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AUTOMAÇÃO DE SUBESTAÇÕES DE

TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO

Disciplina: Proteção de Sistemas Elétricos

Professor : Júlio César Marques de Lima

Relé de Sobrecorrente

IPUC – DEE - Proteção de Sistemas Elétricos

Relembrando...

3

Classificação dos relés quanto ao tipo da grandeza de

atuação:

Corrente

Tensão

Potência

Frequência

Pressão

Temperatura


4

Classificação dos relés quanto à função de proteção:

Sobre e subcorrente

Tensão ou potência

Direcional de corrente ou potência

Diferencial

Distância

Etc.

Relembrando...

Quanto ao tempo de atuação:

Instantâneos (sem retardo proposital);

Temporizados (mecânica, elétrica ou

eletronicamente).


Qualidades Requeridas de um Relé

5

Rapidez (razões de estabilidade do sistema) o quanto

possível, independentemente do valor, natureza e

localização do defeito;

Simplicidade (confiabilidade) e robustez (efeitos

dinâmicos da corrente de defeito) o quanto possível;


Baixo consumo próprio (especificação dos redutores

de medida);

Alta sensibilidade e poder de discriminação (a

corrente de defeito pode ser inferior à nominal e a

tensão quase anular-se);



6

7

Possuir contatos firmes (evitando centelhamento e

ricochetes que conduzem a desgaste prematuro, isso

para relés eletromecânicos);

Manter sua regulagem/precisão, independentemente

da temperatura exterior, variações de frequência,

vibrações e campos externos, etc.



Critérios de Existência de Falta e seus Efeitos

8

• Por definição, defeito ou falta é o termo usada para denotar um acidental afastamento das condições normais de operação. Assim, um curto circuito ou condutor interrompido constituem uma falta.


9

Um defeito modifica mais ou menos profundamente as tensões e as correntes próprias ao órgão considerado.

Logo as grandezas atuantes sobre os relés deverão ser ligadas, obrigatoriamente, àquelas alterações de modulo e/ou argumento das correntes e tensões.



10

Um curto-circuito traduz-se por:

Altas correntes e quedas de tensões. No entanto

ambas não são exclusivas do defeito.

Variação da impedância aparente – correspondente

à relação tensão/corrente no local do relé - e que é

brusca e maior na ocasião do defeito do que nas

simples variações de carga.



11

Aparecimento das componentes de sequência

negativa e sequência zero de tensão e/ou de

corrente;

Um curto-circuito traduz-se por:

Diferenças de fase e/ou amplitude entre a corrente

de entrada (Ie) e saída (Is) em um elemento da rede.

as correntes derivadas (magnetizante dos trafos;

capacitiva das linhas) são pequenas

comparativamente com as correntes de trabalho

normais, assim, se a corrente derivada

é grande, há defeito.



Relé de Sobrecorrente - Definição

12

São todos os relés que atuam para uma corrente maior que a do seu ajuste.

Uma função de proteção de sobrecorrente pode ser encontrada em relés de tecnologia eletromecância,

estática e digital.

De acordo com a forma de discriminação da corrente de curto-circuito, os relés de sobrecorrente podem

ser: Relé de sobrecorrente não direcional. Relé de sobrecorrente direcional


13

Ocorrendo uma anomalia no sistema, de modo que o

parâmetro sensível do relé ultrapasse o seu ajuste, o

mesmo atua.

Por exemplo: no caso de relé de sobrecorrente,

quando a corrente de curto-circuito ultrapassa a

corrente de ajuste do sensor do relé, o mesmo atua

instantaneamente ou de maneira temporizada,

conforme a necessidade.

Relé de Sobrecorrente - Definição


14

Formas de parametrização nos relés:

Tracionamento na mola

Variação de entreferro

Mudança de tap's na bobina magnetizante

Variação de elementos no circuito

Controle por software.

Ajuste da Corrente de Pick-up


Ajuste da Temporização Relé de Disco de Indução

15

• Ajuste via alavanca de tempo:


16


Curvas características de Operação

Relé Eletromecânico:

Eixo das abscissas (x):

Valor múltiplo da corrente de

curto-circuito.

Eixo das coordenadas (y):

Tempo de operação

Curva (Time Dial Setting):

Ajuste para obtenção do

tempo de operação desejado.


17

O relé de sobrecorrente de característica temporizada

pode ter diferentes inclinações nas suas Curvas:




18

Para uma boa coordenação (seletividade) dos sistemas

de proteção, o ideal é que todos os relés tenham a

mesma característica de inclinações das curvas. Desse

modo, torna-se mais fácil obter a coordenação desejada

e garantir a correta operação dos equipamentos para

todas as correntes de curtos-circuitos do sistema.




Relé de Sobrecorrente Ajuste de Tempo de Operação

19

Quanto ao tempo de atuação, possuem curvas características

de dois tipos: de tempo definido e de tempo dependente

De tempo definido:

Uma vez ajustados o tempo

de atuação (ta) e a corrente

mínima de atuação

(IMIN,AT), o relé irá atuar

neste tempo para qualquer

valor de corrente igual ou

maior do que o mínimo

ajustado.


20

Para essa característica de operação, não se escolhe o tempo de atuação, mas

sim a sua curva de

atuação.


Ajuste de Tempo de Operação

De tempo dependente:

A escolha da curva, parte do processo de ajuste do relé, depende das características e necessidades do estudo de coordenação dos relés presentes na

proteção na qual estão inter-relacionados.


21

• A coordenação (seletividade) é construída através de uma

cadeia (“escada”) de tempos diferentes para a mesma

corrente de curto-circuito;


Ajuste de Tempo de Operação


22

As curvas de tempo dependente mais comuns são

classificadas em três grupos: Normalmente Inversa (NI),

Muito Inversa (MI) e Extremamente Inversa (EI),

conforme abaixo.

Relé de Sobrecorrente Curvas de Operação


23

• Algumas curvas são definidas, por normas (IEC,

ANSI/IEEE, etc.), a partir de equações exponenciais do

tipo:

Relé de Sobrecorrente Curvas de Operação


24

Em um relé eletromecânico, a alteração do TAP implica

na alteração da quantidade de espiras. Essas espiras, ao

serem circuladas por uma dada corrente geram uma

f.e.m. capaz de girar o disco e assim ocasionar o

fechamento dos contatos que levam a abertura do

disjuntor .

O ajuste da Ipickup de um relé de sobrecorrente

eletromecânico se dá pela definição do seu tape:

Ipick up = TAP do relé

Relé de Sobrecorrente Ajuste de Pick-up


25

Para os relés digitais, os ajustes referentes à função de sobrecorrente (Ipickup, curva, etc.) são feitos através da digitação de valores previamente calculados ou seleção de opções oferecidas diretamente no software de parametrização do relé.

Relé de Sobrecorrente Ajama uste de Pick-up


26

No relé eletromecânico o ajuste da corrente de atuação é

feito escolhendo o Tap sobre a bobina magnetizante do relé.

No Tap correspondente, o relé fica no seu limiar de

operação, desta forma a corrente de atuação do relé

corresponde ao seu Tap.

Relé de Sobrecorrente Ajuste de Pick-up (Tap)


27

TAP: define a corrente de pick-up do relé e deve

permitir uma margem de sobrecarga sobre a corrente

nominal: TAP ≥ (1,5 Inom) / RTC

Relé de Sobrecorrente Ajuste de Pick-up (Tap)


28

Múltiplo da Corrente de Curto-Circuito e Curva de Tempo

Para se estabelecer o quanto a corrente de defeito é

maior que a corrente de pick-up, foi convencionalmente

utilizado o termo Múltiplo “M” do relé.

O Múltiplo “M” indica quantas vezes a corrente de

curto-circuito no secundário do TC é maior que o tap

escolhido no relé.

TapeRTC

I

Tape

IM

CC_primCC_sec


29

A Curva de Tempo (Time Dial ou TMS) deve ser

determinada de modo a assegurar coordenação com as

proteções adjacentes.


O ajuste é feito de modo a garantir que a proteção do

componente sob defeito atue em primeira instância,

desligando o componente sob defeito.

Ao mesmo tempo são verificados os sistemas de

proteção que devem atuar coordenadamente com a

proteção do componente sob defeito, garantindo

proteção de retaguarda em caso de falhas.


30

• As curvas de tempo-dependente dos relés são dadas a

partir de Múltiplos de 1,5 que corresponde a um torque do

relé 50% superior ao torque para o do limiar de operação



31

Múltiplo igual a 1 (M=1):

Corresponde a uma corrente de operação exatamente

igual a corrente do seu Tap. Portanto, nesta situação, o

relé está no seu limiar de operação



• Múltiplo entre 1 e 1,5 (1<M<1,5):

O relé opera com um pequeno torque, não produzindo

um bom desempenho no fechamento do seu contato e

não garantindo eficiência na atuação da proteção.



32

33

• Múltiplo maior que 1,5 (M>1,5):

De modo geral os fabricantes garantem que o tempo de

atuação ocorre sobre a curva ajustada. Para evitar que o

relé atue entre os múltiplos 1 e 1,5, deve-se ajustar o relé

para que atue satisfazendo a inequação:



34

Exemplo: Curva Normal Inversa (NI).



35

Exemplo: Curva Normal Inversa (NI).


Por norma, essas curvas são traçadas para valores do

múltiplo (m) variando, geralmente, de 1,5 a 20, em um

sistema de eixos ortogonais com escala log x log.


36

Um relé IAC 51 (GE), de característica de operação NI

possui os seguintes ajustes:

- RTC = 600-5 A

- TAP = 5,0 A

- DIAL = 4,0

Qual o tempo de atuação do relé para uma corrente de

curto-circuito de 3600 A?

Atividade Prática No. 1


37

Solução:

-Pick-up Ajustado:

Ipick-up = TAP x RTC

Ipick-up = 5,0 x 600/5 = 600 A

- Múltiplo da corrente de curto-circuito:

M = Icc / Ipick-up = Icc/TAP x RTC

M = 3600/5,0 x 120

M = 6,0

-Na curva do relé IAC 51, M= 6,0 e DIAL = 4,0:

-Top = 1,2 segundos



38

Um relé IAC 53 (GE), de característica de operação MI

deve ser ajustado para operar em 0,9 segundos para uma

corrente de curto-circuito de 3840 A.

Sabendo-se que o relé é alimentado por uma RTC = 800-5

A e que seu ajuste de pick-up secundário é 4,0 A, qual o

ajuste do Dial de Tempo (DT)?



39

Solução:

-Pick-up Ajustado:

Ipick-up = TAP x RTC

Ipick-up = 4,0 x 800/5 = 640 A

- Múltiplo da corrente de curto-circuito:

M = Icc / Ipick-up = Icc/TAP x RTC

M = 3840/640

M = 6,0

-Na curva do relé IAC 51, M= 6,0 e top = 0,9 segundos:

- DT = 4



40

Na curva do relé IAC51 encontre o tempo de operação do

relé para:

Múltiplo 10, Dial = 2

Múltiplo 5, Dial = 3

Múltiplo 8, Dial = 1/2



41

Nomenclatura e identificação das Funções de Sobrecorrente

As funções de sobrecorrente são identificadas pelas seguinte nomenclatura:

ANSI 50 – Relé de Sobrecorrente não-direcional instantâneo

ANSI 51 - Relé de Sobrecorrente não-direcional

temporizado

ANSI 67 - Relé de Sobrecorrente direcional (Temporizado – 67T; Instantâneo – 67I)

Essas funções de proteção podem ser aplicadas à proteção contra defeitos entre fases ou à terra,

principalmente em linhas de transmissão.


42

Os relés de sobrecorrente são compostos por duas

unidades: instantânea e temporizada. Nos esquemas

elétricos que representam equipamentos de proteção,

estas recebem os números 50 e 51,respectivamente;

A unidade 50, atua instantaneamente ou segundo um

tempo previamente definido. Já a unidade 51, pode

atuar com curvas de tempo dependente ou de tempo

definido.



43

As unidades temporizadas ou de tempo dependente

permitem dois tipos de ajustes: corrente mínima de

atuação e curva de atuação.

As unidades instantâneas trabalham com dois ajustes:

corrente mínima de atuação e tempo de atuação

(tempo previamente definido).



44

• Unidade 51 de fase:

Quando o relé for instalado no circuito

alimentador da subestação, sua corrente

mínima de atuação deverá ser maior que a

corrente de carga máxima multiplicada por um

fator de sobrecarga (k)e dividida pela

respectiva RTC

Ajuste da Corrente Mínima de Atuação

Relé de Sobrecorrente Critérios Gerais de Ajuste


45

Unidade 50 de fase:

O nome instantâneo indica que o relé é

propositalmente não temporizado e nem tem

característica temporizada

Os relés instantâneos não são na essência da palavra

instantâneos, mas o seu tempo é o correspondente ao

da movimentação dos seus mecanismos de atuação



46

O tempo de atuação da unidade 50 depende do

projeto, tipo e fabricação. Os relés eletromecânicos

mais rápidos atingem 2,3 ciclos e os eletrônicos 0,7

ciclos.


Unidade 50 de fase:

Já o ajuste da corrente mínima de operação deve levar

em conta a possibilidade de “descoordenação” com as

proteções do disjuntor a jusante devido a erros de

discriminação e assimetria introduzida pela corrente de

curto-circuito.


47

Dessa forma, o ajuste da corrente mínima de operação

da unidade 50 deve ser limitado, tomando o nível de

curto-circuito entre 80% e 90% da LT a ser protegida.


Unidade 50 de fase:


48

O relé de sobrecorrente eletromecânico de disco de

indução, incorpora uma unidade temporizada (51) e uma

unidade instantânea (50).

Relé de Sobrecorrente Eletromecânico 50/51


49

No eixo do disco de indução do relé há um contato móvel,

cujo contato fixo está em paralelo com o contato fixo da

unidade instantânea;



50

O ajuste do instantâneo é feito em relação ao Tap escolhido do relé correspondente a sua unidade

temporizada.

Verificação da atuação do relé 50/51:



51

A atuação da Unidade Temporizada do relé (51),

observando os seus ajustes na curva tempo x corrente,

se dará quando:



52

Atuará a Unidade Instantânea 50 se:

Unidade instantânea não é temporizada, e para evitar

“descoordenações”, o seu ajuste é estabelecido de modo

que não alcance a zona de proteção dos relés a jusante.

De modo geral ajusta-se a corrente de pick-up do

elemento instantâneo para um curto-circuito trifásico

entre 80 e 90% da linha de transmissão protegida:



53

Portanto, para qualquer curto-circuito trifásico entre

o ponto da instalação do relé 50/51 e o ponto de

85% da Linha de Transmissão, atuará a unidade

instantânea 50.



54

Um relé de sobrecorrente temporizado de tempo

definido com elemento instantâneo tem sua curva

tempo x corrente apresentada



55

A relação do TC (RTC) que alimenta um relé deve

atender aos seguintes requisitos:

A corrente nominal primária do TC deve ser maior

do que a razão entre o curto-circuito máximo (no

ponto da instalação) e o fator de sobrecorrente do

TC (FS). Geralmente, FS=20

Relé de Sobrecorrente Eletromecânico 50/51 (RTC)


56

A corrente nominal primária do TC deve ser

maior do que a máxima corrente de carga a ser

considerada:

A máxima corrente de carga a ser considerada

deverá levar em conta máxima corrente de carga

da subestação, inclusive as possibilidade de

transferências.



Esquema básico da proteção de sobrecorrente

57

A vantagem desse esquema é que, para qualquer tipo

de curto-circuito, haverá, no mínimo, dois relés sendo

percorridos pela corrente de curto-circuito.

Diagrama Unifilar

Relé de Sobrecorrente 50/51 Esquema de Ligação


Também conhecido como relé de sobrecorrente de

sequência zero, possui o seguinte esquema de

ligação:

Relé de Sobrecorrente de Neutro 50/51N


59

Aplicando – se a lei de Kirchhoff no nó tem-se:

A soma das correntes

corresponde somente à

sequência zero:



60

O relé de neutro só é sensível às correntes que tem

sequência zero:

No sistema as correntes que geram componentes de

sequência zero são:

Curto-circuito monofásico - terra;

Curto-circuito bifásico - terra;

Cargas desequilibradas aterradas;

Abertura de fase de sistemas aterrados.



61

Na operação normal do sistema as cargas estão

equilibradas ou levemente desequilibradas.



O ajuste da corrente do relé de neutro é bem menor que

a corrente nominal do circuito protegido;

Tendo em vista que desequilíbrios são indesejáveis no

sistema elétrico, o ajuste da corrente de pick up da

proteção 51N será feita considerando que o

desequilíbrio máximo a que o sistema será submetido

corresponderá a 30% do ajuste da proteção de fase:

62

Tempo de restabelecimento ou de rearme (reset time)

do relé, é o tempo necessário para após uma atuação o

relé se recompor, isto é, estar pronto para iniciar uma

nova operação completa.

Relé de Sobrecorrente Tempo de Restabelecimento


63

A ação do torque da mola traz a alavanca de tempo de

volta. O tempo gasto até a alavanca atingir a sua posição

inicial (que foi ajustado), é o tempo de rearme do relé.

O tempo de rearme é medido pelo fabricante para cada

posição da curva do relé e corresponde a tempos de

restabelecimento diferentes.



64

Exemplo: Qual o

tempo de rearme do

relé IAC51 que está

ajustado na Curva 5?



65

Relé de Sobrecorrente Exemplos


66



67



68

M = Ip/RTC*Tap =

M = 6 e curva 2,

1800/(500/5)*3 = 6

0,65 s = 39,16 ciclos



69



Curva Tempo x Corrente

Relé IAC 51 GE

70

M = Ip/RTC.Tap =

M = 12 e curva 4 0,9 s = 54 ciclos

3600/(500/5)*3 = 12



71

M = Ip/RTC.Tap =

M = 1,8 e curva 2

Considerando o relé IAC 51 aplicado como função 51N:

540/(500/5)*3 = 1,8

3,5 s = 210 ciclos



72

M = Ip/RTC.Tap =

M = 3,6 e curva 2 0,9 s = 54 ciclos

1080/(500/5)*3 = 3,6


Considerando o relé IAC 51 aplicado como função 51N:



Princípios de Coordenação de Relés de Sobrecorrente

74

Os relés devem operar o mais rápido possível, mantendo os princípios dentre, da sua seletividade de proteção.

Para formar uma cadeia onde ocorra a atuação em sequencia dos sistemas de proteção, onde o relé mais próximo do defeito atue prioritariamente, deve haver um escalonamento dos tempos de atuação sucessivos dos relés, garantindo a atuação prioritária da proteção do componente sob defeito e das sucessivas retaguardas.



75

• Coordenação é uma estratégia para obter a

seletividade de proteção, para qualquer corrente de

curto-circuito, através do escalonamento de tempo no

sentido da carga para a fonte (circuitos radiais).



76

Proteção Primária: onde as proteções são duplicadas. Se

houver falha de um relé o outro atua. No caso só se

exige coordenação quando a falha for no sistema de

abertura do disjuntor.

Proteção Secundária: geralmente adotada em sistema

de porte modesto, onde a falha do sistema de proteção

é garantida pela proteção de retaguarda (a montante)

de acordo com a respectiva coordenação.



77

Garantia de coordenação, significa que a proteção mais

próxima do defeito elimine o curto-circuito, com

garantia que o sistema de proteção a montante não ative

o seu circuito de abertura.

Tempo de Coordenação é a mínima diferença de

tempo que dois relés mais próximos da cadeia de

proteção devem ter para garantir coordenação.



Prática Usual:

Relés Eletromecânicos e Estáticos: 0,4 segundos

Relés Digitais: 0,2 a 0,4 segundos

78

Para haver coordenação, os tempos de operação de

dois reles sucessivos, devem satisfazer a inequação:

Onde:



Os relés a montante mais próximos, devem ter um tempo de

ajuste cuja diferença de tempo é o , isto é:

79

Coordenação de Relé de Sobrecorrente de Tempo Definido

O relé mais afastado deve ter o menor ajuste de tempo

possível. Se a linha der continuidade, o mesmo deve

coordenar com as proteções existentes a jusante;

A coordenação do relé de sobrecorrente de Tempo Definido

(51), no sistema de energia elétrica é feito com a seguinte

regra:

E assim sucessivamente......


80

Por exemplo, dado o sistema. Efetuar a coordenação supondo

que todos relés tem sensibilidade para atuarem até a Barra D.

1° Passo: Para o Relé C mais afastado, adotar um tempo de

atuação, por exemplo tC.

Ajuste de tempo do Relé C

Diagrama Unifiliar



81

2° Passo: Para o Relé B mais próximo a montante, escolher o

tempo tB que coordene com o Relé C. Isto é:

Coordenação do Relé B e C

3° Passo: Para o Relé A mais próximo a montante de B,

escolher o tempo tA que coordene com o Relé B. Isto é:



82

O abaixo mostra o diagrama completo da coordenação:

Coordenação completa dos relés de sobrecorrente com o tempo definido

A coordenação é simples, mas tem a desvantagem de não

atender a filosofia da proteção, ou seja, os curtos-circuitos

mais próximos da fonte são os mais perigosos, e pela

característica da coordenação, os seus tempos de atuação estão

muito altos.



83

Coordenação completa dos relés de sobrecorrente com o tempo definido

• Para melhorar o desempenho do sistema de proteção são

utilizados relés de sobrecorrente com elementos

instantâneos.



84

Efetua-se primeiro o ajuste de pick-up do elemento instantâneo de todos os relés, após então, efetua-se o procedimento da coordenação.

Filosofia de Ajuste:

A coordenação segue as mesmas regras do Relé de

sobrecorrente de tempo definido.

Ajustar o elemento instantâneo, utilizando a corrente

de curto circuito trifásico a 85% da linha de

transmissão a jusante do relé correspondente;

Ajuste e Seletividade de Elementos de Sobrecorrente Instantâneos


85

Exemplo

Calcular os ajustes para proteção do sistema radial

mostrado abaixo. Todos os relés devem prover proteção até

a barra D.



86

1º Passo: Primeiramente, faz-se o ajuste do alcance da

unidade instantânea (50). Está “zona de proteção”vai

desde o ponto de instalação do relé até 85% da linha de

transmissão a jusante.

Zona seletiva da unidade instantânea



87


Note que as “zonas de proteção” pelas unidades

instantâneas não se superpõem, são seletivas, não

havendo problema de coordenação porque não há

superposição de alcances, isto é, as “zonas de proteção”

são independentes.



88

• A presença dos elementos instantâneos provê maior

eficiência ao sistema de proteção, já que os curtos-circuitos

próximos às barras serão eliminados instantaneamente.

Coordenação do Relé B e C

Seletividade de Elementos de Sobrecorrente Instantâneos e de Tempo

Definido


89

• Ajustar os sistemas de proteção abaixo, provendo

seletividade, de modo que todos os relés tenham

sensibilidade para atuação até a Barra D.

Diagrama Unifiliar

Ajuste e Seletividade de Elementos de Sobrecorrente de Tempo Inverso

Exemplo


90

Curva ½ do relé C

1° Passo: Para o relé mais afastado, escolhe-se a menor curva

de tempo possível. Por exemplo, escolher a curva 1/2. (curvas

do relé)

Observação: A curva de tempo escolhida para o Relé C, vai depender

do que está ligado na D. Esta curva escolhida deverá coordenar com a

proteção da Barra D, do mesmo modo e procedimento feito no Relé B

do 2° Passo a seguir.



91

2° Passo: Com a corrente de curto-circuito em C,

calcular o múltiplo (MC) do relé C. Isto é:

Onde:



92

Tempo de operação do relé C

3° Passo: Com o múltiplo (MC) e a curva 1/2 obtém-se o

tempo (tc) de operação do relé C.

4° Passo: Para a mesma corrente de curto-circuito do 2° Passo, o

tempo de operação do Relé B, para ficar coordenado com o Relé C,

deve ser:



Curva do Relé B.

93

5° Passo: Para a mesma corrente de curto-circuito do 2° Passo,

calcular o múltiplo do Relé B (MB).

6° Passo: Com o múltiplo (MB) e o tempo de operação (tB) do Relé

B, obtém- se na curva de tempo x corrente do fabricante, a curva de

tempo de operação do Relé B. Na curva do fabricante, colocando-se

(MB) e (tB) , obtém-se o ponto 1.

Da família de curvas,

escolhe aquela que

passa pelo Ponto 1.



94

Coordenação do relé B.

• A curva do Relé B, selecionada nesse passo colocada no

diagrama proporciona uma melhor visão da proteção

juntamente com sua coordenação.

• Note que a coordenação foi feita exatamente no ponto da

instalação do TC da Barra C. Dai para frente, as duas curvas de,

tempo ficam paralelas ou abrem-se um pouco, portanto

garantindo sempre coordenação.



95

A coordenação do Relé A segue a mesma sequência do 2° Passo

em diante. Neste caso, o curto-circuito é no ponto da instalação

do TC da Barra B.



96

Devido a curva de tempo ser inversa, produziu-se uma proteção

coordenada e adequada com a filosofia da proteção, ou seja, os

curtos circuitos maiores são rapidamente eliminados.

Pode-se melhorar este sistema de proteção, utilizando

elemento instantâneo incorporado nos relés de

sobrecorrente



97

• A combinação de elemento instantâneos e de tempo inverso

provê o melhor desempenho possível para os sistemas de

proteção baseados em sobrecorrente.

1° Passo: Ajusta-se as unidades instantâneas de todos relés

exatamente como abaixo:



Seletividade de Elementos de Sobrecorrente Instantâneos e

de Tempo Inverso

98

Curva de tempo ½ do relé C

2° Passo: Para o relé mais afastado, escolher a menor curva

de tempo. No caso por exemplo usar a curva 1/2.:

3° Passo: Com a corrente a 85% da LTCD . Calcular o

múltiplo do Relé C e do Relé B.



de Tempo Inverso

99

Curto circuito corrente a 85% da LTCD

4° Passo: Com o múltiplo (Mc) e a curva 1/2, obter o tempo

de atuação do Relé C.

Curva de atuação do relé C.



de Tempo Inverso

100

5° Passo: Para um curto circuito ( ( ( ) no ponto 85% da

LTCD, Isto é com o múltiplo MB, obter o tempo de atuação

do Relé B, de modo a coordenar com o Relé C. Assim:

6° Passo: Com o tempo do Relé B e múltiplo MB, na curva

do relé obter o ponto 1. Pelo ponto 1 obtém-se a curva do Relé

B.

Curva do Relé B


de Tempo Inverso


Diagrama unifilar com as curvas dos relés C e B

101

A curva do Relé B escolhida, colocada no diagrama unifilar, obtêm-se

A curva do Relé B não é definitiva. Deve-se verificar se a mesma

coordena em todo o trecho com o Relé C. O ponto de teste é no

local da instalação do TC.

A verificação é feita de acordo com os passos a seguir:


de Tempo Inverso


102

7° Passo: Para em C, calcular o múltiplo do Relé B. Isto

é:

Curto circuito em C para verificação da coordenação

8° Passo: Calcular o tempo de atuação do Relé B, para a e

em C.


de Tempo Inverso


103

Tempo de atuação do Relé B

Com múltiplo M’B e a curva do Relé B, obtém-se o tempo de

atuação do Relé B.

Observação: Note que para a em C, o tempo de atuação do

Relé C é zero, isto é, atua dentro da zona instantânea.


de Tempo Inverso


104

9°Passo: Verificação da coordenação no ponto de instalação

do Relé C. A verificação é feita através da comparação:

• Se SIM, a curva escolhida do relé B coordena com o Relé C.

• Se NAO, a curva do relé B, não coordena com o Relé C. Vá ao passo seguinte


de Tempo Inverso


Curva definitiva do Relé B

105

10° Passo: Deve-se, então, levantar a curva do Relé B, até

coordenar com o Relé C no ponto de sua instalação. Portanto, o

tempo do Relé B, deve ser:

Assim, com o múltiplo M’B e o tempo t”B, obtém-se no ponto 2

a nova e definitiva curva de atuação do Relé B.


de Tempo Inverso


106

Para os relés a montante, basta repetir em sequência

todo o processo. A coordenação total está mostrado

Proteção e coordenação de relés de sobrecorrente de tempo inverso com elemento instantâneo,


de Tempo Inverso


107

Relé de Sobrecorrente Ajuste da Unidade Instantânea


A corrente de pick-up da unidade instantânea é

calculada de acordo com a relação:

UI = K x Ia

RTC

K é chamado Fator de Assimetria da corrente de curto-

circuito. Normalmente K = 1. Porém, para relés

localizados próximos a barramentos de geração forte,

onde é acentuada a assimetria da corrente de curto-

circuito devido às reatâncias das máquinas, o valor de K

é função da relação X/R.

108



Fator de Assimetria (k) em função da relação X/R no ponto de falta:

100 90 80 70 60 50 40 30 20 15 10 5

K 1,6 1,58 1,55 1,52 1,50 1,48 1,40 1,32 1,25 1,17 1,08 1,02

Assimetria da corrente de curto-circuito:

http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi6x9-dh7_MAhVFpB4KHTWCB4oQjRwIBw&url=http%3A%2F%2Fwww.engenheirosassociados.com.br%2Fprotecao.php&psig=AFQjCNGG1EhklP9wLgcU-1XV50EapAg2nQ&ust=1462404372281063

109



A

3

B

80% 1

2

3

Para o sistema da figura abaixo desejamos conhecer o

valor da corrente máxima de curto-circuito no ponto 3,

para ajustarmos a unidade instantânea que está no

terinal A:

110



A variação da corrente de curto-circuito ao longo da LT é

mostrada abaixo:

0,0 0,8 1,0

I2

I3

I1

A B

111



Verificando as relações:

0,0 0,8 1,0

E

D

B

C A

I1

I3

I2

ADE ~ ABC BC = AC

DE AE

I1 = Corrente de cc máxima na LT

I2 = Corrente de cc máxima no terminal remoto

I3 = Corrente de cc máxima a 80% da LT

112

Relé de Sobrecorrente Ajuste da Unidade Instântanea


Considerando a relação entre triângulos semelhantes na

figura anterior :

I1 - I2 = 1,0 portanto (I1 – I2) x 0,20 = I3 – I2 ou

I3 - I2 0,2

UI (Ia) = I3 = (I1 – I2) x 0,20 + I2

O ajuste da UI também poderá ser expresso por:

UI (Ia) = K x Ia = K x (I1 - I2) x 0,20 +I2

RTC RTC

Relé de Sobrecorrente Direcional


Relé JBCG - GE

Eletromecânico

Relé SPAJ 140C - ABB

Eletrônico (Estático)

Relé P14x – Areva

Digital (Microprocessado)

114

Sistema Elétrico Radial

• Sistema elétrico Radial é o tipo de sistema em que a

energia elétrica trafega num só sentido.

• Havendo um curto-circuito no sistema radial, a corrente

elétrica sempre flui no sentido da fonte para o local do

defeito.


115


• Havendo um curto-circuito no sistema radial, a

corrente elétrica sempre vem flui em um só sentido

Portanto, neste sistema pode-se utilizar relés mais

simples, sem características direcionais.

• Sempre que houver atuação da proteção, as barras a

jusante ficarão desenergizadas. Consequentemente, todos

os consumidores conectados a essas barras ficarão sem

energia.


116


• De um modo geral, as principais características do sistema

elétrico radial são:

Coordenação mais fácil do sistema de proteção.

Mais barato;

Mais simples;

Menor continuidade de serviço;

Maior quantidade de consumidores sem energia;

Maior queda de tensão;

Menos confiável;

Sistema de proteção mais simples;


Sistema elétrico em Anel é o tipo de sistema em que a

energia pode trafegar (fluir) em qualquer sentido.

No caso de defeito, o curto-circuito é alimentado por

correntes elétricas provenientes de todas as fontes.

Sistema Elétrico em Anel


118

• A corrente elétrica de curto-circuito converge para o

ponto de defeito a partir de todas as fontes.

• Neste caso, para haver seletividade, a proteção deve ter

características direcionais.

• A grande vantagem do sistema em anel é que nos

defeitos nas linhas de transmissão, a proteção atua

desconectando a linha sem desenergizar as barras, que

permanecem alimentadas por outra (s) fonte (s). Assim,

é minimizado o desligamento para cargas de

consumidores.



Chaves/Disjuntores

• A proteção deste sistema só é possível com relés

direcionais (ANSI 67) ou com relés de distância

(ANSI 21).



120

• De um modo geral, as principais características do sistema

elétrico em Anel são:

Coordenação mais complexa dos sistemas de proteção;

Mais caro e mais complexo;

Maior continuidade de serviço;

Menor quantidade de consumidores sem energia;

Menor queda de tensão;

Mais confiável;

Sistema proteção mais complexo;



121

Proteção de sobrecorrente caracterizada por operar

apenas para um sentido pré-estabelecido do fluxo de

potência.

Quando a corrente elétrica flui no sentido oposto ao

previamente estabelecido para operação, um

conjugado de desoperação é exercido, impedindo a

atuação do relé.

Daí a aplicação deste tipo de proteção em linhas

interligadas (não-radiais), onde o uso da proteção

não-direcional compromete sensivelmente a

seletividade.



122


Relé de Sobrecorrente não-Direcional

Análise da proteção para faltas em um circuito em anel:

123


Falta no Ponto A: Para haver seletividade deverá abrir o disjuntor 152 através do relé 152; Serão sensibilizados os relés 151, 251 e 351; Tempo 151 < Tempo 251 e Tempo 351.

Falta no Ponto B: Para haver seletividade deverá abrir o disjuntor 252 através do relé 251; Serão sensibilizados os relés 251, 351 e 151; Tempo 251 < Tempo 351 e Tempo 151.


124


Falta no Ponto C: Para haver seletividade deverá abrir o disjuntor 352 através do relé 351; Serão sensibilizados os relés 351, 151 e 251; Tempo 351 < Tempo 151 e Tempo 251.

Conclusão: A coordenação por escalonamento de tempo é

praticamente impossível já que cada relé teria que atender a

diversas situações diferentes.


125



Análise da proteção para faltas em um circuito em anel:

126


Falta no Ponto A: Somente o disjuntor 152 será aberto pelo relé 167; Os relés 267 e 367 terão conjugado de desoperação;

Falta no Ponto B: Somente o disjuntor 252 será aberto pelo relé 267; Os relés 367 e 167 terão conjugado de desoperação;

Falta no Ponto C: Somente o disjuntor 352 será aberto pelo relé 367; Os relés 167 e 267 terão conjugado de desoperação;


127



Constituição Básica:

Unidade direcional (wattimétrica);

Unidade de Sobrecorrente temporizada

Unidade de Sobrecorrente instantânea

(opcional);

Unidades Auxiliares (bandeirolas,

selamento, etc.).

https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=&url=https%3A%2F%2Fwww.gedigitalenergy.com%2Fmultilin%2Fcatalog%2Fjbc.htm&ei=gAhAVc3oPMG9ggSlxIDQDQ&bvm=bv.91665533,d.eXY&psig=AFQjCNEL7-79AQVaoQXYeUuzRYmARzG-ZA&ust=1430346241486185


128

Relé de Sobrecorrente Direcional Esquema Funcional

129


Relé de Sobrecorrente Direcional Conexão (Polarização)

Em geral a unidade direcional é polarizada por tensão e

controla direcionalmente a operação da unidades

temporizada e instantânea.

O princípio de funcionamento de como o torque é

desenvolvido pode ser comparado ao torque de um disco

de indução com elemento wattimétrico.

As características de tempo dependente (inversa, muito

inversa, etc.) da unidade temporizada são obtidas através

da ação do imã permanente sobre o disco.

130



131



Para que exista um torque na direção desejada o relé direcional necessita de duas grandezas agindo no sentido de operação:

Grandeza de Operação – Normalmente definida

pela corrente; Grandeza de Polarização – Pode ser definida pela corrente ou tensão, mas na maioria das aplicações utiliza-se a tensão.

A direcionalidade será determinada pela comparação

dos fasores da tensão de polarização (TP) e da corrente (TC)

132


Onde:

K = Constante do relé

V = Tensão de polarização da unidade direcional

I = Corrente que circula na bobina de corrente do relé

= Ângulo de Máximo Torque informado pelo fabricante

= Ângulo de defasagem entre a tensão de polarização

(V) e a corrente (I)

T = K x V x I x cos( - )

O torque da unidade direcional polarizada por tensão em quadratura é dado por


133





134





135



Na maioria dos relés direcionais a unidade direcional é

percorrida pela corrente da fase correspondente à ligação

do relé, enquanto a tensão aplicada à bobina de potencial é

referente às outras duas fases. Essa conexão é chamada

polarização em quadratura.

Relé Corrente Tensão

A Ia Vbc

B Ib Vca

C Ic Vab

Relé de Sobrecorrente Direcional Conexão dos Circuitos de Corrente e Tensão


Relé de Sobrecorrente Direcional Diagrama de Comando (cc)


138


Relé de Sobrecorrente Direcional Traçado das Faixas de Conjugado

Conhecendo-se o ângulo de máximo torque de uma unidade direcional pode-se, a partir da equação do conjugado, determinar de forma gráfica as regiões de operação e de desoperação do relé.

Para representar graficamente as faixas de conjugado deve-se considerar a tensão como sendo a referência.

A partir daí traça-se uma linha pontilhada (CM+) que dista da referência de um ângulo correspondente ao ângulo de máximo torque (AMT).

139



Uma perpendicular à linha do conjugado máximo definirá a faixa de conjugado nulo.

Um prolongamento da linha de conjugado máximo positivo (no sentido oposto a este) definirá o conjugado máximo negativo (CM-).

A área correspondente ao conjugado negativo (C<0 ou CM-) é a área de não-operação da unidade direcional.

A área correspondente ao conjugado positivo (C>0 ou CM+) é a área de operação da unidade direcional.

140



Vref

141



Vref

CM+

45º.

142



Vref

C=0

45º.

CM+ C=0

143



Vref

C=0

45º.

CM+ C=0

CM-

144



Vref

C=0

45º.

CM+ C=0

CM-

145


Relé de Sobrecorrente Direcional Tipos de Polarização (Conexão)

Conexão 90o

- Corrente de operação Ia adiantada da tensão de polarização Vbc de um ângulo de 90o elétricos.

146



Conexão 60o

- Corrente de operação Ia adiantada da tensão de polarização Vbc + Vab de um ângulo de 60oelétricos.

147



Conexão 30o

- Corrente de operação Ia adiantada da tensão de polarização Vac de um ângulo de 30oelétricos.

148


Relé de Sobrecorrente Direcional Neutro (67N)

Assim como os relés direcionais de fase, são dotados de

Unidades temporizadas e instantâneas;

Também são dotados das mesmas curvas de operação tempo

x corrente dos relés direcionais de fase.

Operam para defeitos envolvendo a terra, incluindo defeitos

de alta impedância, cujos valores de corrente podem ser

pequenos, próximos ou inferiores às correntes de carga.

São polarizados com a tensão residual que aparece no

momento dos defeitos envolvendo a terra, obtida do

secundário dos TPs conectados em delta aberto.

149


Relé de Sobrecorrente Direcional Neutro (67N)

TEMPO

Relé de Sobrecorrente Direcional Filosofia de Aplicação e Ajustes


Os ajustes devem ser revisados

Periodicamente;

Por elevação dos níveis de curto-circuito;

Por variação na distribuição das correntes de

contribuição para as faltas;

Por mudanças na topologia do sistema elétrico que

resultem em alteração nos níveis de curto-circuito

e/ou redefinição de zonas de atuação.



Nas linhas multi-terminais:

A UI deve ser ajustada para não alcançar o terminal eletricamente mais próximo;

Normalmente a UI é ajustada para um alcance entre 80% e 90% da LT.

As UT devem coordenar com todas as UT adjacentes.

R1

R2

R3

Se o terminal de R2 for muito próximo, a UI de R1 terá que ficar necessariamente fora de serviço.



R1

R3

R2

R4


Considere o sistema de fonte dupla da figura, onde as UT

dos relés R1, R2, R3 e R4 (função 67) foram coordenadas

com as proteções das fontes:

R1 e R3 foram ajustados com baixos TDs. R2 e R4 foram ajustados com TDs maiores.


R1

R3

R2

R4

IR1 I1 I2 I3

I4

41R1 III 3R2 II 4R4 II

R3 não é sensibilizado devido à direcionalidade. R4 deve coordenar com R1 TR4 TR1 R1 aciona o respectivo disjuntor e a corrente IR1 é interrompida num tempo TR1



Situação após a abertura do disjuntor de R1

R2

R3 R4

I5 I6 I7

I8

7R2 II 8R3 II

R4 deixa de ser sensibilizado devido à direcionalidade.

R3 deve coordenar com R2



Situação após a abertura do disjuntor de R1

R2

R3 R4

I5 I6 I7

I8


R2R2

3INICIALR2

TAPRTC

IMTA

R2R2

7FINALR2

TAPRTC

IMTA


R3


R3

R2

R4

R6 R5

R1

R8 R7

SE A

SE C

SE B LT1

LT2



Para o sistema elétrico da figura, insira em uma tabela

todos os pares de relés/disjuntores que devem ter a sua

Unidade Temporizada coordenada, indicando o local do

defeito considerado na definição desses pares de

coordenação. Todos os relés são DIRECIONAIS de

corrente...

Pares de Coordenação Local do Defeito

R1 x R4 LT2 A-B


159


Relé de Sobrecorrente Direcional Referências para Estudo

1 – Mamede Filho, J., Mamede, D. R., Proteção de Sistemas Elétricos de Potência – GEN-LTC. (Capítulo 3) 2 – Caminha, A. C., Introdução à Proteção dos Sistemas Elétricos – Edgard Blücher (Capítulo 3).

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