PROTEÇÃO DE SISTEMAS DE POTÊNCIA RELÉ DE PROTEÇÃO: RELÉ DIFERENCIAL DE CORRENTE

RELÉ DIFERENCIAL DE CORRENTE (87) A proteção diferencial é fundamentada na comparação entre as correntes elétricas que circulam entre os dois terminais de um equipamento ou sistema que se quer proteger. Caso haja diferença de módulo entre essas correntes, o relé envia um sinal de atuação para o disjuntor, desligando o sistema. Normalmente, as correntes entre os terminais do equipamento ou sistema são coletadas por transformadores de corrente instalados nesses pontos. A seção do sistema compreendida entre os dois terminais é denominada de zona protegida, isto é, qualquer defeito que ocorra entre esses terminais o relé faz operar os seus contatos.

RELÉ DIFERENCIAL DE CORRENTE (87) A proteção diferencial é largamente empregada na proteção de: De transformadores de potência Cabos subterrâneos Máquinas síncronas Barras Linhas de transmissão

A proteção diferencial de corrente é uma aplicação da Lei de Kirchhoff das correntes

Como opera o relé 87? Devido as correntes de entrada e saída serem elevadas, a comparação destas é feita por meio de TC´s. Assim: TC- na entrada TC – na saída

A proteção diferencial pode ser classificada como: a) Proteção diferencial longitudinal É aquela definida pela comparação direta entre as correntes que circulam nos dois pontos do sistema, que pode ser um transformador, gerador, motor etc. b) Proteção diferencial transversal É aquela que compara os módulos de correntes que entram num ponto do circuito e circulam em dois ou mais circuitos. Tem aplicação na proteção de barramento.

c) Proteção diferencial compensada Também denominada de proteção percentual, é aquela em que as correntes que circulam nos terminais do equipamento que se quer proteger têm de ser rigorosamente iguais. Caso contrário, circulará pelo relé uma corrente de compensação que faz atuar o relé intempestivamente.

Há vários motivos para que as correntes que circulam nos terminais do equipamento não sejam rigorosamente iguais, tais como: a)os erros dos TC´s, b)corrente de magnetização c) Saturação dos TC´s d)Diferenças de correntes no circuito de conexão do relé em função dos tapes do transformador de potência. Nesse caso, o relé deve possuir um sistema de compensação interno que corrige essa diferença de corrente, evitando desligamentos desnecessários.

A proteção diferencial de um transformador de potência deve estar associada a uma proteção de sobrecorrente alimentada, de preferência, por transformadores de corrente independentes. Os relés de sobrecorrente já estudados são destinados à proteção do transformador para faltas externas à zona de proteção. Adicionalmente, têm a função de proteção de retaguarda para falhas do relé diferencial.

A proteção diferencial não é sensibilizada pelas correntes de defeito resultantes de falhas ocorridas fora da zona protegida, porém é sensível à corrente de energização do transformador. O ajuste do relé deve evitar saídas intempestivas do disjuntor para essa condição. Além disso, o relé diferencial pode atuar devido aos erros inerentes aos transformadores de corrente instalados nos lados primários e secundários que comparam as correntes que entram e saem dos seus terminais. Caso haja uma diferença entre essas correntes, superior a um determinado valor ajustado, o relé é sensibilizado, enviando ao disjuntor o sinal de disparo.

Denomina-se zona protegida a área compreendida entre os transformadores de corrente instalados nos lados primário e secundário do transformador a ser protegido. Nesse caso, toda e qualquer falha ao longo desse trecho de circuito deve ser eliminado pelo relé diferencial. O que se denominou zona protegida pode compreender somente o transformador de potência, ou, se desejar, pode se estender essa proteção além dos limites do equipamento, como, por exemplo, englobando parte dos circuitos primários e secundários do transformador.

Pode-se empregar a proteção diferencial na proteção de transformadores de dois ou três enrolamentos, em autotransformadores, em barramentos de subestação etc. Os relés diferenciais podem ser encontrados nas versões eletromecicas, estáticas ou digitais. Os dois primeiros tipos não são mais fabricados, porém ainda existem milhares de peças instaladas Brasil afora. Atualmente, somente são utilizados relés diferenciais digitais.

CASO 1: SISTEMA OPERANDO SEM CORRENTE DE FALTA Relé não opera

CASO 2: FALTA EXTERNA A ZONA DE PROTEÇÃO Admite-se fontes em ambos os lados. Os dois TC´s acusam a mesma corrente I1 logo, o relé 87 não opera

CASO 3: FALTA DENTRO DA ZONA DE PROTEÇÃO Admite-se fontes em ambos os lados. O relé 87 OPERA, pois a corrente que passa pelo relé será a soma das correntes nos dois lados do equipamento protegido.

Filosofia da operação

Filosofia da operação

Relé de Bloqueio (86) São relés que recebem sinais de desligamento de outros relés e atuam sobre o disjuntor. Sua função é bloquear o religamento do disjuntor no caso de falta, pois o disjuntor somente pode ser religado após este relé ser resetado e, assim, somente será religado por pessoa especializada e autorizada. Normalmente, apenas os relés de sobrecorrente são direcionados para este relé (50, 51,50/51, 50/51N, 67, 87). 83

Religamento Automático (79) Trata-se de uma função que tem a finalidade de acionar, automaticamente, o fechamento do disjuntor desligado pela proteção, após temporização ajustável. 83

Religamento Automático (79) O religamento deve ocorrer para: Faltas internas na linha de transmissão protegida; Atuação da proteção principal (ou alternada) na primeira zona ou pela teleproteção. Todos os tipos de falta na linha (ou para alguns tipos, a escolher – ajustável). O religamento não deve ocorrer para: Faltas externas à linha, com atuação de proteção de retaguarda; Para atuação de outras proteções como falha de disjuntor e diferencial de barra; Para atuações temporizadas da proteção principal. 83

Relé de Sincronismo (25) Tem como função comparar a frequência entre duas fontes de geração. É um dispositivo obrigatório quando se deseja operar duas ou mais fontes de energia em paralelo. O relé de sincronismo possui duas entradas de tensão, cada entrada destinada a uma das fontes de geração que serão sincronizadas. Assim, é possível colocar em paralelo dois geradores, ou um gerador e a rede da concessionária de energia elétrica. 83

Módulo das diferenças entre as tensões de fase das fontes A e B. Relé de Sincronismo (25) O relé de sincronismo compara os seguintes parâmetros de cada uma das fontes que serão sincronizadas: Módulo das diferenças entre as tensões de fase das fontes A e B. Módulo das diferenças entre as frequências de fase das fontes A e B. Módulo das diferenças entre as defasagens angulares de fase das fontes A e B. 83

Ajuste do relé 25 O funcionamento do relé de sincronismo é fundamentado na comparação entre a amplitude da tensão, a frequência e o defasamento angular entre as duas fontes a serem postas em paralelo, gerando um sinal de permissão de sincronismo, quando a diferença entre os módulos das tensões, das frequências e das defasagens angulares estiverem dentro dos limites ajustados no relé.

Ajuste do relé 25 Faixa de ajuste da diferença da tensão: 3,0 a 50xRTP. Faixa de ajuste da diferença da frequência: 0,10 a 2,5 Hz. Faixa de ajuste da diferença de defasagem angular: 5,0 a 20°. Se uma das fontes apresentar tensão inferior a um determinado valor, o relé não mede a diferença da frequência e nem a diferença da defasagem angular, inibindo a emissão do sinal de permissão de sincronismo e efetuando o seu bloqueio.

Convencionalmente, sempre se fez necessário o investimento em controladores dedicados para a regulação da tensão e da frequência. Atualmente, através do relé de proteção para geradores SEL-700G, o próprio IED (Intelligent Electronic Device) incorpora estas funções de controle, atuando diretamente no regulador de tensão e velocidade, além de executar funções de proteção abrangentes. O relé de proteção passa a ser responsável também pela sincronização da máquina de forma automática.

A conexão de unidades geradoras em paralelo ao sistema elétrico deve cumprir requisitos de sincronismo, não podendo a máquina ser energizada de forma arbitrária. Os valores de tensão, frequência e ângulo de fase devem estar dentro de limites adequados, com diferenças mínimas (idealmente nulas) entre as grandezas geradas e as grandezas do sistema a ser conectado, tal como linha de transmissão ou distribuição. A magnitude da tensão nos terminais do gerador deve ser próxima ou idêntica à tensão do sistema para evitar o surgimento de corrente circulante entre a conexão estabelecida (barramento). As frequências também devem estar próximas entre si para evitar o aparecimento de tensões distorcidas no barramento e consequentes picos de tensão. Por fim, o ângulo de fase deve ser o mais próximo possível a fim de eliminar correntes circulantes devido à diferença fasorial resultante entre as tensões. O controle da magnitude das tensões nos terminais do gerador é feito através de regulador de tensão (RT), também conhecimento como AVR (Automatic Voltage Regulator). O controlador deve atuar no sistema de excitação da máquina para aumentar ou diminuir o nível da tensão fornecida. A frequência gerada é controlada através do regulador de velocidade (RV), conhecido também como Governor,que irá aumentar ou diminuir a velocidade das turbinas ou da força motriz. A atuação do RV também garante alteração na defasagem angular entre as tensões geradas e do sistema.