Estudo de caso da seletividade e coordenação
de um sistema de proteção de sobrecorrente
instantânea e temporizada de uma subestação
de 13,8kv de uma indústria metalúrgica com a
utilização do relé Pextron URPE 6104
Alick Giovanna Friol BOIM1
Jacson Messias PANAGGIO2
Julio Cesar BELLAN3
Resumo: O trabalho tem como objetivo demonstrar a aplicação das teorias de
Proteção em sistemas de potência. Por meio do estudo de caso de uma indústria do ramo metalúrgico, por meio de cálculos e, posteriormente, apresentado na forma de coordenogramas, foi buscado o ajuste fino das proteções existentes, de forma a obter uma boa seletividade e coordenação entre os sistemas existentes. Neste trabalho, foram tratadas, especificamente, as proteções de curto-circuito e sobrecorrente de longa duração dentro de uma subestação de uma indústria atendida em 13,8kV. Os resultados mostram que foi possível atingir essa coor-denação na maior parte do sistema, ficando um pouco comprometida apenas nos dispositivos que não permitem ajustes, como os fusíveis.
Palavras-chave: Proteção. Coordenação. Seletividade. Sobrecorrente.
Curto--circuito.
1 Alick Giovanna Friol Boim. Bacharel em Engenharia Elétrica pelo Claretiano – Centro Universitário, polo de Rio Claro. E-mail: <alick.boim@gmail.com>.
2 Jacson Messias Panaggio. Bacharel em Engenharia Elétrica pelo Claretiano – Centro Universitário, polo de Rio Claro. E-mail: <j.panaggio@globo.com>.
3 Julio Cesar Bellan. Especialista em Proteção de Sistemas Elétricos de Potência pela Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI). Graduado em Engenharia Elétrica pela Faculdades Integradas Einstein. Professor do Claretiano – Centro Universitário, polo de Rio Claro. E-mail: <jcbellan@gmail.com>.
Case study of the selectivity and coordination
of an instantaneous and timed overcurrent
protection system on a 13,8 kV substation of a
metallurgical industry with the use of the relay
Pextron URPE 6104
Alick Giovanna Friol BOIM Jacson Messias PANAGGIO Julio Cesar BELLAN ABSTRACT: This study aims at demonstrating the application of the protection
theories in power systems. By means of the case study of a metallurgical industry and calculations, posteriorly presented as coordination diagrams, we sought the fine-tuning of the existing protections in order to obtain a good selectivity and coordination among the existing systems. In this study, specifically, we approached the long-term short-circuit and overcurrent protections within a substation of an industry attended at 13.8kV. The results show that it was possible to achieve this coordination in most parts of the system, being slightly compromised only on the devices that do not allow adjustments, as the fuses.
1. INTRODUÇÃO
Na operação dos sistemas elétricos de potência, surgem, com certa frequência, falhas nos seus componentes que resultam na interrupção do fornecimento de energia aos consumidores conectados a esses sistemas [...]. A princi-pal função de um sistema de proteção é assegurar a des-conexão de todo o sistema elétrico submetido a qualquer anormalidade que o faça operar fora dos limites previstos. (MAMEDE FILHO; MAMEDE, 2011, p. 1).
Segundo Gómez-Expósito et al. (2011), para uma rede elé-trica, um curto circuito acontece quando dois ou mais pontos que se encontrem sob tensões diferentes acidentalmente entram em contato direto ou através de uma impedância muito pequena. Isso acontece quando há uma falha de isolação causada por efeitos am-bientais, mecânicos e/ou perdas e propriedades do isolante. Esses curtos devem ser estudados durante o planejamento da rede elétri-ca, principalmente no dimensionamento dos condutores e estrutu-ras mecânicas dessa rede, tendo em vista que os efeitos prejudiciais dessas faltas são numerosos, estando principalmente relacionados aos altos valores de corrente que podem aparecer nesse sistema.
Segundo Courvy et al. (2011), os primeiros relés de proteção projetados eram eletromecânicos e faziam o uso de interação ele-tromagnética entre correntes e fluxos; porém, com a expansão dos sistemas de potência, houve a necessidade de sistemas de proteção mais confiáveis e de alto desempenho. Por isso, atualmente, os dis-positivos empregados nas subestações são exclusivamente digitais, graças ao desenvolvimento das tecnologias dos dispositivos semi-condutores e microprocessadores.
Um sistema de energia está propenso a inúmeras anomalias, que podem ser decorrentes de intempéries naturais, como venda-vais, temporais, descargas atmosféricas, além de acidentes que po-dem acontecer no dia a dia, como abalroamentos, quedas de ob-jetos sobre as redes e, também, por ação criminosa de vândalos que podem deliberadamente danificar os sistemas de distribuição de energia.
Como esses sistemas de distribuição de energia geralmente estão inseridos dentro do ambiente cotidiano, em caso de eventu-ais falhas podem provocar inúmeros riscos à integridade física das pessoas.
Como se sabe, hoje muito mais que no passado, a energia elé-trica está a cada dia mais importante para qualquer que seja a tarefa a ser executada, pois dela se depende para movimentar máquinas, iluminar os caminhos, sinalizar trânsito, realizar o fluxo de infor-mação, a movimentação de determinados transportes coletivos, como trens e metrôs, bem como permitir o uso de itens de conforto, como condicionamento de ambientes, aquecimento de água e até a operação e manutenção de sistemas vitais, como as salas cirúrgicas e UTIs. Dessa forma, a confiabilidade e a perfeita operação desse sistema são muito importantes, pois os transtornos que podem ser causados pela ineficiência ou mal funcionamento podem ter dimen-sões dantescas dependendo do caso, além de provocar perdas eco-nômicas de grande monta.
Os sistemas de proteção tiveram, no decorrer dos anos, uma constante evolução e modernização, que, a exemplo dos equipa-mentos eletrônicos que nos permeiam, fazem uso das mais avança-das técnicas da eletrônica e processamento digital de informações.
Objetivos específicos
Pretendemos, por meio do entendimento das filosofias de proteção de Sistemas de Potência:
• conhecer as particularidades, deficiências e vantagens da aplicação dos relés eletrônicos microprocessados;
• através do estudo de caso de uma subestação na tensão de 13,8kV de uma indústria metalúrgica, dimensionar e parametrizar corretamente o relé Pextron URPE 6104, de modo que ele ofereça a máxima eficiência para a proteção do sistema;
• prevenir que o referido relé atue indevidamente, provo-cando recorrentes e desnecessárias interrupções do
abas-tecimento de energia dessa empresa e, quando for impres-cindível, que essa interrupção atinja tão somente a parte afetada pela falta.
Problema
A proposta deste projeto envolve o estudo de caso de uma in-dústria metalúrgica atendida pela concessionária Elektro, em Média Tensão (13,8kV), que tem uma cabine de medição, transformação e proteção, e a jusante desta, interligada através de redes trifásicas, também em média tensão, com cabos isolados dispostos em bande-jas, mais duas cabines de proteção e transformação, de forma que o sistema de proteção é composto por três relés de proteção indireta que atuam diretamente em três disjuntores, sendo um em cada uma dessas cabines, além das proteções com fusíveis existentes em cada transformador e, também, no circuito de tomada da cabine princi-pal, conforme ilustrado no Diagrama 1.
O problema identificado foi que o sistema de proteção não tem operado na forma esperada e desejada, atuando de maneira in-devida em determinados momentos e, provavelmente, não tem se prestado à proteção devida em outros, principalmente pela falta de uma seletividade mais refinada entre esses dispositivos.
Hipótese e método
A hipótese levantada como mais provável e óbvia é que, como o sistema de distribuição dessa indústria não foi montado concomitantemente, mas sim foi crescendo no decorrer dos anos, os ajustes dos parâmetros dos relés e/ou o dimensionamento das demais proteções, como os fusíveis e transformadores de corrente, não condizem com a atual realidade da carga no citado parque in-dustrial, sendo, portanto, necessário um novo estudo para redimen-sionamento e parametrização desses dispositivos.
O método envolverá duas etapas distintas, sendo que, no primeiro momento, será desenvolvida uma pesquisa bibliográfi-ca, onde as filosofias de proteção que melhor se aplicarem a esse
caso serão estudadas, e, em um segundo momento, o estudo de caso propriamente dito, no qual serão realizados os levantamentos em campo com apuração das características dos dispositivos de pro-teção existentes no sistema e, também ,os detalhes da carga, para, posteriormente, através da realização de cálculos e simulação em gráficos, apurar se a hipótese levantada se confirma e, assim, apre-sentar uma proposta de solução efetiva.
Generalidades
Segundo Delgado (2011), o sistema pode ser afetado por de-feitos (curto-circuito, falta de fase por abertura indevida) e também por condições anormais (variação de frequência, tensão, falta de sincronismo).
Os curtos-circuitos devem promover o disparo de disjuntores, responsáveis pela abertura destes e, assim, pela eliminação do pro-blema; as outras condições anormais devem sofrer intervenções de maneira a evitar as interrupções.
Dispositivos de proteção
De acordo com Mamede Filho e Mamede (2011), existem, de um modo geral, dois tipos de proteção distintas, que são os fusíveis e os relés, os quais são geralmente utilizados na proteção dos siste-mas de potência.
Os fusíveis são dispositivos que têm como princípio de fun-cionamento o rompimento de seu elemento por fusão, o qual obe-dece a características específicas de tempo x corrente; já os relés englobam uma grande família de dispositivos que, por suas carate-rísticas, oferecem as mais variadas proteções.
Os dispositivos de proteção, a exemplo de tudo que nos per-meia, sofreram uma notável evolução no decorrer do tempo. Se-gundo Mamede Filho e Mamede (2011, p. 7):
Os relés têm evoluído progressivamente desde que surgiu o primeiro dispositivo de proteção eletromecânico em 1901.
Consistia em um relé de proteção de sobrecorrente do tipo de indução. Por volta de 1908 foi desenvolvido o princípio da proteção diferencial de corrente, seguindo-se, em 1910, o desenvolvimento das proteções direcionais. Somente por volta de 1930 foi desenvolvida a proteção de distância. A qualidade e a complexidade da tecnologia dos disposi-tivos eletromecânicos evoluíram ao longo dos anos, per-mitindo que os esquemas de proteção alcançassem cada vez mais um elevado grau tanto de sofisticação quanto de confiabilidade.
Na década de 1930, surgiram os primeiros relés de pro-teção com tecnologia à base de componentes eletrônicos, utilizando semicondutores. Os relés eletrônicos ou estáti-cos não alcançaram aceitação imediata no mercado, devi-do à forte presença devi-dos relés eletromecânicos, que já nessa época eram fabricados com tecnologia de alta qualidade, robustez, praticidade e competitividade. Eram e ainda hoje são verdadeiras peças de relojoaria de precisão.
Antes da introdução dos relés eletrônicos nos países tropi-cais, em função das elevadas temperaturas ambiente, es-ses relés não encontraram uma aceitação generalizada por parte dos profissionais de proteção, e essa tecnologia não chegou a ameaçar o mercado dos relés eletromecânicos. Na década de 1980, com o desenvolvimento acelerado da microeletrônica, surgiram as primeiras unidades de pro-teção utilizando a tecnologia digital. O mercado nacional não absorveu prontamente a tecnologia de proteção digital devido ao fracasso tecnológico das proteções eletrônicas, com as sucessivas falhas desses dispositivos.
Diagrama 1. Diagrama unifiliar do sistema objeto deste estudo.
Fonte: acervo dos autores.
2. ESTUDO DE CASO
A seguir, são apresentados alguns dados importantes para o Estudo de Caso que nos propomos a fazer:
• Cliente: Indústria Metalúrgica. • Endereço: Limeira – SP.
• Objeto: Cabines de medição e proteção e transformação
atendida pela chave LIM01416.
Sistema elétrico da indústria metalúrgica
O sistema elétrico da indústria metalúrgica recebe energia da ELEKTRO em nível de distribuição primária (13,8 kV), e a capa-cidade de transformadores instalada é demonstrada no Quadro 1:
Quadro 1. Potência nominal de cada transformador das cabines e
sua respectiva impedância de curto-circuito.
CABINE 1 CABINE 2 CABINE 3
POT(kVA) Z(%) POT(kVA) Z(%) POT(kVA) Z(%)
TRAFO A 750 5 750 5 500 4,5
TRAFO B 300 4,5 - - 150 3,5
SUBTOTAL 1050 750 650
Fonte: acervo dos autores.
Correntes de curto-circuito e ajustes de proteção
Quadro 2. Correntes de curto-circuito no ponto de entrega.
SIMÉTRICA ASSIMÉTRICA
TRIFÁSICO Icc3f 3970A Icc3f 5498A
FASE-FASE Icc2f 3438A Icc2f 4672A
FASE TERRA
FRANCO Iccft (Zn = 0Ω) 1989A Iccft (Zn = 0 Ω) 2088A FASE TERRA MÍNIMO Iccft (Zn = 100 Ω) 221A Iccft (Zn = 100 Ω) 227A
Proteção da concessionária a montante do ponto de entrega Quadro 3. Ajustes da proteção a montante.
FASE NEUTRO RAI
PICK-UP 600 90 12A
TIME LEVEL 0,1 0,25 3s
PADRÃO DE
CURVA Normal Inversa Normal Inversa Tempo Definido
INSTANTÂNEO 4800 960
Fonte: acervo dos autores.
Demanda contratada
De acordo com a verificação no contrato de fornecimento com a concessionária, o valor da demanda contratada é de 1200kW para a ponta e de igual valor para fora de ponta.
Demanda verificada
Com o acesso ao sistema de medição on-line do cliente, foi obtido o histórico de demanda dos últimos 21 meses, o qual se pode verificar nos gráficos das Figuras 1 e 2 (Anexos A e B), e, na aná-lise desses gráficos, pode-se observar que o valor máximo ocorreu na competência de outubro de 2013 com a magnitude de 1085kW. Com base nisso, entende-se que o valor de demanda contratada de 1200kW contempla uma relativa margem de segurança, com folga de aproximadamente 10,6%; portanto, será considerado esse valor para os cálculos de corrente de Pick-up.
Corrente máxima prevista (demanda máxima prevista) IDem. = 1200 KW/ (13,8x√3x0,92) = 54,63A
Foi considerado, nesse cálculo, um valor de Fator de Potên-cia de 0,92, que é o mínimo estabelecido como aceitável de acordo com a resolução ANEEL 569 de 23 de julho de 2013.
Corrente nominal primária dos transformadores
Quadro 4. Valores nominais de corrente primária dos
transforma-dores e totais (valor calculado).
CABINE 1 CABINE 2 CABINE 3 TOTAL (kVA) POT(kVA) Inom. POT(kVA) Z(%) POT(kVA) Inom. 2450 TRAFO
A 750 31,38 750 31,38 500 20,92
TRAFO
B 300 12,55 - - 150 6,28 TOTAL (A)
TOTAL 1050 43,93 750 31,38 650 27,19 102,50
Fonte: quadro elaborado pelos autores.
Ajustes atuais nos respectivos relés de cada subestação
Quadro 5. Atuais parâmetros ajustados no relé URPE 6104 da
ca-bine 1.
Código ANSI Localização Fabricante/Tipo Grandeza Ajustes
50/51 Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 1) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 TC 300/5=60 Pick UP 2xRTC(120A) Curva EI Dial Tempo 2s Idef 4xRTC(240A) Tdef 240s I Inst. 4,20xRTC=252A
50/51N Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 1) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 Pick UP 1xRTC(60A) Curva MI Dial Tempo 1s Idef 1,5xRTC(90A) Tdef 240s I Inst. 1,5xRTC(90A)
Fonte: quadro elaborado pelos autores.
Quadro 6. Ajuste atual no relé URPE 6104 da cabine 2.
Código ANSI Localização Fabricante/Tipo Grandeza Ajustes
50/51 Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 2) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 TC 40/5=8 Pick UP 3,75xRTC(40A) Curva EI Dial Tempo 2s Idef 4xRTC(32s) Tdef 5s I Inst. 15xRTC=120ª 50/51N Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 2) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 Pick UP 1xRTC(8A) Curva EI Dial Tempo 1s Idef 1,2xRTC(9,6A) Tdef 240s I Inst. 10xRTC(80A)
Quadro 7. Atuais parâmetros setados nos relés URPE 6104 da
ca-bine 3.
Código ANSI Localização Fabricante/Tipo Grandeza Ajustes
50/51 Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 3) PEXTRON URPE 6104 TC 40/5=8 Pick UP 3xRTC(24A) Curva MI Dial Tempo 1s Idef 4xRTC(32A) Tdef 5s I Inst. 15xRTC=120ª 50/51N Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 3) PEXTRON URPE 6104 Pick UP 1,1xRTC(8,8A) Curva EI Dial Tempo 1s Idef 1,4xRTC(11,2A) Tdef 240s I Inst. 10xRTC(80A)
Fonte: dados obtidos em campo.
Foram plotados em um gráfico em escala Log-Log, também conhecido como coordenograma, os ajustes acima listados para que se pudesse ter uma ideia real da atual situação do sistema de prote-ção em termos de Coordenaprote-ção e Seletividade. Esse coordenogra-ma está apresentado no Anexo A. Nesse mesmo gráfico, aparecem as respectivas curvas dos fusíveis HH existentes junto aos transfor-madores e, também, do elo fusível presente na chave no poste de tomada 13,8kV do cliente.
Corrente de transitório de magnetização (InRush)
Na energização de transformadores quando do fechamento de seus circuitos através de chaves ou seccionadores, pode-se ob-servar um elevado valor de corrente, conhecida como InRush, que é devido ao transitório no circuito magnético desses componentes, cujo valor depende de determinados fatores como as características
do núcleo desse transformador ou do instante em quem é fechado o circuito em relação à onda da tensão.
Para o dimensionamento da corrente instantânea dos elemen-tos de sobrecorrente de fase (considerando-se transformadores com ligação triângulo estrela), considera-se que essa corrente atinja va-lores de 6 vezes a corrente nominal do transformador (CESP, 1995)
InRushTot = 6 x 102,61A = 615,66ª Limites de Suportabilidade dos transformadores
Foi considerado o limite de suportabilidade de curta duração dos transformadores de acordo com o estabelecido na norma ANSI/ IEEE C57.109.
Estudo de seletividade
Por atuação seletiva da proteção, entende-se a sua operação coordenada, de modo que, em caso de falta, apenas a parte afetada seja rapidamente desligada, assegurando a máxima continuidade no fornecimento de energia elétrica aos consumidores finais e agi-lidade na identificação do local da falha (MAMEDE FILHO; MA-MEDE, 2011).
A verificação dessa seletividade é feita graficamente através da plotagem das diversas curvas em um coordenograma e, então, pela comparação das curvas Tempo x Corrente de atuação entre os diversos dispositivos de proteção presentes no sistema.
O ajuste das proteções de fase foi realizado considerando a demanda contratada e potência instalada, além das correntes de In-Rush. Os ajustes de seus diais de tempo objetivaram torná-las sele-tivas e coordenadas com as proteções de “maior ajuste” localizadas logo a montante, procurando-se adotar um tempo de coordenação não entre 0,2 e 0,4 (MAMEDE FILHO; MAMEDE, 2011).
Neste estudo de caso, foi considerado o intervalo mínimo de 0,4s, pois essa é a recomendação da concessionária local.
A eficácia da proteção dos transformadores será verificada pela atuação das respectivas proteções em tempos inferiores a pon-to de suportabilidade a curpon-to-circuipon-to conforme as normas ABNT.
Verificação do dimensionamento dos transformadores de cor-rente
Conforme visto anteriormente: IPRIM. = 102,61 A, IMax. Dem = 54,63ª.
Segundo Mamede Filho et al. (2011), os TCs destinados à proteção somente devem entrar em saturação para valores de eleva-da indução magnética, os quais correspondem a uma corrente de 20 vezes a corrente nominal primária; portanto, considerando-se que a máxima corrente a que ele pode ser submetido é a corrente de CC trifásica assimétrica, considera-se que a máxima corrente primária que ele pode ser submetido é:
INP = 5498 / 20 = 274,90 A
Como os TCs existentes no sistema de proteção em questão são de 300:5-10B50, então, a corrente máxima primária estará den-tro do limite de não saturação do TC empregado.
Carga Nominal dos TCs
Utilizando o relé URPE 6104 da PEXTRON e condutores de cobre de 2,5mm² (20metros), temos:
CTC = 0,6 + [(2 x 10 x 8,8882) / 1000 + j (2 x 10 x 0,1345)
/ 1000].5² = 5,0 VA
Cálculo da Saturação dos TCs (considerando ICC=6kA)
ZTOTAL = ZTOTAL + ZCONDUTORES + ZTC = 24mΩ + 160 mΩ + 100 mΩ = 284 mΩ
ISECUNDÁRIO (considerando ICC=6kA) = 6.000 / 60 = 100A
Considerando uma corrente de curto-circuito de 6kA (supe-rior à máxima informada pela concessionária), a tensão máxima que aparecerá no secundário do TC está abaixo do ponto de sa-turação que é 50v, já que a precisão do equipamento é 10B50, e, portanto, dentro do padrão.
Verificação da corrente de curta duração (corrente térmica) ITÉRMICA (1 s) = (6kA / INOM. PRIM. TC) = 6.000/300 = 20
A corrente deverá ser igual ou superior a 20 vezes por 1 se-gundo.
Transformadores de Potencial (TP´s)
Em cada uma das cabines, estão instalados 02 transformado-res de potencial, potência 500VA com relação 13.800/220V com classe de exatidão 0,3P75 interligados em Delta – aberto, que ser-vem tanto para a alimentação dos relés como para atender o circuito auxiliar de iluminação da cabine
Proteção de Sobrecorrente – relé empregado:
Tipo: URPE 6104 - Fabricante: PEXTRON
Segundo a PEXTRON, esse relé tem as seguintes caracterís-ticas e possibilidades:
• N° de elementos: 3 de fase e 1 de terra. • Corrente nominal: IN = 5A
• Faixas de ajuste disponíveis: I partida FASE = 0,25...16A x RTC; Curva FASE = NI – MI – EI – LONG – IT – I2T; D.T. FASE (AJUSTE DIAL DE TEMPO DE FASE) = 0,10... 2,00 s; I def. FASE (Tempo da unidade definido de fase) = 0,25...100A X RTC; T def. FASE (Tempo da unida-de unida-definido unida-de fase) = 0,10... 240s; I Inst. FASE (Corrente
da unidade instantânea de fase) = 0,25... 100A X RTC; I partida NEUTRO = 0,15... 6,5A x RTC; Curva NEU-TRO = NI – MI – EI – LONG – IT – I2T ; D.T. NEUNEU-TRO (AJUSTE DIAL DE TEMPO DE NEUTRO) = 0,10... 2,00 s; I def. NEUTRO (Tempo da unidade definido de neutro) = 0,15... 50A X RTC; T def. NEUTRO (Tempo da uni-dade definido de neutro) = 0,10... 240s; I Inst. NEUTRO (Corrente da unidade instantânea de neutro) = 0,15... 50A X RTC.
3. DEFINIÇÃO DOS AJUSTES
A partir das considerações apresentadas e da simulação atra-vés da plotagem do coordenograma, em que foram verificadas a coordenação e seletividade, definimos os ajustes que estão apresen-tados nos quadros 8, 9 e 10 respectivamente para as cabines 1, 2 e 3.
Quadro 8. Proposta de ajuste para o relé URPE 6104 da cabine 1.
Código
ANSI Localização Fabricante/Tipo Grandeza Ajustes
50/51 Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 1) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 TC 300/5=60 Pick UP 2xRTC(120A) Curva MI Dial Tempo 0,3 Idef 21xRTC(660A) Tdef 240s I Inst. 21xRTC=660A 50/51N Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 1) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 Pick UP 0,4xRTC(24A) Curva MI Dial Tempo 0,1s Idef 1,5xRTC(90A) Tdef 240s I Inst. 1,5xRTC(90A)
Quadro 9. Proposta de ajuste para o relé URPE 6104 da cabine 2.
Código ANSI Localização Fabricante/Tipo Grandeza Ajustes
50/51 Cabine de proteção e transformação (Cabine 2) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 TC 40/5=8 Pick UP 3,75xRTC(30A) Curva MI Dial Tempo 0,1s Idef 4xRTC(32A) Tdef 240s I Inst. 27,5xRTC=120A 50/51N Cabine de proteção e transformação (Cabine 2) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 Pick UP 1xRTC(8A) Curva MI Dial Tempo 0,11s Idef 10xRTC(80A) Tdef 240s I Inst. 10xRTC(80A)
Fonte: quadro elaborado pelos autores.
Quadro 10. Proposta de ajuste para o relé URPE 6104 da cabine 3.
Código ANSI Localização Fabricante/Tipo Grandeza Ajustes
50/51 Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 3) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 TC 40/5=8 Pick UP 3,75xRTC(30A) Curva MI Dial Tempo 1s Idef 4xRTC(32A) Tdef 5s I Inst. 15xRTC=120ª
50/51N Cabine de Medição/ proteção e transformação (Cabine 3) da Indústria Metalúrgica PEXTRON URPE 6104 Pick UP 1,1xRTC(8,8A) Curva EI Dial Tempo 1s Idef 1,4xRTC(11,2A) Tdef 240s I Inst. 10xRTC(80A)
Fonte: quadro elaborado pelos autores.
4. COORDENOGRAMA
Com a finalidade de uma melhor visualização da seletividade obtida através dos ajustes acima propostos, é apresentado o gráfico de coordenação em escala Log-Log, conhecido como coordenogra-ma, o qual está no Anexo B. Nele, também estão demonstradas as curvas características dos fusíveis HH e do fusível elo proposto a ser instalado nos postes de tomada em 13,8kV do cliente.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Por meio do estudo de proteção de sistemas de potência e critérios para obtenção de seletividade e coordenação, ficou claro que não há um resultado definitivo e único, até mesmo porque em cada caso se deve especificar quais as prioridades a serem atingi-das, sendo que o intuito deverá ser sempre proteger os sistemas contra danos, a fim de que as falhas ou faltas jamais representem riscos à integridade física das pessoas e ao patrimônio, bem como para que esse sistema de proteção seja seletivo ao ponto de sacri-ficar a menor parcela possível do sistema de potência em questão.
Durante o estudo de caso, verificamos que os ajustes presen-tes no sistema em questão não se prestavam plenamente ao exposto, pois, conforme se pôde analisar, a busca da seletividade e coor-denação estava comprometida por alguns fatores pontuais, como o ajuste dos diais de tempo, tipo de fusível empregado, além dos ajustes de corrente instantânea, de forma que a hipótese levantada no início deste trabalho se confirmou.
Através do coordenograma dos ajustes propostos, vimos que foi conseguida uma boa seletividade entre as proteções que com-põem o sistema estudado.
Ficou claro, ainda, que os fusíveis HH não cumprem por si só o papel de proteger os transformadores, visto que apenas uma parte da curva de suportabilidade deles está resguardada, pois, apesar de serem dispositivos de fácil utilização e baixo custo, não permitem um dinâmica de ajuste como a dos relés, de modo que é necessário o emprego da aplicação de dispositivos complementares de prote-ção no circuito secundário desses transformadores, como os disjun-tores ou, até mesmo, os relés de proteção secundária, a exemplo do utilizado no sistema em questão e aqui apresentado, porém, agora, sendo aplicados no barramento de baixa tensão desses transforma-dores. Portanto, a partir dos pontos aqui abordados, podem ser pro-postos estudos aprofundados nesse sentido.
REFERÊNCIAS
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CESP, DE/078/PR. Proteção de redes aéreas de distribuição: diretrizes de Engenharia, versão 1, 1995.
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DELGADO, M. Protecção das redes eléctricas de distribuição, transporte e
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ELEKTRO. ND62 – Proteção de Subestações de Distribuição: norma. Campinas. 2009.
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potência. Rio de Janeiro: LTC, 2011.
MAMEDE FILHO, J. Instalações elétricas industriais. Rio de Janeiro: LTC, 1997.
ANEXO A
Figura 1. Coordenograma das proteções com os ajustes originais.
Em análise a esse modo gráfico de representar as proteções, podemos identificar os seguintes pontos, que podem ser considera-dos problemáticos:
1) O fusível de proteção do circuito de tomada M.T. que é de 65A do tipo K apresenta uma curva de atuação que so-brepõe tanto o ajuste de corrente de fase da cabine 1 como a do fusível HH de 63ª, que protege o transformador de 750KVA.
2) A corrente de InRush Total está acima da corrente do relé instantâneo da cabine 1, de modo que muito provavelmen-te atuará no religamento total do sisprovavelmen-tema.
3) Os diais de tempo estão muito altos tanto para as proteções de fase como de neutro para as 3 cabines, o que pode ser
observado pelo salto na corrente instantânea que ocorre num instante de tempo relativamente alto da curva.
4) As curvas de suportabilidade dos transformadores não es-tão resguardadas por seus respectivos fusíveis HH de pro-teção.
ANEXO B
Figura 2. Coordenograma das proteções com os ajustes propostos.
Com os novos ajustes, pode-se resolver boa parte dos proble-mas iniciais apresentados, sendo os mais notáveis:
1) Foi proposta a utilização de fusível Elo do tipo H em vez de K, de maneira que este apresentou na simulação das curvas uma melhor coordenação com os demais fusíveis presentes no sistema e também com o relé de fase da ca-bine 1.
2) A corrente instantânea do relé da cabine 1 foi ajustado para um valor, no qual não atuará durante a reenergização total do sistema (InRush TOTAL).
3) Com a redução dos diais de tempo de praticamente todas as proteções, possibilitou-se uma operação mais “suave” do sistema, pois o salto da corrente instantânea ocorre em instante menor de tempo da curva.
4) Através do ajuste do tipo de curva de fase da cabine 1, pode-se garantir a suportabilidade dos transformadores de 500 e 750KVA.
