AULA 12 RELÉS DIRECIONAIS (67)
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
As redes de distribuição e as linhas de transmissão radiais são protegidas por relés de sobrecorrente (funções 50/51);
Num sistema em anel ou em paralelo e/ou alimentado através das duas extremidades, a proteção com relés de sobrecorrente é impraticável, devido a impossibilidade de coordenação do mesmo (ajuda de um relé direcional);
Elementos direcionais: são sensibilizados ou não pelo sentido em que flui a corrente (relés direcionais de corrente) ou pelo fluxo de potência (relés direcionais de potência).
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
As redes de distribuição e as linhas de transmissão radiais são protegidas por relés de sobrecorrente (funções 50/51);
Num sistema em anel ou em paralelo e/ou alimentado através das duas extremidades, a proteção com relés de sobrecorrente é impraticável, devido a impossibilidade de coordenação do mesmo (ajuda de um relé direcional);
Elementos direcionais: são sensibilizados ou não pelo sentido em que flui a corrente (relés direcionais de corrente) ou pelo fluxo de potência (relés direcionais de potência).
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Assim, a proteção com relé direcional tem a finalidade de reconhecer em que sentido está fluindo a corrente/potência em uma determinada parte do sistema (TC’s e/ou TP’s);
Caso essas grandezas grandezas estejam fluindo num sentido inverso inverso ao normal, o relé direcional deve ser sensibilizado e capaz de enviar ao disjuntor um sinal de disparo;
Para ilustrar a aplicação dos relés direcionais, utilizaremos o sistema no qual é composto de 4 linhas de transmissão partindo de uma barra de geração a uma de carga.
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Condições normais: O fluxo de corrente se dá no sentido fonte de geração – carga;
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Condição de Falta na linha 3:
A corrente no alimentador da linha em condição de falta inverte a posição na barra consumidora, suprindo o ponto de falta (e.g., curto-circuito) através das demais linhas sãs.
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
O relé direcional do disjuntor 10, no momento da inversão da corrente, reconhece tal ocorrência e envia um sinal de desarme para esse disjuntor. As correntes nos disjuntores 9, 11 e 12 continuam fluindo no mesmo sentido da corrente de carga e, portanto, não alteram seu sentido (não atuação dos relés).
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
O relé de sobrecorrente do disjuntor 6, no momento da falta, reconhece tal ocorrência e envia um sinal de desarme para esse disjuntor. As correntes nos disjuntores 5, 7 e 8 também possuem valores elevados, portanto para sua não atuação, o tempo de disparo desses relés deverá ser superior ao do relé do disjuntor 6.
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Conclusões:
Os disjuntores 5, 6, 7 e 8 não necessitam ser portadores de relés de sobrecorrente direcionais, bastam as funções de sobrecorrente (50/51); Os disjuntores 9, 10, 11 e 12 necessitam de relés com a função direcional (67).
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Conclusões:
Os disjuntores 1 e 2 não necessitam ser portadores de relés de sobrecorrente direcionais, bastam as funções de sobrecorrente (50/51); Os disjuntores 3 e 4 necessitam de relés com a função direcional (67).
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Outra forma de mostrar o funcionamento de um relé direcional pode ser observada no sistema em anel fechado;
Condições Normais
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Outra forma de mostrar o funcionamento de um relé direcional pode ser observada no sistema em anel fechado;
Condição de Falta no Ponto Indicado
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução No caso de um defeito (curto-circuito) no ponto indicado:
A corrente de curto circulará pelo trecho A-B e B-C passando pelos relés associados aos disjuntores D1, D2 e D3;
Nessa condição, o relé associado ao disjuntor D2 será bloqueado pela sua unidade direcional, enquanto o relé de sobrecorrente não direcional associado ao disjuntor D1 está em condições de operar, mas não deve fazê-lo. O relé associado ao disjuntor D3 deverá ser ajustado com um tempo inferior ao do relé associado ao disjuntor D1, pois será o responsável pela eliminação da circulação da corrente nesse trecho.
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução No caso de um defeito (curto-circuito) no ponto indicado:
Também haverá circulação de corrente de curto no trecho A-D e D-C passando pelos relés dos disjuntores D8, D7, D6, D5 e D4;
Nessa condição, os relés direcionais associados aos disjuntores D5, D6 e D7 serão bloqueados por seus elementos direcionais. No entanto, os relés de sobrecorrente não direcionais associados aos disjuntores D8 e D4 estão em condições de operar. O relé associado ao disjuntor D4 deverá ser ajustado com o menor tempo de operação pois será o responsável pela eliminação da circulação da corrente nesse trecho.
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Dessa forma, com a atuação do disjuntor D3 dotado de um relé com a função direcional e do disjuntor D4 dotado de um relé com a função de sobrecorrente, o defeito será eliminado.
Somente o trecho B-C desenergizado
Sem interrupção de energia às outras cargas conectadas ao sistema.
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Os relés direcionais podem ser encontrados em: a)
Unidades Eletromecânicas ou Indução (não mais fabricados);
b) Unidades Eletrônicas ou Estáticas (não mais fabricados) e; c)
Unidades Digitais.
Há três tipos dependendo da grandeza controlada: a)
Relés Direcionais de Sobrecorrente de Fase;
b) Relés Direcionais de Sobrecorrente de Terra e; c)
Relés Direcionais de Potência.
RELÉ DIRECIONAL (67) Introdução
Os relés direcionais utilizam corrente e tensão para poder reconhecer o sentido de fluxo da corrente e, para isso, são empregados transformadores de corrente e tensão;
Para tensões inferiores a 69 kV são empregados transformadores de potencial (TP’s) eletromagnéticos de categoria 1 (fase-fase) e categoria 2 ou 3 (fase-terra).
Para tensões iguais ou superiores a 69 kV são empregados transformadores de potencial (TP’s) eletromagnéticos ou do tipo capacitivo categoria 2 ou 3.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Relé Direcional de Sobrecorrente de Fase
São construídos em unidades monofásicas e trifásicas;
Os relés direcionais de sobrecorrente são utilizados, essencialmente, na proteção de linhas de transmissão da classe de tensão igual ou superior a 69 kV;
Esses elementos somente devem ser aplicados em sistemas fechados em anel ou aqueles dotados de dois ou mais circuitos alimentadores operando em paralelo. Não há sentido em aplicá-los em sistemas radiais;
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Características Construtivas
Normalmente, possuem uma unidade temporizada de corrente do tipo disco de indução e uma unidade direcional instantânea do tipo cilindro de indução; a) Unidade de sobrecorrente temporizada
Quando a corrente está fluindo na direção escolhida para fechar o contato, a unidade temporizada é acionada e desenvolve o torque no disco de indução.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Características Construtivas b) Unidade direcional
Em geral, a unidade direcional é polarizada por tensão e controla direcionalmente a operação da unidade temporizada por meio dos seus contatos; A maioria das aplicações é para fechamento do contato da unidade direcional para a circulação de corrente saindo da barra e abertura do contato para a circulação de corrente entrando na barra.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Características Construtivas c) Unidade instantânea
É do tipo armação articulada. Quando a corrente atinge valores muito elevados, a unidade fecha os seus contatos, ao mesmo tempo que faz surgir no visor uma bandeirola vermelha que somente é desfeita por desarme manual. A bobina da unidade instantânea é ajustada para operação em uma das duas faixas indicadas: faixa H (alta) ou faixa L (baixa).
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Características de Tempo
Podem apresentar as características de tempo de atuação descritas a seguir, cuja aplicação deve ser definida em função das condições operacionais. a) Característica de Tempo Inverso; b) Característica de Tempo muito Inverso; c) Característica de Tempo extremamente Inverso.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Características de Tempo
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
Na maioria dos relés (conexão 90°), a unidade direcional é percorrida pela corrente da fase correspondente à ligação do relé, enquanto a tensão aplicada à bobina de potencial é referente às outras duas fases. Isto é, o relé da fase A é sensibilizado pela corrente que flui na fase A, enquanto a bobina de potencial é ligada entre as fases B-C.
Para que exista um torque na direção desejada, necessita das grandezas de operação (corrente) e de polarização (corrente/tensão) agindo no sentido de operação.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
O torque produzido por uma unidade direcional de sobrecorrente, onde as grandezas de operação e polarização são a corrente: = 1 × 1 × 2 × ∅ − 2
1 − constante do relé que
depende do projeto;
2 − constante que representa o torque resistente da mola; 1 − corrente da bobina de
corrente da unidade direcional;
2 − corrente da bobina de potencial da unidade direcional; ∅ − ângulo de defasagem entre as correntes 1 e 2 ;
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase Os relés direcionais constituídos de:
são
Unidade direcional formada
por uma bobina de tensão, conectada aos terminais do transformador de potencial;
Uma bobina de corrente, conectada bobina
de
em
série
corrente
à da
unidade de sobrecorrente.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
Situação normal de carga
Contato da unidade de sobrecorrente: aberto
Contato da unidade de sobrecorrente: aberto
Contato da unidade direcional: aberto
Contato da unidade direcional: aberto
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
Disjuntores D1 e D2 (relé de sobrecorrente): o contato da unidade de sobrecorrente do relé de sobrecorrente não direcional (51) está aberto;
Disjuntores D3 e D4: o contato da unidade de sobrecorrente do relé direcional (51) está aberto e o contato da unidade direcional (67) está aberto;
O mesmo ocorre com o contato da unidade não direcional do relé de sobrecorrente.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
Disjuntores D1 e D2: os tempos da unidade 51 dos relés não direcionais estão ajustados para T = 0,60 s.
Disjuntores D3 e D4: os tempos da unidade 51 dos relés não direcionais estão ajustados para T = 0,30 s.
Disjuntores D3 e D4: os tempos das unidades 51/67 dos relés direcionais estão ajustados para T = 0,0 s.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
Situação de falta no ponto indicado
Contato da unidade de sobrecorrente: fechado
Contato da unidade de sobrecorrente: aberto
Contato da unidade direcional: fechado
Contato da unidade direcional: aberto
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
Disjuntor D1: o contato da unidade de sobrecorrente do relé de sobrecorrente não direcional (51) se fecha por sobrecorrente, após a abertura do disjuntor D3 (unidades 51/67), num tempo T = 0,6 s;
Disjuntor D2: o contato da unidade de sobrecorrente do relé de sobrecorrente não direcional (51) não se fecha por estar temporizado para T = 0,6 s, tempo superior a abertura do disjuntor D3.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
Disjuntor D3: o contato da unidade de sobrecorrente do relé direcional (51) se fecha por sobrecorrente e o contato da unidade direcional (67) se fecha por inversão de corrente, fazendo atuar o disjuntor num tempo 0,0 s; Disjuntor D4: o contato da unidade de sobrecorrente do relé de sobrecorrente direcional (51) se fecha por sobrecorrente e o contato da unidade direcional (67) mantém-se aberto, inibindo a atuação do disjuntor. Já o contato da unidade 51 não atua pois o defeito foi removido em 0,0 s e este está temporizado para 0,30 s.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO
Nessa condição a barra B continua em operação, porém com redução do montante de geração e, assim, com redução de carga.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
É possível ocorrer falha na proteção direcional quando o defeito acontece muito próximo ao barramento em que esta proteção está instalada.
Como o relé direcional opera com os sinais de tensão e corrente, nessa condição de falta a tensão nos terminais do transformador de potencial é muito pequena, tendendo a zero, o que é denominado de zona morta da proteção direcional.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase
Na proteção direcional, existe praticamente três tipos de ligação convencional quando são utilizados relés direcionais polarizados por tensão-corrente.
Cada uma dessas ligações corresponde a um relé direcional específico, com ângulo máximo de torque diferente. Nos relés digitais, pode-se ajustar o ângulo conforme a necessidade do projeto.
Esses três tipos de ligação convencional são:
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase a) Conexão 30°
Nesse caso, a corrente de operação está adiantada da tensão de polarização de um ângulo de 30° elétricos.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase b) Conexão 60°
A corrente de operação está adiantada da tensão de polarização + de um ângulo de 60° elétricos.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Torque do Relé de Sobrecorrente de Fase c) Conexão 90°
Nesse caso, a corrente de operação está adiantada da tensão de polarização de um ângulo de 90° elétricos.
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Relé de Sobrecorrente de Neutro
São relés de usados na proteção de linhas de transmissão contra defeito fase e terra;
Tais como os relés direcionais de fase, são dotados de uma unidade temporizada, uma unidade direcional, uma unidade instantânea e uma unidade de selo;
Apresentam as mesmas curvas características de tempo × corrente dos relés direcionais de fase (curva inversa, muito inversa e extremamente inversa).
RELÉ DE SOBRECORRENTE DE INDUÇÃO Relé Direcional de Potência
Esta proteção tem a finalidade de reconhecer em que sentido está fluindo a potência do sistema;
Esses relés são empregados em unidades geradoras, quando um fluxo de potência flui num sentido não desejado, denominado potência reversa, ou quando se deseja limitar o fluxo num determinado sentido;
São polarizados por tensão e reconhecem o fluxo da corrente correspondente. Operam para uma tensão entre fases e para a corrente de linha.
