proteÇÃo digital
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PROTEÇÃO DIGITAL EM
SISTEMAS ELÉTRICOS
Eng. Severino S. R. Macedo
Novembro/2015
PROTEÇÃO DIGITAL EM SISTEMAS ELÉTRICOS
Conceituação de seletividade
Seletividade Convencional por Corrente
Proteção por Zona Definida
Relés Digitais e Seletividade Lógica
Outras Facilidades oferecidas
CONCEITUAÇÃO DE SELETIVIDADE
É a seleção e o isolamento de um
sistema elétrico ou de parte dele quando
da ocorrência de uma anomalia que
impeça que o mesmo se mantenha
operando.
Exemplos de anomalias que disparam a
seletividade: Curto circuito fase-terra,
curto circuito trifásico, sobrecarga, falta
de fase, etc.
CONCEITUAÇÃO DE SELETIVIDADE
Os objetivos de um sistema seletivo são: Isolar somente a área afetada causando o menor
impacto na produção;
Desligar a falha no menor tempo possível, mitigando os danos causados;
Permitir um rápido diagnóstico reparo e reposição da planta;
Manter o sistema operando durante instabilidades temporárias e suportáveis (partida de motores, magnetização de transformadores, curtos em áreas adjacentes, etc.).
CONCEITUAÇÃO DE SELETIVIDADE
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G
Cargas Auxiliares
Área
Desligada
Gerador
10MVA – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo Prioritário
Seletividade convencional por
corrente
Tradicional meio de distinguir e isolar a
parte do sistema que está com defeito,
onde os dispositivos de proteção
recebem apenas a amostra de corrente
vinda dos TC`s. Não há interação direta
entre os dispositivos de proteção entre
si.
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
1
2
4
5
34
M
138kV - CEMIG
Processo 1
Processo 2
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Processo Prioritário
1
2
5
34 4
1
Corrente
(A)
Tempo
(s)
T1 = 50ms
COORDENOGRAMA
Icc
M
138kV - CEMIG
Processo 1
Processo 2
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Processo Prioritário
1
2
4
5
34
1
Corrente
(A)
Tempo
(s)
2
T2 = 350ms
T1 = 50ms
Intervalo de
coordenação = 300ms
COORDENOGRAMA
Icc
M
138kV - CEMIG
Processo 1
Processo 2
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Processo Prioritário
1
2
4
5
34
1
Corrente
(A)
Tempo
(s)
2
T2 = 350ms
T1 = 50ms
Intervalo de
coordenação = 300ms
COORDENOGRAMA
Icc
M
138kV - CEMIG
Processo 1
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Processo Prioritário
1
2
4
5
34
Tempo
(s)
T2 = 350ms
T1 = 50ms
Intervalo de
coordenação = 300ms
T4 = 950ms
T5 = 1250ms
T3 = 650ms
1
Corrente
(A)
2
3
4
5
COORDENOGRAMA
Icc
M
138kV - CEMIG
Processo 1
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Processo Prioritário
1
2
4
5
34
1
Corrente
(A)
Tempo
(s)
2
T2 = 350ms
T1 = 50ms
3
4
5
T4 = 950ms
T5 = 1250ms
T3 = 650ms
COORDENOGRAMA
Icc
Proteção por Zona Definida
Forma de ligação do dispositivo de
proteção pela qual ele não sente faltas
fora de uma determinada zona. Princípio
de atuação pela diferença entre as
correntes que entram e as que saem da
zona protegida. Proteção DIFERENCIAL.
Atuação instantânea!
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
G Gerador
10MVA – 13,8kV
M
440V
Transformador
Departamental
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
G Gerador
10MVA – 13,8kV
M
440V
Transformador
Departamental
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
G Gerador
10MVA – 13,8kV
M
440V
Transformador
Departamental
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
PROTEÇÃO DIFERENCIALCURTO CIRCUITO NA ZONA DE PROTEÇÃO
Bobina de
operação do relé
i1 + i2 > ioperação
I1
I2
i1
i2
i1
i2
i2
i1
(MODELO ANALÓGICO)
PROTEÇÃO DIFERENCIALCURTO CIRCUITO FORA DA ZONA DE PROTEÇÃO
Bobina de
operação
do relé
i1 + i2 = 0
I1
I2
i1
i2
i1
i2
i1
i2
MOTORES DE INDUÇÃO DE MÉDIA
TENSÃO(COM PROTEÇÃO DIFERENCIAL AUTO-BALANCEADA)
Y
ALIMENTAÇÃOBOBINA DO MOTOR
MOTOR
TCIn
In
Irelé = 0
MOTORES DE INDUÇÃO DE MÉDIA
TENSÃO(COM PROTEÇÃO DIFERENCIAL AUTO-BALANCEADA)
Y
ALIMENTAÇÃO
BOBINA DO MOTOR
MOTOR
TC In + Icc
In
icc
Irelé = Icc
Icc
Icc / icc = Relação de
Transformação do TC
Relés Digitais e Seletividade Lógica
A Seletividade Lógica é uma forma de localizar
e isolar a falta por meio de detecção da
sobrecorrente associada à comunicação entre
os dispositivos de proteção.
Atuação muito rápida!
O sistema de seletividade convencional
permanece ativo, porém, como forma de
retaguarda.
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
M
138kV - CEMIG
Barra “a” – 13,8kV Barra “b” – 13,8kV
Transformador Principal
37MVA – 138-13,8kV
Processo 1
Processo 2 Expedição
440V
Transformador
Departamental
GGerador
10MVA – 13,8kV
Motor Principal
7315Kw
2400kVAr
Cargas Auxiliares
Processo Prioritário
150
251
551
451451
351
Processo
Prioritário
M
Processo 1
Processo 2
G
351
251
551
451451
150 150
Corrente
(A)
Tempo
(s)
T1 = 50ms
COORDENOGRAMA
Icc
Travamento do relé anterior
com “pick-up”
Desligamento do disjuntor
Processo
Prioritário
M
Processo 1
Processo 2
G
351
251
551
451451
150 150
Corrente
(A)
Tempo
(s)
T1 = 50ms
COORDENOGRAMA
Icc
Travamento do relé anterior
com “pick-up”
Desligamento do disjuntor
Lógica interna do relé 150
Imedida > I “pick-up” Enviar sinal para relé
a montante, no caso
relé 251
Processo
Prioritário
M
Processo 1
Processo 2
G
351
251
551
451451
150 150
Corrente
(A)
Tempo
(s)
T1 = 50ms
COORDENOGRAMA
251
T2 = 150ms
Icc
Travamento do relé anterior
com “pick-up”
Desligamento do disjuntor
Intervalo de
coordenação = 100ms
Processo
Prioritário
M
Processo 1
Processo 2
G
351
251
551
451451
150
Corrente
(A)
Tempo
(s)
COORDENOGRAMA
251
T2 = 150ms
Icc
Travamento do relé anterior
Desligamento do disjuntor
Lógica interna do relé 251
Imedida > I “pick-up” Ausência de I “pick-up”
relés a jusante+
Desligamento do Disjuntor Local
em t = 150ms
Enviar sinal para relés
a montante
Processo
Prioritário
M
Processo 1
Processo 2
G
351
251
551
451451
150 150
Corrente
(A)
Tempo
(s)
T1 = 50ms
COORDENOGRAMA
251
351
451
T2 = 150ms
551
Icc
Travamento do relé anterior
Desligamento do disjuntor
Processo
Prioritário
M
Processo 1
Processo 2
G
351
251
551
451451
150 150
Corrente
(A)
Tempo
(s)
T1 = 50ms
COORDENOGRAMA
251
351
451
T2 = 150ms
551
Icc
Travamento do relé anterior
Desligamento do disjuntor
Processo
Prioritário
M
Processo 1
Processo 2
G
351
251
551
451451
150
Corrente
(A)
Tempo
(s)
COORDENOGRAMA
351
451
T2 = 150ms
551
Icc
Travamento do relé anterior
Desligamento do disjuntor
M
138kV - CEMIG
Processo 1
G Gerador
10MVA – 13,8kV
Processo Prioritário
1
2
4
5
34
1
Corrente
(A)
Tempo
(s)
2
T2 = 350ms
T1 = 50ms
3
4
5
T4 = 950ms
T5 = 1250ms
T3 = 650ms
COORDENOGRAMA
Icc
Conexões entre relés
(+)
(-)
Bobina disjuntorTrip
Pick-up
Entrada
Digital
150 251
(+)
Relés Digitais – Outras Facilidades
A utilização da tecnologia digital nos relés de
proteção introduziu uma série de facilidades,
antes não disponíveis com relés
eletromecânicos e mesmo analógicos.
Além de manter todas as funções dos relés
anteriores, a utilização da proteção digital veio
a facilitar a implantação de várias delas.
Supervisão de bobinas
(+)Trip
Continuidade
da bobina
(+)
Bobina
abertura
disjuntor
(-)
(-)
Estado do
disjuntor
I/O do relé
(+)
(1)
(1)
Supervisão de bobinas
(+)Trip
Continuidade
da bobina
(+)
Bobina
abertura
disjuntor
(-)
(-)
Estado do
disjuntor
I/O do relé
(+)
(0)
(1)
Função Falha de Disjuntor
Função Falha de Disjuntor
Função que transfere automaticamente o comando
de desligamento para o disjuntor de entrada do
conjunto de manobras, quando o disjuntor
alimentador de saída falha durante ocorrência de
defeitos do circuito.
Fundamental em CCM`s de MT.
Visa prover retaguarda para faltas que não geram
altas correntes circulantes, tais como, sobrecargas,
desequilíbrio de fase, subtensão e outras.
Lógica interna da função Falha de
Disjuntor
Proteção atuou Corrente permanece > 10%
In+
Desligamento do Disjuntor de
Entrada em t = 80ms
M
Barra “b” – 13,8kV
Disjuntor Principal
Entrada do barramento
Processo 2 Expedição
Motor Principal
7315Kw
Faltas com baixa
intensidade de corrente e
que não sensibilizam a
proteção de entrada
Relés Digitais e Seletividade Lógica
Potencial dos relés digitais:
Seletividade Lógica
Supervisão de bobinas de abertura dos disjuntores
Função de falha de disjuntor (BF)
Supervisão da fonte auxiliar cc
Comunicação em rede
Análise de faltas e auxilio nos diagnósticos
(oscilografia e registros de tendência de grandezas)
Comunicação em rede
Comunicação em rede
É muito importante a conexão dos relés
em rede e a extensão desta rede até os
postos de controle das plantas industriais.
Ali, devem ser anunciados de forma
resumida os eventos de cada relé, de
acordo com critérios que facilitem a
intervenção do pessoal de manutenção.
Comunicação Local
Conexão Local:
•Parametrização;
•Comissionamento;
•Acompanhamento e registro
de tendência de grandezas
elétricas;
•Oscilografia de eventos;
Análise de Faltas e Auxílio no
Diagnóstico
Uma das grandes vantagens dos relés digitais sobre os analógicos e eletromecânicos, é a capacidade de armazenar o histórico das ocorrências permitindo obter-se após um evento:
Registro de data e hora da ocorrência;
Valores máximos atingidos;
Descrição de envolvimento de uma, duas ou três fases, bem como terra;
Valores pré-falta;
Tempo em que o relé operou;
Tempo em que o disjuntor realmente abriu, se abriu.
FIM
Obrigado!
Severino S. R. Macedo
Av. Prudente de Morais, 135 – 6º andar
Belo Horizonte – MG
(31) 3292.5113
www.sma-eng.com.br