Proteção SEP Vol2 - Geraldo Kindermann - 2a ed

Proteção SEP Vol2 - Geraldo Kindermann - 2a ed

(Parte 4 de 7)

As fibras ópticas de acordo com o tipo de transmissão e índice de refração podem ser:

• Fibra óptica monomodo, que utiliza diâmetros de 9 ~m e lO

~mcom comprimento de onda (Â.) de 131 nm e 1550 nm, tem menor atenuação no sinal, é empregada para grandes distâncias de transmissão;

• Fibra óptica multimodo que se divide em:

40 Capítulo I

~degrau que tem dois índices de refraçào, um para o núcleo e outro para a casca. São fibras grossas com diâmetro de I 0 a 850 pm. São empregadas em distâncias cUlias.

~ Índice gradual que apresenta índice de refração variável, a dimensão do núcleo é de 50 pm, 62,5 e

100 ~me da casca de 125 ~m e 140 Podem ser usadas em maiores distâncias com atenuações de 1 a 6 dB/km.

A fibra óptica multimodo, tem diâmetro do núcleo de 50 11m, 62,5

~m e 200 ~mcom comprimento de onda da luz emitida na ordem de 650, 820 e 1300 mn.

Os transdutores (conversores) fotoelétricos dos relés em cada terminal da linha de transmissão devem ser compatíveis, isto é, devem gerar sinais luminosos com o mesmo comprimento de onda. Os cabos de fibra óptica podem ser simples ou acompanhados de um cabo (guia) de aço. O cabo de fibra óptica com guia de aço possibilita lançar o cabo em maiores vãos entre torres de transmissão e resguarda de tensionamentos mecânicos nas fibras.

A perda de sinal na fibra óptica é medida em dB. Deve-se considerar as perdas em dB em todo o sistema de transmissão do sinal de fibra óptica, concernentes às emendas, às conexões e os cabos propriamente dito.

Por exemplo, o cabo de fibra óptica de 9,3 tem perdas de:

• 0,4 clB/km para À = 1310 run; • conector, perdas de 2 dB/conector;

• emenda, perda de 0,4 dB/emenda.

A distância de comunicação direta entre relés fica limitada pela geração de sinal no conversor e pelas atenuações de sinal no sistema de comunicação. Estas limitações restlingem a operação direta entre relés em torno de 50 km.

13.4 Cabo OPGW

Teleproteção 41

Cabo OPGW (Optical Ground Wires) é um cabo condutor metálico, onde coaxialmente estào instalados os cabos de fibra óptica. Ver figura

-Fibra Ótica

3.4.1.

Cabo de Fibra ;~, Ótica /

~ Capa ~ , Alumínio

Figura 3.4.1 -Cabo OPGW

O cabo OPGW é utilizado como cabo de cobertura (cabo pára-raios ou cabo guarda) de uma linha de transmissão. Ver figura 3.4.2.

Figura 3.4.2 -Cabo de Cobertura do tipo OPGW

O cabo de cobertura está aterrado na torre de transmissão. Assim, na ocorrência de uma descarga atmosférica, o raio será captado pela parte metálica do cabo de cobeltura, será conduzido até à torre mais próxima, e

42 Capítulo I será escoado a terra pelo aterramento ( contrapeso) do pé da torre. Esta condução do raio não afeta a transmissão do sinal luminoso dentro do núcleo da fibra óptica.

O esquema da teleproteção e da VIa de comunicação é apresentado simbolicamente pela figura 3.4.3.

Barra A TC,

Receptor de Sinal

Linha de Transmissão

CaboOPGW Canal de comunicação

Receptor de Sinal

Figura 3.4.3 -Teleproteção com Cabo OPGW

Barra B

Neste tipo de teleproteção a comunicação entre os relés é feita pela transmissão do sinal pelas fibras ópticas contidas no cabo OPGW, possibilitando efetuar vários esquemas de proteção. Apenas para ilustração, por exemplo, o cabo OpGW com 18 pares de fibras ópticas pode trafegar

em cada par, 7560 canais, perfazendo no total 136.080 canais de comunicação.

A transmissão com OPGW pode cobrir grandes distâncias com a introdução de repetidora de sinal.

Desse modo, pode-se utilizar a transmissão de sinal pela fibra óptica, para o uso da:

© Proteção;

© Comunicação telefônica;

© Transmissão de sinal de TV;

© Comunicação via Internet;

© Comunicação do sistema de supervisão e controle;

Teleproteção 43

© Serviços para companhias telefônicas ou de TVs não pertencentes à empresa. Isto é. podem-se comercializar os canais excedentes para empresas particulares.

[ 3.5 Onda Portadora

A transmissão por onda pOliadora é feita utilizando o meio fisico, isto é, o próprio cabo condutor da linha de transmissão para a propagação do sinal de comunicação. O sinal a ser transferido é modulado na onda portadora, é injetado na extremidade da linha de transmissão e é recebido na outra extremidade onde é demodulado, isto é, o sinal é separado da onda portadora. Este sistema é conhecido por OPLAT -Onda POliadora sobre Linha de Alta Tensão. O esquema da figura 3.5.l mostra os elementos básicos da teleproteção com onda portadora (Sistema Carrier).

Barra TC

Transmissor e

Receptor Carrier

Bobina de Bloqueio de Carrier

Chave 9

Canal de Comunicação

Linha de Transmissão

L-----_,

Figura 3.5.1-Teleproteção Onda Portadora (Carrier)

O sinal é transmitido por uma onda portadora de alta freqüência na ordem de 20 a 400 kHz, que se superpõe à corrente elétrica (60 Hz) da linha de transmissão. Cada sinal, com sua respectiva freqüência, propaga-se independentemente como se o outro sinal não existisse, apenas seus efeitos são somados. O receptor, no outro extremo da linha de transmissão, que está

4 Capítulo m sintonizado na freqüência Carrier, absorve apenas o sinal da onda portadora, sendo que a correspondente demodulação extrai o sinal da infonnação.

Para a finalidade de usar o sistema Carrier por onda portadora na teleproteção, há necessidade de apenas apresentar a figura 3.5.1 de modo mais simplificado, como mostra o desenho da figura 3.5.2.

Bobina de

Barra A TC Blueio de Canal de

Carrier Comunicação TC Barra B

~ ~ r-W'-----r--------.-----'W ,",.-. D-1 I Linha de Transmissão I '-18 8- 1

Figura 3.5.2 -Sistema Carrier

Em que T representa o transmissor e R o receptor da onda portadora Carrier.

Os equipamentos que constituem o sistema de transmissão por onda pOltadora podem utilizar a tecnologia digital, porém a transmissão da onda portadora pela linha de transmissão é feita sempre no modo analógico.

O sistema completo da transmissão por onda portadora (Carrier), sucintamente é composto pelos seguintes equipamentos:

• Bobina de bloqueio do Carrier; • Divisor Capacitivo de Potencial (DCPs);

• Equipamento de sintonia;

• Transmissor Carrier;

• Receptor Carrier;

• Filtro da onda.

O capítulo 2 da referencia [5] foi dedicado ao equipamento DCPs contendo o seu funcionamento e utilização.

A faixa de freqüência utilizada para a propagação de sinal confinada na linha de transmissão, em comparação com outras freqüências, é mostrada na figura 3.5.3.

Teleproteção

16kHz

Rádio Navegação ..

20kHz 30kHz 400kHz

_.-------------Faixa Carrier -------------

200kHz 4G5kHz

Figura 3.5.3 -Faixa de Freqüência Carrier

535kHz

------+- Rádio Difusão

Preqüências menores que 20 kHz prejudicam o acoplamento com os

DCPs, e para freqüências maiores que 400 kHz as perdas de transmissão do sinal são mais acentuadas e também começa a haver interferências com os serviços de rádio.

O sistema de proteção que utiliza onda portadora (Carrier) depende muito da integridade dos condutores da linha de h·ansmissão. Sendo prejudicados nos seguintes casos:

® Abertura dos condutores da linha de transmissão;

® Curtos-circuitos;

® Manobras de disjuntores;

® Interferências eletromagnéticas;

® Interferência eletrostática.

Na transmissão por microondas o meio de propagação do sinal é pelo ar. O sinal é transmitido numa freqüência de 900 kHz a 20 MHz. O sinal de alta freqüência da microonda é dirigido por antenas parabólicas de ponta a ponta. Por este motivo as antenas parabólicas devem estar colocadas em torres de comunicação para que sua visada tenha longo alcance. Ver figura

3.6.1.

A faixa de freqüência deste sistema de comunicação é:

• UHF de 300 MHz a 3 GHz;

• Microondas de 3 GHz a 30 GHz.

O sistema de comunicação por microondas é muito complexo e caro.

As antenas parabólicas devem estar direcionadas umas em relação às outras, de modo que o sinal seja transmitido entre as torres de comunicação l \

\. l

46 Capítulo I até o seu destino tillal. Em condições ±àvoráveis a máxima distância entre duas torres pode ser de até 60 km.

Antena Parabólica

Cabo Guia ~ de

Microondas

Equipamento de Transmissão e Recepção

Figura 3.6.1 -Torre de Comunicação de Microondas

Este sistema sofre influência das conclições atmosféricas, sendo um problema para a fidelidade desse sistema de transmissão, principalmente para a teleproteção. A vantagem desse sistema é que a comunicação independente dos efeitos das correntes de curtos-circuitos na linha de transmissão e das interferências eletromagnéticas geradas na subestação.

13.7 Tipos de Sistemas de Teleproteção

Os sistemas complexos de proteção que utilizam a técnica de comunicação entre subsistemas de proteções são conhecidos genericamente por teleproteção. As proteções e as comunicações entre relés podem ser efetuadas com o emprego de várias técnicas, denominadas:

a) Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional ou Sistema de Comparação Direcional por Bloqueio -CDB -(Blocking); b) Sistema de Comparação Direcional por Desbloqueio -CDD - ( Unblocking);

Teleproteção 47 c) Sistema de Transferência de Disparo Direto por Subalcance (Direcr Underreach Transfer Trip -DUTT); d) Sistema de Transferência de Disparo Pennissivo Por Subalcance (Permissive Underreach Trip -PUTT); e) Sistema de Transferência de Disparo por Sobrealcance (Pei"Jnissive Overreach Transfer Trip -POTT).

Existem vários sistemas de proteçào que utilizam os esquemas anteriores ou suas variantes, sendo que alguns serão apresentados nos itens a seguir. Neste tipo de esquema qualquer relé pode ser utilizado, sendo os mais usuais os relés 21,67 50,51.

I 3.8 Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional

O sistema de bloqueio por comparação direcional (CDB), conhecido também por Bloding, utiliza o sistema de comunicação para enviar um sinal para bloquear, isto é, para não pernlitir a operação de abertura do disjuntor remoto adjacente. Por este motivo, o sinal enviado pelo canal de comunicação será utilizado para impedir a operação de desligamento do disjuntor, mesmo que a proteção local queira abrir o disjuntor. O sinal é de bloqueio da abertura do disjuntor, daí advindo o nome sistema de bloqueio por comparação direcional.

Para o caso de proteção principal e alternativa, quando se têm 2 sistemas de proteção separados e independentes por terminal da linha de transmissão, é garantida a atuação da proteção local, sem preocupação com a obrigatoriedade da atuação da proteção de retaguarda remota.

Pode-se utilizar o sistema de bloqueio por comparação direcional

(CBD), apresentado a seguir, cujo diagrama unifilar é mostrado na figura 3.8.1.

21P 21S

Figura 3.8.1 -Diagrama Unifilar do Sistema Elétrico para a Proteção CDB

48 Capítulo I

No diagrama unifilar da figura 3.8.1 está apresentado somente à proteção primária da L T AS de uma configuração em anel.

Na barra A, o relé 21P está direcionado no sentido da linha de h'ansrnlssão L T AB e sobrea1cança a bana remota B e vai até, por exemplo, a 40% da próxima linha de transmissão, LT BC, e o relé 21 S (instantâneo) está direcionado ao sentido contrário (reverso) e alcança a barra adjacente, barra D, como mostrado no esquema da figura 3.8.l.

A filosofia do cnB é que sempre que o relé 21 S vê o defeito, um sinal de comunicação é enviado para a outra barra para não deixar que o disjuntor abra, isto é, o sinal é enviado para BLOQUEAR a abertura do disjuntor da barra remota. Na proteção da figura 3.8.1, as zonas de atuação do relé 21 são designadas por P e S, em que P significa proteção piloto ou principal e S significa Start, ou seja, partida (disparo) do transmissor que envia um sinal pelo sistema de telecomunicação para a outra barra.

O diagrama funcional em DC do sistema de bloqueio por comparação direcional aplicado ao diagrama unifilar da figura 3.8.1 está mostrado na figura 3.8.2.

Relé de Tempo

RC t To BA

Sistema de Telecomunicação

Relé de Tempo i RC BA To

Figura 3.8.2 -Diagrama Funcional em DC do CDB

+ 21P

21relé de distância. Poder-se-ia utilizar um outro relé no lugar do

Em que: relé 21, por exemplo, o relé 50 ou o relé 67;

21P -+ contato do relé 21P;

Teleproteção 49

21S'" contato do relé 21S; BA -+ bobina de abertura do disjuntor:

TR -+ transmissor, equipamento que envia o sinal de comunicação para a barra remota;

RC -+ receptor, equipamento que está sintonizado para receber o sinal de comunicação enviado pelo transmissor da barra remota. Quando o receptor RC recebe o sinal de comunicação, o seu contato RC abre;

Relé de Tempofecha o seu contato To quando transcorre o seu tempo

ajustado. O tempo de ajuste To = 6 a 20 ms. O tempo de ajuste To é um tempo muito baixo, mas deve ser maior que o tempo da propagação do sinal de transmissão de uma barra a outra. Ou seja, To > Tempo de propagação do sinal pelo sistema de telecomunicação. Este tempo To muitas vezes já vem incorporado no equipamento fomecido pelo fabricante, e está fixado enh'e 15 a 20 ms.

Passa-se a seguir a analisar a atuação da proteção para os defeitos assinalados no diagrama uni filar da figura 3.8.1.

a) Defeito no ponto Fi da linha LTAB•

As proteções das barras A e B, atuarão com o acionamento dos seguintes contatos.

Terminal A

• Fecha o contato 21P que energiza o relé de tempo; • Transcorrido o tempo To, o relé de tempo fecha o seu contato To;

• O disjuntor A é desligado. Terminal B

• Fecha o contato 21P que energiza o relé de tempo; • Transcorrido o tempo To, o relé de tempo fecha o seu contato To;

• O disjuntor B é desligado.

Note que neste caso, nenhuma proteção 21S viu o defeito, pOltanto nenhum sinal de comunicação foi enviado.

b) Defeito no ponto Fz.

50 Capítulo I

Este defeito é fora da L T AB. portanto nenhwl1 disjuntor deve ser desligado.

A seqüência de atuação da proteção é a que segue: Terminal B

• Fecha instantaneamente o contato 21 S;

• Ativa-se o transmissor B, que envia um sinal pelo sistema de telecomunicação para o receptor A da barra A.

Terminal A

• Fecha instantaneamente o contato do relé 21P;

• O receptor A recebe o sinal do transmissor B e abre o seu contato

RC. Note que o contato RC estando agora aberto, nâo será mais possível efetuar a operação de abertura do disjuntor A, isto é, o disjuntor A está bloqueado;

• O relé de tempo fecha o seu contato To no tempo To. Note que o tempo To> tempo da propagação do sinal de comunicação entre as barras;

• O disjuntor A permanece fechado, em operação normal.

O problema nesJe tipo de sistema de proteção de bloqueio por comparação direcional é que:

® Se houver um defeito no sistema de telecomunicação, de modo que o sinal seja emitido indevidamente, a abertura do disjuntor fica bloqueada, independente da atuação da proteção local.

® Se houver uma falha no sistema de telecomunicação, de modo que o sinal transmitido não chegar no receptor remoto, poderá haver atuação indevida da proteção local para defeito fora da linha de transmissão. Fato este que geralmente ocorre neste tipo de esquema de proteção.

Como não se sabe se há defeito no sistema de telecomunicação, há necessidade de uma constante vigilância no sistema para garantir o seu desempenho.

O esquema funcional apresentado na figura 3.8.2 é simplificado, na realidade o esquema é mais complexo e, pode-se citar que o receptor não

Teleproteçâo 5] promove a abemlra do contato RC. Esta função é feita por um relé 85 auxiliar. O funcionamento baseia-se no esquema mostrado na figura 3.8.3.

J i 85 i

'\' RC~~ Sistema de Telecomunicação

Figura 3.8.3 -Relé 85

Quando o receptor recebe um sinal de comunicação, ativa o relé 85 que promove a abertura do contato RC. O relé 85 tem também outros contatos auxiliares NA e NF, para realizar outras funções. Geralmente, provoca-se um retardo intencional no tempo de rearme do relé 85, a fim de evitar problemas na proteção de linhas operando em paralelo.

(Parte 4 de 7)

Comentários