Análise de Atuações de Proteção
Diferencial em Geradores Síncronos
Santos-SP, 2 de Outubro de 2014
Engº Alan de Sousa e Silva
RESUMO
• Abordagem de conceitos teóricos e básicos em relação à proteção
diferencial e suas aplicações típicas no âmbito da proteção de
geradores síncronos.
• Abordagem de conceitos relativos à influência das componentes
harmônicas na atuação da proteção diferencial em geradores
síncronos, através do relato de uma pesquisa realizada sobre uma
ocorrência correlativa em geradores da Endesa Cachoeira.
Alan de Sousa e Silva
Alan de Sousa e Silva
ELEMENTOS DA PROTEÇÃO DIFERENCIAL
• Transformadores de Corrente (TCs);
• Zona Protegida;
• Malha Diferencial;
• Relé Diferencial.
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FUNCIONAMENTO DA PROTEÇÃO DIFERENCIAL
• Sua atuação depende basicamente da circulação de corrente no relé
diferencial.
i1
i2
i1 – i2
i1
i2
» se i1 – i2 = 0, então a proteção diferencial não opera.
» se i1 – i2 ≠ 0, então a proteção diferencial opera.
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FUNCIONAMENTO DA PROTEÇÃO DIFERENCIAL
• Em uma situação normal de operação ou com falha externa a zona
protegida.
i1
i2
i1 – i2 = 0
i1
i2
A proteção diferencial não opera, pois i1 – i2 = 0
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FUNCIONAMENTO DA PROTEÇÃO DIFERENCIAL
• Em uma situação com falha interna a zona protegida.
i1
i2
i1 – i2 ≠= 0
i1
i2
A proteção diferencial opera, pois i1 – i2 ≠ 0
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APLICAÇÕES DA PROTEÇÃO DIFERENCIAL
• Barramentos;
• Transformadores;
• Linhas de Transmissão;
• Geradores.
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PROTEÇÃO DIFERENCIAL EM GERADORES SÍNCRONOS
• É utilizada para proteção interna dos geradores contra :
» Curto-Circuito Bifásico;
» Curto-Circuito Trifásico;
» Curto-Circuito Bifásico à Terra;
» Curto-Circuito entre Espiras.
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PROTEÇÃO DIFERENCIAL EM GERADORES SÍNCRONOS
• Em uma situação normal de operação
GERADOR
DISJUNTOR
87-C
‘
87-B
‘
87-A
‘
A proteção diferencial não opera
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PROTEÇÃO DIFERENCIAL EM GERADORES SÍNCRONOS
• Em uma situação de curto-circuito bifásico interno à zona protegida
GERADOR
DISJUNTOR
87-C
‘
87-B
‘
87-A
‘
A proteção diferencial opera
Alan de Sousa e Silva
PROTEÇÃO DIFERENCIAL EM GERADORES SÍNCRONOS
• Em uma situação de curto-circuito trifásico interno a zona protegida
GERADOR
DISJUNTOR
87-C
‘
87-B
‘
87-A
‘
A proteção diferencial opera
Alan de Sousa e Silva
PROTEÇÃO DIFERENCIAL EM GERADORES SÍNCRONOS
• Situação de curto-circuito bifásico à terra Interno à zona protegida
GERADOR
DISJUNTOR
87-C
‘
87-B
‘
87-A
‘
A proteção diferencial opera
Alan de Sousa e Silva
PROTEÇÃO DIFERENCIAL EM GERADORES SÍNCRONOS
• Em uma situação normal de operação
GERADOR
87-A
87-B
87-C
A proteção diferencial não opera
Alan de Sousa e Silva
DISJUNTOR
PROTEÇÃO DIFERENCIAL EM GERADORES SÍNCRONOS
• Em uma situação de curto-circuito entre espiras
GERADOR
87-A
87-B
‘
87-C
A proteção diferencial opera
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DISJUNTOR
CASO DE OCORRÊNCIA DE ATUAÇÕES DE PROTEÇÃO 87
EM GERADORES DA ENDESA CACHOEIRA
• Descrição da Ocorrência
SUBESTAÇÃO
LT1
BARRAMENTO DE 138kV
UG1
UG2
UG3
USINA HIDRELÉTRICA
UG4
LT2
LT3
AUTOTRAFO
UG5
BARRAMENTO DE 230kV
UG6
UG7
UG8
POTÊNCIA
REVERSA
ATUAÇÃO PROTEÇÃO DIFERENCIAL (87)
Alan de Sousa e Silva
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UG9
FALHA
NO RTV
UG10
COMANDO
FALHA
NO
PARA
RTV
DESCONEXÃO
CASO DE OCORRÊNCIA DE ATUAÇÕES DE PROTEÇÃO 87
EM GERADORES DA ENDESA CACHOEIRA
• Procedimentos para Identificação da Causa da Atuação:
» Interpretação preliminar da causa da atuação da proteção 87;
– Foi caracterizada como sistêmica devido ao fato de várias
UGs terem sido bloqueadas simultaneamente.
» Coleta e análise dos registros oscilográficos das unidades
geradoras;
– Foi confirmado que os parâmetros de atuação da proteção
87 das UGs foram atingidos.
– Identificação da presença de harmônicos de 2º, 3º, 4º e 5º
ordem e sua influência na atuação da proteção 87.
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CASO DE OCORRÊNCIA DE ATUAÇÕES DE PROTEÇÃO 87
EM GERADORES DA ENDESA CACHOEIRA
• Confirmação do alcance dos parâmetros de atuação da proteção 87
i1 – i2 ≥ 0,30A
e
se
, então a proteção 87 opera.
1 ciclo
(16,67ms)
PROTEÇÃO 87-UG3
Oscilografia relé da UG3: correntes RMS do secundário dos TCs
CICLOS
IA
IB
IC
Ia
Ib
Ic
difA
difB
difC
1
3,88
4,48
3,41
3,81
5,04
3,42
0,07
0,56
0,01
0,75
3,66
4,55
3,32
3,66
5,01
3,33
0,00
0,46
0,01
0,5
4,00
4,11
3,18
3,98
4,62
3,18
0,02
0,51
0,00
0,25
3,06
1,98
3,12
3,18
3,19
3,13
0,12
1,21
0,01
0
2,30
2,29
2,96
2,45
2,72
2,96
0,15
0,43
0,00
ATUAÇÃO PROTEÇÃO (87) DA FASE B
Alan de Sousa e Silva
CASO DE OCORRÊNCIA DE ATUAÇÕES DE PROTEÇÃO 87
EM GERADORES DA ENDESA CACHOEIRA
• Identificação da presença de harmônicos e sua influência na atuação
da proteção 87
CORRENTE
2ª ORDEM
HARMÔNICAS
DIFERENCIAL
2ª ORDEM
3ª ORDEM
4ª ORDEM
5ª ORDEM
FASE A
0,13
0,04
0,14
0,09
FASE B
0,65
0,38
0,30
0,16
FASE C
0,00
0,00
0,00
0,00
3ª ORDEM
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4ª ORDEM
5ª ORDEM
CONCLUSÕES
• A presença de componentes harmônicas pode provocar uma
atuação indevida da proteção diferencial em UGs.
• É recomendável considerar o comportamento dos sistemas de
proteção diante de eventuais incidências de componentes
harmônicas.
Alan de Sousa e Silva
CONCLUSÕES
• Soluções práticas para referida ocorrência da UHE:
» Substituição dos TCs que apresentaram comportamentos
inadequados diante da presença de distúrbios harmônicos;
» Instalação de filtros para componentes harmônicas.
Alan de Sousa e Silva
CONCLUSÕES
• Vantagens das soluções para referida ocorrência da UHE:
» A indisponibilidade da UG seria previamente programada;
» Redução de ônus adicionais referentes a multas por
desligamentos emergenciais e indisponibilidade forçada.
Alan de Sousa e Silva
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• ARAÚJO, Carlos André et al. Proteção de sistemas elétricos. Rio de Janeiro:
Interciência: Light, 2002.
• BECKWITH, Electric. Tutorial de protecciones de generadores sincrónicos. [S.l.:
s.n.], [200-?].
• CAMINHA, Amadeu Casal. Introdução à proteção dos sistemas elétricos. São
Paulo: Edgard Blücher, 1977.
• FLACH, Elton. Desempenho da proteção diferencial de transformadores em
sistemas de potência. 2008, 109p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008.
• MAMEDE FILHO, João. Manual de equipamentos elétricos. 03 ed. Rio de Janeiro:
LTC, 2009.
• RESENDE, Wilson Resende. Harmônicos em sistemas elétricos. [S.l.: s.n.], [200-?].
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