a revisão de literatura, que é composta por pesquisa
documental, fornecendo assim a base teórica para a realização do trabalho.
Palavras-chave: Proteção; Sistema elétrico de potência; Geração distribuída;
Equipamentos de proteção; Tipos de falta.
SILVA, Eberth Mirley Thomaz. Protection of electrical power systems. 2018. 42.
Completion Work (electrical engineering) – University Pitágoras Unopar, Londrina, 2018.
ABSTRACT
The present work presents concepts about power system protection and shows how
the implementation of new technologies and forms of power generation directly
influence the protection and operation of the system. The study problem aims to
analyze how the increase of the distributed generation has affected the safety and
protection of the Brazilian power electric system, and as objective the work seeks to
understand which are the techniques and equipment that can maintain the reliability
of the system with these changes that are occurring. In the course of the work, one
can analyze more deeply the most common types of fault in the national electrical
system, the equipment that is used on a larger scale, concepts about coordination
and selectivity, and also about distributed generation and its aspects. The
methodology used in the elaboration of the work is the literature review, which is
composed of documentary research, thus providing the theoretical basis for the work.
Keywords: Protection; Electrical power system; Distributed generation; Protective
equipment; Types of fault.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Forma de onda típica de um curto-circuito ............................................. 18
Figura 2 – Número de cabos rompidos por ano nas regiões sudeste e nordeste .... 20
Figura 3 – Esquema de ação dos dispositivos de proteção em um sistema de
potência .................................................................................................................... 24
Figura 4 – Exemplo de sistema com proteção seletiva............................................28
Figura 5 – Etapas de acesso de centrais geradoras aos sistemas de distribuição .. 31
Figura 6 – Aumento do nível de curto-circuito causado pela contribuição da GD ... 37
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Estatísticas de faltas por tipo ................................................................ 16
Tabela 2 – Probabilidade de ocorrências de faltas por tipo ..................................... 16
Tabela 3 – Causas origens para as faltas no sistema elétrico ................................. 17
Tabela 4 – Funções de proteção ............................................................................. 23
Tabela 5 – Proteções exigidas pelas concessionárias nas instalações da GD ........ 34
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANEEL Agência nacional de energia elétrica
GD Geração distribuída
MME Ministério de minas e energia
ONS Operador nacional do sistema elétrico
PCH Pequena central hidrelétrica
PRODIST Procedimento de distribuição de energia elétrica no sistema elétrico
nacional
PROINFA Programa de incentivo às fontes alternativas de energia elétrica
RT Relação de transformação
RTC Relação de transformação do transformador de corrente
SEP Sistema elétrico de potência
SIN Sistema interligado nacional
TC Transformador de corrente
TP Transformador de potencial
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................. 13
2. TIPOS DE FALTAS .......................................................................................... 15
2.1. CURTO-CIRCUITO ............................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
2.1.1 Principais causas de rompimentos dos condutores. ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.9
3. EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO ................................................................. 15
3.1. COORDENAÇÃO E SELETIVIDADE .... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
4. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA ............................................................................... 15
4.1. FUNÇÕES DE PROTEÇÃO MAIS IMPORTANTES PARA CONEXÃO DE
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA .............................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
4.1.1 Impactos produzidos pela geração distribuída ................................................. 35
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................. 15
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 41
13
1. INTRODUÇÃO
Correspondente à expansão do uso de fontes alternativas de energia, ao
desenvolvimento de tecnologias, às novas politicas de proteção ambiental e à
remodelação do setor elétrico, tem acarretado um enorme atrativo na inclusão de
unidades de geração distribuída (GD). Presume-se que logo a GD possuirá
atribuição de notoriedade dentro da matriz energética nacional. Isto irá demandar um
estudo aprofundado para melhor compreensão da atuação do sistema elétrico de
potência, auxiliando na analise de novas técnicas e funções capazes de preservar a
estabilidade e sensibilidade, porém sem perder a eficácia do sistema elétrico de
potência.
A utilização da geração distribuída dentro dos sistemas de distribuição,
mesmo que possua vários benefícios e serventias, faz-se necessário que ela seja
tida como opção apenas depois de serem realizados estudos minuciosos em razão
às suas complexidades em operação e proteção do sistema. Pode destacar-se o fato
de que as distribuidoras de energia elétrica vêm confrontando diversos problemas
que foram introduzidos no sistema elétrico depois da conexão das GDs influenciando
diretamente em relação à eficácia e qualidade da proteção no sistema elétrico de
distribuição já existente.
A implantação destas GDs no sistema elétrico de distribuição pode causar
perturbações nos sistemas de proteção dependendo do ponto onde a mesma
localiza-se, esse impacto ocorre em razão da sua potência de geração e de curto-
circuito. Portanto se faz necessário que as medidas de segurança e proteção
estejam bem definidas e projetadas, para a proteção dos equipamentos e da vida
humana.
Considerando o aumento da geração distribuída de energia elétrica do país
sem a correspondente melhoria no sistema de transmissão e distribuição, como essa
participação vem impactando a segurança e proteção dos sistemas elétricos de
potência nacional?
O objetivo geral do presente trabalho se constitui em analisar o uso das
principais ferramentas e técnicas capazes de manter a proteção e seletividade do
sistema elétrico com o objetivo de diminuir as falhas no sistema elétrico de potência.
A seguir os objetivos específicos que maximizam as intenções demonstradas no
14
objetivo geral. Compreender as causas mais comuns que geram os defeitos no
sistema elétrico de potência. Conhecer o princípio do funcionamento dos principais
métodos e equipamentos de proteção. Investigar as principais funções utilizadas na
proteção para minimizar o impacto causado pela geração distribuída.
A metodologia adotada para a elaboração do presente trabalho é a revisão de
literatura, que consiste de pesquisa documental para dar o embasamento teórico
necessário sobre proteção e segurança do sistema elétrico de potência, métodos e
equipamentos de proteção, geração distribuída e novas tecnologias que podem ser
utilizadas. Objetiva-se utilizar no trabalho artigos e livros acadêmicos publicados nos
últimos 15 anos, onde se consiga pesquisar referencias que forneçam ideias,
conceitos ou informações que serão de essencial importância para o
desenvolvimento do trabalho de conclusão de curso.
15
2. TIPOS DE FALTAS
Os sistemas de proteção podem ser definidos como os responsáveis por
gerenciar todos os equipamentos empregados para detectar, localizar e banir a
aparição de um curto-circuito ou uma falha de operação de um sistema elétrico,
diminuindo os danos aos equipamentos defeituosos, assim encurtando o tempo de
incapacidade do sistema e reduzindo os gastos com manutenções corretivas. Em
suma, a proteção visa garantir economicamente a qualidade do serviço assegurando
uma vida razoável às instalações.
Os sistemas elétricos de potência (SEP) são grandes sistemas de energia
que contemplam a geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Os
sistemas elétricos de potência dispõem de maquinário grandioso e de complexa
operação, o que solicita técnicas e estudos de elevado gabarito para projetar,
instalar, manter e operar esses sistemas (NERI, 2015).
Os sistemas elétricos de potência são expostos a uma gama de distúrbios
que variam de cargas lentas e contínuas até os embates abruptos de curtos-
circuitos, ausência inesperada de um gerador e as manobras de operação. Os
sistemas elétricos de potência necessitam se adequar dentro destas condições, para
assim operar de acordo com os limites de tensão e frequência.
Segundo Matos (2015) o sistema elétrico brasileiro apresenta mais de 2.300
falhas por ano, derivando em mais de 6 falhas por dia, e uma parcela dessas falhas
influenciam de modo direto o consumidor com interrupções no fornecimento de
energia elétrica. Segundo relatório do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS)
exibido ao Ministério de Minas e Energia (MME), a quantidade de incidentes
verificadas entre os anos de 2008 e 2013 varia de 2.258 a 2.670 casos por ano
(dados de 2013).
Ao projetar um sistema, sempre se busca como objetivo primário projeta-lo de
maneira adequada, com materiais que possuem qualidade comprovada, desenhado
dentro das normas, prevendo a execução da obra e a instalação da melhor
qualidade. Mesmo com todos estes fatores, o sistema estará exposto as mais
diversas e imprevisíveis condições, e as falhas irão ocorrer em pontos aleatórios do
sistema.
16
Conforme Junior (2017) no que tange ao tipo de faltas encontradas no
sistema elétrico de potência nacional, as estáticas mostram os seguintes percentuais
em redes de distribuição, de acordo com a Tabela 1.
Tabela 1 - Estatísticas de falta por tipo
Tipos de Faltas Percentual
Fase – Terra 81%
Bifásica 10%
Bifásica – Terra 6%
Trifásica sem Terra 1.5%
Trifásica com Terra 1,5%
Fonte: Junior (2017, p. 15)
A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter de
permanência do efeito, isto é, sendo de característica permanente ou transitória, em
conformidade com a Tabela 2 (JUNIOR, 2017).
Tabela 2 – Probabilidade de ocorrências de faltas por tipo
Tipos de Faltas Probabilidade de
Ocorrência
Classificação
Permanente Transitória
Trifásica 3% 95% 5%
Bifásica 10% 70% 30%
Fase–Terra 81% 20% 80%
Outros 6% - -
Fonte: Junior (2017, p. 16)
O tempo de permanência da falta é um ponto essencial que deve ser
evidenciado, sendo pertinente o intuito ou não de religar o sistema, buscando manter
de forma eficiente o fornecimento de energia. Em consideração, é preciso elucidar
algumas condições apontadas a seguir:
Faltas monofásicas para a terra = menor efeito sobre a estabilidade, há limitação da amplitude de corrente, mas requer uma rápida remoção;
Faltas fase-fase = maiores perturbações quanto à estabilidade;
Faltas trifásicas = é a maior dentre as perturbações, podem ocorrer em barramentos ou entre condutores;
17
Faltas entre espiras = geradores e trafos de subestações (rápida remoção);
Faltas no núcleo do transformador = falhas no isolamento gerando excessivas correntes de Foucault (JUNIOR, 2017, p.17).
A classificação das faltas pode ser vista por meio da causa origem, com
finalidade de esmiuçar, nortear e precaver certas falhas, buscando assim maneiras
para impedi-las de causar danos. A Tabela 3 apresenta proporcionalmente o
percentual pela causa origem.
Tabela 3 – Causas origens para as faltas no sistema elétrico.
Causas Percentual
Fenômenos Naturais 50,2%
Falha em Equipamento 12%
Falha Humana 9%
Falha Operacional 8,5%
Outras causas 20,3%
Fonte: Junior (2017, p. 16)
2.1. CURTO-CIRCUITO
A análise de curto-circuito é de fundamental importância seja no planejamento
ou na operação de um sistema elétrico de potência. Fundamentado no veredito
dessas analises na maioria das oportunidades são tomadas as decisões para
prosseguir com os ajustes e escolhas dos dispositivos a serem utilizados.
Curto-circuito pode ser definido como a passagem excessiva de corrente
elétrica em um circuito, ou seja, uma corrente com valores maiores que o previsto no
dimensionamento do circuito, essa elevação da corrente no circuito elétrico oriunda
de uma abrupta diminuição da impedância do mesmo. A análise de curto-circuito faz
parte da grade que constitui o estudo do SEP, no momento de definir e dimensionar
os equipamentos de proteção é fundamental o uso do cálculo de curto-circuito tanto
quanto da corrente nominal, uma vez que esse cálculo colocara os equipamentos
dentro da sua adequada capacidade de interrupção sendo sensível à elevação de
corrente (MATOS, 2015).
18
A simulação numérica de curto-circuito em locais específicos do sistema
possui grande influência no planejamento, viabilidade e execução das instalações do
SEP, pois isso possibilita antecipar o surgimento das falhas. De posse dessa
informação é possível executar as ações essenciais para diminuir esses efeitos,
minimizando assim qualquer tipo de perturbação no sistema e garantindo que os
equipamentos irão aguentar a passagem das correntes de falta.
Em um circuito R+jX simples, uma corrente de curto-circuito consiste de uma componente em corrente alternada e uma componente em corrente contínua ambos decrescentes no tempo. As somas destes componentes formam a corrente total de curto-circuito. Quando o curto-circuito é medido em um local próximo a um gerador, a alteração da reatância no tempo provoca a queda da componente de corrente alternada. Quando o curto-circuito é medido em um local distante do gerador, a componente em corrente alternada é constante. A componente em corrente contínua aparece devido ao fato que a corrente não se altera instantaneamente em uma indutância. (MATOS, 2015, p.20).
A Figura 1 mostra como são as formas de ondas dos componentes da
corrente de curto-circuito. Na imagem as componentes se identificam na seguinte
sequência: a) componente subtransitória; b) componente transitória; c) componente
de regime permanente; d) componente em corrente contínua; e) corrente de curto
circuito completa.
Figura 1 - Forma de onda típica de um curto-circuito
Fonte: Matos (2015, p. 21).
19
De acordo com Filho e Mamede (2011) os curtos-circuitos são as
maiores oscilações da corrente que circula no sistema elétrico. Caso não
sejam limitados no seu módulo e no tempo, avariam as peças e
equipamentos por onde fluem. Diferentemente do tempo utilizado quando se
trata de sobrecarga, que toleram vários segundos, os tempos permitidos
para a duração dos curtos-circuitos não devem superar o valor de 2
segundos. São limitados usualmente entre 50 e 1000 ms. Portanto, os
dispositivos de proteção precisam possuir grande velocidade de atuação e
os equipamentos de manobra, precisam ter aptidão para atuar em
condições máximas de corrente.
Podem-se citar como principais objetivos para a realização do cálculo
de curto-circuito os tópicos a seguir:
Definir a capacidade de interrupção de disjuntores e fusíveis de acordo
com os valores calculados, assim possibilitando a sua abertura no
momento que a corrente máxima de curto-circuito fluir no sistema;
Presumir os esforços térmicos causados durante a passagem da corrente
de falta, todos os componentes do SEP deverão aguentar as
consequências destruidoras da corrente de curto-circuito;
Efetuar os ajustes nos relés: Os valores definidos no cálculo de curto-
circuito são quem norteiam o ajuste das funções e tempos de disparo dos
relés de proteção.
2.1.1 Principais causas de rompimentos dos condutores
Segundo Neto (2005) foi feito um estudo com informações coletadas em uma
concessionária de energia brasileira. Essas informações mostram a quantidade de
ocorrências em dois locais diferentes do Brasil e também interligam causa e efeito
do rompimento de cabos de distribuição. Na qual foram levantado os dados de
acordo com a localidade (nordeste e sudeste), a causa da falha, o alimentador, a
data do acontecimento da falha e a quantidade de clientes que foram prejudicados
pelos desligamentos causados por essas falhas. As informações passadas são
referentes a um ciclo de 31 meses para a região sudeste e de 19 meses para a
região nordeste. Comprovou-se que o toque das árvores, a corrosão atmosférica e a
20
descarga atmosférica são as maiores causas que acarretam o rompimento de cabos
de distribuição.
Através da Figura 2 é possível ver o número de cabos rompidos, no ciclo
médio de 1 ano, em relação das causas já citadas, levando em conta as duas
localidades analisadas.
Quando ocorre uma descarga atmosférica em uma linha de distribuição de
maneira direta ou indireta, é capaz de acontecer uma sobre-tensão ou ruptura do
cabo, isso devido a fusão de um ou vários fios que fazem parte do condutor,
normalmente composto por sete fios entrelaçados.
De acordo com Neto (2005) a descarga atmosférica possui 3 componentes. A
primeira descarga possui polaridade positiva ou negativa que pode abranger
centenas de kA e alguns µs de tempo; em segundo os impulsos subsequentes, com
abrangência de até dezenas de kA e centenas de µs e por último o impulso de longa
duração, que de mesmo modo possui polaridade positiva ou negativa, tendo
amplitude de corrente da ordem de centenas de amperes e duração de centenas de
milissegundos. Não é toda vez que a primeira descarga direta causa a ruptura do
cabo, isso porque ela possui curta duração (aproximadamente 60 s). Testes e
análises realizadas em laboratório mostraram que a fusão dos tentos de um cabo
acontece por meio de descargas de longa duração.
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atmosféricas
Corrosão Contatos com
árvores
nordeste
Núm
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Figura 2 – Número de cabos rompidos por ano nas regiões sudeste e nordeste
Fonte: Neto (2005, p. 8)
21
Sobre a ruptura causada pela corrosão, a mesma tem por definição ser o
processo de desgaste paulatino de um elemento qualquer por meio de uma ação
química ou física produzida pelo meio ambiente sobre os elementos. As ações de
corrosão são classificadas como reações químicas heterogêneas, que acontecem
normalmente na área de separação entre o metal e o meio corrosivo. É uma ação
natural de oxidação-redução, em que o metal atua quão um redutor e fornece
elétrons ao oxidante, presente no meio corrosivo.
Os cabos de redes de distribuição aéreas encontram-se expostos, sobretudo,
aos efeitos da corrosão atmosférica. Esse tipo de corrosão está ligada à deposição
de material não-metálico; ao contato com substâncias que conservam umidade; à
existência de sais e de material metálico. Fora essas condições, a corrosão
atmosférica necessita do trabalho da temperatura, do período de estadia do filme de
eletrólito na superfície metálica, da umidade relativa e da direção e velocidade dos
ventos (NETO, 2005).
Acerca da ruptura de cabos proveniente do contato com árvores, consegue-se
evidenciar os seguintes aspectos, mesmo com as várias vantagens que gera ao
meio ambiente, a existência das árvores nas cidades não é livre de divergências. A
existência das árvores, da mesma forma que os outros elementos urbanos de uma
cidade, criam uma luta pelo espaço físico e consequentemente para os recursos da
sua manutenção.
Metodologias voltadas para resoluções de problemas visam gerenciar e
minimizar essas perturbações, uma melhor harmonia entre politicas ambientais e
manter a excelência na distribuição de energia elétrica aos consumidores fazem
parte das premissas das cidades com economia forte e que almejam aumentar a
qualidade de vida dos cidadãos.
22
3. EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO
Neste capitulo serão abordados às características, estrutura construtiva e
maneira de funcionamento dos mais importantes equipamentos usados na proteção
de sistemas elétricos de potência. Dentre esses dispositivos básicos empregados
na proteção de sistemas elétricos, os primeiros a serem analisado serão os relés.
Sistemas elétricos de potência precisam ser projetados de uma forma que
possa garantir que um relé de proteção consiga analisar os números resultantes de
tensão e corrente, e envie comados para proteger rapidamente contra falhas, a fim
de controlar o tamanho e a permanência de interrupções na distribuição de energia
elétrica. Relés de proteção são categorizados de acordo com a variável que
supervisionam ou de acordo com a função exercida. Como titulo de exemplo, um
relé de sobrecorrente vistoria a corrente e atua no momento em que a corrente
ultrapassa um valor programado.
Segundo Junior (2006) a principal função do relé de proteção é gerar a
retirada instantânea de serviço de seja qual for o dispositivo do SEP no momento
que acontece o curto-circuito, ou na ocasião em que a operação fique além da
normalidade podendo gerar danos ao sistema.
A utilização de relés de proteção é considerada por muitos como uma ciência
não exata, tendo em vista que ela abrange a arbitragem de escolhas. A definição de
um relé de proteção demanda o engajamento através de finalidades conflitantes, ao
passo que é preciso assegurar a aptidão de operação regular para as distintas
situações de operação do SEP. Estes engajamentos abrangem: proteção total, valor
baixo no gasto com equipamentos, confiabilidade na proteção, operação veloz,
sensibilidade apurada a defeitos, seletividade no momento de extrair a menor área
possível onde ocorre o defeito no sistema.
De acordo com Matos (2015) relés de proteção, ou apenas relés, são
dispositivos inteligentes que auferem entradas, confrontam-nas com valores
predefinidos, e geram saídas. As entradas variam de acordo com o sistema,
podendo ser correntes, tensões, impedâncias ou temperaturas. As saídas
normalmente incluem orientações visuais, códigos de comunicação, alarme visual
e/ou sonoro e ordens para ligar ou desligar o sistema.
23
Esses relés podem ser eletromecânicos, relés estáticos ou relés digitais
microprocessados. Relés eletromecânicos podem ser considerados como um
equipamento ultrapassado que se compõe de peças mecânicas que necessitam de
calibração rotineira para permanecer no limite dos valores tolerados. Os relés
estáticos possuem dispositivos eletrônicos em sua composição, eles têm
características parecidas com o relé eletromecânico, porém são mais flexíveis e são
mais sensíveis, além de possuir sistemas de multifunção. Relés digitais
microprocessados substituíram as duas gerações anteriores de relés e são utilizados
em maior escala, eles são equipamentos completos tendo em vista que conseguem
concentrar várias funções dentro dele, eles utilizam tecnologia digital para produzir
saídas velozes, confiáveis e exatas (SILVA, 2012).
Um Relé depende de informações fornecidas pelo sistema para que seja
possível decidir qual será sua forma de atuação. Em alguns casos, estas
informações de entrada são adquiridas de modo direto pelo relé, em outros casos se
faz necessário à conversão das informações de modo que o relé consiga processar
esses dados. Exemplos de equipamentos que fazem essa conversão são os
transformadores de corrente (TC), transformadores de potencial (TP), etc. Efetuada
a conexão das entradas no relé, ele pode processar os dados conforme as
configurações pré-estabelecidas e fazer sua decisão de acordo com as saídas
determinadas na sua parametrização. As funções de proteção mais usuais são
mostradas na Tabela 4.
Tabela 4 – Funções de proteção.
Número da função de proteção Nome da função de proteção
21 Distância 24 Voltz/Hertz (sobreexcitação) 25 Check de Sincronismo 27 Subtensão 32 Potência Reversa 40 Perda de Excitação 46 Desbalanço de Corrente (sequência -) 49 Sobrecarga Térmica 50 Sobrecorrente Instantânea 51 Sobrecorrente Temporizada 59 Sobretensão 67 Sobrecorrente Direcional 81 Sub/Sobrefrequência 86 Bloqueio
24
87 Diferencial Fonte: Matos (2015, p. 24)
Os Relés de Proteção modernos são capazes de realizar diversos tipos de proteções em um único dispositivo. As proteções podem incluir sobrecorrente, subtensão, diferencial, desbalanço de corrente, entre outras. Os diversos tipos de proteção frequentemente são chamados de funções de proteção de um relé, e foram batizadas com números e sufixos em letras quando apropriado. Estes números são utilizados em diagramas, livros, especificações, etc. (MATOS, 2015, p.23).
De acordo com Silva (2012) relés de proteção digitais são controlados por
microprocessadores construídos exclusivamente para esta função. Os sinais de
entrada e as variáveis de ajustes são monitorados por um software que executa a
lógica de proteção por meio de um algoritmo. Intrinsicamente o relé digital atua
combinando diversas lógicas de blocos.
Segundo Rodrigues (2013) disjuntores são equipamentos capazes de cessar,
estabelecer e conduzir correntes nas situações normais do circuito, ou sobre
condições adversas como as faltas, curto-circuito ou ainda de sobrecarga. Os
disjuntores são o membro que efetuam a operação física do relé, isto é, atendem ao
comando de abertura ou fechamento enviado pelos relés. Disjuntores funcionando
corretamente devem ter tempos de abertura que girem em torno de 5 a 8 ciclos
(0,0833s a 0,1333s). A Figura 3 apresenta a ordem do modo de atuação dos
equipamentos mais usuais no SEP.
Figura 3 – Esquema de ação dos dispositivos de proteção em um sistema de potência
Fonte: Rodrigues (2013, p. 26)
25
É necessário que os disjuntores sejam equipamentos parrudos e confiáveis,
visto que ficam expostos a intempéries como, sujeira, umidade, substâncias
químicas e/ou corrosivas, e mesmo assim precisam funcionar de maneira adequada,
ainda que já tenham sido instalados a muito tempo no circuito, e inclusive se o
circuito não teve nenhuma condição anormal de funcionamento não sendo assim
necessária sua atuação durante esse período.
De acordo com Filho e Mamede (2011) todo alimentador de distribuição
precisa de proteção na sua origem, ou seja, na saída da subestação. Proteção esta
que pode ocorrer através de disjuntores de média de tensão, acompanhado de relés
de sobrecorrente. Para satisfazer aos critérios de proteção, é necessário que o
disjuntor atenda ao mínimo as seguintes condições: A tensão nominal do disjuntor
deve ser igual ou superior à tensão nominal do sistema; a capacidade nominal do
disjuntor deve ser superior à máxima corrente que possa fluir pelo disjuntor; a
capacidade de interrupção do disjuntor deve ser igual ou superior à corrente de
curto-circuito trifásico ou fase-terra, a que for maior; o nível de isolamento do
disjuntor deve ser compatível com o nível de isolamento do sistema.
Transformadores de corrente são dispositivos cuja principal utilização se
encontra na medição e proteção dos sistemas elétricos de potência. A principal
aplicação dos transformadores de corrente é reduzir os valores de corrente do SEP,
para níveis nominais dos equipamentos de medição e proteção, ou seja, 5A ou 1A.
De acordo com Rodrigues (2013) um ponto importante a ser mencionado em
relação aos transformadores de corrente é a RTC, ou Relação de Transformação do
TC, ela aponta a relação dos valores de corrente do primário e o secundário do TC.
Isto é, caso o TC tenha um RTC de 100, isso quer dizer que a corrente que circula
pelo primário será refletida 100 vezes menor no secundário; tendo como exemplo
1000A no primário, haverá 10A no secundário.
Nos TCs existem classes de exatidão, elas divergem dependendo do uso do
mesmo. Essas classes de exatidão indicam o limite percentual do erro de medição
que pode ser admitido. Os TCs utilizados na área de proteção normalmente usam
valores de exatidão por volta de 10%, e o mesmo é fabricado para não saturar com
as altas correntes que fluem por ele. Por outro lado, os TCs de medição são
produzidos para ter precisão na faixa de 0,3%, tendo em vista que não podem
26
ocorrer grandes variações na medição, pois acarretaria em erros na cobrança das
faturas da concessionária de energia elétrica.
O transformador de Potencial é um equipamento normalmente utilizado em
sistemas de medição, ele possibilita a diminuição no valor da tensão do circuito para
que a mesma esteja dentro da máxima aceitável pelos dispositivos de medição. A
maior aplicação do TP ocorre na medição de altas tensões, o seu primário (entrada)
é dimensionado para receber a tensão nominal do sistema que será medida, bem
como que no seu secundário (saída) irá ser refletida uma tensão menor e com
relação à do primário.
A razão apresentada em relação à tensão no primário sobre a tensão no
secundário do TP é uma constante conhecida como de relação de transformação
(RT). Os TPs são projetados e produzidos de maneira que seja possível entregar
uma RT com alto nível de exatidão, tendo uma minúscula alteração de tensão no
primário ocasionara uma alteração equivalente no secundário, possibilitando que a
medição no equipamento mostre uma imprecisão de medição baixíssima. Nos
circuitos de proteção e controle de subestações também são utilizados os TPs para
reduzir a tensão no secundário e possibilitar a comunicação com os outros
equipamentos.
A chave fusível é um dispositivo de seccionamento e proteção de circuito
utilizado para abertura ou fechamento manual do circuito, incorpora um cartucho
contendo um elemento fusível, que se funde quando a corrente ultrapassa seu valor
nominal, sob certas condições de carregamento. Nessa associação, a peça
encarregada da sensibilidade é o elo fusível, isto é, determina a ligação tempo x
corrente de atuação.
Existem 3 modelos de elos fusíveis usados na proteção de sistemas de
distribuição, eles podem ser distinguidos através de suas particularidades de
operação. O elo fusível tipo “H” é utilizado na proteção de pequenos
transformadores, são de alto surto e de ação lenta. Assim os elos tipo “H” não
queimam para surtos transitórios, quando se dá a energização dos transformadores.
Suportam por exemplo, 80 A a 100 A durante 0,1 segundo.
Os elos fusíveis tipo “K” tem o atributo de ação rápida para correntes
elevadas e são aplicados na proteção de redes de distribuição primária. Os elos
fusíveis tipo “T” são elos de ação lenta em relação ao tipo “K”. Os elos tipo “K” e “T”
27
admitem sobrecarga de 1,5 vezes os seus valores nominais, sem causar excesso de
temperatura. Porém, a fusão dos elos tipo “K” e “T” se dá com 2 vezes seus valores
nominais.
De acordo com Ledesma (2012) os religadores automáticos são
equipamentos de interrupção da corrente elétrica dotados de uma determinada
capacidade de repetição em operações de abertura e fechamento de um circuito,
durante a incidência de um defeito, eliminando assim os defeitos de natureza
transitória e melhorando alguns índices de qualidade de energia.
Os religadores tem larga aplicação em circuitos de distribuição das redes
aéreas das concessionárias de energia elétrica, por permitir que os defeitos
transitórios sejam eliminados sem a necessidade de deslocamento de pessoal de
manutenção, para percorrer os alimentadores em falta. Esses equipamentos não
devem ser aplicados em instalações industriais ou comerciais, onde os defeitos são
quase sempre de natureza permanente, ao contrário das redes aéreas urbanas e
rurais.
Segundo Filho e Mamede (2011) a utilização de religadores na proteção pode
causar polêmica quanto à segurança das pessoas, devido à queda de cabo ao solo,
considerando que as sucessivas tentativas de religação aumentam o risco de
acidentes com pessoas. Porém, os religadores acarretam uma diminuição
considerável no tempo de falta de energia, tendo em vista que 86% das ocorrências
em redes de distribuição são transitórias. E esse tempo que deixa de ser
desperdiçado sem energia elétrica, impede que pessoas possam ser prejudicadas,
como em caso de hospitais sem energia elétrica ou um transito caótico sem
sinalização, etc.
3.1. COORDENAÇÃO E SELETIVIDADE
O objetivo da coordenação e seletividade da proteção em sistemas de energia
elétrica é impedir cortes no fornecimento de energia elétrica aumentando assim a
qualidade do serviço. Para assegurar a qualidade, o sistema de proteção precisa
estar apto a retirar a parte com o defeito no mínimo de tempo viável. Para que isso
seja possível de ser feito, o sistema de proteção necessita estar coordenado e
seletivo.
28
Um sistema elétrico de potência precisa possuir equipamentos de proteção
adequadamente ajustados e parametrizados para se obter uma proteção eficaz
contra todos os tipos de faltas. O SEP conta com diversos equipamentos peculiares
de proteção e estes precisam estar associados uns aos outros, de maneira que um
defeito possa ser excluído sem prejudicar as outras partes (NEGRÃO, 2015).
Pode-se dizer que dois equipamentos possuem seletividade caso seus
ajustes possibilitem que o equipamento mais longe do local da falta elimine a
condição malquista se o equipamento mais próximo da falta venha a apresentar erro
na sua atuação. O beneficio desta proteção é que ocorre o interrompimento somente
dos consumidores atendidos pelo ramal atingido pela falta, conforme a Figura 4.
Figura 4: Exemplo de sistema com proteção seletiva
Fonte: Ledesma (2012, p. 62).
Analisando a Figura 4 e fazendo uma suposição de um defeito no ramal 1,
acontece a atuação em curvas rápidas do religador com o intuito de extinguir o
defeito, no caso de ser um defeito momentâneo. Caso o defeito seja permanente o
fusível tem que isolar o ramal que apresenta a falta interrompendo o bloqueio do
religador.
Proteção coordenada é aquela desenvolvida para agir parcialmente (abrindo e
religando o circuito) no momento de uma falta transitória e abrindo definitivamente
no momento de uma falta permanente. Uma proteção coordenada possibilita o
retorno instantâneo do sistema para faltas transitórias (LEDESMA, 2012).
Alimentador 2 Principal
1
Ramal defeituoso
29
O estudo da coordenação é conseguido através da superposição das curvas
características, tempo x corrente, dos vários dispositivos usados no SEP. A
finalidade é estabelecer as temporizações melhores adequadas para qualquer
equipamento de proteção e as correntes de pick-up.
O equipamento protetor é colocado próximo à carga, atuando como proteção
primária. Sua finalidade é extinguir os defeitos temporários ou permanentes, essa
função precisa ser realizada antes da atuação do equipamento protegido que
paralisa o funcionamento do circuito. O equipamento protegido é colocado no lado
da fonte atuando como proteção secundária, ou também conhecido como proteção
de retaguarda, e sua função é agir sempre que o equipamento protetor não
conseguir extinguir o defeito.
30
4. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA
Neste capítulo mostra-se o modo de desenvolvimento para a regulamentação
da inserção de geração distribuída no Brasil, as mais importantes normas vigentes e
as consequências e imposições causadas pela GD à empresa concessora de
energia elétrica e ao produtor responsável pela conexão da GD no sistema de
distribuição de média tensão.
É realizada a apresentação das mais importantes e utilizadas fontes
renováveis, os modelos de geração síncrona e não-síncrona e ainda as mais
importantes funções de proteção impostas pela concessionária com o intuito de
permitir a realização da conexão de geração distribuída a rede distribuição.
Apresenta-se também, quais são os impactos aguardados em relação ao fluxo de
potência, níveis de curto- circuito e a capacidade nominal de equipamentos
causados pelas GDs no sistema elétrico de potência.
Para entender o modelo adotado na introdução da geração distribuída no
sistema de distribuição brasileira, é imprescindível discorrer o molde adotado pelo
setor elétrico nacional, que foi iniciado por meio da Lei 9.427/96 que formou a
Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), sendo a responsável por reger as
tarifas e dinâmicas de mercado.
Essa nova lei propiciou a introdução do produtor independente de energia,
garantindo caminho aberto aos sistemas de transmissão e distribuição. Foi-se então
alterada a dinâmica do setor elétrico, passando a existir maiores estímulos no campo
da geração e consequentemente a criação de novas tecnologias, mais precisas e
confiáveis.
Simultaneamente a isto, o MME desenvolveu o Programa de Incentivo às
Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA), que tem por finalidade aumentar
o engajamento das fontes renováveis na matriz energética brasileira, gerando maior
concorrência no mercado, estimulando progressos tecnológicos, proteção ambiental
e projetos socioeconômicos que façam uso de fontes limpas e renováveis. No ano
de 2004, foi publicada a Lei 10.848/2004, onde houve a inserção da geração
distribuída no ramo de geração de energia comercializável em instalações
conectadas ao Sistema Interligado Nacional (SIN) e através do Decreto 5.163/2005
31
houve a normatização da comercialização da energia elétrica, proveniente de
geração distribuída.
Pela Resolução Normativa nº 724/2016 a ANEEL definiu o PRODIST
(Procedimento de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional)
Módulo 3 – Acesso ao Sistema de Distribuição, como documento que padroniza e
normatiza as premissas de acesso, permitindo a implementação da conexão para
utilização do sistema de distribuição, e estabelece os parâmetros técnicos e
operacionais, as disposições de projeto, que valem para os novos conectados tal
qual aos já presentes no sistema.
Os processos para acesso ao sistema elétrico são especificados pelo
documento PRODIST Módulo 3 que esmiúça as diversas fases impostas para a
permissão de acesso ao sistema de distribuição. Para que seja possível o acesso ao
sistema elétrico é indispensável à realização das fases de consulta, informação,
solicitação e parecer de acesso. A Figura 5 mostra de maneira clara essas fases.
Geração distribuída é o nome utilizado para definir a fonte geradora de
energia elétrica conectada diretamente à rede de distribuição ou localizada próprio
consumidor. A concepção engloba também dispositivos de medição, controle e
Fonte: (Junior, 2017, p. 43)
Figura 5: Etapas de acesso de centrais geradoras aos sistemas de distribuição
32
comando responsáveis por organizar a operação dos geradores e o relativo
gerenciamento de cargas.
Segundo Matos podem ser considerados como geração distribuída:
Co-geradores (indústrias em geral);
Geradores que usam resíduos combustíveis de processo como fonte de energia;
Geradores de emergência;
Geradores para operação no horário de ponta;
Geradores eólicos locais;
Painéis foto-voltáicos;
Energia geotérmica;
Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH's) (2015, p.36).
Segundo Muller (2016) o aumento na inserção de pequena geração
distribuída acarretará uma gama de benfeitorias ao sistema elétrico de potência
nacional. A seguir são elencadas as mais relevantes benfeitorias:
Adiamento de investimentos: Com o aumento da geração distribuída é
possível adiar os investimentos em gerações de grande porte, pois ela auxilia
no atendimento aos picos de demanda;
Diminuição de perdas: Como o ponto de consumo da energia elétrica é perto
do local de geração, as perdas que ocorrem no sistema de transmissão são
evitadas;
Confiabilidade: Melhora a qualidade da energia elétrica levada aos pontos no
final da rede de distribuição;
Nível de tensão: Circuitos com grandes extensões possuem consideráveis
quedas de tensão, esta queda é reduzida com a geração distribuída perto do
ponto de consumo;
Novos mercados: Com o crescimento da inserção da geração distribuída,
ocorre um impulso no progresso de áreas relacionadas.
Segundo Souza (2009) evidentemente não existe somente ganhos referentes
à conexão das GDs, alguns problemas também são causados com o advento desta
tecnologia, tais como: eventual aumento de perdas, complicações de segurança se
existir falha na proteção, falta de confiabilidade por ser uma tecnologia recente.
A busca por novas tecnologias com maior eficácia e com menores impactos
ambientais no seguimento de geração, transmissão ou distribuição de energia
33
elétrica, juntamente com o fundamental investimento para o crescimento da
amplitude instalada no setor elétrico brasileiro, faz com que a GD seja uma opção
em relação às soluções com maior tradição.
4.1. FUNÇÕES DE PROTEÇÃO MAIS IMPORTANTES PARA CONEXÃO DE
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA
Os projetos de proteção do acessante e da concessionária de energia elétrica
precisam seguir as condições e parâmetros de acordo com o PRODIST módulo 3,
para garante-se o correto funcionamento do sistema elétrico sustentando a eficácia
da proteção seja em condições de regime permanente ou em regime transitório.
Graças às diferenças e metodologias próprias que variam entre as
concessionárias, as distribuidoras de energia elétrica contêm normas técnicas
particulares em relação à questão da conexão de novos acessantes ao sistema
elétrico. Estas normas especificam as condições e regras que deveram ser
atendidas tanto pela concessionária quanto pelo acessante no decorrer da fase de
solicitação e julgamento de acesso.
Nota-se que existem condições iguais estabelecidas pelas concessionárias
em relação ao uso de relés digitais multifunção, de empresas reconhecidas na área
de equipamentos elétricos e com homologação válida no Brasil, de maneira a
satisfazer as condições de suas normas técnicas e ao PRODIST módulo 3. A
realização da configuração dos relés de proteção, o desenvolvimento do projeto e a
edição da solicitação de acesso ficam a cargo do acessante, a incumbência da
concessionária é analisar o projeto, recomendar alterações, decidir o ponto de
conexão e julgar a requisição de acesso. O ponto de conexão é definido como a
divisa entre a distribuidora e o acessante.
Pelo fato dos relés digitais possuírem uma gama de funções múltiplas, é
possível notar as premissas com ligação à inevitabilidade de redundância dos relés
de proteção usados no ponto de conexão e também na planta do acessante
(JUNIOR, 2017).
As distribuidoras impõem aos acessantes antes de autorizar o funcionamento
e controle remoto das proteções, dentro da seção de proteção, estabelecer as
aplicabilidades de telecomunicações e controle de sinal. Estes tornam possível o uso
34
de sistemas de teleproteção, oscilografias e gravação de ocorrências para
diagnósticos de faltas.
A Tabela 5 a seguir mostra as funções de proteção mais importantes
solicitadas pelas maiores distribuidoras de energia elétrica do Brasil para as
instalações internas das gerações distribuídas.
Tabela 5 – Proteções exigidas pelas concessionárias nas instalações da GD.
Relé Descrição Função Distribuidoras
21/21N Relé de distância de fase e neutro
Proteção contra faltas fase-fase e fase-terra na distribuidora.
Cemig
25 Relé de verificação de sincronismo
Permite paralelismo de circuitos quando ambos estiverem dentro de limites prefixados de tensão, frequência e ângulo de fase.
BC Hydro, Celesc, Coelba, CPFL,
Elektro, Cemig e Copel.
27 Relé de subtensão
Proteção do acessante e do sistema da distribuidora contra subtensões. Utilizada principalmente para assegurar que condições mínimas de atendimento a carga estão sendo observadas.
BC Hydro, Celesc,
Enersul, CPFL, Elektro, Cemig e
Copel.
32 Relé direcional de potência
Limita o fluxo de potência ativa, injetado ou consumido pelo acessante, quando necessário.
Copel, CPFL, Cemig, Light e
Elektro. BC Hydro, Coelba,
Copel, Celesc, Cemig, Elektro.
46 Relé de sequência negativa
Proteção do gerador do acessante para correntes desequilibradas.
47 Relé de sequência de
fase de tensão
Proteção do gerador do acessante contra tensões desequilibradas
Cemig, Celesc e
Elektro.
50BF
Relé contra defeito disjuntor
Proteção que transfere a atuação da proteção para outros disjuntores quando ocorre falha de abertura do disjuntor principal que recebeu um comando de trip da proteção.
BC Hydro e Copel.
50/50N
51/51N
51GS
Relé sobrecorrente instantâneo
Proteção contra falta fase-fase e fase-terra na distribuidora.
Cemig, Celesc, Copel, CPFL,
Elektro e Enersul. Relé
sobrecorrente temporizado
Relé sobrecorrente
Proteção complementar às proteções de sobrecorrente de
Elektro.
35
sensível de terra falta à terra. 51V Relé
sobrecorrente com restrição de
tensão
Protege contra faltas fase-fase. Possibilita a compatibilização geração máxima e contribuição mínima para falta.
Cemig, Copel e Elektro.
59 Relé de sobretensão
Proteção contra sobretensões. Utilizada para assegurar condições mínimas de atendimento para carga.
BC Hydro, Copel, Cemig, CPFL e
Elektro.
59N Relé de equilíbrio de
tensão
Proteção de tensão de sequência zero para faltas à terra. Utilizada quando o transformador de conexão possui ligação em delta do lado da concessionária.
Copel, Cemig,
CPFL e Elektro.
60 Relé de desbalanço de
tensão
Proteção a ser instalada no disjuntor da usina com a finalidade de evitar a abertura indevida da concessionária devido às faltas de fase no acessante.
Copel
67/67N Relé de sobrecorrente direcional de
fase
Proteção para faltas no acessante. Opera como retaguarda para faltas no transformador de acoplamento e no lado de baixa tensão do acessante.
Copel, Cemig,
CPFL, Elektro e Enersul.
78 Relé de medição de
ângulo de fase
Proteção que compara os ciclos elétricos indicando se existe ou não deslocamento de fase de tensão. Utilizado para identificar ilhamento.
Copel
81 (O/U)
Relé de frequência
Proteção contra o atendimento de cargas com níveis inadequados de frequência durante ilhamentos.
BC Hydro, Celesc, Coelba, Copel, Cemig, CPFL e
Elektro. 81
df/dt Relé de taxa de
variação da frequência
Proteção utilizada para detecção de ilhamento, através da detecção de variações lentas de frequência em sistemas isolados, sendo que a diferença entre potência ativa gerada e consumida é pequena.
Copel
Fonte: Junior (2017, p. 52)
4.1.1 Impactos produzidos pela geração distribuída
Os esquemas de proteções montados no Brasil foram projetados e
parametrizados com o intuito de atuar contra faltas, e foi fundamentado sobre um
fluxo de potência que se desloca em único sentido, no qual os maiores centros
36
geradores estavam distantes da área urbana, principal consumidora de energia. A
geração distribuída produziu uma circunstância onde as correntes de falta
percorrerão sentidos impensados no momento de planejamento do sistema de
proteção. Estas correntes de defeito extra, consequência da contribuição da geração
distribuída no decorrer de um defeito, é capaz de criar descoordenações do sistema
de proteção, tendo potencial para acarretar operações inadequadas dos
equipamentos de proteção.
É comum que donos de unidades de GD empenhados no atingimento de
lucros, foquem sua atenção na proteção de seus geradores, mantendo assim suas
unidades funcionando grande parte do tempo, produzindo a máxima potência ativa,
e para que isso seja possível é necessário parametrizar sua proteção de maneira
mais rígida que o comum, para assegurar a segurança de seus equipamentos.
Porém, isto pode ocasionar um crescimento na quantidade de desligamentos
automáticos dos geradores, e consequentemente diminuindo a qualidade e
confiança do sistema, e também afetando características do sistema como a
regulação de tensão e a estabilidade (GONÇALVES, 2004).
Conforme a localidade, aptidão e ajuste da rede de distribuição onde foi
instalada, a geração distribuída é capaz de provocar sérias descoordenações no
esquema de proteção graças à alteração do fluxo de potência do sistema. Pertinente
ao crescimento da corrente de curto-circuito é possível gerar graves estragos nos
dispositivos de distribuição, ou inclusive a saturação dos TCs.
Segundo Almeida (2015) a inclusão de uma ou mais GDs próximas ao
alimentador deve mudar a coordenação da proteção, tendo em vista que um curto-
circuito depois do fusível talvez cause uma operação indesejado do mesmo, sem a
operação correta do disjuntor. Assim como as características únicas de cada
geração distribuída irão influir neste impacto, porquanto esta fonte possui diferentes
níveis de curto-circuito.
A Figura 6 apresenta um exemplo do crescimento no nível de curto-circuito
causado pela inserção da contribuição da geração distribuída.
37
Conforme a geração distribuída avança adentrando na rede de distribuição,
maior será a o crescimento da tensão, e o fluxo de potência não seguirá unicamente
no sentido da fonte-cargas. Assim sendo, um projeto de instalação de uma geração
distribuída ao sistema de distribuição precisa analisar a capacidade de este sistema
aguentar um eventual fluxo de potência seguindo no sentido da fonte, de acordo
com a recém GD instalada.
A quantidade de geração que pode ser conectada no sistema de distribuição depende dos seguintes fatores:
Tensão da fonte do sistema;
Tensão nas cargas do sistema;
Impedância das linhas de transmissão e distribuição;
Demanda de carga do sistema;
Outras gerações no sistema (MATOS, 2015, p.42).
Segundo Junior (2017) com o início da conexão das gerações distribuídas em
paralelo com as redes de distribuição, aparecem fluxos de potências com duas
direções que são capazes de acarretar ações inadequadas de relés de proteção de
sobrecorrente, sem direcionalidade. Complementarmente, é possível surgir
sobretensões em diferentes locais do alimentador, atrapalhando o trabalho dos
reguladores de tensão.
No momento de um defeito temporário, os religamentos automáticos ficam
passíveis de ter sua atividade modificada no instante da abertura dos contatos, visto
que a fonte externa buscará sustentar o curto-circuito alimentado, causando mais
uma abertura do religador automático inclusa neste mesmo ciclo de religamentos
Fonte: (Junior, 2017, p. 50)
Figura 6: Aumento do nível de curto-circuito causado pela contribuição da GD
38
automáticos, gerando erro de operação. No instante destas faltas transitórias, é
possível o aparecimento de gradientes de tensão com deslocamento de fase na
tensão da geração distribuída criando perturbações suficientes para avariar vários
dispositivos.
No momento de interferências que acarretem a impossibilidade de atuação da
proteção principal, precisa ser analisado se a proteção de retaguarda está definida
de maneira que esteja sensível e com tempo correto para algum curto-circuito na
região de proteção principal. Entretanto, a geração distribuída é um dificultador,
tendo em vista que as distribuidoras de energia elétrica não possuem condições de
obrigar o acessante um estado de operação especifico (LUIZ, 2012).
Pode-se citar também como relevante impacto a ausência de coordenação
entre religadores e fusíveis e religadores x religadores, na qual a participação da
geração distribuída é capaz de modificar a sensibilidade especificada nestes
dispositivos. Nos sistemas que possuem proteção seletiva, a alteração do valor da
corrente de defeito torna possível a diminuição dos períodos de operação efetuando
os dispositivos a trabalharem de modo conjunto, gerando complicações operacionais
para encontrar o verdadeiro local da falha.
39
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os sistemas de proteção são os encarregados por supervisionar todos os
equipamentos utilizados para detectar, localizar e excluir o surgimento de um curto-
circuito ou uma falha de operação de um sistema elétrico. Os sistemas elétricos de
potência são suscetíveis a diversos tipos de distúrbios que oscilam de cargas lentas
e contínuas, até curtos-circuitos abruptos, e também perca não planejada de um
gerador. Os sistemas elétricos de potência precisam se adaptar e evoluir no meio
destas condições, para assim manter a confiabilidade e operar dentro dos limites de
tensão e frequência.
Através do presente trabalho pode-se observar que para manter o correto
funcionamento do sistema de proteção é necessário que ocorra a coordenação e
seletividade entre os equipamentos, e tal característica encontra-se diretamente
ligada a maneira como estes equipamentos são ajustados. Vale ressaltar que não há
um método pronto para definir os parâmetros de um sistema de proteção, cada
engenheiro pode dentro das normas regulamentadoras, efetuar o ajuste de acordo
com seu conhecimento e experiência adquirida na área.
A inserção ou retirada de geradores distribuídos no sistema elétrico de
potência influencia de modo direto na operação dos equipamentos, com perda de
seletividade e sensibilidade. Estes equipamentos podem acionar impropriamente ou
não atuar para faltas dentro do seu limite de atuação. Os sistemas de distribuição e
transmissão possuem o fluxo de potência radial, o que gera mais uma dificuldade na
inserção de novas gerações distribuídas. Para que seja possível a inserção de
novas GDs no sistema sem prejudicar o funcionamento da proteção do sistema
elétrico, é preciso que sejam realizados estudos a respeito das consequências que
essa nova conexão acarretara.
A modificação do sistema de proteção de um modelo com fluxo de potência
que se desloca em um único sentido para um sistema bidirecional solicita o uso de
proteções alternativas e técnicas raramente usadas em sistemas radiais. Isso
demanda a modernização dos equipamentos de proteção normalmente utilizados
nos sistemas de transmissão e distribuição. Essa melhoria é fundamental tendo em
vista a expansão na disponibilidade de energia para o sistema elétrico, e prevenir
quedas de energia descabidas por alguns pontos do sistema.
40
Levando em conta estes fatores, percebe-se o motivo de haver uma
concordância de que a proteção de sistemas elétricos é uma das áreas mais
complexas da engenharia elétrica, demandando vasto conhecimento teórico e uma
determinada vivência no ramo. Todavia são essas dificuldades que fazem este tema
fascinante, que motivam os engenheiros, e impulsionam o progresso nesta área
imprescindível dos sistemas elétricos de potência.
41
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42
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