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GRUPO VIII
GRUPO DE ESTUDO DE SUBESTAÇÕES E EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS (GSE)
COMPENSAÇÃO SÉRIE EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO E SUBTRANSMISSÃO: NOVAS TECNOLOGIAS DE CONTROLE E PROTEÇÃO
Flávio Resende Garcia
Inepar S/A Ind. Construções
RESUMO
Durante os últimos anos, foram instalados um grande
número de capacitores série nos sistemas de
transmissão de diversos países ao redor do mundo.
Visando buscar uma alternativa que torna-se viável e
confiável a instalação da compensação série em
sistemas com tensões iguais ou inferiores a 138 kV
com custos atrativos e simplicidade construtiva e
operativa, foi desenvolvido pela GE uma nova versão
do DSC (Distribution Series Capacitor) com um
sistema de controle e proteção mais adequada a tais
tipos de aplicação. Este artigo trata desta nova
alternativa técnica e dos benefícios técnicos alcançados
com a nova filosofia de proteção e controle adotada.
PALAVRAS- CHAVE
Bancos de Capacitores Série - Capacitores - Varistores
– Controle – Proteção – Ressonâncias Sub-síncronas e
Ferroressonâncias.
1 – Introdução:
A retomada do crescimento econômico e o
conseqüente aumento da demanda por energia elétrica
nos mais diversos pontos do país, vem requisitando das
áreas de planejamento das concessionárias de energia
um esforço significativo no sentido do aumento da
capacidade do sistema elétrico em suprir tal
necessidade, bem como de manter os níveis de
qualidade e confiabilidade dentro dos padrões exigidos
pelos órgãos reguladores, não apenas na transmissão,
mas também na sub-transmissão e na distribuição de
energia elétrica.
A confiabilidade comprovada dos bancos capacitores
série utilizados na transmissão e os ganhos obtidos com
a sua aplicação, com vários exemplos instalados ao
redor do mundo e inclusive no Brasil, aliada às
Guilherme Segalla Mello
GE Brasil
necessidades de melhoria dos circuitos existentes,
conduziu ao desenvolvimento destes equipamentos
para aplicação destes em sistemas com tensões
inferiores.
Porém, para manter a mesma confiabilidade dos
equipamentos para compensação série utilizados na
transmissão e, em função da grande diversidade de
cargas e dinâmica nos sistemas de sub-transmissão e
distribuição, foram desenvolvidos sistemas de controle
e proteção controle visando proteger o equipamento e o
sistema elétrico contra problemas de oscilações subharmônicas e curto-circuitos no ocorridos lado da
carga.
Dentre os avanços tecnológicos que permitiram a
utilização confiável dos bancos de capacitores série na
distribuição e na sub-transmissão, ressaltamos o
desenvolvimento
tecnológico
dos
varistores,
capacitores, a customização do sistema de controle e
proteção para uma série de funções exclusivas para
sistemas de compensação série além da evolução das
ferramentas de planejamento de sistemas que
promovem a viabilização técnica deste tipo de solução.
Assim sendo, o trabalho a ser apresentado visa atingir
ao seguinte objetivo:
- demonstrar as novas tecnologias envolvendo a
utilização da compensação série na distribuição e
na sub-transmissão, principalmente no que tange à
evolução do controle e proteção do equipamento
contra problemas oscilações sub-harmônicas, que
podem ocorrer devido a algumas razões: (1) autoexcitação de motores e (2) ferroressonâncias. Um
módulo especial é instalado no capacitor série para
monitorar as condições da linha nas três fases para
evidenciar estes fenômenos e tomar decisões
visando a sua mitigação e o retorno às condições
de regime permanente..
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2 – Diagrama Unifilar do DSC:
TO
CONTROL
INSERTION
SWITCH
RESISTOR
BYPASS
SWITCH
REACTOR
CAPACITOR RACK
FUSE
TO
SOURCE
TO
LOAD
VARISTOR
MASTER
CONTROL
PTC
TO
CONTROL
PTL
SURGE
ARRESTER
TO CONTROL
Figure 1 – Diagrama Unifilar do DSC
O diagrama unifilar acima mostra os principais
equipamentos que compõem o banco de capacitores série
de distribuição: Capacitores, varistores, reator de
descarga, resistor de amortecimento; chave de desvio,
chave de inserção do circuito de amortecimento,
transformadores de potencial, para-raios e sistema de
controle de proteção (master control).
3 – Sistema de Controle e Proteção do DSC:
O novo sistema de controle e proteção do capacitor série
de distribuição (DSC) se baseia na plataforma do relé
universal da GE Multilin. Similar na maioria das vezes a
um PLC, este relé provê capacidade de programação
FlexLogic™ que vem sendo aplicada para fornecer
sistemas bastante versáteis e robustos, enquanto usa o
mínimo de hardware externo.
O relé específico utilizado é o “Relé de Gerenciamento
de Alimentadores - F60”, o qual provê o processamento
digital de sinais (DSP), programação lógica, oscilografia,
registro de eventos e uma gama de protocolos de
comunicação, todos compatíveis com as normas
existentes. (ver figura 2)
Figura 2 – Painel do Sistema de Controle e Proteção
O relé F60 faz uso único de um módulo especial de
entrada analógica de tensão que não está normalmente
disponível no padrão da GE Multilin. Enquanto que 4
entradas de tensão fase-terra são imutáveis, enquanto que
as 4 entradas de corrente tem que ser alteradas para
aceitar os sinais dos TP´s do capacitor série. Este sinais
dos TP´s são processados para prover o cálculo da
corrente circulante através do capacitor série, baseandose na impedância do mesmo e na tensão sobre ele. Estes
canais aparecem para o relé como valores reais de
corrente, ainda que o relé não meça as correntes
diretamente.
Operação do Capacitor Série
a) Operação Normal:
Um conjunto de condições deve ser alcançada pelo
sistema para que o status do capacitor série seja
considerado “Normal.” Estas condições devem ser
atingidas antes que o sistema de controle ponha o
capacitor série em operação, seja manualmente ou
automaticamente. Estas condições são definidas a seguir:
A ausência de:
• Sobrecorrente no Capacitor
• Sobretensão na Linha
• Subtensão na Linha
• Dupla falta na Linha
• Sub-harmônicos, Nível 1
• Sub-harmônicos, Nível 2
• Falha no Sistema de Amortecimento
• Excessivos desvios (bypass) no Capacitor Série
• Excessiva
inserção
do
circuito
de
amortecimento
• Falha na chave de desvio (bypass) do Capacitor
• Falha na chave de inserção do Resistor
• Falha no Sistema DC do Relé
• Falha no Varistor (MOV)
• Relé de Bloqueio trancado
• Lockout Condition latched
Presença de:
• Tensão DC no Relé, e
• Todas as condições acima permanecendo por
mais de 30 segundos.
Se alguma destas condições não forem atingidas, o
sistema imediatamente apaga a luz no painel frontal que
indica “Sistema Normal”, e toma as ações de proteção
definidas.
b) Condições Operativas Especiais:
b.1) Operação Manual:
b.1.1) Inserção do Capacitor Série
O banco pode ser inserido no sistema manualmente ou
automaticamente. A operação manual via chave painel
frontal do Capacitor Série quando a luz indicativa de
“Sistema Normal” estiver acessa e quando a chave de
controle estiver selecionada para a posição “Local”
Selecionando momentâneamente a chave na posição
“Inserir” uma série de comandos do capacitor série serão
inicializados. Os seguintes comandos são sempre
direcionados pelo relé F60 quando da inserção do
capacitor série seja automaticamente através do modo
de Auto-Inserção ou manualmente.
(1)
A luz indicativa de “Sistema Normal” começará
a piscar imediatamente, indicando que o banco
irá iniciar a sequência de inserção do capacitor
série automaticamente em 30 segundos. Quando
cancelada, a luz irá parar de piscar.
(2)
Depois de 30 segundos e se ainda estiver
isolado, o sistema irá inserir imediatamente o
resistor de amortecimento e verificar seu
próprio posicionamento Esta ação irá introduzir
um amortecimento para qualquer fenômeno de
ferroressonância que poderia ocorrer quando da
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inserção do capacitor série em um sistema com
transformador nos terminais da linha em
condição de baixa carga.
(3)
Um segundo após o sucesso da inserção do
circuito de amortecimento, o capacitor série
(DSC) será colocado em operação através da
abertura da chave de desvio (bypass).
Novamente, as condições operativas do
capacitor série serão verificadas.
(4)
Cinco segundos após a inserção do capacitor
série (ou menos, se a corrente do capacitor for
elevada), o resistor de amortecimento será
retirado de operação. O Monitoramento das
formas de onda sub-harmônicas, devido a
ferroressonância ou problemas na partida de
motores, continuará constantemente enquanto o
banco estiver em operação.
O banco está agora inserido e luz verde indicativa da
inserção do mesmo estará acessa indicando que o contato
52b da chave VBM está fechado (chave aberta).
b.1.2 Desvio (Bypass) do Capacitor Série
O banco pode ser desviado manualmente via chave no
painel frontal do controle quando a luz do relé DC
estiver acessa indicando que o sistema está
suficientemente carregado para reposição da chave VBM
e quando a chave de controle local está selecionado em
“Local.”
Selecionando momentaneamente a chave de controle do
capacitor série para a posição de desvio (“Bypass”) irá
determinar o imediato fechamento da chave VBM e
verificar seu próprio posicionamento.
Enquanto desviado, a luz indicativa vermelha de
Capacitor Desviado estará acessa, indicando que o
contato 52b da VBM estará aberto. O sucesso da
operação levará à extinção das luzes indicativas do Relé
DC e de Sistema Normal enquanto o sistema se
recarrega. Trinta segundos após a restauração da tensão
DC, o sistema indicará “Sistema Normal” se todas as
outras condições forem alcançadas (item a).
b.1.3 Inserção do Circuito de Amortecimento
O chave de inserção do resistor de amortecimento tipo
VSV pode ser operada manualmente através da chave do
resistor de amortecimento existente no painel frontal a
qualquer tempo da operação do relé F60, levando em
conta se condições operativas do banco de capacitores
estão normais ou não, e quando chave controle local
estiver na posição “Local.” Operações manuais do
circuito de amortecimento são permitidas, porém apenas
quando do mal funcionamento do modo automático ou
testes.
Selecionando momentaneamente na posição “Inserir” a
chave do Resistor de Amortecimento levará ao
fechamento da chave VSV colocando o resistor em
paralelo com o capacitor série. Em todos os casos, o
resistor será isolado automaticamente em 5 segundos ou
mesmo após a inserção, se não for isolado antes. É
intenção do relé F60 isolar automaticamente o resistor
após cada inserção. Durante a inserção e o isolamento o
posicionamento da chave é imediatamente verificado.
Enquanto inserido, a luz indicativa de Inserção do
Resistor estará acessa, indicando que o contato 52b da
chave VSV está aberto.
b.1.4 Retirada do Circuito de Amortecimento
A chave de inserção do resistor de amortecimento VSV
pode ser operada manualmente através da chave do
Resistor no painel frontal a qualquer tempo da operação
do relé F60, levando em conta se condições operativas
do banco de capacitores estão normais ou não, e quando
chave controle local estiver na posição “Local.”
Selecionando momentaneamente na posição “Isolar” a
chave do Resistor de Amortecimento levará a abertura
da chave VSV retirando o resistor em paralelo com o
capacitor série. Enquanto inserido, a luz indicativa de
Isolamento do Resistor estará acessa, indicando que o
contato 52b da chave VSV está fechado.
b.1.5 Controle Local
Uma chave está disponível no painel frontal de controle
que habilita ou desabilita a operação manual do capacitor
série e o resistor de amortecimento e comunicações
remotas via contatos secos de entrada e saída.
Na posição “Remota”, a operação manual via painel
frontal está desabilitada A chave de Auto-inserção está
desabilitada também A lógica de Auto-inserção estará
“Habilitada” quando este modo estiver selecionado. O
capacitor série pode ser controlado através de um tela
de PC conforme figura abaixo.
Na posição “Local”, as comunicações de entrada
SCADA estão desabilitadas (se existentes). A operação
manual do capacitor série DSC via chaves no painel
frontal está habilitada. A chave de Auto-inserção está
também habilitada.
b.2 Inserção Automática
A inserção automática do equipamento é provida para
permitir a restauração do sistema após a ocorrência de
faltas não permanentes. Ambos, os capacitores e o
resistor de amortecimento, podem ser operados
automaticamente como descrito nos itens a seguir.
b.2.1 Inserção dos Capacitores
Quando a luz indicativa de sistema está acessa e a chave
de Auto-Inserção está habilitada, o sistema irá iniciar
imediatamente a sequência de colocação do capacitor
série em operação como descrito no Item b.1.1 - Inserção
do Capacitor Série sob em operação manual.
Como previamente descrito, a luz indicativa de “Sistema
Normal” irá piscar quando todas aquelas condições de
entrada em operação do equipamento forem atingidas
indicando que o capacitor série DSC irá inicializar
automaticamente a sequência de entrada em operação em
30 segundos. Entretanto, a Auto-inserção deve ser
desabilitada antes do cancelamento desta sequência por
uma seleção momentânea da chave de “Inserção”.
Quando cancelada esta função a luz para de piscar.
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Adicionalmente, um contador lógico não re-inicializável
do relé F60 é habilitado para registrar todas as operações
da chave de bypass (VBM).
b.2.2 Inserção do Circuito de Amortecimento
Quando o capacitor série é inserido e os níveis de subharmônicas excedem o Nível 1 (como descrito no item
c.7), o resistor de amortecimento será inserido
imediatamente através do fechamento da chave VSV.
Na sequência, o sistema irá checar se o transitório
continua presente. Se as componentes sub-harmônicas
subsistem, o sistema irá assumir que o desempenho do
sistema de amortecimento não foi suficiente ou falhou, e
irá iniciar o desvio e o bloqueio do capacitor série
conforme descrito no item c.9 relativo a Falha no
Sistema de Amortecimento.
Após 5 segundo da inserção do resistor, o sistema irá
automaticamente isolar o resistor através da abertura da
chave VSV.
b.3 Bloqueio do Capacitor Série
O bloqueio do capacitor série DSC ocorre quando
alguma das condições de contorno indicam que o sistema
está com mal funcionamento ou requer atenção especial.
Esta situação é observada através da luz vermelha
indicativa do bloqueio do capacitor série.
Para limpar a indicação de bloqueio e permitir a reinserção do capacitor série, o botão de restabelecimento
de boqueio deve ser pressionado. Se a condição
causadora do bloqueio ainda continua presente, o relé
F60 não permitirá o restabelecimento do sistema
Somente após a remoção do problema é que o sistema
poderá ser restabelecido.
As condições a seguir causarão o bloqueio do capacitor
série. Algumas destas condições podem ser corrigidas
através do desvio do capacitor série ("bypass").
Entretanto, devem ser determinadas as causas do
bloqueio do equipamentos.
Condições
Falha no sistema de amortecimento
Desvios Excessivos DSC
Inserção do
Amortecimentos Excessivos
Falha
na
Chave
de
desvio
Falha
da
Chave
do
Resistor
Falha Sistema
do Relé DC
Falha
Varistor
(MOV)
no
Causas do Bloqueio
Amortecimento
não
apropriado
ou
insuficiente dos Sub-harmônicos ou falha
no circuito de amortecimento
Número de operações de desvio superior ao
permitido dentro do período de 10 minutos.
Número de operações de amortecimento
superior ao permitido em 01 minuto.
Chave VBM não indica a mudança
esperada de posição imediatamente depois
de receber a ordem de operação.
Chave VSV não indica a
mudança
esperada de posição imediatamente após
receber a ordem de operação.
Sistema de carregamento DC (Relé CLX)
não restaura a tensão DC rápido o suficiente
após uma operação desvio..
Uma ou mais fases observam a tensão no
capacitor próxima de zero, enquanto que a
tensão de linha permanece presente.
Uma vez que a causa é eliminada, o botão de
restabelecimento após o bloqueio deve ser pressionado
manualmente. Esta ação não pode ser feita remotamente
via algum meio de comunicação pois requer o
investigação local da causa do bloqueio pelo operador.
c) Funções de Proteção do Capacitor Série
Os parâmetros do relé F60 são configurados de forma
específica para cada instalação.
c.1. Sobrecorrente no Capacitor
A relação do TC deve ser colocada para permitir que o
relé calcule a corrente circulante no capacitor série
baseado nas medições de tensão sobre ele.
c.2. Sobrecorrente Instantânea do Capacitor
Idem C1.
c.3. Tempo de Sobrecorrente no Resistor
O resistor de amortecimento para estas instalações não
possui valores nominais ciclo de operação contínua.
Assim sendo, um limite máximo de inserções do resistor
é implementado para protegê-lo contra solicitações
térmicas excessivas. O resistor de amortecimento será
isolado em tempo nunca superior a 05 segundos.
Entretanto, se as condições sub-harmônicas persistem em
após a primeira inserção, uma segundo e uma terceira
inserções são permitidas dentro de uma janela de 01
minuto. Isto permite uma inserção máxima absoluta de
15 segundos em um janela de 01 minuto. Se uma quarta
inserção é ordenada dentro desta janela de um minuto, a
condição de excessiva inserção do circuito de
amortecimento é indicada e o capacitor série será
desviado e bloqueado. Isto irá prevenir o estresse
excessivo do resistor de amortecimento.
c.4. Sobretensão de Linha
A relação do TP é inserida para permitir ao relé medir a
tensão de linha diretamente. Este parâmetro é baseado
nas tensões fase-terra. Elementos de sobretensões de fase
no relé F60 deve ser parametrizados, para prover rápida
resposta durante uma condição de sobretensão na linha
causadas por:
(1) Sobrecompensação da linhas no caso de falha de
capacitores,
(2) Alguma condição de ferroressonância potencial que
poderia ocorrer próxima da frequência fundamental.
c.5. Subtensão na Linha
A relação do TP é inserida para permitir ao relé medir a
tensão de linha diretamente. Este parâmetro é baseado
nas tensões fase-terra. Elementos de sobretensões de fase
no relé F60 deve ser parametrizados, para prover rápida
resposta durante uma condição de sobretensão na linha
causadas por:
(1) Condição de Subtensão da linha causada por uma
falta que reduz a tensão na linha.
(2) Uma completa perda de uma ou mais fases
Adicionalmente este elemento é usado para garantir que
as tensões de linha desejadas estejam presentes antes da
inserção do capacitor série na linha.
c.6. Perda de Potência na Linha
A perda completa ou parcial da tensão de linha da fase
A irá causar a perda de potência do relé F60. Um sinal
de desvio do capacitor série será gerado rapidamente
pelo elemento de Subtensão descrito no item c.5.
Entretanto, algumas outras ações deverão ser tomadas
para garantir a proteção completa do equipamentos:
(1) O relé F60 começa operação de desligamento que
grava o status dos vários registradores, contadores,
registradores de eventos, e oscilografia para uma
memória não volátil e,
(2) Quando o relé F60 é desligados, a condição Falha
Crítica no Relé é potencializada causando
diretamente o disparo do relé CLX, desviando o
capacitor série imediatamente
c.7. Dupla Falta na Linha
Uma falta na linha causa a condução das unidades do
Varistor (MOV) e protege as unidades capacitivas de
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sobretensões, absorvendo para tanto uma certa
quantidade de energia. O projeto térmico do Varistor
MOV permitirá por um segundo impulso de energia um
minuto após a ocorrência do primeiro impulso.
Entretanto, tempo de resfriamento suficiente deve ser
permitido ao Varistor após o segundo impulso para evitar
danos ao mesmo. Desta forma, a lógica é programada no
relé para contar qualquer comando de desvio que tenha
sido emitido dentro do período de uma hora como
resultado da função de proteção de sobrecorrente
instantânea no capacitor descrita item c.1.
Quando ocorre um desvio devido a sobrecorrente
instantânea (IOC1), um contador de tempo começa a
contagem. Se nenhum desvio adicional IOC1 for
emitido dentro da janela de 01 hora, o contador de tempo
volta a zero. Entretanto, se um segundo desvio é emitido
dentro do tempo da janela, o desvio irá acontecer
imediatamente. A inserção é evitada até que uma hora
tenha passado desde o primeiro desvio.
O banco de capacitores continuará desviado até que uma
tenha se passado após o segundo desvio. Neste ponto, se
as condições avaliadas para inserção estão “Normais”, a
re-inserção podem então acontecer.
c.8. Sub-harmônicas, Nível 1
Oscilações sub-harmônicas podem ocorrer por várias
razões. Um módulo especial está instalado para
monitorar as condições da linha em todas as fases para
evidenciar quando da ocorrência deste fenômeno.
A detecção do Nível 1 está designada para sentir sinais
da falha na partida de um motor de indução, devido a
auto-excitação do motor. Neste instante, tensões de baixa
frequência e oscilações de corrente vão ser construída
gradualmente and continuamente, mas sem causar
sobretensões excessivas na linha
Por esta razão, o Módulo Sub-harmônicos (SHM) está
projetado para sinalizar instantaneamente para o relé
quando oscilações de tensão de baixa frequência
excederem 0.05 p.u. O relé F60 realiza um processo de
rejeição deste ruído e do nível DC, e emitirá um
comando para inserir o resistor de amortecimento. O
sinal deve ser manter sobre um série de faixas de tempo
que somam um período superior a 600 ms.
Entretanto, se as condições são severas o bastante para
tais sub-harmônicas levem o módulo até saturação
(indicada pelo sinal do nível 1 permanente ‘ligado’, ao
invés de pulsos), o relé F60 irá imediatamente inserir o
resistor de amortecimento após 200 ms de sinal contínuo.
Um vez que o resistor é inserido, o sistema irá checar se
o sinal sub-harmônico persiste. Se a resposta for positiva
o sinal de bloqueio devido a falha no sistema de
amortecimento será emitido.
O sistema irá automaticamente isolar o resistor de
amortecimento depois de um tempo de atraso previsto. A
detecção de Nível 1 é imediatamente reabilitada. Se o
sistema detectar um número de ciclos de inserção /
isolação maior que o permitido dentro o período de um
minuto, o bloqueio por excessivas inserções do circuito
de amortecimento será emitido conforme descrito item
c.11.
c.9. Sub-harmônicos, Nível 2
A detecção do Nível 2 é projetada para sentir sinais de
ferroressonância, os quais podem atingir rapidamente
tensões de linha destrutivas quando da energização de
transformadores a jusante do banco em condições de
carga leve.
O Módulo Sub-harmônico (SHM) está projetado para
sinalizar instantaneamente para o relé F60 quando
oscilações de tensão de baixa frequência excederem 0.2
p.u. O relé F60 emitirá imediatamente um comando para
desvio do capacitor série após receber no mínimo 02
pulsos do módulo SHM por uma janela de tempo
simples.
Entretanto, se as condições são severas o bastante para
tais sub-harmônicas levem o módulo até saturação
(indicada pelo sinal do nível 2 permanente ‘ligado’, ao
invés de pulsos), o relé F60 irá imediatamente inserir o
resistor de amortecimento após 50 ms de sinal contínuo.
Após o desvio, o capacitor série pode estar pronto para
re-inserção um minuto após as condições retornem ao
normal.
c.10. Falha no Sistema de Amortecimento
Quando o capacitor série está inserido e resistor de
amortecimento tenha sido inserido por 3 segundos, uma
checagem será feita para determinar se o Nível 1 de Subharmônicos ainda persiste. Se positiva a resposta, o
capacitor série continua em operação e o resistor se autoisola depois de um tempo de inserção pré-determinado.
Se o Nível 1 de Sub-harmônicos persiste durante esta
checagem, a falha do sistema de amortecimento desvia e
bloqueia o capacitor série, indicando que o sistema
necessita ajuste ou reparo.
c.11. Desvios Excessivos no Capacitor Série
Se o capacitor série DSC tiver sido desviado mais de 4
vezes em um período de 10 minutos, o sistema irá emitir
o comando para desvio e bloqueio do equipamento por
desvios excessivos no capacitor série
c.12. Inserções Excessivas do Amortecimento
Se o resistor de amortecimento tiver sido inserido mais
de 03 vezes em um período de um minuto, o sistema ira
emitir imediatamente comando para desvio e bloqueio
devido a inserção excessiva do circuito de
amortecimento.
c.13. Falha na Chave de Desvio do Capacitor
O sistema de controle verifica se a chave de desvio VBM
indica a mudança de posição rapidamente após ela ter
recebido um comando. Se isto não ocorre, então uma
falha na chave é mostrada uma tentativa é feita para
desviar o capacitor série por 5 segundos seguido de um
comando de bloqueio A atenção do operador é requerida
para investigar o evento registrado.
No comando de inserção do capacitor série, se a chave
não indicar que o contato 52b está fechado dentro de 400
ms, o sistema enxergará uma falha na chave de desvio do
capacitor. Similarmente, no comando de desvio do
capacitor série, se a chave não indicar que o contato 52b
está aberta dentro de 400 ms, o sistema enxergará uma
falha na chave de desvio do capacitor.
c.14. Falha na Chave do Resistor
O sistema de controle verifica se a chave de inserção do
resistor VSV indica a mudança de posição rapidamente após
ela ter recebido um comando. Se isto não ocorre, então uma
falha na chave é mostrada e os comandos de desvio e bloqueio
são emitidos. A atenção do operador é requerida para investigar
o evento registrado, pois o controle pode permitir o
restabelecimento do bloqueio.
c.15. Falha no Sistema do Relé DC
Após um comando de desvio, a energia DC armazenada
foi consumida e deve ser recarregada antes que o sistema
recupere o status “Normal” e permita a re-inserção.
Entretanto, quando funcionando adequadamente, o relé
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DC de estad0o-sólido CLX carrega o capacitor acima de
80 V dentro de um período mínimo de tempo.
Quando a tensão DC é sentida abaixo dos 80 V, o
sistema tem 30 segundos para recuperar a tensão, ou
haverá uma falha no sistema do relé DC, seguida dos
comandos de desvio e bloqueio do capacitor série.
c.16. Falha do Varistor (MOV)
Uma falha no Varistor MOV é sentida como uma perda
de tensão no capacitor, enquanto é também verificada
que a tensões fase-terra nas três fases estão presentes e
uma pequena corrente está circulando no capacitor nas
outras duas fases. Adicionalmente, o banco deve estar
inserido para que esta função esteja habilitada.
Para indicar uma falha no Varistor da fase A, por
exemplo, todas as tensões de linha devem estar acima
dos limites de subtensão de linha Adicionalmente, as
fases B and C devem Ter no mínimo 0.04 p.u. de
corrente circulante no capacitor. Finalmente, a corrente
do capacitor da fase A deve ser menor que 0.04 p.u. por
no mínimo 1 segundo. Quando estas condições forem
todas atingidas, a falha do varistor poderá ser declarada e
os comandos de desvio e bloqueio imediatamente
emitidos.
Este esquema evita desligamentos no caso de
desenergização da linha verificando que todas as fases
estão energizadas, e também evitando o caso de linhas
energizadas mas sem carga através da comparação das
correntes entres as fases.
c.17. Falha Crítica do Relé F60
O relé F60 realiza continuamente auto-monitoramento
para determinar sua própria situação operativa. Ele
sinaliza que todas as condições internas do relé estão
normais energizando seu relé de falha crítica (CFR). Se
este relé abre em qualquer momento e por qualquer razão
o comando de desvio direto e imediato é enviado para o
relé CLX. Quando a alimentação do relé F60 é perdida,
este relé também abre e diretamente comando o desvio
do capacitor série. No religamento, o CFR continua
aberto até que todas as verificações do relé F60 sejam
completadas. Uma vez que o relé F60 está funcionando
adequadamente, o relé CFR fecha e libera a chave VBM
do seu comando de desvio e permite a operação normal
do sistema.
4) Exemplo de Aplicação do Capacitor DSC com o
Novo Sistema de Controle e Proteção:
Demonstra-se a seguir um exemplo de estudos para
aplicação de um DSC em um sistema de sub-transmissão
de 69 kV em um concessionária de energia elétrica. A
principal função da aplicação deste equipamento é, neste
caso, permitir a operação da linha de 69 kV com
estabilidade de tensão com o aumento da demanda
transmitida ao longo dos próximos cinco anos,
postergando investimentos imediatos em novas linhas de
transmissão.
A seguir colocamos os dados que levaram à definição
dos valores nominais do banco de capacitores série DSC.
a) Dados do Sistema Elétrico:
As seguintes informações foram disponibilizadas para a
definição e projeto do capacitor série (DSC):
- Diagrama Unifilar
- Dados das cargas e transformadores
- Nível de curto-circuito na Subestação de
alimentação do circuito de 69 kV => 810 MVA
- Comprimento da Linha de 69 kV => 52,5 km
- Impedância da Linha => Z = 0,19 + j0,456 ohms/km
- Corrente Nominal Máxima => 350 A
- Corrente de Curto-Circuito Simétrica => 6000 A
- Corrente de Curto-Circuito Assimétrica => 8500 A
- Máxima tempo de eliminação da falta => 400 ms
b) Dados Nominais do Equipamento (DSC):
Foram realizados estudos de fluxo de carga (Programa
Power Quality) e transitórios (Programa ATP) para a
definição do capacitor série DSC ideal para aplicação
neste sistema elétrico. A partir dos resultados dos estudo
partiu-se para o projeto do equipamento.
- Potência do DSC => 5600 kVAr / fase
- Corrente Nominal do DSC => 500 A
- Potência da Unidade Capacitiva => 400 kVAr
- Tensão da Unidade Capacitiva => 9960 Volts
- Energia Total do Varistor => 45 kJ
- Reator de Descarga => 261 microhenries
- Resistor de Amortecimento => 177 ohms/fase
Os resultados dos estudos de fluxo de carga mostraram a
efetiva contribuição do DSC permitindo que o sistema
continuasse operando em condições normais, mesmo
com o crescimento da demanda até 2006.
5) Foto de um DSC instalado no Canadá:
6) Considerações Finais:
Baseado em todas as informações acima discutidas, fica
bastante claro que a nova filosofia do sistema de controle
e proteção, baseada no Relé Universal F60, gera
condições para a aplicação mais segura da compensação
série como solução em sistemas de distribuição e subtransmissão com o desempenho requerido e com preços
bastante atrativos.
7) Referências:
[1]
Manual de Instrução do Relé F60 da GE
MultiLin;
[2]
Relatórios de Estudos de Implantação de um
DSC em 69 kV em Concessionária de Energia Elétrica
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