O projeto do da proteção da rede de distribuição é que sofre o maior impacto com a instalação de fontes de geração distribuída devido, principalmente, à alteração na direção e intensidade nos fluxos de corrente tanto no estado permanente quanto na condição de curto-circuito. Entre os impactos negativos que podem ser encontrados devido a alocação dos GDs no sistema destacam-se os seguintes:
- Perda de seletividade e má coordenação entre os dispositivos de proteção.
- Diferentes níveis de corrente de curto-circuito para um mesmo elemento, devido à conexão e desconexão das unidades de geração distribuída.
- Ilhamento indesejado de cargas e religamentos inadequados com perda de sincronismo na rede isolada.
De forma geral, as concessionárias não possuem um controle das unidades de geração distribuída, portanto, visando contornar os problemas técnicos no sistema de proteções, as concessionárias atendem as recomendações feitas por normas internacionais, como, por exemplo, no IEEE-1547, onde se recomenda o desligamento automático das unidades de geração distribuída em no máximo meio segundo após a ocorrência de qualquer tipo de falta
I t 0.2 3 2 1
1 Curva rápida do ground trip religador 2 Curva lento do ground trip do religador 3 Curva de neutro do relé
no sistema de distribuição. Chowdhury, Chowdhury e Crossley (2009) expõem diversos mecanismos para detectar a operação isolada nos sistemas de distribuição. O método mais direto consiste em um sistema de supervisão dos contatos de todos os dispositivos de proteção alocados entre a subestação e a fonte de geração distribuída. Porém, a estratégia se torna complicada com o aumento no número de dispositivos envolvidos. Por outro lado, existe o problema da interligação entre os dispositivos, onde é necessária toda uma infraestrutura em redes e equipamentos de comunicação que reduzem a relação custo/beneficio.
No entanto, existem estratégias baseadas em medições feitas no local de instalação do GD a partir de dispositivos que monitoram o nível de tensão e/ou da frequência no ponto de conexão com a rede de distribuição (VIEIRA et al., 2008; WANG; FREITAS; XU, 2011). Essas estratégias ainda podem ser classificadas como sendo ativas ou passivas, dependendo do grau de atuação sobre as grandezas monitoradas.
F.6.1. Técnicas Passivas para operação ilhada
Os GD com potência nominal inferior a 250 kVA são normalmente equipados com dispositivos de atuação rápida, no caso de operação ilhada, baseados em técnicas passivas. Essas técnicas detectam a operação ilhada da GD através do monitoramento das mudanças nas grandezas de interesse, isto é, no nível de tensão, no fluxo de corrente ou na frequência, sem gerar alguma ação diferente da desconexão da unidade de geração distribuída. As principais técnicas passivas se classificam a seguir:
F.6.1.1. Níveis de tensão ou frequência fora dos limites aceitáveis.
Basicamente monitora que o nível da grandeza de interesse esteja dentro dos limites aceitáveis de operação, sendo adequado no caso de redes com baixa penetração de unidades de geração. Caso contrário podem-se criar níveis aceitáveis de operação, mesmo com a perda da referência da rede.
F.6.1.2. Taxa de variação na frequência
Esta técnica baseia-se nas constantes dinâmicas dos geradores para definir o intervalo de tempo adequado em que é aceitável uma mudança na frequência de operação do GD. Desta forma, a operação do dispositivo de proteção pode ser sensibilizada para perturbações derivadas da perda da referência, e não por flutuações derivadas do balanço de potência. Porém, sistemas com repetidas variações da frequência podem dificultar o estabelecimento do padrão do valor ótimo da frequência para diferenciar entre um estado ou outro.
F.6.1.3. Taxa de Variação na Potência
Esta técnica supervisiona a potência instantânea nos terminais de cada fase do gerador, e determina com base nas constantes de inércia da máquina o máximo valor de tolerância, kg, para uma mudança no valor da potência, ΔP, entre dois intervalos de medição, n. Tal como se expressa na equação (128), o algoritmo monitora o valor da potência instantânea do gerador durante uma janela de tempo com um determinado número de intervalos, t. O valor da medição ainda passa por um integrador para eliminar perturbações transitórias ou harmônicas de segunda ordem derivadas do desequilibro da tensão nos terminais do gerador. Redfern, Barret e Usta (1995) recomendam que o tamanho adequado da janela de tempo deve ser limitado para atuação do dispositivo em no máximo seis ciclos.
(128)
F.6.2. Técnicas Ativas Para Operação Ilhada
As técnicas ativas para operação ilhada executam medições no local de instalação e ainda geram sinais para o GD que visam restabelecer a grandeza monitorada para o valor de referência preestabelecido. No caso de se ultrapassar os limites de geração, o dispositivo deve ser capaz de abrir os contatos que ligam o GD com a rede de distribuição. A grandeza de monitoramento está relacionada com a potência reativa injetada nos terminais do GD, que por sua vez depende do nível de tensão. A operação de abertura do dispositivo de proteção
acontece quando não é possível atingir o valor na variável de referência em um tempo preestabelecido, que pode variar entre dois e cinco segundos (CHOWDHURY et al., 2009). Técnicas deste tipo são usadas normalmente nos dispositivos de proteção que servem de interface entre a rede de distribuição e um GD com potência maior do que 250 kVA, onde o controle de tensão próprio dos geradores dessa capacidade faz com que seja necessária a implementação de dispositivos especiais.