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YURI BELENTANI
ESTUDO DE CASO DE AUTOPRODUTORES,
COGERADORES, EM PARALELISMO MOMENTÂNEO COM
O FORNECIMENTO DE ENERGIA ELÉTRICA PELA
CONCESSIONÁRIA
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Escola de Engenharia de São
Carlos, da Universidade de São Paulo
Curso de Engenharia Elétrica com ênfase em
Energia e Automação
ORIENTADOR: Rogério Andrade Flauzino
São Carlos
2011
2
3
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Ficha catalográfica preparada pela Seção de Tratamento
da Informação do Serviço de Biblioteca – EESC/USP
Belentani, Yuri.
B426e Estudo de caso de autoprodutores, cogeradores, em
paralelismo momentâneo com o fornecimento de energia
elétrica pela concessionária. / Yuri Belentani ;
orientador Rogério Andrade Flauzino -- São Carlos, 2011.
Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Energia e
Automação) -- Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, 2011.
1. Curto circuito. 2. Paralelismo.
3. Cogeradores. 4. Relé digital. 5. Parametrização.
6. Média tensão. I. Título.
4
5
Dedicatória
Aos meu pais Dovílio e Maria Aparecida,
com todo amor.
6
7
Agradecimentos
Aos meus pais pelo apoio incondicional durante toda a jornada que me trouxe até este
momento.
A Fabíola, por todo amor, e suporte demonstrado nos momentos mais difíceis de minha
jornada acadêmica. E, por compreender todos os momentos que estive ausente para que
pudesse concluir esta etapa de minha vida.
Ao professor Rogério Andrade Flauzino por me auxiliar com todo seu conhecimento e
paciência, que se fizeram imprescindíveis para a conclusão deste trabalho.
A todos os meus amigos e pessoas que pude conhecer em minha vida, e, que de alguma
maneira me transmitiram seus conhecimentos e vivências para que eu pudesse sempre
evoluir em minha busca por me tornar um ser humano melhor.
A todos os professores que me ajudaram a construir os mais diversos tipos de
conhecimentos, e, que me permitiram poder chegar até este momento em minha vida.
A Deus, por minha vida, família, e amigos.
8
9
Resumo
BELENTANI, Y. (2011). Estudo de caso de autoprodutores, cogeradores, em paralelismo, com o
fornecimento de energia elétrica pela concessionária. Trabalho de Conclusão de Curso – Escola
de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2011.
Este trabalho é baseado em um projeto real onde uma cooperativa, que recebe energia
elétrica através da concessionária local, tem quatro geradores que suprem o fornecimento caso
ocorra um problema na rede. Esses geradores ao assumirem a carga devem ter sua entrada no
sistema de maneira gradual e, assim, suprir toda a carga. Dessa maneira, estes equipamentos
podem apresentar sua operação em paralelismo momentâneo com a concessionária, até assumir a
carga toda, ou o contrário onde a concessionária assume toda a carga. Para este caso a
concessionária exige em uma norma específica quais devem ser as proteções a serem ajustadas ao
relé que controla o disjuntor, responsável por esse paralelismo. Pois, para estes casos o cliente
deve garantir que não haverá fluxo reverso de potência, cliente fornecendo energia para a rede,
entre outras proteções relacionadas com curto circuito. Assim, este estudo visa detalhar toda a
análise que deve ser feita para o projeto de proteção para um caso semelhante. Demonstrando toda
a teoria de curto circuito necessária para o cálculo nos diversos pontos do circuito, comparando os
resultados com simulações via softwares, realizar o estudo de coordenação e seletividade para
média tensão e, por fim, parametrizar o relé passo a passo. Portanto, este trabalho segue como um
roteiro demonstrando todos os passos para projetos que são semelhantes a este. Logicamente,
levando-se em consideração a concessionária de energia elétrica local, onde pode haver variações
das exigências para cada concessionária.
Palavras-Chave: Curto Circuito, Paralelismo, Co-geradores, Relé Digital, Parametrização,
Média Tensão.
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11
Abstract BELENTANI, Y. (2011). Case study of self producers, cogenerator in parallelism, with the
supply of eletric energy by the provider. Course Last Work – São Carlos Engineer School,
University of São Paulo, São Carlos, 2011.
This study is based on a real project where a industry, that receive eletric energy from a
local energy provider, has four generators that sullply the provider if a problem occurs in the grid
of the energy provider. These generators, when take the load, must entry into the system gradually
untill take full load. Thus, this equipments can works in parallelism with the energy provider,
untill take the full load, or the otherwise where the energy provider take the full load. For this case
the local energy provider requires in a specific standard wich protections must be adjusted to the
relay that controls the circuit breaker, that is responsible by the parallelism. Because, for this
cases the customer must be ensure that will not have power reverse flow, when the customer
provider energy to the energy provider's grid, and other protections that are linked with short-
circuits. Therefore, this study aims detail all the analysis that is necessary to be done to protection
projects for similar cases. Showing all the necessary short circuit theory to calculate the short
circuit values in the different points of the system, comparing the results with the softwares
simulations, accomplish the study of coordination and selectivity in medium voltage, and adjust
the relay step by step. Then, this work is a roadmap to similar real projects. Logically, is
necessary consider that each energy provider has your own standard, then can there are some
differences of the requirements of each energy provider.
Keywords: Short circuit, parallelism, cogenerators, digital relay, set protections, medium
voltage
12
13
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Planta do Projeto a Ser Estudado .......................................................................................... 21
Figura 2 - Pára-Raio Polimérico ............................................................................................................ 25
Figura 3 - Transformador de Potencial .................................................................................................. 26
Figura 4 - Transformador de Corrente Tipo Janela ............................................................................... 27
Figura 5 - Transformador de Corrente Tipo Bloco ................................................................................ 27
Figura 6 - Curva de Saturação do TC .................................................................................................... 28
Figura 7 - Disjuntor a Vácuo Média Tensão ......................................................................................... 29
Figura 8 - Ampola do Disjuntor a Vácuo .............................................................................................. 29
Figura 9 - Tanque de SF6 do Disjuntor de Média Tensão ..................................................................... 30
Figura 10 - Mufla para Conexão de Cabos de Média Tensão ............................................................... 31
Figura 11 - Elo Fusível .......................................................................................................................... 32
Figura 12 - Curva Tempo x Corrente do Fusível................................................................................... 33
Figura 13 - Painel de Média Tensão ...................................................................................................... 34
Figura 14 - Esquema de Ligação TP´s, TC´s e Relé ............................................................................. 35
Figura 15 - Esquema de Funcionamento do Hardware do Relé ............................................................ 37
Figura 16 - Gráfico Domicilios sem Acesso a Energia por Estado – IBGE CENSO 2000-2010.......... 39
Figura 17 - Gráfico das Tensões nas Barras - Carga Máxima ............................................................... 41
Figura 18 - Gráfico das Tensões nas Barras - Carga Leve .................................................................... 41
Figura 19 - Conversor CC-CC Elevador ............................................................................................... 42
Figura 20 - Forma de Onda na Saída do Conversor CC-CC ................................................................. 43
Figura 21 - Gráfico das Componentes Hârmonicas ............................................................................... 43
Figura 22 - Forma de Onda pós Falta .................................................................................................... 46
Figura 23 – Representação de um Circuito Genérico com duas Fontes ................................................ 47
Figura 24 - Representação de um Circuito Genérico com uma Falta no Gerador 1 .............................. 47
Figura 25 - Circuito Equivalente com uma Falta no Gerador 1 ............................................................ 48
Figura 26 - Circuito com a Impedância Equivalente para uma Falta no Gerador 1 .............................. 48
Figura 27 - Representação de um Circuito Genérico com uma Falta no Gerador 2 ............................. 49
Figura 28 - Circuito Equivalente com uma Falta no Gerador 2 ............................................................ 50
Figura 29 - Representação de um Circuito Genérico com uma Falta na Linha de Transmissão ........... 50
Figura 30 - Circuito Equivalente com uma Falta na Linha de Transmissão ......................................... 51
14
Figura 31 - Decomposição de um Sistema Desequilibrado ................................................................... 53
Figura 32 - Circuito Genérico de Seqüência Positiva ............................................................................ 55
Figura 33 - Circuito Genérico de Seqüência Negativa ........................................................................... 55
Figura 34 - Circuito Genérico de Seqüência Positiva ............................................................................ 55
Figura 35 - Circuito Genérico de Sequencia Positiva, Negativa e Zero ................................................ 57
Figura 36 - Circuito Equivalente Falta Fase-Fase .................................................................................. 58
Figura 37 - Planta do Projeto a Ser Estudado ........................................................................................ 59
Figura 38 - Circuito de Impedâncias Positivas da Planta a Ser Estudada .............................................. 60
Figura 39 - Circuito de Seqüência Positiva da Planta a Ser Estudada ................................................... 61
Figura 40 - Impedância Equivalente de Thevenin ................................................................................. 62
Figura 41 – Aplicando Teorema Superposição ...................................................................................... 63
Figura 42 – Encontrando a Tensão Equivalente de Thevenin ................................................................ 63
Figura 43 - Circuito Equivalente ............................................................................................................ 64
Figura 44 – Encontrando a Impedância Equivalente de Seqüência Negativa ........................................ 67
Figura 45 - Circuito Equivalente de Seqüência Negativa ...................................................................... 67
Figura 46 - Circuito Equivalente de Seqüência Zero ............................................................................. 68
Figura 47 - Circuito Equivalente de Seqüência Positiva, Negativa e Zero da Planta para Falta no
Ponto 1 ................................................................................................................................................... 68
Figura 48 - Circuito Equivalente de Seqüência Positiva, Negativa e Zero da Planta para Falta no
Ponto 2 ................................................................................................................................................... 71
Figura 49 - Simulação no PowerFactory para Falta no Ponto 1 ............................................................ 74
Figura 50 - Simulação no PowerFactory para Falta no Ponto 2 ............................................................ 75
Figura 51 - Simulação no PowerFactory para Falta nos Terminais dos Geradores ............................... 76
Figura 52 - Simulação no PowerFactory para Falta nos Terminais da Carga ........................................ 77
Figura 53 - MLFB do Relé ..................................................................................................................... 79
Figura 54 - Relé Siemens Modelo 7SJ62 ............................................................................................... 80
Figura 55 - Tela New Project DIGSI ..................................................................................................... 81
Figura 56 - Tela Device Catalog DIGSI ................................................................................................ 81
Figura 57 - Configurando as Características do Relé............................................................................. 82
Figura 58 - Habilitando as Funções que o Relé Executará .................................................................... 82
Figura 59 - Configurando Valores de Tensão Nominal, TC´s, TP´s, Freqüência Nominal, etc ............ 83
Figura 60 - Selecionando as Funções para Entrar com os Parâmetros................................................... 83
Figura 61 - Habilitando as Funções Sub/Sobre Tensão ......................................................................... 84
Figura 62 - Entrando com os Parâmetros de Sub Tensão ...................................................................... 85
Figura 63 - Configurando os Valores de Sobre Tensão ......................................................................... 85
15
Figura 64 - Configurando a Proteção de Sub/Sobre Freqüência ........................................................... 86
Figura 65 - Habilitando Funções Flexíveis ........................................................................................... 88
Figura 66 - Habilitando a Função Flexível 1 ......................................................................................... 88
Figura 67 - Escolhendo a Função de Potência Reversa ......................................................................... 89
Figura 68 - Configurando o Relé para Dar o Trip Quando a Potência Reversa Exceder Limite........... 89
Figura 69 - Configurando o Valor de Pickup e Tempo para Potência Reversa ..................................... 90
Figura 70 - Habilitando a Função Flexível 2 ......................................................................................... 90
Figura 71 - Escolhendo a Função de Potência Sentido Importação ...................................................... 91
Figura 72 - Configurando o Relé para Dar o Trip Quando a Potência Importada Exceder Limite ....... 91
Figura 73 - Configurando o Valor de Pickup e Tempo para Potência Reversa ..................................... 92
Figura 74 - Coordenograma Sobrecorrente de Fase .............................................................................. 95
Figura 75 - Coordenograma Sobrecorrente de Neutro .......................................................................... 96
Figura 76 - Habilitando Função de Sobrecorrente de Fase e Neutro ..................................................... 97
Figura 77 - Ajustando os Parâmetros de Sobrecorrente de Fase Tempo Definido ................................ 97
Figura 78 - Ajustando os Parâmetros de Sobrecorrente de Fase Tempo Inverso .................................. 98
Figura 79 - Ajustando os Parâmetros de Sobrecorrente de Neutro Tempo Definido e Neutro
Sensível ................................................................................................................................................. 98
Figura 80 - Ajustando os Parâmetros de Sobrecorrente de Neutro Tempo Definido ............................ 99
Figura 81 - Ligação TP's Fase-Terra (Estrela Aterrado - Delta Aberto) ............................................. 100
Figura 82 - Escolhendo a Função Flexível 03 ..................................................................................... 100
Figura 83 - Habilitando a Função Flexível ......................................................................................... 101
Figura 84 - Escolhendo a Grandeza a ser Medida ............................................................................... 101
Figura 85 - Escolhendo o Tipo de Medição, Quando o Trip Irá Ocorrer e a Ligação do TP .............. 102
Figura 86 - Ajustando os Parâmetros: Pickup e Tempo ...................................................................... 102
Figura 87 - Coordenograma Tempo x Corrente - Proteção 67 ............................................................ 103
Figura 88 - Habilitando Função Sobrecorrente Direcional de Fase - 67 ............................................. 104
Figura 89 - Ajuste Sobrecorrente de Fase Tempo Definido ................................................................ 105
Figura 90 - Sobrecorrente de Fase Tempo Inverso ............................................................................. 106
16
17
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 - Valores de Curto Circuito Simétrico Calculados ................................................................. 73
Tabela 2 - Valores de Curto Circuito Assimétrico Calculados.............................................................. 73
Tabela 3 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta no Ponto 1 ....................... 75
Tabela 4 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta no Ponto 2 ...................... 76
Tabela 5 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta nos Terminais dos
Geradores............................................................................................................................................... 77
Tabela 6 - Tempo para Eliminação da Falta .......................................................................................... 95
Tabela 7 - Tempo de Eliminação de Falta - Função 67 ....................................................................... 104
18
19
Resumo .................................................................................................................................................... 9
Abstract ................................................................................................................................................. 11
ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................................................... 13
ÍNDICE DE TABELAS ........................................................................................................................ 17
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 21
1.1. Objetivos ............................................................................................................................... 22
2. EQUIPAMENTOS DE MÉDIA TENSÃO ................................................................................... 25
2.1. Painel de Média Tensão ......................................................................................................... 25
2.2. Relé Digital ............................................................................................................................ 35
2.2.1. Vantagens dos Relés Digitais ........................................................................................ 35
2.2.2. Funcionamento dos Relés Digitais ................................................................................ 36
3. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD) ................................................................................................ 39
3.1. Problemas Relacionados à GD .............................................................................................. 40
4. O CÁLCULO DE CURTO CIRCUITO ........................................................................................ 45
4.1. Impedâncias de Curto Circuito de Uma Máquina Síncrona .................................................. 45
4.2. Falta Trifásica Simétrica ........................................................................................................ 46
4.3. Falta Assimétrica ................................................................................................................... 52
4.3.1. Análise por Componentes Simétricas ............................................................................ 52
4.3.2. Circuito de Seqüência positiva, negativa e zero ............................................................ 54
4.3.3. Estudo dos Circuitos Equivalentes ................................................................................ 56
4.4. Calculando o Curto Circuito no Sistema Estudado ............................................................... 60
4.4.1. Aplicando o Cálculo de Curto Circuito Simétrico ......................................................... 64
4.4.2. Aplicando o Cálculo de Curto Circuito Assimétrico ..................................................... 66
4.5. Simulando a Falta no PowerFactory ...................................................................................... 74
5. PARAMETRIZAÇÃO DO RELÉ DIGITAL - RESULTADOS .................................................. 79
5.1. Relé 7SJ62 ............................................................................................................................. 79
5.2. Software de Parametrização – DIGSI .................................................................................... 80
5.2.1. Parametrização de Sobre/Sob Tensão (27, 59) .............................................................. 83
5.2.2. Parametrização de Sobre/Sob Frequência (81U/O) ....................................................... 85
5.2.3. Fluxo Reverso de Potência (32)..................................................................................... 86
5.2.4. Proteção de Sobrecorrente (50/51, 50/51N, 50GS) ....................................................... 92
5.2.5. Sobre Tensão de Neutro (59N) ...................................................................................... 99
5.2.6. Sobrecorrente Direcional de Fase (67) ........................................................................ 102
6. CONCLUSÕES ........................................................................................................................... 107
7. BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................... 109
20
21
1. INTRODUÇÃO
O projeto a ser estudado neste trabalho consiste de quatro geradores, por parte da uma
cooperativa, ligados em paralelismo momentâneo com a rede, sendo esta fornecida pela
concessionária de energia Elektro.
A geração ocorre em baixa tensão, por quatro geradores de 553kVA cada. Então, passa-se
por dois transformadores de 1000kVA que elevam para média tensão, 13,8kV, e assim fornecendo
para um barramento no qual tem uma carga equivalente de 2000kVA.
Abaixo, tem-se o unifilar:
Figura 1 - Planta do Projeto a Ser Estudado
A subestação da cooperativa pode ser identificada, no esquema acima, toda os
equipamentos que estão ligados no terminal 3 para baixo. Sendo que o disjuntor a montante faz a
proteção desta e, ainda, é responsável pelo paralelismo momentâneo.
22
Este trabalho irá ensaiar para três casos de falta: Ponto 1 – falta na subestação da
cooperativa (Terminal 3); Ponto 2(T-Rede) – Falta na subestação da concessionária; Falta na
carga e nos geradores (do ponto de vista do disjuntor da proteção da cooperativa é a mesma
situação)
A proteção dos geradores, bem como a proteção térmica dos enrolamentos dos
transformadores, são feitas na parte de baixa tensão. E, a proteção de sobrecorrente dos
transformadores, dos geradores e das cargas, será feita através de chave seccionadora fusível,
enquanto que um disjuntor na média tensão é responsável por controlar o paralelismo
momentâneo entre os geradores e a rede elétrica, e, ainda fazer a proteção de retaguarda da
subestação.
Esse disjuntor é controlado por um relé que será responsável por fazer proteção de
sobrecorrente, sub/sobre tensão, fluxo de potência reversa, sub/sobre freqüência e sobrecorrente
de fase direcional. Sendo que essas funções de proteção e os respectivos parâmetros de ajuste do
relé são exigidos pela concessionária em sua norma ND.65 – Ligação de Autoprodutores ou
Produtores Independentes em paralelo com o sistema de distribuição de média tensão da Elektro.
A norma exige um tempo de 30s de paralelismo, entre rede da concessionária e geradores,
sendo que este tempo é importante para que os geradores assumam toda a carga, ou caso contrário
onde a rede irá assumir a carga.
A rede da Eelektro entra na subestação através de painéis de média tensão, onde se tem um
painel que será composto por seis cubículos, sendo que os típicos serão da seguinte maneira:
Entrada com pára raio de 15kV – 10kA
Medição de faturamento da concessionária
Proteção geral com disjuntor, sendo este responsável pelo paralelismo entre rede e
geradores e proteção
Proteção de corrente para os dois transformadores dos geradores, através da chave
seccionadora fusível
Proteção de corrente para os dois transformadores das cargas, através da chave
seccionadora fusível.
1.1. Objetivos
O objetivo principal deste trabalho é realizar um estudo em um caso real de paralelismo
momentâneo entre uma fonte cogeradora e a rede elétrica da concessionária de energia Elektro. E,
desta maneira criar um roteiro demonstrando quais são os procedimentos necessários para se
realizar a parametrização do relé de acordo com as funções de proteção requeridas.
23
Para isto serão realizados os seguintes procedimentos.
Detalhamento dos Equipamentos de Média Tensão
Princípios de Funcionamento de um Relé Digital
Vantagens e Desvantagens Básicas para o Sistema Elétrico de Potência de Fontes
CoGeradoras
Explanação de Toda Teoria Necessária para o Cálculo de Curto Circuito
Cálculo de Curto Circuito Passo a Passo para este Caso
Simulação do Sistema através do Software DigSilent-PowerFactory
Explanação sobre o Modelo do Relé a ser Utilizado
Parametrização do Relé Digital
24
25
2. EQUIPAMENTOS DE MÉDIA TENSÃO
Nesta seção tem-se um descritivo dos principais equipamentos de média tensão a serem
utilizados no sistema.
2.1. Painel de Média Tensão
O painel de média tensão é responsável por realizar a proteção e medição de faturamento
do sistema. Sendo que os principais equipamentos a serem utilizados no painel de MT são: pára-
raios, transformadores de potencial, transformadores de corrente, disjuntores de média e baixa
tensão, chave seccionadora, chave seccionadora fusível, cabos, muflas, relé digital, detectores
capacitivos de tensão, fusíveis, multimedidores, entre outros. A seguir tem-se a definição da
função de cada equipamento.
Pára-Raios: Utilizados para proteger os equipamentos do sistema elétrico contra
sobre tensões transitórias, devido a descargas atmosféricas e surtos de manobras.
Este tipo de pára-raio tem um varistor que permite à corrente passar quando a tensão
em seus terminais ultrapassa a tensão limite. Ao passar a corrente de curto circuito pelo
pára-raio existe um dispositivo chamado „desligador automático‟ que rompe, dessa
maneira interrompe sua atuação e o sistema volta a operar normalmente.
Abaixo segue um pára-raio do fabricante DELMAR e ao lado o desligador
automático:
Figura 2 - Pára-Raio Polimérico
Fonte: http://www.delmar.com.br, 2011
26
Para este projeto foi escolhido um pára-raio de 15kV-10kA com MCOV(Máxima
Tensão Operação Continua) 12,7kV. Assim, tem-se que este equipamento irá suportar
uma corrente de descarga de 10kA, tensão nominal de terminal igual a 15kV e só irá
entrar em operação quando a tensão de fase superar a MCOV, ou seja 12,7kV.
Transformadores de Potencial (TP): Estes são equipamentos utilizados para medição
de tensão, sendo seu sinal utilizado para proteção ou para medição. Através de um
enrolamento primário e um secundário este equipamento reduz a tensão para níveis
compatíveis com equipamentos eletrônicos, tais como medidores e relés, e dessa forma
possibilita a utilização do sinal que é proporcional a tensão do lado de alta.
Através da relação de espiras entre os enrolamentos do primário e secundário tem-se
a transformação da tensão conforme desejada. Esses equipamentos são utilizados em
baixa, média e alta tensão.
Abaixo, tem-se um transformador de potencial do fabricante ISOLET, para tensão
nominal de 15kV:
Figura 3 - Transformador de Potencial
Fonte: http://www.isolet.com.br, 2011
Para determinar qual TP utilizar em um projeto é necessário especificar qual a
relação de transformação que se deseja, qual a classe de exatidão do equipamento
(referente ao erro de medição), potência térmica, freqüência e tensão nominal nos
terminais.
Para este projeto está sendo considerado três TP‟s com ligação fase-terra, sendo que
a relação de transformação é de 13800/ - 115/ V e classe de exatidão de 0,6P75.
Transformador de Corrente (TC): Responsável pela medição da corrente elétrica que
circula no sistema. Sendo seu sinal utilizado para se realizar medição e proteção do
27
sistema. Os TC‟s são importantíssimos para o sistema elétrico, pois este irá “informar” o
relé sobre um possível caso de curto circuito.
Para se dimensionar o TC é necessário que se tenha conhecimento da corrente que irá
circular em caso de haver um curto circuito (para que não ocorra saturamento do TC), a
relação de transformação que se deseja, o fator térmico em caso de sobrecorrente, classe
de exatidão (referente ao erro), tensão nominal, corrente nominal no primário e
secundário e freqüência nominal.
Abaixo se tem dois transformadores de corrente, tipo bloco e janela, para tensão de
15kV do fabricante ISOLET:
Figura 4 - Transformador de Corrente Tipo Janela
Fonte: http://www.isolet.com.br, 2011
Figura 5 - Transformador de Corrente Tipo Bloco
Fonte: http://www.isolet.com.br, 2011
Os transformadores de corrente tipo bloco têm seu enrolamento primário conectado em
série com o sistema. Enquanto que nos transformadores de corrente tipo janela, os cabos, ou
barramento, do circuito passam no interior do mesmo. Assim, ao circular corrente tem-se uma
corrente induzida no transformador tipo janela que é proporcional a relação de transformação.
A saturação do transformador de corrente é algo muito preocupante, já que neste caso o
dispositivo não irá mais medir corretamente, pois o erro na medição se tornará mais severo.
28
Abaixo se tem uma curva de magnetização do núcleo de um TC, onde se pode notar o momento
em que entra em saturação.
Figura 6 - Curva de Saturação do TC
Para este projeto está sendo considerado TC‟s tipo bloco, com relação de transformação
de 100-5A e classe de exatidão de 10B100. Sendo que a tensão nominal é de 13,8kV e
corrente de saturação igual a 80In.
Disjuntores de Média Tensão: É um equipamento de manobra do sistema elétrico de
média tensão, usado para abrir, fechar ou cortar a corrente de curto circuito. Os
disjuntores de média tensão mais antigos tinham óleo como meio de extinção de arco
elétrico. Atualmente, os disjuntores utilizam o vácuo como meio de extinção ou gás SF6.
Sendo esta uma grande vantagem já que o risco de explosões, em caso de arcos elétricos,
diminui devido a não existência de substâncias combustível.
Alguns são isolados a ar, enquanto que outros são isolados a SF6(hexafluoreto de
enxofre). Sendo que a escolha destes depende muitas vezes da filosofia de funcionamento
adotada. Pois os disjuntores isolados a gás são fixos, isentos de manutenção e
hermeticamente vedados, portanto mais indicados para ambientes agressivos e poluídos.
Enquanto que os isolados a ar são extraíveis, e possibilitam a utilização de disjuntores
reservas e a troca instantânea.
Uma diferença importante de conceito está em meio de isolação e meio de extinção
de arco elétrico. Sendo que o primeiro é responsável por isolar os contatos e aumentar o
dielétrico do meio, enquanto que o segundo tem a função de extinguir um arco elétrico
caso venha a ocorrer.
29
Abaixo segue um disjuntor, modelo 3AH5 da Siemens, isolado a ar, e tem o vácuo como
meio de extinção de arco elétrico.
Figura 7 - Disjuntor a Vácuo Média Tensão
Este equipamento tem capacidade de interrupção de corrente de curto circuito de até
40kA para tensão nominal de 15kV, tem capacidade de condução de corrente nominal de
até 3150A. Sendo capazes de exercer de 10.000 a 30.000 operações sem a necessidade de
manutenção. Abaixo a ampola de extinção de arco elétrico.
Figura 8 - Ampola do Disjuntor a Vácuo
Abaixo segue um disjuntor da Siemens, modelo 3AH5 isolado a gás. Este
equipamento tem capacidade de condução de corrente elétrica de até 630A, capacidade de
interrupção de corrente de curto circuito de até 25kA para tensão nominal de 15kV.
30
Figura 9 - Tanque de SF6 do Disjuntor de Média Tensão
1- Caixa de mecanismo de operação
2- Isolador tipo bucha para barramento
3- Tanque preenchido com gás, com disjuntor à vácuo 3AH5 e chave
seccionadora de três posições
4- Mecanismo acionado por chave seccionadora de três posições
5- Isolador tipo bucha para compartimento de conexão de cabos
6- Localização do transformador de corrente trifásico (opcional)
Chave Seccionadora: Conceitualmente estes equipamentos não desempenham
nenhum tipo de proteção no sistema. Assim, são utilizados apenas para seccionar o
sistema elétrico. Em caso de manutenção pode-se desconectar o circuito através deste
equipamento, sendo que algumas chaves têm até a capacidade de abertura sob carga.
As chaves, assim como os disjuntores, possuem contatos que indicam eletricamente
qual é a posição que a chave está, sendo que podem ser levados ao sistema de supervisão
e ter estas informações sendo monitoradas remotamente. É possível motorizar o
movimento de abertura e fechamento, e assim controlar seu estado remotamente por meio
de um painel.
Muflas: Responsável por fazer a conexão dos cabos de média tensão com os
barramentos do painel de média tensão. E, assim, fazer uma transição suave em relação
aos campos elétricos, pois no ponto onde o isolamento é interrompido tem-se um estresse
31
que é gerado por linhas de fluxo de campo muito densas, e, portanto podem danificar a
isolação do sistema.
Abaixo tem uma figura mostrando uma mufla tipo termo contrátil do fabricante
PFISTERER, sendo que a conexão se dá através de uma resina moldada. Tem capacidade
de condução de corrente de até 2500A e classe de tensão de até 74,5kV.
Figura 10 - Mufla para Conexão de Cabos de Média Tensão
O cabo para aterramento é responsável por eliminar possíveis correntes residuais que
possam a vir romper o isolamento.
Detectores Capacitivos de Tensão: São equipamentos para se detectar tensão nos
barramentos e cabos no sistema de média tensão. Sendo de extrema importância para a
segurança pessoal dos operadores dos painéis. Pois, casos onde haja corrente circulando,
mesmo com as chaves seccionadoras abertas, podem vir a ocorrer em algumas situações
quando se tem falha da isolação, ou na abertura das chaves seccionadoras e disjuntores.
Fusíveis: Os fusíveis são utilizados para proteção do sistema elétrico, muito utilizado
para se proteger transformadores com potências não muito altas.
Esses equipamentos desempenham proteção para o caso de haver sobrecorrente.
Sendo que são compostos por elos de ligas de cobre ou ligas de prata, e em caso de haver
um curto circuito estes se rompem, para uma determinada corrente conforme especificado,
e assim protegendo o sistema para que não seja danificado. Abaixo um elo fusível do
fabricante ELETROFUSI.
32
Figura 11 - Elo Fusível
Os elos fusíveis são denominados como do tipo T, H e K, dependendo da velocidade
de ação para cada fusível. Assim, são classificados de acordo com as seguintes
características:
- Elos Fusíveis Tipo H: São elos fusíveis de alto surto, com alta temporização para
correntes elevadas. Sendo considerados de ação lenta, pois não se fundem em surtos
transitórios e não admitem sobrecarga, assim em regime permanente a corrente nominal
deve ser no máximo igual a corrente do suportada pelo elo. Sendo muito utilizados para
proteção de transformadores devido a corrente de inrush (pico decorrente que se tem ao
energizar os enrolamentos do transformador).
- Elos Fusíveis Tipo K: São elos fusíveis de ação rápida. Admitem sobrecarga de 50% em
relação ao seu valor nominal. São utilizados para fazer a proteção de ramais e
transformadores.
- Elos Fusíveis Tipo T: São elos fusíveis com ação lenta, sendo que as outras
características se assemelham com os elos fusíveis de tipo K. A utilização do tipo de elo
fusível correto e a sua corrente nominal é de extrema importância, pois estes devem ser
considerados no projeto de proteção para que assim tenha-se uma maior eficiência da
seletividade, e portanto da proteção do sistema. Abaixo tem três curvas de TEMPO X
CORRENTE - referente aos tipos H – de elos fusíveis do fabricante DELMAR.
33
Figura 12 - Curva Tempo x Corrente do Fusível
Através da curva acima se conclui para um fusível com determinada corrente nominal,
qual será a corrente que o elo fusível irá suportar e por quanto tempo.
Relés Digitais: Estes equipamentos têm como função monitorar o sistema elétrico, e
assim caso ocorra alguma falha devem dar o sinal de TRIP para que o disjuntor possa abrir.
Devido à enorme importância deste dispositivo para o sistema, este será mais bem
abordado na próxima seção, detalhando seu funcionamento e filosofias de operação.
34
Equipamentos de Baixa Tensão: Em um painel de média tensão são utilizados vários
equipamentos, tais como: minidisjuntores, fusíveis, bornes, fiação, botoeiras, medidores,
entre outros.
Multimedidores: Equipamentos destinados para se fazer a medição de corrente,
tensão, fator de potência, energia, entre outras grandezas. Em alguns casos essa medição
pode ser realizada pelo próprio relé dependendo do modelo.
Abaixo, tem-se o unifilar para uma solução proposta referente aos cubículos de média
tensão.
Figura 13 - Painel de Média Tensão
35
2.2. Relé Digital
A função de um relé é de proteger o sistema caso ocorra qualquer tipo de falha, tais como
faltas elétricas, sobreaquecimento de máquinas, sub/sobre tensão, sub freqüência, sincronismo,
entre outras.
Os relés digitais não se conectam diretamente com a rede elétrica, pois como são
dispositivos que utilizam microprocessadores e dispositivos eletrônicos, o nível dos sinais de
tensão e corrente que estes trabalham são baixos. Sendo necessário haver TC‟s e TP‟s ligados a
rede primária, e assim abaixar os níveis de tensão e corrente fornecendo aos relés.
Atualmente existem mais relés eletromecânicos que relés digitais no sistema elétrico de
potência. No entanto, devido a fatores relacionados à confiabilidade, rapidez e flexibilidade estão
sendo trocados gradativamente pelos equipamentos digitais.
Logo abaixo tem uma representação da ligação entre um relé e o TC, em série com a linha,
e o TP, em paralelo com a linha.
Figura 14 - Esquema de Ligação TP´s, TC´s e Relé
2.2.1. Vantagens dos Relés Digitais
Os relés eletromecânicos foram largamente utilizados nos sistema elétricos de potência, no
entanto com o avanço da eletrônica e conseqüentemente dos microprocessadores, reduzindo o
tamanho e preço na década de 70, possibilitou o aparecimento dos relés digitais e a
computadorizarão dos sistemas elétricos.
Os relés digitais possibilitaram um aumento na confiabilidade do sistema, pois podem ser
programados para auto checar tanto o software de operação como o hardware. Onde há uma saída
no equipamento que se pode fornecer o sinal referente ao status. [1]
36
Outra vantagem é a possibilidade de comunicação através dos diferentes protocolos,
MODBUS/ PROFIBUS/ ETHERNET/ IEC 61850. Dessa maneira, há uma integração entre os
mais variados equipamentos e ambiente digitais, tais como medidores, programas supervisórios e
sistemas de monitoração de falta via GPS. Portanto, tornou-se possível verificar o status de
operação do equipamento e a localização da falta remotamente.
Enquanto o relé eletromecânico normalmente tinha capacidade de apenas uma função de
proteção, os relés digitais fornecem em um único equipamento várias funções de proteções.
Assim, aumentou-se a flexibilidade destes equipamentos devido ao fato de serem programáveis.
Sendo que alguns relés podem ter até a função de medição (corrente, tensão, fator de potência,
energia ativa e reativa, potência, freqüência) embutida, e, portanto reduzindo a necessidade de
medidores particulares nos sistemas elétricos industriais.
2.2.2. Funcionamento dos Relés Digitais
Inicialmente, como já foi dito na última seção, os transformadores de corrente e tensão
fornecem os sinais reduzidos necessários para que o relé possa dessa maneira compará-los com os
valores que foram parametrizados no seu software, e, portanto atuar caso necessário. Esses sinais
são amostrados através de um circuito eletrônico chamado “Sample and Hold”, onde as ondas
senoidais são amostradas ponto a ponto de acordo com a freqüência de amostragem.
No entanto, para que um sinal analógico com freqüência possa ser completamente
reconstruído, deve-se ter a taxa de amostragem igual a . Onde essa freqüência é
chamada freqüência de Nyquist. Caso contrário, tem-se um fenômeno chamado aliasing, que
ocorre uma sobreposição de espectros, e, portanto distorcendo a reconstrução do sinal. Como não
é possível garantir que o sinal não tenha freqüências acima da freqüência de Nyquist, devido a
distorções, interferências e ruídos, é necessário filtrar este sinal antes de amostrá-lo. Portanto
aplica-se um filtro passa baixa para que se possa garantir esta condição.
Para a proteção do sistema elétrico é necessário amostrar os sinais de corrente e tensão das
três fases, além da corrente de neutro. Após estes sinais serem filtrados e amostrados, passam por
um multiplexador de alta velocidade que transforma os sete canais de dados em apenas um canal
de saída. Então o sinal passa por um conversor analógico/ digital, e este segue para o
microprocessador do relé onde será feito toda parte de processar a informação e tomada de
decisão (caso necessário dar o sinal de TRIP para o disjuntor). [1]
Abaixo se tem uma figura que mostra o procedimento acima descrito.
37
Figura 15 - Esquema de Funcionamento do Hardware do Relé
Neste processo têm-se alguns erros inseridos, os quais são provocados pelos TC‟s e TP‟s,
que quanto maior for a relação de transformação maior será o erro associado. Sendo que os
dispositivos responsáveis pela amostragem e na conversão do sinal A/D também provocam erros.
Outro ponto importante são os sinais de alta freqüência presentes no sistema devido à reflexão das
ondas, os quais contribuem com harmônicos no sinal que se quer medir e assim provocando
distorção deste.
Dessa maneira, além de ter-se um esforço grande por procura de uma tecnologia de
hardwares que possam reproduzir o sinal mais fielmente, tem-se também uma evolução nas
técnicas utilizadas no tratamento do sinal via software. Sendo utilizadas transformadas rápidas de
Fourrrier, método dos mínimos quadrados e filtros de Kalmans, sendo que todos estes visam em
separar a componente fundamental, a componente CC e os respectivos harmônicos.
Outro ponto importante em se utilizar filtros digitais para que se possam separar as
componentes harmônicas está relacionado com a corrente de Inrush (pico de corrente inicial
presente na energização de transformadores). Pois a corrente de Inrush pode ser identificada
devido ao alto nível de segundo harmônico presente no sinal, e, portanto o relé pode dessa
maneira interpretar o sinal corretamente, não interpretando como uma falta que ocorreu no
sistema.
38
39
3. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD)
Uma tendência cada vez mais crescente, devido à procura de meios mais eficientes de
geração de energia elétrica que possam substituir energias não renováveis, tais como proveniente
do petróleo, conduz a uma maior procura da geração distribuída.
Uma das definições mais simples, no entanto precisa, de geração distribuída é quando se
tem uma fonte geradora localizada próxima à carga. Enquanto que o PRODIST, procedimentos de
distribuição, define geração distribuída como sendo geração de energia elétrica, de qualquer
potência, conectadas diretamente no sistema elétrico de distribuição ou através de instalações de
consumidores, podendo operar em paralelo ou de forma isolada e despachadas – ou não – pelo
ONS. [2]
Neste caso estudado tem-se um exemplo de geração distribuída, sendo que os geradores são
a diesel. Mas a GD pode ser de várias maneiras como: PCH‟s, fotovoltaica, eólica, geotérmica,
termoelétrica de queima de biomassa, geração através de resíduos sólidos, entre outros.
Além da vantagem de descentralizar a geração de energia elétrica, outro ponto favorável é a
diminuição das perdas que ocorrem na transmissão da energia elétrica, pois quando transmitida
através dos sistemas de transmissão e distribuição, ocorrem perdas devido à impedância de
alimentadores e transformadores. Essas perdas são, tipicamente, da ordem de 4 a 7% da potência
total transmitida que é, a quantidade de energia perdida, pelo “trânsito” desta energia da geração
até as cargas. Esta perda indica uma quantidade de energia que é gerada, mas não se transforma
em receita para a concessionária. E quando se tem uma diminuição no carregamento das linhas,
conseqüentemente tem-se uma diminuição nas perdas. [3]
Tem-se como outro tipo de beneficio referente a este tipo de geração o atendimento a
municípios ou pontos isolados, nos quais não se tem um fornecimento de energia elétrica devido à
dificuldade da construção de linhas e sistemas elétricos. Assim, a GD através de meios de geração
provenientes de resíduos de origem das atividades agrárias e de extrativismos, torna-se uma
solução plausível para estes tipos de casos, que ainda são muitos como pode seres vistos na figura
abaixo, que representa a porcentagem de domicílios sem acesso a energia no Brasil. [4]
Figura 16 - Gráfico Domicilios sem Acesso a Energia por Estado – IBGE CENSO 2000-2010
40
Para o caso estudado neste trabalho é possível constatar que o principal benefício trazido
pela GD é assegurar a não interrupção do fornecimento de energia elétrica. Assim caso existam
cargas críticas sendo alimentadas pela rede da concessionária, em um possível problema de
fornecimento de energia aciona-se os geradores que irão supri-las.
3.1. Problemas Relacionados à GD
No entanto, com o aparecimento crescente dos sistemas de cogeração integrando a rede
elétrica, tem-se uma preocupação muito grande com a qualidade da energia elétrica que se está
sendo fornecida. Atualmente no Brasil há uma maior preocupação com a qualidade de energia,
sendo que a principal regulamentação parte da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica). A
ANEEL tem um conjunto de normas que regulamenta o sistema de distribuição, é o PRODIST
(Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional), onde o módulo
oito é específico sobre qualidade de energia.
Alguns dos principais problemas ligados a GD e a qualidade de energia são: problemas
relacionados com a estabilidade mecânica do sistema (comum em máquinas síncronas de grande
porte), problemas com sobre tensão em cargas leves e impactos na coordenação da proteção.
Fator que limita a quantidade e conseqüentemente a potência de geradores síncronos
conectados a rede de distribuição seria a elevação do nível das tensões nodais, principalmente em
situações de cargas leves, na presença de geradores.
Um estudo realizado pelo professor doutor José Carlos de Melo Vieira Júnior e publicado
no artigo intitulado “Impacto da Geração Distribuída no Perfil de Tensão de Regime Permanente
de Redes de Distribuição de Energia Elétrica”, mostra como a geração distribuída influência no
aumento das tensões na rede. Os gráficos abaixo foram retirados deste artigo, e mostram que para
um gerador distribuído com potência de 20,3MW, utilizando a potência de 7,5MW, 15MW,
20MW e sem gerador qual é a reação da tensão, em p.u, nas barras do circuito.
O sistema foi ensaiado para o sistema com carga máxima, 20,3MW, e para carga leve, 20%
da carga máxima. Para uma situação que o gerador controla o fator de potência em 1,0.
41
Figura 17 - Gráfico das Tensões nas Barras - Carga Máxima
Figura 18 - Gráfico das Tensões nas Barras - Carga Leve
Pode-se constatar que quando o sistema está com a carga máxima as tensões nas barras se
comportam sem nenhum problema, permanecendo entre os limites de tensão máxima e mínima
(+5% / -7% em p.u) exigidas pela resolução N° 505 da ANEEL [5]. No entanto, para o caso em
que se tem o sistema em carga leve pode-se observar que as tensões se comportam de maneira
preocupante. Sendo que ultrapassam o valor máximo estipulado para todos os casos estudados,
menos para a potência de 7,5MW que mesmo assim permanece no limite.
Outro problema que envolve qualidade de energia elétrica e a GD é referente à utilização de
conversores CC-CC e CC-CA. Esses tipos de conversores são utilizados para elevar a tensão, que
é produzida por fontes distribuídas, e assim transformá-la em senóide para injetá-la a rede. Sendo
42
que esses tipos de conversores são muito utilizados em fontes fotovoltaicas, banco de baterias e
células combustível.
Em conversores CC-CC se utiliza de equipamentos eletrônicos de potência, tais como
IGBT, MOSFET, BJT, DIODOS, e como se sabe estes produzem harmônicos que interferem na
qualidade de energia. Abaixo segue um conversor elevador do tipo BOOST simulado no software
PSIM:
Figura 19 - Conversor CC-CC Elevador
No gráfico abaixo se pode notar a elevação da tensão de saída no circuito conversor, onde
se tem uma entrada de 100V e uma saída com um pico próximo de 200V.
43
Figura 20 - Forma de Onda na Saída do Conversor CC-CC
Neste circuito simulado tem-se que a freqüência de operação do controlador do IGBT é de
1000 Hz, sendo assim é possível visualizar na figura abaixo o espectro de freqüências que foi
obtido através da FFT (Fast Fourrier Transformer). Dessa maneira, tornar-se evidente a
quantidade de freqüências harmônicas que são produzidas em um conversor deste tipo.
Figura 21 - Gráfico das Componentes Hârmonicas
44
Os harmônicos no sistema interferem nas máquinas rotativas, de maneira a provocar um
aumento da temperatura devido às perdas no cobre e ferro, alterações no acionamento devido ao
torque contrário provocado pelos harmônicos impares que geram correntes de seqüência negativa,
aumento do nível audível, entre outros. Nos transformadores também se verifica um aumento das
perdas no cobre devido às harmônicas de corrente, e perdas no ferro devido às harmônicas na
tensão.
Nos cabos o efeito da elevação do nível de harmônicos provoca um aumento das perdas,
pois há uma acentuação do efeito pelicular. Onde se tem que a secção condutora é restringida para
elevadas freqüências, e assim aumenta-se a resistência no cabo e, portanto, há uma maior
dissipação de calor.
45
4. O CÁLCULO DE CURTO CIRCUITO
O cálculo de curto circuito em um sistema será a ferramenta que se utilizará para
determinar, caso ocorra uma falta, qual será a corrente máxima e mínima que irá circular no
sistema. Assim, poder-se-á dimensionar os equipamentos que deverão ser utilizados, através da
corrente máxima, e fazer a parametrização do relé para detectar a falta e dar o sinal de TRIP para
acionar o disjuntor através da corrente mínima de curto circuito.
Também é de fundamental importância para a determinação dos transformadores de
corrente (TC) a serem utilizados no sistema, como já dito em sessão anterior. Sendo que os
transformadores de corrente têm uma capacidade máxima de corrente, e caso esse limite seja
ultrapassado o TC sofrerá saturação e, dependendo da situação, danos físicos.
Existem dois tipos de faltas: Simétricas e Assimétricas. No caso das faltas trifásicas
simétricas, tem-se uma falta que irá envolver as três fases e o neutro, ou apenas as três fases.
Assim, a corrente de curto circuito que irá circular nas três fases do circuito será a mesma.
Enquanto que para as faltas trifásicas assimétricas, que ocorrerá para todos os casos restantes
(Fase-Fase; Fase-Terra; Fase-Fase-Terra), as correntes não serão as mesmas, sendo
desbalanceadas nas três fases.
Esta seção irá abordar o desenvolvimento da teoria necessária para o cálculo de curto
circuito do projeto a ser estudado, e finalmente aplicá-la ao sistema.
4.1. Impedâncias de Curto Circuito de Uma Máquina Síncrona
A corrente de curto circuito em um sistema elétrico será determinada pelas impedâncias das
máquinas, das linhas, dos transformadores e pelas forças motrizes internas das máquinas do
circuito. Essa corrente que circula em uma máquina, logo após a ocorrência de uma falta, a que
circula alguns ciclos após e a corrente que irá circular em regime permanente, diferem bastante.
[6]
A forma de onda de um curto circuito em uma máquina, em vazio, é dada por:
46
Figura 22 - Forma de Onda pós Falta
O valor da corrente eficaz, determinada pela intersecção da envoltória da corrente com a
ordenada t=0, oc, é denominada corrente subtransitória, |I”|. Sendo que a distância entre ob
determina a corrente transitória, |I‟|. E por fim, a distância entre oa, determina a corrente de
regime permanente do curto circuito, |I|. [6]
Assim, com a tensão em vazio do gerador |Eg| pode-se calcular as respectivas impedâncias
do sistema, que irão variar de acordo com as correntes.
Onde,
Através da forma de onda pode-se concluir que a corrente subtransitória, é a de maior pico.
Dessa maneira, a corrente e a impedância subtransitória são fundamentais no cálculo de curto. [6]
4.2. Falta Trifásica Simétrica
Considerando um sistema genérico, um pouco mais simples que o caso escolhido para
estudo neste trabalho, tem-se que:
47
Figura 23 – Representação de um Circuito Genérico com duas Fontes
As impedâncias relativas ao digrama acima
- Gerador 1:
- Gerador 2:
- Trafo 1 e 2:
- Linha de Transmissão:
Sendo que todos os valores das impedâncias estão em p.u, e que a base escolhida são os
valores de tensão e potência do gerador 1.
Agora para se efetuar o cálculo de curto circuito no unifilar em questão, deve-se analisá-lo
como um circuito elétrico linear. Onde se tem que os geradores serão as fontes, as impedâncias
(linha, geradores, transformadores) serão as cargas e o curto circuito será o ponto de referência do
terra.
Primeiramente, será considerado o caso para uma falta ocorrida no gerador G1.
Figura 24 - Representação de um Circuito Genérico com uma Falta no Gerador 1
Dessa forma tem-se que o circuito equivalente para uma falta ocorrendo no gerador G1
pode ser considerado da seguinte maneira:
48
Figura 25 - Circuito Equivalente com uma Falta no Gerador 1
A impedância equivalente do circuito elétrico será dada por:
Enquanto que o circuito equivalente será:
Figura 26 - Circuito com a Impedância Equivalente para uma Falta no Gerador 1
Agora, pode-se calcular a corrente total de curto circuito que irá circular, e encontrar a
contribuição de corrente para cada gerador.
49
Notar que todos os valores resultantes serão dados em p.u, e como descritos acima,
referenciados aos valores de tensão e potência do gerador G1, assim caso queira saber os valores
das correntes em Ampéres dever-se-á fazer a transferência através dos valores da base utilizada.
Em um caso genérico poderia descrever tal operação da seguinte maneira:
Então, partindo das correntes em p.u
Agora, reescrevendo o circuito equivalente para uma falta ocorrendo logo após o
transformador T1. Onde se tem que, a impedância do transformador se somará a impedância do
gerador G1, e, portanto alterará a relação de contribuição das correntes por cada gerador.
Figura 27 - Representação de um Circuito Genérico com uma Falta no Gerador 2
Assim, para uma falta logo após o transformador T1, tem-se novamente o desenvolvimento
das equações da seguinte maneira:
50
Figura 28 - Circuito Equivalente com uma Falta no Gerador 2
Outro caso seria uma falta ocorrendo na linha de transmissão, sendo que a impedância da
linha é dada por , deve-se ter o local onde a falta ocorreu na linha para que assim possa ser
feita uma análise detalhada utilizando-se as impedâncias adequadas para o cálculo.
No entanto para fins de simplificação, utilizará apenas o caso em que a falta ocorre
exatamente no meio da linha de transmissão.
Figura 29 - Representação de um Circuito Genérico com uma Falta na Linha de Transmissão
51
Figura 30 - Circuito Equivalente com uma Falta na Linha de Transmissão Reescrevendo as equações tem-se que:
Agora, se a falta ocorrer logo após o transformador T2, ou nos terminais do gerador G2,
pode-se concluir por analogia aos cálculos já efetuados que as correntes de curto circuito serão,
respectivamente, como se segue:
Por fim,
52
4.3. Falta Assimétrica
No caso da falta não envolver as três fases ou as três fases e o neutro, tem-se uma falta
assimétrica. Neste caso a corrente de curto circuito que circulará nas fases não serão as mesmas
em módulo. Desta maneira, não se faz mais sentido a aplicação dos cálculos desenvolvidos acima.
Para este caso é necessário a apresentação de uma nova teoria para que se possa realizar a
análise da corrente de curto circuito que irá circular em cada fase independentemente. Sendo que
a teoria principal se dá através da análise por componentes simétricas.
4.3.1. Análise por Componentes Simétricas
Apresentado em 1918 pelo Dr. C.L Fortescue em seu trabalho intitulado como “Método de
Componentes Simétricos Aplicado à Solução de Circuitos Polifásicos”, a teoria demonstra que
um sistema desequilibrado de n fasores pode ser decomposto em n fasores equilibrados. [6]
Onde um sistema trifásico desequilibrado poderá ser decomposto em três sistemas com três
fasores equilibrados com as seguintes características.
1. Componentes de seqüência positiva: Três fasores iguais em módulo, e com
defasagem de 120° entre si, e com a mesma seqüência de fase dos fasores originais.
2. Componentes de seqüência negativa: Três fasores iguais em módulo, e com
defasagem de 120° entre si, mas com seqüência de fase contrária aos fasores originais.
3. Componentes de seqüência zero: Três fasores iguais em módulo, mas com
defasagem zero entre si.
Se representa a seqüência positiva pelo sub índice 1, a negativa por 2, e a seqüência zero
por 0. Abaixo, tem-se uma representação do que foi dito acima:
53
Figura 31 - Decomposição de um Sistema Desequilibrado
Analisando o sistema desequilibrado e os três fasores equilibrados tem-se que:
Devido à defasagem de 120° entre os fasores e a necessidade de manipulação matemática,
tem-se o operador a para facilitação dos cálculos. Da mesma maneira que o operador j representa
uma rotação de 90°, tem-se que o operador a representará uma rotação de 120°.
Portanto,
Assim, pode-se representar as componentes simétricas através do operador da seguinte
maneira:
Então reescrevendo as equações tem-se:
na forma matricial,
54
Assim, através da forma matricial acima se tem, a partir de um sistema desequilibrado,
todas as componentes dos três sistemas equilibrado na fase a, e, portanto para se obter as fases b e
c basta rotacionar para as seqüências positivas e negativas, e, para a seqüência zero repetir os
fasores com mesmo módulo e defasagem nula.
Analogamente podem-se deduzir as correntes elétricas,
4.3.2. Circuito de Seqüência positiva, negativa e zero
Dessa maneira, a análise feita acima trás como conseqüência três tipos de impedâncias:
impedância de seqüência positiva, negativa e zero. Portanto têm-se agora três circuitos elétricos
equilibrados, e assim poder-se-á analisar o curto circuito ocorrido em cada circuito separadamente
para se obter a corrente que circulará no circuito inicial.
Considerando um circuito com um gerador elétrico como fonte, tem-se que ao ocorrer um
curto circuito nos terminais deste gerador haverá a circulação nas linhas do sistema correntes
. E caso o curto circuito envolva a terra, tem-se uma corrente que irá circular no
neutro do transformador. Independente do grau de desbalanceamento entre as correntes que irão
55
circular nas fases, pode-se aplicar a teoria apresentada acima e então decompor o circuito em três
equilibrados.
Dessa maneira, iniciando pelo circuito de seqüência positiva tem-se que as tensões geradas
serão equilibradas, visto que o gerador fornece tensões trifásicas equilibradas, pois é projetado
para tal finalidade. Então, se esquematiza o circuito de seqüência positiva considerando a FEM do
gerador em série com a impedância positiva do gerador.
Figura 32 - Circuito Genérico de Seqüência Positiva
Ao contrário do circuito de seqüência positiva, os circuitos de seqüência negativa e zero
não têm o gerador em seus circuitos equivalentes. No entanto, devem-se considerar as
impedâncias de seqüência negativa e zero.
Sendo o de seqüência negativa,
Figura 33 - Circuito Genérico de Seqüência Negativa
e o de seqüência zero,
Figura 34 - Circuito Genérico de Seqüência Positiva
De um circuito de seqüência positiva para um circuito de seqüência negativa, tem-se que a
mudança será apenas na retirada do gerador e na mudança das impedâncias. No entanto no
circuito de seqüência zero a análise deve ser mais detalhada.
56
No circuito de seqüência zero, este pode ser interpretado como um circuito monofásico,
pois as fases terão mesmo módulo e fase. Assim, para que haja a corrente circulando é necessário
um caminho. Através deste raciocínio, dependendo das ligações dos transformadores ter-se-á um
tipo de circuito de seqüência zero equivalente. Sendo que para este caso em estudo, onde o as
ligações dos transformadores são estrela aterrado no primário e delta no secundário, ter-se-á um
caminho para as correntes de seqüência zero circular através da ligação estrela. No entanto, não
há circulação da corrente no circuito com ligação em delta. Portanto o circuito equivalente terá
apenas um caminho a partir da linha no lado estrela aterrado. [6]
4.3.3. Estudo dos Circuitos Equivalentes
Como já foi dito, a falta assimétricas pode envolver: FASE – FASE, FASE – TERRA,
FASE – FASE – TERRA. Então, primeiramente a análise será feita caso ocorra um falta FASE –
TERRA.
Normalmente as faltas com maior incidência são as faltas que ocorrem envolvendo uma das
fases e a terra, no entanto neste trabalho será apresentada a teoria para todos os tipos de faltas
assimétricas.
É importante deixar claro que, está sendo considerado o estudo de curto circuito para
apenas o caso onde todos os transformadores apresentam ligação delta-estrela aterrado.
FALTA FASE – TERRA: Neste caso ocorrerá um curto circuito entre uma das fases
(a, b ou c) e a terra. Para este caso será desenvolvido a teoria para uma fase, no caso a
fase “a”, e considerado a mesma teoria para o curto ocorrendo em qualquer outra fase.
Então, considerando a fase “a”, tem-se que a corrente de fase “b” e “c” será igual a zero e
a tensão na fase “a” será igual a zero também, devido ao curto circuito com a terra.
Dessa maneira,
e que
Pode-se concluir neste caso,
. E, portanto escrever a seguinte
igualdade:
57
Ao se analisar a equação (4.3.18) que representa a corrente que irá circular na fase
“a”, pode-se concluir que os circuitos de seqüência zero, positiva e negativa estarão em
série. Pois, as respectivas impedâncias se encontram em série.
Assim, o circuito pode ser representado da seguinte maneira:
Figura 35 - Circuito Genérico de Sequencia Positiva, Negativa e Zero
FALTA FASE – FASE: Representa um curto circuito ocorrendo entre duas fases
quaisquer. Se considerar que a falta ocorreu na fase “b” e na fase “c”, tem-se que: a
corrente na fase “a” será zero; as correntes que circularão entre a fase “a” e a fase “c”
terão mesmo módulo, no entanto com sentidos contrários; as tensões na fase “b” e “c”
serão de mesmo módulo. Assim,
e os componentes simétricos serão:
A equação para encontrar a corrente que circulará, será dada por:
58
Portanto pode-se notar que neste caso não se tem a componente de seqüência zero no
circuito equivalente. Sendo que este será constituído apenas pelo circuito de seqüência
positiva e negativa ligados em paralelo, pois a tem-se que como pode-se
verificar na igualdade abaixo:
Figura 36 - Circuito Equivalente Falta Fase-Fase
FALTA FASE – FASE – TERRA: Neste caso tem-se uma falta onde envolve duas
fases e a terra, considera-se que as fases envolvidas são a fase “b” e a fase “c”. Portanto
tem-se uma situação onde a corrente que irá circular na fase “a” será igual a zero e a
tensão na fase “b” e “c” será igual a zero também. Assim,
e os componentes simétricos serão
Então, =
. Substituindo e por e substituindo
na igualdade acima e multiplicando ambos os lados por Dessa forma,
59
E, portanto, tem-se que a equação equivalente será dada por:
Agora, tem-se toda teoria necessária para o desenvolvimento do cálculo de curto circuito.
Portanto, na próxima sessão irá iniciar o estudo de curto circuito para o sistema estudado
conforme figura abaixo.
Figura 37 - Planta do Projeto a Ser Estudado
Seguem os valores das impedâncias.
Transformadores
-Reatância de Dispersão
Geradores
-Impedância de Seqüência positiva
60
-Impedância de Seqüência negativa
-Impedância de Seqüência zero
Linha de Distribuição Entre a Barra da Cooperativa e da Rede de Distribuição
-Reatância de Seqüência positiva/ negativa
-Reatância de Seqüência zero
Linha de Distribuição da Rede
-Reatância de Seqüência positiva/ negativa
-Reatância de Seqüência zero
4.4. Calculando o Curto Circuito no Sistema Estudado
O primeiro passo para se iniciar o cálculo de curto circuito é transformar todo o sistema em
um circuito elétrico, onde os geradores representam as fontes, e as impedâncias das cargas,
transformadores, linha e geradores representaram as impedâncias.
Abaixo segue o sistema representado com as impedâncias de seqüência positiva.
Figura 38 - Circuito de Impedâncias Positivas da Planta a Ser Estudada
61
É possível notar que não foi considerado a presença dos transformadores de 1000kVA ,que
estão alimentando as cargas, no esquema à cima. Essa simplificação é feita devido a não presença
de cargas rotativas ligada a esse transformador. Dessa forma pode-se concluir que não haverá
contribuição de corrente de curto circuito por esse alimentador.
No entanto, ao se analisar o sistema nota-se que na linha de distribuição proveniente da
rede elétrica da concessionária não se tem uma definição de qual é o gerador conectado na barra e
sua respectiva impedância. Isso ocorre, pois o gerador que está alimentando essa linha se encontra
em um ponto distante onde alimenta não apenas a carga da cooperativa, mas também muitas
outras cargas ligadas na rede. Quando se tem uma situação deste tipo, um grande sistema, a barra
da rede é substituída pelo o que é chamado de barra infinita.
Essa substituição é feita para simplificar o sistema, pois quando se conecta um gerador
síncrono na rede, pode assumir que sua potência é muito inferior sendo que este não provocará
perturbações no sistema. Portanto, a barra infinita é equivalente a uma fonte ideal (reatância nula)
que independe da potência fornecida/ absorvida e das perturbações dos geradores.
Figura 39 - Circuito de Seqüência Positiva da Planta a Ser Estudada
Agora passando todas as impedâncias para p.u (por unidade) para uma mesma base,
considerando os valores de potência e tensão do gerador como base. Assim, tem-se que
e .
Dessa maneira segue abaixo:
Impedância dos Transformadores (1000kVA): Para este caso tem-se que considerar a
relação de transformação para encontrar a tensão base equivalente após o transformador.
Sendo, portanto, igual a 13,8kV.
Impedância dos Geradores: A impedância dos geradores será a mesma, afinal estas já
estão na base utilizada.
62
Impedância das linhas: Para este caso tem-se que encontrar a impedância base, e
então dividir a impedância da linha pela impedância base. Assim, tem-se que a
impedância base é dada por:
Portanto as impedâncias da linha em p.u serão dadas por:
Para o cálculo de curto circuito simétrico é preciso encontrar o circuito equivalente, como
mostrado na figura39. Assim, deve-se encontrar a impedância equivalente e transformar todas as
fontes que representam o gerador em apenas uma fonte equivalente.
Considerando que o curto circuito ocorrerá na barra da cooperativa, pode-se encontrar a
impedância equivalente de Thevenin curto circuitando as fontes que representam os geradores. Na
figura abaixo segue o circuito representado.
Figura 40 - Impedância Equivalente de Thevenin
Dessa maneira a impedância equivalente será igual a:
63
Para se encontrar a fonte equivalente é necessário utilizar o teorema da superposição. Pois
devido à existência de quatro fontes, a sua análise sobre o ponto de vista de circuitos elétricos
torna-se complexa. Dessa maneira com o teorema da superposição pode-se analisar uma fonte de
cada vez e então somar a contribuição de cada uma para que se possa encontrar a fonte
equivalente.
Iniciando a análise tem-se apenas uma fonte sendo que as outras foram curto circuitadas,
conforme mostra a figura abaixo.
Figura 41 – Aplicando Teorema Superposição
Para simplificar os cálculos pode-se transformar a fonte de tensão em fonte de corrente,
calcular as impedâncias em paralelo e então retornar para fonte de tensão. Abaixo é mostrada a
seguinte simplificação.
Figura 42 – Encontrando a Tensão Equivalente de Thevenin
Portanto tem-se que a tensão equivalente para esta fonte será dada por um divisor de tensão
conforme calculado abaixo:
64
Através de uma análise pode-se concluir que essa tensão equivalente encontrada para a
fonte G1 será a mesma para todas as outras fontes, pois o circuito equivalente será o mesmo.
Então somando a contribuição das quatro fontes encontrar-se-á que a tensão de Thevenin
equivalente será igual a . Abaixo segue o circuito equivalente com os dois
pontos de curto circuito a serem estudados.
Figura 43 - Circuito Equivalente
Onde o ponto 1 representa uma falta ocorrendo nos terminais da SE da cooperativa,
enquanto que o ponto 2 representa uma falta que ocorre nos terminais da SE da rede, em um local
fora da cooperativa.
4.4.1. Aplicando o Cálculo de Curto Circuito Simétrico
O estudo de curto circuito envolverá dois possíveis pontos para a ocorrência de uma falta,
como indicado na figura acima, ponto 1 e 2. Logo abaixo se tem o desenvolvimento dos cálculos.
Curto Circuito no ponto 1 (Subestação Cooperativa) : Para o curto circuito ocorrendo
neste ponto haverá contribuição dos geradores e da rede elétrica de distribuição. Dessa
maneira além de se encontrar a corrente de curto circuito resultante, é importante também
saber qual será a contribuição de proveniente da rede e dos geradores, para que possa ser
feito a parametrização do relé. Então, primeiramente calculando a contribuição dos
geradores e da rede de distribuição, respectivamente, ter-se-á:
65
Enquanto que a corrente total de curto circuito será:
Para encontrar os valores das correntes em Àmperes é necessário encontrar a corrente
base dada como calculado logo abaixo.
Dessa forma,
A potência de curto circuito será igual a
Curto Circuito no ponto 2 (Subestação Concessionária):Quando o curto circuito
ocorrer neste ponto tem-se a impedância da linha de distribuição da cooperativa em série
com as impedâncias dos geradores e transformadores. Dessa maneira se obtém as
correntes de curto circuito conforme abaixo:
-Corrente de Curto Circuito Simétrico:
A corrente total será:
66
Os valores em Àmperes são:
A potência de curto circuito é dada por:
4.4.2. Aplicando o Cálculo de Curto Circuito Assimétrico
Para o cálculo de curto assimétrico será necessário que as impedâncias de seqüências
positiva, negativa e zero estejam na mesma base, sendo este o procedimento idêntico ao realizado
para o cálculo de curto simétrico. Dessa maneira, para a mesma tensão e potência base utilizadas
tem-se os seguintes valores:
Impedância dos Transformadores (1000 kVA):
Impedância dos Geradores: Como a base utilizada são os valores de tensão e
potência do gerador tem-se que as impedâncias serão as mesmas.
Impedância das linhas:
Portanto as impedâncias da linha em p.u serão dadas por:
67
O cálculo de curto assimétrico será realizado apenas para o caso da falta fase-terra, pois
qualquer outra falta que ocorrer no sistema terá sua corrente maior.
- Circuito de seqüência positiva: Para este circuito equivalente consideram-se os
geradores e as impedâncias de seqüência positiva, sendo o mesmo circuito analisado para
o cálculo de curto simétrico.
- Circuito de seqüência negativa: As fontes são curto circuitadas e, como a impedância
dos geradores muda, calcula-se o equivalente de Thevenin novamente. Abaixo segue o
cálculo da impedância de Thevenin equivalente.
Figura 44 – Encontrando a Impedância Equivalente de Seqüência Negativa
Dessa forma o circuito equivalente é dado por:
Figura 45 - Circuito Equivalente de Seqüência Negativa
- Circuito de seqüência zero: Devido ao circuito do lado de alta tensão do transformador
ter ligação tipo delta e o circuito de baixa ter ligação tipo estrela aterrado, haverá apenas
um caminho para o circuito de seqüência zero, sendo do lado de baixa tensão.
Outro ponto importante é que a conexão dos geradores é do tipo estrela aterrado, e como
estes estão no lado de baixa tensão, haverá, portanto, uma ligação entre a impedância de
seqüência zero do transformador e dos geradores.
68
Dessa maneira, o circuito equivalente de seqüência zero segue abaixo.
Figura 46 - Circuito Equivalente de Seqüência Zero
Curto Circuito no ponto 1: Como foi visto, os três circuitos equivalentes estão em
série, sendo assim pode-se representar os três circuitos para um curto circuito ocorrendo
no ponto 1 da seguinte forma.
Figura 47 - Circuito Equivalente de Seqüência Positiva, Negativa e Zero da Planta para Falta no Ponto 1
Dessa forma tem-se que a corrente de curto assimétrico será dada por:
69
Onde,
Portanto,
Em Ampères a corrente será dada por:
A contribuição dos geradores e da rede será, respectivamente:
70
Enquanto que a contribuição da rede será dada por:
A potência do curto é:
Curto Circuito no ponto 2: Para este caso tem-se o circuito equivalente da seguinte
forma.
71
Figura 48 - Circuito Equivalente de Seqüência Positiva, Negativa e Zero da Planta para Falta no Ponto 2
Repetindo os cálculos conforme já foram realizados para o caso do curto circuito no
ponto 1, conclui-se que:
72
A contribuição dos geradores e da rede será, respectivamente:
Enquanto que a contribuição da rede será dada por:
A potência do curto é:
73
Agora, têm-se todas as correntes de curto, simétrica e assimétrica, nos dois pontos do
sistema estudado. Conforme já havia sido dito, a corrente de curto circuito simétrica é a maior
corrente que poderá circular no sistema e, assim, todo o dimensionamento dos equipamentos que
irão compor este sistema deverão seguir este parâmetro. Enquanto, a corrente de curto circuito
assimétrica fase-terra será a menor corrente de falta que circulará no sistema caso ocorra um curto
circuito e o relé tenha que atuar.
Abaixo segue uma tabela que resume todos os valores encontrados.
Curto Circuito Simétrico
Ponto 1 Ponto2
Curto Circuito Simétrico Total (A) 1397,6324
Curto Circuito Simétrico Contribuição
Geradores (A) 556,2827 380,6776
Curto Circuito Simétrico Contribuição da
Rede(A) 886,1161 4158,3855
Potência de Curto Circuito Simétrico (kVA) 33.406,63
Tabela 1 - Valores de Curto Circuito Simétrico Calculados
Curto Circuito Assimétrico Fase-Terra
Ponto 1 Ponto2
Curto Circuito Assimétrico Total (A) 861,5816
Curto Circuito Assimétrico Contribuição
Geradores (A) 264,2457
Curto Circuito Assimétrico Contribuição da
Rede(A) 621,9895
Potência de Curto Circuito Assimétrico
(kVA)
Tabela 2 - Valores de Curto Circuito Assimétrico Calculados
74
4.5. Simulando a Falta no PowerFactory
PowerFactory é um software utilizado para resolver problemas relacionados com sistemas
de transmissão, distribuição ou plantas industriais. Onde, se consegue gerar fluxos de cargas,
estudo de transitórios, gerar gráficos de corrente versus tempo para o estudo de coordenação e
seletividade, entre outras funções.
Após a modelagem do sistema, foram calculadas as correntes de curto circuito total para os
dois possíveis pontos de curto circuito estudado.
Primeiramente, para o curto circuito ocorrendo no ponto 1 (Terminal 3) tem-se a
modelagem do sistema conforme abaixo:
Figura 49 - Simulação no PowerFactory para Falta no Ponto 1
Então, após o sistema calcular as correntes de curto circuito, simétrica e assimétrica, no
ponto solicitado (Terminal 3) pode-se observar os seguintes resultados.
75
Total Contribuição dos
Geradores
Contribuição da
Rede
Corrente de Curto
Circuito Simétrico (A) 1.465 578 887
Corrente de Curto
Circuito
Assimétrico(A)
903 264 639
Tabela 3 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta no Ponto 1
A potência de curto circuito simétrico é de 35.016kVA, enquanto que a potência de curto
circuito assimétrica é 7.194 kVA.
Ao se comparar com os valores que já haviam sidos calculados através da teoria de cálculo
de curto circuito, é possível notar que há uma pequena diferença. Isto, no entanto, se deve ao fato
do software PowerFactory considerar que os componentes do sistema não são ideais,
diferentemente do cálculo efetuado onde se considera uma situação ideal.
Agora, para a falta ocorrendo no ponto 2 (T-Rede) tem-se:
Figura 50 - Simulação no PowerFactory para Falta no Ponto 2
76
Total Contribuição dos
Geradores
Contribuição da
Rede
Corrente de Curto
Circuito Simétrico (A) 4.564 401 4.163
Corrente de Curto
Circuito Assimétrico
(A)
6731 390 6.341
Tabela 4 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta no Ponto 2
A potência de curto circuito simétrico é de 109.086kVA, enquanto que a potência de curto
circuito assimétrica é 53.627kVA.
Por fim, a simulação de uma falta ocorrendo nos terminais dos geradores e da carga, apesar
deste cálculo não ter sido demonstrado passo a passo é de fundamental importância na análise da
parametrização do relé, pois a corrente de curto circuito será a menor.
Segue a simulação na barra dos geradores,
Figura 51 - Simulação no PowerFactory para Falta nos Terminais dos Geradores
77
Como o estudo está visando apenas o disjuntor responsável pelo paralelismo, neste caso
ter-se-á apenas a contribuição da rede da concessionária para a falta ocorrendo nos terminais do
gerador.
Contribuição da
Rede
Corrente de Curto
Circuito Simétrico (A) 334
Corrente de Curto
Circuito
Assimétrico(A)
230
Tabela 5 - Valores de Curto Circuito Obtidos no PowerFactory para Falta nos Terminais dos Geradores
Agora, a simulação nos terminais da carga,
Figura 52 - Simulação no PowerFactory para Falta nos Terminais da Carga
78
Como o valor do transformador da carga é o mesmo que o transformador do gerador, as
correntes de curto circuito, simétrico e assimétrico, são iguais para o curto circuito ocorrendo nos
terminais do gerador.
79
5. PARAMETRIZAÇÃO DO RELÉ DIGITAL - RESULTADOS
Finalmente tem-se a parametrização do relé digital, ou seja, o equipamento de proteção irá
ser programado para que efetue a proteção do sistema conforme os valores que se deseja.
Como já foi dito em sessões anteriores, a concessionária local, Elektro, tem uma norma
especifica para casos como este, onde existe um paralelismo momentâneo entre um co-gerador e a
rede da concessionária. Assim, foi escolhido um relé do fabricante SIEMENS que atende às
proteções exigidas pela norma.
As proteções são: 50/51, 50/51N, 51GS, 67, 32, 27, 59, 59N, 81.
5.1. Relé 7SJ62
O relé a ser utilizado trata-se do modelo 7SJ62, sendo este um modelo importado, fabricado
na Alemanha.
O código do relé representa mais que uma simples identificação, através deste pode-se
identificar quais são as funções de proteção, seu tipo de comunicação, o idioma em que opera,
tipo de montagem, presença de oscilografia, quantidades de saídas/entradas, tensão de
alimentação, entre outros. Abaixo tem um esquema sobre a posição dos caracteres e seu
significado, e através de uma consulta ao databook do fabricante tem-se todas as características do
equipamento.
Figura 53 - MLFB do Relé
Para o projeto estudado a concessionária exige apenas as funções de proteção, assim todas
as demais funções do relé se fazem como opcionais que dependerá de qual será a necessidade do
80
cliente, neste caso a cooperativa. Dessa maneira, abaixo se apresenta as principais características
do relé que está sendo proposto para o sistema, e seu respectivo código.
04 entradas para sinal de tensão e 04 entradas para sinal de corrente/ 08 entradas e 08
saídas lógicas
Oscilografia
Tensão auxiliar de 110 até 250 Vcc/ 115 até 230 Vca.
Idioma Inglês
Fault Recording
Proteções (ANSI): 50/51, 50/51N, 49, 46, 37, 47, 50BF, 74TC, 86, 67, 67N, 27, 59,
81U/O, 32.
Comunicação RS 485-Modbus
Código do Relé: 7SJ6235-5EB90-1HH0-L0D
Figura 54 - Relé Siemens Modelo 7SJ62
Esse relé ainda possui medições que podem ser visualizadas no próprio display, ou ainda,
através de um local remoto devido à comunicação RS 485-Modbus. As medições que executa são:
corrente (A), tensão (V), potência ativa (VA), potência reativa (VAr), fator de potência,
freqüência (Hz), energia (Wh).
5.2. Software de Parametrização – DIGSI
O relé modelo 7SJ62 pode ter sua parametrização via relé, ou ainda, através de um software
de parametrização chamado DIGSI que deve ser comprado do mesmo fornecedor do relé, a
81
SIEMENS. A parametrização via software ocorre via cabo computador-relé ou através da rede
industrial.
Através deste software se consegue ir além da simples parametrização do produto, mas
também é possível que se criem lógicas através de diagramas SFC (Sequential Function Chart),
ler arquivos com os valores de falta registrado (oscilografia) tanto de tensão como de corrente e
ler valores medidos do sistema.
Abaixo segue uma seqüência passo a passo para se parametrizar o relé via software.
1. Abrir o Software DIGSI e criar um novo projeto.
Figura 55 - Tela New Project DIGSI
2. Adicionar o Device Catalog, onde há todos os modelos de relé Siemens, e escolher o
modelo 7SJ62.
Figura 56 - Tela Device Catalog DIGSI
82
3. Escolher as características do relé. (código relé - MLFB)
Figura 57 - Configurando as Características do Relé
4. Clicar no equipamento e posteriormente no item Device Configuration. Este será o
ponto onde irá habilitar as funções que o usuário deseja.
Figura 58 - Habilitando as Funções que o Relé Executará
5. Após selecionar as proteções que se deseja parametrizar, deve-se clicar no item Power
System Data 1. Neste ponto o usuário irá selecionar as características do sistema, tais
como tensão nominal no primário e secundário do TP, corrente nominal no primário e
secundário no TC, freqüência nominal, entre outros.
83
Figura 59 - Configurando Valores de Tensão Nominal, TC´s, TP´s, Freqüência Nominal, etc
6. Por fim, clicar no item Setting Group A, onde irá selecionar cada função de proteção
desejada e inserir os parâmetros.
Figura 60 - Selecionando as Funções para Entrar com os Parâmetros
5.2.1. Parametrização de Sobre/Sob Tensão (27, 59)
Variações na tensão de serviço podem ser provocadas por uma série de fatores, tais como
transitórios provocados pela inserção de bancos de capacitores na rede, saída de grandes cargas da
rede elétrica, descargas atmosféricas entre outros. Sendo que essa variação pode danificar o
sistema e os equipamentos. Uma sobre tensão pode provocar o dano de equipamentos mais
sensíveis, enquanto que a sub tensão pode desprogramar equipamentos microprocessados tais
como CLP´s.
Inicialmente devem-se habilitar as funções Under/Over voltage.
84
Figura 61 - Habilitando as Funções Sub/Sobre Tensão
A norma específica os seguintes valores a serem parametrizados.
Sobre Tensão (59): Pickup 120% - Tempo de Atuação 1s
Sob Tensão (27): Pickup 80% - Tempo de Atuação 1s
Assim, como a relação do TP escolhido no projeto foi de
–
,
tem-se que 80% do valor de tensão será Vs=54V, enquanto o valor de sobre tensão será 120%, ou
seja, Vs=80V.
O DIGSI oferece dois conjuntos de ajustes para se utilizar na parametrização do relé.
Assim, além do valor exigido por norma, será utilizado um valor de 90% e 110% (60V/sub tensão
e 73V/sobre tensão)como valor de pickup com um tempo de atuação de 1,5s. Segue a
parametrização.
85
Figura 62 - Entrando com os Parâmetros de Sub Tensão
Figura 63 - Configurando os Valores de Sobre Tensão
5.2.2. Parametrização de Sobre/Sob Frequência (81U/O)
Essa função monitora a freqüência de operação da rede, sendo a nominal de 60Hz para o
projeto em estudo. Uma pequena alteração da freqüência para mais ou para menos pode danificar
equipamentos sensíveis, uma vez que esse desvio na freqüência ocorre devido à instabilidade das
máquinas. Portanto, a proteção ao detectar o desvio na freqüência irá isolar as cargas protegidas.
86
Segunda a norma segue os valores abaixo.
Sobre Freqüência (81O): Pickup 105% (63Hz)
Sob Freqüência (81U): Pickup 95% (57Hz)
O software de parametrização do relé fornece a possibilidade de ajustar quatro valores
referentes à proteção de freqüência. Assim, pode-se selecionar dois valores diferentes, para sub e
sobre freqüência, de Pick Up/Tempo de Atuação.
No entanto, para o projeto abordado no estudo, utilizar-se-á apenas dois valores, um para
sub e o outro para sob freqüência. Sendo habilitado o valor de pick up F1 para sobre freqüência e
o valor pick up F2 para sub, e os demais permanecendo desativados.
Segue o quadro de parametrização abaixo.
Figura 64 - Configurando a Proteção de Sub/Sobre Freqüência
Observar que apesar dos valores de pick up F3 e F4 estarem com os mesmo valores
parametrizados em F1 e F2, aqueles permanecem desativados.
5.2.3. Fluxo Reverso de Potência (32)
Essa função irá monitorar se está ocorrendo um fluxo de potência contrário dos geradores,
ou seja, se estes estão fornecendo potência para a rede ao invés da carga.
87
A norma exige que o relé seja parametrizado tanto para fazer a proteção no sentido de
exportação quanto de importação de potência. Considerando o lado das cargas como referência,
segue os dados a serem parametrizados conforme abaixo.
-Exportação (sentido: cargarede)
10% da Potência Total dos Geradores
Tempo de Atuação 0,5 – 1s.
Assim, como há quatro geradores de 553kVA cada, a potência que irá ser parametrizada
será
.
Para se parametrizar o fluxo de potência ativa reversa é necessário encontrar a potência
ativa através do fator de potência. Para isso utiliza-se o fator de potência mínimo exigido pela
ANEEL, fp=0,92. Então, .
-Importação (sentido: redecarga)
Baseado na Demanda Máxima
Tempo de Atuação 0,5 – 1s.
Como a carga máxima é de 2000kVA, , este será o valor de
pickup utilizado.
Para habilitar a função 32 no DIGSI é necessário clicar no item DEVICE
CONFIGURATION, e na tela FUNCTION SCOPE deve-se habitar a quantidade de funções
necessárias (duas funções, importação e exportação de potência) no item FLEXIBLE
FUNCTION.
88
Figura 65 - Habilitando Funções Flexíveis
Feito a seleção da quantidade de funções que serão necessárias, deve-se clicar em OK e
selecionar o item Additional Functions. E, inserir os parâmetros conforme mencionados acima.
Assim, para o fluxo de potência reverso, exportação, segue passo a passo o procedimento.
1. Habilitando a função.
Figura 66 - Habilitando a Função Flexível 1
2. Escolhendo a grandeza a ser supervisionada pelo relé, potência ativa reversa.
89
Figura 67 - Escolhendo a Função de Potência Reversa
3. Escolhendo se o relé irá enviar o sinal de TRIP quando a grandeza exceder ou ficar
abaixo do valor parametrizado.
Figura 68 - Configurando o Relé para Dar o Trip Quando a Potência Reversa Exceder Limite
4. Parametrizando os valores de Pickup e tempo de atuação
90
Figura 69 - Configurando o Valor de Pickup e Tempo para Potência Reversa
Enquanto que para o fluxo de potência, importação, tem-se conforme abaixo.
1. Habilitando a função.
Figura 70 - Habilitando a Função Flexível 2
2. Escolhendo a grandeza a ser supervisionada pelo relé, fluxo de potência ativa.
91
Figura 71 - Escolhendo a Função de Potência Sentido Importação
3. Escolhendo se o relé irá enviar o sinal de TRIP quando a grandeza exceder ou ficar
abaixo do valor parametrizado.
Figura 72 - Configurando o Relé para Dar o Trip Quando a Potência Importada Exceder Limite
4. Parametrizando os valores de pickup e tempo de atuação
92
Figura 73 - Configurando o Valor de Pickup e Tempo para Potência Reversa
Observar que o tempo de atuação escolhido foi de 0,8s, pois a concessionária específica
que este tempo deve estar entre 0,5 e 1s.
5.2.4. Proteção de Sobrecorrente (50/51, 50/51N, 50GS)
Agora, tem-se a parametrização das funções de proteção de sobrecorrente, tanto de fase
quanto de neutro. Para se realizar essa proteção é necessário um estudo de coordenação e
seletividade do sistema, sendo este o responsável por coordenar a operação das proteções.
Como no sistema existem vários equipamentos de proteção, tais como disjuntores e
fusíveis, é necessário que exista um estudo em que coordene qual proteção irá atuar primeiro para
certo tipo de falta e qual será essa ordem. Neste caso o estudo contemplará apenas o disjuntor da
concessionária, disjuntor da subestação da cooperativa, e os fusíveis que protegem os
transformadores, portanto apenas equipamentos em média tensão.
A concessionária ajusta seu relé de proteção com os seguintes parâmetros:
1. Sobrecorrente de fase
Tempo Inverso
i) Pickup=360A
ii) Curva Time Level=0,1s
93
iii)Muito Inversa
Tempo Definido
i) Pickup=3600A
ii) Temporização=Instantânea
2. Sobrecorrente de Neutro
Tempo Inverso
i) Pickup=60A
ii) Time Level=0,35s
iii) Curva Muito Inversa
Tempo definido
i) Pickup=840A
ii) Temporização=Instantânea
3. Neutro Sensível
Pickup=12A
Curva=Tempo Definido
Temporização=3s
Assim, para parametrizar o relé da cooperativa, e, também escolher o fusível a ser utilizado,
deve-se levar em conta esses parâmetros da concessionária como base.
Outro ponto a ser considerado é a corrente nominal que irá circular e o pico da corrente de
inrush, proveniente da energização dos transformadores de 1000kVA. Está considerando que os
transformadores da carga serão energizados um por vez, ou seja, primeiramente energiza um
transformador e espera até que a corrente de inrush diminua para depois energizar o outro. Dessa
maneira, tem-se que pensar em uma corrente de inrush provocada por apenas um transformador
de 1000kVA, que normalmente é de oito vezes a corrente nominal.
A corrente nominal de um transformador de 1000kVA é de:
Dessa maneira, a corrente de inrush será da ordem de:
94
Considerando que para um curto ocorrendo nos terminais do gerador, ou da carga, tem-se a
menor corrente de curto que poderá circular, e, sendo esta igual a 334A, igual à corrente de inrush
para este caso. Portanto, toma-se este valor para o ajuste do fusível e da proteção do disjuntor da
subestação da cooperativa. Assim, o fusível deverá atuar mais rápido que o disjuntor para proteger
o transformador, sendo que o disjuntor ficará na proteção de retaguarda caso o fusível falhe.
Para ajustar a proteção de sobrecorrente de fase para uma falta ocorrendo no ponto 1, o
disjuntor da cooperativa deverá atuar antes que o disjuntor da concessionária, sendo que este
ficará como proteção de retaguarda. Para ajuste da curva de proteção da cooperativa levou-se em
consideração um tempo maior que 400ms para que o disjuntor da concessionária atue depois. E,
além disso, deve-se levar em consideração que este será o caso que irá circular a maior corrente
pelo disjuntor, igual a 887A. Assim considera-se como ajuste para proteção de sobrecorrente de
tempo definido um valor de Pickup=890A. Neste caso os fusíveis também deverão atuar para
proteger o curto circuito no transformador.
Para uma falta no ponto 2, tanto o disjuntor da concessionária como da cooperativa deverão
atuar para proteger a linha, e os fusíveis irão atuar apenas caso o disjuntor da cooperativa falhe ao
eliminar a falta.
E, por fim, para o ajuste da proteção de sobrecorrente de tempo inverso deve-se ajustar uma
curva que atue antes do disjuntor da concessionária e depois do fusível. Seguindo esta filosofia os
valores escolhidos são: Pickup=140A, Time Dial=0,6s, curva muito inversa padrão IEC.
Como já foi dito em seções anteriores, a proteção dos geradores será feito na baixa tensão
através da USCA (Unidade de Supervisão de Corrente Alternada), desta forma este trabalho
limita-se em dimensionar apenas equipamentos da média tensão.
Segue abaixo a curva de coordenograma para proteção de sobrecorrente de fase onde é
mostrado, o ajuste da concessionária, da cooperativa, a atuação do fusível, a corrente nominal do
transformador e a corrente de inrush do transformador.
95
Figura 74 - Coordenograma Sobrecorrente de Fase
Simulando as faltas no PowerFactory e verificando o tempo de atuação dos equipamentos,
pode-se certificar da eficiência da seletividade. Abaixo segue um quadro com os locais de faltas e
tempos.
Tempos Falta Ponto
1
Falta Ponto
2
Terminal
Gerador
Fusível 0,263s 0,817s 0,086s
Relé Cooperativa 0,127s 0,362s 0,467s
Tabela 6 - Tempo para Eliminação da Falta
Assim, é possível observar que o transformador está protegido, bem como a linha de
transmissão, e os equipamentos de proteção estão atuando seletivamente e coordenados.
96
E, por fim têm-se os ajustes da sobrecorrente de neutro onde segue a mesma linha utilizada
para a sobrecorrente de fase. Assim, para a sobrecorrente de neutro inversa foi ajustado uma curva
em que o relé da cooperativa atue 400ms antes que o relé da concessionária e que possa detectar a
menor corrente de falta que irá circular, sendo esta para uma falta ocorrendo nos terminais do
gerador/ carga igual a 230A. Então, os valores para o ajuste são: Pickup=45A, Time Dial=0,1s,
curva muito inversão padrão IEC.
Enquanto que para a proteção de sobrecorrente de neutro tempo definido tem-se que levar
em consideração que a maior corrente que poderá transitar pelo disjuntor da cooperativa é de
639A, quando ocorre uma falta no ponto 1. Assim, o valor escolhido para ajuste da corrente de
Pickup é 650A.
Finalmente, para ajustar a proteção de neutro sensível escolheram-se os seguintes valores:
Pickup=10A, curva de tempo definido e temporização=1s.
Então segue abaixo o a curva de coordenograma para a proteção de sobrecorrente de
neutro.
Figura 75 - Coordenograma Sobrecorrente de Neutro
Abaixo segue passo a passo a parametrização das funções de proteção de sobrecorrente no
DIGSI.
97
1. Habilitando as funções de proteção de sobrecorrente de fase e de neutro.
Figura 76 - Habilitando Função de Sobrecorrente de Fase e Neutro
2. Proteção de sobrecorrente de fase tempo definido.
Figura 77 - Ajustando os Parâmetros de Sobrecorrente de Fase Tempo Definido
Para a proteção de sobrecorrente de tempo definido tem-se Pickup=890A e t=0. Como o TC
escolhido tem relação de 100-5A, o valor a ser ajustado deverá ser de 44,50A.
O relé disponibiliza três valores de ajuste, no entanto está considerando apenas um, e os
outros ajustados com o mesmo valor.
3. Proteção de sobrecorrente de fase de tempo inverso.
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Figura 78 - Ajustando os Parâmetros de Sobrecorrente de Fase Tempo Inverso
Os valores a serem ajustados são: Pickup=140A, Time Dial=0,6s e curva muito inversa
padrão IEC. Assim, devido à relação de transformação do TC o valor de ajuste de Pickup é 7A.
4. Proteção de sobrecorrente de neutro tempo definido.
Figura 79 - Ajustando os Parâmetros de Sobrecorrente de Neutro Tempo Definido e Neutro Sensível
Neste caso ajustaram-se dois valores iguais para a proteção de neutro tempo definido e um
valor para proteção de neutro sensível. Pois, foi considerado que a proteção de neutro sensível
será feita através da soma das correntes das três fases, e não através do transformador de corrente
toroidal. Assim, a corrente de Pickup para a proteção de neutro tempo definido ajustada é de
99
32,5A com tempo t=0s, e para a proteção de neutro sensível tem-se valor de Pickup de 0,5A e
Time Delay igual a 1s.
5. Proteção de sobrecorrente de neutro tempo inverso.
Figura 80 - Ajustando os Parâmetros de Sobrecorrente de Neutro Tempo Definido
Considerando Pickup=2,25, Time Dial=0,1s e curva muito inversa padrão IEC. Devido a
relação de transformação do TC tem-se valor de corrente igual a 2,25A.
5.2.5. Sobre Tensão de Neutro (59N)
Quando há um gerador em paralelo com a rede da concessionária este modifica o
comportamento elétrico do sistema, e caso ocorra uma falta fase-terra o sistema pode não detectá-
la, dessa maneira a geração do cliente pode alimentar uma falta mesmo após os disjuntores da
concessionária terem sido abertos. Assim, esta proteção se faz um recurso muito recorrente para a
detecção e proteção de faltas fase-terra.
Quando o sistema está operando em uma situação normal, ou seja, sem faltas, a
componente de seqüência zero da tensão tem valor nulo. No entanto, ao ocorrer uma falta fase-
terra pode-se observar um desbalanceamento das fases, e, portanto a tensão de seqüência zero não
será mais nula.
Para que essa proteção seja executada é necessário haver três transformadores de potencial
ligados fase-terra, conforme já escolhidos para este projeto. Sendo que a ligação deve ser estrela
aterrado no primário e delta aberto no secundário. Assim, o relé irá colher os valores de tensão no
secundário do TP, e caso esta seja diferente de zero, de acordo com o valor de Pickup ajustado no
relé, este irá atuar abrindo o disjuntor.
Segue abaixo a ligação dos TP‟s:
100
Figura 81 - Ligação TP's Fase-Terra (Estrela Aterrado - Delta Aberto)
Na norma da concessionária, esta exige que o ajuste do relé deva ter seu valor máximo
limitado a 90% da tensão de seqüência zero considerando apenas a geração, ou seja, 90% da
tensão de curto circuito fase terra que surge com o sistema isolado. E, que o tempo de atuação
seja 0,150s.
Assim, considerando a situação de um curto circuito na entrada da concessionária da
cooperativa, barra do disjuntor responsável pelo paralelismo, tem-se que o valor da tensão de
seqüência zero é V.
Devido a ligação dos TP‟s ser fase-terra tem-se que a relação de transformação será dada
por
–
, e, portanto a tensão de Pickup a ser ajustada será 199,25V. No entanto, como a
norma refere-se a 90% da tensão, tem-se 179,32V.
Abaixo segue passo a passo o processo de parametrização do relé com os devidos
parâmetros.
1. Habilitando a função 59N.
Assim como a função de fluxo de potência reversa, para a função 59N tem-se que habilitá-
la através de uma função flexível, sendo neste caso a posição flexible function 03.
Figura 82 - Escolhendo a Função Flexível 03
101
Figura 83 - Habilitando a Função Flexível
2. Escolhendo grandeza a ser monitorada.
Figura 84 - Escolhendo a Grandeza a ser Medida
3. Nesta etapa irá selecionar a opção de medição através da tensão de sequencia zero, a
opção do relé dar o sinal de TRIP assim que o valor da tensão ultrapassar o Pickup e o sistema de
tensão fase-terra devido a ligação dos TP‟s.
102
Figura 85 - Escolhendo o Tipo de Medição, Quando o Trip Irá Ocorrer e a Ligação do TP
4. E por fim ajustar o valor de Pickup e tempo.
Figura 86 - Ajustando os Parâmetros: Pickup e Tempo
5.2.6. Sobrecorrente Direcional de Fase (67)
Esta proteção opera com o mesmo princípio que a sobrecorrente de fase 50/51, atuando
quando a corrente ultrapassar o valor pré ajustado. No entanto, apenas quando a corrente estiver
circulando em um sentido pré escolhido.
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A concessionária exige em sua norma que seja ajustado um Pickup referente a menor
corrente de curto circuito que pode circular para uma falta ocorrendo no sistema da
concessionária. Sendo que a proteção somente ocorrerá para uma corrente circulando no sentido
do gerador para a concessionária (exportação).
A norma da concessionária exige que o tempo de atuação deve ser de 0,150s. a curva tempo
x corrente deve ser de tempo definido e que o valor de pick-up igual, ou menor, que 80% da
menor corrente de curto circuito.
Dessa forma, com todos os geradores operando tem-se, para um curto circuito na
subestação da concessionária, a corrente de curto circuito que circulará dos geradores para
concessionária será igual a 390A (conforme já calculado anteriormente). E, portanto, a corrente de
ajuste exigida deverá ser de (corrente no secundário será 15,6A).
Foram feitas simulações de falta fase-terra para quatro, três, dois e um gerador operando.
Assim, chegou-se em o melhor ajuste para a proteção de tempo inverso de acordo com o tempo da
eliminação das faltas. Abaixo se pode verificar a curva de coordenograma e a tabela com os dados
obtidos.
Figura 87 - Coordenograma Tempo x Corrente - Proteção 67
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Número de
Geradores
Operando
Corrente de Curto
Circuito Assimétrica
Tempo de
Eliminação da Falta
Um Gerador 165A 0,725s
Dois Geradores 285A 0,401s
Três Geradores 341A 0,190s
Quatro Geradores 390A 0,190s
Tabela 7 - Tempo de Eliminação de Falta - Função 67
Portanto o ajuste que se chegou para tempo inverso é: curva muito inversa padrão IEC,
Time Dial=0,5s e Pickup=16A.
Abaixo se tem a parametrização.
1. Primeiramente se habilita a função 67, sobrecorrente direcional de fase. E, seleciona
a opção reverso, já que a função 67 apenas irá atuar quando a sobrecorrente for no sentido gerador
para a rede.
Figura 88 - Habilitando Função Sobrecorrente Direcional de Fase - 67
2. Agora, insere os valores de Pickup e Time Delay para o ajuste de sobrecorrente de
fase tempo definido. Como o relé fornece a possibilidade de dois ajustes, será ajustado o mesmo
valor para os dois.
105
Figura 89 - Ajuste Sobrecorrente de Fase Tempo Definido
3. Por fim, o ajuste de sobrecorrente de fase tempo inverso.
106
Figura 90 - Sobrecorrente de Fase Tempo Inverso
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6. CONCLUSÕES
Este projeto está longe de ser uma excessão no setor de potência, tanto no âmbito do
mercado de energia brasileiro quanto mundial. Formas de cogeração estão cada vez mais sendo
aprimoradas e tornando-se mais comuns em sistemas de geração de energia, e, principalmente
para locais onde uma perda de continuidade da energia pode prejudicar rigorasamente. Casos de
paralelismo momentâneo entre fontes de cogeração e rede são cada vez mais crescentes. Dessa
maneira, este trabalho traz um roteiro completo sobre análise deste caso, sendo que no contexto
geral comtempla a maior parte do estudo, sendo possível apenas algumas variações sobre a
proteção de acordo com a norma da concessionária de cada local.
Através da inteção de se ajustar a proteção a ser executada no sistema, foi possível realizar
um estudo de cálculo de curto circuito passo a passo e mostrar através deste quais são as teorias
que regem tanto o cálculo de curto circuito simétrico e assimétrico. Sendo demonstrado como se
dever interpretar um circuito a ser estudado e como deduzir as fórmulas que conduzem ao cálculo.
Ao longo do trabalho foi possível notar a importância de softwares de simulação, neste caso
PowerFactory, que ao comparar os resultados simulados com o cálculo de curto circuito efetuado
passo a passo mostrou-se altamente eficiente. E, através deste foram feitas simulações para
descobrir qual seriam os tempos da eliminação da falta, de acordo com as curvas do fusível e do
relé, caso ocorresse uma falta, e constatar se o estudo de coordenação e seletividade para o
sistema realmente se fazia eficiente e o protegia.
Outro ponto importante a ser ressaltado é sobre a evolução dos relés, sendo que esta
evolução pode ser notado em seu sistema de parametrização muito simples. Após a obtenção das
curvas referentes as proteções de sobrecorrente e os parâmetros para as demais proteções,
consegue-se facilmente realizar a parametrização do relé através de seu software. Principalmente
por seu método muito visual e por possuir tópicos de ajuda, trazidos pelo software para cada
proteção a ser ajustada.
108
109
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