Recomposição do transformador TF1 no sistema com falta fora da zona de proteção

Os transformadores de potência estão sujeitos a desligamentos involuntários e voluntários no sistema elétrico. O transformador pode ser retirado de operação para outro equipamento sofrer manutenção preventiva, ou quando o próprio transformador necessita de manutenção. Geralmente não se sabe em qual período da onda de tensão o transformador foi desligado, o que pode armazenar indução magnética residual.

O procedimento de recomposição do transformador envolve uma série de manobras de disjuntores, dependendo da contingência que ocorreu no sistema de potência e no transformador. Quando a contingência envolve a atuação de uma determinada função de proteção, há distintas manobras para recompor o sistema.

O objetivo desta simulação é apresentar o período transitório da situação de recomposição de um transformador no sistema de potência com uma falta no lado de baixa tensão do transformador, externa a zona de proteção do transformador. Há situações em que uma grande corrente de curto circuito fora da zona de proteção do transformador possa causar uma operação indevida da proteção diferencial.

O transformador utilizado neste caso é o TF1 da figura 42, adjacente ao transformador TF3, utilizado nos casos anteriores. A figura 70 apresenta a oscilografia do evento registrado pelo relé digital através

de um sinal de trip quando o elemento de bloqueio fosse ativado. Quando o disjuntor no lado de alta tensão é fechado, as correntes de

inrush são medidas pelos transformadores de corrente, apresentando

magnitude suficiente para ativar o elemento de corrente de operação. A corrente de restrição medida pelo relé digital indica que o transformador está na região de operação da proteção diferencial, mas este não retira o equipamento de operação devido à presença do elemento de bloqueio de harmônicas.

Em 7,375 ciclos ocorre a falta externa, e o elemento de restrição da fase A é alterado para o nível lógico 0 em 7,593 ciclos, ocorrendo a mesma situação para os elementos de restrição das fases B e C em 7,813 ciclos e 7,688 ciclos, respectivamente. De acordo com a figura 70, o elemento de bloqueio perante harmônicas de segunda ordem é retirado em 8,688 ciclos.

Figura 70 - Correntes de entrada do relé, habilitado por proteção diferencial com bloqueio de harmônicas.

No momento da falta externa, a corrente de restrição conduz o ponto de operação para a zona de não operação da proteção diferencial, conforme figura 71. Como as correntes possuem altas magnitudes em ambos os enrolamentos do transformador, a corrente não atinge magnitude para ativar o elemento sem restrição 87U e o elemento com

restrição 87R. Nas fases B e C, a corrente de operação se mantém acima do nível de ajuste da proteção, enquanto a corrente de restrição se eleva, mas não determinante para atuação da proteção diferencial. A concentração de componentes harmônicas de segunda ordem decai para uma taxa de 5% em relação à componente fundamental alguns ciclos após a falta externa, fator determinante para desativar os elementos de bloqueio. As figuras 72, 73 e 74 apresentam a taxa de harmônicas de segunda ordem no final da simulação para as três fases.

Figura 71 – Corrente de operação das três fases durante recomposição do transformador e após falta fora da zona de proteção.

Figura 72 - Concentração de harmônicas de segunda ordem na fase A.

7 CONCLUSÕES

O transformador de potência é um equipamento fundamental para a transmissão de energia elétrica e necessita de um sistema de proteção eficaz para retirar o equipamento o mais breve possível na presença de uma falta dentro de sua zona de proteção. Por outro lado, a proteção do transformador deve evitar desligamentos desnecessários para manter um bom índice de disponibilidade do equipamento no sistema elétrico, com reduzida taxa de falha.

Este trabalho avaliou o desempenho dos relés digitais perante algumas condições de operação considerando o período transitório. A análise do sistema de proteção diferencial do transformador de potência consistiu em estudar o modelo “Saturable” do transformador no

software ATP, e reproduzir o resultado em simulação em teste em nível

de baixa tensão no relé digital. Os sinais de corrente calculados nos transformadores de corrente foram convertidos para o padrão COMTRADE para permitir a inserção destes sinais no relé digital.

As condições de operação avaliadas neste trabalho não ocasionaram operação indevida do relé digital, satisfazendo a aplicação de relés digitais na proteção dos principais equipamentos de subestação, como o transformador. Ressalta-se que o relé digital possui muitas funções de proteção, substituindo diversos relés eletromecânicos em apenas um equipamento.

A lógica de proteção contém o apoio dos elementos de bloqueio de harmônicas de segunda ordem, e podem ser expandidas até a componente harmônica de quinta ordem. A proteção diferencial pode adotar lógicas distintas perante concentração de harmônicas, permitindo bloquear a atuação do relé ou somar estes componentes com a componente fundamental, deslocando o ponto de operação para a região de não operação da proteção diferencial. Foi verificado comportamento distinto entre a proteção diferencial com elemento de bloqueio de harmônicas operando de modo independente ou de modo comum em alguns ensaios realizados em laboratório, onde o modo comum bloqueou a operação do relé diante de uma falta interna.

O elemento de bloqueio perante harmônicas se mostrou um parâmetro que necessita muita atenção em seu ajuste, pois em casos de energização de transformadores a vazio que não há alta concentração de harmônicas de segunda e quarta ordem, o relé pode operar diante situação normal de operação no transformador.

Apesar de o relé digital melhorar a confiabilidade do sistema de proteção, o engenheiro de proteção deve conhecer todas as funções

disponíveis no equipamento para ajustar corretamente a proteção, utilizando uma função ou outra mais aplicável à determinada situação. O desconhecimento de algumas funções específicas de proteção pode atrapalhar na customização do sistema de proteção. Além do ajuste do relé digital, deve-se especificar corretamente a relação de transformação dos transformadores de corrente e a conexão dos enrolamentos dos transformadores de corrente para não ocasionar operação incorreta da proteção diferencial.