cap9 coordenacao v2

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CAPTULO 9

COORDENAO DA PROTEO DE UM SISTEMA

Prof. Jos Wilson Resende Ph.D em Sistemas de Energia Eltrica (University of Aberdeen-Esccia)

Professor titular da Faculdade de Engenharia Eltrica Universidade Federal de Uberlndia

9.1. Introduo

Este captulo trata da coordenao de rels de sobrecorrente de tempo inversos. Esses rels, quando instalados em redes radiais, no atuam independentemente. Suas caractersticas de operao devem guardar entre si uma determinada relao, de modo que uma anormalidade no sistema possa ser isolada e removida sem que as outras partes do mesmo sejam afetadas. Nessas condies, diz-se que os rels devem ser coordenados para operao seletiva. As principais finalidades da coordenao seriam: a) Isolar a parte defeituosa do sistema, to prximo quanto possvel de sua origem,

evitando a propagao das conseqncias; b) Fazer esse isolamento no mais curto tempo, visando a reduo dos danos. Em geral, so usados para isso tanto dispositivos detetores, como os fusveis, os religadores e os rels de sobrecorrente.

Um primeiro passo nesse estudo, seria a determinao das condies de operao (nominais, mxima e mnima, de sobrecarga), de defeito (diversas correntes de curto-circuito), e mesmo de situaes excepcionais como partida de motores, magnetizao dos transformadores, etc. Necessita-se, pois, de um perfeito conjunto de informaes iniciais, obtidas nas placas dos equipamentos, catlogos, medies diretas no campo ou dadas pelos fabricantes. 9.2. Princpios de Coordenao

a) Correntes de curto:

Para se obter uma completa coordenao entre os dispositivos de proteo, pode ser necessrio o conhecimento de algumas ou de todas as informaes relativas s seguintes correntes de curto:

Correntes de curto-circuito mximas, do tipo TRIFSICA, durante o primeiro ciclo.

o Este tipo de corrente necessria para se garantir que os disjuntores suportaro tais correntes.

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Correntes de curto-circuito mnimas e mximas, do tipo TRIFSICA, durante a interrupo (por parte dos disjuntores). Isso significa um tempo em torno de 5 ciclos aps o incio do curto.

o A corrente de curto mxima, do tipo trifsica, durante a interrupo, usada para se coordenar o intervalo entre dois rels.

o A corrente de curto mnima, do tipo trifsica, durante a interrupo, usada para se garantir que os rels sero sensibilizados a partir destas correntes.

Correntes de curto-circuito mnimas e mximas do tipo FASE-TERRA.

Essas correntes fase-terra so necessrias para os ajustes dos rels 51N.

b) O que a coordenao entre rels:

Dois rels em srie esto coordenados se seus ajustes so tais que, ao segundo dispositivo (o mais prximo da fonte), permitido eliminar a falta caso o primeiro (mais prximo do defeito), falhe na atuao.

Denomina-se tempo ou degrau de coordenao o intervalo de tempo que separa as duas hipteses anteriores, e que deve cobrir, pelo menos, o tempo prprio do disjuntor (tipicamente 0, 13s) , mais o tempo prprio do rel (por exemplo, 0,10 s)e uma certa margem de tolerncia (por exemplo, 0,17 s). Por exemplo, em sistemas industriais que tiverem disjuntores de 8 Hz, tal degrau da ordem de 0,4/0,5 s.

Na busca de uma perfeita coordenao devemos respeitar: (a) certas diretrizes para ajuste dos dispositivos; (b) as limitaes de coordenao fixadas pelos cdigos; (c) o desempenho trmico e dinmico dos equipamentos envolvidos; etc. Isso conduz o projetista a analisar, por vezes, muitos fatores aparentemente

contraditrios, polmicos mesmo, tendo em vista aspectos de segurana, economia, simplicidade, previso de expanso, flexibilidade, facilidade de manuteno e custo, por exemplo.

Suponha dois rels de sobrecorrente de fase, em srie, conforme ilustrado na figura abaixo. No caso de um curto em F, deseja-se que o rel mais prximo comande a abertura do disjuntor A (que o disjuntor mais prximo desta falta F). Para se obter a desejada seletividade de operao entre os rels que acionam os disjuntores A e B, necessrio que a curva no plano tempo x corrente, caracterstica do primeiro rel (do disjuntor A) se situe abaixo da curva caracterstica do segundo rel (associado ao disjuntor B), com uma margem de tempo de 0,4 s. A figura 9.1 ilustra isso.

se quetotal dde cad

Consideree o disjuntde curto-cida disjunto

e, em segutor A abraircuito simor B, ser

Figura 9.1:

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mtrica no de 15.000

Coordena

bestao do que os d

disjuntor 0 A.

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da figura 9disjuntoresA, de 3

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a

4

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5

c) Dados requeridos em um estudo de coordenao: c1) Diagrama unifilar, com os seguintes dados:

1) Potncias e tenses nominais de transformadores (bem como suas impedncias e os tipos de conexes de cada enrolamento).

2) Condies normais e de emergncia da topologia da rede. 3) Reatncias subtransitrias, transitrias e sncronas de geradores, 4) Reatncias dos maiores motores de induo, 5) Identificao dos alimentadores (bitolas, temperaturas de operao). 6) Transformadores de corrente. 7) Tipos de proteo a serem usadas (rels, fusveis, disjuntores) e faixas de

ajuste. c2) Clculo das correntes de curto:

Mnimas e mximas, do tipo TRIFSICA, durante o primeiro ciclo e durante a interrupo (por parte dos disjuntores). Isso significa um tempo em torno de 5 ciclos aps o incio do curto. Devero ser consideradas as hipteses de curto em cada barra. Para cada curto calculado (ou evento), devero ser conhecidas as contribuies oriundas de cada gerador e motor, bem como as correntes de curto que passam pelos transformadores.

c3) Os limites trmicos dos equipamentos a serem protegidos. c4) Corrente mxima suportvel em cada ramo do sistema em estudo. c5) Os ajustes dos rels da empresa concessionria. 9.3. A Geometria da Proteo

assim denominada a superposio, em um mesmo plano tempo-corrente, das caractersticas do sistema e dos dispositivos de proteo. Em geral, as escalas de tempo e de corrente, so em papel log-log.

A principal vantagem desse procedimento a clara visualizao do comportamento dos diversos dispositivos, face s condies existentes no sistema. Para um sistema com transformadores, todas as correntes envolvidas devero ser convertidas para o nvel de tenso mais baixo. Assim, todas as curvas dos rels sero plotadas neste nvel de tenso.

A escala de corrente dever ser possvel de mostrar a maior corrente de curto calculada.

O primeiro rel a ser ajustado dever ser aquele mais distante da fonte. Sua curva dever ser alocada bem prximo da margem esquerda do papel log-log.

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1. EXEMPLO PRTICO O sistema eltrico abaixo constitudo de um gerador, um transformador e uma carga. O transformador deve ser protegido pelo rel de sobrecorrente R2 e a carga, pelo rel R1. Ambos os rels possuem as curvas fornecidas em anexo. As correntes de curto trifsicas, para os 2 barramentos, so: No lado AT do transformador: 923A. No lado BT do transformador: 6.000A.

Pede-se fazer: Os ajustes de TAPE e de tempo (DT) para as unidades 51 dos dois rels, de tal forma que, alm de proteger os equipamentos contra sobrecargas e curtos, haja coordenao entre eles. Fazer tambm os ajustes das duas unidades 50 dos dois rels, pata t=0.

Para os dois ajustes, as seguintes informaes devem ser respeitadas:

CARGA: A corrente nominal de 600 A e, na sua energizao, a corrente de valor 7In e dura 1 segundo.

TRANSFORMADOR: A corrente de magnetizao dura 0,1 segundo e vale 8In. O mximo valor da corrente simtrica de curto-circuito que o transformador suporta de 20In,

durante 3 segundos. As correntes de sobrecarga mximas permitidas no transformador so:

no primrio: 44% no secundrio:20%.

DADOS DOS RELS:

TAPES disponveis: 4, 5, 8, 10, 12 e 16 A So fornecidas: uma folha com as curvas de ajuste de tempo do rel a ser usado e uma

folha para elaborar a coordenao adequada.

FOLH A) Cu

HAS A SE

urvas do r

EREM UT

rel:

TILIZADDAS:

7

8

B) folha-padro Trata-se de uma folha transparente, construida em escalas logartmicas nos

eixos horizontal (corrente) e vertical (tempo), semelhante quelas em que os fabricantes de rels, religadores e fusveis fornecem as curvas caractersticas de seus dispositivos, permitindo o trabalho de superposio direta das mesmas. Esta folha tambm conhecida por Coordenograma. Nossa folha costuma-se:

marcar as correntes nominais na parte superior, as correntes de curto-circuito na parte inferior;

traar no canto superior direito o diagrama unifilar do sistema em estudo; marcar outras informaes (correntes de partida, de magnetizao, etc), como

a seguir ser mostrado; marcar o nvel de tenso referncia (o menor, em geral), junto escala de

correntes de curto-circuito.

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Soluo: dado que:

a corrente de carga IN=600 A (ponto 1 na folha de coordenao). A corrente de partida Ip= 7.IN = 4.200 A e dura 1s (ponto 2 da folha de

coordenao) Com relao ao transformador, tem-se que sua corrente nominal :

Na alta tenso: AIN 1044160.310.750 3 ==

Na baixa tenso: AIN 902480.310.750 3 ==

A corrente de magnetizao ser: 8.IN=8.104 = 832A . Este valor, refletido para a BT, ser: 7216 A. Tal corrente dura 0,1s (ponto 3 na folha).

A corrente mxima que o transformador suporta. Este valor, normalmente

denominado de Ponto ANSI, depende da impedncia do transformador. A tabela abaixo indica os valores normalizados usualmente adotados tanto pelos fabricantes de transformadores, como pelos engenheiros de proteo.

Tabela ANSI

Impedncia % do

transformador

Icc max simtrico, em mltiplo de In(A)

Tempo admissvel, em segundos

4% 25 In 2 5% 20 In 3 6% 16,6 In 4 7% 14,3 In 5

Para o presente exemplo, cujo transformador possui impedncia de 5%, o ponto ANSI ser posicionado, no coordenograma, em 20 IN em 3s:

(20 IN em 3 s) ser: o Na AT: 20 x 104 A = 2080 A o Na BT: 20 x 902 A = 18.040 A. Esta corrente, juntamente com o tempo

de 3s, constitui-se no ponto 4 da folha.

Em segusecundrirefletidos

o Naaju

o Naest

uida, calcuio (BT) s BT: a BT: 1,2 ustar o TAa AT: 1,44te valor ser

ulam-se ado trans

IN = 1082APE do rel4 IN = 149r adotado

as correntformador.

2A. Este v R1. 9,76A. Eso para ajus

tes de sob. Estes v

valor ser

ste valor, star o TAP

brecarga, valores d

adotado

refletido PE do rel

no primdevem ser

como ref

BT ser R2.

rio (AT)r express

ferncia pa

de 1300

11

) e sos

ara

0A.

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O prximo passo ser calcular, para cada um dos dois rels, a corrente primria correspondente aos possveis TAPEs candidatos (aqueles cujas correspondentes correntes no primrio mais se aproximam das correntes de sobrecarga calculadas na pgina anterior). Isso ser melhor esclarecido no prximo pargrafo. AJUSTE DO REL R1: Assim, para o Rel R1, as correntes primrias, correspondentes aos TAPEs candidatos podem ser calculadas atravs da seguinte expresso:

TAPERTCI PRIMRIA .1 = Logo, caso Rel R1 esteja ajustado no TAPE=4, tem-se que a correspondente primria ser:

ATAPERTCI PRIMRIA 8004.51000.1 ===

Caso o Rel R1 esteja no TAPE=5, a corrente primria seria:

ATAPERTCI PRIMRIA 10005.51000.1 ===

Para o TAPE=8, a corrente primria seria: ATAPERTCI PRIMRIA 16008.51000.1 ===

Considerando-se que a sobrecarga mxima admitida pelo R1 seja de 1082A (valor calculado na pgina anterior), ento o TAPE mais adequado o de 5A. Ajustando-se o Rel R1 neste TAPE, este rel iniciar a contagem de tempo a partir de 1000A (portanto abaixo do limite de 1082A. Esta corrente de 1000A deve ser marcada na parte superior do coordenograma, conforme a seguir ilustrado:

A partir desta corrente (1000A), devem ser colocadas as curvas de DT do rel R1.

A curva escolhida ser extrada da figura abaixo, que representa o

comportamento Ix t dos rels R1 e R2. Repare que, nesta figura, todas as curvas convergem para uma regio, na qual todas as curvas atuaro o rel apenas no tempo infinito.

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Para escolher a curva mais adequada, deve-se colocar a figura acima atrs da folha de coordenao (que deve ser transparente), da seguinte maneira:

A linha de convergncia entre todas as curvas dever ficar exatamente em cima da linha definida pelo TAPE escolhido (TAPE: 5A).

Mantendimediataintervalorespeitad2. Isso l

do as duaamente Ao de tempdo. Isto ,evar es

as figuras CIMA do

po de apro, a curva escolha da c

na posio ponto deoximadameescolhida dcurva DT

o acima, e coordenente 0,3s dever pas= 4 , conf

escolhe-snao (pona 0,4s (fatssar 0,3s aforme na f

se a curvanto 2), detor de sega 0,4s acimfigura a se

a que passesde que ugurana) sema do ponguir.

15

sar um eja nto

16

O prximo passo ser ajustar a unidade instantnea (50) deste rel R1. Deve ficar claro que, uma vez ajustada esta unidade para atuar em uma determinada corrente, ento a unidade 51, que temporizada, ficar prejudicada a partir desta corrente. Ou seja, acima da corrente de ajuste da unidade 50, a atuao da proteo se dar pela ao exclusiva da unidade 50.

Neste exemplo, decidiu-se ajustar a unidade 50 para a corrente de 5.000 [A]. Cabe aqui ressaltar que a unidade 50 poderia ser ajustada para um outro valor de corente. Estas opes so determinadas, filosoficamente, pelo projetista, conforme ser comentado em sala de aula.

Outro cuidado que deve ser tomado pelo projetista: a corrente de curto calculada simtrica, isto , nela no est includa a componente contnua. A verdadeira corrente vista pela unidade 50 a corrente assimtrica (com a componente contnua includa). Logo, se o rel for do tipo eletromagntico, a verdadeira corrente vista pela unidade 50 : 5.000 x 1,6 = 8.000 A. Este o valor a ser considerado no ajuste da unidade 50. Por outro lado, caso o rel seja do tipo digital, esta componente contnua j poder ter sido eliminada, atravs de filtragem, na entrada do rel. Neste caso, no ser necessrio incluir, no ajuste da unidade 50, esta componente contnua.

O passo final deste ajuste levar este valor (8.000 A) para o secundrio do

TC. Considerando que o TC de RTC 1000/5, ento esta corrente, ao entrar na unidade 50, ser de 8.000/200= 40A. Este ser o valor ajustado na unidade instantnea do R1.

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AJUSTE DO REL R2: TAPE: conforme j mencionado antes, o tape deste rel deve ser ajustado para

atuar a partir da sobrecarga do lado AT (44%): Na AT: 1,44 IN = 149,76A. Este valor, refletido BT ser de 1300A. Este valor ser adotado para ajustar o TAPE do rel R2. Em seguida, deve-se calcular a corrente primria correspondente aos possveis TAPEs candidatos (aqueles cujas correspondentes correntes no primrio mais se aproximam das correntes de sobrecarga).

Para o Rel R2, deve ser usada a seguinte expresso: TAPE

VURTCIPRIMRIA .480

. 22= O motivo desta expresso ser diferente daquela adotada para o Rel R1 o fato de

que este rel est alocado no lado de 4160V. Ou seja, as correntes primrias devem ser levadas para o lado de 480V, que a tenso na qual o coordenograma foi construdo. Assim, para o TAPE DE 4A, a correspondente corrente primria, na tenso de 480V :

AAVVI PRIMRIA 040.14.480

4160.5

150 == Assim, em seguida, devem ser calculados os valores de correntes no primrio que

correspondem a alguns TAPES candidatos: Para o TAPE=5A:


4160.5

150 == (valor que coincide com a corrente de sobrecarga mxima pretendida, que de 1.300A).

Para o TAPE=8A:


4160.5

150 == (valor muito acima de 1.300A!). Assim, ser adotado para o Rel R2, TAPE=5A.

Tal como para o rel R1, Esta corrente de 1300A deve ser marcada na parte superior do coordenograma, conforme a seguir ilustrado:

DT: AR2: Tacurvasexatam

acima 50 do

A partir deal como fes do rel. mente em

Mantendodo cruzarel R1. O

esta correnfeito para o

A linha dcima da li

o as duas famento daO resultado

nte (1300Ao rel R1,de converinha defin

figuras naa curva 4o final est

A), devem, superpergncia ennida pelo T

a posio a(da unidat na figur

m ser coloe-se as figntre todas TAPE esco

acima, escde 51 do rra abaixo.

ocadas as guras do co

as curvasolhido (TA

colhe-se a rel R1) cA curva e

curvas deoordenogrs do rel APE: 5A)

curva quecom a retaescolhida

e DT do rerama e a ddever fic

).

e passar 0,a da unida DT =5:

19

el das car

,4s ade

AJUSA co

trafo (um vafor feitransfopara a

STE DA Urrente de

(480V), coalor acima ito para uormador f

a corrente

UNIDADEcurto triforrespondede 7212 [

um valor mfor energizde curto d

E 50 DO Rsica no lae a 8.000A[A], que menor do zado! Assde 8.000 [

REL R2ado AT, A. A unid a corrent

que este, im, por op[A]. Ou se

: de 923 [Aade 50 do

te de inrusento o r

po do preja, a unid

A]. Esta coo rel 2 desh do transrel 50 irirojetista, e

dade 50 do

orrente, noever ser asformadoria atuar seeste rel so rel 2 at

o lado BT ajustada par. Se o ajuempre queser ajustatuar a par

20

do ara ste e o ado rtir

21

de 8.000 x 1,3 = 10.400A. Assim, o rel R2 ter a curva DT= 5 prevalecendo at que a mesma encontre o valor de 10.400A. A partir da, prevalece a unidade instantnea. Na figura a seguir este ajuste est representado por uma reta que parte de 10.400A (ponto 5), a qual intercepta a curva 5do rel 51. Para fazer o ajuste da unidade instantnea (portanto, no rel), a corrente de 8.000 A dever ser acrescida da componente continua. dever ser transferida para o lado de 4.160V. Alm disso, deve-se incluir a componente contnua (fator 1,6) neste ajuste. Desta forma, esta corrente, ainda em 480V, se torna: 8.000 x 1,6 = 12.800A.

Este valor, transportado para o lado de 4,16kV ser: 12.800 x (480/4160) = 1.480A. O ajuste da unidade 50 do rel 2 ser feito com a corrente acima. Porm, esta corrente ainda dever ser repassada para o secundrio do TC, cuja RTC 150/5: 1.480/(150/5) = 49,33A. Este ser o ajuste da unidade instantnea do rel R2.

O coordenograma final ser mostrado em sala de aula. ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 2. Exemplo prtico:

(este exemplo foi retirado do livro Proteo de Sistemas Eltricos, de autoria do prof. Amadeu Casal Caminha).

Seja o sistema dado pelo diagrama unifilar da figura 9.4 para o qual pretende-

se ajustar a proteo de fase, utilizando rels de sobrecorrente tipo IAC-51, da General Electric.

Figura 9.4 Esquema unifilar do sistema.

9.4.1) Caractersticas do sistema Conforme j mencionado antes, o primeiro passo na seleo dos ajustes de dispositivos de proteo o clculo das correntes de curto-circuito. Para isso, deve-se obter previamente outras informaes como:

tipo, comprimento e bitola dos condutores; potncia, tenses, impedncias dos motores e transformadores; relao de transformao e carga dos transformadores de instrumento;

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modelo, tapes disponveis, curvas tempo-corrente dos rels (no caso do rel de sobrecorrente IAC-51: figura 9.5).

Para o sistema da figura 9.4, escolhendo-se as bases de 1500 MVA e 2,4 KV,

obtm-se as seguintes correntes trifsicas de curto-circuito, todas j adaptadas ao nvel de tenso de 2,4 kV (que o nvel de tenso mais baixo do sistema ora em estudo):

Tabela 9.1

Barra Icc simtrica Fator Icc assimtrica 34,5 kV 361.000 A 1,6 577.000 A 13,8 kV 51.500 A 1,6 82.400 A 2,4 kV 9.020 1,5 13.500 A

9.4.3) Localizao dos transformadores no plano I x t

A proteo dever fazer com que os transformadores possam operar abaixo dos seus limites de sobrecarga e de curto. Alm disso, a proteo no dever atuar para as correntes de magnetizao dos transformadores. Assim, esses limites devem ser alocados no plano I x t. a) Ponto ANSI

A tabela abaixo indica os valores correspondentes aos mximos valores de corrente simtrica de curto-circuito que os transformadores podem suportar durante certo tempo. Esses valores so determinados pelas Normas Tcnicas ANSI (antiga ASA).

Tabela 9.2 Tabela ANSI

Impedncia % do

transformador

Icc max simtrico, em mltiplo de In(A)

Tempo admissvel, em segundos

4% 25 In 2 5% 20 In 3 6% 16,6 In 4 7% 14,3 In 5

a1) Ponto ANSI do transformador de 15 MVA: Sua corrente nominal :

A25234,5 x 3

15000U3

PIn === E sua impedncia (fornecida) de 6%.

Pela tabela 9.2 tem-se que, para este transformador, a mxima corrente permissvel (Z% = 6%)

16,6 In = 252 x 16,6 = 4.160 A e no deve durar mais que 4 s

Figurra 9.5 Curv

Tabela

vas tempo c

a 9.1

corrente do rel IAC 511.

23

Figgura 9.6 Verrificao grrfica de selletividade.

24

25

Tal como ocorreu para as correntes de curto (tabela 9.1), para representar as correntes na folha-padro, a corrente acima deve ser convertida para o nvel de tenso de 2,4 kV (menor tenso de barra), usaremos a tenso 2,4 KV, resultando para esse transformador a seguinte converso:

A000.602,4

34,5 x 160.4 = Este ponto (60.000A x 4s), bastante representativo do transformador, dever

ser alocado na folha padro (figura 9.6). Desta forma, ser possvel desenhar a curva do rel correspondente proteo deste transformador e garantir que o rel no permitir que o transformador atinja este indesejvel ponto de operao.

a2) Ponto ANSI do transformador de 2,5 MVA:

Igualmente, para o transformador de 2,5 MVA, com Z% = 5,5%, fazendo-se as interpolaes, tem-se:

,s2

43 x I2

6,1620n

++

ou seja 18,3 In x 3,5 s. Logo: A, 1.920 105 x 3,18

13,8 x 3500.23,18 == que, referido tenso de 2,4 KV, fornece:

A. 900.102,4

13,8 x 920.1 = Da mesma forma que para o outro transformador, loca-se este ponto (10.900 A

x 3,5s).representativo do transformador, na folha padro. b) Correntes de magnetizao

preciso que os rels no atuem na energizao dos transformadores. Na falta de dados do fabricante, vamos admitir que a corrente de magnetizao seja de 8 In com durao de 0,1 s.

Para o transformador de 15 MVA:

A, 201634,5 x 3

15.000 x 8I 8 n == que, referido a 2,4 KV, d: A, 800.282,434,5 x 2016 =

Para o transformador de 2,5 MVA:

A, 84313,8 x 3

2.500 x I 8 n = ou, em 2,4 kV: A. 810.42,413,8 x 843 =

Locam-se, ento, esses valores das correntes de magnetizao nos pontos de coordenadas (28.800 A x 0,1 s) e (4.810 A x 0,1 s).

A curva do rel protetor de cada transformador (rel 5 para o transformador de 15 MVA e o rel 3 para o transformador de 2,5 MVA) deve-se localizar acima do ponto de magnetizao e abaixo do ponto ANSI, correspondente (ver na figura 9.6).

26

9.4.4) Localizao do motor no plano I x t Quando houver mais de um ramal no sistema, usual fazer-se a coordenao para o ramal que contm a maior carga. Em cada ramal, comeam-se os ajustes pelo rel mais distante da fonte. No presente caso, com apenas um ramal, tal prtica se resume em se iniciar pelo motor. O limite esquerdo da folha padro ser a corrente nominal deste motor. Neste caso, 240 A. Na folha-padro, dever ser traada uma vertical, a partir de 240 A. Isso deve ser feito porque, quando se fizer o ajuste do rel, o mesmo no dever, obviamente, atuar para a corrente nominal.

Prosseguindo, deve ser conhecido o valor da corrente de partida do motor. O motivo similar ao anterior: no se deseja que o rel atue quando da partida do motor. Consultando-se o catlogo do fabricante do motor, ou realizando oscilografias, obtm-se os valores mdios correspondentes partida do motor (corrente e tempo). Nestes caso, ser considerado Ip = 1.440 A, com durao de tp = 1s.

Este ponto (1.440A, 1s) dever ser alocado na folha-padro. A partir deste ponto, dever ser traada uma outra vertical, que descer at a base da folha-padro.

Essas duas verticais so as referncias para o traado sucessivo das curvas tempo-corrente dos rels 1 a 5, e que ficaro direita dos mesmos. 9.4.5) Localizao dos tapes dos rels no plano I x t

No catlogo do rel IAC-51, verifica-se que h os seguintes tapes disponveis: 4, 5, 6, 8, 10, 12 e 16A. Embora no seja obrigatrio, til loc-los na folha-padro, pois isso facilitar a escolha do tape mais adequado. Para tal, recomenda-se organizar previamente uma tabela de clculo. Esta obtida, para cada tape, em funo da relao do transformador de corrente (RTC), da tenso da barra em apreo (V) e da tenso da barra de referncia escolhida (Vb = 2,4 KV). Para isso, usa-se a seguinte

expresso: x tapeVV

x RTCKb

= .

Por exemplo, para o tape 4 A do rel no 1: A 320 4 x 2,42,4 x

5400K14 ==

e para o tape 16 A do rel no 4: A 14.720 16 x 2,4

13,8 x 5

800K 416 == Procedendo como acima para todos os taps de todos os rels, tem-se a tabela

tabela 9.3. Todos esses pontos so convenientemente alocados na folha-padro. Tabela 9.3 Tabela de converso de tapes (Vb = 2,4 KV)

Tape \

Rel

4 A

5A

6A

8A

10 A

12 A

16 A

RTC

V

1 320 400 480 640 800 960 1.280 400/5 2,4 2 640 800 960 1.280 1.600 1.920 2.560 800/5 2,4 3 920 1.150 1.380 1.840 2.300 2.760 3.680 200/5 13,8 4 3.680 4.600 5.520 7.360 9.200 11.040 14.720 800/5 13,8 5 4.600 5.750 6.900 9.200 11.500 13.800 18.400 400/5 34,5

279.4.6) Localizao das correntes de sobrecarga dos transformadores A proteo de sobrecorrente dos transformadores deve ser ajustada para atuar a partir de uma sobrecarga. Neste projeto ser adotado que os transformadores podem permitir uma sobrecarga de at 133%, que um valor de sobrecarga muito utilizado.

Considerando que os ajustes dos TAPES dos rels de sobrecorrente no so feitos de forma contnua, mas sim em degraus, em muitos ajustes, o transformador fica submetido a um valor de sobrecarga acima do valor inicialmente pretendido (Ex.: 150% ao invs de 133%).

Diante disso, as Normas Tcnicas j prescrevem os limites mximos que os ajustes de proteo de um transformador podem atingir.

Neste sentido, caso o dispositivo de proteo esteja no ramal secundrio do transformador, ele dever ser regulado, no mximo, para 2,5 In2;

Caso o dispositivo de proteo esteja no lado do primrio do transformador, seus limites so os seguintes:

Tabela 9.4 H dispositivo protetor de

sobrecorrente no secundrio? O dispositivo primrio de

sobrecorrente ajusta-se para: Sim

No

< 4 In1 se Z% = 6 a 10% < 6 In1 se Z% < 6%

< 2,5 In1

Deve ficar claro que esses limites superiores, NO devem ser entendidos como sendo os valores recomendveis para os ajustes dos transformadores. Eles so apenas e to somente os limites extremos. Ou seja, se o fabricante do transformador informar a sobrecarga mxima permitida (para um determinado tempo x em segundos), este o valor a ser respeitado.

Devido ao fato deste ser um exemplo didtico, iremos calcular os valores 1,33; 2,5; 4,0 e 6,0 InT para cada transformador e alocar esses pontos na folha-padro.

A tabela 9.5 sumariza esses nmeros:

Tabela 9.5 Percentagem da

sobrecarga\

Transformador

133%

250%

400%

600%

In1

15 MVA (34,5 KV) 2,5 MVA (13,8 KV)

335 140

630 252

1.000 420

1.500 630

252 105

15 MVA (2,4 KV) 2,5 MVA (2,4 KV)

4.820 805

9.050 1.445

14.400 2.410

21.600 3.620

3.630 600

28 9.4.7) Localizao das curvas dos rels a) Rel no 1

Trata-se do rel de sobrecorrente protetor do motor. Logo, sua curva deve ficar acima do ponto correspondente s condies de partida (Ip x tp), com alguma margem.

Vamos admitir que neste estudo estabeleamos o degrau de temporizao de 0,4 s entre os rels em cascata. Isso equivale, aproximadamente, ao seguinte: tempos do disjuntor de 8 Hz e rel 0,13 s tolerncia de fabricao 0,10 s segurana do projetista 0,17 s Total 0,40 s

Ento, como o rel do motor no tem que esperar nenhum dispositivo jusante

operar, basta adotar t = 0, 10 + 0,17 = 0,27 s acima das coordenadas de partida, obtendo-se o primeiro ponto de coordenao PC-1, da figura 9.3. Para o traado da curva do rel no 1, lanamos mo das mesmas dimenses que a folha padro (figura 9.2).

Ora, como o transformador de 2,5 MVA admite sobrecarga de 133%, a curva do rel dever passar direita dos pontos 133% e de coordenao no 1 (PC-1). Observa-se agora que, pela prumada de 133% do transformador de 2,5 MVA serviriam apenas os tapes 10-ou 12 A. Neste projeto foi adotado o tape no 12. No entanto, se o limite de 133% de sobrecarga no puder ser ultrapassado, ento o tape de 10 A deveria ser o escolhido.

Em seguida colocamos a folha virgem sobre a folha de curvas (I x t) do rel, tal que ajustando as linhas verticais e horizontais, o mltiplo 1 da folha do rel fique exatamente por baixo da prumada correspondente ao tape 12 A. Em seguida, basta decalcar, a lpis, sobre a folha virgem uma curva de DT que passe imediatamente acima do primeiro ponto de coordenao. Neste caso, DT = 1 .

A unidade instantnea do rel sempre ajustada em funo da corrente assimtrica da corrente de curto ou da corrente de partida do motor eventualmente prximo do rel. No caso deste rel, ser considerada a corrente do motor. Ou seja, cerca de 1,5 x Ip = 1,5 x 1.440 A = 2.160 (fator 1,5 por ser a barra de tenso inferior a 5 KV). Acrescentando-se ainda um fator de segurana, a corrente de partida assimtrica com a qual a unidade instantnea do rel 1 dever ser ajustada ser Ipas = 2.400A. Na folha padro traa-se uma vertical a partir deste valor at cortar a curva de DT j traada. Por outro lado, esta corrente NO aquela que passa pelo rel (devido ao TC de RTC 400/5A). A verdadeira corrente para a qual o rel deve ter sua unidade instantnea ajustada ser:

Ipas/RTC = 2.400 400/5 = 30 A. (O rel tem disponibilidade de ajuste entre 20-80 A). Assim, o rel no 1 fica assim ajustado:

Tape 12 A; DT = 1 ; I = 30 A

29

b) Rel no 2 O rel no 2 est no secundrio do transformador de 2,5 MVA. Logo, sua

curva deve passar entre os correspondentes pontos de magnetizao e ANSI j locados. Para achar o segundo ponto de coordenao (PC2), basta marcar 0,4 s acima da intercesso de DT = 1 e Ipas = 2.400 A.

Em seguida, como foi dito anteriormente, o ajuste do dispositivo de sobrecorrente no secundrio do transformador no deve ultrapassar 2,5 In. Verifica-se que satisfazem apenas os tapes do rel 2 inferiores a 8 (pois esto esquerda da prumada de 2,5 In do transformador). No entanto, no servem os tapes inferiores a 6 (para no ultrapassar os limites da curva j escolhida para o rel 1). Fixa-se, pois, o tape 8 A, e fazendo novamente a superposio das curvas, colocando o mltiplo 1 da figura 9.2 sob a prumada do tape de PC2, na figura 9.3.

Resulta, pois, o ajuste em tape 8 A e DT = 2. Deve ficar bem claro que, com este tape escolhido (8A), o rel 2 somente iniciar a contagem de tempo relativamente a sobrecargas, a partir de um valor em torno de 200% In do transformador! Se isso no puder ocorrer, ento deve-se reiniciar os ajustes dos rels, a partir do rel 1, que ento deveria ser ajustado para um tape menor. Isso permitir que o rel 2 possa ser ajustado em um tape menor que 8 A.

Quanto unidade instantnea do rel no 2, ficar bloqueada j que a impedncia existente entre os rels 1 e 2 insuficiente para uma discriminao segura de tempo de funcionamento entre eles. No caso, h apenas um trecho de cabo, de baixa impedncia (por exemplo cerca de 0,2 /Km, para cabo 250 MCM de seo), desprezvel face impedncia representada pelo motor.

Como o rel no 2 deve ver qualquer curto-circuito na barra de 2,4 KV, inclusive Isim = 9.020 A, traa-se essa prumada at encontrar a curva de DT = 2, e, a partir da marca-se o degrau de temporizao de 0,4 s, obtendo-se o terceiro ponto de coordenao (PC3).

Como verificao, a curva do rel no 2 est entre os correspondentes pontos de magnetizao e ANSI do T 2,5 MVA. c) Rel no 3

Este rel est no primrio do transformador, o qual possui dispositivo de proteo no secundrio (o rel 2). De acordo com a tabela 14.4e, considerando que Z% = 5,5% (portanto Z% < 6%), seu ajuste deve ser inferior a 600% In. Isso no significa que o transformador em questo suporta esta sobrecarga (a sobrecarga mxima de um transformador deve ser obtida para cada equipamento). A tabela 14.4 apenas informa que o limite de 600% In no deve ser ultrapassado em nenhuma hiptese. Observando-se, pois, a curva do rel 2 (j ajustada) e os tapes do rel no 3, verifica-se que seria possvel usar os tapes 6-8-10-12 A (o tape de 16 A j estaria acima de 600% In). Escolhemos o tape 8 A. Fazendo novamente a superposio e o decalque, resulta DT = 3.

Cabe aqui observar que, com este tape, o rel 3 somente comear a contar tempo a partir de um valor de sobrecarga 320% In do transformador! Tal como j

comendevem

correnna barcorres

para a

marca

alimencorren

Ento,

tringu(secun

58% p10.900no 3, deste cu d) Loca

so ssemelh

para e

ntado antem ser revis

Para o ajnte de curtrra de 2,pondente Ias = 1,5 x corrente aA pruma

ando 0,4 s A corrent

ntador de nte de:

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Diante dipara a esq0 = 6.500 dispensandurto (fase-

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es, se issotos e alterjuste da uto que pas4 kV. Decorrente a

x 9.020 = assimtric

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do rel no

ando-se kV)-estrelvista no la

isso, prequerda, e fA. Este vado maiore-terra).

as curvas ddo rel 4 es aos ute, chegar

pe = 6A ao rel 5, ero: tape

no puderados paraunidade insa no alime acordo assimtric13.500 A

ca de 16.00I = 16.00

btm-se PC000 A res (e no d

I =3 ser: t

que a ca(2,4 kV)ado primr

eciso deslfazer a vealor (veja es preocup

o rel nos 4inicia-se

usados nor-se-ia aos DTseu ajustee = 6 A

er ocorrera tapes mennstantnea

mentador pcom a T

a ser: A. A ttulo

00 A. 00 A, intC 4. sultar, node 2,4 kV

12 x

5/200000.16=

tape = 8A

conexo ); tem-se qrio, em pu

locar o poerificao na folha-p

paes, po

e 5 a partir doo ajuste ajustes:

T = 3 Ie semel

DT = 4

, os ajustenores. a, deve seprimrio dTabela 9.1

de fator d

tercepta a

o secundrV) e cujo

A70~3,82,4 , DT

do transque uma u, com va

onto ANSde enquadpadro) aiois, desta f

o ponto Pdo rel

I = bloquhante ao 4 I =

es j reali

er adotaddo transfor1 este val

de seguran

a curva de

rio deste rTC poss

= 3, I

sformadorfalta fase

alor de ape

SI calculaddramento.inda est aforma, est

PC 4. Os dno 2.

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na, o ajus

e DT = 3

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I = 70 A

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. Os resul

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3 do rel

est em ude 200/5

5 MVA lado estre

daquela:

0 A x 3,5dade, 0,58curva do reambm ve

ocedimentdendo, po

ltados fin

30

e 2

, a rto A

ito

3;

um na

ela

5s) 8 x el er

tos ois,

ais

31

Resumo dos ajustes Tabela 9.6

Ajuste \

Rel

Tape (A)

DT

Instantneo (A)

1 12 11/4 30 2 8 2 Bloqueado 3 8 3 70 4 6 3 Bloqueado 5 6 4 80

Cuidados com transformadores estrela-delta quando de curtos fase-fase:

A figura 9.7 mostra um transformador estrela-delta. Vamos supor que a relao de espiras seja de 1:1. Por outro lado, tem-se, da teoria de curtos assimtricos, que, ocorrendo um curto entre as fases 1 e 2, no lado estrela, as correntes ali sero de valores 0,87 x correntes de curto trifsicos. Assim, se as correntes devido a um curto fase-fase no lado estrela, forem de valores 0,87 pu (fase 1), 0,87 pu (fase 2) e 0 pu (fase 3), ento as correspondentes correntes, no lado delta, sero 1,00 pu (fase 1), 0,5 pu (fase 2) e 0,5 pu (fase 3).

Ou seja, nestas condies, um rel de sobrecorrente instalado na linha, do lado delta do transformador, ver, em uma das fases, uma corrente de 1,0 pu, (e no 0,86 pu), enquanto que, nas outras duas fases, o valor ser de 0,5 pu.

Figura 9.7: efeitos da conexo estrela-delta de transformadores na coordenao da proteo

Para esclarecer melhor isso, consideremos agora a figura 9.8. Ocorrendo um

curto fase-fase em F (lado Y do transformador), o valor desta corrente ser de valor 0,87 Icc3F. Nessas condies, o rel B ver 0,87Icc3F, enquanto que o rel A, conforme ilustrado na figura 9.7, ver 1,0Icc3F.

Assim, para se determinar o espaamento mnimo de 0,4 seg (ou outro valor que se queira) entre as duas curvas caractersticas dos rels, o rel B dever ser deslocado para a direita (de 16%: 1/0,87), conforme ilustrado na figura abaixo. Ou

32

seja, o espaamento deve ser considerado entre os pontos L e M, ilustrados na figura abaixo, e no entre os pontos K e M).

Figura 9 8: deslocando a caracterstica do rel A

14.5) Coordenao de fusveis com rels Quando em um sistema industrial, um fusvel se encontra em srie com um rel de sobrecorrente, dois casos podem ocorrer:

O rel est localizado entre a fonte alimentadora e o fusvel (figura 9.9); O fusvel est situado entre a fonte e o rel (figura 9.10).

No primeiro caso, haver uma operao seletiva entre os dois dispositivos de proteo, desde que, para um curto em F, o fusvel se queime antes que o rel acione a abertura do disjuntor. No segundo caso, ser obtida esta seletividade desde que o rel faa o disjuntor abrir antes que o fusvel se queime.

Figura 9.

Figura 9.

9: Rel entr

10: Fusvel

re fonte e fu

entre fonte

usvel

e rel

33

34

No primeiro caso, a operao coordenada e seletiva do fusvel e do rel poder

ser obtida desde que a curva caracterstica do rel seja de tal forma selecionada que fique espaada de, no mnimo, 0,2 seg da curva tempo total para extino do arco do fusvel, no plano I x t. No segundo caso, a operao coordenada e seletiva dos dois dispositivos de sobrecorrente (rel e fusvel) ocorrer desde que a curva tempo curta durao do fusvel se situe imediatamente acima da curva caracterstica do rel, acrescida do tempo de interrupo do disjuntor (2, 3, 4, 5, 8 ciclos, etc.). Desta forma, o fusvel poder aguardar a retirada da falta por parte da atuao do rel e do disjuntor correspondente.

Documents

cap9 coordenacao v2