Jornal Interface - ed. 54

FASCÍCULO ESPECIAL
Inovações na Proteção
de Geradores - Parte 3:
Função de Falta à Terra
no Estator (64G)
ENGENHARIA E SERVIÇOS
Revitalização de
Subestação Industrial
SETOR TÉCNICO
Projeto Piloto em
Subestação de
Distribuição
Resolvendo Velhos
Problemas
Edição 54
ANO 16
LANÇAMENTO DE PRODUTO:
Novo Relé de Proteção SEL-851

A
CONTECE
Tecnologia, Inovação e a Missão da SEL
A missão da SEL é tornar a energia elétrica mais
segura, mais confiável e mais econômica. Nesta
edição apresentamos matérias com exemplos
práticos da missão da empresa beneficiando
diretamente nossos clientes no Brasil.
Mais uma vez, inovamos ao lançar um relé de
proteção de alimentadores compacto, com
tecnologia de última geração. É o novo relé SEL-
851 que está em fase de lançamento e encontra
aplicação em sistemas industriais, de infraestrutura
e distribuição de energia. Confira a matéria de
capa na página 4.
Um projeto de revitalização foi impulsionado por
causa de um episódio que danificou o sistema de
controle e proteção em uma subestação industrial
que está em operação desde 1977. Veja na página
7 como a equipe de Engenharia e Serviços da SEL
se prontificou a dar um atendimento prioritário
para a Dow restabelecer a energia elétrica na
planta da sua indústria química.
Veja também, na matéria da página 11, como
novas tecnologias conseguem resolver antigos
problemas: sabemos que em subestações de
distribuição não é usual adotar proteção
diferencial nos barramentos de média tensão e,
assim, sacrificam-se os tempos de operação para
faltas nos barramentos, com o objetivo de evitar
d e s c o o r d e n a ç ã o c o m a p r o t e ç ã o d o s
alimentadores. Porém, ao adotar uma solução
inovadora, com tecnologia SEL, a Equatorial
Maranhão contornou essa limitação, com uma
solução de baixo custo. Tenha uma boa leitura.
Expediente Interface
Publicação :
e Projeto Gráfico
Schweitzer Engineering Laboratories Comercial Ltda.
Endereço: Avenida Pierre Simon de Laplace, 633
Condomínio Techno Park - Campinas/SP CEP 13.069-320
Tel: (19) 3515-2060 | marketing_br@selinc.com.br | www.selinc.com.br
Editorial e redação:
PROTCOM - Proteção e Comunicação de Sistemas Elétricos Ltda.
Tel:(19) 9 91566182 - protcom@protcom.net
Diagramação: Agência MDE – Wal Uchôa
Gráfica: Gráfica Mundo
Tiragem: 8 mil exemplares
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Acesse selinc.com/pt/support/Jornal-Interface
Cursos e Eventos SEL 2021
Wp2 - Componentes Simétricas – Teoria e Aplicação
O tema “Componentes Simétricas” fornece base para
compreender curtos-circuitos e proteção de sistemas
elétricos de uma forma geral. Para isso, a SEL oferece o
curso WP2, de forma online. A abordagem é diferente
das tradicionais, pois alia a parte teórica a casos
práticos. Confira a programação, datas e ficha de
inscrição em https://selinc.com/calendario/
E-Learning Courses
A Universidade SEL disponibiliza, de forma gratuita,
quatro cursos online básicos ministrados em inglês,
conforme abaixo:
- CBT 101 - Introduction to SEL Relays: Ensina como
operar, programar, capturar dados e oscilografias de
relés SEL. Acesse
https://selinc.com/selu/courses/cbt/101/
- CBT 102 - Retrieving Event Reports: Você aprende os
tipos de oscilogramas requeridos de acordo com o tipo
de análise e o processo de capturar os arquivos. Acesse
https://selinc.com/selu/courses/cbt/102/
- CBT 104 - Understanding SEL Relay Logic: Nesse curso
você aprende a ler, implementar e testar lógicas de
controle em relés SEL, além de interpretar diagramas.
Acesse em https://selinc.com/selu/courses/cbt/104/
- CBT 105: Math Fundamentals: Apresenta os
fundamentos de matemática necessários para executar
cálculos em sistemas elétricos de potência. Disponível
em https://selinc.com/selu/courses/cbt/105/
EDAO – Encontro Para Debates de Assuntos de Operação
A 16ª edição do EDAO - Encontro para Debates de
Assuntos de Operação, promovido pelo Comitê de
Estudos C2 - Operação e Controle de Sistemas foi
realizada em formato online entre os dias 07 e 09 de
junho de 2021. É o principal fórum de debates da
operação do sistema de energia elétrica e suas
instalações, que envolvem aspectos técnicos e de
gestão. A SEL participou do evento com uma palestra
intitulada: Prevenção de faltas em linhas de transmissão
com monitoramento contínuo baseado em ondas
viajantes.
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Controle Avançado de Bancos de Capacitores na Distribuição
Utilizando Sensores de Corrente Wireless
m novo artigo técnico da SEL descreve a
Ufunção dos bancos de capacitores nas redes
de distribuição aéreas, bem como apresenta
os métodos de controle.
Um único ramal de distribuição pode estender-se por
vários quilômetros e conectar diversos tipos de
consumidores distribuídos ao longo da sua extensão.
Devido à característica indutiva da impedância dos
ramais e das cargas indutivas dos consumidores, há
uma demanda significativa por potência reativa ao
longo da extensão do ramal de distribuição.
Para reduzir a demanda de potência reativa ao longo
do alimentador e operar tão perto quanto for possível
do fator de potência unitário, são instalados bancos de
capacitores shunt em múltiplas localizações ao longo
dos ramais de distribuição. Tais bancos podem ser fixos
o u c h a v e a d o s . E s t e s ú l t i m o s , o p e r a m
automaticamente, utilizando os controladores de
bancos de capacitores (CBC) atuando na conexão e
desconexão dos bancos de forma apropriada.
Métodos de Controle de Bancos de Capacitores
corrente do alimentador no ponto que o banco de
capacitores está instalado, que permitem a medição
direta da potência reativa que o banco de capacitores
compensa. Porém, ao utilizar a corrente, possibilita-se
a aplicação de métodos de controle de malha fechada
que oferecem um controle mais efetivo e mais fácil de
ajustar.
Controle de malha fechada utilizando sensores de
corrente
Uma solução utilizando comunicação wireless permite
a aplicação de controles de bancos de capacitores
baseados na corrente, sem a dificuldade e o alto custo
da instalação de TCs nos postes. Essa solução é
econômica, pois além de evitar aplicação de sensores
de correntes tradicionais, o seu tempo de instalação é
rápido, sem necessidade de desligamento do circuito,
de estrutura especial para instalação dos sensores de
corrente ou de serviços em linha viva e, assim, reduzir
o custo total da instalação do banco de capacitores,
tornando o controle por malha fechada muito mais
atraente. A figura 1 ilustra esta aplicação.
Malha fechada
Permite um controle mais preciso, uma vez que o sinal
de saída é realimentado para a entrada, possibilitando
um ajuste constante da saída desejada, que pode ser a
redução da potência reativa demandada (VAR), ou o
controle do fator de potência (para trazer o mais
próximo ao unitário) ou a regulação da tensão, uma
alternativa aos pontos nos quais não é possível realizar
a medição de corrente. Os métodos de controle por
potência reativa e fator de potência requerem sensores
de corrente, que possuem custo de aquisição e
instalação significativos.
Malha aberta
Na ausência da medição da corrente, os dois métodos
de controle de malha aberta utilizados são: o controle
por tensão e o controle por tempo e temperatura.
Tais métodos fornecem uma indicação aproximada da
potência reativa e um mínimo feedback para decisões
de chaveamento, o que pode levar a um chaveamento
indevido e ineficiente.
Selecionando o método de CBC - controle do banco de
capacitores
As entradas mais óbvias para o CBC são a tensão e a
Figura 1: Controle de banco de capacitores de redes de
distribuição, utilizando sensores de corrente wireless
O artigo apresenta uma comparação dos custos de um
método tradicional de controle baseado na corrente,
comparado à solução de sensores de corrente wireless.
Para ler o artigo completo, acesse o site
www.selinc.com/pt -> Menu Suporte ->
Artigos Técnicos
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Lançamento: Novo Relé de
Alimentadores - Grande
Inovação e Formato Compacto
OSEL-851 é um novo relé de proteção
destinado a aplicações em alimentadores de
redes de distribuição e de sistemas
industriais.
Possui um formato bastante compacto e incorpora
tecnologia de ponta. Devido à sua elevada taxa de
amostragem de 10KHz, oferece uma alta visibilidade
do sistema elétrico sendo protegido, permitindo a
identificação de problemas, tais como, harmônicos
produzidos por chaveamentos, ou cabos danificados
antes de virem a causar uma interrupção significativa.
O relé também pode ser aplicado em banco de
capacitores e para proteção de sobrecorrente de
transformadores de potência.
TCs de 1A e 5A, selecionável por software, com uma
ampla faixa de medição (0.1-250 A), com alta precisão
e sem risco de saturação. A tensão de alimentação e
das entradas digitais é universal, de 24-250 VCC/VCA,
sem necessidade de alteração de hardware. O SEL-851
foi projetado para ser um dispositivo de alta
confiabilidade, com baixa taxa de falhas e maior
imunidade para surtos externos.
Suas funções básicas permitem utilização na proteção
de sobrecorrente de fase, residual, neutro e de
sequência negativa, além do esquema de falha de
disjuntor e religamento automático. É possível
incorporar como opção uma placa de tensão e, assim,
obter funções de sub/sobre tensão e sub/sobre
frequência, incluindo esquemas de alívio de carga
(load shedding) e uma função de potência reversa que
permite aplicações com geração local, onde se deseja
monitorar a exportação de energia.
A figura 1 mostra as principais funções deste novo relé.
Um grande diferencial deste novo relé de proteção
de baixo custo está na combinação de funções de
proteção baseadas em corrente e/ou tensão, com
recursos avançados de detecção de arco elétrico e
múltiplas medições. Adicionalmente, o acesso ao
webserver permite a visualização de diversas
informações, a configuração do dispositivo e
atualização de firmware, tudo isso sem necessidade
de um software dedicado.
O SEL-851 foi pensando desde o início para ser um relé
tecnológico e simples. As entradas de corrente são do
tipo bobina de Rogowisg, permitindo a conexão de
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Figura 1: Diagrama funcional do SEL-851

Em instalações industriais, o novo relé de proteção
SEL-851 pode ser aplicado em alimentadores de
média ou baixa tensão, com disjuntores ou
contatores.
Pode adicionar a função de proteção contra arco
voltaico, com tempo de atuação de 1ms, incluindo
tempo de atuação do contato. Disponibiliza quatro
canais que podem ser configurados para sensores
pontuais ou sensor de fibra regional, aumentando
segurança ao reduzir energia incidente. Possui
também funcionalidade de monitoramento das fibras
ópticas, emitindo alarme em caso de rompimentos. A
figura 2 ilustra um esquema de proteção contra arco
elétrico, utilizando o novo relé SEL-851.
Adicionalmente, fornece medições tanto na
frequência fundamental, como valores RMS, e,
quando equipado com a placa de tensão, fornece
medições completas do circuito sendo protegido,
como A,V,W, VA, VAr, Wh, VArh, VAh, Wd, f, cosØ, e
outras complementares, como correntes e tensões de
sequência negativa e zero, corrente de neutro,
corrente residual, corrente média e máxima, tensão
média e máxima e desbalanço de tensão.
O SEL-851 é ideal para otimizar projetos de
proteção, controle e automação, pois permite
manter a confiabilidade e qualidade de produtos
SEL, a um custo mais competitivo. Assim como os
demais equipamentos SEL, possui garantia mundial
de 10 anos e é projetado para operar por 25 anos.
O SEL-851, também possui bloqueio por harmônicos,
bastante útil para evitar desligamentos indevidos pela
corrente de inrush durante a energização em
transformadores.
A versão básica apresenta quatro entradas e cinco
saídas digitais, porém de forma opcional pode-se
acrescentar até mais seis entradas digitais. O novo relé
também possui capacidade de executar lógicas de
controle local, registrar perfil de cargas, registro
sequencial de eventos, além de medições de
grandezas RMS. Ele dispõe de porta de comunicação
frontal USB-C e duas portas traseiras, sendo uma serial
EIA-232/EIA-485 (RJ45) e outra Ethernet 10/100BASE-
T simples ou dual.
Em relação aos protocolos de comunicação, eles
devem ser definidos na compra e podem ser DNP3,
Modbus ou IEC 61850. É importante considerar o sinal
de sincronização temporal para os eventos e
oscilogramas, e, para isso, o relé SEL-851 oferece uma
entrada para conexão padrão IRIG-B input ou por
meio de Simple Network Time Protocol (SNTP).
O SEL-851 também apresenta um servidor web
embutido que possibilita acesso direto de forma
independente de um sistema supervisório. Esta
funcionalidade é útil para equipes de manutenção ou
de engenharia, que podem acessar diretamente
medições, perfil de carga, oscilografias, ler ou alterar
ajustes, além de realizar upgrade de firmwares, sem a
necessidade de um software adicional.
Figura 2: Esquema de proteção contra arco elétrico em painéis
Para informações adicionais, contate suporte@selinc.com ou então acesse https://selinc.com/products/851/
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Registrador Digital de Perturbações
om a necessidade crescente de se obter
Cconfiabilidade nos sistemas de potência, o
estudo e a análise das perturbações têm sido
ponto chave na prevenção de paradas no
fornecimento de energia. Com o desenvolvimento de
dispositivos capazes de monitorar distúrbios, os
registros de perturbações são, principalmente, a
aquisição dos sinais de tensão e corrente em formas de
onda ao longo do tempo e na forma fasorial. Esses
registros subsidiam e validam os estudos elétricos para
a avaliação do desempenho do sistema de potência.
De forma geral, o registro de perturbações no sistema
elétrico pode ser classificado de duas maneiras:
registro das perturbações de curta duração e registro
das perturbações de longa duração.
As principais opções de módulos são:
Ÿ Módulo de entradas analógicas com três entradas de
tensão e três entradas de corrente;
Ÿ Módulo de entradas digitais,com 24 entradas;
Ÿ Módulos de entradas analógicas CC, 16 entradas 4 a
20mA, 0-10V ou 300VCC.
Figura 1: Arquitetura do Sistema
O RDP da SEL: destinado a eventos tanto de curta como
de longa duração, a SEL possui uma solução flexível,
com opção de arquitetura centralizada ou distribuída,
conforme figura 1. O produto possibilita registro em
alta resolução das grandezas elétricas analógicas e
digitais de usinas e subestações no momento de uma
ocorrência no sistema elétrico. Tais registros são
armazenados e ficam disponíveis para análise,
podendo, por exemplo, serem transferidos para
centrais de análise remotas de forma automática.
Unidade de Processamento Central (UPC): esta unidade
concentradora é responsável pela coleta e
processamento dos sinais provenientes dos módulos
de aquisição. Nela também são configurados os
registros de eventos, suas condições de partida, bem
como o armazenamento e o envio dos arquivos para
um servidor remoto. Visando disponibilizar maior
flexibilidade às soluções, o RDP da SEL conta com três
opções de UPC: SEL-3555, SEL-3350 e SEL-2241. As
UPCs são escolhidas em função das dimensões do
sistema e definidas pela quantidade de módulos de
aquisição utilizadas na solução.
Módulos de aquisição: existem módulos de aquisição
digitais e analógicos que são instalados junto aos bays
das subestações ou pontos de usinas, podendo ser
concebida uma arquitetura concentrada ou
distribuída.
Softwares de conguração, coleta e análise:
Há várias formas de coletar e analisar os registros,
conforme abaixo:
Ÿ Além de concentrar os eventos dos módulos de
aquisição, a UPC também faz o papel de coleta
automática de oscilografias de outros IEDs, incluindo
equipamentos de outros fabricantes;
Ÿ SEL-5045 AcSELerator TEAM instalado em PC
remoto coleta dados da UPC automaticamente;
Ÿ SEL-5601-2 SyncroWAVe instalado no PC
analisa oscilografias;
Ÿ Coleta via HTTPS no servidor web da UPC;
Ÿ Coleta local via FTP, SFTP e MMS.
Solução SEL para RDP
Combinação de Produtos Robustos para Aquisição
de Dados e Armazenamento:
• SOE de 30.000 eventos
• Precisão de 1ms para entradas digitais
• Registros de curta duração até 24 KHz, formato
COMTRADE, para I, V, f, ED e SD
• Registros de longa duração até 60 vezes por
segundo para I, V, f, ED, SD por até 10 dias
• Sincronismo por IRIG-B ou PTP
• Armazenamento até 250GB com SSDs e 1024
eventos COMTRADE
A combinação de UPCs com módulos de aquisição
distribuídos, proporciona uma solução robusta,
confiável e flexível, que atende subestações com vários
bays e integra IEDs de outros fabricantes utilizando
protocolos proprietários ou padronizados por norma.
Para informações adicionais, contate o Suporte
Técnico da SEL em suporte@selinc.com
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utilizados no laboratório do suporte e em cursos. A SEL
reestabeleceu a planta no tempo que a empresa
precisava (28 dias), e, a partir disso, iniciou-se um
projeto de revitalização do sistema elétrico.
Revitalização do Sistema
Elétrico de Planta da Dow
em Aratu
indústria petroquímica da Dow Brasil, em
ACandeias (BA), enfrentou um incêndio que
danificou completamente o sistema de
controle e proteção de sua subestação principal. Na
ocasião, a empresa procurou a SEL que em menos de
24 horas se mobilizou para repor os equipamentos e
realizar uma melhoria temporária para que a planta
voltasse a operar o mais rapidamente possível.
“Em virtude da urgência da situação, o time de
Engenharia SEL buscou atuar em diferentes frentes de
trabalho, de forma sincronizada, no intuito de agilizar
o reestabelecimento de energia na planta”, conta o
Gerente de Vendas da SEL Brasil, Eduardo Zanirato. A
equipe de campo da SEL analisava as necessidades
prioritárias para a reposição de equipamentos e, ao
mesmo tempo, a área de projetos antecipava, em
campo, as novas conexões dos relés digitais que
substituiriam os eletromecânicos.
Segundo os engenheiros da Dow, Fernando Alves e
Nathanael Júnior, o incêndio sinalizou para a
corporação que o sistema, em operação há quase 40
anos, demandava atualização. “Naquele momento, a
abordagem foi mais dinâmica por se tratar de uma
parada emergencial e corretiva.” Uma vez que existia
um compromisso para restabelecer a operação da
Dow o mais rápido possível, e, devido à logística de
importação do material, foi necessário aproveitar os
equipamentos disponíveis em estoque, até mesmo os
Com o sucesso da operação, a SEL foi escolhida para
implantar o sistema de proteção e automação da nova
subestação da Dow Candeias. A nova subestação de
entrada geral recebe duas linhas em 230 kV, com dois
transformadores de 100MVA cada. Além disso, os
sistemas de média tensão das duas plantas de processo
foram modernizados. A SEL foi responsável pelo
fornecimento, parametrização e comissionamento de
todos os equipamentos de automação e proteção,
sendo 134 relés de proteção e 28 equipamentos de
comunicação e sincronismo de tempo. O sistema
supervisório de alta e média tensão também foi
desenvolvido e implementado.
De acordo com Marcos Cabral, engenheiro de
automação da SEL que atuou no projeto, para todos os
equipamentos a equipe de engenharia e serviços da
SEL buscou otimizar a parametrização de forma a
entregar todos os recursos disponíveis. “Entre os
serviços estão a detecção de arco elétrico e perfil de
carga em todos os relés de alimentadores e motores,
detecção de barra rompida e relatório de partida em
todos os equipamentos de proteção de motores. Além
disso, os switches foram configurados para otimizar a
recomposição da rede via RSTP e a segregação de
tráfego de mensagens GOOSE”.
“A DOW reconhece a verdadeira parceria da SEL,
bem como destaca seu empenho em atender sempre,
com profissionais capacitados, atenciosos e dispostos
para que cada expectativa seja adequadamente
endereçada. É notável o expressivo compromisso com
a qualidade dos serviços prestados e atendimento às
necessidades do cliente que a SEL oferece, o que
evidentemente destaca-se como um grande e
valoroso diferencial”, comentaram Fernando Alves e
Nathanael Júnior.
7

Parte 3 – Proteção Contra Falta à Terra no Estator de Geradores
Aterrados por Alta Impedância – Funções 59N e 64G
3
os geradores síncronos, uma falta à terra no
Nestator pode ocorrer em qualquer parte do
enrolamento. Normalmente, as faltas à terra
são devido à deterioração do isolamento do
enrolamento. Nas máquinas aterradas por alta
impedância, a corrente de falta é limitada pelo sistema
de aterramento em valores na faixa de 5–15A e,
portanto, o dano causado por estas falhas são
controladas e na maioria das vezes reparáveis. Porém,
quando ocorre um defeito para terra, ocorre elevação
de tensão nas fases não envolvidas, aumentando a
probabilidade de ocorrer um segundo defeito para
terra. Nesse caso, o dano causado será grave, pois foi
estabelecido um curto entre fases e não haverá
limitação da corrente pela impedância de
aterramento. Desta forma, torna-se essencial a
confiabilidade na detecção de faltas à terra em
qualquer ponto do enrolamento.
Para selecionar o melhor método de detecção de faltas
do estator de um gerador, é necessário verificar o
método de aterramento da máquina. Para os
geradores aterrados por alta impedância, o
aterramento mais comum é utilizando transformador
de distribuição, com resistor de baixo valor conectado
no secundário. Existem também aplicações com
aterramento através de resistor de alto valor. As falhas
nos trechos de 85 a 95% superior do enrolamento do
estator, são detectadas pelo elemento que mede a
tensão fundamental do neutro do gerador,
denominado sobretensão residual (ANSI 59N). Já para
as faltas à terra nos 5 a 15% inferiores do enrolamento
do estator, próximo ao neutro do gerador, não podem
ser detectadas por este elemento por uma questão de
sensibilidade.
Existem diferentes métodos para complementar a
função 59N e garantir a cobertura 100% do
enrolamento do estator. Alguns são baseados no
conteúdo de terceiro harmônico gerado pela máquina,
e sua confiabilidade e segurança dependem da
disponibilidade da tensão de terceiro harmônico gerado
e da condição de operação da máquina. Outros
métodos são baseados em um princípio ativo de injeção
de um sinal de sub-frequência, não dependente da
condição de operação de máquina e do perfil de
terceiro harmônico gerado. A seguir um detalhamento
de cada uma das opções.
Método ativo: é baseado em injeção de harmônicos e
pode ser aplicado tanto nos casos nos quais não há
geração de harmônicos pelo gerador quanto nos casos
em que há geração de terceiro harmônico pela
máquina. Este método não depende da quantidade de
terceiro harmônico gerado pela máquina. Geralmente
esta função é realizada por um hardware externo ao IED
de proteção do gerador.
Método passivo: pode ser aplicado nas máquinas que
geram terceiro harmônico suficiente para que estas
funções operem com segurança. O perfil de tensão de
terceiro harmônico gerado pela máquina depende de
diversos fatores e só será confirmado durante o seu
comissionamento. Estas funções devem atuar quando
acontecer uma falta nos trechos finais dos enrolamentos
próximas ao neutro, onde a função 59N não tem
sensibilidade, portanto, de forma a complementar a
função 59N. Pode ser baseada em subtensão de terceiro
harmônico (27N3), ou tensão diferencial de terceiro
harmônico (59D3), e só é ajustada após leitura de
valores de tensão de terceiro harmônico durante
comissionamento em diferentes condições de operação
da máquina. É importante destacar que muitas vezes é
desafiador determinar os ajustes quando ocorre grande
variação na tensão de terceiro harmônico gerada pela
máquina ou quando a máquina gera pouco terceiro
harmônico, havendo a necessidade de bloqueio desta
função em algumas condições operativas.
8

A nomenclatura adotada pela SEL nos manuais dos
seus relés para tais funções é:
• 64G1– A tradicional função 59N, cobrindo entre
85-95% do enrolamento
• 64G2 – As funções baseadas em terceiro
harmônico, que buscam garantir cobertura
complementar entre 5-15% finais do enrolamento,
seja 27N3 ou 59D3
Uma nova função – 64G3
Para contornar determinadas dificuldades nos ajustes
das funções 64G2, é possível adicionar ao esquema de
proteção de geradores uma nova função de detecção
de faltas à terra. Esta nova função, denominada 64G3,
apresenta algumas inovações e benefícios, conforme
abaixo:
Enquanto as funções 64G2 possuem um pick-up fixo,
a função 64G3 realiza uma função de subtensão
adaptativa, com pick-up dinâmico, que altera suas
características de acordo com a operação da máquina.
Isto significa que o valor de ajuste varia
automaticamente de acordo com o conteúdo de
terceiro harmônico gerado pela máquina. A função
mede o terceiro harmônico e realiza uma alteração do
valor de pick-up de forma proporcional, no sentido de
fornecer maior segurança e evitar falso disparo para
condições operativas onde a máquina gera baixo
terceiro harmônico. Não há necessidade de se realizar
l e i t u r a s e m e d i ç õ e s d u r a n t e a f a s e d e
comissionamento para definir o valor de ajuste.
O elemento 64G3 usa o fato de a relação da tensão de
terceiro harmônico nos terminais do gerador e no
neutro do gerador, sob uma condição sem falha, seja
aproximadamente constante. Quando o gerador sofre
uma falta à terra no enrolamento do estator nas
proximidades do neutro, ocorrerá uma subtensão
proporcional ao ponto de defeito e proporcional a
tensão de terceiro harmônico gerada pela máquina
naquele momento. Como exemplo, para uma
máquina sã, espera-se uma relação entre a tensão de
terceiro harmônico gerada pela máquina e a tensão de
neutro de terceiro harmônico seja entre 40 a 60%, ao
passo que para uma máquina com defeito próximo ao
neutro, a relação diminui para a faixa de 0 a 15%,
dependendo do quão distante está do ponto neutro
está a falta.
Em aplicações onde máquinas aterradas por alta
impedância são conectadas em paralelo, ou seja,
compartilham o mesmo transformador elevador, há
um comprometimento da segurança dos esquemas
baseados em terceiro harmônico, pois o terceiro
harmônico gerado por uma máquina influencia as
medições na máquina em paralelo, havendo risco de
operação indevida da proteção. A dificuldade de
levantar o perfil de terceiro harmônico considerando
as múltiplas condições de operação possíveis com as
máquinas conectadas em paralelo e, portanto,
desconhecimento das condições inseguras para as
funções 64G2, faz com que os engenheiros de
proteção normalmente mantenham estas funções
desabilitadas. Neste tipo de configuração tanto o
elemento 27N3 quanto 59D3 tem a segurança
comprometida. Já o elemento 64G3 fornece maior
segurança, pois atua proporcionalmente à tensão
gerada pela respectiva máquina. Pode-se ainda adotar
um esquema baseado na comunicação entre os relés
das máquinas em paralelo, onde os relés compartilham
entre si a tensão de terceiro harmônico gerado em
cada máquina, aumento a segurança do esquema.
Para este tipo de configuração, recomenda-se manter a
função 64G2 desabilitada e habilitar as funções 64G1 e
64G3.
A figura 1, apresenta a combinação das funções 64G1,
64G2 e 64G3 para prover proteção 100% para faltas à
terra do enrolamento do estator de geradores
aterrados por alta impedância.
Figura 1: Combinação dos elementos 64G1 e 64G2 ou 64G3
para fornecer 100% de proteção para faltas
à terra no estator do gerador.
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Método ativo: A função ANSI 64S
Pode ser aplicada tanto nos casos em que há conteúdo
de terceiro harmônico suficiente gerado pela máquina,
quanto nos casos em que não há e portanto, a proteção
de 100% do estator fica sempre garantida,
independente das características da máquina. Esta
função é baseada numa injeção de sub-frequência e a
figura 2 mostra um diagrama simplificado de um
método que incorpora em um mesmo IED as funções
de injeção (I INJ) e medição (V e I). Para diferenciar das
demais funções de proteção estator à terra (64G1,
64G2 e 64G3), este método recebe a notação ANSI
64S e é realizada por um hardware separado do IED
principal.
Figura 2: Método de injeção através de IED standalone
Durante etapas de comissionamento, é realizado um
processo de calibração automática do dispositivo 64S,
para que possa aprender as impedâncias do circuito.
Tais impedâncias abrangem o cabo que conecta o
módulo injetor até o resistor de aterramento e a
impedância do transformador de aterramento. Através
da injeção de um sinal no secundário do transformador
de aterramento, o dispositivo 64S consegue calcular a
resistência de isolação do estator da máquina (R ISO) e
compará-la com os ajustes de alarme e trip.
Geralmente, adota-se valores de 10kΩ para alarme e
2kΩ para trip.
Modernos dispositivos 64S que possam injetar sinal de
múltiplas frequências, resolvem de forma definitiva um
antigo problema identificado quando se aplica
unidades 64S que operam com injeção de sinal de
uma única frequência:
a) Proteção 64S redundante, onde a unidade 64S1
injeta um par de frequências e a unidade 64S2 outro
par diferente, garantindo assim uma excelente
confiabilidade.
b) Máquinas em paralelo, onde se instala uma unidade
64S em cada máquina, sendo que o sinal injetado é
composto de frequências diferentes para cada uma
delas.
Melhoria na coordenação e seletividade
Um grande desafio para as funções de detecção de
faltas à terra é saber diferenciar se uma falta ocorreu no
gerador ou no sistema elétrico externo. Para coordenar
com a proteção do sistema, em casos de faltas
externas, há uma temporização elevada, tipicamente
da ordem de 0.5 – 1.5 segundos para os elementos
64G1, 64G2, 64G3 e 64S. Por outro lado, há diversos
registros de casos de faltas internas à terra que acabam
evoluindo para falta entre fases devido a elevação de
tensão nas fases sãs e ao tempo elevado, causando
danos irreparáveis nos geradores síncronos.
Uma nova solução é executar uma lógica de
aceleração do tempo de coordenação para faltas
internas, minimizando riscos de evolução para faltas
entre fases. As faltas à terra externas são ricas em
sequência negativa, ao passo que as internas não
possuem tal componente de forma significativa e,
portanto, é possível diferenciar entre faltas internas e
externas através de uma função de desequilíbrio de
corrente e iniciar uma lógica de aceleração de disparo,
reduzindo significativamente o tempo de operação.
Temporizador integralizador
Determinadas faltas no estator, especialmente aquelas
de alta impedância, são intermitentes. Também há
registros deste tipo de faltas próximas ao neutro, e,
assim, as funções 64G1, 64G2, 64G3 e 64S sendo
temporizadas, atingem o pick-up e logo após desatuam
e não chegam a completar o tempo para efetuar o
disparo. As faltas intermitentes podem evoluir e se
transformarem em faltas entre fases, faltas
permanentes e, desta forma, danificarem os geradores.
Para garantir a detecção deste tipo de faltas, sem
comprometer a segurança para disparos externos, uma
nova função foi criada de forma a acumular os tempos
de pick-ups das funções 64G1, 64G2, 64G3 e 64S. Essa
função é um cronômetro que integraliza o pick-up das
três funções contra faltas à terra no estator e, ao
alcançar o tempo ajustado, fornecem disparo.
P a r a i n f o r m a ç õ e s a d i c i o n a i s , c o n t a c t e
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Projeto Piloto na Equatorial Energia
Maranhão Reduz Tempo de Atuação da
Proteção de Subestação de Distribuição
O projeto utiliza transmissores e receptores de faltas
de maneira inovadora, oferecendo um esquema de
trip rápido e de baixo custo, para faltas na
barra da subestação
subestação Morros 69/13,8 kV da Equatorial
AMaranhão, empresa do Grupo Equatorial
Energia, recebeu um projeto piloto da SEL
que oferece, por um baixo custo, trip rápido de barras
usando sensores de proteção sem fio de alta
velocidade. A implantação dos transmissores e
receptores de falta, SEL-FT50 e SEL-FR12,
respectivamente, teve como objetivo reduzir os
tempos de atuação da proteção em caso de faltas na
barra de 13,8 kV. A solução representa uma inovação
na forma como o sistema transmissor e receptor de
faltas é usado – tradicionalmente empregado ao longo
da rede de distribuição.
projeto teve início a partir da necessidade de outra
concessionária do grupo, a Equatorial Pará, que
pretendia melhorar a coordenação de proteção de um
determinado religador. Uma das ideias foi justamente
instalar o sistema de transmissão e recepção de faltas
SEL-FT50 e SEL-FR12, mas por uma mudança no
escopo de atividades da companhia, o projeto foi
transferido para a Equatorial Maranhão, onde está
instalada a área corporativa da empresa, o que
permitiu um acompanhamento mais próximo. O
projeto foi implantado na subestação de Morros bem
próximo à sede da empresa, no município homônimo.
Uma falha no barramento ou nos alimentadores
poderia ocasionar um período longo sem energia na
subestação, acarretando um custo social muito
grande. O sistema apresentado atendeu a uma
necessidade da concessionária, permitindo que a
proteção atue rapidamente quando há um curtocircuito
na barra. A implementação, iniciada em julho
de 2019, passou por um período de validação e testes
e já está em operação desde então.
De acordo com Mauro Magalhães, engenheiro de
aplicação e suporte técnico da SEL, o sistema
desenvolvido protege equipamentos e sistemas de
grande importância para a subestação, de forma que
uma única atuação já é suficiente para compensar o
investimento feito. “Essa aplicação foi tão inovadora
que estamos recebendo solicitação de informações
sobre a implantação do projeto piloto no mundo
todo”.
Segundo Ronnie Santiago Loureiro, executivo
corporativo de automação da Equatorial Energia, o
Figura 1: Transmissor de faltas FT-50 e receptor de faltas FR-12
A aplicação feita em Morros foi um pouco diferente da
que havia sido planejada para a Equatorial Pará.
Há um relé de sobrecorrente no lado secundário do
transformador de potência, como proteção primária
para faltas no barramento de 13,8 kV e como
retaguarda para faltas nos quatro alimentadores de
saída da subestação. A proteção dos alimentadores é
feita por religadores antigos, com comunicação serial,
de fabricantes diferentes e instalados na saída da
subestação, já fora do pátio.
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Por motivos de coordenação de seletividade, o relé de
sobrecorrente tem seu elemento instantâneo
bloqueado, para permitir atuação dos religadores para
faltas na rede, e, assim, para faltas na barra depende
apenas do elemento temporizado que está
coordenado com os quatro alimentadores. Portanto,
em caso de faltas na barra de 13,8 kV, o elemento de
sobrecorrente atua com temporização, o que não é
desejável.
A empresa precisava reduzir os níveis de tempo de
atuação de proteção da barra para melhorar a
confiabilidade e a velocidade da proteção, e a solução
mais viável seria um esquema de seletividade lógica.
Loureiro, no entanto, afirma que “se isso fosse feito no
padrão de outras subestações da Equatorial, seria
preciso mudar todos os religadores e criar uma rede de
comunicação via fibra óptica”.
Com a necessidade de realizar esse investimento, a
empresa decidiu que testaria a solução wireless da SEL.
Ao invés de trocar todos os religadores, instalou os
transmissores de falta SEL-FT50 nas saídas dos
alimentadores e receptor de faltas FR-12 junto ao relé
do secundário do transformador. Não foi preciso alterar
os equipamentos que estavam na subestação e que, até
o momento, operavam em boas condições.
“São equipamentos com tecnologias diferentes, mas
que atendiam nossas necessidades. Além do custo, a
troca implicaria a montagem de uma infraestrutura de
comunicação para levar as informações para dentro da
subestação. Precisávamos de um projeto prático que
realmente atendesse aos nossos desafios”, afirma o
executivo.
No esquema de disparo rápido de barras, o relé do
secundário do transformador atua pelo elemento de
tempo definido para uma condição de curto-circuito, a
menos que bloqueado por um dos religadores, sendo
que um pequeno atraso de tempo é usado para garantir
bloqueio confiável para faltas no alimentador à jusante.
Para que esse esquema funcione, cada controlador de
religador deve enviar um sinal de bloqueio ao relé do
transformador, em casos de faltas no alimentador.
Figura 2: Diagrama unifilar da subestação
Morros e arquitetura do sistema
comprometem a vida útil de barramentos e
transformadores, podendo levá-los, até mesmo, a
queimar. Em muitas concessionárias, o transformador é
queimado devido aos tempos muitos elevados”, afirma
Magalhães da SEL.
O sistema funciona da seguinte maneira: os
transmissores de falta SEL-FT50, instalados nas saídas
dos quatro alimentadores se comunicam via wireless
com o receptor de faltas SEL-FR12. Quando um defeito
é detectado em um dos alimentadores pelo SEL-FT50,
essa informação é enviada rapidamente para o SEL-
FR12 que, por sua vez, repassa a informação para o
dispositivo de proteção do secundário do
transformador, nesse caso o IED de proteção SEL-351-
6, que processa lógicas internas e bloqueando
temporariamente sua atuação, permitindo assim que o
religador no alimentador em falta seja o primeiro a
atuar. Na persistência da falta por falha no religador, o
SEL-351-6 atua como uma proteção de retaguarda,
visando garantir a eliminação da falta. A figura 2 ajuda a
entender a configuração da subestação. Toda
comunicação é feita de forma muito rápida, com
tempo médio da ordem de seis milissegundos. “A
solução está atuando satisfatoriamente e, até o
momento, não houve qualquer atuação indevida”,
afirma Loureiro.
“A Equatorial Maranhão não tinha um sistema para esse
fim, nessa subestação. Sem essa seletividade lógica, as
faltas na barra possuem elevada duração e
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