Proteção SEP Vol2 - Geraldo Kindermann - 2a ed

Proteção SEP Vol2 - Geraldo Kindermann - 2a ed

(Parte 7 de 7)

O enrolamento do rotor da máquina síncrona é extremamente sensível às componentes de seqüência negativa e zero, oriundas da operação desequilibrada ou de defeitos à terra.

74 Capítulo I

13.19 Falha de Disjuntor

Sempre se apresentou que a atuação do esquema de proteção finaliza com a abertura do disjuntor, deste modo, diz-se que a proteção atuou com sucesso. Porém, muitas vezes toda a proteção atua adequadamente, mas por algwn motivo a corrente de curto-circuito não é extinta, diz-se então que houve falha do disjuntor (Breaker Failure).

A falha do disjtilltor pode ocorrer de dois modos:

a) Falha mecânica: ocorre quando os cantatas mecânicos do disjuntor não foram abertos e a corrente de curto-circuito continua alimentando o defeito. Vários motivos causam falbas mecânicas, tais como:

® Soldaduras dos contatos;

® Defeito no dispositivo de liberação dos mecanismos de abertura dos cantatas móveis do disjuntor;

® Falba na pressão do ar comprimido em disjuntores pneumáticos, ou perda de óleo nos disjuntares hidráulicos ou problema na mola do disjuntor;

® Problema na bobina de abertura do disjuntor. b) Falha elétrica: As falhas de origem elétricas podem ser: ® Falba na bobiria de abertura do disjuntor;

® Falha no meio fisico, isto é, na rigidez dielétrica entre os cantatas principais do disjuntor. Embora os cantatas mecânicos do disjuntor estejam abertos, há condução da corrente do curtocircuito pelo arco elétrico entre os cantatas. Isto ocorre devido a um defeito na câmara de extinção do arco elétrico.

Portanto, deve-se prever no esquema de proteção, uma proteção adicional para falha do disjuntor, que deverá acionar a abertura de todos os disjuntores mais próximos de modo a isolar o trecho sob curto-circuito do sistema elétrico. Os disjuntores mais próximos são geralmente os da barra na qual houve a falba do disjuntor.

Por exemplo, a figura 3.19.1, mostra mn diagrama unifilar de um sistema elétrico que pertence a um sistema em anel.

Teleproteção 75

3 Barra B 6

F 50/62BF

Figura 3.19.1 -Falha do Disjuntor

Na figura 3.19.1 a proteção para a falha do disjuntor é denominada de 50/62BF (ver apêndice A), que é executada pelo relé de sobrecorrente 50 associado com o relé de tempo 62.

Na ocorrência de um curto-circuito em F, com a atuação normal da proteção os dois disjuntares I e 2 deverão ser abertos de modo a retirar de operação a linha de transmissão.

Se o disjuntor 2 atuar e o disjuntor 1 falhar, a proteção contra falha de disjuntor deve atuar e enviar um sinal de abertura (trip) para os disjuntares 3, 4 e 5, ou seja, a barra A deverá ser desconectada do sistema elétrico. Isto ocorrendo, perde-se a seletividade da proteção e vários elementos serão desligados, inclusive bloqueando-se os respectivos religamentos.

Se, entretanto, o disjuntor I abrir e ocorrer a falba do disjtilltor 2, a proteção de falha do disjuntor 2 deverá desligar os disjuntores 6 e 7, ou seja, a barra B será desconectada.

Apresenta-se na figura 3.19.2 um esquema simplificado da proteção de falha do disjuntor.

62BF

Figura 3.19.2 -Proteção de Falha do Disj untar para Linha de Transmissão

i I

76 Capítulo I

Se OCotTer um defeito em F e, por exemplo, o disjuntor 1 falhar, a seqüência de atuação ela proteçào na barra A é:

-7 Atuaçào instantânea do relé de sobrecolTente 50BF;

-7 Atuação da proteção ele linha de transmissão que energiza simultaneamente a bobina de abertura BA e o relé auxiliar 62X;

-7 O relé auxiliar 62X fecha o seu contato 62X;

-7 Com o fechamento do contato 62X, ati va-se o relé de tempo 62BF;

-7 Se o defeito não for eliminado depois de transcolTido o tempo ajustado no relé de tempo 62BF, o seu contato 62BF será

-7 Com o fechamento do contato 62BF, ativa-se o relé de bloqueio 86 da BalTa Á, que ablirá de acordo com sua programação os disjuntores 3, 4 e 5.

Salienta-se que o tempo ajustado no relé de tempo 62BF é menor que o tempo das proteções de retaguarda remota para evitar maiores desligamentos. Existem vários esquemas de proteção contra falha de disjuntor, o apresentado na figura 3.19.2 é um deles.

Note-se que pelo esquema da figura 3.19.2, a atuação do relé de sobrecorrente 50BF não garante a atuação do relé de tempo 62BF. A atuação do relé de tempo 62BF só é possível com a atuação do 50BF e da proteção específica de linha. Geralmente o ajuste do 50BF é muito baixo, às vezes menor que a COlTente de carga, portanto já opera atuado com a corrente normal de carga. Daí à necessidade de sua atuação ser monitorada pela proteção de linha.

Muitas vezes, dependendo da configuração do sistema elétrico, a proteção conh'a falha do disjuntor, além de desligar os disjuntares adjacentes, deve também provocar a abertura de disjuntares remotos. A abertura de disjuntor remoto deve ser feita via comunicação de sinal por transferência direta de disparo.

Caso a subestação tenha proteção principal e alternativa com 2 bobinas de abertura do disjuntor, o esquemático em DC de falha do disjuntor pode, por exemplo, ser o apresentado na figma 3.19.3.

Teleproteção 7

+11pI I I I I >--_ .-/ 62Y y 62X

50BF

BAI 86 62X 62Y 523 51a

Figura 3.19.3 -Esquemático em DC da Falha do Disjuntor

Supondo que houve falha do disjuntor a seqüência de atuação da proteção é:

• As proteções principais e alternativas fecham os contatos 21 P e 21 A e o relé de sobrecorrente 50BF opera fechando o contato

50BF;

• Ativam-se a bobina de abertura BAl e BA2 do disjuntor e ativam-se também os relés auxiliares 62X e 62Y que fecham os seus contatos 62X e 62Y;

• Ativa-se o relé de tempo 62BF;

• Como o disjuntor falhou, o curto-circuito não é eliminado e transcorrido o tempo ele ajuste do relé de tempo 62BF o seu contato é fechado;

• Com o fechamento do contato 62BF, ativa-se o relé de bloqueio 86 que provoca o disparo (trip) dos respectivos disjuntores de modo a isolar o defeito (curto-circuito).

Quando a proteção contra falha do disjuntor é acionada, perde-se a seletividade com vários desligamentos de linhas ou cargas elétricas não envolvidas pelo defeito. De todas as configurações de barras existentes, a configmação de barramentos de disjuntor e meio é a que menos sofre com a perda de seletividade.

Em um sistema de potência, o sistema de proteção terá sucesso se operar adequadamente, finalizando com a abertura do disjuntor. Desse modo, todos os componentes do sistema de proteção devem operar sem defeitos. Na realidade os componentes do sistema de proteção apresentam

78 Capítulo I defeitos. A seguir, apresenta-se na tabela 3.19.1 as taxas de falha dos componentes do sistema de proteção.

\ Sistema de Proteção

Equipamento Taxa de falha

Disjuntor 47,16% TCeTP 0,47%

Relé 4,74% Bateria 47,16% Fiação 0,47%

Tabela 3.19.l -Taxas de Falha do Sistema de Proteção

Verifica-se que os elementos com maiores ta..'(as de falha são o disjuntor e o sistema de alimentação.

3.20 Fontes Intermediárias o relé de distância 21 opera efetuando a medição da impedância que é obtida pela divisão da tensão pela corrente elétrica, de acordo com a expressão 3.20.1.

Z Vrelé relé21 = -1-(3.20.1) relé

No caso de um sistema radial apresentado na figura 3.20.1, e considerando que o defeito em F é ideal, isto é, sem resistência de contato, a impedância vista pelo relé é proporcional ao comprimento da linha de transmissão e é dada por:

Barra A TC

--------t

! ----x ---.. !

; Defeito Linha de Transmissão

Figura 3.20.1 -Diagrama Unifilar de um Sistema Radial

l

Barra B

Te leproteção 79

Vre1é . Zrelé21 =---= xZLT

I defeito (3.20.2)

Na expressão 3.20.2, a variável x representa o valor percentual na base unitária correspondente ao ponto de defeito na linha de transmissão.

Se houver resistência de contato no local do defeito, a impedância vista pelo relé 21 será:

_ Vrelé _ (x ZLT + ReoDtara )Idefeiro -Z R Zrelé 21 -I -I -X LT + eontato defeito defeito

Portanto, pode-se verificar que a presença de resistência de contato produz um suba1cance do relé de distância 21, dando uma incerteza da real zona de atuação da proteção.

No sistema eléh'ico em anel, figura 3.20.2, as correntes de curtoscircuitos que alimentam o defeito vêm das barras adjacentes, e considerando a resistência de contato no local de defeito, a impedância vista pelo relé de distancia é:

Barra A TC

Figura 3.20.2 -Sistema em Anel

V,eléA

Zrelé21A =-r- A xZLT1A + Rcon,a,JIA +18) IA

Zrelé 21 A = X ZLT + Reontato + Reontato( ;: )

Barra B TC

(3.20.3)

Note que pela expressão 3.20.3, quando OCOITe um defeito no local a x porcento da linha de transmissão, na verdade o relé 21 não está vendo a impedância x ZLT mas sim x ZLT + Reontato + Reontato( ), que para o relé, o ponto de defeito parece estar mais distante. A parcela de impedância

80 Capítulo I

Rcontato l ;: J aparece devido ao infeed, isto é, da alimentação do curto- circuito pela barra remota B, isto provoca um subalcance no relé, diminuindo a real zona de atuação do mesmo. Portanto, devido à resistência de cantata e do infeed, não se tem celteza da real zona de atuação do relé.

Resumindo pode-se concluir que a zona de atuação do relé é influenciada pelos seguintes erros devido a:

® Infeed de corrente das barras remotas adjacentes do sistema elétrico;

® Erros dos TCs;

® Erros dos TPs;

® Erros intrínsecos do próprio relé;

® Erros devido às correntes e às tensões transitórias no momento do defeito;

® Presença da componente DC no momento do curto-circuito;

® No caso de DCPs, erros devido aos efeitos transitólios gerados por esses equipamentos.

O problema de subalcance, produzido pelo infeed, ocorre também na zona de retaguarda dos relés de distância no sistema em anel, como mostra a figura 3.20.3.

D

I--x

Curtocircuito

Figura 3.20.3 -Alimentação Intermediária

Teleproteção

Neste caso a impedância vista pelo relé A é:

. VA ZABil +xZBdíl +i1) Zrelé A = -. -=

í?

O relé D vê

Zrelé A = ZAB +xZBC + X ZBe--:-=-- I

Desse modo as 2a e 3a zonas dos relés de distâncias, terão seus alcances prejudicados pela alimentação dos curtos-circuitos pelas fontes intermediárias (infeecl).

Exemplo: Dado o diagrama unifllar da figura 3.20.4 cujo defeito ocorre no ponto F sem resistência de cantata.

A B . o ZBc=9L70 n i, = 2000 A

F [2 = 3000A

D

Figura 3.20.4 -Diagrama Unifilar do Exemplo Os relés das Barras A e D têm os ajustes de 2a zona em:

c iJ =3000A

• Z -12 5 n (aiuste ate' 500/0 da linha de transmissão 2 zona A -,lo.!. /( remota L T BC)

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