Conforme foi visto no item anterior, os alcances das 1as zonas dos rel´es de distˆancia s˜ao ajustadas entre 85 % e 90 % das impedˆancias totais das linhas, portanto, al´em desse ajuste at´e a barra terminal (regi˜oes sombreadas na Figura 64) ser˜ao protegidos pelas 2as
zonas, que s˜ao temporizadas. t3 t2 t1 1a. zona 2a. zona 3a. zona 1a. zona 2a. zona X Y Z
Figura 64: ´Areas n˜ao protegidas pelas 1as zonas
A quest˜ao ´e: o que fazer para que a ocorrˆencia de uma falta em qualquer ponto da linha seja isolada instantaneamente atrav´es das aberturas de disjuntores em ambas as extremidades? A solu¸c˜ao ´e a utiliza¸c˜ao de rel´es de distˆancia com esquema de teleprote¸c˜ao, que necessitam de canais de comunica¸c˜ao. Os canais de comunica¸c˜ao geralmente utilizados s˜ao:
a. OPLAT - Onda Portadora atrav´es de Linhas de Alta Tens˜ao b. Microonda
c. Fibra ´otica d. Cabo telefˆonico
5.5.1 OPLAT
A Figura 65 mostra um diagrama unifilar com os principais componentes da OPLAT. Este esquema opera em um modo on-off pela transmiss˜ao de um sinal de r´adio frequˆencia na faixa de 10 a 490 kHz atrav´es da linha de transmiss˜ao.
5 PROTEC¸ ˜AO DE LINHAS DE TRANSMISS ˜AO 84 UB UB US CA BD CC CA US BD CC T R TR CA = Capacitor de acoplamento UB = Unidade de bloqueio US = Unidade de Sintonia BD = Bobina de Drenagem CC = Cabo Coaxial T/R = Transmissor/Receptor Linha de transmissão Figura 65: OPLAT 5.5.2 Microonda
Microonda opera na faixa de 150 MHz a 20 GHz. 5.5.3 Disparo versus bloqueio
A escolha de um canal de comunica¸c˜ao para o esquema de teleprote¸c˜ao depende de v´arios fatores, tais como: custo, confiabilidade, n´umero de terminais e a distˆancia entre eles, n´umero de canais necess´arios (para todas as finalidade, n˜ao s´o para a teleprote¸c˜ao), frequˆencias dispon´ıveis e as pr´aticas adotadas pela concession´aria. Al´em disso deve-se escolher qual o modo de opera¸c˜ao: ou bloqueio ou disparo. O modo bloqueio ´e aquele que a presen¸ca de um sinal transmitido evita a abertura do disjuntor e o modo disparo ´e aquele que o sinal inicia a abertura do disjuntor.
5.5.4 Esquemas de teleprote¸c˜ao
• Compara¸c˜ao direcional com bloqueio • Compara¸c˜ao direcional com desbloqueio • Transferˆencia de disparo direto de subalcance • Transferˆencia de disparo permissivo de sobrealcance • Transferˆencia de disparo permissivo de subalcance • Compara¸c˜ao de fase
5 PROTEC¸ ˜AO DE LINHAS DE TRANSMISS ˜AO 85 Compara¸c˜ao direcional com bloqueio: Opera no modo on-off na faixa de 10 a 490 kHz (OPLAT). A Figura 66 mostra o esquema, cujos principais rel´es s˜ao:
• 21P - rel´e de distˆancia com alcance da 2a zona.
• 21S - rel´e de partida do sinal
• R - rel´e receptor de sinal (contato fechado na ausˆencia de sinal)
. 21S 21P 85R 52/BD 21P 85R (−) (+) (−) (+) 52a 21S 85R 85R 21P f1 f2 f3 21S 52/BD 52a 21P 21S R R T Y X T T R R T
Figura 66: Esquema compara¸c˜ao direcional com bloqueio
A Tabela 35 mostra para trˆes locais de falta como se comportam a transmiss˜ao e recep¸c˜ao dos sinais.
Local da falta Sinal transmitido de Sinal recebido em
f1 X X e Y
f2 nenhum nenhum
f3 Y X e Y
5 PROTEC¸ ˜AO DE LINHAS DE TRANSMISS ˜AO 86 Transferˆencia de disparo permissivo de sobrealcance: Opera no modo FSK na faixa de 150 MHz a 20 GHz (microondas). A Figura 67 mostra o esquema, cujos principais rel´es s˜ao:
• 21P - rel´e de distˆancia com alcance da 2a zona.
• 85R - rel´e receptor de sinal (contato aberto na ausˆencia de sinal)
f2 f1 52a 21P f3 F 85R 21P 52/BD 2 . (−) (+) (−) (+) 85R 85R 21P 85R 21P 52/BD 52a F1 R T T X R T Y T R R
Figura 67: Esquema transferˆencia de disparo permissivo de sobrealcance
A Tabela 36 mostra para trˆes locais de falta como se comportam a transmiss˜ao e recep¸c˜ao dos sinais.
Local da falta Sinal transmitido de Sinal recebido em
f1 Y X
f2 X e Y Y e X
f3 X Y
6 PROTEC¸ ˜AO DE TRANSFORMADORES DE POT ˆENCIA 87
6
Prote¸c˜ao de transformadores de potˆencia
O transformador de potˆencia ´e um dos equipamentos mais caros numa subesta¸c˜ao de um sistema el´etrico. A sua importˆancia vital exige que ele tenha uma alta confiabilidade para evitar interrup¸c˜oes de energia el´etrica. O custo b´asico de um transformador de potˆencia pode ser estimado por uma f´ormula emp´ırica que se segue:
C = 19.800S0,75+ 1, 55N BI1,75 (150) onde:
C = custo em d´olares
S = potˆencia nominal em MVA
N BI = n´ıvel b´asico de isolamento em kV
Um projeto adequado e materiais de alta qualidade utilizados na sua fabrica¸c˜ao, aliado a um sistema de prote¸c˜ao com rel´es adequados s˜ao condi¸c˜oes b´asicas para a opera¸c˜ao de um transformador.
A falta de manuten¸c˜ao e a opera¸c˜ao fora de suas especifica¸c˜oes contribuem para ocorrˆencias de falhas. Se o transformador operar sob condi¸c˜oes de sobrecarga ou sobre- tens˜ao por um per´ıodo prolongado, ou exposto a um n´umero excessivo de altas correntes em decorrˆencia de curtos-circuitos externos, a isola¸c˜ao vai se deteriorando a tal ponto de favorecer a ocorrˆencia de curtos-circuitos.
6.1
Condi¸c˜oes que levam um transformador a sofrer danos
6.1.1 Queda da isola¸c˜ao
A queda de isola¸c˜ao fatalmente resulta num curto-circuito, causando graves danos nos enrolamentos e no n´ucleo. A queda de isola¸c˜ao pode ser provocada por:
• sobretemperatura • contamina¸c˜ao do ´oleo • descarga corona na isola¸c˜ao • sobretens˜oes transit´orias
• for¸ca eletromagn´etica causada por altas correntes
6.1.2 Deteriora¸c˜ao da isola¸c˜ao
A deteriora¸c˜ao da isola¸c˜ao ´e uma fun¸c˜ao do tempo e da temperatura. O transformador pode estar sendo submetido a operar sob as mais variadas condi¸c˜oes, portanto, ´e muito dif´ıcil a previs˜ao de sua vida ´util. No caso de um transformador submetido a uma excessiva temperatura melhorar a ventila¸c˜ao ou diminuir a carga s˜ao providˆencias que evitam o envelhecimento precoce da isola¸c˜ao.
6 PROTEC¸ ˜AO DE TRANSFORMADORES DE POT ˆENCIA 88 6.1.3 Sobreaquecimento devido `a sobre-excita¸c˜ao
De acordo com as normas. os transformadores dever˜ao ser capazes de entregar correntes nominais `a uma tens˜ao aplicada de at´e 105 % da tens˜ao nominal.
Quando um transformador ´e submetido para operar com tens˜ao acima da nominal ou freq¨uˆencias muito baixas, o seu n´ucleo trabalha sobre-excitado. O fluxo magn´etico ´e ent˜ao for¸cado a circular nas partes met´alicas n˜ao laminadas, aquecendo-o a temperaturas inaceit´aveis. A sobre-excita¸c˜ao n˜ao ´e um defeito do transformador, mas uma condi¸c˜ao operativa anormal do sistema el´etrico de potˆencia. Uma an´alise da corrente durante a sobre-excita¸c˜ao mostra uma pronunciada corrente harmˆonica de 5a ordem. A sobre- excita¸c˜ao provoca um aumento dram´atico da corrente de excita¸c˜ao. Para uma sobretens˜ao de 20 % a corrente de excita¸c˜ao aumenta cerca de 10 vezes a corrente de excita¸c˜ao normal. 6.1.4 Oleo contaminado´
O ´oleo num transformador constitui um meio de isola¸c˜ao el´etrica e tamb´em um meio de resfriamento, portanto, a sua qualidade ´e primordial. A rigidez diel´etrica ´e a propriedade mais importante do ´oleo e se ela for reduzida pelas impurezas, umidade, etc., a deteri- ora¸c˜ao da isola¸c˜ao ocorrer´a fatalmente. O n´ıvel do ´oleo tamb´em deve ser monitorado constantemente, pois, a sua queda causa tamb´em a redu¸c˜ao da isola¸c˜ao.
6.1.5 Redu¸c˜ao da ventila¸c˜ao
O sistema de ventila¸c˜ao for¸cada deve estar funcionando perfeitamente. Caso ocorra algu- ma falha neste sistema, deve-se tomar providˆencias imediatas para evitar o sobreaqueci- mento.