eberth mirley thomaz da silva · 2020. 8. 6. · trifásica com terra 1,5% fonte: junior (2017, p....

40
LONDRINA 2018 EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA

Upload: others

Post on 20-May-2021

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

LONDRINA 2018

EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA

PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA

Page 2: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 3: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 4: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 5: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 6: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 7: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 8: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 9: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 10: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 11: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 12: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 13: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 14: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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;

Page 15: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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).

Page 16: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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).

Page 17: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 18: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

100

Descargas

atmosféricas

Corrosão Contatos com

árvores

nordeste

Núm

ero

de c

abos r

om

pid

os

Figura 2 – Número de cabos rompidos por ano nas regiões sudeste e nordeste

Fonte: Neto (2005, p. 8)

Page 19: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 20: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 21: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 22: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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)

Page 23: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 24: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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”

Page 25: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 26: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 27: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 28: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 29: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 30: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 31: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 32: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 33: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 34: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 35: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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

Page 36: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 37: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 38: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

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.

Page 39: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

41

REFERÊNCIAS

ALMEIDA, Adriano Batista. Um modelo unificado para análise de geração distribuída em sistemas de transmissão e distribuição. 2015. 118 f. Dissertação (Doutorado em Engenharia Elétrica) Universidade federal de Itajubá, Itajubá, 2015. BRASIL. Resolução normativa n° 724/2016 de 01 de junho de 2016. Estabelece as condições de acesso, compreendendo a conexão e o uso, ao sistema de distribuição, e definir os critérios técnicos e operacionais, os requisitos de projeto, as informações, os dados e a implementação da conexão, aplicando-se aos novos acessantes bem como aos existentes. Agência Nacional de Energia Elétrica,

Brasília, Distrito Federal. FILHO, João Mamede; MAMEDE, Daniel Ribeiro. Proteção de sistemas elétricos de potência. Rio de Janeiro: Livros técnicos e científicos editora ltda, 2011. 605 p.

GONÇALVES, Luis Fernando. Contribuições para o estudo teórico e experimental de sistemas de geração distribuída. 2004. 156 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) Universidade federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2004. JUNIOR. Eloi Rufato. Viabilidade técnica e econômica da modernização do sistema de proteção da distribuição. 2006. 203 f. Dissertação (Mestrado em

Engenharia Elétrica) Escola politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006. JUNIOR, Mozart Ferreira Braga. Impacto da geração distribuída na proteção de sistema de distribuição. 2017. 170 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2017. LUIZ, Cicéli Martins. Avaliação dos impactos da geração distribuída para proteção do sistema elétrico. 2012. 151 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) Universidade federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2012. MATOS, Sergio Pazzini da Silva. Análise do impacto da geração distribuída na proteção dos sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica. 2015. 122 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) Centro Tecnológico, Universidade Federal do Espirito Santo, Vitória, 2015. MULLER, Glayson de Melo. Impacto de novas tecnologias e smart grids na demanda de longo prazo do sistema elétrico brasileiro. 2016. 222 f. Dissertação

(Doutorado em Engenharia Elétrica) COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2016. NERI, Thiago Fernandes. Proteção de perda de sincronismo – Aplicação e avaliação no sistema interligado nacional brasileiro. 2015. 189 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2015.

Page 40: EBERTH MIRLEY THOMAZ DA SILVA · 2020. 8. 6. · Trifásica com Terra 1,5% Fonte: Junior (2017, p. 15) A ordenação das faltas pode ser feitas similarmente através do seu caráter

42

NETO, Renato de Arruda Penteado. Sistemas para detecção de falta de alta impedância e de rompimento de condutores em redes de distribuição de energia elétrica. 2005. 114 f. Dissertação (Doutorado em Engenharia Elétrica)

Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2005. NEGRÃO, Danilo Luiz Alves. Metodologia para a coordenação e seletividade da proteção direcional de sobrecorrente em sistemas de transmissão de energia elétrica. 2015. 147 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) Universidade de São Paulo, São Carlos, 2015.

RODRIGUES, Jonatas Marques. Estudo tutorial da proteção de sistemas

elétricos industriais. 2013. 173 f. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica)

UFJF, Universidade federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, 2013.

SILVA, Marcio Gabriel Melo. Avaliação de desempenho de relés de proteção

digitais. 2012. 114 f. Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) UFRJ,

Universidade federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2012.

SOUZA, Angelo Ricardo Rodrigues. Conexão de geração distribuída em redes de

distribuição. 2009. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)

Universidade federal do Paraná, Curitiba, 2009.