Aula 1 Introdução. Análise de redes em condições transitórias. rias:

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1 Proteção de Sistemas Elétricos Aula 1 Introdução Análise de redes em condições transitórias condições transitórias: rias: chaveamento CC falta de fase formas de ondas anormais descargas atmosféricas origem: interna externa severidade: de 150% a 500% ou mais ocorrência transitórios: rios: < 1% (sistema opera em RP) para que analisar períodos de tão curta duração? dispositivos de proteção/controle para condições transitórias: rias: custo elevado ($$$)

2 Duração/amplitude dos fenômenos transitórios Tipo Duração Amplitude Temporário min/h < 150 % Manobra seg (100<tf<500 ms; 2<tc<3 s) até 350 ou 450 % Atmosférico ms (1<tf<20 s; tc<50 µs) > 500 % Importância do estudos de curto-circuito dimensionamento/seleção relés s de proteção determinação capacidade de interrupção dos disjuntores máxima corrente de suportabilidade dos equipamentos de chaveamento seleção (se necessário) de reatores limitadores de correntes de curto-circuito circuito projeto/execução da coordenação de proteção cálculo dos esforços os mecânicos nos elementos estruturais dos equipamentos cálculos da malha de aterramento especificação de supressores de surto (pára ra-raios) raios)

3 Tipos de falta Curto-Circuitos Circuitos (falhas ou faltas) Trifásico (fase-fase fase-fase) fase) Bifásico (fase-fase) fase) Bifásico sico-terra (fase-fase fase-terra) Monofásico (fase-terra) Todos podem ocorrer com impedância de falta Circuito aberto Uma fase Duas fases Sobretensões Origem atmosférica (raios) Surto de manobra Sobretensões Geralmente fenômenos transitórios rios (curta ou curtíssima duração ão), mas existem sobretensões temporárias rias (frequência se mantém próxima ao valor nominal - conhecidas como sobretensões de frequência industrial). Em relação ao tempo de duração podem ser: Fortemente amortecidas de curta duração causadas por surtos de manobras ou surtos atmosféricos (descargas( atmosféricas ricas). Fracamente amortecidas ou não amortecidas causadas por alívios súbitos s de carga, curtos-circuitos circuitos à terra e por fenômenos não lineares (ferro ressonância, harmônicos).

4 Fator de falta à terra = fator de sobretensão max V φ T nominal V φ T FF = V máxima tensão fase-terra RMS (frequência industrial) de uma fase íntegra durante um curto-circuito circuito à terra (afetando uma ou mais fases) tensão fase-terra nominal Principais características: Utilizado para avaliar sobretensões temporárias rias causadas por curto-circuito circuito à terra. Constante bastante simples, que caracteriza as condições de aterramento de um sistema elétrico trico. Calculado a partir das impedâncias de sequência do sistema. Para máquinas m girantes deve ser utilizada a reatância subtransitória ria no cálculo c do fator de sobretensão. max VφT nominal φt Sistema de aterramento do neutro Afeta significativamente a corrente de CC (magnitude e ângulo) que flui para a terra. Tipos de sistema: eficazmente aterrado (solidamente aterrado) não-aterrado aterrado por impedância

5 Sistema eficazmente aterrado Fator de falta (ou fator de sobretensão) para a terra é menor que 1,4,, e requer que as seguintes condições: X 0 R0 3,0 1 X X 1 1 Comportamento das tensões para um CC (Fase( a contra terra). g = n Plano Terra g = a g = 0 g g Sistema não-aterrado NÃO existe aterramento acoplamento à terra se dád através s da capacitância shunt natural entre o sistema e a terra. Ia g = n Plano Terra g = a g = 0 (a) Ia g n g g Sistema equilibrado 3 capacitâncias são iguais neutro(n) localiza-se no plano de terra (g) g g Comportamento das tensões para um CC (Fase( a contra terra).

6 Sistema neutro aterrado Neutro ligado a terra diretamente (solidamente) ou através s de impedância (resistência ou reatância) de valor adequado para: reduzir as oscilações transitórias rias do sistema e permitindo a passagem de uma corrente suficiente para assegurar proteção seletiva contra as faltas à terra Sistema de neutro ressonante Neutro ligado a terra através de um reator (chamado de bobina de supressor de arco) reatância indutiva é ajustada para que durante uma falta fase-terra a corrente indutiva de frequência nominal que circula no reator neutraliza praticamente a componente capacitiva de frequência nominal da corrente de falta para a terra

7 Sistema de aterramento: ntagens & desvantagens Sistema não-aterrado corrente de CC para terra é desprezível e se auto- extingue (na maioria dos casos), sem afetar o fornecimento de energia elétrica como não existe corrente fluindo para a terra, é difícil de localizar o local do defeito sobretensões sustentadas são elevadas, o que impõe o uso de párap ra-raios raios com tensão de reseal da ordem da tensão de linha; ajustes de relés s de terra e as tarefas de coordenação e seletividade são difíceis de realizar e ficam com sua eficácia cia comprometida Sistema de aterramento: ntagens & desvantagens Sistema eficazmente aterrado corrente de CC para a terra é elevada, o que implica necessidade de rápido r desligamento do circuito afetado como existe corrente fluindo para a terra no local do defeito, se consegue obter sensibilidade e seletividade adequadas nos relés s de terra sobretensões sustentadas são reduzidas, o que permite o uso de párap ra-raios raios com tensão de reseal menor.

8 Desequilíbrio durante CC CC 3f φ Ia Curto-Circuito Desequilíbrio durante CC CC 2f (isolado) φ Ia

9 Desequilíbrio durante CC CC 1f Ia φ Ia Curto-circuito X sobrecarga Curto-circuito ocorre de forma rápida r e instantânea tensão na fase sob falta tende a zero corrente tende a valor elevado fator de potência indutivo Sobrecarga ocorre de forma lenta e gradativa corrente tende a violar limites de equipamentos pode ser controlada

10 Modelagem da rede para estudos de CC I cc >> I nominal algumas simplificações podem ser realizadas (sem introduzir erros consideráveis): todos geradores síncronos são considerados operando com V=1,0 pu e ângulo de zero grau parâmetros shunt das linhas são ignorados para sistemas EAT, as resistências séries s são desconsideradas (LT, transformadores), pois seus valores são muito inferiores às respectivas reatâncias série as cargas são ignoradas transformadores do sistema são considerados operando no tap nominal a rede de sequência negativa é considerada idêntica à rede de sequência positiva Modelagem da rede para estudos de CC AC + + AC AC + + AC AC 4 5 E + Modelo Para Estudo Geradores são considerado operado em paralelo na tensão de 1,0 pu com ângulo de zero graus