Coordenação e seletividade de proteções

Os resultados deste projeto e tese mostram a importância das proteções elétricas em uma rede elétrica. Palavras-chave: Coordenação, Seletividade, Proteções Elétricas, Relés, Curto Circuito, Rede de Potência, Curvas de Tempo e Corrente.

Contexto e Motivação

Neste capítulo introdutório é feita uma breve contextualização do assunto abordado por este trabalho, demonstrando a importância da seletividade e coordenação das proteções elétricas para o correto funcionamento do sistema elétrico de energia. Conduzem a menores paragens na rede elétrica, evitam danos nos equipamentos existentes, evitam perdas de energia desnecessárias na parte não defeituosa do sistema e, acima de tudo, garantem a segurança de todos os intervenientes no sistema elétrico. .

Objetivos

As proteções elétricas são equipamentos localizados ao longo do sistema elétrico, ou seja, relés que existem em número suficiente para garantir a segurança de todos os pontos das redes, minimizando as interrupções de serviço nas linhas e o tempo de inatividade das mesmas. Quando ocorre uma falha, o tempo de inatividade da rede também é minimizado, os danos aos componentes do sistema são evitados e a segurança de todas as pessoas que operam o SEE é garantida.

Estrutura da Dissertação

Inserção em Ambiente Empresarial

Conceitos Base da Proteção das Redes e Sistemas de Energia

Valores de pickup: Os valores de pickup definem o limite de corrente para o qual os dispositivos de proteção operam, ou seja, quando a corrente de falta que passa pelo equipamento de medição e entra no dispositivo de proteção é maior que a corrente definida pelo pickup, o dispositivo opera. Tempos de disparo: Os tempos de disparo indicam quando o dispositivo de proteção deve ser acionado.

Curto-circuitos e seus Efeitos no Sistema de Energia

No caso de faltas trifásicas, é considerada a mais grave, com probabilidade de ocorrência de 2%. Para esta falta são calculados três tipos de corrente de curto-circuito - corrente na fase b, corrente na fase c e corrente de neutro (supondo que a falta seja caracterizada na figura 2.7).

Regimes de Neutro

A representação desse regime neutro pode ser vista na Figura 2.10, com ligação feita por meio de um resistor, e na Figura 2.11, com ligação feita por uma bobina de Peterson. O regime de neutro, ligado indiretamente ao terra, permite um equilíbrio entre as tensões em cada fase, o que não causa tanto esforço para isolar os equipamentos do sistema de potência.

Relés - Aparelhos de Proteção

Aplicando um sinal DC na entrada, quando a onda passa do ponto zero do eixo vertical, o sinal de saída é ligado. Por fim, existe o módulo de saída (saída digital), acompanhado de um filtro que permite o isolamento dos filtros de isolamento do sinal de saída.

Transformadores de Intensidade e de Tensão

A corrente de magnetização é, portanto, baixa, resultando em uma impedância de magnetização constante dentro dos limites de tensão definidos. Como pequenos transformadores de potência podem ser considerados, o circuito equivalente será igual a um circuito de transformador de potência.

Funções de Proteção

Também chamada de função de intensidade de fase máxima, esta função representa um dispositivo que opera instantaneamente, sem atraso intencional, quando a corrente excede um valor definido. Esta função do 50BF funciona em caso de falha do disjuntor, ou seja, quando os mesmos não abrem ou não abrem no tempo previsto após o recebimento de uma ordem dos dispositivos de proteção.

Descrição da Rede em Estudo

Um transformador de tensão (TT_3) de 60kV no primário e 100V no secundário é conectado ao barramento de 60kV. Um transformador de tensão (TT_6) de 30kV no primário e 100V no secundário é conectado ao barramento de 30kV.

Software Utilizado

ETAP

No menu padrão você define se os valores de corrente de curto-circuito são máximos ou mínimos e os valores do fator c (fator c) a serem utilizados. Posteriormente, os relatórios de curto-circuito correspondentes a cada tipo de defeito são gerados e removidos.

Construção da Rede no ETAP

Combinando todos os elementos mencionados, foi projetada a área de 400kV, que pode ser vista na Figura 3.21. Para TP1, os separadores considerados são mostrados na Figura 3.24. a) Parâmetros TP1 - Rating (b) Parâmetros TP1 - Impedância. A Figura 3.32b mostra os valores associados à impedância do gerador, bem como seu modelo dinâmico.

O cabo presente no diagrama unifilar, rotulado no ETAP como LXHIOV_1, também foi definido com os parâmetros da Figura 3.37. A Figura 3.43b mostra as potências e tensões nominais das turbinas e seu número de polos. Os parâmetros de LXHIOV_4 estão na Figura 3.46. a) Parâmetros LXHIOV_4 - Informações (b) Parâmetros LXHIOV_4 - Físicos.

Para o cabo LXHIOV_5, os parâmetros estão na figura 3.47. a) LXHIOV_5 - Parâmetros de informação (b) LXHIOV_5 - Parâmetros físicos.

Primeiro Estudo de Trânsito de Potência

Serão realizados estudos de potência para verificar o funcionamento da rede, bem como estudos de curto-circuito para dimensionar cabos que não estavam presentes no esquema unifilar. Pela análise dos dados obtidos, observou-se que as barras da Barra 10 à Barra 17 operam com um percentual da tensão nominal inferior ao normal. Para corrigir esses valores, foi acionado o regulador de tensão TP2, ou seja, o jack ou tap em inglês.

O menu da tomada TP2 permite selecionar o bus no qual funciona a regulação de tensão, bem como a percentagem de tensão a definir. Para este caso, optou-se por atuar na barra 10, por ser a primeira barra após o transformador de potência. Para LXHIOV_5 e LXHIOV_7, que tinham seção de 120 mm2, tentou-se a outra seção superior de 150 mm2.

Pode-se observar que a corrente à qual os cabos estão expostos é menor que sua corrente limite.

Estudo de Curto-circuito e Dimensionamento de Cabos e Fusíveis

A Tabela 4.3 mostra a corrente máxima de curto-circuito para as barras de referência de cada cabo. Os cabos denominados Cabo1, Cabo2 e Cabo6 estão colocados numa área de 400kV, pelo que o tipo de cabo a selecionar deve ser adequado para MAT. Usando o catálogo fornecido para 400kV, parece que a menor seção que existe é de 800mm2, que é maior que a seção mínima necessária calculada.

Bainha externa em polietileno de média densidade (ST7) com bloqueio transversal da penetração de água por aplicação de fita de alumínio em copolímero na bainha externa A seção transversal mínima indicada no catálogo é de 240 mm2, que é maior que a mínima exigida - conforme para estes cabos. Temperatura máxima de curto-circuito (até 5 segundos): 250ºC. Assim como no dimensionamento dos cabos 1, 2 e 6, algumas informações não constavam no catálogo. Para obter alguns valores relativos à constituição do cabo, foi utilizado como referência outro projeto realizado pela Sisint, em que foi utilizado este tipo de cabo.

Inicialmente estava previsto utilizar as correntes de curto-circuito para dimensionar os fusíveis, mas como este tamanho não é crítico para a obra, foi utilizado como referência outro projeto do Sisint, com fusíveis colocados em ramais semelhantes, para determinar os valores. cada fusível, bem como seu modelo.

Segundo Estudo de Trânsito de Potência

Foi realizado um estudo final de transferência de potência, no qual se verificou que todos os elementos da rede estavam operando dentro dos limites.

Colocação de Relés na Rede

No caso de sobretensão, para disjuntores presentes nas áreas de 400 kV e 30 kV, esse atraso foi considerado de 1,5 s. Para disjuntores presentes na faixa de 60 kV, este tempo de disparo é menor, assumindo um valor de 1,35 s. Em caso de subtensão, foi definido um tempo de disparo de 3s para os disjuntores imediatamente a jusante da rede REN (DJ14).

Para disjuntores na faixa de 30kV este tempo é de 2,85s, para disjuntores na faixa de 60kV 2,7 e para disjuntores imediatamente antes dos geradores (DJ12 e DJ13) 2,55s. O ajuste do relé para sobrefrequência foi ajustado para 101%Hz e para subfrequência foi ajustado para 99%Hz, ou seja, para frequências iguais ou maiores que 101% da frequência nominal e iguais ou menores que 99% da frequência nominal. , o relé abre os disjuntores correspondentes. Para o relé 1_SP2, as entradas de fase e terra são TI_SP2A, e para a função diferencial, são TI_SP2 e TI_SP2A. No caso de disjuntores presentes na seção de saída, estes são os mesmos para relé 1_SP1 e relé _SP2.

Para o relé 8, os transformadores de corrente usados ​​para o diferencial são TI_5 e TI_11, e os disjuntores que funcionam são DJ5 e DJ13.

Dimensionamento dos Relés e Curvas TCC Iniciais

Verifique se as curvas dos relés 6 e 9 (em azul claro) aparecem antes das curvas dos relés 4 e 7 (em roxo), e suas curvas. Para que os relés sejam seletivos, as curvas de relé para a zona TP1 devem aparecer antes das curvas de relé para a zona de 400kV. Assim como na fase, a Figura 4.39 mostra que as curvas dos relés na zona TP1 (em rosa e verde claro) estão antes das curvas dos relés na zona 400kV (em azul e laranja).

Para que os relés sejam seletivos, as curvas de relé de zona TP2 devem aparecer antes das curvas de relé de zona de 400 kV. Assim como na fase, na figura 4.46 pode-se observar que as curvas dos relés na zona TP2 (em rosa) estão antes das curvas dos relés na zona 400kV (em amarelo), portanto as zonas estão. Para neutro/terra, na Figura 4.49 as curvas neutro/terra do relé 12 são mostradas em amarelo e as dos relés da zona TP2 são mostradas em azul.

Para neutro/terra, a Figura 4.52 mostra as curvas neutro/terra do relé 13 em amarelo e as dos relés da zona TP2 em azul.

Ajuste das Curvas TCC

Verifica-se que o intervalo de tempo entre os relés de ramais do gerador e o TP1 é de 150 ms (exceto as curvas 51 conforme mencionado anteriormente) e que as curvas dos relés 4 a 9 aparecem antes das curvas dos relés 2 e 3. Verifica-se também que as curvas dos relés 4 a 9 ocorrem antes das curvas dos relés 2 e 3 e, portanto, são consideradas seletivas. Com as curvas definidas dos relés TP2, pode-se verificar a sua seletividade com o relé 1 do ramal do parque eólico.

Verifica-se também que as curvas do relé 12 ocorrem antes das curvas dos relés 11 e 10, portanto são consideradas seletivas. Verifica-se também que as curvas do relé 13 aparecem antes das curvas dos relés 11 e 10, por isso são consideradas seletivas. Como as curvas dos relés de 400kV foram ajustadas anteriormente, pode-se observar que as zonas são seletivas.

Como visto na fase, as curvas dos relés neutro/terra 400kV foram ajustadas na seção anterior, verificando assim que as zonas são seletivas.

Verificação da Atuação dos Relés

Como antes, as funções de proteção do relé 12 operam, seguidas pelas funções de sobrecorrente instantânea dos relés 11 e 10. Pode-se observar que após acionar os relés de proteção de tensão, os relés 4 a 2 irão operar sequencialmente, os quais devem operar antes dos relés de tensão. , mas que, devido à baixa corrente, não funcionam. Na sequência da atuação dos relés para esta falta, na figura 4.78, a primeira função que atua é a diferencial, como também foi visto na falta anterior, seguida das funções 50 e 51 do relé 4, acima da localização da falta.

Isso acontece porque a corrente de curto-circuito não pode ser ajustada baixa o suficiente para permitir que os relés de proteção de corrente desarmem sem causar o desarme dos disjuntores. No entanto, conforme mostrado na Figura 4.81, inicialmente atuou a proteção de sobrecorrente de fase de corrente dos relés 1_SP1 e 1_SP2, seguida da mesma função do relé 1A. Finalmente, como na falha anterior, os relés de proteção de subtensão começam a disparar.

Embora a falha esteja no máximo, a tensão é baixa e faz com que os relés de proteção de subtensão disparem.