Relés de Proteção – Do Eletromecânico ao Digital
30 de março de 2024
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Em um cenário de crescente demanda por energia elétrica e complexidade dos sistemas de transmissão e distribuição, a proteção de distância se torna cada vez mais relevante.
No Brasil, segundo dados do ONS, a extensão da rede básica de transmissão em 2022 era de 179.311 km. A previsão para 2027 é chegar em aproximadamente 216 mil [1].
Entender, portanto, os conceitos de proteção de distância são fundamentais para o dia a dia do especialista que realiza o comissionamento de proteção & controle de linha e a operação e manutenção da rede de transmissão.
Neste artigo vamos entender:
Os relés de distância são dispositivos que operam com base na relação entre dois sinais representados como fasores, ou seja, a tensão e a corrente. Essa relação é expressa como um número complexo e o relé pode ser projetado para responder ao módulo desse número ou ao próprio número complexo.
A função distância mede, através da leitura das correntes e tensões do circuito protegido, a impedância entre o ponto de aplicação da proteção e o ponto onde ocorreu o curto-circuito.
A dimensão da grandeza calculada é Ohms: Impedância = Tensão / Corrente
[tensão e corrente, grandezas fasoriais]
A função de impedância, que tem como código o número 21 de acordo com norma ANSI, é amplamente utilizada para a proteção de linhas de transmissão. Essa função recebe esse nome devido à relação entre a impedância da linha protegida e o seu comprimento, expresso em ohms por quilômetro.
Essa associação permite que a impedância medida seja correlacionada com a distância até o ponto de curto-circuito. Dessa forma, a função de impedância é capaz de determinar a localização de uma falha na linha de transmissão, baseada nas características de impedância do sistema elétrico.
Ao utilizar a função de impedância para a proteção de linhas de transmissão, é possível estabelecer zonas de proteção com base nos valores de impedância medidos. Essas zonas definem limites de distância a partir do ponto de conexão, onde a atuação dos dispositivos de proteção é determinada.
Uma impedância pode ser representada graficamente no diagrama R-X (figura 2).
O ângulo do vetor de impedância da linha está relacionada com a relação R-X, dos parâmetros da linha.
Quando ocorrer uma falta na linha, no ponto F (figura 1), o relé vai ler um valor de tensão e corrente.
Dividindo a tensão pela corrente, temos um valor de Z.
Figura 1
Figura 2
Na figura 3, temos a subestação P, M, R e G.
Figura 3
Toda linha tem a sua própria impedância. Representando as impedâncias das linhas de transmissão no diagrama R-X ficaria como indicado na figura 4.
Figura 4
A SE M representa a subestação de referência, assim consideramos que ela está na origem do diagrama. Como a SE M está na referência, as linhas 1 e 2 estão no 1º quadrante. Essas linhas, portanto estão à frente da SE M. A linha 3, entretanto, está atrás da SE M, portanto está na posição reversa.
O objetivo desta seção foi mostrar os conceitos de representação das linhas de transmissão no diagrama R-X e os conceitos de frente e reverso, muito comuns no dia a dia dos profissionais que atuam com sistema elétrico de potência, incluindo o especialista de proteção & controle e os que realizam operação e manutenção.
Quando um curto-circuito ocorre em uma linha, a impedância presente nessa linha limita a queda de tensão causada pela corrente que flui através dela.
Para caracterizar a falta e desligar a linha, o relé precisa ler essa impedância.
Ocorrendo uma falta na linha 1 (figura 5), o relé vai ler uma tensão e uma corrente até o ponto de falta.
Ao calcular essa impedância, ela vai estar localizada no ponto em vermelho indicada no diagrama R-X (figura 6).
A tensão lida será do ponto onde está o relé até a falta.
E a corrente lida será a que está passando pelo TC da linha 1, devido à falta.
Ao calcular o valor de impedância e verificar que valor está dentro da região de operação, o relé envia o comando para abrir o disjuntor.
Figura 5
Figura 6
Em um cenário de crescente demanda por energia elétrica e complexidade dos sistemas de transmissão e distribuição, a proteção de distância se torna cada vez mais relevante.
O avanço da tecnologia tem proporcionado o desenvolvimento de dispositivos e algoritmos mais sofisticados, permitindo uma proteção ainda mais eficiente e adaptável às necessidades específicas de cada sistema.
Em relação ao Brasil, segundo dados do ONS, a extensão da rede básica de transmissão em 2022 era de 179.311 km [1]. A previsão para 2027 é chegar em aproximadamente 216 mil.
Entender portanto os conceitos de proteção de distância são fundamentais para o dia a dia do especialista que realiza o comissionamento de proteção & controle e operação e manutenção da rede de transmissão.
Referências
[1] https://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/o-sistema-em-numeros
[2] Material de aula da Capacitação em Comissionamento de Proteção & Controle. Clique para saber mais sobre a formação da Pronext Engenharia.
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