Jornal Interface - ed. 54

Parte 3 – Proteção Contra Falta à Terra no Estator de Geradores
Aterrados por Alta Impedância – Funções 59N e 64G
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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.
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