Módulo 13 - Relés de Distância, Notas de estudo de Circuitos Elétricos

Baixe Módulo 13 - Relés de Distância e outras Notas de estudo em PDF para Circuitos Elétricos, somente na Docsity!

O entendimento do funcionamento do relé de distância será melhor entendido a partir do exame da Fig. 10.98.

Fig. 10.98 – Representação de um sistema de potência

Para um defeito no ponto P da linha L3 temos as seguintes considerações:

- no momento do defeito a tensão no ponto P é nula; - (^) as correntes e que circulam nas linhas L1 e L3 podem ser consideradas constantes ao _longo das respectivas linhas;

• a tensão cresce a partir do ponto de defeito na direção das fontes G1 e G2, considerando_ _desprezível a resistência do arco;
• a impedância cresce a partir do ponto de defeito na direção das fontes G1 e G2, tal como_ ocorre com a tensão.

Na presença do defeito no ponto P os relés indicados na Fig. 10.98 reagirão da seguinte forma, independentemente se são unidade eletromecânicas ou digitais:

_- início da contagem do tempo de acordo com o esquema de proteção utilizado;

• atuação da unidade de seleção de fases, de acordo com a Fig. 10.99; -_ (^) _a unidade de seleção aciona as unidades direcionais e de medida;
• a unidade direcional recebe da unidade de seleção os valores da corrente de defeito e da_ tensão de polarização, a partir de quais informações a unidade direcional abre ou fecha seus _contatos liberando o relé para operação;
• a unidade de medida recebe da unidade de seleção os valores da tensão e da corrente de_ defeito.

De forma geral, os relés de distância apresentam os aspectos funcionais mostrados na Fig. 10.99.

Fig. 10.99– Aspectos funcionais dos relés de distância

A partir dessas considerações a atuação dos relés ocorrerá de acordo com a seguinte lógica, previamente definida no projeto de proteção.

- (^) o relé deverá operar primeiramente, pois a impedância vista por ele é menor do que a _impedância vista pelos demais;

• em seguida irá operar o relé , obedecendo o valor da impedância;
• o relé é considerado relé de segunda contingência, isto é, na falha de operação do conjunto_ _disjuntor da barra B + relé o relé operaria;
• os relés e “vêem” a impedância de defeito com praticamente o mesmo valor; devem ser_ ajustados de forma a atuar somente o relé , já que a atuação do relé implicará na _desernegização das linhas L4 e L5.
• para que os relés e sejam coordenados nesse tipo de evento é necessário que sejam_ equipados com unidades direcionais.

2 - Relé de distância eletromecânico

Esses relés utilizam unidades de operação do tipo convencional, através de bobinas de tensão e corrente, uma armadura de ferro e um disco de indução. Cada relé possui duas ou mais unidades ôhmicas. A unidade ôhmica utiliza a impedância , medida desde o início da linha, onde está instalado, até o ponto de defeito. Nesse caso, o valor da resistência de arco no ponto de defeito é desprezada. Esse tipo de unidade apresenta um torque expresso pela Equação.

K^1 / K

2 q (^3) q 4

q^2 q^1

X

R

Fig. 10.100 – Características de distância Fig. 10.101 – Características do variável

2.1 - Relé de distância à impedância

São relés que apresentam o seguinte torque:

Para a posição de equilíbrio, obtém-se:

Fig. 10.102 – Características dos relés de distância para e constantes

O relé de impedância é constituído normalmente das seguintes unidades:

_- unidade de partida, em geral do tipo direcional;

• unidade de medida de impedância;
• unidade de temporização;
• unidade de bandeirola e selagem._

A Equação (10.31) apresenta um círculo com centro na origem e cuja representação gráfica está mostrada na Fig. 10.103.

Fig. 10.103 - Característica do relé de distância

A Fig. 10.104 mostra o diagrama de comando simplificado de um relé de impedância. Já a Fig. 10.105 mostra o escalonamento da proteção, relacionando o comprimento da linha de transmissão com o tempo de atuação do relé.

Fig. 10.104 – Diagrama elétrico

Como o relé dispõe de uma unidade direcional, logo deve-se indicar o semi-plano que limita os torques positivo e negativo (restrição) do relé, conforme se pode observar na Fig. 10.103. O ângulo de torque máximo é ajustado na fábrica, sendo, em geral, de , com corrente em atraso da tensão. Quando se trata de linha de transmissão, esses ajuste permanece, já que nesses casos o ângulo é geralmente superior a (condição de curto-circuito). Para situações diferentes é necessário se proceder aos ajustes de acordo com o caso.

Fig. 10.106 – Característica do relé à impedância modificado

2.2 - Relé de distância à reatância

Esse relé, doravante chamado de relé de reatância, utiliza a reatância medida desde o início da linha, onde está instalado o relé, até o ponto de defeito.

- os relés de reatância são empregados nos sistemas em que a variação da resistência de arco é considerada significativa, já que esses relés não levam em consideração a influência _dessa resistência.

• nesse caso particular, o emprego do relé de impedância seria inadequado porque ele_ _contempla o valor da resistência de arco.
• qualquer variação no valor dessa resistência, no momento do defeito, não prejudicará o_ desempenho do relé de reatância.

De acordo com a literatura corrente, a resistência do arco pode ser dada pela Equação (10.34).

• comprimento do arco, em cm;
• corrente de curto-circuito, em A.

O comprimento de arco corresponde à distância entre os dois pontos de fases diferentes onde ocorre o defeito. No caso de uma falta entre duas fases de uma linha de transmissão de 69 kV, onde os condutores se aproximaram de uma distância de 240 cm e a corrente de curto-circuito foi de 500 A, a resistência de arco vale:

O relé de reatância está baseado na relação entre o componente indutivo da queda de tensão na linha de transmissão devido à ocorrência do curto-circuito e a corrente de defeito correspondente, ou seja:

A Fig. 10.107 mostra as partes funcionais típicas de um relé de reatância. Destacam-se a unidade direcional de sobrecorrente, caracterizada por uma bobina de tensão, e a unidade de sobrecorrente.

Fig. 10.107 – Relé de reatância eletromecânico

Seu funcionamento está baseado no fluxo produzido pelos enrolamentos de tensão e de corrente, cujo valor é proporcional às grandezas presentes. Com base na Equação (10.27) faz- se o ângulo igual a , o que resulta na Equação (10.36), considerando a condição de balanço, isto é, T = 0.

Como , logo tem-se:

Finalmente, tem-se:

Esta equação representa uma reta paralela ao eixo da resistência num plano R - X , como visto na Fig. 10.108. Esta reta representa a condição para T = 0. No semiplano acima da reta, tem- se a condição de torque negativo e no semiplano abaixo, a condição de torque positivo. O torque máximo do relé, como se pode notar pela Equação (10.36), é obtido para , enquanto se verifica também que o torque de operação é tanto maior quanto menor for a tensão presente, conforme Equação (10.27). O ajuste do relé de reatância pode ser feito a partir da Equação (10.39).

- a equação representa uma expressão polar de uma circunferência, conforme mostrado na _Fig. 10.109. Ela representa o lugar geométrico para o torque nulo do relé;

• o torque positivo está caracterizado para os pontos situados no interior da circunferência;
• o torque negativo está caracterizado pelos pontos situados fora da referida circunferência._

Fig. 10.109 – Relé de distância: expressão de Z Fig. 10.110 – Relé de distância: variável

- (^) se os valores de forem mantidos constantes e se variar o ângulo de projeto , obtém-se diversas circunferências passando pelo ponto 0 no plano R - X, conforme se vê na Fig. _10.110;

• se forem modificados os valores de e mantido constante o ângulo , obtém-se uma família de_ circunferências passando pelo ponto comum no plano R - X, conforme mostra a Fig. 10.111.

q

X

0 R

(K 2 /K 1 )c

(K 2 /K 1 )b

(K 2 /K 1 )a

A

B

C

Fig. 10.111 – Característica do relé de distância

O relé de distância à admitância é constituído normalmente das seguintes unidades:

_- unidade de partida, em geral do tipo direcional;

• unidade de medida de admitância , compostos por três unidades:._

Como os relés de distância à impedância, os relés de distância à admitância são caracterizados pelas zonas de proteção que podem atingir em função dos ajustes empregados nas unidades MHO. O diagrama de comando simplificado é visto na Fig. 10.112.

Fig. 10.112 – Diagrama de comando do relé de admitância

A impedância do transformador de 20 MVA vale:

(Capítulo 12)

A impedância média ôhmica vale aproximadamente:

fase

b) Cálculo da RTP

• tensão no primário do TP;
• tensão no secundária do TP.

c) Cálculo do RTC

(capacidade de corrente do condutor: Tab. 4.33 do Capítulo 4)

Logo, a RTC1 = 500 - 5: 100

d) Relação RTP/RTC

e) Determinação das distâncias de proteção

- Primeira zona:

A distância protegida vale:

Ou ainda, neste caso simples:

- Segunda zona:

Deve cobrir 50% do comprimento da linha.

A distância protegida vale:

Ou ainda:

- Terceira zona:

Deve cobrir o sistema além do transformador de 20 MVA.

A distância protegida vale:

A Fig. 10.113 mostra o gráfico de escalonamento das distâncias de proteção do sistema.

f) Ângulo de linha

A resistência do transformador vale:

Logo, a resistência e reatância totais do sistema valem:

Os relés digitais dispõem, geralmente, de quatro zonas de proteção independentes. As características básicas dessas unidades são:

a) Características de impedância

Essa característica é utilizada pelos relés para realizar a medição de distância das faltas.

b) Característica de reatância

Neste caso, o ajuste a considerar leva em conta somente a reatância do sistema.

c) Característica MHO

Em geral, os relés digitais do tipo MHO são polarizados pela corrente de seqüência positiva correspondente à fase considerada.

3.2 - Unidade de supervisão para frente e para trás

Os relés digitais possuem uma unidade de sobrecorrente que tem a função de supervisionar a operação das unidades de medida de distância, estabelecendo um valor mínimo de corrente de atuação. Essas unidades de supervisão são compostas por uma sub-unidade de supervisão para a frente e uma sub-unidade de supervisão para trás. A unidade de supervisão referida é essencialmente uma unidade de sobrecorrente, sendo sensibilizada pela corrente de fase ou a corrente entre fases cujo valor supere o valor de ajuste. Não tem a função de detectar a direção da falta. Se caracteriza pela função de operação das unidades de medida de cada zona, coordenando o ajuste de direção relacionado no relé.

Fig. 10.114 – Frontal de um relé de distância de fabricação Inepar

3.3 – Sistemas de teleproteção

Alguns relés de distância são complementados com um sistema de teleproteção para atuação quando da ocorrência de faltas na linha não cobertas pela proteção de primeira zona. No sistema de teleproteção os sinais são transferidos de um ponto ao outro extremo de uma linha de transmissão através de diferentes meios de comunicação, ou seja:

a) Onda portadora

Também conhecida como sistema de comunicação carrier. Seu funcionamento se baseia na transferência de uma corrente de baixa tensão, baixa intensidade e alta frequência, variando