proteção sistemas elétricos aula 1 continuação

8/17/2019 Proteção Sistemas Elétricos Aula 1 Continuação

http://slidepdf.com/reader/full/protecao-sistemas-eletricos-aula-1-continuacao 1/98

CURSO DE PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS

Prof. Júlio Xavier 1



EVOLUÇÃO DOS RELÉS DE

PROTEÇÃO

5

ELETROMECANICO DIGITALESTÁTICO

Prof. Júlio Xavier



EVOLUÇÃO DOS PAINÉIS DE

CONTROLE




Sistema convencional x óptico




SE - CONTROLE CONVENCIONAL




SE - CONTROLE DIGITAL




1 0 2 3 4 5 7 1 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 0 2 3 4 5 7

SECONDS

2

3

4

5

7

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

7 0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

7 0 0

1 0 0 0

2

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1 0

2 0

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7 0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

7 0 0

1 0 0 0

1

1 . D J 2 _ F A S E C O - 9 T D = 0 . 5 0 0C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 4 . A N o i n s t . T P @ 5 = 0 . 1 1 0 2 sI = 4 8 1 . 9 A ( 1 2 . 0 s e c A ) T = 0 . 2 2 s

2

2 . D J 3 _ F A S E C O - 9 T D = 0 . 5 0 0C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 4 . A N o i n s t . T P @ 5 = 0 . 1 1 0 2 sI = 4 8 1 . 9 A ( 1 2 . 0 s e c A ) T = 0 . 2 2 s

3

3 . 4 2 T 2 6 5 E FM i n i m u m m e l t .I = 2 4 0 . 9 A T = 3 . 1 7 s

4

4 . 4 2 T 1 6 5 E FM i n i m u m m e l t .I = 2 4 0 . 9 A T = 3 . 1 7 s

5

5 . D J 1 _ F A S E C O - 8 T D = 0 . 5 0 0C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 5 . A I n s t = 7 2 0 A T P @ 5 = 0 . 1 5 7 sI = 4 8 1 . 8 A ( 1 2 . 0 s e c A ) T = 0 . 5 1 s

F a u l t D e s c r i p t i o n :3 L G B u s f a u l t o n : B A R R A B 3 4 . 5 k V

12

1 0 2 3 4 5 7 1 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 0 2 3 4 5 7C U R R E N T ( A )

. 0 1

. 0 2

. 0 3

. 0 4

. 0 5

. 0 7

. 1

. 2

. 3

. 4

. 5

. 7

1

. 0 1

. 0 2

. 0 3

. 0 4

. 0 5

. 0 7

. 1

. 2

. 3

. 4

. 5

. 7

1

T I M E - C U R R E N T C U R V E S @ V o l t a g e 3 4 . 5 B y

F o r N o .

C o m m e n t C O O R D E N O G R A M A D E F A S E P A R A D E F E I T O N A B A R R A B D a t e

F a u l t I = 9 6 3 . 7 A

Prof. Júlio Xavier



1 0 2 3 4 5 7 1 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 0 2 3 4 5 7

SECONDS

2

3

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1 0

2 0

3 0

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1 0 0

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3 0 0

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7 0 0

1 0 0 0

2

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5 0

7 0

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 0 0

5 0 0

7 0 0

1 0 0 0

1

1 . D J 2 _ N E U T R O C O - 9 T D = 1 . 0 0 0C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 1 . A N o i n s t . T P @ 5 = 0 . 2 5 6 2 sI = 6 4 2 . 2 A ( 1 6 . 1 s e c A ) T = 0 . 1 1 s

2 . D J 1 _ N E U T R O C O - 8 T D = 0 . 5 0 0C T R = 2 0 0 / 5 T a p = 1 . A I n s t = 1 4 0 A T P @ 5 = 0 . 1 5 7 sI = 0 . 0 A ( 0 . 0 s e c A ) T = 9 9 9 9 s

3

3 . 4 2 T 2 6 5 E FM i n i m u m m e l t .I = 1 8 5 . 4 A T = 1 4 . 6 5 s

F a u l t D e s c r i p t i o n :1 L G B u s f a u l t o n : B A R R A B 3 4 . 5 k V

13

1 0 2 3 4 5 7 1 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 2 3 4 5 7 1 0 0 0 0 2 3 4 5 7C U R R E N T ( A )

. 0 1

. 0 2

. 0 3

. 0 4

. 0 5

. 0 7

. 1

. 2

. 3

. 4

. 5

. 7

. 0 1

. 0 2

. 0 3

. 0 4

. 0 5

. 0 7

. 1

. 2

. 3

. 4

. 5

. 7

T I M E - C U R R E N T C U R V E S @ V o l t a g e 3 4 . 5 B y

F o r N o .

C o m m e n t C O O R D E N O G R A M A D E N E U T R O P A R A U M C U R T O N A B A R R A B D a t e

F a u l t I = 1 2 8 4 . 4 A

Prof. Júlio Xavier



COS – Centro de Operação do Sistema

Prof. Júlio Xavier14



COS – Centro de Operação do Sistema




Centro de Operação do Sistema




Sistemas Básicos de SEs




Diagrama Unifilar Típico




DIAGRAMA UNIFILAR DE OPERAÇÃO




V - ZONAS DE PROTEÇÃO.

• O sistema elétrico é dividido em zonas deproteção para os equipamentos comogeradores, transformadores, barramentos,linhas de transmissão e cargas. Estas zonassão protegidas por relés, quando uma faltaocorre.

• Para faltas da região, onde duas zonas deproteção se superpõem, mais disjuntoresseriam abertos do que o mínimo necessáriopara isolar o elemento faltoso. Estasuperposição de zonas, garante a atuação da

Anotações


.

lado, a probabilidade de falta nesta região ébaixa, consequentemente a abertura de umgrande número de disjuntores é remota.

• A Fig. I , a seguir, ilustra um sistema deproteção de geradores, barramentos, trafos elinhas:



Prot. do Gerador Prot. da Barra Prot. do Trafo

FIG. I Prot. de Linha

D1 D3 D5 D8 D1O


D2 D4 D6 D9 D11



VI - PROTEÇÃO PRINCIPAL -PROTEÇÃO DE RETAGUARDA.

• O elemento protetorfunciona como proteção

Anotações


principal e o protegidocomo proteção deretaguarda. Comoexemplo de falha do

elemento protegido,destacamos:



• Fonte de corrente e

tensão para os relés(TC e TP);• Fonte de corrente

Anotações


abertura;• Relés;• circuito de abertura

ou mecanismo dodisjuntor;• disjuntor.



• Na fig. I os disjuntoresD3 e D4, de proteçãoprincipal dos trafos, sãoelementos protetores.Já os D1 e D2 de

Anotações


retaguarda, sãoelementos protegidosdos D3 e D4. Idem paraos disjuntores D8 e D9

(elementos protetores)e D5 e D6 (elementosprotegidos). E assim

sucessivamente.



Existem dois tipos de proteção deretaguarda:

A - Retaguarda Local:

• Quando a proteção de

Anotações


retaguarda está no mesmocircuito ou no mesmo local daproteção principal. Na Fig. I, osdisjuntores D1O e D11 sãoretaguarda local dos D12 eD13, porque estão no mesmocircuito/local.



B - Retaguarda Remota:

• Quando a proteção deretaguarda está em outro (s)circuito (s) de outro (s) local (is).Na fig. I os disjuntores D8 e D9

Anotações


são retaguarda remota dos D1Oe D11, porque estão distantes.Normalmente, temcaracterísticas diferentes esobretudo devem operar comtemporização suficiente paracoordenar com as proteçõesprincipais.



VII - AVALIAÇÃO DA PROTEÇÃO.

• A proteção deve ser avaliada, como outroscomponentes do sistema elétrico, em função desua contribuição para o melhor serviço, ou seja,operar de maneira mais eficiente e efetivapossível no caso de faltas, diminuindo os danos,através da minimização de:

•

Anotações


• possibilidade que a falta se propague eenvolva outros equipamentos;• tempo que o equipamento fica fora de

serviço;• perda de faturamento e problemas com o

público, enquanto o equipamento está fora

de serviço;• Quantidade de equipamento reserva

necessário.



• Todos os relés usados para proteção contracurto-circuito e diversos outros tipos, operamem virtude da corrente e/ou tensão a elesfornecidos, pelos transformadores de corrente ede tensão (TC’s e TP’s) conectados aos

equipamentos a serem protegidos.

• Para cada tipo e localização de falha, existealguma particularidade nestas duas grandezasque são transferidas para os relés e os mesmos

Anotações


operarão em resposta a elas. As

particularidades ocorrem, quando da ocorrênciade faltas em que há variação das seguintescaracterísticas:

• - módulo, freqüência, ângulo de fase,duração, razão de variação, direção ouseqüência de variação, ou ainda,

harmônicos ou forma de onda.



VIII - TIPOS DE PROTEÇÃO.

8.1 - Proteção de Distância (N. Asa 21)

– A proteção de distância deve serutilizada quando a subestaçãosupridora alimentar a suprida porlinhas longas, bem como numsistema em que a relação curto-

Anotações


.

casos esse tipo de proteção é maisconfiável e eficiente, porque o relé dedistância tem alcance maior do queoutros tipos de relés. O alcance émaior, porque ele pode ser graduadopor zona de atuação:

.



• 1a. zona - alcance entre 8O e9O% da LT protegida.

• 2a. zona - alcance de 12O% a13O% da LT protegida.

• 3a. zona - alcance de 15O%ou 12O% + percentual da

Anotações


impedância do trafo de forçadasubestação suprida.

• 4a. e 5a. zonas - estãodisponíveis em alguns relés

de distância. São utilizadospara proteção de linhas emsistemas radiais e podemtrabalhar reversamente



Esquematicamente os alcances do relé de distância

serão:

12J4 12J4 O2T2 11T2

80%ZL 120%ZL 21-2 120%ZL + Ztrafo


-

12B1

11D1

O2T1 11T1

12J3 12J3

FIG.II Diagrama simplificado de proteção do sistema CTG/CMU.



• A temporização de cada zona égraduada de modo a coordenarcom outros relés (sobrecorrenteou direcionais), que atuam emequipamentos de disjunção a jusante ou a montante, caso orelé de distância, em questão,

Anotações


se a rec ona o no sen o

contrário ao fluxo de potência –reversamente - (isto ocorre emsistemas com duas fontes degeração). Lembramos que a

temporização da 1a. zona éinstantânea.



IX - SELETIVIDADE ENTRE AS PROTEÇÕES DESUBESTAÇÕES.

• Filosofia de Coordenação.

• Para a eficiência e o bom desempenho da

proteção dos equipamentos de disjunção de umasubestação, necessário se faz manter umaseletividade na atuação dos mesmos. Com issoconseguiremos isolar um defeito numdeterminado ponto de uma subestação, sem que

Anotações


haja o seu desligamento total, através da

operação só dos equipamentos de disjunçãopróximos ao defeito.

• Essa seletividade ou coordenação entre osdiversos equipamentos, de disjunção de umasubestação, necessita ser estendido para os

equipamentos de saída de subestações amontante e de chegada de subestações a jusante.Com isso teremos uma boa eficácia dasproteções de retaguarda, caso a proteção dosequipamentos, próximos ao defeito, não atue.



• Normalmente mantemos, na prática, um intervalo

de coordenação, entre um dispositivo deproteção eletromecânico a montante e um a

jusante, de O,4 Seg., ou seja, a proteção deretaguarda só deverá atuar O,4 Seg. após afalha da proteção primária. No caso dedispositivos de proteção microprocessados, o

intervalo de coordenação pode ser de apenas0,1 Seg.

• Portanto, devemos começar a graduar osdis ositivos de rote ão dos e ui amentos

Anotações


instalados no lado de baixa tensão da

subestação, ou seja, dos equipamentos deproteção dos alimentadores. Em seguida dogeral de baixa tensão, do geral de alta tensão,dos disjuntores de chegada e finalmente dosdisjuntores da saída da subestação supridora.

• Do exposto podemos concluir que a proteção deuma subestação deverá ser sensível e seletivaentre os seus equipamentos de disjunção, ouseja, os ajustes dos relés devem estarcompatíveis com os níveis de curto-circuito entrefases e monofásicos, bem como com a corrente

de carga dos alimentadores.



1. Referir as tensões abaixo em pu, usando arbitrariamente como BASE o valor de 69KV.

a) V1 = 34,5 KV

b) V2 = 69 KV

c) V3 = 500KVd) V4 = 750 KV

EXERCÍCIOS


2. Um sistema de potência trifásico (3f) tem como base Sb = 100 MVA e Vb = 69KV.

Determinar:

a) Corrente base

b)

Impedância base



4.

Considerando:

Icc3f = 1500 A, calcular esta corrente em pu.

5.

Considerando:


Z = 400 + j800 Ω, calcular esta impedância em pu para a mesma impedãncia base

calculada no exercício 2.

6. Calcular a impedância, em pu, de uma linha de transmissão de 69KV com 80 km decomprimento, tendo 0,5 Ω /km, considerando a mesma impedância base calculada no

exercício 2.



7. A placa de um gerador síncrono apresenta os seguintes dados: 90 MVA, 13,8 KV e Xd

= 10%. Calcular a reatância da máquina em pu, referida a uma nova base de 100MVA

e 13,2KV.

8. Um transformador monofásico de 15 MVA – 69/34,5kV possui uma impedância de

0,6 Ω no lado de baixa tensão (BT).


a) Qual o valor da impedância em pub) Achar a impedância no lado de ATc) Qual o valor da impedância, em pu, do transformador numa nova base de

50MVA com tensões nominais do mesmo.



Tensões e Correntes Desequilibradas


Componentes Simétricos



Componentes Simétricos• O Método dos Componentes Simétricos

estabelece que um sistema de “N” fasoresdesequilibrados pode ser decomposto em“N” sistemas de fasores e uilibrados.


• No caso do sistema trifásico, os 3 fasores(I

A, I

Be I

Cou V

A, V

Be V

C) desequilibrados

podem ser decompostos em 3 sistemasequilibrados e esta decomposição é única.



Componentes Simétricos• Em sistemas trifásicos, temos:

• VA = VA0 + VA1 + VA2


• VB = VB0 + VB1 + VB2• VC = VC0 + VC1 + VC2

• Seqüência de fase: A, B e C

C t Si ét i



Componentes Simétricos• Cada seqüência “k” é composta de “N” fasores

equilibrados de mesmo módulo e igualmentedefasados.

• Defasagem θθθθk entre dois fasores consecutivos dosistema de seqüência “k”:


• k = 0, 1, 2, ..., (N-1)

• N = número de fases

= N

k k

o

360.θ k θθθθk Seqüência0 0

oZero

1 120o

Positiva

2 240o

Negativa

stema r s co =

C Si é i




VC0

VA0

VB0


Componentes de seqüência zero

Como k = 0, a defasagem é de 0o

C t Si ét i




VC1


Componentes de seqüência positiva


VA1

VB1

C t Si ét i




VA2VB2


Componentes de seqüência negativa


VC2





210

210

B B B B

A A A A

V V V V

V V V V

V V V V

++=

++=

++=

11

1

2

1

11

.

.

V aV

V aV

V V

C

B

A

=

=

=


2

3

2

11201 ja +−=∠= o

0000

2

2

2

22

22

.

.

V V V V

V aV

V aV V V

C B A

C

B

A

===

=

=

=





212

0

210

.. V aV aV V

V V V V

B

A

++=

++=

=

2

1

0

2

2

.11

111

V V

V

aaaa

V V

V

C

B

A

⇒


210 .. aaC ++=

=

C

B

A

V V

V

aaaa

V V

V

.11

111

.3

1

2

2

2

1

0



Fasores DesequilibradosVC


VA

VB

F D ilib d



Fasores Desequilibrados

VA


VC

VB



Sistema Trifásico Desequilibrado

V

V

V

aa

aa

V

V

V

C

B

A

2

1

0

2

2

111

.

1

1

111

=

S C S

S C S

DC D

I T Z T V T T

I T Z V T

I Z V

=

=

=

−− 11


DT S

S T D

aa

aaT

1

2

2

1

1

−=

=

=

S S S

C S

S C S

I Z V

T Z T Z

I T Z T V

=

=

=

−

−

1

1






Linha de transmissão com carga desequilibrada

Desequilíbrio de Tensão e



Desequilíbrio de Tensão eCorrente: Definições

Desequilíbrio de Tensão Desequilíbrio de Corrente

a) Seqüência Negativa a) Seqüência Negativa


%100.1

0

0 I

I u I =

%100.1

2

V

V u U =

b) Seqüência Zero b) Seqüência Zero

%100.1

0

0V

V u U =

%100.1

2

I

I

u I =

Sistema MRT



Sistema MRT


Sistema MRT



Sistema MRT


Desequilíbrio de Corrente



Balanceamento de Cargas

O desequilíbrio de correntes nas diferentes fases de um circuito secundário pode

ocasionar níveis inadequados de tensão. A fase mais carregada sofrerá maior queda de

tensão. Poderá ocasionar, também, aparecimento de níveis indesejáveis de corrente no

condutor neutro bem como maior carregamento nos condutores e transformadores.

Consegue-se corrigir boa parte de problemas de tensão baixa nos circuitos, fazendo-se

o devido equilíbrio das cargas. Esse equilíbrio deve ser alcançado ao longo de todo o


, .

São apresentadas, abaixo, as duas fórmulas mais utilizadas pelas concessionárias para

o cálculo do índice de desequilíbrio:

1001 x

If

If Deseq

méd

máx

−=

Onde:Deseq = desequilíbrio de fases em %

If máx = corrente na fase mais

carregada

If méd = valor médio da corrente nas

fases

Desequilíbrio de Corrente



esequ b o de Co e te1001

_ x

If

If Deseq

méd

afast mais

−=

Onde:

Deseq = desequilíbrio de fases em %Ifmais_afast = corrente da fase mais afastada da média

Ifméd = valor médio da corrente nas fases


Fonte: Controle de Tensão de Sistemas de Distribuição

Volume 5

Coleção Distribuição de Energia Elétrica

Editora Campus/Eletrobrás

Capítulo 3 – Análise das Medições de Tensão e Medidas Corretivas

3.6 Medidas Corretivas para Adequar os Níveis de Tensão na Rede Secundária



Oscilo ra ia


SE MUTUÍPE – 24/6/2004



A I

A I

A I

TensãoeCorrentede Medições

C

B

A

o

o

o

90,106900,292

70,217400,235

50,336000,326

∠=

∠=

∠=

%32,3[%]%20,15[%]

68,581480,43

61,198003,283

89,124243,9

cos

02

2

1

0

==

−∠=

−∠=

∠=

I e

I

A I

A I

A I

SimétrisComponente

o

o

o

%03,90[%]

%67,124[%]

48,261

250.6

I

I

A I

kVAS

B

A

N

N

=

=

=

=


kV V

kV V

kV V

A I

C

B

A

G

o

o

o

o

70,118900,7

20,243600,7

00,360400,7

30,15200,28

∠=

∠=

∠=

∠=

%01,1[%]%15,4[%]

70,1553166,0

6134,06291,7

08,390771,0

1

0

1

2

2

1

0

11

==

−∠=

∠=

∠=

V

V e

V

V

kV V

kV V

kV V

o

o

o

%)38,122(649.7""

320

%)66,103(479.6

%02,112[%]

kVAS

A I

kVAS

I

P

P

C

C

=

=

=

=




C ÁLCULO DE CURTO-CIRCUITO



1. INTRODUÇÃO

• As linhas de transmissão ou distribuição, bem como,geradores, motores, transformadores, reatores,banco de capacitores, etc., podem ser representadaspor um diagrama de impedâncias.

• A finalidade de um diagrama de impedâncias ouf f


significativos de um sistema de potência ouindustrial.

• Estes diagramas representam fisicamente o sistemaem análise, através de suas impedâncias,normalmente, expressas com valores por unidade.

• Com isso consegue-se representar matematicamenteos modelos físicos que compõem o sistema elétrico.



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