Cigré/Brasil CE B5 - Proteção e Automação

1. Cigré/BrasilCE B5 - Proteção e Automação Seminário Interno de Preparação para o Colóquio de Madri 2007 Rio de Janeiro, 01 e 02 de outubro de 07

2. Dados do Artigo • Número: 306 • Título: German Practice of Transmission System Protection • Autoria: H. J. Herrmann (Siemens), A. Ludwig (Vattenfall Europe), H. Föhring (RWE TSO Strom), H. Kühn (E.ON Netz), F. Oechsle (EnBW) • País: Alemanha

3. Objetivo • Apresentar concepções típicas de proteções, utilizadas nos componentes do Sistema de Transmissão da Alemanha Características do Sistema de Transmissão da Alemanha: • Níveis de tensão de 380 e 220kV • Geração (incluindo parque eólico) conectada no sistema de transmissão • Aproximadamente 36.000Km de extensão • 4 grandes empresas operam boa parte do sistema • A maioria das linhas são em circuito duplo

4. Sistema de Proteção 1 - Transformadores Elevadores de Geradores + Trecho de Linha (TF conectado diretamente na subestação ou por uma linha de transmiddão aérea) • A proteção principal do transformador é a proteção diferencial. Do lado do gerador há uma proteção de distância. A zona 1 alcança 70% da impedância do TF (temporizada em 100ms, para dar preferência de disparo ao 87T). Para impedâncias medidas maiores que Z1 e na presença de detecção de falta o disjuntor do lado de alta tensão é aberto com uma temporização, coordenada com as proteções do sistema. • A seção de conexão do TF e a linha aérea são protegidos por uma proteção de distância, localizada na subestação, e ajustada para alcançar 70% da impedância do TF. Na direção reversa a proteção de distância faz back-up para as proteções do sistema. Alternativamente é utilizada proteção diferencial de linha para proteger a linha aérea. • Em muitos casos são utilizadas proteções duplicadas (redundantes).

5. Sistema de Proteção 1 - Transformadores Elevadores de Geradores + Trecho de Linha (continuação) • Para o gerador, fechamentos sob falta (barra ou linha) representam condições críticas. Se o sistema de proteção falhar durante um fechamento sob falta, o tempo de eleiminação da falta poderá ser elevado. Uma duração elevada da falta resulta em stress severo para o gerador. Para este caso aplica-se uma lógica de desacoplamento do gerador, que atua (temporizada => 100 a 150ms) para as seguintes condições: -dP/dt + Pforward< + U< (fase-terra) + I> (trifásica); localizada na alta ou baixa tensão do TF.

6. Sistema de Proteção 2. Barras • Proteção Diferencial de Baixa Impedância (seletiva e distribuída). • Tempo de disparo especificado: 20 a 30ms (tempo total de eliminação da falta menor que 100ms). • Adaptação automática a qualquer mudança de configuração. • Porteção para a zona morta (falta entre o DJ e o TC). • As proteções de falha de disjuntor são realizadas pelas unidades de bay. O 1º estágio dá trip no próprio disjuntor, sem retardo; e o 2º estágio temporizado abre todos os disjuntores da seção de barramento. Ocorre transferência de diaparo para o disjuntor do terminal remoto, após um tempo de retardo. • Proteções de back-up: proteção de distância do terminal remoto das linhas e proteção de retaguarda dos transformadores

7. Sistema de Proteção 3. Linhas de Transmissão Aéreas • Proteção de Distância (com aplicação de esquemas de teleproteção PUTT e POTT, com lógica de eco) e Diferencial de Linha. • Aplicação mais comum: proteção de distância com ou sem teleproteção. Normalmente são utilizadas duas proteções de distância, com esquema de teleproteção. Em linhas de 230kV, em alguns casos, é usada teleproteção em apenas uma das proteção (a outra utiliza proteção de distância escalonada por zonas). • Há duplicidade (redundância) de sistemas de proteção e da teleproteção (utilizando diferentes meios). Geralmente são utilizados relés de fabricantes diferentes ou de hardwares diferentes. • Recentemente há uma tendência crescente a aplicar diferentes princípios de medição (distância e diferencial).

8. Sistema de Proteção 3. Linhas de Transmissão Aéreas (continuacao) • É dada preferência para o uso de fibra óptica, na proteção “Principal 1”. Ênfase é dada para a obtenção de um reduzido tempo de transmissão/recepção (inferior a 10 ms). • São implementados diferentes modos de religamento automático. • Em geral, é implementado o religamento automático monopolar. Para faltas envolvendo mais de uma fase o disparo tripolar definitivo é normalmente usado. • Em geral ambas as proteções de distância contêm uma função de religamento. Algumas empresas só iniciam o religamento pela proteção “princial 1”. Alternativamente ambas as proteções iniciam o religamento. • Uma empresa utiliza religamento monopolar para faltas bifásicas (sem envolvimento de terra). Outra peculiaridade é iniciar o religamento em um terminal, somente se o religamento for bem sucedido no outro.

9. Sistema de Proteção 4. Transformadores • São utilizados 2 sistemas de proteção redundantes. • Proteção Diferencial (TCs de bucha e TCs de pedestal) • Proteção de Distância (back-up e/ou “Principal 2”). • Proteção de Sobrecorrente (secundário e/ou terciário) • Buchholz e Temperatura

10. Sistema de Proteção Requisitos adicionais para implementação • A proteção dos componentes é agrupada em dois grupos de proteção. • Cada grupo de proteção tem seu circuito de trip, que ativa a correspondente bobina de abertura do DJ; ou cada grupo de proteção tem circuitos de trip duplicados, que ativam ambas as bobinas de abertura dos DJ. • Para poder testar os relés, os circuitos de medição e disparo possuem chaves para isolamento. • TCs com múltiplos enrolamentos são utilizados (enrolamentos distintos para cada grupo de proteção).

11. Sistema de Proteção Requisitos adicionais para implementação (continuação) • Tempo de eliminação de falta: . BARRA: proteção principal => 100ms; proteção de back-up => 600ms; BF => 300ms (lines) e 900ms (TFs) . LINHA: primeira proteção => 120ms; segunda proteção => 120ms; BF => 420ms . TRAFOS: primeira proteção => 120ms; segunda proteção => 150ms; BF => 420ms

12. Dúvidas

13. Conclusões • Na Alemanha verifica-se o uso de algumas concepções de proteções diferentes das adotadas no Brasil. Mas, de um modo geral, há muita semelhança com as concepções adotadas aqui.

14. Respostas às questões do REP • Questão 14 • A existência de redundância ou proteções de princípios completamente diferentes, usadas para as proteções “Principal 1 e 2”, numa mesma linha protegida, embora do mesmo fabricante, seria aceitável como uma alternativa, ao invés de se ter os relés de diferentes fabricantes? • Resposta: Sim

15. Respostas às questões do REP • Questão 14 (continuacao) • Há empresas alterando suas filosofias, em relação às proteções “Principal 1 e 2” (sistemas de proteção redundantes), em decorrência da introdução da norma IEC61850 e da “evolução” nos “negócios” através de turn-key? • Resposta: Não

16. Respostas às questões do REP Grato pela atenção! Adriano Pauli ELETROSUL pauli@eletrosul.gov.br (48)32317261