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Jornal Interface - ed. 54

Jornal Interface da SEL

Jornal Interface da SEL

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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

QUER RECEBER O INTERFACE ?

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.

2


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

3


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

4

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/

5


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

6


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.

9


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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Para saber mais sobre este tema, leia o artigo técnico

em www.selinc.com/pt Menu Suporte -> Artigos

Técnicos

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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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