Cap 07 - Religamento

7/28/2019 Cap 07 - Religamento

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PROTEÇÃO DE LINHAS DETRANSMISSÃO

TEORIA E PRÁTICA

Parte I: Conceitos e Definições

Cap 07 : Religamento

Resumo

Este texto apresenta os conceitosde Religamento aplicado aoscomponentes das linhas de transmissãodo sistema elétrico.

1. INTRODUÇÃO

Entende-se por religamentoautomático, o fechamento dos disjuntoresde linhas de transmissão, semintervenção dos operadores, após teremsido desligados por ação de proteções. Oreligamento automático é empregadocom freqüência nos sistemas detransmissão, considerando o carátertransitório da maioria das faltas em linhasde transmissão.

O religamento automáticoproporciona benefícios como o aumentoda confiabilidade e disponibilidade detransmissão de potência e,principalmente, a melhoria daestabilidade dinâmica do sistema.

As proteções convencionaisrequeriam dispositivos de religamentoseparados, tais como relés seletores defase, religadores e verificadores de

sincronismo. Com tecnologia digital,todas as funções necessárias aoreligamento já estão integradas nos relésde proteção da linha.

2. MODOS DE RELIGAMENTO

O religamento automático pode serimplementado de várias formas,dependendo das características dosistema, das proteções, dos disjuntores eda filosofia de operação. Os modos maiscomuns são:

desligamento/religamento tripolar,independentemente do tipo defalta;

desligamento/religamento

monopolar para faltas fase-terra edesligamento/religamento tripolarpara faltas fase-fase, fase-fase-terrae trifásicas;

desligamento/religamentomonopolar para faltas fase-terra efase-fase edesligamento/religamento tripolarpara faltas fase-fase-terra etrifásicas;

desligamento/religamento tripolarsomente para faltas fase-terra.

Além do tipo, o religamento podeser programado para operar comtentativa única ou com múltiplastentativas, caso o primeiro fechamentonão tenha sucesso.

3. RELIGAMENTO TRIPOLAR

Esta técnica é a mais comum nosistema brasileiro e também é

implementada em sistemas aterrados emalguns outros países, especialmente nosEUA. Neste caso, todas as faltas sãoisoladas por desligamento tripolar e oreligamento automático ocorre após umtempo morto que deve ser dimensionadoconsiderando o tempo necessário paradesionização do ar no local da falta(tempo morto mínimo) e requisitos deestabilidade dinâmica (tempo mortomáximo). O tempo de desionização do arno local da falta pode ser determinadoaproximadamente pela equação abaixo.

[ ]mskV V t tripolar )(6,0210 ⋅+=

:

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Para isolar o local da falta e facilitara extinção do arco, os dois terminais dalinha precisam ser desligados semretardo. Isto é possível, por exemplo, comum dos esquemas de disparo permissivoestudados no módulo 4, se houver umcanal de transmissão de sinal adequado.

O religamento automático só deveser iniciado por funções de proteção queindiquem a ocorrência de faltas internas.Proteções de retaguarda ou funçõestemporizadas não devem, portanto,

iniciar o religamento.No sistema de 500 kV de Furnas, otempo morto foi ajustado para 0,9 s. Esteé, portanto, o tempo de religamento doterminal líder (terminal escolhido parareligar primeiro). No terminal seguidor(terminal escolhido para fechar porúltimo) o tempo de religamento é daordem de 1,5 s (além do tempo morto de0,9 s, há um retardo adicional de 0,6 simposto pelo relé de verificação desincronismo). Neste sistema, oreligamento está programado para operar

com tentativa única.

4. RELIGAMENTO TEMPORIZADO

Em sistemas de média tensão écomum implementar um ciclo dereligamento adicional temporizado, apósum religamento rápido inicial semsucesso. Para este fim, os relés digitaisincluem um estágio ajustável separado.

5. RELIGAMENTO EM LINHASAÉREAS COM TRECHOS DECABO

O religamento automático só temsentido no caso de faltas transitórias emlinhas aéreas (especialmente curto-circuitos devidos a descargasatmosféricas ou descargas em árvores).Em princípio, não há religamento parafaltas em cabos.

Geralmente, no passado, nenhumreligamento era implementado em linhas

aéreas com trechos a cabos,considerando que a localização da falta

não era conhecida quando a proteçãooperava. Atualmente, as modernasproteções numéricas, com ajustes dezonas apropriados, estão aptas adistinguir entre a linha aérea e o trechode cabo. Isto permite a implantaçãoseletiva do religamento automáticoapenas para faltas no trecho de linhaaérea.

6. RELIGAMENTO MONOPOLAR

Em sistemas solidamente aterradosde alta e extra-alta tensão, em geral, épossível a implementação de religamentoautomático monopolar. Com esta técnica,ocorrendo uma falta fase-terra, apenas afase faltosa é desligada e, após o tempomorto ajustado, a fase desligada éautomaticamente religada.

O desligamento monopolar comreligamento automático conferebenefícios adicionais do ponto de vista deestabilidade dinâmica, redução desobretensões de chaveamento e redução

de esforços torsionais nos eixos degeradores.Neste caso, o tempo morto deve ser

mais longo que no caso de religamentotripolar, devido à presença do arcosecundário. A corrente de arco primária(corrente de falta) é extinta pela aberturado pólo do disjuntor, mas a corrente dearco secundária mantém-se após aabertura do disjuntor. Esta corrente éconstituída de duas parcelas: uma devidaao acoplamento eletrostático e outrainduzida pelo acoplamento

eletromagnético com as fases nãoenvolvidas na falta, que permanecemenergizadas, ou com linha paralela.Assim, as correntes induzidas alimentamo arco. Com o aumento do comprimentodas linhas, esta indução de corrente éexacerbada, requerendo tempos mortosmaiores.

Desse modo, o religamentomonopolar resultará numa eliminaçãobem sucedida da falta, quando houver aseguinte condição:

[ ] s I

t ARCO

DT 2,0

43+≥

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onde tDT é o tempo morto de religamentoe IARCO é a corrente de arco secundária emamperes.

Em linhas longas onde,adicionalmente, requisitos de estabilidadeexigem tempos mortos baixos, sãonecessários reatores paralelos parareduzir a corrente do arco, facilitando suaextinção.

O religamento monopolar encontra-se em operação há várias décadas nosEstados Unidos e na Europa. A título de

exemplo, na Alemanha o tempo morto éajustado para aproximadamente 1segundo.

Em casos particulares, oreligamento monopolar é tambémimplementado para faltas fase-fase (entreduas fases) sem terra para, por exemplo,evitar desligamento trifásico durante

oscilações (balanço) dos condutores. Emgeral, os relés numéricos facilitam estaaplicação, permitindo a programação dafase a ser desligada: a fase adiantada oua fase atrasada.

O religamento monopolar requeruma proteção com rigorosa seleção defase e com facilidades para desligamentode cada fase separadamente. Além disso,a proteção não pode operarindevidamente nas outras fases durante otempo morto monopolar, considerandoque isto bloquearia o religamento em

curso.Este é um problema, especialmenteem linhas longas fortemente carregadas,como mostra a figura 1. Por esta razão,os relés convencionais demandavam umasevera limitação do alcance na direçãoresistiva.

Figura 1. Invasão da característica pela impedância de carga durante o tempo mortomonopolar (fase L1 aberta).

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Em geral, os relés de distâncianuméricos (7SA513 por exemplo)adaptam-se automaticamente a estasituação: durante o tempo morto dereligamento, a corrente residual (correntede terra) é eliminada do cálculo deimpedância para detecção de falta (ZL2 eZL3 na figura 1). Desse modo, evita-se ainvasão do polígono de partida pelaimpedância de carga nas fases sem falta.

Quando se emprega proteção decomparação direcional por sobrecorrentepara faltas à terra (com ajuste de 10 a

20% de IN), esta proteção deverá sempreser bloqueada durante o tempo mortomonopolar para evitar desligamentoincorreto devido à corrente de carga queflui pela terra. Exemplificando, o relé7SA513 incorpora a proteção de

comparação direcional para faltas à terra.O bloqueio automático dessa proteçãopode ser selecionado via parametrização.

Com um sistema de proteção dedistância completo, o desligamentorápido de uma fase defeituosa somente épossível quando, além da detecção dafalta, esta for medida dentro darespectiva zona de distância dessa fase.A interação trifásica durante faltasmultifases não é feita via detecção defalta, mas através das zonas de distância.Isto implica que a seleção de fase para

desligamento é melhorada, como ilustra afigura 2. É possível realizar um disparomonopolar correto, mesmo com detecçãode falta em diversos loops, como mostraa lógica de abertura da figura 3.

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Figura 3. Lógica de abertura da proteção de distância.

7. RELIGAMENTO MONOPOLAR

DURANTE FALTAS CRUZADAS

Faltas cruzadas são faltassimultâneas na mesma fase ou em fasesdistintas. Faltas à terra simultâneas emlocais fisicamente separados são raras.Entretanto, em circuitos duplos, elaspodem ser causadas por centelhamentoquando o potencial da torre é aumentadopor uma descarga atmosférica. Aprobabilidade dessa ocorrência é maiorquando a resistência de pé de torre é

alta, por exemplo, numa área rochosa.Neste caso, o controle da funçãoreligamento pela decisão de disparo é

vantajosa porque com essas faltas,

múltipla detecção de falta monofásica(por exemplo, L1-L2-Terra) estará semprepresente, embora a zona de disparo dorelé de distância, apesar do ajuste desobrealcance (120%), na maioria dasvezes, não veja esta falta. Uma influênciapositiva é o efeito da contribuição (in-feed) adicional neste caso.

Uma proteção moderna emsistemas aterrados usualmente empregateleproteção para realizar disparo

rápido em 100% da linha detransmissão. Devido à utilização de zonas

de sobrealcance, o risco descrito dedisparo não seletivo para faltas cruzadas

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permanece. O uso de alongamento dezona tem uma vantagem em esquemaspermissivos sobre a utilização dedetecção de falta como critério dedesligamento. A zona de distânciaalongada é restrita (120%), ao passo queo detector de faltas alcança uma longadistância no sistema e opera para faltasremotas.

A seletividade durante faltassimultâneas em linhas paralelas éassegurada pela técnica de alongamentode zona. As figuras 4, 5 e 6 mostram a

seqüência de abertura no caso crucial deuma falta cruzada próxima.Num modo de operação

“religamento monopolar”, a técnica de

alongamento de zona só é eficaz parafaltas monofásicas. Quando uma faltamulti-fase é detectada (detecção de faltamultipolar), a zona de sobrealcance éreduzida para uma zona de subalcance,antes da liberação do sinal medido,revertendo assim para o ajuste normal desubalcance. Desse modo, a falta externanão é mais detectada dentro da zona dedisparo rápido, e o religamentomonopolar seletivo mostrado na figura érealizado nos dois circuitos. A únicadesvantagem desta técnica é que a falta

remota é detectada e isolada somenteapós a abertura do disjuntor do terminaloposto.

Figura 4. Alcance das zonas de distância no instante de incidência de faltas cruzadas em F1

e F2.

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Figura 5. Alcance das zonas de distância logo após o desligamento monopolar das duaslinhas no terminal B.

Figura 6. Estado logo após o desligamento monopolar das duas linhas no terminal A (tempomorto).

O funcionamento do sistemaunitário de proteção de distância(7SA511) é interessante neste contexto.Esta proteção inicialmente selecionariauma das duas localizações de falta edesligaria as três fases da linha afetada

de acordo com seu ajuste de prioridadepara faltas multifases à terra. Uma falta àterra monofásica permaneceria na

segunda linha, a qual seria entãocorretamente eliminada com religamentomonopolar.

A proteção numérica 7SA513apresenta a vantagem de disponibilizarsimultaneamente ambas as zonas de sub

e sobrealcance. Assim, o “chaveamento”das zonas pode ser controlado. O disparoseqüencial temporizado então ocorrerá

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somente para faltas extremamentepróximas e somente para a proteção doterminal remoto.

Em esquemas de disparopermissivo, seletividade absoluta durantefaltas cruzadas pode ser conseguida demaneira semelhante. Quando duasdetecções de faltas fase-terra ocorremsimultaneamente, embora apenas umadelas esteja situada na direção da zonade disparo, a transmissão do sinalpermissivo é retardada.

8. RELIGAMENTO MONO ETRIPOLAR

Uma prática geral é empregar oreligamento monopolar em sistemassolidamente aterrados somente parafaltas monofásicas (em casosexcepcionais, também para faltasbifásicas). Em outros países (porexemplo, Estados Unidos da América), oreligamento tripolar é sempreimplementado para todos os tipos de

faltas ou somente para faltasmonofásicas, como no caso do sistema de765 kV de Furnas.

Muitas vezes, as duas variantes sãoempregadas juntas, isto é, religamentomonopolar para faltas monofásicas ereligamento tripolar para faltasmultifases. Para faltas que ocorramdurante o tempo morto monopolar, omodo de religamento deve ser chaveadopara tripolar, se a falta subseqüentecomeçar imediatamente após a primeirafalta (dentro do tempo de discriminação

ajustado). Caso contrário, serão gerados

um disparo tripolar e um bloqueio dereligamento. Alternativamente, oreligamento pode ser configurado parasempre iniciar o disparo final e o bloqueiodo religamento, para casos de faltasseqüenciais.

9. BLOQUEIO DO RELIGAMENTO

Determinadas situações devemproduzir um desligamento tripolar ebloquear o religamento automático:

operação de proteção contra perdade sincronismo;

energização de linha sob falta(switch-onto-faut ou line pickup);

faltas progressivas;

operação de proteçõestemporizadas (retaguardasremotas);

operação de proteção contra falha

de disjuntores;

discordância de pólos dedisjuntores.

Religamento sem sucesso

6.10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ZIEGLER, Gerhard, Numerical DistanceProtection – Principles and Applications,Siemens, Erlangen, Alemanha, 1999.

BARBOSA, Ivan Júlio, Polarização de Relés

Direcionais de Terra, Furnas, 1990, eNotas de Aulas.

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