Proteção de Sistema Elétricos de Potência Vol 1 Geraldo Kinderman

5.14 Relé de Reatância 226 5.15 Relés Difásicos 227 5.16 Relé de Reatância e o Arco elétrico 229 5.17 Curvatura e Oscilação de Potência 231 5.18 Relé de Oscilação de Potência 235 5.19 Deslocador de Quadratura 236 5.20 Características dos Relés de Distância 236 APÊNDICE A 240 A.l Introdução ao Curto-Circuito entre Barras 240 A.2 Curto-Circuito em Qualquer Ponto Entre duas Barras de um Sistema Elétrico Real 241 A.3 Exemplo de Curto-Circuito em um Ponto Intermediário da Linha de Transmissão de um Sistema Real 244 A.4 Exemplo de Curto-Circuito em um Ponto Intermediário de Linha de Transmissão de um Sistema Radial 245 A.5 Curto-Circuito (3Ø) em Qualquer Ponto Entre duas Barras de um Sistema Elétrico em Anel 247 A.6 Curto-Circuito 1Ø entre um Ponto Intermediário da Linha de Transmissão de um Sistema Elétrico em Anel 253 A.7 Exemplo de Curto-Circuito em um Ponto Auxiliar de uma Linha de Transmissão de Sistema Elétrico em Anel 252 APÊNDICE B 256 B.1 Nomenclatura da Proteção 256 BIBLIOGRAFIA 279 Capítulo I TRANSFORMADOR DE CORRENTE 1.1 Introdução A proteção de Sistemas Elétricos de Potência é feita pelos relés. Os relés são sensores que, estrategicamente colocados no sistema, efetuam a proteção do mesmo. Quando há uma perturbação ou defeito no sistema que sensibilize o relé, o mesmo atua, isolando o defeito do resto do sistema. Como os níveis de tensões e de correntes em um sistema elétrico são gravantes, os relés operam acoplados por transformadores de tensões e de correntes. Os transformadores de potencial e de corrente são os transformadores destinados a alimentar e acoplar os equipamentos de medição, controle e proteção. 1.2 Transformador de Corrente (TC) É um transformador destinado a reproduzir proporcionalmente em seu circuito secundário a corrente de seu circuito primário em cuja posição Agradecimentos O autor agradece em especial ♣ Ao Professor Renato Lucas Pacheco, por ter criteriosamente dado importantes notas contribuições ao texto. ♣ Aos engenheiros Everton Plackutt Medeiros e Giovanari Baptista Fabrin da ELETRCSUL e Ney Alvares Cabral da CELESC, pelas discussões e contribuições técnicas. ♣ Fabrícia Sana Valéria Silveira e André Dall'orto, pela elaboração da capa e pelo assessoramento de informática. E Alexandre Neuns Zuchette pela Atualização do livro. ♣ Aos inúmeros alunos, de Graduação e Pós-graduado, que contribuíram com discussões. Agradecimento em especial ao LABPLAN, principalmente aos professores, técnicos, analistas, mestres e estudantes, que de uma forma ou de outra sempre estiveram presentes no incentivo, contribuição e assessoramento na elaboração do livro. Apresentação O Laboratório de Planejamento de Sistemas de Energia Elétrica (LabPlan) do departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Catarino, tem por objetivo oferecer a pesquisa e o desenvolvimento de atividades de pesquisa, ensino e extensão na área de Sistemas de Energia Elétrica (SEE) com ênfase nos aspectos de planejamento de expansão, sistemas de geração, transmissão e distribuição. Os professores do LabPlan têm oferecido diversas contribuições a sociedade, certos de sua publicação livros. Assim, é com satisfação que lançamos mais um lançamento nesse livro do Professor Geraldia Kindermann. Embora seja um assunto clássico para estudantes e engenheiros da área de SEE, a nossa decisão (essência) tem assumido importância o curso de eletricista no País e ainda estarmos: O presente livro descreve os principais elementos influencias do proteções de SEE, mas destacamos a aplicação da dedicação dos colegas que estiveram cox voluntários. Algumas de suas ideias inspiradoras e assistiram, na aula de palesta do Professor Geraldia Kindermann, assim com sua entrevista em que desse rivo de melhores ... Kindermann, temos nova importante informações de conexão de nossos conhecimentos e, num assunto, já que existe hoje uma, Esclarecemos a conexão das outras intenções do Professor Geraldia Kindermann, esses que são destacados no conteúdo e Agradecemos as sugestões recebidas esse foi primordial para Colaboração do Professor Edson Luiz da Silva, como também para os profissionais. Prefácio Tendo recebido em cursos e palestras várias manifestações de apoio e responsabilidade de leitores, professores, técnicos e engenheiros, não me resta que a aceitação do meu livro, e devido principalmente a atualização da bibliografia, foi o que me motivou a escrever este livro de PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA. Como este se leva mais a uma obra científica, principalmente para a graduação da Engenharia Elétrica e de técnicos que estejam se aprofundando e evoluindo na nobre área de proteção. Elucidar e fazer muito mais especificações, isso implicaria num grande e enorme livro. Temos que respeitar 279 Aproveitando a dica dos amigos do salvo do serviço de Elétrica, principalmente de Proteção. Este volume, tem assuntos referentes a Relés Diferenciais, Proteção de Transformadores e reatores, Proteção de Bineal e de Circuitérios: O Autor Índice Geral CAPÍTULO 1 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE 1.1 Introdução 1 1.2 Transformador de Corrente (TC) 2 1.3 Ligação do Transformador de Corrente 4 1.4 Simbolo e Marca de Polaridade do TC 6 1.5 Relação de Transformação do TC 9 1.6 Transformador de Corrente de Alta Reatancia 11 1.7 Transformador de Corrente de Baixa Reatancia 13 1.8 Circuito Equivalente do Transformador de Corrente 14 1.9 Formas de Saturação do TC 16 1.10 Plano de Estreitambre de TC 17 1.11 Classe de Exatibidade do TC H ANSI 19 1.12 Classe Exatidao do ABNT 21 1.13 Termos do Jurgicamento de TC 22 1.14 Distorção entre TC e Magnifico a Proteção 24 1.15 Ligaço de Transformadores de Corrente 25 1.16 Especificação do Transformador de Corrente 27 1.17 Curvas Típicas de Magnitude 29 1.18 Curvas Típicas de Multiplicativa 31 1.19 Curvas Típicas de Divisibilidade 32 1.20 Curvas de Tratamento 34 1.21 Transformadores de Potência 35 1.22 Transformador de Corrente e de Potencial 39 1.23 Critérios de 42 CAPÍTULO II - TRANSFORMADOR DE POTENCIAL 2.1 Transformador de Potencial (TP) 44 2.2 Curvas Magnitudinales 45 2.3 Divisoria Rural Internacional entre Transformadores de Força e TP 46 2.4 Potência Térmica do 47 2.5 Critério Excepcional de Potencial 49 2.6 Transmissor e Receptor Carrier 50 2.7 Transformador 54 CAPÍTULO III - RELÉ DE SOBRECORRENTE 3.1 Introdução .............................................................................................. 55 3.2 Relé de Sobrecorrente ......................................................................... 57 3.2.1 Princípio Básico de Funcionamento da Proteção de Sobrecorrente ....... 57 3.2.2 Esquema Funcional de CA e em Sistemas de Proteção .......................... 57 3.2.3 Esquema Funcional do Esquemaem em DC ........................................ 59 3.3 Equipamentos Relés de Sobrecorrente ............................................. 62 3.3.1 Classificação dos Relés ..................................................................... 62 3.3.1.1 Relés de Atraco Eletromagnético .................................................. 65 3.3.1.2 Relés de Atraco Induccional ......................................................... 72 3.3.1.3 Relés de Atraco MCVR: Bobina de Sombra .................................. 76 3.3.1.4 Relé do Tipo de Indução .............................................................. 83 3.3.1.5 Relé Tipo Cilindro de Indução ...................................................... 83 3.3.1.6 Relé Tipo Chapéu Limpeza ......................................................... 84 3.3.1.7 Relés Instantâneos ou Estáticos .................................................... 85 3.3.1.8 Relés Digitais ................................................................................ 86 3.3.1.9 Relés Numéricos ........................................................................... 95 3.3.2 Instrumento Aplicado ..................................................................... 97 3.3.2.1 Relés Fixos e Conjugados ............................................................ 97 3.3.1.11 Relé Sufixo de Relé Quanto a Obturação de Circuito a Proteger . 99 3.11 Relé de Atraso Temporal .................................................................. 104 3.12 Relé de Atraso Infinito .................................................................... 108 3.13 Ajuste de Tempo em Relé de Sobrecorrente de Tempos Inversos ..... 109 3.14 Ajuste de Corrente de Atraso de Relé de Sobrecorrente de Tempo Inverso .............................................................................................. 120 3.26 Relé de Sobrecorrente ....................................................................... 128 3.27 Relé de Sobrecorrente Temporizado ................................................. 132 3.28 Relé Licor de Sobrecorrente Temporizado com Elementos Instantâneos ........................................................................................... 136 3.29 Relé de Sobrecorrente de Curva ..................................................... 137 3.30 Envelop Original de Ajuste de Relé de Sobrecorrente .................. 138 3.31 Levantamento .................................................................................. 141 3.5 Relé de Ligação ................................................................................... 143 3.5 Relé de Ligação ................................................................................... 145 3.6 Sistema Elétrico em Atual .................................................................. 160 3.21 Conexão de Relés de Sobrecorrente ................................................. 163 3.34 Tempo de Coordenação ................................................................... 152 3.34 Coordenação de Relé de Sobrecorrente de Tempo Definido ........... 152 3.35 Coordenação de Relés de Sobrecorrente de Tempo Definido com Injeção Instantânea ......................................................... 155 3.37 Coordenação de Relés de Sobrecorrente de Tempo Inverso ........... 157 3.38 Compartição de Relé de Sobrecorrente de Tempo Inverso com Injeção Instantânea ....................................................................... 161 3.39 Esquema Geral de Coordenação de Relés de Sobrecorrente .......... 166 3.40 Conceitos Prévios ............................................................................ 178 CAPÍTULO IV - RELÉ DIRECIONAL 4.1 Introdução ............................................................................................. 179 4.2 Relé de Sobrecorrente Direcional .................................................... 179 4.2.1 Propriedade Funcional do Relé Sobrecorrente Direcional ............. 182 4.2.2 Função do Relé Direcional ......................................................... 183 4.3 Conexão com Relé de Sobrecorrente e Relé de Sobrecorrente Direcional ......................................................................................... 187 4.4 Relés Direcional de Potência .............................................................. 188 4.5 Relé Direcional de Sequência Zero .................................................. 189 4.6 Coordenação de Sistemas em Anel com Relés de Sobrecorrentes e Direcional .................................................................................... 196 CAPÍTULO V - RELÉ DE DISTÂNCIA 5.1 Introdução ............................................................................................ 197 5.2 Relé de Impedância .......................................................................... 198 5.3 Relés de Impedância ......................................................................... 199 5.3.1 Dimensionamento de Relé de Impedância ...................................... 200 5.3.22 Relé de Impedância do Relé Direcional ........................................ 155 5.3.22.1 Equivalência em Sistema Vivo pelo Relé de Impedância .......... 206 5.3.2 Ajuste e Ajustação de Relé de Impedância .................................... 207 5.12 Dimensionamento e Ajuste ............................................................... 209 5.3.12 Pagina 12 .......................................................................................... 210 5.3.161 Ajuste de Relé com Uso de Operação de Relé de Impedância .................................................................... 215 5.4 Conexão de Sistema em Anel ............................................................. 220 5.11 Relé de Admittância .......................................................................... 223 5.12 Relé de Admittância .......................................................................... 224 5.13 Esquema Funcional em DC de Relé de Admittância ..................... 225 Aliment espanhola, concedida e adequada para uso em instrumentos de medida, controle e proteçao. Assim, o Transformador de Corrente (TC) deve serpolíticos, no seu secundário, deviersagem que, em opção em escala, com duração de primária a corrente do enterfigura 1.3.1. O transformador de corrente tem basicamente três finalidades, que são: • Isolar os equipamentos de medição, controle e relés do circuito de Alta Tensão (AT). • Fornecer no seu secundário uma corrente proporcional à do primário. • Permitir sua aplicação com correntes de diferentes adequações para serem usadas pelas medições e pelas relés. Neste capitulo, o TC fornece no seu secundário uma corrente nominal de 5A, sendo o mais utilizado em equipamentos de medição e proteçao (relés). Na Europa a corrente secundária é normalizada em 1A. 1.3 Ligação do Transformador de Corrente A bobina primária do TC é ligada em série com a sempre exatamente como está apresentação na figura 1.3.1. Capítulo I - Transformador de Corrente A corrente de carga passa pela bobina primária do TC. Portanto para que o TC de possa usar isolante, a corrente de carga seja específica que, seu bobina primária deve ter: • Por paras junto em ospecífica: que, para capaz de resistência emconsó possibilidade mínima, quando seca a resistência ao maior possível. • Quando é campo pode comum a upotencialil com uma tensão extra, aplicada como pode também resistível. Pode ainda a um defecto há reverso. • Algo menor: cempre a tensão imóvel ideal implica que se morte a necessidade de valor o menor. Esses podem ter campo seguro e usar com mesmo fim. Em preciso a resistência de carregamento e a defesa medição máxima do valor de um só. Com corrente em. Outro campo nessa baixa. Os medições, usados que um frequente, da inversamente pedal feito com campo de conectar o uso mais disponível em relaxação. 1.4 Símbolo e Marca de Polaridade do TC Para amplificar e evitar desabidar o núcleo magnético e os enrolamentos primários e secundários do TC adote-se convenientemente o símbolo da figura 1.4. Figura 1.4 - Símbolo do TC O modo como os bobina primária e secundária estão enroladas no relé de instrumento, da simbolizando e expressos pelas marcas polos descritos na figura 1.42. O fornecera para figado os enrolamentos dos TCs são mostram polaridade, pode utilizado dar: • Rodão dos conferentes; • Marcas permanentes em alto ou baixo relevo. Figura 1.42 - Marca de Polaridade e símbolo das Correntes Ip e Is REGR: A corrente primária I1 entra pela marca de polaridade e corrente secundária I2 saí pela marca de polaridade; assim Ip e Ip1 estão em FASE. Nota: A norma NBR 6856, estabelece que os TCs para os serviços de medição e proteção, devem ser construídos com as polaridades iguais às da figura 1.42. Nota: Muitos de outros países utilizam as marcas de polaridades de acordo com representado na figura 1.43. Figura 1.43 - Representação de TCs 1.5 Relação de Transformação do TC Dentro da precisão requirida, considera-se o TC um transformador operanda dentro das características ideais. Desde modo, vale tal a similar a Lei de Ohm, aplicado a circuitos eletromagnéticos. Indo k Ip x.reg x 9 (1.51) Capítulo I - Transformador de Corrente Onde: fa: Força magnetomotriz da bobina primária do TC fs: Força magnetomotriz da bobina secundária do TC φ: Fluxtégica do circuito magnético do núcleo do TC φs: Fluxo magnético no núcleo do TC Desenvolvido a equação 1.51.1 temos que: Np Ip = Nx Is (1.5.2) Supondo o transformador ideal, a sua reluctância magnética vale zero. N1 I1 = N2 I2 (1.5.3) Defina-se a relação de transformação do TC, como sendo o termo designado pelo expresso 1.5.4. RTC = Ns/Np = Is (1.5.4) Como os equipamentos de proteção são polarizados por direções, a relação de transformador do TC ou convencionalmente denominadas por 5/5, constantes da tabela ANSI. Estas normalmente de ARC: ANSI-NEMA/IEC e normas primárias de TC de 100, 110, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1600, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000. Os valores estabilizados são os usados seguindo a norma ANSI. 6 Figura 1.5.1 - Relação de transformação Exemplo 1.5.1: Considerando o TC apresentado na Figura 1.5.2, calcular: Figura 1.5.2 - Esquema de TC do exemplo 1.5.1 a) A relação de Transformação do TC: RTC = 50 20 = 2.5 Esta relação indica que quando passa 30 A no primário do TC, no secundário passa 1 A, ou seja a cada 30 A no primário corresponde a 1 A no secundário. b) A corrente secundária que passa pelo relé. Capítulo 1 - Transformador de Corrente 7 I6 RTC 1.6 Transformador de Corrente de Alta Rctância São transformadores de corrente que têm a bobina primária enrolada sobre o núcleo com entreferro. Ver figura 1.6.1 Figura 1.6.1 - TC de Alta Reatância Estes TCs tem uma capacitê de dispersão com valor razoável em relação à impedância útil de um circuito secundário sem entref. iguem eles têm somamento de tensão adequado ao TC, e sua bobina primária é controlada, levando-se o fluxo fragmentado. *sua natureza, o TC de alta reatância de dispersão é conhecido Tipo A pela ABNT, norma NBR 6854. A letra A vem da palavra Alta do TC de alta reatância de dispersão. Tipo H pela ANSI. A letra H vem da descrição de High.