CAP5_ Reles de Distancia

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CAPÍTULO 5

RELÉS DE DISTÂNCIA Prof. Jos é Wilson Resende Resende

Ph.D em Sistemas de Energia Elétrica (University of Aberdeen-Escócia) Professor titular da Faculdade de Engenharia Elétrica Universidade Federal de Uberlândia

5.1 – Introdução Os relés de distância recebem esse nome devido ao fato de serem usados efetivamente para determinar a distância da falta em uma linha de transmissão. Quando uma linha é submetida a condições de falta, a corrente que flui por ela aumenta, provocando uma grande queda de tensão. O relé de distância recebe então estas informações e traduz isso como uma impedância, dividindo V por I. Como a impedância da linha é diretamente proporcional ao seu comprimento, fica  pois determinada a distância entre a falta e terminal onde se encontra o relé que operou. Ajustando-se o relé para desenvolver conjugado  positivo  para níveis de impedância abaixo de um valor especificado, e conjugado negativo para níveis de impedância acima desse mesmo valor; o relé pode ser usado para atuar para faltas no trecho por ele protegido e não atuar para faltas em outros trechos.

Conexão de um relé de distância

Esses relés geralmente usam uma estrutura de alta velocidade, tal como uma unidade tipo tambor de indução, para prover operação instantânea. Qualquer temporização introduzida é feita por temporizadores externos ao relé. • PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO: Compara V e I no local do relé (Por ex. no início

da linha): Ex.: Na rede monofásica abaixo, a tensão no local do relé (pto.P) para um curto no  ponto D será: VP = VP1 – VP2 = (VP1 – VD1) + (VD1- VD2) + (VD2 – VP2) = z.I + r.I + z.I

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Princípio de medição dos relés de distância

VP I ∴ A impedância aparente em P, para um curto em D, é igual à impedância do anel P1D1D2P2. Sendo z = p.l/s ⇒ “z” é proporcional ao comprimento “l” da linha. Para um curto sólido, r = 0 ⇒ VP = 2.z.I ou 2z =

5.2 – Causas Perturbadoras na Medição a) Inexistência ou insuficiência de transposição das linhas. (5% a 10% do erro total).  b) Variação da impedância das linhas paralelas (refletindo mais nas componentes de seqüência (0)) c) Erros dos TP’s e TC’s (pela saturação, nas faltas) (> 3% do erro total). d) Variação da temperatura (o resfriamento dos condutores altera suas resistências). e) A construção do relé.

5.3 – Equações e Curvas Características:  No relé de distância: • a CORRENTE fornece o conjugado de operação • a TENSÃO fornece o conjugado de restrição O relé “vê” a impedância aparente Z, entre ele e o ponto de falta: ↓ Z = Há diversas maneiras de se obter Z: • Relé de impedância ou OHM; • relé de reatância; • relé MHO ou de admitância • e o relé de impedância modificado.

V↓ ↑I

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5.3.1. Relé de Impedância ou OHM

Esse tipo de relé geralmente não é muito utilizado, pois além de ocupar um espaço muito grande no diagrama R-X, não possui direcionalidade, necessitando,  portanto, de uma unidade direcional externa. • • •

É um relé de sobrecorrente com restrição por tensão Indicado para proteção de fase, em linhas médias (até 138 KV). São sensíveis às oscilações do sistema.

Constituição de um relé de impedância monofásico: a) Unidade de partida direcional (D)  b) Três unidades de medida de impedância (Z1 – Z2 – Z3) de alta velocidade, reguláveis independentemente (T1 – T2 – T3). c) Unidade de temporização. d) Unidades auxiliares de sinalização (bandeirola B), de selo (S), etc.

VÊ

Seja: Z1 →  < 80%; T1 = 0 VÊ

Z2 →  < 120%; T2 = 0,5 seg.

Z3

VÊ

→  < 200%; T3 = 1,0 seg.

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FALTA NA 1A ZONA: as 3 unidades de medida “vêm”: ⇒ fecham-se os contatos Z1, Z2 e Z3; energizam-se as bobinas de temporização, das bandeirolas, de selo e de disparo do disjuntor. OBS: Z2 e Z3 são proteção de retaguarda. FALTA NA 2A  ZONA: somente as unidade Z3 e Z2 “vêm”: Sendo T2 < T3, o disjuntor é aberto pelo caminho dos contatos Z2 e T2. OBS: Z3 é a proteção de retaguarda. FALTA NA 3A  ZONA: Apenas Z3 “vê” a falta: o caminho para o disparo do disjuntor é via Z3.

5.3.2. Relé de Reatância

O relé tipo reatância basea-se na componente reativa da impedância, independendo do valor da resistência ou do arco produzido nos curtos. Por essa característica de operação é que esse relé é adequado na proteção de linhas curtas, onde a resistência tem valor alto, se comparada com o comprimento da linha. O ponto de equilíbrio do relé ocorre quando a reatância VISTA pelo relé é K  X= 1 : Para C(+) (torque positivo): X  < K 1 : O relé atua. K 2 K 2 Para C(-) (torque negativo): X  > K 1 : O relé não atua. K 2

5.3.2.1. Relé de Ângulo de Impedância

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•

É semelhante ao relé de reatância, exceto que o ângulo de conjugado máximo não é para 90o • Este relé, em geral, não é usado como relé de distância, porém forma uma parte importante de muitos esquemas de relés de distância. • Ele evita desligamentos indevidos: sua característica angular bloqueia a atuação do relé de distância em certas oscilações mas não sob uma real condição de curto circuito.

5.3.3. Relé MHO ou de Admitância Este é o relé mais utilizado na proteção de linhas. Possui duas vantagens em relação ao tipo Impedância. A primeira é que possui característica direcional inerente ao funcionamento do relé, pois para proteger um mesmo comprimento de linha (em relação ao anterior), abrange uma área menor do diagrama R-X. A segunda vantagem reside na sua menor sensibilidade quando da ocorrência de uma oscilação. A suas principais características são: •

São pouco afetados pelas oscilações do sistema.

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São os relés mais afetados pela resistência de arco voltaico.

•

São indicados na proteção de fase em linhas longas e de altas tensões (que são mais sujeitas a oscilações perigosas).

•

São os mais seletivos entre os relés de distância.

Vantagens deste relé:

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1a ): todo o círculo está na região de operação do relé (isso não acontece no relé de impedância).

fig. 5.4.a

2a):  Para proteger um mesmo comprimento de linha, este relé abrange uma menor área do plano R – X ⇒  menor sensibilidade às oscilações do sistema.

5.3.4. Relé de impedância modificado É um caso particular do relé de impedância. É um relé intermediário, entre o relé MHO e o relé de impedância.