ANÁLISE DO DESEMPENHO DA PROTEÇÃO
DIFERENCIAL SOB CONDIÇÃO DE SATURAÇÃO
DOS TRANSFORMADORES DE CORRENTE
Code: 19.031
Arian Fagundes, Alex Itczak, Eduardo Machado dos Santos,
John J. Saldanha, Marcel Stalter, Fernando G.K. Guarda
Universidade Federal do Pampa - Unipampa
Delimitação do Tema:
Proteção do Sistema Elétrico de Potência (SEP).
Linha de pesquisa:
Modelagem e Otimização de Sistemas.
Tema
Abordar assuntos relacionados à saturação dos TCs;
Analisar a influência da distorção do sinal secundário do
TC saturado no desempenho dos relés diferenciais;
Avaliar o comportamento da proteção diferencial em
casos de faltas externas à zona de proteção.
Objetivos
Relés
•
Amplamente utilizados na proteção SEP;
•
Funcionamento: Comparação entre sinais de entrada e
saída do elemento protegido;
Transformadores de Corrente
•
Isolar os equipamentos conectados ao secundário do
circuito de alta tensão;
•
Replicar no secundário corrente proporcional a corrente
primária;
•
Fornecer no secundário corrente em níveis aceitáveis aos
equipamentos conectados.
Saturação de TCs
Fig 1. - Formas de onda da corrente secundária para um TC saturado e não saturado
Introdução
Proteção Diferencial
•
A proteção diferencial só deverá ocorrer para faltas
internas a zona delimitada pelos TCs.
•
Condição para a operação:
𝑰
𝑟𝑒𝑙é≥ 𝑰
𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒Sendo:
𝑰
𝑟𝑒𝑙é= 𝒊
𝑖𝑛− 𝒊
𝑜𝑢𝑡Introdução
Efeitos da Saturação na Proteção Diferencial
•
Ocorrência de correntes diferenciais fictícias que podem
levar o relé a considerar uma falta externa como interna,
provocando a operação indevida.
Introdução
Sistema teste e simulações de curto-circuito (EMTP-ATP);
Criação do banco de sinais;
Implementação da lógica dos relés (Matlab
®);
Simulações dos esquemas de proteção diferencial
(Matlab
®);
Análise de resultados.
Metodologia
Fig. 2 - Sistema Teste G1 e G2 : 190kV Linha de transmissão (LT): 100 km 𝑍LT𝑜= 18,41 + j 122,58 Ω/km e 𝑍LT+= 4,1 + j 38,78 Ω/km 60Hz Instante da falta: 0,19 s
Tempo de cada simulação: 0,4 s
Metodologia
Tabela I
Casos Simulados
Resultados
Parâmetro Variação
Tipos de CC Monofásico, Bifásico, Trifásico
Carga do TC 4Ω (resistiva) e 10Ω (resistiva)
Nível Fluxo Residual 0%, 25%, 50%, 80% Ponto de Falta 0% LT, 5%LT, 10% LT,
25% LT, 50% LT Amostras/ciclo 8, 16, 32, 64, 96 Total de Simulações 600
Carga de 4 ohms puramente resistiva para curto-circuito
monofásico, fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da linha de transmissão.
Fig. 3 - Corrente RMS do enrolamento secundário dos TCs 1 e 2
Discussões
Carga de 4 ohms puramente resistiva para curto-circuito bifásico,
fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da linha de transmissão.
Fig. 4 - Corrente RMS do enrolamento secundário dos TCs 1 e 2
Discussões
Carga de 4 ohms puramente resistiva para curto-circuito bifásico,
fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da linha de transmissão.
Fig. 5 e 6 - Magnitude das correntes e trip dos relés:
Relé Comum: 0,213 s. Relé Percentual: Não Atua
Discussões
Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da LT.
Fig. 7 - Forma de onda de corrente secundária do sinal saturado (TC 1) e não saturado (TC2)
Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da LT.
Fig. 8 - Valor RMS de corrente do secundário dos TCs 1 e 2
Discussões
Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da LT.
Fig. 9 e 10 - Magnitude das correntes e trip dos relés:
Relé Comum: 0,211 s. Relé Percentual: 0,212 s.
Discussões
Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 80% e ponto de falta em 50% da LT.
Fig 11 - Forma de onda de corrente secundária do sinal saturado (TC 1) e não saturado (TC 2)
Discussões
Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 80% e ponto de falta em 50% da LT.
Fig. 12 - Valor RMS de corrente do secundário dos TCs 1 e 2
Discussões
Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 80% e ponto de falta em 50% da LT.
Fig 13 e 14 - Magnitude das correntes e trip dos relés:
Relé Comum: 0,193 s. Relé Percentual: 0,194 s.
Discussões
Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT.
Fig. 15 - Forma de onda de corrente secundária do sinal saturado (TC 1) e não saturado (TC 2)
Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT.
Fig. 16 - Valor RMS de corrente do secundário dos TCs 1 e 2
Discussões
Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT.
Fig. 17 e 18 - Magnitude das correntes e trip dos relés:
Relé Comum: 0,190021 s. Relé Percentual: 0,190024 s.
Discussões
Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo
remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT.
Fig. 19 - Atuação do Relé Diferencial Percentual
Discussões
Influência dos sinais distorcidos na forma de operação dos relés; A influência do nível da falta na forma como ocorre a saturação; A influência do acréscimo do fluxo remanescente no núcleo do TC; A ação do aumento de carga do TC saturado na distorção do sinal
secundário;
A ineficácia da metodologia diferencial como única metodologia de proteção (principal) para faltas fora da zona de proteção.
Esse trabalho teve o apoio financeiro e concessão de
bolsas da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal do
Ensino Superior (CAPES). Além disso, contou com o suporte
acadêmico e recursos de pesquisa da Universidade Federal
do Pampa (UNIPAMPA) através da Pró-Reitoria de Pesquisa
e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da
instituição.
Agradecimentos
G. KINDERMANN. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência, Editora UFSC. Florianópolis, 2006.
E. M. SANTOS, Métodos para Correção das Distorções da Forma de Onda Secundária
Causadas pela Saturação de Transformadores de Corrente para Serviço de Proteção.
Universidade Federal de Santa Maria (UFSM): 2011.
W. REBIZANT, T. HAYDER and L, SCHIEL, Differential Relay with Adaptation During
Saturation Period of Current Transformers. Proceeding of the 14th Power System Protection
Conference, p. 124-129, Bled, Slovenia, Set/Out. 2004.
M. KEZUNOVIC; L. KOJOVIC and A. ABUR, Experimental Evaluation of EMTP Based
Current Transformer Models for Protective Relay Transient Study. IEEE Transactions on
Power Delivery. V. 9, n. 1, p. 405-413, Jan. 1994.
H. DASHTI; M. S. PASAND & M. DAVARPANAH, Current Transformer Saturation Detectors
for Busbar Differential Protection. Proceedings of the 42nd International Universities Power
I. M. EL-AMIN, & N. H. AL-ABBAS, Saturation of Current Transformers and its Impact on
Digital Overcurrent Relays. Proceedings of the IEEE/PES Transmission & Distribution
Conference and Exposition: Latin America, pp. 1-6, Caracas, Venezuela, Ago. 2006.
J. H. HARLOW, Eletric Power Transformer Engineering. 2nd. New York: CRC Press, 2007. S. H.. HOROWITZ; A. G. PHADAKE, Power System Relaying. 3rd ed. Baldock: Research Studies Press, 2008.
G. KINDERMANN; Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. Editora da UFSC, Vol. 1, 1ªed, Florianópolis, 1999.
Lj. A. KOJOVIC, Impact of Current Transformer Saturation on Overcurrent Protection
Operation. Proceedings of the 2002 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, Vol.
3, pp. 1078-1083, Chicago, IL, USA, Jul. 2002.
P. E. J. MOONEY, Distance Element Performance Under Conditions of CT Saturation.
Proceedings of the 61st Annual Conference for Protective Relay Engineers, v. 1, p. 491-497, College Station, TX, USA, Abr. 2008.
Referências
Obrigado!
Arian Rodrigues Fagundes a.rodriguesfagundes@gmail.com