ANÁLISE DO DESEMPENHO DA PROTEÇÃO

DIFERENCIAL SOB CONDIÇÃO DE SATURAÇÃO

DOS TRANSFORMADORES DE CORRENTE

Code: 19.031

Arian Fagundes, Alex Itczak, Eduardo Machado dos Santos,

John J. Saldanha, Marcel Stalter, Fernando G.K. Guarda

Universidade Federal do Pampa - Unipampa

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Delimitação do Tema:

Proteção do Sistema Elétrico de Potência (SEP).

Linha de pesquisa:

Modelagem e Otimização de Sistemas.

Tema

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Abordar assuntos relacionados à saturação dos TCs;

Analisar a influência da distorção do sinal secundário do

TC saturado no desempenho dos relés diferenciais;

Avaliar o comportamento da proteção diferencial em

casos de faltas externas à zona de proteção.

Objetivos

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Relés

• Amplamente utilizados na proteção SEP;

• Funcionamento: Comparação entre sinais de entrada e

saída do elemento protegido;

Transformadores de Corrente

• Isolar os equipamentos conectados ao secundário do

circuito de alta tensão;

• Replicar no secundário corrente proporcional a corrente

primária;

• Fornecer no secundário corrente em níveis aceitáveis aos

equipamentos conectados.

Introdução

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Saturação de TCs Fig 1. - Formas de onda da corrente secundária para um TC saturado e

não saturado

Introdução

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Proteção Diferencial

• A proteção diferencial só deverá ocorrer para faltas

internas a zona delimitada pelos TCs.

• Condição para a operação:

𝑰𝑟𝑒𝑙é ≥ 𝑰𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒

Sendo:

𝑰𝑟𝑒𝑙é = 𝒊𝑖𝑛 − 𝒊𝑜𝑢𝑡

Introdução

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Efeitos da Saturação na Proteção Diferencial

• Ocorrência de correntes diferenciais fictícias que podem

levar o relé a considerar uma falta externa como interna,

provocando a operação indevida.

Introdução

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Sistema teste e simulações de curto-circuito (EMTP-ATP);

Criação do banco de sinais;

Implementação da lógica dos relés (Matlab®);

Simulações dos esquemas de proteção diferencial

(Matlab®);

Análise de resultados.

Metodologia

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Fig. 2 - Sistema Teste

G1 e G2 : 190kV

Linha de transmissão (LT): 100 km

𝑍LT𝑜= 18,41 + j 122,58 Ω/km e 𝑍LT+= 4,1 + j 38,78 Ω/km

60Hz

Instante da falta: 0,19 s

Tempo de cada simulação: 0,4 s

Metodologia

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Tabela I

Casos Simulados

Resultados

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Parâmetro Variação

Tipos de CC Monofásico, Bifásico,

Trifásico

Carga do TC 4Ω (resistiva) e 10Ω

(resistiva)

Nível Fluxo Residual 0%, 25%, 50%, 80%

Ponto de Falta 0% LT, 5%LT, 10% LT,

25% LT, 50% LT

Amostras/ciclo 8, 16, 32, 64, 96

Total de Simulações 600

Carga de 4 ohms puramente resistiva para curto-circuito

monofásico, fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50%

da linha de transmissão.

Fig. 3 - Corrente RMS do enrolamento secundário dos TCs 1 e 2

Discussões

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Carga de 4 ohms puramente resistiva para curto-circuito bifásico,

fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da linha de

transmissão.

Fig. 4 - Corrente RMS do enrolamento secundário dos TCs 1 e 2

Discussões

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Carga de 4 ohms puramente resistiva para curto-circuito bifásico,

fluxo remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da linha de

transmissão.

Fig. 5 e 6 - Magnitude das correntes e trip dos relés:

Relé Comum: 0,213 s. Relé Percentual: Não Atua

Discussões

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Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da LT.

Fig. 7 - Forma de onda de corrente secundária do sinal saturado (TC 1) e

não saturado (TC2)

Discussões

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Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da LT.

Fig. 8 - Valor RMS de corrente do secundário dos TCs 1 e 2

Discussões

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Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 25% e ponto de falta em 50% da LT.

Fig. 9 e 10 - Magnitude das correntes e trip dos relés:

Relé Comum: 0,211 s. Relé Percentual: 0,212 s.

Discussões

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Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 80% e ponto de falta em 50% da LT.

Fig 11 - Forma de onda de corrente secundária do sinal saturado (TC 1) e

não saturado (TC 2)

Discussões

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Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 80% e ponto de falta em 50% da LT.

Fig. 12 - Valor RMS de corrente do secundário dos TCs 1 e 2

Discussões

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Carga de 4 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 80% e ponto de falta em 50% da LT.

Fig 13 e 14 - Magnitude das correntes e trip dos relés:

Relé Comum: 0,193 s. Relé Percentual: 0,194 s.

Discussões

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Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT.

Fig. 15 - Forma de onda de corrente secundária do sinal saturado (TC 1) e

não saturado (TC 2)

Discussões

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Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT.

Fig. 16 - Valor RMS de corrente do secundário dos TCs 1 e 2

Discussões

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Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT.

Fig. 17 e 18 - Magnitude das correntes e trip dos relés:

Relé Comum: 0,190021 s. Relé Percentual: 0,190024 s.

Discussões

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Carga de 10 ohms resistiva para curto-circuito trifásico, fluxo

remanescente de 50% e ponto de falta em 10% da LT.

Fig. 19 - Atuação do Relé Diferencial Percentual

Discussões

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Influência dos sinais distorcidos na forma de operação dos relés;

A influência do nível da falta na forma como ocorre a saturação;

A influência do acréscimo do fluxo remanescente no núcleo do TC;

A ação do aumento de carga do TC saturado na distorção do sinal

secundário;

A ineficácia da metodologia diferencial como única metodologia de

proteção (principal) para faltas fora da zona de proteção.

Conclusões

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Esse trabalho teve o apoio financeiro e concessão de

bolsas da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal do

Ensino Superior (CAPES). Além disso, contou com o suporte

acadêmico e recursos de pesquisa da Universidade Federal

do Pampa (UNIPAMPA) através da Pró-Reitoria de Pesquisa

e do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da

instituição.

Agradecimentos

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G. KINDERMANN. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência, Editora UFSC. Florianópolis,

2006.

E. M. SANTOS, Métodos para Correção das Distorções da Forma de Onda Secundária

Causadas pela Saturação de Transformadores de Corrente para Serviço de Proteção.

Universidade Federal de Santa Maria (UFSM): 2011.

W. REBIZANT, T. HAYDER and L, SCHIEL, Differential Relay with Adaptation During

Saturation Period of Current Transformers. Proceeding of the 14th Power System Protection

Conference, p. 124-129, Bled, Slovenia, Set/Out. 2004.

M. KEZUNOVIC; L. KOJOVIC and A. ABUR, Experimental Evaluation of EMTP Based

Current Transformer Models for Protective Relay Transient Study. IEEE Transactions on

Power Delivery. V. 9, n. 1, p. 405-413, Jan. 1994.

H. DASHTI; M. S. PASAND & M. DAVARPANAH, Current Transformer Saturation Detectors

for Busbar Differential Protection. Proceedings of the 42nd International Universities Power

Engineering Conference, p. 338-343, Brighton, UK, Set. 2007.

Referências

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I. M. EL-AMIN, & N. H. AL-ABBAS, Saturation of Current Transformers and its Impact on

Digital Overcurrent Relays. Proceedings of the IEEE/PES Transmission & Distribution

Conference and Exposition: Latin America, pp. 1-6, Caracas, Venezuela, Ago. 2006.

J. H. HARLOW, Eletric Power Transformer Engineering. 2nd. New York: CRC Press, 2007.

S. H.. HOROWITZ; A. G. PHADAKE, Power System Relaying. 3rd ed. Baldock: Research

Studies Press, 2008.

G. KINDERMANN; Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. Editora da UFSC, Vol. 1,

1ªed, Florianópolis, 1999.

Lj. A. KOJOVIC, Impact of Current Transformer Saturation on Overcurrent Protection

Operation. Proceedings of the 2002 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, Vol.

3, pp. 1078-1083, Chicago, IL, USA, Jul. 2002.

P. E. J. MOONEY, Distance Element Performance Under Conditions of CT Saturation.

Proceedings of the 61st Annual Conference for Protective Relay Engineers, v. 1, p. 491-497,

College Station, TX, USA, Abr. 2008.

Referências

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Obrigado!

Arian Rodrigues Fagundes

a.rodriguesfagundes@gmail.com

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