Relés de Proteção – Do Eletromecânico ao Digital
30 de março de 2024
0
Neste artigo vamos abordar os seguintes tópicos
A tecnologia de comunicação tornou-se um pilar importante nos sistemas elétricos modernos. Essa tecnologia abre muitas portas para a melhoria da operação, proteção e controle dos sistemas de potência.
Neste contexto, entra o conceito de teleproteção. Através da utilização da comunicação é possível aumentar a confiabilidade e proporcionar um tempo mais rápido de atuação da proteção, em todos os terminais da linha da transmissão, independentemente do local onde a falta na linha ocorreu. Isso normalmente não é possível, pois devido imprecisões no transformador de corrente ou transformador de potencial, resistência de arco ou mesmo imprecisões nos parâmetros da linha de transmissão ou mesmo no estudo de curto-circuito, não seria possível ajustar a proteção de distância para cobrir 100% da linha com uma proteção de alta velocidade.
A teleproteção, portanto, é a solução para proteger 100% da linha, com uma proteção de alta velocidade.
Num sistema malhado, num sistema interligado como é o brasileiro, uma demora na atuação na proteção de uma linha de transmissão, da rede básica, pode prejudicar, por exemplo, a estabilidade do sistema. Então não é admissível deixar uma linha de transmissão sem proteção de alta velocidade em toda sua extensão.
A teleproteção pode ser conceituada como uma abordagem de proteção que integra sistemas convencionais de proteção com tecnologias de comunicação.
Especificamente, a teleproteção emprega relés de proteção em conjunto com um sistema de comunicação estabelecido entre os dois terminais de uma linha.
Esta comunicação bidirecional entre os terminais visa a troca de informações pelos relés com duas intenções primordiais:
(1) Transmitir um sinal de bloqueio da proteção, que, em combinação com outras informações, influenciará uma decisão seguinte.
(2) Enviar um comando de permissão da proteção, que, em combinação com outras informações, determinará uma ação específica.
Quer se tornar um especialista em proteção e controle, a partir do zero? Clique aqui para saber mais.
É fundamental reconhecer que a eficácia da teleproteção está intrinsecamente ligada à confiabilidade do canal de comunicação. A ausência de confiabilidade nesse canal pode comprometer a integridade da proteção. Em termos simplificados, confiabilidade implica na capacidade de atuar quando necessário e permanecer sem atuação, quando não for exigido.
Adicionalmente, a velocidade na comunicação é uma premissa importante. Uma transmissão de dados lenta entre os dois terminais da linha não seria eficaz na proteção da linha. Por exemplo, se a transmissão levar 400ms, seria mais pragmático permitir a atuação da zona 2, tornando a teleproteção redundante. Portanto, é imperativo que a comunicação entre os terminais ocorra com alta velocidade, especialmente quando consideramos linhas que podem se estender por distâncias significativas, como 100km ou mais. A informação, nesse contexto, deve ser transmitida com a máxima agilidade.
Se um desses requisitos não for atendido, a teleproteção pode não ser eficaz na proteção da linha. Por exemplo, se o canal de comunicação não for confiável, os relés de proteção podem não ser capazes de trocar informações de forma precisa, o que pode levar a uma falha não detectada na linha. Se o canal de comunicação não for rápido, os relés de proteção podem não ser capazes de tomar decisões sobre a proteção da linha em tempo real, o que também pode levar a uma falha de atuação.
Portanto, a teleproteção oferece o equilíbrio entre rapidez e precisão, assegurando proteção veloz em toda a extensão da linha de transmissão. Em uma rede interconectada, um desligamento temporário em um dos terminais da linha seria inadmissível para o sistema. Dado a maneira como o sistema de potência trabalha, de forma interligada, nenhuma falha é suficientemente “remota” para justificar uma resposta lenta para isolar um defeito.
A teleproteção emprega diversos meios de comunicação, que evoluíram ao longo do tempo para atender às necessidades crescentes de eficiência e confiabilidade. A seguir, estão os principais meios de comunicação utilizados, em ordem cronológica de utilização:
1. Rede de comunicações através de cabos telefônicos.
2. Fio Piloto, que consiste essencialmente em uma conexão entre os terminais da Linha de Transmissão (LT) utilizando cabo de cobre.
3. Carrier, também conhecido como OPLAT (Onda Portadora sobre Linhas de Alta Tensão).
4. Rádio na faixa de UHF.
5. Rádio Micro-Ondas.
6. Fibra óptica com cabo dielétrico.
7. Fibra óptica utilizando cabo OPGW (Optical Ground Wire).
Fizemos um outro post sobre o tema, clique aqui para acessar.
O Fio Piloto pode ser descrito como um precursor na evolução dos meios de comunicação destinados à teleproteção. Ao longo dos anos, tanto o sistema Carrier quanto o sistema por micro-ondas foram amplamente adotados, mantendo-se presentes em diversas instalações até os dias atuais.
O sistema Carrier (Power Line Carrier), de origem americana, é particularmente reconhecido por sua relação custo-benefício. Em termos financeiros, apresenta-se como uma opção mais acessível em comparação ao sistema por micro-ondas.
A principal característica do Carrieré que ele utiliza a própria linha de transmissão como meio de comunicação. Seu princípio operacional baseia-se no envio de um sinal de alta frequência do terminal local ao terminal remoto.
Os componentes fundamentais do sistema Carrier, também referido como OPLAT (Onda Portadora sobre Linha de Alta Tensão), incluem a bobina de bloqueio, o capacitor de acoplamento, bem como dispositivos transmissores e receptores. Uma vantagem notável deste sistema é, de fato, a capacidade de empregar a linha de transmissão existente para a transmissão do sinal.
Em relação ao Carrier, uma limitação significativa é a potencial atenuação do sinal, especialmente em situações de falta, o que pode comprometer a comunicação no exato momento em que ela é mais crucial.
Esta vulnerabilidade, contudo, pode ser mitigada através de esquemas de comparação direcional. Dada a possibilidade de falhas, é prudente adotar uma abordagem de redundância, empregando dois canais distintos, frequentemente denominados OPLAT 1 e OPLAT 2, para assegurar a integridade da comunicação.
O sistema de micro-ondas apresenta a característica de operar independentemente da linha de transmissão. Dessa forma, em comparação com o Carrier, o sistema é imune a problemas de atenuação de sinal, garantindo uma performance melhor. É importante recordar uma premissa fundamental: um sistema de comunicação deve ser intrinsecamente confiável. Afinal, sua eficácia é posta à prova nos momentos críticos, e sua falha nesses instantes questiona a própria necessidade de sua existência como complemento ao sistema de proteção.
No entanto, o sistema de rádio micro-ondas possui desafios. O custo associado é consideravelmente elevado, exigindo a instalação de torres de rádio aproximadamente a cada 50km. Essas torres devem manter uma linha de visão direta entre si, sem obstruções como edificações ou vegetação. Em contextos de linhas estendendo-se por 100km ou 150km, os custos associados e a manutenção tornam-se significativos, demandando equipes especializadas e uma série de equipamentos complementares.
No contexto brasileiro e, de certa forma, na América Latina, observa-se a coexistência de ambos os sistemas. Até os dias de hoje, eles permanecem em operação. Durante as décadas de 60, 70 e 80 foram realizados investimentos em ambas as tecnologias.
Atualmente, a fibra óptica destaca-se como o meio de comunicação predominante em teleproteção. O termo OPGW refere-se a “Optical Ground Wire”.
O cabo OPGW (Optical Ground Wire) é um cabo de fibra óptica que pode ser usado para teleproteção. O cabo OPGW é instalado ao longo da linha de transmissão e é conectado aos relés de proteção em ambas as subestações. As fibras ópticas do cabo OPGW são usadas para transmitir sinais entre os relés.
Os sinais transmitidos pelas fibras ópticas do cabo OPGW podem ser usados para enviar uma variedade de informações entre os relés de proteção. Essas informações serão utilizadas no contexto da filosofia de proteção aplicada a linha de transmissão.
A comunicação direta, com OPGW, entre relés é, de fato, a abordagem mais eficaz. Também há outras aplicações combinadas, utilizando modems, multiplexadores e transceptores.
O cabo OPGW é empregado como cabo para-raios ou, como é comumente denominado, cabo guarda da linha de transmissão. Com função de para-raios, sua estrutura metálica é projetada para captar descargas atmosféricas, conduzindo-as de forma segura para a terra e, assim, protegendo os equipamentos e as linhas de transmissão contra danos causados por raios.
Além de sua função primordial de proteção, o cabo OPGW oferece outras finalidades, como comunicação telefônica, acesso à internet e integração com centros de operação e controle. Esta multifuncionalidade pode ser utilizada pelas empresas, maximizando o potencial do cabo além de sua função protetora e comunicação para teleproteção.
Os esquemas de comunicação podem ser classificados em esquemas diferenciais, de transferência de disparo e de comparação direcional.
E uma subclassificação desses esquemas de comunicação são classificados em permissivos e não-permissivos, sobre e sub-alcance e bloqueio e desbloqueio.
Os esquemas mais usuais de teleproteção são:
DTT: direct transfer trip ou transferência de de disparo direto.
DUTT: Direct Under-Reaching Transfer Trip ou Transferência Direta de Disparo de Trip com Subalcance.
PUTT: Permissive Under-Reaching Transfer Trip ou transferência de Trip Permissivo com Subalcance
POTT: Permissive Over-Reaching Transfer Trip ou Transferência de Trip Permissivo com Sobrealcance
DCB: Directional Comparison Blocking ou Bloqueio por Comparação Direcional
DCUB: Directional Comparison Unblocking ou Desbloqueio por Comparação Direcional
Numa pesquisa que o ONS realizou com as concessionárias (ONS RE 3 220 – Filosofia das Proteções das LTs de Tensão inferior à 345kV), os três tipos de esquemas de teleproteção que são utilizados pelos agentes são: POTT, PUTT e DCB.
Na maioria dos projetos atuais, o POTT vem sendo muito utilizado. Isso se deve, entre outros motivos, à entrada de muitas subestações novas no sistema e consequentemente muitas novas linhas, a partir de seccionamentos de linhas mais longas. E pelas características inerentes a este esquema de teleproteção, ele acaba sendo a opção ideal.
A crescente integração da tecnologia de comunicação nos sistemas elétricos tem proporcionado avanços significativos na operação, proteção e controle dos sistemas de potência. Nesse contexto, a teleproteção se destaca como uma abordagem essencial para aumentar a confiabilidade e a velocidade de atuação das proteções em linhas de transmissão. Essa abordagem se torna fundamental, especialmente em sistemas interligados como o brasileiro, onde a demora na atuação de proteções em linhas de transmissão poderia comprometer a estabilidade do sistema como um todo.
Referência:
[1] Material didático da Capacitação em Comissionamento de Proteção e Controle. Clique aqui para saber mais.
_________________________________________________________________________________________________________________________________