Os primeiros projetos de rel´es eletrˆonicos, que surgiram na d´ecada de 30, utilizavam v´alvulas. Estes sistemas de prote¸c˜ao n˜ao eram t˜ao confi´aveis como os eletromecˆanicos e as suas aplica¸c˜oes eram limitadas. Na d´ecada de 50 surgiram os transistores, que imediatamente se mostraram promissores como dispositivos eletrˆonicos confi´aveis para a sua utiliza¸c˜ao em rel´es de prote¸c˜ao. Gra¸cas aos desenvolvimentos da tecnologia de semicondutores e outros componentes associados, no meado da d´ecada de 60 come¸caram a ser desenvolvidos e utilizados os rel´es denominados rel´es de estado s´olido ou est´aticos. Este sistema de prote¸c˜ao, apesar de terem o prin¸cipio de opera¸c˜ao diferente do eletromecˆanico, tamb´em tem como entradas sinais cont´ınuos. Estes sinais s˜ao processados de tal forma que produz na sa´ıda um sinal decis´orio bin´ario. Este processamento ´e desenvolvido atrav´es de s´eries de amplificadores operacionais e flip-flops que emulam o mesmo tipo de performance dos rel´es eletromecˆanicos.
A expans˜ao e o aumento da complexidade de sistema de potˆencia moderno pratica- mente exigiu rel´es de prote¸c˜ao de alto desempenho e caracter´ısticas mais sofisticadas,
4 TIPOS CONSTRUTIVOS DE REL ´ES DE PROTEC¸ ˜AO 39 como os rel´es digitais. A primeira discuss˜ao sobre os rel´es digitais surgiu em 1969, com o c´elebre artigo do George Rockefeller que propos, de uma maneira compreensiva, a utili- za¸c˜ao de computador digital com fun¸c˜ao de prote¸c˜ao. Este artigo cl´assico foi seguido por numerosas pesquisas sobre o assunto no plano te´orico, mas o desenvolvimento e aplica¸c˜oes no plano industrial em grande escala s´o surgiu com o advento do microprocessador.
Os rel´es digitais possuem o princ´ıpio de opera¸c˜ao inteiramente diferentes dos eletro- mecˆanicos e dos est´aticos. Apesar de os sinais de entrada serem os mesmos, isto ´e, anal´ogicos, o princ´ıpio de funcionamento deste tipo de rel´es se baseiam na representa¸c˜ao digital desses valores. Isto ´e feito pela amostragem dos sinais anal´ogicos e pela utiliza¸c˜ao de algoritmos apropriados
Tanto os rel´es eletromecˆanicos como os est´aticos tˆem as carcater´ısticas de um compu- tador anal´ogico. Eles possuem grandezas de entradas que s˜ao processadas mecanicamente ou eletronicamente para desenvolver um conjugado, ou uma l´ogica de sa´ıda representando uma quantidade do sistema, e tomam decis˜oes que resultam em um fechamento de contato ou em um sinal de sa´ıda. Com o advento de microprocessadores de alto desempenho ob- viamente foi poss´ıvel a utiliza¸c˜ao de computadores digitais para desempenhar as mesmas fun¸c˜oes. Desde que as entradas dos rel´es s˜ao, usualmente, correntes e tens˜oes do sistema de potˆencia, ´e necess´ario obter uma representa¸c˜ao digital destes parˆametros. Isto ´e feito pela amostragens dos sinais anal´ogicos e usando um algoritmo computacional apropriado para digitalizar os sinais convenientemente atrav´es de filtros digitais.
5 PROTEC¸ ˜AO DE LINHAS DE TRANSMISS ˜AO 40
5
Prote¸c˜ao de linhas de transmiss˜ao
5.1
Introdu¸c˜ao
As linhas de transmiss˜ao em corrente alternada s˜ao comumente classificadas pela fun¸c˜ao, a qual se relaciona com o n´ıvel de tens˜ao. N˜ao h´a uma padroniza¸ca˜ao r´ıgida nessa classi- fica¸c˜ao. A seguir uma classifica¸c˜ao t´ıpica:
• distribui¸c˜ao (2,2 kV a 34,5 kV): circuitos transmistindo potˆencia ao consumidor
final;
• sub-transmiss˜ao (13,8 kV a 138 kV): circuitos transmistindo potˆencia `as subesta¸c˜oes
de distribui¸c˜ao;
• transmiss˜ao (69 kV a 765 kV): circuitos transmistindo potˆencia entre subesta¸c˜oes e
sistemas interligados.
As linhas de transmiss˜ao s˜ao divididas em:
• alta tens˜ao (HV): 69kV a 220 kV
• extra alta tens˜ao (EHV): 345 kV a 765 kV • ultra alta tens˜ao (UHV): acima de 765 kV
As linhas de transmiss˜ao s˜ao os componentes mais expostos de um sistema de potˆencia podendo, portanto, afirmar que a incidˆencia de faltas ´e consideravelmente maior do que em outros elementos do sistema.
Considerando que, uma linha de transmiss˜ao ´e conectadas com outras linhas e equi- pamentos o seu sistema de prote¸c˜ao deve ser compat´ıvel com o de outros elementos, de tal modo que possibilite uma ampla coordena¸c˜ao de seus ajustes. Deve-se prever tamb´em que a prote¸c˜ao principal de um trecho de uma linha atue como prote¸c˜ao de retaguarda das linhas adjacentes.
O comprimento da linha de transmiss˜ao tem um efeito direto no ajuste de um rel´e. Na Figura 32 a linha ´e considerada respectivamente curta ou longa:
• Zl Zequ. • Zl Zequ.
Z
l
Z
equ.
X YEqu.
5 PROTEC¸ ˜AO DE LINHAS DE TRANSMISS ˜AO 41 Nas linhas curtas a discrimina¸c˜ao por n´ıveis de corrente de curto-circuito ´e imposs´ıvel, pois um curto-circuito no in´ıcio (X) e no fim (Y ) praticamente n˜ao h´a diferen¸ca. Por outro lado, as linhas longas apresentam outro tipo de problema: a corrente de curto-circuito no fim da linha (Y ) pode se aproximar da corrente de carga.
Quanto `as suas prote¸c˜oes existem uma variedades de esquemas, que dependem das caracter´ısticas, configura¸c˜oes, comprimentos e a sua importˆancia relativa. N˜ao existe uma regra inflex´ıvel para definir um esquema de prote¸c˜ao.
Comumente s˜ao encontrados os seguintes esquemas de prote¸c˜ao:
• fus´ıveis, religadores e seccionadores; • sobrecorrente instantˆaneo;
• sobrecorrente temporizado com caracter´ıstica inversa; • sobrecorrente direcional temporizado e instantˆaneo; • distˆancia sem teleprote¸c˜ao;
• distˆancia com teleprote¸c˜ao.