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Sistemas de Proteção Com Relés 50 e 51
Sistemas de Proteção Com Relés 50 e 51
Sistemas de Proteção Com Relés 50 e 51
com relés 50 e 51
C ÁLCULO DE COR R E NT ES E TE MPO
Sistemas de proteção
• As proteções são realizadas com o objetivo de diminuir ou evitar os
riscos ou danos causados nos casos de anormalidade.
• Salvaguardar a integridade física de operadores
• Evitar ou minimizar danos materiais
• Retirar de serviço um equipamento ou parte do sistema que se apresente
defeituoso
• Melhorar a continuidade do serviço
• Diminuir despesas com manutenção corretiva
• Melhorar indicadores
Relés de proteção
• O relé recebe informações permanentemente do sistema que
protege: corrente, tensão, frequência, impedância e ângulo de fase.
• Classificação American National Standards Institute (ANSI):
Relés de sobrecorrente 50 e 51
• Atuam em caso de aumento da corrente nominal de operação do
sistema.
• Dentro de subestações são ligados indiretamente através de transformadores de
corrente.
• Os relés de sobrecorrente atuam conforme uma corrente pré-estabelecida
• O tempo de atuação é programado conforme Curva Característica. Temos:
• Unidade Instantânea ou tempo definido (Relé 50)
• Tempo dependente (Relé 51)
Diagrama de transmissão e distribuição
• A figura abaixo representa um sistema completo de transmissão e
distribuição de energia. R1, R2 e R3 são relés de proteção (50 e 51)
Transmissão
Geração
13,8KV A B C D
Distribuição
138 138 138 13.8KV
KV KV KV
DISJ DISJ DISJ
R1 R2 R3
Geração
13,8KV A B C D
Distribuição
138 138 138 13,8KV
KV KV KV
DISJ DISJ DISJ
R1 R2 R3
138
KV 138 138 138
Geração A B C D
KV KV KV
Distribuição
DISJ DISJ DISJ
R1 R2 R3
R1 R2 R3
= =
=
Geração A B C D
R1 R2 R3
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
𝐼 𝐵𝐶 =326 ,33+125,5=451,83 A
R1 R2 R3
Geração A B C D
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A
𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
R1 R2 R3
• RTC1 ()
• a) Corrente na base 100: 600A
• b) Multiplicar por 20: 12000A
• c) ICCK3φ no trecho: 12KA ≥ 11KA (SATISFAZ!)
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A 𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
138 RTC1 138 RTC2 138 RTC3 138
KV KV KV KV
DISJ DISJ DISJ
R1 R2 R3
• RTC2 ()
• a) Corrente na base 100: 500A
• b) Multiplicar por 20: 10000A
• c) ICCK3φ no trecho: 10KA ≥ 8,8KA (SATISFAZ!)
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A 𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
138 RTC1 138 RTC2 138 RTC3 138
KV KV KV KV
DISJ DISJ DISJ
R1 R2 R3
• RTC3 ()
• a) Corrente na base 100: 200A
• b) Multiplicar por 20: 4000A
• c) ICCK3φ no trecho: 4KA < 6,3KA (NÃO SATISFAZ!)
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A 𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
138 RTC1 138 RTC2 138 RTC3 138
KV KV KV KV
DISJ DISJ DISJ
R1 R2 R3
• RTC3 (aumentar a corrente de 100 em 100A!)
• a) Aumentar a corrente na base 100: 300A
• b) Multiplicar por 20: 6000A
• c) ICCK3φ no trecho: 6KA < 6,3KA (NÃO SATISFAZ!)
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A 𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
138 RTC1 138 RTC2 138 RTC3 138
KV KV KV KV
DISJ DISJ DISJ
R1 R2 R3
• RTC3 (aumentar a corrente de 100 em 100A!)
• a) Aumentar a corrente na base 100: 400A
• b) Multiplicar por 20: 8000A
• c) ICCK3φ no trecho: 8KA ≥ 6,3KA (SATISFAZ!)
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A 𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
138 RTC1 138 RTC2 138 RTC3 138
KV KV KV KV
DISJ DISJ DISJ
R1 R2 R3
• RTC encontradas dividindo a corrente de base Relé 50F 51F 50N 51N RTC TMS
(primário) pela corrente de secundário (tipicamente 5A):
R1 120:1
R2 100:
• RTC1 = 600 : 5 = 120 : 1 1
Geração A B C D
R1 R2 R3
Ajustes dos Relés 50 e 51
• Existe um relé para proteção de fase e um para proteção de neutro:
• R1, R2 e R3 possuem funções com cada um desses ajustes:
• 50F
• 50N
• 51F
• 51N
R1 R2 R3
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A
𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
• é a corrente de curto circuito de B em diante!
• R1 51F
R1 R2 R3
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A
𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
• atuação precisa estar entre:
R1 51F
programável
Relé não
desarma
6,39A 63,5A I
R1 R2 R3
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A
𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
• é a corrente de curto circuito de B em diante!
• R1 51N
R1 R2 R3
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A
𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
• atuação precisa estar entre:
R1 51N
programável
Relé não
desarma...
0,49A 14,67A I
R1 R2 R3
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A
𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
• atuação precisa estar entre:
R2 51F
programável
Relé não
desarma
5,87A 54,5A I
R1 R2 R3
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A
𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
• atuação precisa estar entre:
R2 51N
programável
Relé não
desarma
0,45A 12,6A I
R1 R2 R3
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A
𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
• atuação precisa estar entre:
R3 51F
programável
Relé não
desarma
2,03A 44,38A I
R1 R2 R3
𝐼 𝐴𝐵=589,88 A
𝐼 𝐵𝐶 =451,83 A
𝐼 𝐶𝐷 =125,5 A
• atuação precisa estar entre:
R3 51N
programável
Relé não
desarma
0,15A 10,25A I
R1 R2 R3
• atuação em R1 50F precisa ser:
R1 51F
programável
R1 50F
Instantâneo
R1 R2 R3
• atuação R1 50N precisa estar entre:
R1 51N
programável
R1 50N
Instantâneo
R1 R2 R3
• atuação R2 50F precisa ser:
R2 51F
programável
R2 50F
Instantâneo
R1 R2 R3
• atuação R2 50N precisa estar entre:
R2 51N
programável
R2 50N
Instantâneo
R1 R2 R3
• atuação R3 50F precisa ser:
R3 51F
programável
R3 50F
Instantâneo
R1 R2 R3
• atuação R3 50N precisa estar entre:
R3 51N
programável
R3 50N
Instantâneo
Valor Fixo
Tempo Médio em Segundos de Atuação do
relé (TMS)
• R3 (principal) atua primeiro, seguido de R2 e R1 (retaguardas)
• Se a corrente é baixa, o tempo de atuação do relé é maior (e vice-versa)
Coordenograma de Fases
t (s) R2 fica acima da curva R3 para que
o R3 atue antes de R2.
R3 R2 R1
R1 fica acima da curva R2 para que
51F
o R2 atue antes de R1.
50F
R3 atua 1º
R2 atua 2º
R1 atua 3º
t (s) IMPORTANTE!
O tempo de operação
TMS (atuação) do relé é
diferente do tempo que
ele será acionado!!!
I (A)
Tempo Médio em Segundos (TMS)
Curvas para desarmar
• A curva que o relé implementa, em
software pode usar parâmetros α e
β diferentes.
• Há três tipos de curvas a saber:
• NI (normalmente inclinada ou inversa)
• MI (muito inclinada ou inversa)
• EI (Extremamente inclinada ou inversa)
NI – Brasil e Europa
MI – Japão
EI – Norte-americano (EUA) e Canadá
Tempo Médio em Segundos (TMS)
• A curva que o relé implementa, em software, é dada pela fórmula:
curvas α β
𝑇𝑀𝑆 × 𝛽
𝑡= 𝛼 NI 0,02 0,14
𝐼 𝑆𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑 á 𝑟𝑖𝑜
( 𝐼 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟 ê 𝑛𝑐𝑖𝑎 ) −1 MI
EI
1
2
13,5
80
• 2,03A < i < 56,7A R3 Atua 5,87A < i < 68A R2 atua 6,39A < i < 77A R1 atua
Coordenograma de Fases
t (s)
R3 R2 R1
51F
50F
51F
50F
• Se tivesse que calcular = 22A x 80=1761A. 2,03A 5,87A 56,7A 68A I (A)
Cálculo do tempo de desarme de R3 para 22A:
verificar quanto tempo o relé R3 atua nesta i=22A
•
t (s)
R3 R2
𝐼 𝑆𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑 á 𝑟𝑖𝑜 𝑅 3
= 0,29s 17,61A
X
Corrente em R3
X
22A
• Premissa:
• Calcular TMS2 para garantir que nesta i=22A o relé R2 atue com o tempo maior que R3. Logo, R2 deve ser
ajustado para desarmar demorando entre 0,2 a 0,6 segundos a mais do que R3. Usa-se normalmente 0,4
segundos.
• tR2= 0,29 + 0,4 = 0,69s
• Colocando novamente na fórmula pode-se calcular TMS2!
t (s)
R3 R2
𝐼 𝑆𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑 á 𝑟𝑖𝑜 𝑅 2
• = 17,61A
X
Corrente X
em R2 22A
t (s)
R2 R1
51F
19,17A
X
50F
• Premissa:
• O relé R1 deve ser ajustado para desarmar demorando entre 0,2 a 0,6s a mais do que R2.
Geralmente usa-se 0,4 segundos.
• tR2= 0,56 + 0,4 = 0,96s
• Colocando novamente na fórmula pode-se calcular TMS1! t (s)
𝐼 𝑆𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑 á 𝑟𝑖𝑜 𝑅 1 R R1
2
• =
19,17
Corrente XA
em R1 X
23A