Protecao de Sistemas Eletricos de Potencia_alta

8/12/2019 Protecao de Sistemas Eletricos de Potencia_alta

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Prof. Joel Rocha Pinto - GTDE - FACENS 1

PROTEO DE SISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA

1. TRANSFORMADOR DE CORRENTEIsolar os equipamentos de medio, controle e rels do circuito de A.T.

i) FINALIDADES Fornecer no seu 2 uma corrente proporcional do 1Fornecer no 2 uma corrente de dimenses adequadas

Inominal no 2 do TC = 5A (Europa

1A)

ii) LIGAO DO TC

Poucas espiras de fio grosso

Varia de zero atIcurto no local deinstalao do TC


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iii) RELAO DE TRANSFORMAO DO TC

1 - 2 = ncleo.

N1.I1

N2.I2 = ncleo. para trafo ideal: ncleo.= 0

N1.I1N2.I2 = 0

I2 = (N1/N2) . I1

I2 = [1/ (N1/N2) ] .I1

RTC = N2/N1

I2 = I1 / RTC

RTC = I1 / I2


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N1 = 20 espiras I1 = 100A

N2 = 500 espiras I2 = ?

EXEMPLO DA RELAO DE TRANSFORMAO DO TC

RTC = N2/N1 = 500/20 = 25

I2 = I1 / RTC = 100/25 = 4A

RTC = I1 / I2


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Pela P-EB-251 da ABNT, as correntes primrias do TC so:

5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400,

500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000,

6000 e 8000 A.

Os valores em laranjaso usados segundo a norma ASA.


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iv) TRANSFORMADOR DE CORRENTE DE ALTA REATNCIA

Melhora a sensibilidade e qualidade do TC

Tipo A (ABNT)Alta Reatncia

Tipo H (American Standard Association)


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v) TRANSFORMADOR DE CORRENTE DE BAIXA REATNCIA

Tipo B (ABNT)Baixa Reatncia

Tipo L (American Standard Association)


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vi) TIPOS DE TCsmais utilizados

TC de Bucha TCde Janela

TC tipo Barra TC tipo Pedestal



vii) CIRCUITO EQUIVALENTE DO TC

I1

I1/RTC

Carga das bobinasdos rels=Burden Z

I2

Im (responsvel pelo erro causado pelo TC)

V

Linear : Erros pequenos (medio)

No linear: Erros de 2,5% a 10% (Proteo)

RTC = N2/N1

I2 = I1 / RTC

I1 / RTC = I2 + Io

I2 = I1 / RTC - Io



viii) FATOR DE SOBRECORRENTE DO TC (F.S.):

F.S. = I1mximo de curto-circuito

I1nominal do TC

Erros: 2,5% a 10% para proteoMais comum = 10%

Icurto-circuitoF.S.*Inominal F.S. = 20 (ASA)F.S. = 5, 10, 15 e 20 (ABNT)

Exemplo: TC com 600/5A ; F.S. = 20; erro = 10%I1mx de curto-circuito = 20*600 = 12kA

Quando I1curto at 12kA o erro de I2 menor que 10%



ix) CLASSE DE EXATIDO DO TC PELA ASA

Define-se erro do TC pela limitao da mxima tenso que pode aparecer no2 do TC no instante de mxima corrente de curto-circuito.

V2mxima= Z2* I1nominal do TC * F.S.

RTC

2,510

LH

102050100200

400800

Erro Tipo V2mxima

F.S. = 20 (ASA)


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x) CARGA NO SECUNDRIO DO TC PELA ASA

a mxima carga que se pode conectar no 2 do TC, demodo a no ultrapassa a mxima tenso dada pela sua

classe de exatido.

A carga deve ser limitada por:Icurto-circuitoF.S.*Inominal

Vmxima = Zcarga * I2


RTC

Exemplo 1: Qual a mxima carga que se pode conectar no secundrio do TC classe

10 H 400; 600/5A?

400 = Z2* 600 * 20

600 / 5

Z2 4

I1curto=20*600A

Z2

I2=100A

V2mx=400V

E l 2 E l di ifil b i TC l


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Exemplo 2: Em relao ao diagrama unifilar abaixo para um TC classe10 H 400; 600/5A, determinar?

V2mx=400V

I1curto=8400 AZ2

I2

I1nominal = 480 A

a) A corrente no 2 do TC, qdo. passa no 1 uma corrente de 480A.

I1nominal = 480 ARTC = I1 / I2 = 600 / 5 = 120

I2 = I1 / RTC = 480 / 120 = 4A

b) A corrente no 2 do TC, para o curto-circuito no 1 do TC de 8400A.

I1curto = 8400 ARTC = I1 / I2 = 600 / 5 = 120

I2 = I1 / RTC = 8400 / 120 = 70A

Vmxima = Zcarga * I2

400= Zcarga * 70Zcarga = 5,71

c) A carga no 2 para que o TC fique dentro da sua classe de exatido.


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OBS:

No exemplo 2 a carga mxima no 2 de 5,71 . Esta carga

maior que a carga mxima do exemplo 1. Isto se deve porque o

curto-circuito do exemplo 2 est limitado em 8400A, que

menor que o valor limite do fator de sobrecorrente do TC

(20*600A = 12kA).


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xi) CLASSE DE EXATIDO DO TC PELA ABNT

Define-se classe de exatido do TC como sendo a mximapotncia aparente consumida pela carga conectada no 2 para

uma corrente nominal de 5A.Ou seja, mxima potncia aparente (VA) que se pode conectarem regime permanente no 2 do TC, para que durante omximo curto limitado pelo seu fator de sobrecorrente, o seu

erro no ultrapasse o da sua classe de exatido

AB

2,510 F

5

101520

C

12,5

25

50

100

200

400

800

Classe Erro

F.S.

VA mximo

Scarga =V2* I2 = Zcarga* I2^2

Scarga =25 *Zcarga


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xii) DIFERENA ENTRE TC DE MEDIO E PROTEO

EnrolamentoPrimrio

Ncleo de menor

seo parasaturarem duranteo curto. Isto benigno porque asaturao limita ovalor de

sobretensoaplicada nosequipamentos demedio.

Erros: 0,3%; 0,6%e 1,2%

0,1*Inominal Icarga Inominal do TC

Icurto F.S. * Inominal do TC

Erros: 2,5% a 10%


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xiii) FATOR TRMICO DE UM TC (F.T.)

F.T. = I1mximo em regime permanente

I1nominal do TC

Um TC pode operar carregado plenamente e permanentemente at o limitetrmico sem prejuzo no desempenho, vida til e nvel de isolao.

Valores usuais: 1,0; 1,3; 1,5 e 2,0

R

600/5A alimentador

Exemplo 1: Qual a mxima corrente de regime permanente que pode passarpelo alimentador do diagrama unifilar.

F.T.=1,3

1,3 = I1mximo em regime permanente

600

I1mximo em regime permanente = 780A


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xiv) LIMITE TRMICO DE UM TC (L.T.)

a mxima corrente de curto-circuito simtrica que o TC podesuportar durante 1s, com o 2 em curto

X/5A alimentador

curto

Icurto = limite trmico

ENSAIO DO LIMITE TRMICO DO TC

Icurto^2 . tdefeito=

Icurto= corrente limite de curto-circuito que persiste durante o tempotdefeitotdefeito= tempo de abertura do disjuntor

= constante que depende das caractersticas construtivas do TC.


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Icurto^2 . tdefeito= 40k^2 .1 = I1^2 .2 = I1 = 28,2kA

Exemplo: Um TC tem o seu limite trmico de 40kA. Qual acorrente permissvel que pode passar pelo TC, sabendo que odisjuntor demora 2s para eliminar o defeito?

LT=40kA com t=1s

I1=? com t=2s

i ) LIMITAES DO TC


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xiv) LIMITAES DO TC

Icurto-circuito F.S.*Inominal F.S. = I1mximo de curto-circuitoI1nominal do TC

Vmxima = Zcarga * I2 V2mxima= Z2 * I1nominal do TC * F.S.

RTC

F.T. = I1mximo em regime permanente

I1nominal do TCIcurto-circuito F.T.*Inominal

Icurto^2 . tdefeito= Icurto-circuito

L.T. p/ tdefeito1s

p/ tdefeito> 1sdefeitot

TL ..


Scarga mxima =25 *Zcarga

) EXEMPLO GERAL


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xv) EXEMPLO GERAL

R

X/5A10MVA

10MVA

10MVA

Icc3= 8kAIcc1-t = 6kA

Zlt = 0,1p.u.A

B

O TC deve alimentar simultaneamente:

Equipamentos Z () S (VA) p/ I2 = 5A

Ampermetro AH-11 0,090 2,3

Medidor Watt-HoraV-65 0,007 0,17

Medidor Watt-HoraIB-110

0,042 1,10

Rel de SobrecorrenteIAC51B101A no tap de

8A

Base = 69kV100MVA


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Erro = 10%F.S. = 20

A Di i TC t A l d t f


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A. Dimensionar o TC, qto. A sua relao de transformao

A.1 Critrio da carga nominal do alimentador

Snominal do alimentador = 3*10MVA = 30MVA

Vnominal = 69 KVInominal = I1 = 251 A

Pela ABNT: TC = 250/5A

Pela ASA: TC = 300/5A

A.2 Critrio do curto-circuito

F.S. = I1mximo de curto-circuito

I1nominal do TC

20 = 8KA

I1nominal do TC

Inominal = I1 = 400 A Pela ABNT: TC = 400/5APela ASA: TC = 400/5A

Portanto: A escolha definitiva recai no TC de maiorrelao de transformao TC = 400/5A.

B Q l i d i d l IAC51B101A?


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B. Qual a impedncia do rel IAC51B101A?

z tap min. = 0,38 I tap min. = 4A

Ztap* Itap^2 = Ztap min.* Itap min.^2

Ztap* 8^2 = 0,38 * 4^2

Ztap 8A = 0,095

Srel =V2* I2 = Zcarga* I2^2

Srel =0,095 *5^2

Srel = 2,375 VA

C Q l t t l t d 2 d TC?


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C. Qual a a carga total conectado no 2 do TC?

R

X/5AA

A Wh Wh

Ztotal = 0,095 + 0,090 + 0,007 + 0,042

Ztotal = 0,234

Stotal = 2,375 + 2,3 + 0,17 + 1,10

Stotal = 5,945 VA

D E ifi l d tid d TC l ASA


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D. Especificar a classe de exatido do TC pela ASA.

RTC = N2/N1 = I1 / I2 = 400/5 = 80

I1curto = 8KA

I2 = I1 / RTC = 8KA/80 = 100A

V2mxima = Zcarga * I2

V2mxima = 0,234* 100

V2mxima = 23,4V


RTC

Ou:

V2mxima= 0,234 * 400 * 20

80

V2mxima = 23,4V

Portanto, pela ASA:TC 10H50

E Especificar a classe de e atido do TC pela ABNT


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E. Especificar a classe de exatido do TC pela ABNT.


Scarga mxima =25 *Zcarga

Scarga mxima =25 *0,234

Scarga mxima = 5,945VA

Portanto, pela ABNT:TC A10F20C12,5

xv) ABRINDO O 2 DO TC


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xv) ABRINDO O 2 DO TC

1 - 2 = ncleo.

N1.I1

N2.I2 = ncleo.

N1.I1N2.I2ncleo.


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Quando I2 = zero

N1.I1N2.0 = ncleo.

N1.I1 = ncleo.

N1.I1ncleo.

I1 = Icarga = cte.

I1

I1/RTC

I2 = zero

Aumenta

O Fl M i i d d TC


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O Fluxo Magntico enorme regio de saturao do TC

H

B

dt

tdNtE )(

)( 22

B = . H

= B/H

S

l

.


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EFEITOS:

-Excessivas perdas por histerese e correntes parasitas no

ncleo do TC, aquecendo-o rapidamente e queimando o TC.

-Produo de elevadas tenses no terminal 2 do TC,perfurando a sua isolao e produzindo elevados riscos nosistema e na segurana humana.

xv) ESQUEMA DE LIGAO DOS TCS


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xv) ESQUEMA DE LIGAO DOS TC S

2 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL


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2. TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

TPs ligados em Y-Y

RTP = N1/N2

RTP = V1 fase /V2 fase

Classe de exatido: 0,3; 0,6e 1,2%

Medio

Proteo

2 1 DIVISOR CAPACITIVO DE POTENCIAL


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2.1 DIVISOR CAPACITIVO DE POTENCIAL

At 69KV o TP comum o eletromagntico


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Prof. Joel Rocha Pinto - GTDE - FACENS 34TP de acoplamentoTP convencional

3 TERMOS TCNICOS MAIS USADOS:


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3. TERMOS TCNICOS MAIS USADOS:

Pickup: ponto em que a tenso ou corrente injetada sensibilizamo rel de proteo, causando o incio da operao em rels

eletrnicos ou digitais e/ou o movimento do disco de induo emrels eletromecnicos;

Trip: ponto em que o rel de proteo fecha os contatos de sada.

Isso ocorre quando o valor da corrente ou tenso de pickuppermanecem no sistema por um perodo de tempo especificadopelo usurio ou por um tempo definido por uma curva, tambmpr-determinada pelo usurio;

Dropout: retorno dos contatos dos rels de proteo a sua posiode repouso ou reset da unidade de proteo aps ter executadocom sucesso sua operao.

4. DESIGNAES DAS PRINCIPAIS FUNES DE PROTEO


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4. DESIGNAES DAS PRINCIPAIS FUNES DE PROTEO


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5. REL DE SOBRECORRENTE


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i) SOBRECORRENTE DE FASE (50/51):

Opera baseado na medio das correntes das Fase A, B e C.Pode ter atuao instantnea (50) ou temporizada (51), sendoessa ltima por meio de curvas de sobrecorrente normalizadas(ANSI, IEC, IAC, tempo definido).

O elemento opera por fase, ou seja, basta uma das fasesexceder o valor de pickup para que o elemento sejasensibilizado.


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iv) PRINCPIO BSICO DE FUNCIONAMENTO DA PROTEO DE


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) SOBRECORRENTE

v) PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DO REL DE DISCO DE INDUO


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)

Considerando-se a presena dedois fluxos 1e 2cortando umdisco de alumnio:

1 = 1m . sen wt2 = 2m . sen (wt)

Os fluxos cortam o discoinduzindo tenses e1e e2queprovocam correntes I1e I2nodisco que tendem a contrariar a

causa que as produziram,provocando fluxos contrrios 1e2

Os fluxos cortam o disco induzindo tenses e1e e2que provocam correntes I1e


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I2no disco que tendem a contrariar a causa que as produziram, provocandofluxos contrrios 1e 2

A fora resultante no

disco ser:

F = FbFaF = 2i11i2

O l d b d b d


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Os rels de sobrecorrente devem operar baseando-se nacorrente que suprimida pelo secundrio dotransformador de corrente do sistema.

Assim, o rel de sobrecorrente de disco de induo elaborado de modo que partir da corrente do sistemaele produz dois fluxos 1 e 2 defasados de umngulo .

O projeto do rel deve otimizar o ngulo de modo a seaproximar de 90, resultando sen mximo (ou sejaunitrio) proporcionando fora mxima, torque mximo.

Fresultante 21sen

Torqueresultante K 21sen

K = I^2.t


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Corrente injetadana

Bobina do Rel

1, 2, Fluxos que cortam o

disco, defasados dongulo

Torque(T~ 1.2)

ou

(T~I)


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Curva do rel


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Onde:

I = Corrente de Faltat = Tempo em segundosK = constanten = exponencial


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Caracterstica (tempo x corrente) de rels de sobrecorrente

Ob d d fi t i b


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Observando-se as curvas da figura anterior percebe-se queelas s se iniciam partir do valor denominado de I pickup.

Considerando-se que quando a corrente pequena otorque pequeno, esse pick up conseguido utilizando-seum im permanente e molas que s permitam que o discogire quando o torque motor superar o torque resistente.

O torque do im permanente pode ser controladodeslocando-o com relao parte mais externa ou maisinterna do disco e desta maneira pode-se controlar o pick

up do rel.

Atinge-se, portanto a este nvel da descrio a curva dorel.

T d i t d li f i f it d t i d


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Todavia, toda a explicao foi feita para um determinadovalor de corrente que injetado na bobina do rel.

Acontece que cada aplicao requer normalmente um relpara trabalhar com uma determinada corrente, alguns maissensveis (exemplo 0,5A) e outros menos sensveis(exemplo 12A).

Surgiu a a idia de se construir um rel que pudesse ter amesma curva para 0,5 ou 12A.

Considerando-se que para o circuito magntico da bobina de


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corrente pode-se escrever:N I = R

N = nmero de espiras da bobina do rel.I = corrente na bobina do rel.R = relutncia do circuito magntico. = fluxo magntico

Para que a caracterstica do rel seja a mesma deve-se manter o

fluxo constante. Como a relutncia do circuito magntico pode serconsiderada constante o projeto do rel deve prever o produto NIconstante.

Tomando-se como exemplo que a bobina do rel tenha 100 espiras

para trabalhar com 0,5 ampr (NI = 100 * 0,5 = 50) para trabalhar com5 amperes deve-se usar a bobina com 10 espiras.

Deve-se, portanto observar que quanto maior a corrente menor onmero de espiras. Este tipo de facilidade que deve existir tornandoo rel flexvel para trabalhar com diversos valores de corrente denominado de TAP do rel.


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Curva do rel em

mltiplos do TAP

Para completar o projeto do rel, s esta faltando


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Para completar o projeto do rel, s esta faltandoidealizar uma maneira que a curva possa ser deslocadaverticalmente, tornado-a aplicvel a uma vasta gamanecessidades.

Para atender esse detalhe foi idealizada uma soluobastante simples. Lembrando que o tempo de operaodo rel depende do percurso que o contato mvel tem

que se deslocar at que ele atinja o contato fixo, odeslocamento vertical da curva pode ser conseguidoatravs de um dispositivo que aumente ou diminua oespao a ser percorrido pelo contato.

Este tipo de facilidade existente para controlar o tempointroduz a denominao de Multiplicador de Tempo ouDial de Tempo. J existem curvas padronizadasinternacionalmente e o fabricante fornece as diversas

curvas do rel (para cada dial de tempo).


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Curva de um rel de sobrecorrente comercial

Placa de calibrao da unidadeinstantnea

Escala detemporizao

Bloco dos tapesde corrente

Contato estcionrioda unidade

Bandeirolada unidade


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Prof. Joel Rocha Pinto - GTDE - FACENS 55Bloco de contatos

Contato mvel temporizado

Mola de ajuste

Magneto de freio

Mola de ajuste

Contato da unidade instantnea

Local onde cai a bandeirola da

unidade instantnea

Ajuste da unidade instantnea

instantneatemporizaode correntetemporizadatemporizada

Contato de Selo

6. REL DE SOBRECORRENTE ESTTICO


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6.1 REL DE SOBRECORRENTE ESTTICO INSTANTNEO


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O sinal de corrente que vem do secundrio do T.C. transformadoem tenso por um transactor. O sinal ento levado a uma ponteretificadora monofsica, que protegida de sobretenses transitriaspelo filtro R1C1. O circuito formado pelo capacitor C2 e o resistor R2fornece um alisamento ao sinal que colocado na base. Os tapsindicados no secundrio do transactor permitem ajuste do setting.

Os transitores T1(NPN e T2(PNP) esto normalmente na condio

OFF. Quando a tenso da base do transistor T1exerce o nvel da tensodo emissor o transistor T1 conduz (ON). O valor da tenso de base ajustado pelo potencimetro Pe, ele indica a referncia da operao.

Quando o transistor T1conduz (ON), a tenso na base de T2ser

NEGATIVA em relao ao emissor e assim T2tambm conduz fazendocom que o rel TR opere. O resistor Th no coletor de T1 promovecompensao variaes devido a temperatura.


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REL DE SOBRECORRENTE ESTTICO INSTANTNEO

6.2 REL DE SOBRECORRENTE ESTTICO DE TEMPO DEFINIDO


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A corrente fornecida pelo secundrio do TC ( transformador de corrente )do sistema acomodado por um TC auxiliar no rel ou por um transactor.

O sinal de tenso retificado ento alimentado ao transistor T1(NPN) pela

resistncia R2. O circuito de polarizao, isto , as resistncias R4 e R3 soajustadas de modo que quando a corrente pequena (uma operao normal) otransistor T1fique conduzindo, curto-circuitandoo capacitor C.


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Quando a corrente de entrada excede o valor referncia ajustvel pelopotencimetro P1 a juno Base-Emissor do transistor T1 fica polarizadareversamente, e, o transistor passa ao estado de corte (OFF).

A partir desde instante o capacitor comea a carregar-se pela fonte (powersupply-dc) atravs do resistor R3. Quando a tenso do capacitor atinge a tenso

do emissor T2 (ajustada pelo potencimetro P2), o transistor T2 entra emconduo, levando T3 conduo e energizando o rel auxiliar RA.

Caso o sinal de entrada diminua reduzindo-se abaixo do ajuste,imediatamente o transistor T1 entra em conduo, servindo como circuito dedescarga para o capacitor e operando assim como um resetinstantneo.


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A funo do diodo D de proteger o transistor T3 tenses reversasoriginadas pela indutncia da bobina do rel.

Observa-se pelo circuito que o potencimetro P1aparece com um plugsetting multilier, isto ajuste de corrente e o potencimetro P2como

um time setting multiplier, isto ajuste de tempo. Nota-se tambm quepara o carregamento do capacitor utiliza-se a fonte de alimentao detenso constante, que independente do valor da corrente de falta.

7. REL DIRECIONAL


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Muitas aplicaes simples podem ser satisfeitas por rels os

quais medem apenas magnitude (de corrente) e durao detempo.

Contudo, para garantir operao rpida, segura e seletiva emsistemas de rede, os quais envolvem atalhos paralelos entre

fontes e cargas, ou sistemas com mltiplas fontes de corrente defalta, os rels tambm sero solicitados a determinar a direodo fluxo de corrente.

PRINCPIO DA DIRECIONALIDADE

Recordando-se o equacionamento que fizemos para os rels desobrecorrente eletromecnicos percebemos que existindo dois


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sobrecorrente eletromecnicos, percebemos que existindo doisfluxos 1e 2cortando o disco temos a fora:

Onde: F 21sen 1(t) = 1sen t2(t) = 2sen (t)

Se construirmos um rel com os fluxos dependendo da tenso

e da corrente pode-se criar um rel que opere baseando-se nadirecionalidade da corrente com relao a tenso.

1

2

DIAGRAMA UNIFILAR DO REL DIRECIONAL


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DIAGRAMA UNIFILAR DO REL DIRECIONAL

DIAGRAMA FASORIAL


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o fluxo magnticoTenso da fase A em relao ao neutro dosistema.


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Corrente da fase A

criado pela correnteIa na bobina decorrente do reldirecional.

Este fluxo est estem fase com acorrenteIa.

Tenso dapolarizao.No caso, porexemplo esta a tenso Vbc.

Correnteeltrica quepassa pelabobina depotencial. Esta

corrente decorrente datenso depolarizaoaplicada nabobina de

tenso do rel.

Fluxo magntico na bobina detenso decorrente da corrente depolarizao. Este fluxo est em fasecom a corrente de polarizao.

r: o ngulo de mximo torque do motor dorel. Este ngulo uma caracterstica do rel

de acordo com sua fabricao

Fresultante= Ia. polarizao. sen


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Torquemotor do rel= K. Ia.polarizao.sen

= 90 - r +

= 90 - (r)Torquemotor do rel= K1. Ia .Vbc .sen [90 - (r)]

Torquemotor do rel= K1. Ia .Vbc .cos(r)


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Torqueresultante= Torquemotor do relTorquerestaurador da mola

Torqueresultante= K1. Ia .Vbc .cos(r) Torquerestaurador da mola

No limiar de operao do rel: Torqueresultante= 0

Durante tempo de curto-circuito, a tensa de oplarizaofica praticamente cte. Vbc = cte.

Ia .cos(r) = Torquerestaurador da molaK1.Vbc

O 2 termo da equao anterior cte = K2

Ia .cos(r) =K2

Percebe-se que variando ngulo da corrente com relaoa tenso temos posies que resultam em co seno positivo


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a tenso temos posies que resultam em co-seno positivoe temos posies que resultam em co-seno negativo.

Desta forma pode-se executar a discriminao para faltasem uma determinada condio (ou direo) e faltas emoutra condio. Pode-se, portanto executar a discriminaodirecional.

Essa direcionalidade fica definida pelo ngulo de torquemximo r.


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Percebe-se a regio de operao e a regio de nooperao. Assim quando a corrente estiver na regiopositiva como indicado por I1, I2, I3e I4o rel operar.Quando a corrente estiver na regio negativa como I5e

I6o rel no operar.

r

7.1 REL DIRECIONAL DE CORRENTE (ANSI 67)


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O rel direcional de corrente possui normalmente uma unidadedirecional em conjunto com uma unidade de corrente, de modo quepara que o rel opere tem que serem satisfeitas duas condies:

- A corrente deve atingir o valor de ajuste (sobrecorrente).- A corrente tem que estar na direo que caracteriza o defeito.

Conexes usuais para rels direcionais de corrente

8. REL DIFERENCIAL


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Rel Diferencial Amperimtrico


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Rel Diferencial Percentual


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Compensao da razo de transformao do transformador

Esquema de ligao a um transformador monofsico


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Simulao do comportamento do rel para um defeito Fase-Terra

Esquema de ligao para

transformadores trifsicos (:


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transformadores trifsicos (:

- Grande parte dos transformadoresdas

subestaes de distribuio possuios

enrolamentos da alta tenso ligadosem tringulo (), e os da baixatenso ligados em estrela () comneutro terra. Neste tipo de

ligaes existenaturalmente um desfasamentoangular entre os lados da alta e dabaixa tenso. Para podermoscompensar esta diferena, do ladoda alta tenso

ligamos os TIs em estrela () e dolado da baixa tenso, as ligaesdos TIs so feitas em tringulo ().

A li d i l


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Anlise da circulaode corrente paradefeito entre bifsico.

Esquema de ligao para

t f d t if i


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transformadores trifsicos

(:)

- Em geral, a ligao (:) utilizada em bancos detransformadores desubestaes dedistribuio. Estes bancos

no apresentamdesfasamento entre ascorrentes da alta e baixatenso. No entanto temosuma diferena nos seus

mdulos, sendo por issonecessriocompens-la comuma inverso nosterminaisde ligao do lado dosecundrio.

Circulao normal de corrente num circuito de proteo diferencial monofsica


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Prof. Joel Rocha Pinto - GTDE - FACENS 79MALHA DIFERENCIAL

Circulao normal de corrente num circuito de proteo diferencial trifsica


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Circulao de corrente de defeito fase-terra, fora da zona

protegida (PDM)


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Circulao de corrente de defeito fase-terra, fora da zona protegida (PDT)


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Circulao de corrente de defeito fase-terra, dentro da zona protegida (PDM)


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Circulao de corrente de defeito fase-terra, dentro da zona protegida (PDT)


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Circulao de corrente de defeito bifsico, dentro da zona protegida (PDM)


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Circulao de corrente de defeito bifsico, dentro da zona protegida (PDT)


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9. PROTEES INTERNAS DO TRANSFORMADOR


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DEFEITOS INTERNOS

-Curto-circuitos

so causados por:

-avarias de isolamento com formao de arco eltrico;

-rupturas de isolamento entre chapas do ncleo;

-descargas internas;

-Nvel de leo baixo;

RELS DE PRESSO/GS (REL DE BUCHOLZ)F.63


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Possui duas bias ( com contatos de mercrio) que esto montadas no interior dacmara coletora de gs:

BIA (FLUTUADOR) SUPERIOR :- atua quando h produo lenta de Gs (ex: falhas de isolamento)

- ativa um alarme

-verificao do estado do gs:

inflamvel - defeito interno;

no inflamvelar ou umidade;

BIA INFERIOR :

- atua quando h grandes bolhas de Gs (ex: curto-circuito entreespiras ou ruptura de espira formando arco eltrico);

- faz disparar uma proteo (disjuntor);


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PrincipaisComponentesdo relde gs

Bia superior

Bia inferior

Contato de mercrio(mercide)

Conexo para

Torneira de leo

RELS DE PRESSO/GS (REL DE BUCHOLZ)F.63


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Funcionamento/constituio:Sem qualquer tipo de defeito


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Sem qualquer tipo de defeito

Funcionamento/constituio


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Pequeno defeito de isolao Curto-circuito entre espirasarco el

PROTEO TRMICA DOS TRANSFORMADORES


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Proteo do isolante dos enrolamentos contra estragoscausados pelo aquecimento inadmissvel provocado porsobrecargas prolongadas;

- normalmente existe um termmetro nos transformadoresno topo do leo que atravs de um tubo capilar pode acionaros seguintes contatos:

- contato que faz atuar o alarme;

- contato para ligar os ventiladores;

- contato para ligar as bombas de circulao de leo;

Quando o transformador tem um detector de temperatura tipo


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- Quando o transformador tem um detector de temperatura ,tiporesistncia, alimentado por um T.C , trata-se de uma imagemtrmica colocada no interior do leo ;

-IMAGEM TRMICA:

- indica a temperatura do ponto mais quente no enrolamento;

- o aumento da temperatura provoca a expanso de um bulbo de

mercrio que leva ao acionamento de uma mola que move umponteiro, quando a temperatura atinge um limite mximo oscontatos fecham-se e caso a temperatura seja muito elevadapode ser necessrio retirar o transformador de servio.

- O bolbo de mercrio est situado entre duas resistncias ,numcompartimento fechado e isolado com leo (carcaa dotransformador) que aquecem dependendo da corrente fornecida por um


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transformador),que aquecem dependendo da corrente fornecida por umT.C ligado a uma sada do transformador.


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Indicador detemperaturado enrolamento

Ponteiromvel

Ponteiro fixo (70C)-ao atingir 70C fecha

contatos que ligam aventilao forada.

-ao atingir 85C fecha oscontatos do alarme visual esonoro.

-ao atingir 75C fecha oscontatos do alarme visual esonoro dos trafos comcirculao forada de leo.

10. REL DE DISTNCIA (21)


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-So mais rpidos, seletivos e menos afetados pela variao dacapacidade geradora, do que os rels de mxima corrente.

-A operao do rel no afetada pro variaes de carga ou porvariaes de tenso, aps defeito.

-O tempo de operao permanece aproximadamente constante.

-No afetado por variaes de produo ou alteraes daconfigurao do sistema.

REL DE DISTNCIA

R li I V


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Realizam a comparao entre uma corrente I e uma tenso V,medidas na mesma extremidade do elemento protegido.

O quociente entre tenso e a corrente resulta numa impedncia(Z):

Z = l S

A distncia desde o ponto onde o equipamento est instalado at olocal onde ocorreu o defeito proporcional a Z.

CAUSAS PERTURBADORAS NA MEDIO:


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Insuficincia ou inexistncia de transposio dos condutores da linha;

Variao da impedncia das linhas em paralelo;

Erros dos transformadores de medida e de tenso;

Variaes da temperatura ambiente;

Construo do rel.

REGULAO


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-Zona 1: Deve proteger entre 80 e 85% do comprimento da linhaonde est instalado. A proteo dever disparar instantaneamente a

qualquer defeito.

-Zona 2: Deve proteger o restante da linha a partir do pontoanterior e mais 50% da linha seguinte. Tempo de disparo entre0,25s e 0,4s.

-Zona 3: Deve fazer a proteo total das zonas 1 e 2 e mais 100% dalinha seguinte. Tempo de disparo entre 0,6s e 1s.

REGULAO


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Exemplo:

Caracterstica de operao da proteo da distncia localizada em A.

REGULAO


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Tempos de operao da proteo da distncia localizada em A.

CARACTERSTICAS DE OPERAO


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Rel com caracterstica circular Rel com caracterstica de lente



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Rel com caracterstica poligonal



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Rel com caracterstica combinada

REL DE IMPEDNCIA OU OHM

-Rel de mxima intensidade com binrio resistente proporcional ao


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Rel de mxima intensidade com binrio resistente proporcional aoquadrado da tenso.

-Indicados para proteo de fase.

-Usados em linhas de comprimento mdio.

-Funcionam mesmo que a corrente de curto-circuito seja pequena.

-O tempo de disparo independente do valor da corrente.

-Pouco sensveis s oscilaes do sistema.

-Exigem adicional unidade direcional.

-Mais afetados pela resistncia de arco do que os rels de reatncia emenos que os rels mho.



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Bobina de Reteno Bobina de Operao

Torque Resultante

No limiar de operao do rel de impedncia, o torque resultante nulo:

0 = K1I2

K2U2

K3 K2U2

= K1I2

K3

K2U2= K1I2K3K2I2K2I2 K2I2

U2= K1 K3K2I2I2 K2


Essa expresso deve ser aplicada


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Essa expresso deve ser aplicadano momento do defeito nosistema. Portanto, nesse instante a

corrente de curto-circuito grande, isto :

K3K2I2

= 0

2

1

K

KZ = constante = K

Z2= R2+ X2= K2


jXO rel de impedncia s opera qdo.O t d id l ICC


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K

jX

R

No Opera

Regio deOperao

O torque produzido pela ICC superior aos torques de restries;isto ocorre qdo. a impedncia vista

pela rel for menor que aimpedncia de ajuste. A impednciade ajuste exatamente o raio dacircunferncia K.

2

1

K

KZ = constante = K


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REL DE IMPEDNCIA (21) E REL DIRECIONAL (67)

jX


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jX

R

B

C 80% da LTBC

jX

R

Limiar do Rel Direcional

Limiar do Rel de Impedncia

ATUA

IMPEDNCIA 2 VISTA PELO REL DE IMPEDNCIA (21)

O valor de impedncia, visto pelo rel de impedncia : 02

V


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O valor de impedncia, visto pelo rel de impedncia :

0

0

0

2

2

2I

VZ

RTP

V

VRTPV

V

TP 0

0

0

0

12

2

1

RTC

IIRTC

I

ITC

0

0

0

0 1

22

1

RTP

RTCZZ

RTP

RTC

I

VZ

I

RTC

RTP

VZ *** 00

0

0

0

0

0

012

1

1

2

1

1

2

Z10 = Impedncia real do primrioZ20 = Impedncia vista pelo rel de impedncia

Exemplo de Regulagem do REL DE IMPEDNCIA (21)

Supor que o rel de impedncia deva proteger 80% de um trecho de uma LT de


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Supor que o rel de impedncia deva proteger 80% de um trecho de uma LT de138KV, cuja impedncia seja de 86,25. O TC de 500/5A e o TP de 138KV/100V.Qual dever ser a regulagem do rel de impedncia?

RTP

RTCZZ *00

12

5

100

1380005

500

*25,86*80,0 0022

ZZ

Qualquer impedncia menor que este valor, o rel opera, eimpedncia maior o rel no opera.

11. REL DIGITAL


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So dispositivos com capacidade de processamento de dados queanalisam sinais analgicos e, ou, digitais e de acordo com uma

rotina determinada por um programador, existem tomadas dedeciso e atuao no controle do sistema, por exemplo um reldigital determina sobrecorrente em um circuito alimentador eeste nvel pode afetar a integridade dos equipamentos

imediatamente ele corta a sada da subestao e supondo umsurto transitrio o prprio rel d um comando para religar ocircuito, caso a carga esteja normalizada, o mesmo mantm oestado ligado.

DIAGRAMAS DE BLOCOS DO REL DIGITAL


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SINA

ISV,I

Red

utor

deS

inal

Filtro

Analgico

Mult

iplex

Sam

ple

andhold

Conv

ersor

A/D F

ilt

ro

Digital

LGICA DOREL

SADADIGITAL

Dados paraArquivoHistrico

Fonte

AjustesTenso CA

IHM Local

Comunicaode DadosComputador

UAC

EXEMPLO DAS FUNES DOS BLOCOS DO REL DIGITAL


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Digitalizao do Sinal :

A funo de digitalizao consiste em transformar o sinal analgico em umasrie de nmeros binrios de n bits, os quais podero ento ser manipulados

pelo microprocessador.A digitalizao consiste dos seguintes processos:

amostragem: transforma sinal de tempo contnuo em sinal de tempo discretoquantizao: transforma sinal de tempo discreto e amplitude contnua em

sinal digital

codificao: (complemento de um, complemento de dois, BCD).Dois circuitos so responsveis pela digitalizao do sinal:- conversor A/D- sample/hold

No rel digital os sinais de tenso e corrente so processados deforma analgica e digital como indicado:


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Os principais parmetros da digitalizao so :resoluo do conversor A/D (N)freqncia de amostragem (f

A)

Sinal Analgico Icc(t)Filtragem Analgica (filtro analgico passa-baixa, classe Butterworth, ordem 3),


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0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

Icc(FPB)

Sinal Digitalizado


119/135


0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Sinal Analgico Icc(t)Filtragem Analgica (filtro analgico passa-baixa, classe Butterworth, ordem 3),

Icc(FPB)


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0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

( )Sinal Digitalizado

FUNO DO REL DIGITAL


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dial de tempo (dt) = 0,1s

Ipeak-up = 10A

50

51

Iinstantnea = 7002A

T

2,5 ciclos 40ms

Curva Normalmente Inversa (NI)

T Curva Normalmente Inversa (NI)


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Ientrada = 26A

t


Ipeak-up = 10A

50

51

Iinstantnea = 7002A

2,5 ciclos 40ms

K = 0,14 e

= 0,02

1

*

M

dtKt

1

10

26

1,0*14,002,0

t

t = 0,73supIpeak

IentradaM



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Ipeak-up = 10A

50

51

Iinstantnea = 7002A

2,5 ciclos 40ms

IIN-RUSH

TIN-RUSH

CONDIO NORMAL



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Ipeak-up = 10A

50

51

Iinstantnea = 7002A

2,5 ciclos 40ms

IIN-RUSH

TIN-RUSH

CONDIO ANORMALTIPO DE RECURSSO



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Ipeak-up = 10A

50

51

Iinstantnea = 7002A

2,5 ciclos 40ms

IIN-RUSH

TIN-RUSH

TIPO DE RECURSSO APLICADO



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Ipeak-up = 10A

50

51

Iinstantnea = 7002A

2,5 ciclos 40ms

IANSI

TANSI 2s ou 3s

CONDIO DE CURTO-CIRCUITO NO TRANSFORMADOR

TIPO DECURVA

TEMPO K


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M

dtKt

*

1

*

M

dtKt

NI 0,14 0,02

MI 13,5 1

EI 80 2

LONG 80 1

IT 60 1

I^2T 540 2

1*

M

dtKt

1

*

M

dtKt

1*

M

dtKt

M

dtKt

*

12. SUBTENSO DE FASE (27P):

Opera baseado na medio das tenses de fase O


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Opera baseado na medio das tenses de fase. Oelemento geralmente pode ser programado para operar

somente quando as trs tenses de fase caem abaixo donvel especificado, quando somente duas caem ouquando quaisquer das trs caem abaixo do nvel depickup especificado. Alm disso, a atuao pode sertemporizada com um tempo definido ou por meio deuma curva de tempo inverso.

Para cargas sensveis tenso, tal como motores deinduo, uma queda de tensoresultar em aumento da

corrente de fuga, a qual pode causar aquecimento nomotor.

13. SOBRETENSO DE FASE (59P):

Opera baseado na medio das tenses de fase. O elemento


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tambm pode operar quando trs, quaisquer duas ouqualquer uma das fases excede o nvel especificado. Na

maioria dos rels, estar disponvel apenas temporizao atempo definido.

A sobretenso pode causar a diminuio do isolamento eacelerar a falha por isolamento (curto-circuito).


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TEMPOS DE SELETIVIDADE

Funes temporizadas em srie devem ser coordenadas


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Funes temporizadas, em srie, devem ser coordenadasmantendo-se um intervalo de 300 a 400 ms entre curvas.

As funes instantneas devem ser habilitadas conforme oesquema de seletividade lgica descrito acima. Nesse caso, otempo que as funes instantneas dos rels levam para atuardeve ser suficiente apenas para cobrir o tempo de fechamento do

contato da sada somado ao tempo de reconhecimento da entradadigital de seletividade lgica, adicionado a uma margem desegurana de 15 ms, chamemos esse tempo de T1. Caso sejamutilizados rels auxiliares multiplicadores ou concentradores, o

tempo de atuao dos mesmos dever ser tambm considerado.

FALHA DO DISJUNTOR


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A funo falha do disjuntor (50BF) tem como

finalidade liberar o sinal de bloqueio recebido pelo relR2, atravs de sua entrada de seletividade lgica, casoa corrente de defeito no seja eliminada, pelo disjuntorrelacionado a R1 (Disj. A), dentro do tempo

previsto para sua atuao.

A atuao do rel R2, e conseqente abertura dorespectivo disjuntor, ocorre aps o sinal de bloqueioter sido removido e aps ter decorrido T1. Observefigura abaixo para compreender melhor.


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Documents

Protecao de Sistemas Eletricos de Potencia_alta