Com a rede a funcionar, pode-se proceder à colocação de relés ao longo da mesma. Para isso foi necessário acrescentar transformadores de intensidade em vários pontos da rede. Tal como os relés, estes TI vão ser explicitados ao longo desta secção.
No ETAP é possível simular apenas as funções de proteção diferencial (87), direcional de terra (67G), sobrecorrente instantânea e sobrecorrente para fase e neutro (50, 50N, 51, 51N), sobretensão e subtensão (59 e 27) e de frequência (81). Os relés colocados vão cobrir este tipo de funções de proteção.
Para os relés que fazem a função diferencial, é necessário que estes liguem a dois transforma- dores de intensidade, pois estes medem a corrente de entrada e de saída para ver se estes valores ultrapassam o definido.
Inicialmente definiram-se os relés de proteção e frequência, seguindo-se dos restantes.
Para além disso, acrescentou-se um disjuntor (DJ14) no barramento que liga à rede da REN, de forma a isolar a mesma em caso de defeito. Este disjuntor tem as mesmas características que o DJ1.
É de referir que nesta secção se fala apenas das entradas (input) e saídas (output) de cada relé, bem como das funções de proteção associadas. Os valores utilizados no dimensionamento dos mesmos são calculados na secção seguinte, na qual se explica onde e como se utilizam esses valores no ETAP.
4.4.1 Relés de Proteção de Tensão e Frequência
Os primeiros relés colocados na rede em estudo são os relés de proteção de tensão e frequên- cia. Estes relés são representados pelas letras VR para os relés de tensão e FR para os relés de frequência, e ligam aos transformadores de tensão presentes na rede. Assim:
• No TT_1 ligou-se VR1 e FR1
• No TT_2 ligou-se VR2 e FR2
• No TT_3 ligou-se VR3 e FR3
• No TT_4 ligou-se VR4 e FR4
• No TT_5 ligou-se VR5 e FR5
• No TT_6 ligou-se VR6 e FR6
• No TT_7 ligou-se VR7 e FR7
• No TT_8 ligou-se VR8 e FR8
No caso da proteção de tensão, o ETAP permite ter as funções de proteção 27 e 59 no mesmo relé.
Na figura4.10estão os parâmetros do relé VR1:
4.4 Colocação de Relés na Rede 93
Figura 4.10: Parâmetros do relé de tensão VR1
Na figura4.10podem-se ver dois menus, um para a sobretensão -OverVoltage (59) Control Interlock-, e outro para a subtensão -Undervoltage (27) Control Interlock. Para os dois os parâ- metros a definir são os mesmos:
• Na secçãoSettingescolhe-se para que nível percentual de tensão o relé deve atuar, ou seja, os limites de tensão da rede. Assim, tem-se que a sobretensão atua para tensões correspon- dentes a 120% ou superior da tensão nominal, e a subtensão atua para tensões com valores correspondentes a 80% ou inferior da tensão nominal. Este parâmetro é igual para todos os relés de tensão.
• Na secçãoUnitvê-se as unidades relativas ao valor colocado na secçãoSetting.
• EmCB ID(Circuit Breaker ID) escolhe-se o disjuntor a abrir ou fechar em resposta à atu- ação deste relé. Escolhe-se se o disjuntor abre ou fecha no separadorAction. Para todos os relés definidos, esta ação é de abrir os disjuntores.
• No separadorDelaydefine-se o tempo de atuação em segundos do relé.
O tempo de atuação foi definido consoante as áreas de tensão presentes.
No caso da sobretensão, para os disjuntores presentes nas áreas de 400kV e 30kV, estedelay foi considerado de 1.5s. Para os disjuntores presentes na área de 60kV, este tempo de atuação é menor, assumindo o valor de 1.35s.
No caso da subtensão, para os disjuntores imediatamente a seguir à rede da REN (DJ14), o tempo de atuação definido foi de 3s. Para os disjuntores presentes na área de 30kV, este tempo é de 2.85s, para os disjuntores presentes na área de 60kV é de 2.7 e nos disjuntores imediatamente antes dos geradores (DJ12 e DJ13) é de 2.55s.
94 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
Fez-se esta divisão pois quando se simulavam certos defeitos na zona de 60kV, os relés de tensão que estavam a atuar primeiro eram os relés presentes nas zonas de 400kV e 30kV, o que não deveria acontecer.
Os disjuntores escolhidos para cada relé de tensão foram:
• Para VR1: DJ14
• Para VR2: DJ1, DJ2 e DJ6
• Para VR3: DJ3, DJ4 e DJ5
• Para VR4: DJ4 e DJ12
• Para VR5: DJ5 e DJ13
• Para VR6: DJ7, DJ8, DJ9 e DJ10
• Para VR7: DJ12
• Para VR8: DJ13
Estes disjuntores correspondem aos que se encontram imediatamente acima ou abaixo do bar- ramento onde o transformador de tensão, e consequentemente o relé de tensão, está ligado.
Para os relés de frequência, os parâmetros podem ser vistos na figura4.11:
Figura 4.11: Parâmetros do relé de frequência FR1 Este relé é semelhante ao relé de tensão, e tem o mesmo tipo de parâmetros.
4.4 Colocação de Relés na Rede 95
OSettingdo relé para sobre-frequência colocou-se a 101%Hz e para sub-frequência colocou- se a 99%Hz, ou seja, para frequências iguais ou superiores a 101% da frequência nominal e iguais ou menores a 99% da frequência nominal, o relé abre os disjuntores correspondentes.
Os disjuntores escolhidos para cada relé de frequência foram:
• Para FR1: DJ14
• Para FR2: DJ1, DJ2 e DJ6
• Para FR3: DJ3, DJ4 e DJ5
• Para FR4: DJ4 e DJ12
• Para FR5: DJ5 e DJ13
• Para FR6: DJ7, DJ8, DJ9 e DJ10
• Para FR7: DJ12
• Para FR8: DJ13
O tempo de atuação para estes relés é de 1s em todos os casos.
4.4.2 Zona de 400kV
Como foi referido anteriormente, na zona de 400kV encontra-se a ligação à rede da REN e ao barramento de 400kV. A REN tem normas para os relés a colocar em ramais que estão ligados à sua rede, dado que pede um relé de backup para uso caso o relé principal não funcione. [19]
Para esta ligação, considerou-se necessário ter um relé a fazer a proteção do cabo, bem como outro que serve como segurança caso o primeiro relé falhe. Estes relés foram denominados de Relay 1_SP1 e Relay 1_SP2, e têm as mesmas características. Nestes relés tem-se todas as fun- ções de proteção referidas anteriormente (exceto as de tensão e frequência). Para além disso, foi colocado um relé que protege apenas a rede da REN, não possuindo a função diferencial, chamado de Relay1A.
Assim, para fazer a ligação dos relés, foram colocados mais quatro transformadores de inten- sidade com características iguais às do TI_1: TI_1A, TI_SP2, TI_SP2A e TI_SP3.
O relé Relay 1_SP1 liga ao TI_1 e TI_1A, o Relay 1_SP2 liga ao TI_SP2 e TI_SP2A e o Relay1A liga ao TI_SP3.
Na figura4.12pode-se ver oinputeoutputpara o Relay 1A.
96 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
(a)Inputdo Relay 1A
(b)Outputdo Relay 1A
Figura 4.12: Entrada e saída do Relay 1A
4.4 Colocação de Relés na Rede 97
Verifica-se que como este relé está ligado apenas ao TI_SP3, não faz a função de proteção diferencial.
O tipo de relé escolhido para este caso foi o 7SJ62 da Siemens, que tem as funções 50, 50N, 51, 51N e 67G necessárias para a proteção a realizar. [20]
Os Relay 1_SP1 e Relay 1_SP2 têm os mesmosoutputs, sendo que o que difere são os trans- formadores de intensidade a que estão ligados. Assim, para o Relay 1_SP1, oinputobserva-se na figura4.13.
Figura 4.13:Inputsdo Relay 1_SP1
Para o Relay 1_SP2 o inputda fase e terra é o TI_SP2A, e para a função diferencial são o TI_SP2 e TI_SP2A.
No caso dos disjuntores a atuar presentes na secção dos outputs, estes são os mesmos para o Relay 1_SP1 e Relay _SP2. Vão atuar disjuntores diferentes para as funções diferencial, fase, neutro e terra. São os únicos relés na rede em que isso acontece. Estão presentes na figura4.14e 4.15.
98 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
(a)Outputda função diferencial do Relay 1_SP1
(b)Outputda função 50N e 51N do Relay 1_SP1 Figura 4.14:Outputsdo Relay 1_SP1
4.4 Colocação de Relés na Rede 99
(a)Outputda função 50 e 51 do Relay 1_SP1
(b)Outputda função 67G do Relay 1_SP1 Figura 4.15: Outputsdo Relay 1_SP1
100 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
O relé utilizado para o Relay 1_SP1 e Relay 1_SP2 é o 7SD52/53 da Siemens, que é espe- cializado na função de proteção diferencial mas que também faz as restantes funções pedidas.
[20]
Após colocar os relés, fica-se com a figura4.16.
Figura 4.16: Ligação da REN ao barramento de 400kV
4.4.3 Subsistema de 400kV para 60kV
Para o subsistema que liga o barramento de 400kV ao barramento de 60kV, inicialmente colocou-se um relé ligado ao TI_2 e ao TI_3, que faria a proteção diferencial, 50 e 51, 50N e 51N e 67G. Verificou-se que, ao ter o relé assim, as funções 50N, 51N e 67N só iriam proteger o secundário do TP1, pois recebem informações do TI_3, que está após o secundário do TP1.
Para conseguir proteger ambos os lados do transformador, dividiu-se o relé a colocar em três relés - um que faz a proteção diferencial, e dois, colocados no primário e secundário do TP1 respetivamente, que têm as restantes funções de proteção.
Para isso, foi necessário colocar um transformador de intensidade em cada lado do TP1 - um antes do TI_2, com as mesmas características que esse, denominado de TI_2A, e um depois do TI_3, com as mesmas características desse, denominado de TI_3A.
Assim, ligou-se o Relay TP1 aos TI_2 e TI_3. Este relé faz apenas a proteção diferencial, e tem:
4.4 Colocação de Relés na Rede 101
• Inputde fase: TI_2
• Inputda função diferencial: TI_2 e TI_3
• Inputde neutro/terra: TI_2
Verifica-se que noinputpara fase e neutro/terra está selecionado o TI_2. Como essas funções de proteção de fase e terra estão desativadas, os valores obtidos desse transformador não são utilizados. Para a diferencial pode-se ver que são utilizados os TI_2 e TI_3 para fazer a medição da corrente que passa no primário e secundário do TP1.
Na figura4.17está definida a função diferencial, que deve atuar aos 0s.
Figura 4.17: Função diferencial do Relay TP1
O relé escolhido para este caso é o 7UT633/635 da Siemens, que é desenhado para proteger transformadores. [20]
O Relay 2 e o Relay 3 têm os mesmos parâmetros de entrada e saída, sendo que o que muda é o TI ao qual estão ligados. Assim:
• Inputde fase do Relay 2: TI_2A
• Inputde neutro/terra do Relay 2: TI_2A
• Inputde fase do Relay 3: TI_3A
• Inputde neutro/terra do Relay 3: TI_3A
O tipo de relé escolhido foi o 7SJ62 da Siemens, que tem as funções 50, 50N, 51, 51N e 67G necessárias para a proteção a realizar. Também tem a diferencial mas não é utilizada. [20]
Os disjuntores a abrir para cada relé são os imediatamente acima e abaixo do relé definido, ou seja:
• Relay 2: DJ2
• Relay TP1: DJ2 e DJ3
• Relay 3: DJ3
Após colocar os relés, fica-se com o subsistema da figura4.18.
102 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
Figura 4.18: Ligação da área de 400kV à área de 60kV com Relés 4.4.4 Zona de 60kV
Nos ramais que ligam aos parques eólicos de Tristão e Lariço, temos uma situação parecida à da secção anterior, em que só um relé não tem capacidade para proteger tanto as ligações do Bus 3 ao Cable 4 e 5 e as ligações entre os cabos e os Gen1 e Gen2. Para contornar esta situação, colocaram-se três relés em cada ramal.
Para isso, duplicaram-se os TI_4, TI_5, TI_11 e TI_12, ficando com:
• TI_4A, igual ao TI_4
• TI_5A, igual ao TI_5
• TI_11A, igual ao TI_11
• TI_12A, igual ao TI_12
No ramal que liga ao Gen1, ligou-se o Relay 4 ao TI_4A e o Relay 6 ao TI_11A. O Relay 5 faz a função diferencial. Assim, as entradas dos relés deste ramal são:
• Inputde fase do Relay 4: TI_4A
• Inputde neutro/terra do Relay 4: TI_4A
• Inputde fase do Relay 6: TI_11A
• Inputde neutro/terra do Relay 6: TI_11A
4.4 Colocação de Relés na Rede 103
• Inputda função diferencial do Relay 5: TI_4 e TI_11 Os disjuntores a atuar são:
• DJ4 para o Relay 4
• DJ4 e DJ12 para o Relay 5
• DJ12 para o Relay 6
Tal como na proteção do TP1, o tipo de relé escolhido para o Relay 4 e 6 foi o 7SJ62 da Siemens. [20]
A função diferencial do Relay 5 está definida na figura4.19.
Figura 4.19: Função diferencial do Relay 5
O relé escolhido para este caso é o 7SD52/53 da Siemens, que é um relé específico para realizar proteção diferencial. [20]
Para o ramal que liga ao Gen2 procedeu-se da mesma forma, sendo que a única coisa que muda são os transformadores de intensidade usados e disjuntores a atuar. Assim, fica-se com:
• Para o Relay 7, o transformador de intensidade correspondente é o TI_5A, e o disjuntor que atua é o DJ5.
• Para o Relay 9, o transformador de intensidade correspondente é o TI_12A, e o disjuntor que atua é o DJ13.
• Para o Relay 8, os transformadores de intensidade utilizados para a diferencial são o TI_5 e TI_11, e os disjuntores que atuam são o DJ5 e DJ13.
Assim, a zona de 60kV com os relés pode-se observar na figura4.20.
104 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
Figura 4.20: Zona de 60kV com Relés 4.4.5 Subsistema de 400kV para 30kV
Tal como a ligação da área de 400kV à área de 60kV, este subsistema também apresenta dois transformadores de intensidade antes e depois de um transformador de potência TP2. Assim, a configuração dos relés vai ser semelhante.
No lado do primário do TP2, duplica-se o TI_6 e fica-se com o TI_6A, com as mesmas ca- racterísticas do anterior. No lado do secundário faz-se a mesma coisa com o TI_7, ficando com um TI_7A. A esses novos transformadores de intensidade ligam o Relay 10 e Relay 11, respetiva- mente.
Os parâmetros de entrada dos Relay 10, Relay 11 e Relay TP2 são
• Inputde fase do Relay 10: TI_6A
• Inputde neutro/terra do Relay 10: TI_6A
• Inputde fase do Relay 11: TI_7A
• Inputde neutro/terra do Relay 11: TI_7A
• Inputda função diferencial do Relay TP2: TI_6 e TI_77 Os disjuntores a atuar são:
• DJ6 para o Relay 10
• DJ6 e DJ7 para o Relay TP2
4.4 Colocação de Relés na Rede 105
• DJ7 para o Relay 11
O tipo de relé escolhido foi o 7SJ62 da Siemens, já referido anteriormente. [20]
Para a proteção do TP2, o Relay TP2 faz apenas a função diferencial.
Na figura4.21está definida a função diferencial desse relé, que deve atuar aos 0s.
Figura 4.21: Função diferencial do Relay TP2
O relé escolhido para este caso é o 7UT633/635 da Siemens, também escolhido para o Relay TP1. [20]
Este ramal com os relés correspondentes pode ser observado na figura4.22.
Figura 4.22: Ramal que liga a área de 400kV à área de 30kV com Relés
4.4.6 Zona de 30kV
No lado de 30kV, foram colocados relés nos ramais que levam aos parques eólicos 1 e 2. Não foi considerado necessário ter relés no ramal que liga ao posto de corte, e no ramal entre o Bus10
106 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
e o Bus17 e entre o Bus10 e a resistência de neutro existem fusíveis que protegem essas linhas.
Assim, para o ramal que liga ao parque eólico 1 (ramal entre Bus10 e Bus11), foi colocado um relé (Relay 12), ligado ao TI_8 e ao TORO_1. Tem-se:
• Inputde fase do Relay 12: TI_8
• Inputde terra do Relay 12: TORO_1 O disjuntor a atuar é o DJ8.
Este relé não faz a função diferencial, pois não é pedida para redes de média tensão.
Para o ramal que liga ao parque eólico 2 (ramal entre Bus10 e Bus15), a situação é semelhante à anterior. Colocou-se um relé, Relay 13, ligado ao TI_10 e ao TORO_2, com:
• Inputde fase do Relay 13: TI_10
• Inputde terra do Relay 13: TORO_2 O disjuntor a atuar é o DJ10.
O tipo de relé escolhido foi o 7SJ64 da Siemens, pois é adequado para média tensão. Este relé não apresenta as funções 50N e 51N, sendo estas representadas pela 50G e 51G, sendo que o relé faz a função diferencial com os valores colocados na sobrecorrente de terra (51G).
Fica-se então com o segmento de rede da imagem4.23:
Figura 4.23: Zona de 30kV com Relés