Cigré/Brasil
CE B5 – Proteção e Automação
Seminário Interno de Preparação para o
Colóquio de Madri 2007
Rio de Janeiro, outubro/07
Dados do Artigo
• Número: 312
• Título:
Challenges in the Co-ordination of
Transmission System Protection on
Series-Compensated Lines
• Autoria: Anita Oommen - ESKOM
• País:
South Africa
Objetivo
• Característica do sistema elétrico Sul africano;
• Necessidade de aumento da capacidade de
transferência de potência entre região produtora e
consumidora;
• Dificuldades/alternativas
de
coordenação
das
proteções das linhas com compensação série e
adjacentes;
• Dependência dos esquemas permissivos.
Objetivo
Sistema elétrico da Africa do Sul (ESKOM)
Destaques
• Para permitir o aumento da transferência de
potência
entre
a
regiões
produtora
e
consumidora foi necessário o aumento do valor
de compensação série (até 65%), em algumas
linhas de transmissão do sistema sul africano.
Destaques
• Sistema que alimenta a região da Cidade do Cabo :
Destaques
• Capacitor Série e sua proteção:
 MOV (Metal Oxide Varistor);
 Disjuntor de “by-pass”.
Destaques
• “MOV” - Circuito equivalente
 Não linearidade;
 MOV
começa
a
conduzir
quando
capacitor ultrapassa valor ajustado;
tensão
no
Destaques
• “MOV” - Circuito equivalente
 Modelo linear de Gooldsworth (técnica iterativa);
 Resistor série com o capacitor;
 Valor de Re e Xe é função da corrente através do MOV.
Destaques
• Trajetória da impedância em circuitos
compensação série protegido por MOV:
com
Destaques
• Problemas introduzidos às proteções pelo uso da
compensação série:
 Fenômeno da inversão de tensão ou de corrente
(localização do TP);
• Solução : Relés de distância com polarização cruzada e
com ação de memória;
 Oscilações sub-harmônicas introduzidas como resultado
da ressonância série;
• Efeito minimizado em linhas compensadas protegidas
por MOV (resistência adicional);
Destaques
• Problemas introduzidos às proteções pelo uso da
compensação série:
 Dificuldade de ajuste da 1ª zona:
• Deve ser reduzida para evitar sobralcance;
• Sobrealcance potencializado pelo “Infeed”;
• Redução do alcance reativo limita alcance resistivo;
• “MOV” introduz resistência na medida Zfalta;
• A cobertura das zonas 1 e 2 deve levar em conta esta
resistência adicional;
• Há casos que a 1ª zona deve ser desativada.
Destaques
• Problemas introduzidos às proteções pelo uso da compensação série:
Destaques
• Problemas introduzidos às proteções pelo uso da
compensação série:
 O relé de distância é afetado tanto pela compensação
de sua linha quanto pela compensação das linhas
adjacentes;
 Ajuste de 2ª zona deve ser grande o suficiente para
cobrir toda a Zlinha na condição de “by-pass” do
capacitor;
 Dependência de esquema permissivo utilizando canais
de teleproteção.
Destaques
• Perturbação ocorrida em linha de transmissão :
•Curto fase Azul -terra na
LI 400kV Droërivier Muldersvle, causado por
queimada;
•O relé 21 do terminal de
Muldersvle (A) estava
com 1ª zona desligada;
•A 1ª zona do relé 21 do
terminal de Droërivier(B)
ajustada
com
valor
reduzido;
•Tempo de 2ª zona = 1s
A
B
Destaques
• Perturbação ocorrida em linha de transmissão :
•A proteção do terminal A mediu a falha em 2ª zona e enviou
sinais de carrier para o terminal B;
•A proteção do terminal B recebeu os sinais de carrier, mediu a
falha em 2ª zona, comandou o processo de religamento
monopolar de seus disjuntores e enviou sinais permissivos para
o terminal A;
•O terminal A não recebeu os sinais, e neste intervalo de tempo
a falha evoluiu para Vermelha-Azul-terra;
Destaques
• Perturbação ocorrida em linha de transmissão :
•O terminal B detectou a falha na fase Vermelha e enviou
novamente sinais de carrier para a proteção do terminal A, que
desta vez recebeu o sinal permissivo e comandou a abertura de
seus disjuntores.
•O terminal B religou sob falha comandando a abertura tripolar
de seus disjuntores.
•A longa duração desta falha provocou um acentuado
afundamento de tensão no sistema ESKOM.
Destaques
• Alternativas para solução do problema da dependência da
teleproteção:
 Monitorar os canais de teleproteção e em caso de falha total
comandar a troca do grupo de ajustes da proteção para um 2°
grupo com tempo de 2ª zona = 150 ms;
• Problema detectado: Tempo de chaveamento entre os
grupos de ajuste é da ordem de 10 segundos.
 Alternativa : Lógica
com temporização de 150 ms para
2ª
zona, que entraria em serviço, substituindo o tempo original (1
s), quando ocorrer a perda dupla dos canais de teleproteção.
Dúvidas
 Simulações apresentadas;
 Seqüência da perturbação na linha LI 400kV Droërivier –
Muldersvle não é descrita de forma clara;
 Falha nos dois meios de comunicação (Carrier);
Conclusões
• O aumento do grau de compensação série nas linhas de
transmissão representam desafios para o ajustes dos relés
de distância.
• Os relés de impedância devem ser corretamente
polarizados para poderem de lidar com os efeitos da
inversão de tensão e de corrente.
• Alto grau de dependência de esquemas de sobrealcance
permissivos devido ao fato da necessidade de redução do
alcance, ou mesmo da desativação da 1ª zona.
• Dependência dos canais de teleproteção.
• O uso de proteções baseadas na teoria das ondas
viajantes seria uma alternativa para proteger linhas com
compensação série.
Respostas às questões do REP
• Número da questão: 10
• Questão:
Considerando
as
técnicas
de
ondas
viajantes, quais seria as principais limitações de sua
aplicação. Poderiam ser dados alguns exemplos de
aplicações reais com o uso desta técnica?
Respostas às questões do REP
• Experiência de Furnas com o uso da proteção de ondas
viajantes (Relé RALZA) nas linhas de 765kV (Todo circuito I
+ trecho Foz-Ivaiporã III) :
 Vantagens:
• Alta sensibilidade;
• velocidade de decisão;
– Estando as ondas trafegantes sujeitas a rebatimentos o relé
decide na 1ª onda, bloqueando para as demais;
– Principio de medição baseado em variações (freqüência
fundamental é eliminada)
• Indiferença à presença do capacitor-serie;
– Durante o período subtransitório o capacitor é um curtocircuito;
Respostas às questões do REP
 Necessidade de um relé de distância tradicional de
retaguarda (Ex:RAZOA), para o caso de faltas envolventes;
– Ocorrência de um defeito fora da zona de operação seguida de
um defeito na linha, para o qual o relé já estaria bloqueado na 1ª
decisão.
 Rebatimentos da onda tornam muito crítico o projeto dos
filtros para este tipo de relé;
 Característica específica do sistema de 765 kV de Furnas:
– Capacitores e reatores trocando intensa energia;
– Forma de onda da tensão e corrente sujeita a transitórios e
harmônicos;
– Desempenho não satisfatório: algumas atuações indevidas.