PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
Helena Santos
SISTEMAS DE PROTECÇÃO
Vítor Marques
José Forte
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
DEFINIÇÃO DE BARRAMENTO E SEUS SISTEMAS DE PROTECÇÃO
• BARRAMENTO: Elemento crítico de um sistema eléctrico de energia, sendo
um ponto de convergência de alguns circuitos eléctricos, tais como:
Linhas de transmissão
Geradores
Cargas
Transformadores
• Sistema comum de protecção de um Barramento:
Formado por um conjunto de TI´s e relés de detecção de defeitos e ordem de
disparo
Exemplo:
• Cuja função é proteger:
A zona do barramento
Os aparelhos de comutação
Os aparelhos de acoplamento de barramentos
Os dispositivos de corte e se necessário os transformadores das subestações
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
FUNÇÃO E IMPORTÂNCIA
•
A protecção de barramentos procura limitar o impacto do defeito do
barramento do resto da rede, por conseguinte as suas protecções têm de
ser específicas para prevenir disparos desnecessários e selectivos,
disparando somente os aparelhos de corte necessários para eliminar o
defeito.
•
Dentro da zona protegida obtemos assim zonas limitadas pelos orgãos de
corte ou TI´s, de modo a ser possível desligar a zona, entradas ou saídas
afectadas sem a necessidade de cortar todo o barramento.
•
Os defeitos nos barramentos são raros, portanto os relés que asseguram a
sua protecção poderão têm solicitações muito espaçadas, pelo que se
torna relevante a inspecção e manutenção periódica, de modo que sejam
assegurados os seus padrões de estabilidade eléctrica e mecânica.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
CARACTERÍSTICAS DAS PROTECÇÕES
•
Características Específicas dos relés :
Têm de ter tempos de actuação curtos
Devem operar apenas nos defeitos internos
Devem operar apenas na zona do barramento afectada
Devem ser imunes a operações erradas
Têm de ser seguros e de grande fiabilidade
•
Os esquemas de protecção de barramentos baseiam-se nas Leis
de Kirchhoff, onde:
Segundo a Lei dos nós, o somatório de todas as
correntes que entram é igual ao somatórios de todas
as correntes que saem
Se esta Lei não se verificar é sinal que existe um
defeito dentro da zona de protecção do barramento
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
Data
Acontecimento
Anos 30
A protecção de barramentos começa a sofrer algumas
mudanças, uma vez que até esta altura não houve sérias
preocupações no que diz respeito à protecção dos
barramentos como unidades independentes
Anos 50
Começaram a ser feitos esforços no sentido de melhorar
a segurança de exploração, procurando diminuir os
disparos intempestivos
Anos 60
A rapidez de actuação dos sistemas de protecção passou
a ser uma grande prioridade com a introdução de grandes
subestações e elevados níveis de tensões de transporte
Actualmente Verifica-se a entrada no mercado das protecções digitais,
sendo a rapidez, fiabilidade, segurança e versatilidade
elementos preponderantes na escolha dos sistemas de
protecção
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
CONFIGURAÇÕES DE BARRAMENTOS
• BARRAMENTO SIMPLES
• BARRAMENTO EM ANEL
• BARRAMENTO DUPLO
• BARRAMENTO PRINCIPAL COM
BARRAMENTO DE TRANSFERÊNCIA
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
CONFIGURAÇÕES DE BARRAMENTOS
• BARRAMENTO DUPLO COM
POSSIBILIDADE DE DIVISÃO
• BARRAMENTO MULTIPLO
COM ACOLPLAMENTO
• BARRAMENTO DUPLO COM
ELEMENTO DE CORTE ÚNICO
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
FACTORES A TER EM CONTA NO DIMENSIONAMENTO
DE PROTECÇÕES DE BARRAMENTOS
• Valores máximos e mínimos das correntes de defeito no barramento
(defeitos monofásicos fase-terra e defeito trifásico)
•
Informações sobre os TI´s: Localização
Razão de transformação
Classe de precisão
Curvas de saturação
Exemplo de TI´s
•
Velocidade de operação de actuação da protecção ( temporizações
por nível de alarme )
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
INFLUÊNCIA DOS TRANSFORMADORES DE INTENSIDADE (TI´s)
Existem 2 tipos de enrolamentos de transformador de corrente:
1) Enrolamento de medição
(serve para medir correntes e contadores de energia, é linear,
constituindo uma imagem mais perfeita das correntes do primário
e satura mais rapidamente a correntes de defeito de modo a
proteger os aparelhos de medida).
2) Enrolamento de protecção
(são uma imagem menos perfeita da corrente medida no primário e a
saturação com correntes de defeito é mais lenta mas acontece
diminuindo a acção da protecção dos barramentos).
•
A saturação ac e/ dc do núcleo do TI, faz com que as correntes
no secundário dos TI´s não sejam uma réplica perfeita do primário
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
INFLUÊNCIA DOS TRANSFORMADORES DE INTENSIDADE (TI´s)
•
PROCESSOS DE RESOLUÇÃO DO PROBLEMA:
1.
2.
Eliminação do ferro do núcleo dos TI´s.
Utilização de sistemas com relés diferenciais
percentuais, com várias bobinas de retenção,
especialmente insensíveis à saturação dc.
Utilização de um relé diferencial de alta impedância
contendo um circuito ressonante série, para limitar a
sensibilidade à saturação os TI´s.
Utilização de um relé diferencial com retenção de
alta impedância moderada, para limitar a
sensibilidade à saturação dc.
3.
4.
sistemas de Acopladores
Lineares LC
ex: sistemas de relés CA-16
ex: sistemas de relés KAB
ex: sistemas REB-100
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO CONTRA CURTO-CIRCUITOS FASE-TERRA
Versus
PROTECÇÃO CONTRA CURTO-CIRCUITOS FASE-FASE E FASE-TERRA
•
Na fase de projecto, a planta do edifício de uma subestação condicionará o tipo
de esquema de protecção a instalar, dependendo dos edifícios permitirem ou
não a comutação com segregação das 3 fases.
•
Se houver comutação com segregação de fases, ao nível dos terminais de
comutação ou ligação quer ao longo de todo o barramento, podemos ter
2 tipos de protecções:
Para tensões reduzidas
Temos apenas a Protecção a defeitos fase-terra
Para tensões acima dos 6KV
Temos a protecção a defeitos fase-fase e fase-terra
•
Se não houver qualquer segregação de fases, teremos protecções para defeitos
fase-terra e fase-fase
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÕES DIGITAIS
•
Antigamente os barramentos simples eram protegidos com TI
dedicados, um esquema de protecção seguro com vários anos de
prática e bons resultados em termos práticos.
•
No entanto com a introdução de um novo tipo de geração (energias
renováveis) nos sistemas eléctricos a curto médio prazo, as antigas
configurações simples de barramentos levarão a um novo tipo de
configurações, (um n. elevado de configurações diferentes de
barramento), levando à saturação dos TI devido ao aumento
exponencial da corrente de defeito.
•
Os antigos esquemas de protecção enfrentam inúmeros problemas
quando aplicados a configurações complexas, já que muitas vezes
as zonas de protecção têm de ser configuradas de acordo com a
configuração actual do barramento.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÕES DIGITAIS DE BARRAMENTO
•
São ideais para configurações complexas de barramento
•
As zonas de protecção óptimas são calculadas pelas protecções
através da abertura ou fecho dos aparelhos de corte por software,
mantendo operacionais e sem corte as correntes normais de
funcionamento.
•
Face a eventuais falhas dos aparelhos de corte ou de comunicação,
têm a vantagem de guardar o histórico das correntes para uma
melhor análise dos defeitos e das várias configurações de protecção
de acordo com a configuração actual do barramento.
•
O problema dos custos associados às protecções, tem diminuído
devido à introdução de protecções baseadas em microprocessadores que protegem os barramentos com dados somente de
1 fase da corrente, reduzindo bastante os encargos com TI e
melhorando a qualidade de protecção devido a melhores tempos de
actuação e melhores algoritmos de protecção.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROBLEMA DAS PROTECÇÕES DIGITAIS
•
No processamento de vários dados, muitos valores de corrente e
tensão há problemas em trazer as informações à protecção isto é
um número elevado de entradas digitais e analógicas.
•
Um grande número de entradas digitais (entradas que variam entre
estado por exemplo para 4 estados : 0 – inválido (a abrir); 1 aparelho de corte aberto; 2- aparelho de corte fechado; 3 – inválido
(a fechar)) são necessárias a fim de monitorizar o estado de
múltiplos aparelhos de corte e simular várias situações de corte.
•
Grande número de saídas de disparo de modo a poder controlar a
abertura e fecho de aparelhos de corte, que poderão ser disparados
individualmente ou colectivamente.
•
Várias zonas de protecção são necessárias para proteger diferentes
zonas do barramento, dependendo da configuração actual,
implicando um grande poder de processamento da protecção.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO COMBINADA
•
A protecção do barramentos e do banco de transformador como
unidades distintas, tem como objectivos garantir:
Uma continuidade de serviço máxima
Uma sensibilidade máxima
Uma segurança máxima
•
No entanto a necessidade de protecção de ambas as unidades
numa só zona diferencial assenta em 2 factores fundamentais:
Factor económico
Localização dos TI´s
Exemplo de protecção:
sistemas de relés com bobinas de limitação múltipla
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DE RESERVA
•
Este tipo de protecção é utilizado habitualmente em subestações
de pequenas redes radiais no nível mais baixo de distribuição,
onde até a mais simples forma de protecção pelo seu custo
económico pode não ser justificável.
•
1.
Medidas de melhoramento da segurança de fornecimento:
Quando permitidas pela configuração das subestações,
procura-se projectar a protecção de modo a dividir o barramento
em secções
Disparando apenas as saídas de uma das secções
Disparando sequencialmente as outras saídas se após uma
temporização ainda existir corrente de defeito
2.
3.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DE RESERVA
Para um defeito em K, B1 é a protecção Primária e A1 é a
protecção Secundária ou de Reserva
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
Tipos de Protecção de Barramentos
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Na protecção por ligação à terra as células de comutação têm de estar inter conectadas e isoladas do terreno, excepto quando através de um ponto que será o
primário de um TI que tem o seu secundário pronto a alimentar um relé instantâneo de
sobrecorrente sempre que acontece um defeito à terra em qualquer zona de protecção
do barramento.
•A protecção por fugas à terra é mais eficiente no caso de células de comutação
monofásicas segregadas e barramentos de fases segregadas desde o projecto e
construção de edifícios, o que deverá eliminar os defeitos fase - fase.
•Não é limitada a este tipo de instalações, torna-se mais eficiente se o isolamento das
células de comutação for incluído desde o inicio no layout da instalação. Deve-se ter
cuidado no sentido de não se verificarem contactos indesejados à terra, sendo o único
contacto através do TI.
•Para evitar tais problemas procede-se ao isolamento das juntas de ligação dos cabos.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Podemos verificar, então na figura abaixo representada:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Apresenta-se, também, o isolamento de uma junta de um cabo principal:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Este tipo de isolamento das juntas dos cabos exige que se coloque o barramento fora de
serviço para se proceder à medição do isolamento de terra.
•A conexão (link connection) permite o teste ao isolamento sem desligar todas as terras
e assim manter o barramento em serviço, para se ultrapassar esta desvantagem usa-se o
método exemplificado no esquema ao lado.15
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Além dos cuidados a ter com os cabos deve-se ter em atenção as fundações em
betão usadas nos edifícios das subestações, os quais são normalmente bons no
isolamento das células de comutação da terra.
•Deve-se ter em atenção que os parafusos de amarração das células estão livres de
qualquer tipo de varetas ou ligações similares de reforço de amarração que
possibilitem o contacto à terra.
•Por outro lado devem ser feitas aberturas nos tubos de ventilação ou condutas com
possíveis ligações à terra que conduzam qualquer cabo secundário.
• Para a execução deste tipo de protecção usam-se normalmente duas barras com
ligação à terra. Cada uma delas percorrendo todo o comprimento do quadro de
distribuição.
• Uma das barras é designada por barra de ligação das células de comutação
(switchgear bonding bar) e liga cada célula de comutação (switchgear) ou estrutura
de trabalho (frame work) entre si. A outra é designada por barra de ligação à terra
das blindagens (bainhas ou revestimento) dos cabos (cable sheath earth bar).
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Método de funcionamento deste tipo de protecção pela análise do esquema:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•O relé 1, alimentado pelo TI acoplado à ligação entre a barra de ligação e a barra de
terra, detecta qualquer defeito à estrutura das células de comutação.
•Pode proceder à actuação de um contacto dc que irá originar o disparo do relé R2. A
actuação do relé R2 vai por sua vez dar ordem de disparo a todos os elementos do
barramento com defeito.
•O método apresentado pelo esquema anterior tem duas desvantagens:
– Pode actuar intempestivamente na presença de correntes parasitas;
– No caso de R1 sofrer uma pancada que o faça actuar inadvertidamente, todo o
barramento ficará automaticamente fora de serviço.
Com o intuito de resolver estes problemas, actualmente, utiliza-se um esquema mais
elaborado.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Podemos corrigir estes defeitos com a inclusão do relé R3, denominado relé de
teste, como é representado no esquema seguinte.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Se por exemplo a alimentação das células de comutação do barramento se dá por um
transformador local, podemos alimentar o relé R3 por um TI acoplado ao neutro do
transformador local.
•Neste caso apenas um defeito à terra nas células de comutação do barramento poderão
causar o disparo de ambos os relés R1 e R3.
•Se não existir nenhum transformador que permita a instalação do TI no seu neutro
podemos aplicar ao neutro de um gerador ou também a uma linha.
•Sendo necessário, no ultimo caso o uso de TI com uma derivação do primário ligada à
terra (core balance c.t.).
•No caso de existir mais do que uma linha de entrada, transformador ou gerador devemos
aplicar os TI’s em paralelo de maneira a que se garanta a operação sempre que algum
dos elementos referidos se encontre fora de serviço, devido a manutenção ou defeito.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Com este tipo de esquema podemos proteger, para além dos barramentos simples,
barramentos com mais do que uma secção e barramentos duplos.
•Esquema de protecção de um barramento simples de duas secções abaixo representado:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Esquema de protecção de um barramento duplo:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR LIGAÇÃO À TERRA
•Os relés normalmente usados para desempenhar as funções dos relés R1 e R3 são do tipo atracção
de armadura e os seus tempos de actuação somados aos dos relés R2 usualmente não excedem os
80ms.
•Por ultimo podemos referir que o isolamento das células de comutação ou estruturas de trabalho
em relação à terra é ligeira, não devendo ser inferior a 10 ohms.
•Para prevenir qualquer quebra de isolamento das bainhas ou revestimento dos cabos, estes terão
de suportar as altas tensões que se podem verificar durante um defeito.
•Deve-se proceder a testes às bainhas e juntas dos cabos principais com picos de tensão na ordem
dos 8000 volts.
•A barra de ligação, a barra de terra, a ligação entre ambas e todas as outras ligações que temos
vindo a referir têm de estar preparadas para transportar as correntes nominais de curta duração
originadas pelas comutações nas células, durante o tempo especificado (normalmente é da ordem
dos 3s).
•Como conclusão podemos referir que este tipo de esquema de protecção se não for considerado
desde o inicio do layout da instalação pode-se tornar dispendioso e pouco prático devido aos
requisitos especiais que tem em termos de construção do edifício.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE
MÁXIMO DE INTENSIDADE
•O esquema para protecção diferencial é obtido através da colocação em paralelo de
TI’s por cada fase de cada entrada do barramento, estando as saídas alimentadas por
reles de máximo de intensidade do tipo disco de indução.
•O conceito de protecção diferencial está exemplificada no seguinte esquema:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE
MÁXIMO DE INTENSIDADE
•Este tipo de esquemas diferencia defeitos externos dos internos:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE
MÁXIMO DE INTENSIDADE
•Com o intuito de diminuir os disparos intempestivos usa se duas linhas defensivas,
uma com relé discriminativos e outra com relé de teste.
•Este tipo de montagem já permite a protecção de barramentos com mais de uma
secção.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE
MÁXIMO DE INTENSIDADE
Esquema de protecção de barramentos duplos:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE
MÁXIMO DE INTENSIDADE
•Existindo apenas a protecção fase- terra, o esquema de protecção das três fases seria:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE
MÁXIMO DE INTENSIDADE
•No caso de todas as entradas no barramento serem quer por cabos unipolares
quer tripolares poderíamos usar TI’s com três enrolamento (core balance ct’s) como
mostra o esquema.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE
MÁXIMO DE INTENSIDADE
•No caso de existir protecção fase-terra e fase-fase teríamos os esquemas seguintes:
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL COM RELÉS DE
MÁXIMO DE INTENSIDADE
•Os relés devem ser ajustados para o máximo de corrente diferencial falsa superior à
de qualquer defeito exterior.
•Pode ser admitida uma pequena saturação ac ou dc, já que os relés de disco de
indução têm uma operação com componentes dc pouco eficiente e não têm disparo
instantâneo.
•No entanto para melhorar a resposta deste sistema a constante de decaimento das
componentes dc tem de ser rápida, limitando a aplicação deste sistema a
subestações de grandes centrais produtoras.
•Embora o custo dos relés seja baixo, o custo em engenharia é elevado, sendo
necessário estudos completos ou grande experiência em aplicações deste género.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
• É possível melhorar a resposta de um sistema de protecção diferencial com a
introdução de uma resistência estabilizadora ou de uma bobina de limitação.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
•Um defeito externo que cause a saturação completa de um Ti’s origina que a sua
reactância de magnetização seja praticamente zero.
A corrente Id que circula através do relé é :
2*RL +RS
Id =IF *
2*RL +RS +Rd
•Com Rd a ser a resistência da parte diferencial do circuito
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
• Para diminuirmos, o erro do sistema temos de diminuir o valor da corrente Id originada pelo
defeito externo e para conseguir isso a melhor maneira para o fazer é aumentar o valor de Rd.
Temos no entanto duas limitações para o aumento de Rd: o aumento da tensão nos Ti’s e o
mínimo valor da corrente para um defeito interno. Rd é então limitada a:
VCL
Rd =
4 * I min ( disparo )
•O objectivo da introdução da bobina de limitação é para fazer com que o relé apenas
responda á componente ac da corrente de defeito.
•Carregando a bobina com a componente dc, limitamos a corrente que percorre o relé.
Melhoramos desta forma a selectividade do sistema de protecção, dado que prevenimos
alguns disparos intempestivos provocados por defeitos Externos.
•Este método apresenta no entanto duas desvantagens: a introdução da bobina,
aumentando os custos, e piora o tempo de resposta do sistema
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR COMPARAÇÃO DIRECCIONAL
•Este tipo de protecção baseia-se no facto de durante um defeito interno a potência fluir
em direcção ao barramento em todos os circuitos ligados a este, enquanto que durante
um defeito externo a potência irá fluir em direcção ao barramento em todos os circuitos
excepto naquele em que se verifica o defeito onde irá fluir no sentido contrário.
•Os esquemas mais antigos representam-se da seguinte forma :
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
Protecção POR
por comparação
direccional
PROTECÇÃO
COMPARAÇÃO
DIRECCIONAL
•Colocavam-se relés direccionais em todos os circuitos do barramento, com os seus
contactos em série com um relé multicontacto que dava ordem de disparo a todos os
elementos de corte.
• Este esquema era, no entanto, pouco utilizado devido á dependência de um elevado nº de
contactos série. Foi ultrapassado por um esquema que superou essa dificuldade.
•O esquema mais recente utiliza relés direccionais com duplo contacto. Todos os
contactos normalmente abertos estão em paralelo e ligados ao relé de disparo (tripping)
enquanto que todos os contactos normalmente fechados estão também em paralelo mas
ligados ao relé de bloqueio (blocking) que pode bloquear o disparo.
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO POR COMPARAÇÃO DIRECCIONAL
•Este tipo de esquema pode ser simplificado pelo uso de relés polifásicos fase - fase.
Os relés para defeitos à terra podem ser polarizados pela corrente de neutro de um TI ou
pelo potencial residual se não existir nenhum neutro à terra. Por outro lado os relés para
defeitos fase - fase, se existirem, podem ser polarizados pelo potencial fase - fase (linha linha) apropriado.
•Estes esquemas têm algumas desvantagens: dificuldades de aplicação em grandes redes,
especialmente de cabos com resistência à terra, enumeras e complexas ligações e remota
possibilidade de os relés direccionais não actuarem correctamente num curto-circuito
trifásico simétrico devido á tensão ser zero.
•A 1ª desvantagem pode, na maior parte dos casos, ser resolvida limitando a tensão, já que
uma característica mho consegue fazer a distinção entre as correntes capacitivas de carga e
a corrente de defeito à terra, ou aplicando relés direccionais de sequência negativa já que as
•correntes capacitivas de carga têm muito pouca componente de sequência negativa.
•A vantagem que estes sistemas têm é que não existe a obrigatoriedade de os ti’s terem a
mesma razão de transformação, podendo mesmo ser utilizados noutros esquemas de
protecção com relés ou para medições
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL
• Sistema mais usado na protecção de barramentos
• Baseia-se na soma vectorial das correntes que entram e saem
da barra, onde, em condições normais de funcionamento, a
corrente que “entra” é igual à corrente que “sai”
• Se a soma das correntes for nula, a protecção não actua
• Quando ocorre um defeito, como por exemplo um defeito
externo, o TI no feeder do defeito “vê” uma corrente não nula
que é a soma das correntes dos outros TI’s da barra e a
protecção actua
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL
• Um dos grandes problemas da protecção diferencial é garantir
a estabilidade durante um defeito
• As características de magnetização de 2 TI nunca são
absolutamente iguais
• Os primeiros 5-6 ciclos de um defeito de corrente externo (ou
interno) podem causar diferentes fenómenos de saturação,
dando origem a uma diferença entre correntes no secundário
• Para evitar accionamentos indesejados de protecções sob estas
condições, podem ser utilizados relés de alta impedância
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
DEFEITOS EXTERNOS
• Quando ocorre um defeito externo bastante acentuado o TI pode saturar
• A sua saída pode
“deficiente” ou seja:
ser
• A soma das correntes no
secundário não será nula
• A corrente resultante do
desequilíbrio fluirá no relé,
provocando a sua actuação
e o consequente desligar
do barramento
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
DEFEITOS EXTERNOS
• Se o relé operar com base na tensão:
• A saturação do TI no feeder do defeito não irá provocar confusão ao
sistema, uma vez que a tensão (relativamente baixa) dos TI será
limitada à queda R*I nos condutores do TI saturado e resistências dos
enrolamentos secundários
• Se o TI não saturar, a tensão
no relé será aproximadamente
nula, uma vez que é conectado
através
de
tensões
de
polaridades opostas
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
DEFEITOS EXTERNOS
• Considere-se a ocorrência de um defeito externo, ilustrado na figura
• Um dos TI’s satura
completamente (B) e o
outro não
• A saída em A será uma
reprodução fiel da corrente
no primário, sendo assim
possível fixar um valor de
nível de operação para o
qual
não
ocorram
actuações
indesejadas
quando ocorrer um defeito
externo
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
DEFEITOS EXTERNOS
• Tendo os TI’s uma reactância baixa, a reactância de fugas do primário
e secundário pode ser desprezada:
Circuito equivalente de um esquema de protecção
de alta impedância
•
Como o TI em B foi
saturado pela componente
DC
da
corrente
do
primário, a sua impedância
toma o valor 0 (Linha PQ)
•
Na ausência de f.e.m. no
secundário, o TI em B
comporta-se como uma
resistência de valor igual
ao
enrolamento
do
secundário
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
DEFEITOS EXTERNOS
• Simplificando o circuito equivalente:
•
A tensão de estabilidade pode
ser calculada por:
•
Para relés com calibração em
corrente
•
Para relés com calibração em
tensão
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
DEFEITOS EXTERNOS
IF = Corrente de defeito no primário
IS = Corrente de ajuste do relé
Rct = Resistência do enrolamento
secundário do TI a 75º
RL = RLA,RLB = Resistência dos condutores entre o
relé e o TI dos circuitos A ou B
RR = Resistência da bobina do relé
RSR = Resistência estabilizadora
T = Razão de transformação do TI
Vs = Tensão de estabilidade
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
DEFEITOS EXTERNOS
• Exemplo
CEE
IAG 7034
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
DEFEITOS INTERNOS
• Quando o defeito ocorre no
barramento:
• As correntes do TI fluem
através do relé
• A tensão do relé será igual à
impedância o relé vezes a
corrente secundária total do
defeito menos a corrente de
magnetização dos TI’s:
VR = ZR*(ID-ImagTI’s)
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
DEFEITOS INTERNOS
• A tensão mínima que pode ser aplicada ao relé durante um defeito
interno é, usualmente, várias vezes superior ao valor máximo de um
defeito externo que possa eventualmente surgir
• É então normal ajustar o valor de activação do relé para o dobro do
valor máximo de um defeito externo ou para metade da tensão de
saturação TI mais pequeno
• Para defeitos à terra, se o sistema for de terra impedante, poderá ser
necessário um ajuste mais baixo
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
• Para se assegurar a eficiência deste sistema é preciso garantir que:
• A resistência do circuito do secundário dos TI’s seja baixa
• Os TI’s utilizados sejam toroidais
• Todos os TI’s tenham a mesma razão de transformação
• Seja evitado o uso de TI’s auxiliares de ajuste (introduzem assimetrias)
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
•
O condensador e a indutância, em série com o circuito rectificador que alimenta o
relé, constituem um circuito ressonante série para a frequência fundamental,
aumentando a selectividade de resposta do relé (confere ao relé insensibilidade a
qualquer tensão DC que possa aparecer durante os primeiros ciclos do defeito)
•
Como a resistência efectiva da
bobine do relé de tensão é muito
alta (aprox. 3000 Ω), é colocado em
paralelo um elemento limitador de
tensão (Thyrite) para proteger o
relé
•
A conjugação de Thyrite com um
relé de máximo de intensidade em
série permite velocidades de
operação
mais rápidos para
defeitos de grande magnitude no
barramento
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
RELÉS DE ALTA IMPEDÂNCIA
• O número de circuitos que se podem proteger depende da
tensão de saturação dos TI’s e da impedância e sensibilidade
dos relés
• Este tipo de protecção apresenta as seguintes desvantagens:
• As unidades de Thyrite são volumosas e dispendiosas
• A resistência das unidades de Thyrite varia com a
temperatura, podendo ser difícil obter um valor de ajuste de
tensão preciso, já que as várias unidades Thyrite podem ter
temperaturas diferentes e logo valores de resistência
diferentes entre si
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
ACOPLADORES LINEARES
• A utilização de TI’s com núcleos de ferro trazia os seguintes
inconvenientes:
• Limitação do número de circuitos, pelo facto de o relé
receber a corrente diferencial a menos da soma das
correntes de excitação de todos os TI’s do barramento
• Dificuldade em obter estabilidade do relé quando ocorriam
grandes defeitos externos (devido às altas constantes de
tempo permitidas pelos sistemas de potência, que
prolongam os transitórios)
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
ACOPLADORES LINEARES
• Acopladores lineares: TI’s do tipo toroidal, sem núcleo de ferro
• Com a introdução de acopladores lineares:
• As condições transitórias são eliminadas
• Não há corrente de magnetização
• Não há limite de saturação magnética
• Deixa de haver problemas com a impedância dos
condutores
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
ACOPLADORES LINEARES
•
Exemplo de protecção de barramento
com acopladores lineares
•
Para formar um circuito diferencial,
as tensões produzidas pelo relé
são
adicionadas
em
série,
contrariamente ao que se passava
com os TI’s convencionais em que
as correntes eram adicionadas em
paralelo
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
ACOPLADORES LINEARES
• A relação entre a máxima corrente de defeito externo que se
tem de bloquear e a mínima corrente de defeito interna que
se possa verificar é cerca de 25:1 (caso contrário exige relé
adicional de terra)
• O número de circuitos que podem ser protegidos na barra é
da ordem dos 15 (ou mais, actualmente)
• Como os acopladores lineares não possuem o ferro dos TI’s
convencionais, funcionam a potências inferiores
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
ACOPLADORES LINEARES
• Os acopladores lineares têm como função produzir no seu
secundário uma tensão interna proporcional à corrente do
primário
• Ao se retirar o ferro dos TI’s, os acopladores lineares tornam-se
dispositivos lineares com o valor de saída a ser uma tensão:
dip
Vo = ± ( M
)
dt
• Ip: corrente instantânea no primário
• É garantida uma precisão com um erro na ordem de 1%
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO
ACOPLADORES LINEARES
• A utilização de acopladores lineares traz então as seguintes vantagens:
• Tempo de operação mais rápido
• Aplicação, ajuste e manutenção facilitadas
• Possibilidade de se fazerem ajustes no layout do barramento
• As comutações nos barramentos não causam perturbações no
sistema de protecção
• Como desvantagem, será só o facto de um acoplador linear poder não
funcionar se for introduzido num sistema de protecção com TI’s
convencionais
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIGITAL
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIGITAL
• Função: protecção, supervisão e controlo de barramentos de média
tensão, subestações de distribuição e postos de corte e
seccionamento
• Características
• Grande precisão de regulação de correntes, tensões, temporizações
• Flexibilidade na escolha do relé com as funcionalidades mais
adequadas a cada caso
• Monitorização de defeitos, simulação de encravamentos
• Possibilidade de controlo à distância, permitindo interface de rede
LONTALK
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
PROTECÇÃO DIGITAL
PROTECÇÃO DE BARRAMENTOS
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