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
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 107
4.5.1 Cálculo dos Valores dePickuppara cada Relé
Para o dimensionamento dos relés, primeiramente é necessário calcular a corrente depickup de cada um. Esta corrente vai indicar ao relé quando atuar, ou seja, quando a corrente que passa no transformador de intensidade ligado ao relé é superior a essa corrente de pickup, o relé dá indicações aos disjuntores para abrirem. Estes valores são calculados recorrendo às correntes nominais dos aparelhos e à corrente do primário do transformador de intensidade.
Os relés 1A, 1_SP1 e 1_SP2 são representados como Relay 1, pois vão ter os mesmos pickups.
Retiraram-se os valores de corrente do aparelho ou zona a proteger para cada relé (IN), bem como a corrente do primário do transformador de intensidade correspondente (ITI). Estes valores podem ser observados na tabela4.5.
Relay ID TI ID IN ITI
Relay 1 TI_1 735 1000
Relay 2 TI_2A 101.04 150 Relay 3 TI_3A 673.58 800
Relay 4 TI_4A 383 400
Relay 6 TI_11A 336.79 400
Relay 7 TI_5A 383 400
Relay 9 TI_12A 336.79 400 Relay 10 TI_6A 93.82 150 Relay 11 TI_7A 1250.93 1500
Relay 12 TI_8 390 400
Relay 13 TI_10 260 250
Tabela 4.5: Correntes nominais e do primário do transformador de intensidade para cada relé
Para o Relay 1, Relay 4, Relay 7, Relay 12 e Relay 13, a corrente IN corresponde à cor- rente máxima admissível dos cabos que estão a proteger - Cable1, Cable4, Cable5, LXHIOV_2 e LXHIOV_7.
Para os relés 2 e 3, calculou-se INatravés da potência do TP1.
Para o Relay 2:
IN= S
√3∗V = 70MVA
√3∗400kV (4.2)
Para o Relay 3:
IN= S
√3∗V = 70MVA
√3∗60kV (4.3)
Para os relés 10 e 11 procedeu-se da mesma forma:
Para o Relay 10:
IN= S
√
3∗V = 65MVA
√
3∗400kV (4.4)
Para o Relay 11:
IN= S
√
3∗V = 65MVA
√
3∗30kV (4.5)
108 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
Para os relés 6 e 9, calculou-se INatravés da potência do Gen1 e Gen2:
IN= S
√
3∗V = 35MVA
√
3∗60kV (4.6)
Os relés Relay TP1, Relay TP2, Relay 5 e Relay 8 fazem só a função diferencial, logo não vão ter corrente depickup.
Para a função 50 (corrente instantânea de fase), opickupé calculado por:
Pickup= [3; 5]∗ IN
IT I (4.7)
O intervalo indica os valores mínimos e máximos que opickuppode tomar.
Para a função 51 também existe um intervalo, e opickupé calculado por:
Pickup= [1.05; 1.2]∗ IN IT I
(4.8) Para a função 50N, o valor dopickupé:
Pickup=0.5∗ IN IT I
(4.9) Para a função 51N, calcula-se opickupatravés da equação:
Pickup=0.3∗ IN IT I
(4.10) Para a função 67G dos relés, opickupé calculado por:
Pickup=0.2∗ IN
IT I (4.11)
Juntando os valores obtidos em tabelas, podem-se ver os pickups máximos e mínimos para a fase na tabela4.6e para o neutro e terra na4.7:
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 109
Pickups para Fase Relay ID
Pickup Max 51 Pickup Max 50 Pickup Min 51 Pickup Min 50
Relay 1 0.882 3.675 0.742 2.205
Relay 2 0.808 3.368 0.680 2.021
Relay 3 1.010 4.210 0.850 2.526
Relay 4 1.149 4.788 0.967 2.873
Relay 6 1.010 4.210 0.850 2.526
Relay 7 1.149 4.788 0.967 2.873
Relay 9 1.010 4.210 0.850 2.526
Relay 10 0.751 3.127 0.632 1.876
Relay 11 1.001 4.170 0.842 2.502
Relay 12 1.17 4.875 0.98475 2.925
Relay 13 1.248 5.2 1.0504 3.12
Tabela 4.6: Pickups aceites para a fase de cada relé
Pickups para Neutro e Terra
Neutro Terra
Relay ID
Pickup 51N Pickup 50N Pickup 67G
Relay 1 0.221 0.368 0.147
Relay 2 0.202 0.337 0.135
Relay 3 0.253 0.421 0.168
Relay 4 0.287 0.479 0.192
Relay 6 0.253 0.421 0.168
Relay 7 0.287 0.479 0.192
Relay 9 0.253 0.421 0.168
Relay 10 0.188 0.313 0.125
Relay 11 0.250 0.417 0.167
Relay 12 - 0.4875 0.195
Relay 13 - 0.52 0.208
Tabela 4.7: Pickups aceites para o neutro e terra de cada relé
Estes são os valores iniciais colocados nos pickups dos relés.
Como foi referido anteriormente, o próximo passo é analisar as curvas TCC dos relés para verificar a seletividade. Começa-se nos relés mais a jusante da rede, cujos tempos de atuação devem ser mais rápidos do que os a montante. Para além disso, para a função 67G atuar é ne- cessário colocar os valores correspondentes da mesma no separador doGround como se fosse a função de sobrecorrente, ou seja a 51G. Esta é uma particularidade do ETAP, não corresponde ao procedimento real.
É de referir que, como os Relay TP1, Relay TP2, Relay 5 e Relay 8 só fazem a proteção diferencial, não têm curvas TCC para visualizar.
Para poder ver e analisar as curvas TCC com mais detalhe, dividiu-se novamente a rede em zonas:
110 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
• Zona de 400kV, composta pelos Relay 1A, Relay 1_SP1 e Relay_SP2. Pode ser vista na figura4.16.
• Zona do TP1, composta pelos Relay 2, Relay 3 e Relay TP1. Corresponde à figura4.18.
• Zona do TP2, composta pelos Relay 10, Relay 11 e Relay TP2. É a zona presente na figura 4.22.
• Zona dos Geradores, composta pelos Relay 4, Relay 5, Relay 6, Relay 7, Relay 8 e Relay 9.
Corresponde à figura4.20.
• Zona de 400kV e TP1, composta por todos os relés que pertencem a estas divisões. É a junção das figuras4.16e4.18.
• Zona de 400kV e TP2, semelhante à descrita acima. É a junção das figuras4.16e4.22.
• Zona do TP1 e Geradores, composta pelos relés presentes na zona do TP1 mais os relés dos ramais dos geradores. É a junção das figuras4.18e4.20.
• Zona do TP2 e PE1 (parque eólico 1), composta pelos relés presentes na zona do TP2 mais o Relay 12. É a junção das figuras4.22e do PE1 presente em4.23.
• Zona do TP2 e PE2 (parque eólico 2), composta pelos relés presentes na zona do TP2 mais o Relay 13. É a junção das figuras4.22e do PE2 presente em4.23.
Salienta-se que o tipo de curva TCC escolhido para todos os relés é a designada por IEC - Extremely Inverse. Este tipo de curvas tem um declive mais íngreme, e permite visualizar melhor a proteção dos transformadores e geradores.
Para além disso, as curvas TCC são divididas em dois tipos - curvas de fase e curvas de neutro/terra, para ser possível dimensionar a proteção para cada tipo de defeito.
4.5.2 Zona dos Geradores
Os ramais que compõem esta zona são os que levam a Tristão e Lariço. Os relés de cada ramal devem estar seletivos entre si, mas não precisam de estar seletivos com o ramal paralelo.
Como foi referido anteriormente, para o Relay 4 e Relay 7 os parâmetros são iguais, a única coisa que difere são os transformadores de intensidade de entrada e o disjuntor a abrir. Assim, colocando os valores dos pickups destes relés no ETAP, fica-se com as características presentes na figura4.24.
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 111
(a) Pickups das funções de proteção de fase (b) Pickups das funções de proteção de neutro
(c) Pickups das funções de proteção de direcional de terra
Figura 4.24: Valores dos pickups do Relay 4 e Relay 7
Os valores colocados noTime DialeDelaysão os predefinidos pelo ETAP, e serão alterados quando se fizer o ajuste das curvas TCC na secção seguinte. Para além disso, oPickup Rangee Delay Rangeé definido pelo tipo de relé utilizado. Assim, pode-se afirmar que os valores doTime DialeDelayterão de ser ajustados para todos os relés dimensionados (exceto para os que fazem só a função diferencial).
Como foi referido anteriormente, para a função direcional de terra (67G), colocaram-se os valores dos pickups no separadorGroundna função 51G, selecionando a função 67 na opção em baixo. Isto pode-se ver na figura4.24c
Verifica-se que a corrente presente no parâmetroPrim. Ampsdas figuras é a corrente mínima para a qual o relé atua, enviando comandos aos disjuntores.
112 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
Para os relés 6 e 9, tem-se os pickups da figura4.25.
(a) Pickups das funções de proteção de fase (b) Pickups das funções de proteção de neutro
(c) Pickups das funções de proteção de direcional de terra
Figura 4.25: Valores dos pickups do Relay 6 e Relay 9
4.5.2.1 Curvas TCC da Fase
As funções de proteção que estão representadas nas curvas TCC de fase da figura4.26são as 50 e 51. Como os relés 4 e 7 e os relés 6 e 9 têm as mesmas características, as suas curvas ficam sobrepostas.
Assim, a azul claro pode-se ver as curvas da função 50 e 51 para os relés 4 e 7 (P-50 e P-51), a castanho a curva da função 51 dos relés 6 e 9 e a azul escuro a curva da função 50 para esses relés.
As correntes presentes no eixo horizontal têm um fator multiplicativo de 100, para se observar melhor as curvas e o eixo de referência da tensão é o Bus3.
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 113
Figura 4.26: Curvas TCC da fase dos relés 4 a 9
Como oDelayda função 50 predefinido pelo ETAP é 0.01s, que é um valor muito baixo, não dá para ver a parte inferior dessa curva no gráfico, logo terá de se alterar esse tempo. Apesar disso, os pickups colocados permitem ter seletividade entre estes relés - a curva dos relés a jusante tem de aparecer antes dos relés a montante, o que se verifica.
Também no gráfico pode-se ver a curva térmica do Gen1 (igual à do Gen2) e dos cabos 4 e 5. Esta curva mostra a capacidade dos equipamentos funcionarem sobre condições de sobre- carga durante os curto-circuitos. Se as proteções não atuarem no momento certo e as correntes
114 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
ultrapassarem os limites desenhados na curva térmica, o equipamento corre riscos de avariar.
Os relés que protegem o Gen1 e Gen2 são o Relay 6 e Relay 9, respetivamente. Para que estes relés façam a proteção dos geradores de forma correta, as curvas das funções 50 e 51 deviam estar antes da curva térmica dos geradores, o que não se verifica. Opickupdestes relés terá então de ser ajustado.
No caso dos cabos, todas as curvas dos relés estão antes da curva térmica apresentada, logo estão protegidos corretamente.
4.5.2.2 Curvas TCC do Neutro/Terra
Figura 4.27: Curvas TCC do neutro/terra dos relés 4 a 9
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 115
As funções de proteção que estão representadas nas curvas TCC de neutro são as 50N, 51N e 67G (representada por G-51, como foi explicitado anteriormente).
Na figura4.27, a roxo e rosa estão as curvas dos relés 4 e 7, e a laranja e vermelho as curvas dos relés 6 e 9. Tal como acontece na fase, as curvas dos relés 4 e 7 e dos relés 6 e 9 sobrepõem-se.
Verifica-se também a situação que se tinha com oDelayda função 50 na fase, que terá de ser alterado.
Como neste gráfico não há curvas térmicas de nenhum equipamento, pode-se dizer que os relés estão seletivos, sendo necessário ajustar os tempos de atuação.
4.5.3 Zona do TP1
Os relés presentes nesta zona para os quais foram definidos pickups são o Relay 2 e Relay 3.
Colocando-se os valores no ETAP, fica-se com os parâmetros das figuras4.28,4.29e4.30.
(a) Relay 2 (b) Relay 3
Figura 4.28: Pickups das funções de proteção de fase para o Relay 2 e Relay 3
116 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
(a) Relay 2 (b) Relay 3
Figura 4.29: Pickups das funções de proteção de neutro para o Relay 2 e Relay 3
(a) Relay 2 (b) Relay 3
Figura 4.30: Pickups das funções de proteção de terra para o Relay 2 e Relay 3
Tal como já foi dito, os valores presentes (exceto os pickups) são predefinidos pelo tipo de relé escolhido para cada caso.
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 117
4.5.3.1 Curvas TCC da Fase
Figura 4.31: Curvas TCC da fase dos relés 2 e 3
Na figura 4.31, estão presentes as curvas das funções 50 e 51 dos relés 2 e 3, bem como as curvas térmicas dos cabos 2 e 3 e do TP1.
Para o TP1 aparecem dois tipos de curva - a curva térmica com a legenda "TP1"e a curva de Inrush, com a legenda TP1Inrush. A curva deInrushrepresenta o pico de corrente que ocorre no primário do transformador quando este é ligado, sendo uma corrente temporária.
118 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
Pode-se ver que, apesar de não terem os mesmos valores depickup, as curvas dos relés 2 e 3 coincidem. Esta situação não é correta pois deviam estar seletivos, ou seja, a curva do Relay 3 devia estar antes da curva do Relay 2.
Para além disso, todas as curvas deviam estar depois da curva da corrente deinrushdo TP1, pois como esta é uma corrente temporária não representa perigo para o transformador e ocorre quando este é ligado, logo os relés não devem atuar face a esta corrente.
4.5.3.2 Curvas TCC do Neutro/Terra
Figura 4.32: Curvas TCC do neutro/terra dos relés 2 e 3
Pode-se ver na figura4.32que para as situações de neutro e terra as curvas dos relés também estão sobrepostas, logo os pickups terão de ser ajustados. Também terá de se alterar o tempo de
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 119
atuação, que pode ser igual para os dois relés pois estão no mesmo ramal.
4.5.4 Zona do TP1 e Gen
Nesta zona, as curvas dos relés da zona dos geradores devem aparecer antes das curvas dos relés presentes na zona do TP1, tanto para fase como para neutro/terra.
4.5.4.1 Curvas TCC da Fase
Figura 4.33: Curvas TCC da fase dos relés da zona de TP1 e dos geradores
Na figura4.33observa-se o conjunto de curvas TCC de fase para os relés. Verifica-se que as curvas dos relés 6 e 9 (a azul claro) aparecem antes das dos relés 4 e 7 (a roxo), e as curvas destes
120 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
aparecem antes das curvas dos relés 2 e 3 (a laranja). Como se viu antes, as curvas dos relés 2 e 3 têm de ser ajustadas posteriormente para serem seletivas entre elas.
4.5.4.2 Curvas TCC do Neutro/Terra
Figura 4.34: Curvas TCC do neutro/terra dos relés da zona de TP1 e dos geradores Tal como acontece para a fase, na figura4.34observa-se o conjunto de curvas TCC de neu- tro/terra para os relés. As curvas dos relés 6 e 9 (a laranja) aparecem antes das dos relés 4 e 7 (a
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 121
roxo escuro), e as curvas destes aparecem antes das curvas dos relés 2 e 3 (a violeta). Os pickups dos relés 2 e 3 têm de ser ajustados.
4.5.5 Zona de 400kV
Os relés presentes nesta zona são o Relay 1A, Relay 1_SP1 e Relay_1SP2. Os valores dos pic- kups iniciais calculados são iguais para todos. Assim, os parâmetros do Relay 1A estão presentes na figura4.35. Para o Relay 1_SP1 e Relay 1_SP2, os parâmetros são iguais.
(a) Pickups das funções de proteção de fase (b) Pickups das funções de proteção de neutro
(c) Pickups das funções de proteção de direcional de terra
Figura 4.35: Valores dos pickups do Relay 1A, Relay 1_SP1 e Relay 1_SP2
122 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
4.5.5.1 Curvas TCC da Fase
Figura 4.36: Curvas TCC da fase dos relés 1, 1_SP1 e 1_SP2
Como os pickups e tempos de atuação dos três relés são os mesmos, é de esperar que as curvas presentes na figura4.36estejam sobrepostas.
Esta situação terá de ser alterada, pois o relé 1A deve atuar depois dos 1_SP1 e 1_SP2. Assim, as curvas do Relay 1A terão de estar após as curvas dos Relay 1_SP1 e Relay 1_SP2, que são iguais pois o Relay 1_SP2 é só de backup.
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 123
Pode-se ver que todas as curvas estão antes da curva térmica do Cable1, logo este está prote- gido.
4.5.5.2 Curvas TCC do Neutro/Terra
Figura 4.37: Curvas TCC do neutro/terra dos relés 1, 1_SP1 e 1_SP2
Para o neutro/terra acontece a mesma coisa que para a fase. Na figura4.37as curvas estão sobrepostas, sendo que terão de ser alteradas para haver seletividade.
124 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
4.5.6 Zona de 400kV e TP1
Para que os relés estejam seletivos, as curvas dos relés da zona do TP1 devem aparecer antes das curvas dos relés da zona de 400kV.
4.5.6.1 Curvas TCC da Fase
Figura 4.38: Curvas TCC da fase dos relés da zona de 400kV e TP1
Na figura4.38a amarelo estão as curvas do Relay 2 e Relay 3, e a verde/cinzento as curvas do Relay 1A, Relay 1_SP1 e Relay 1_SP2.
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 125
Pode-se ver que as curvas dos relés da zona do TP1 aparecem antes das curvas dos relés da zona de 400kV, logo pode-se dizer que estão seletivos entre eles. Apesar disso, ainda se tem de ajustar opickupdos relés, pois não estão seletivos dentro das suas zonas respetivas.
A curva térmica do Cable3 aparece antes das curvas dos relés da zona de 400kV. Isto não causa problemas pois o cabo que esses relés protegem é apenas o Cable1.
4.5.6.2 Curvas TCC do Neutro/Terra
Figura 4.39: Curvas TCC do neutro/terra dos relés da zona de 400kV e TP1
126 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
Como acontece para a fase, na figura4.39pode-se ver que as curvas dos relés da zona do TP1 (a rosa e verde claro) estão antes das curvas dos relés da zona de 400kV (a azul e laranja).
4.5.7 Zona de TP2
Os relés presentes nesta zona para os quais foram definidos pickups são o Relay 10 e Relay 11.
Colocando-se os valores no ETAP, fica-se com os parâmetros das figuras4.40,4.41e4.42.
(a) Relay 10 (b) Relay 11
Figura 4.40: Pickups das funções de proteção de fase para o Relay 10 e Relay 11
(a) Relay 10 (b) Relay 11
Figura 4.41: Pickups das funções de proteção de neutro para o Relay 10 e Relay 11
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 127
(a) Relay 10 (b) Relay 11
Figura 4.42: Pickups das funções de proteção de terra para o Relay 10 e Relay 11 Estando definidos os pickups, podem-se ver as curvas TCC dos relés.
4.5.7.1 Curvas TCC da Fase
Pode-se ver na figura4.43que esta zona tem uma situação parecida com a da zona do TP1, em que o Relay 10 e o Relay 11 têm pickups diferentes mas curvas sobrepostas. Assim, estes pickups terão de ser ajustados para que os relés estejam seletivos.
Para além disso, a curva da função 50 está à frente da curva da corrente de ligação do TP2 (TP2Inrush), o que não deve acontecer.
128 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
Figura 4.43: Curvas TCC da fase dos relés 10 e 11
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 129
4.5.7.2 Curvas TCC do Neutro/Terra
Figura 4.44: Curvas TCC do neutro/terra dos relés 10 e 11
Na figura4.44para as situações de neutro e terra as curvas dos relés também estão sobrepostas, logo os pickups terão de ser ajustados. Também terá de se alterar o tempo de atuação, que pode ser igual para os dois relés pois estão no mesmo ramal.
130 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
4.5.8 Zona de 400kV e TP2
Para que os relés estejam seletivos, as curvas dos relés da zona do TP2 devem aparecer antes das curvas dos relés da zona de 400kV.
4.5.8.1 Curvas TCC da Fase
Figura 4.45: Curvas TCC da fase dos relés da zona de 400kV e TP2
4.5 Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais 131
Na figura4.45a verde estão as curvas do Relay 10 e Relay 11, e a azul/amarelo as curvas do Relay 1A, Relay 1_SP1 e Relay 1_SP2.
Pode-se ver que as curvas dos relés da zona do TP1 aparecem antes das curvas dos relés da zona de 400kV, logo pode-se dizer que estão seletivos entre eles. Apesar disso, ainda se tem de ajustar opickupdos relés, pois não estão seletivos dentro das suas zonas respetivas.
4.5.8.2 Curvas TCC do Neutro/Terra
Figura 4.46: Curvas TCC do neutro/terra dos relés da zona de 400kV e TP2
Como acontece para a fase, na figura 4.46 pode-se ver que as curvas dos relés da zona do TP2 (a rosa) estão antes das curvas dos relés da zona de 400kV (a amarelo), logo as zonas estão
132 Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
seletivas, apesar dos relés de cada uma não estarem seletivos dentro das mesmas.
4.5.9 Zona de TP2 e PE1
Juntando o Relay 12 aos relés da zona do TP2, deve-se verificar que a curva desse relé se apresenta antes dos relés 10 e 11, tanto para fase como para neutro/terra.
Os parâmetros do Relay 12 estão na figura4.50.
(a) Pickups das funções de proteção de fase (b) Pickups das funções de proteção de terra
Figura 4.47: Parâmetros do Relay 12
É de relembrar que este tipo de relé não possui as funções 50 e 51 de neutro.
4.5.9.1 Curvas TCC da Fase
Na figura4.48, observando-se as curvas do Relay 12 (a verde) e as curvas do Relay 10 e 11 (a roxo e laranja), verifica-se que estes relés estão seletivos, sendo necessário apenas mudar os pickups dos relés da zona do TP2.
Para além disso, todos os cabos que estão presentes na ligação ao PE1 estão protegidos, pois as suas curvas térmicas aparecem após as curvas do Relay 12.