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Estudo TCC 421
Estudo TCC 421
Estudo TCC 421
CURITIBA
2012
HARIME TAUCHERT MOKDESE
CURITIBA
2012
Harime Tauchert Mokdese
Este Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação foi julgado e aprovado como requisito parcial
para a obtenção do Título de Engenheira Eletricista, do curso de Engenharia Elétrica do
Departamento Acadêmico de Eletrotécnica (DAELT) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná
(UTFPR).
____________________________________
Prof. Emerson Rigoni, Dr.
Coordenador de Curso
Engenharia Elétrica
____________________________________
Profa. Annemarlen Gehrke Castagna, Mestre
Coordenadora dos Trabalhos de Conclusão de Curso
de Engenharia Elétrica do DAELT
______________________________________ _____________________________________
Wanderley Szlichta, Mestre. Wanderley Szlichta, Mestre.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Orientador
_____________________________________
Gilberto Manoel Alves, Dr.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
_____________________________________
Eloi Rufato Junior, Mestre.
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 4
1.1 TEMA ............................................................................................................ 4
1.1.1 DELIMITAÇÃO DO TEMA ....................................................................... 5
1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS ...................................................................... 6
1.3 OBJETIVOS ................................................................................................. 7
1.3.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................. 7
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 7
1.4 JUSTIFICATIVA ........................................................................................... 8
1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ..................................................... 8
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO .................................................................... 9
2. REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................ 10
2.1. PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA ........................... 10
2.1.1. PROPRIEDADES BÁSICAS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO.......... 10
2.1.2. ZONAS DE PROTEÇÃO ....................................................................... 11
2.1.3. PROTEÇÃO PRINCIPAL, PROTEÇÃO DE RETAGUARDA E
PROTEÇÃO ALTERNADA................................................................................. 13
2.1.3.1. PROTEÇÃO PRINCIPAL ................................................................ 13
2.1.3.2. PROTEÇÃO DE RETAGUARDA .................................................... 14
2.1.3.3. PROTEÇÃO ALTERNADA.............................................................. 15
2.2. RELÉ DE PROTEÇÃO ............................................................................... 16
2.2.1. RELÉ DE PROTEÇÃO .......................................................................... 16
2.2.2. HISTÓRICO DOS RELÉS ..................................................................... 16
2.3. RELÉ DE DISTÂNCIA .................................................................................... 20
2.3.1. RELÉS DE IMPEDÂNCIA ...................................................................... 21
2.3.1.1. PLANO R-X ..................................................................................... 21
2.3.1.2. ZONAS DE ATUAÇÃO - REGULAGEM E TEMPORIZAÇÃO......... 23
2.3.2. RELÉS DE ADMITÂNCIA OU MHO ...................................................... 24
2.3.2.1. PLANO R-X ..................................................................................... 25
2.3.2.2. ZONAS DE ATUAÇÃO – REGULAGEM E TEMPORIZAÇÃO ........ 26
2.3.3. RELÉ DE REATÂNCIA .......................................................................... 26
2.3.3.1. PLANO R-X ..................................................................................... 27
2.3.3.2. ZONAS DE ATUAÇÃO – REGULAGEM E TEMPORIZAÇÃO ........ 28
3. RELÉ SEL-421 .................................................................................................. 30
3.1. O EQUIPAMENTO ......................................................................................... 30
3.2. SOFTWARE DE AJUSTE - AcSELerator® Quickset ................................... 36
4. ENSAIOS E RESULTADOS .............................................................................. 37
4.1. EQUIPAMENTOS ........................................................................................... 37
4.2. SOFTWARES ................................................................................................. 38
4.3. CONFIGURAÇÕES INICIAIS ......................................................................... 38
4.4. FUNÇÃO 21 ................................................................................................... 41
4.4.1. AJUSTES ................................................................................................. 41
4.4.2. ENSAIO.................................................................................................... 47
4.5. FUNÇÃO 50 ................................................................................................... 53
4.5.1. AJUSTES ................................................................................................. 53
4.5.2. ENSAIO.................................................................................................... 54
5. CONCLUSÃO .................................................................................................... 59
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 60
APÊNDICE A ............................................................................................................ 64
4
1. INTRODUÇÃO
1.1 TEMA
1.3 OBJETIVOS
O relé de proteção é definido pela ABNT como “dispositivo por meio do qual
um equipamento elétrico é operado quando se produzem variações nas condições
deste equipamento ou do circuito em que ele está ligado, ou em outro equipamento
ou circuito associado.” Para seu funcionamento e atuação adequados, um relé
precisa estar constantemente recebendo informações sobre a situação elétrica do
circuito que está protegendo, sob forma de corrente ou tensão, conforme o caso. Se
a situação atual fugir as condições preestabelecidas ditadas por seus ajustes, dá-se
a operação do relé da maneira que lhe for característica. A operação ocorre dentro
de um tempo pré-ajustado, comandando a abertura dos disjuntores que
correspondem ao isolamento da região com defeito. Além disso, os relés deixam
alguma indicação de operação que servirá para identificá-lo pelo operador (COPEL,
2006).
Porém, a era dos relés estáticos teve um fim bastante precoce devido ao
rápido avanço da tecnologia. Foi aí que se tornou possível a utilização de relés
digitais. A proteção digital surgiu quando vários pesquisadores desenvolveram
diferentes algoritmos para relés de proteção (ALMEIDA, 2000).
Os relés microprocessados são relés eletrônicos gerenciados por
microprocessadores, ou seja, não há necessidade de variação física dos parâmetros
dos elementos do circuito (hardware), mas todos os comandos são efetuados pelo
software (KINDERMANN, 1999). Esses relés trazem muitas vantagens em relação
aos anteriores a ele, como por exemplo, automonitoramento (autodiagnóstico),
detecção e diagnóstico de faltas, melhor exploração do potencial das funções de
proteção, compartilhamento dados através de redes de comunicação, melhor
interface homem x máquina e redução das interferências do meio ambiente nas
condições operativas dos equipamentos. Porém, ele também tem algumas
desvantagens, como vida útil reduzida (10 anos) quando comparado com um relé
eletromecânico (mais de 30 anos) (RUFATO, 2006), hardware que avança
rapidamente, o que os torna obsoletos, e suscetibilidade a interferência
eletromagnética (ALMEIDA, 2000). O funcionamento desse tipo de relé está
representado pelo diagrama de blocos mostrado na figura 6, a seguir:
19
O plano R-X deste relé se caracteriza por uma reta paralela ao eixo R,
conforma mostrado na figura 15.
Observa-se, conforme a figura 16, que o relé mho possui duas funções
quando utilizado em conjunto com o relé de reatância: proporciona direcionalidade e
constitui na terceira zona de atuação do relé, inerentemente direcional. A figura 17
mostra as duas zonas de atuação do relé de reatância e a unidade de partida Mho,
que por sua vez forma a terceira zona de atuação do relé.
29
Figura 17 - Característica das duas Zonas de Atuação do Relé de Reatância e a Unidade de Partida Mho
3.1. O EQUIPAMENTO
I. CONTROLADOR DE BAY
II. MEDIÇÃO
III. MONITORAMENTO
• Oscilografia com frequência de amostragem de 8 kHz (até 6 s), 4 kHz (até 9 s),
2 kHz (até 12 s) ou 1 kHz (até 15 s). Tamanho selecionável entre: 0,25 s, 0,5 s,
1 s, 2 s, 3 s, 4 s ou 5 s (dependente da frequência de amostragem);
• Conexão da entrada IRIG-B ao receptor de GPS, garante que todos os relés
estarão amostrando de forma sincronizada, permitindo uma análise sistêmica de
ocorrências;
• Sequência de eventos, com capacidade de armazenar os últimos 1000 eventos;
• Localizador de faltas (FL), indicação em km ou %;
• Monitoramento do sistema de alimentação auxiliar CC (para 2 bancos de
baterias), fornecendo alarme para sub ou sobretensão, falha a terra, oscilação
de tensão (ripple);
34
• Monitoramento de desgaste dos contatos do disjuntor por pólo;
• Contador de operações;
• Monitoramento das bobinas do disjuntor;
• Monitoramento de discrepância de pólos, pólo Scatter, tempo de operação
elétrico, tempo de operação mecânico, tempo de inatividade, tempo de operação
do motor, corrente interrompida, com programação de valores limites para
propósitos de alarme;
• Monitoramento térmico de linhas de transmissão.
IV. CONTROLE
V. INTEGRAÇÃO
Neste capítulo serão mostrados os ajustes feitos no relé para cada função
ensaiada, equipamentos utilizados e resultados obtidos através das oscilografias.
4.1. EQUIPAMENTOS
4.4. FUNÇÃO 21
4.4.1. AJUSTES
ܸ
ܼ=
ܣ
Com isso, no caso de um ensaio, entende-se que para que seja simulado
uma falta na zona 2, a mala de teste deve enviar ao relé um sinal de tensão e
corrente que o valor seja igual à impedância ajustada, neste caso de 8 Ω. Por
exemplo, os valores de 20 V de tensão e 2,5 A de corrente podem ser utilizados
para ensaiar essa zona de distância, pois a relação entre tensão e corrente satisfaz
ao valor requerido pelo relé.
Os elementos de distância de terra mho são configurados na opção “Ground
Distance Elements”, as quais tem alcance de 6 Ω e 9 Ω para as zonas 1 e 2,
respectivamente, e tempo de atuação de 3 e 12 ciclos, respectivamente. Estes
ajustes são mostrados nas figuras a seguir.
4.4.2. ENSAIO
Após o envio dos ajustes ao relé, podem-se injetar nele sinais de corrente e
tensão através da mala de testes. O valor escolhido para corrente, nas 3 fases, foi
de 2,4 A, enquanto que para a tensão, foi de 20 V. Tais valores, se aplicados na
relação mostrada anteriormente, resultam numa impedância de, aproximadamente,
8,334 Ω, o que caracteriza uma condição de falta na zona 2 para o relé. A figura 33
mostra os valores dos sinais de tensão (V L1-E, V L2-E e V L3-E) e corrente (I L1, I
L2 e I l3) injetados no relé pela mala de testes.
48
Pode-se observar que a falta abrangeu as três fases e foi do tipo fase-terra e
que se localiza a 799,25 quilômetros do ponto de medição. O relé utiliza os
parâmetros Z1MAG, Z1ANG, Z0MAG, Z0ANG, entre outros valores, para chegar a
esse valor de distância, valores esses que foram parametrizados como exemplo
somente para permitir o ensaio do relé, justificando assim o valor elevado de
distância do ponto de falta. Outra forma de ver as informações sobre o evento é no
Analytic Assistant do software AcSELerator®, conforme mostrado abaixo.
Após essa alteração, a função 21 deve atuar normalmente com base em seus
próprios ajustes e ser mencionada no relatório de saída do software. Para este
trabalho, não foi possível a realização de novo ensaio para mostrar o bloqueio do
53
SOTF devido à indisponibilidade de mala de testes na universidade para realização
de um novo ensaio, e a também indisponibilidade do laboratório da COPEL, onde
foram realizados os testes deste trabalho, para realização de novos testes.
4.5. FUNÇÃO 50
4.5.1. AJUSTES
4.5.2. ENSAIO
Uma discussão importante que deve ser levada em consideração neste caso
é a também atuação do SOTF, conforme se pode observar na figura 46. Entretanto,
o trip gerado foi através do da função 50, e não do SOTF, conforme se pode
observar na figura 47. Neste caso, como a função 50 não possui temporização
intencional, o trip foi gerado por ela mesma, e não pela SOTF, esta última por sua
vez possuindo temporização intencional.
59
5. CONCLUSÃO
ABB. Excellence, safety and comfort – 100 years of relay protection in Sweden.
Västeras, Sweden, 2005. 16p.
COURY, Denis Vinicius. SEL 380 Introdução aos sistemas elétricos de potência.
São Carlos: Universidade de São Paulo.
61
COZZO, Reinaldo. Relés eletromecânicos e de estado sólido. O Setor Elétrico, 40
ed. 2009.
MASON, C. R. The art and Science of Protective Relaying. John Wiley and Sons,
Inc. New York, 1956.
SILVA, Murilo da; OLESKOVICZ, Mário; COURY, Denis V. Uma nova ferramenta
baseada na transformada Wavelet para localização digital de faltas., SBA –
Sociedade Brasileira de Automática, 2005.
APÊNDICE A
INTRODUÇÃO
ESPECIFICAÇÕES DO RELÉ
ALIMENTAÇÃO
FUNÇÕES BÁSICAS
COMUNICAÇÃO
CONFIGURAÇÕES INICIAIS
AJUSTES DA FUNÇÃO 21
ܸ
ܼ=
ܣ
75
Com isso, no caso de um ensaio, entende-se que para que seja simulado
uma falta na zona 2, a mala de teste deve enviar ao relé um sinal de tensão de, pelo
menos, 20 V e um sinal de corrente de 2,5 A, o que gera uma impedância de 8 Ω,
compatível com o ajuste feito para a zona em questão.
Os elementos de distância de terra mho são configurados na opção “Ground
Distance Elements”, as quais devem ter alcance de 6 Ω e 9 Ω para as zonas 1 e 2,
respectivamente, e tempo de atuação de 3 e 12 ciclos, respectivamente. Estes
ajustes são mostrados nas figuras a seguir.
AJUSTE DA FUNÇÃO 50