Resumo Filosofia de Proteção

1.FILOSOFIA DE PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 1.1 CONSIDERAÇÕES CONSIDERAÇÕES INICIAIS O principal objetivo do sistema elétrico de potência é gerar, transmitir e distribuir energia elétrica a seus consumidores com o menor número possível de interrupções e com boa qualidade. Desta forma, as linhas de transmissão (LTs) se constituem num elo vital entre a produção e o consumo de energia elétrica. Elo este que, estatisticamente comprovado, representa a parte mais susceptível s usceptível à incidência de defeitos. Portanto, é necessário a instalação de um sistema de proteção, tão mais sofisticado quanto maior for a quantidade de energia a ser transmitida pela LT, o que requer uma minuciosa avaliação técnico-econômica. Um sistema de proteção pode ser considerado eficaz quando o mesmo consegue identificar e isolar as áreas defeituosas o mais rápido possível, de forma que as áreas saudáveis do sistema não sejam afetadas. O diagrama unifilar da figura abaixo, constitui o que chamamos de sistema elétrico de potência.

Figura 1: Representação 1: Representação básica de um sistema elétrico de potência 1.2 ANÁLISE GENERALIZADA DA PROTEÇÀO

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Basicamente, em um sistema encontram-se os seguintes tipos de proteção: •

proteção contra incêndio;

•

proteção pelos relés, ou releamento, e por fusíveis;

•

proteção contra descargas atmosféricas e surtos de manobras.

Um estudo de proteção considera os fatores descritos a seguir. Considerações para o estudo de uma proteção: Elétricas; Econômicas; Físicas. •

Duas situações distintas Falta, que é a perda do meio básico de isolamento - curto circuito •

Condições anormais: sobrecarga, sobretensões, oscilações de potência, rejeição de carga, etc.) Conseqüências: Destruição do isolamento; Danos mecânicos; Choques elétricos; Perda de sincronismo; Perda de estabilidade. •

Fatores importantes a considerar: Tempo de permanência da falta; Presença de religamento na linha; Religamento normal ou de alta velocidade. •





Baixa resistência de pé de torre; Projetos mecânico e civil adequados (animais, poluição, vandalismo, etc.); Uso de cabos pára-raios; Manutenção adequada do sistema; Treinamento da mão-de-obra. Características gerais dos equipamentos de proteção: Não atuar para defeitos fora da sua zona; z ona; Se há defeito na zona, operar op erar corretamente. •

Funções de proteção: Principal - Ex.: diferencial (87); distância (21); Secundária - Ex.: localizador de defeito; oscilografia; Retaguarda - Ex.: sub-sobretensão (27/59); sobrecorrente (50/51); Auxiliar - Ex.: relé de bloqueio (86); direcional (67). •

Moderação dos efeitos das falhas: Limitação da magnitude da corrente de curto-circuito; Projeto capaz de suportar os efeitos mecânicos e térmicos das correntes de defeito; Existência de circuitos múltiplos e geradores reservas; Releamento (lógica realizada pelos contatos dos relés) e outros dispositivos, bem como disjuntores com suficiente capacidade de interrupção; Impedância de aterramento; Capacidade geradora reserva; Impedância série; Meios para observar o comportamento do sistema (oscilógrafos e registradores digitais); Freqüentes análises sobre as mudanças no sistema com os conseqüentes reajustes dos relés; Religamento automático; •





Dispositivos que desligam o elemento defeituoso: Disjuntores e relés; Fusíveis; Religadores. •

Manutenção da tensão e estabilidade: Comutadores sob carga; Regulação automática de geradores; Banco de capacitores; Capacitores série; Dispositivos Facts (equipamentos controlados de compensação reativa). •

Qualidades requeridas para a proteção: Sensibilidade - perceber nuâncias na variação das grandezas; Seletividade – atuar somente para o trecho em e m falta; Velocidade - tempo entre medição e tomada toma da de decisão; Confiabilidade - resposta correta mesmo parado há muito tempo. •

1.3 SISTEMA DE PROTEÇÃO A proteção por relés é um dos múltiplos aspectos do planejamento, tendo como objetivo, minimizar danos causados pelas falhas e melhorar o serviço ao consumidor. Por isso a proteção deve ser considerada nos primeiros estágios do planejamento, incluindo também o controle e a comunicação. As funções básicas de um relé de proteção podem ser caracterizadas pela detecção, isolação (por intermédio de disjuntores) e localização de uma falta. Os principais parâmetros utilizados por um relé de proteção são listados lis tados abaixo.





Potência;

•

Impedância;

•

Freqüência;

•

•

Duração da falta;

•

Taxa de variação de uma grandeza;

Harmônicos;

•

•

•

Movimento de óleo e pressão de gás; Outros.

Embora um sistema de proteção seja usualmente entendido como um conjunto de relés, ele consiste de vários outros subsistemas, os quais contribuem com o processo de remoção da falta. A figura a seguir mostra um exemplo simplificado de subsistemas de proteção.

Figura 2: 2: Subsistemas de um sistema de proteção: relés, transdutores (TC e TP) e disjuntor. Além dos subsistemas principais, identificados no figura acima, podemos citar ainda como integrantes de um sistema de proteção, os capacitores de acoplamento, filtros de ondas, canais piloto, relés auxiliares de disparo, fusíveis, terminais,links e chaves de teste.





1.4 ZONAS DE PROTEÇÃO A responsabilidade pela proteção de um trecho do sistema de potência é definida por uma zona de proteção. Uma zona de proteção é uma região claramente definida por uma linha divisória imaginária, no diagrama unifilar do sistema de potência. Um sistema de proteção, consistindo de um ou vários relés, é responsável por todas as faltas que ocorram dentro da sua zona de proteção. Quando uma dessas faltas ocorre, o sistema de proteção ativará as bobinas de disparo dos disjuntores isolando, assim, a porção faltosa do sistema de potência, do lado de dentro da zona zon a limitada. Usualmente, porém nem sempre, as zonas de proteção são definidas pelos disjuntores. Se a zona de proteção não tem um disjuntor em seus limites, o sistema de proteção deve abrir alguns disjuntores remotos (transfere o comando de disparo através de um canal de comunicação) para desenergizar a zona faltosa. A figura 3 mostra uma parte de um sistema de potência dividida em várias zonas de proteção.

Figura 3: Zonas de proteção







No exemplo da figura acima, as zonas 1, 2 e 3 são zonas de proteção de linhas de transmissão para diferentes linhas. Uma falta em alguma destas linhas seria detectada por seus sistemas de proteção correspondentes e dispararia os disjuntores apropriados, nas fronteiras da respectiva zona. A zona 4 é a zona de proteção de barra. A zona 5 é a zona para proteção do transformador. Observe que não há nenhum disjuntor num dos terminais desta zona e, consequentemente, o sistema de proteção do transformador deve abrir o disjuntor na barra A e, através de um canal de comunicação, com unicação, abrir remotamente o disjuntor na barra C. Observa-se também que as zonas de proteção sempre se superpõem. Isto tem a finalidade de garantir que nenhuma parte do sistema fique sem proteção primária de alta velocidade (isto é, não há nenhum ponto “cego” no sistema de proteção). Embora a superposição mostrada na figura 3 seja conseguida pela inclusão do disjuntor em cada zona adjacente, na realidade isto pode não ser possível em todos os casos. A superposição de zonas é conseguida através da escolha apropriada de TCs dedicados para cada sistema de proteção. Considere o arranjo mostrado na figura 4a, onde se admite a existência exi stência de um TC em cada lado do d o disjuntor.





Figura 4: Princípio de superposição de zonas; (a) quando se dispõe de TC’s dos dois lados do disjuntor (b) quando só há um TC, com múltiplos enrolamentos secundários Neste caso, os sistemas de proteção de cada lado do disjuntor usam TCs de lados opostos. Quando não se dispõe de TCs nos dois lados do disjuntor, uma superposição é conseguida usando enrolamentos secundários do lado mais distante, como mostra a figura 6b. Neste caso, embora não haja nenhum ponto cego na proteção, a abertura para faltas entre o disjuntor e o TC requer consideração especial. É desejável manter a região de superposição tão pequena quanto possível.





TCs num dos lados do disjuntor de cada circuito. Quando os TCs encontram-se na saída dos circuitos, os disjuntores ficam incluídos na proteção do barramento. Com os TCs do lado da barra, os disjuntores ficam incluídos na proteção do respectivo circuito de saída. Em qualquer dos casos, há problemas para faltas entre o TC e o disjuntor. A localização usual dos TCs é do lado da saída dos circuitos, em subestações desabrigadas, de maior porte. A figura abaixo mostra outro arranjo da proteção em zonas de d e atuação.





Em geral, uma mesma zona é protegida, pelo menos, por dois sistemas de proteção, a fim de garantir que uma falha do próprio sistema de proteção não deixe o sistema de potência desprotegido. Isto reforça a confiabilidade geral da proteção. Além disso, cada um dos sistemas de proteção inclui retaguardas próprias, cuja finalidade básica é garantir a isolação da falta em caso de falha na proteção principal, com a mínima expansão da área desligada, e proteger as partes do circuito ou equipamento não cobertos pela proteção principal, em razão da localização dos TCs ou TPs. As figuras 6 e 7 mostram exemplos de faltas entre o TC e o disjuntor que só podem ser completamente isoladas, através de proteções de retaguarda (local ou remota).

Figura 6: Zona protegida por um esquema de proteção, não vê faltas entre o TC e o disjuntor





No caso de sistemas duplicados, é desejável obter-se o maior grau de independência possível entre os sistemas de proteção redundantes. Naturalmente, duplicar o disjuntor, o TC, o TP, ou mesmo a bateria da estação é dispendioso. Entretanto, algum grau de separação pode ser obtido usando-se diferentes enrolamentos secundários de um TC para os dois sistemas de proteção, fusíveis separados no circuito do TP, bobinas de disparo duplicadas e separadas no disjuntor e, sempre que possível, baterias duplicadas e separadas para suprimento dos relés e circuitos de disparo do disjuntor. Esses esforços evitam modos de falha comum associados aos sistemas de proteção e, assim, melhoram a confiabilidade de todo o conjunto.

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