1 8 - RESULTADOS DO ESTUDO DE SELETIVIDADE 8.1 - Introdução. O presente trabalho tem por objetivo apresentar os ajustes para as proteções da planta da UTE IPE em 138 kV, tomando como referência o desenho “Diagrama Unifilar – SINER de n. 05097A-001 “, e o documento “ Termo de Referência para estudos de Fluxo de Potência, de Proteção e de Transitórios” que servem de referência para a conexão de autoprodutores em sua rede. O escopo de estudo visa apresentar os ajustes da proteção da interligação feita pelo Relé de distância de linhas do tipo D60 para enxergar todos os tipos de defeitos no sistema de 138 kV, do relé B30 para a proteção de barras de entrada em 138 kV, do relé de proteção da conexão Concessionária – Usina do tipo F650 no setor de 13.8 kV e da proteção de transformadores de 138/13.8 kV feita pelo relé do tipo T35 sendo todos de fabricação da GEMULTILIN. Para tal o presente relatório está dividido nas seguintes partes descritas a seguir : 8.1 - Introdução. 8.2 - Proteção da Linha de Transmissão de 138 kV. 8.3 – Proteção da Barra de Entrada de 138 kV. 8.4- Proteção do Paralelo Concessionária – Indústria. 8.5 – Proteção dos Transformadores de 138/13.8 kV 8.6 - Gráficos e Figuras. 8.7 - Tabelas de Ajustes. 8.8 - Comentários Finais.
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8 - RESULTADOS DO ESTUDO DE SELETIVIDADE8 - RESULTADOS DO ESTUDO DE SELETIVIDADE 8.1 - Introdução. O presente trabalho tem por objetivo apresentar os ajustes para as proteções
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8 - RESULTADOS DO ESTUDO DE SELETIVIDADE
8.1 - Introdução.
O presente trabalho tem por objetivo apresentar os ajustes para as proteções da planta
da UTE IPE em 138 kV, tomando como referência o desenho “Diagrama Unifilar –
SINER de n. 05097A-001 “, e o documento “ Termo de Referência para estudos de Fluxo
de Potência, de Proteção e de Transitórios” que servem de referência para a conexão de
autoprodutores em sua rede. O escopo de estudo visa apresentar os ajustes da proteção da
interligação feita pelo Relé de distância de linhas do tipo D60 para enxergar todos os tipos
de defeitos no sistema de 138 kV, do relé B30 para a proteção de barras de entrada em
138 kV, do relé de proteção da conexão Concessionária – Usina do tipo F650 no setor de
13.8 kV e da proteção de transformadores de 138/13.8 kV feita pelo relé do tipo T35 sendo
todos de fabricação da GEMULTILIN. Para tal o presente relatório está dividido nas
seguintes partes descritas a seguir :
8.1 - Introdução.
8.2 - Proteção da Linha de Transmissão de 138 kV.
8.3 – Proteção da Barra de Entrada de 138 kV.
8.4- Proteção do Paralelo Concessionária – Indústria.
8.5 – Proteção dos Transformadores de 138/13.8 kV
8.6 - Gráficos e Figuras.
8.7 - Tabelas de Ajustes.
8.8 - Comentários Finais.
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Para tal será considerado um grupo de ajustes a ser analisado que é :
Grupo 1(Ano de 2010) : Operação de 01 gerador (31,25 MVA) em paralelo com a
concessionária com alimentação de duas linhas de 138 kV em operação normal. A
demanda contratada aqui a ser considerada será de 10 MW.
Grupo 2(Ano de 2012) : Operação de 02 geradores (02 x 31,25 MVA) em paralelo com
a concessionária com alimentação de duas linhas de 138 kV em operação normal. A
demanda contratada aqui a ser considerada será de 30 MW.
Grupo 3(Ano de 2014) : Operação de 03 geradores (03 x 31,25 MVA) em paralelo com
a concessionária com alimentação de duas linhas de 138 kV em operação normal. A
demanda contratada aqui a ser considerada será de 45 MW.
8.2 – Proteção da Linha de Transmissão de 138 kV :
8.2.1 – Unidades de Distância :
Linha(10001 -10002 / UTE IPE – UTE VIRALCOOL) :
Para essa função vai-se adotar as seguintes informações a seguir :
Adotam-se para este item as seguintes relações de TC´s e TP´s listadas abaixo :
RTC = 800/5 A = 160/1.
RTP = 138000/ 115 V = 1200/1.
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Para essa função de distância o relé D-60 possui até cinco unidades de medida, e para tal
escolhe-se para os defeitos entre fases a unidade de medição com a característica MHO.
Vão ser usados nesse caso 03 zonas no sentido direto e uma zona reversa para servir de
back-up olhando para dentro da usina e outras linhas reversas inclusive os geradores e a
barra de 13.8 kV.
Logo :
8.2.2.1.1 - Defeito entre Fases :
Primeira Zona : (Z1P):
Ajuste da Zona 1 :
Impedâncias da Linhas : (Trechos)
10001 → 10002 = ( 3,23 + j8,46)(Ω)
Total : 9,05(Ω) x 160/1200 → 1,20 Ω
Vai-se ajustar a Zona 1 para 90 % da linha em questão.
Ajuste da Zona 1 : Z1P = 1,20 x 0.9 → 1,08 Ω
O ângulo de máximo torque será ajustado para o respectivo ângulo da Linha que é de :
Arc(tg) = 8,46 / 3,23 = 69,1 graus.
Para essa condição não haverá temporização devendo essa zona atuar em esquema de
DTT(Direct Transfer-Trip) de forma direta também no disjuntor remoto da linha.
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Segunda Zona : ( Z2P)
Ajuste da Zona 2 : Z2P :
Impedâncias da Linhas : (Trechos)
10001 → 10002 = (3,23 + j8,46)(Ω)
10001 → 10002(Circuito 2 ou adjacente) = (3,23 + j8,46)(Ω)
Nota 1 : Procura-se enxergar até 80 % da linha adjacente.
Logo : ( 3,23 + j8,46) + (0,8). ( 3,23 + j8,46)
Total : (5,81 + j15,22)(Ω) x 160/1200 → 2,17 Ω
O ângulo de máximo torque será ajustado para o respectivo ângulo da Linha que é de :
Arc(tg) = 15,22/5,81 = 69,1 graus.
Para essa zona de sobrealcance adota-se uma temporização de 380 ms.
Terceira Zona :(Z3)
Ajusta-se a Zona 3 de forma a enxergar até a barra de 13.8 kV(Com os três
transformadores de 25 MVA operando em paralelo) da UTE Viralcool em forma de
retaguarda das demais proteções.
Logo :
Ajuste de Z3 :
Impedâncias da Linhas : (Trechos)
10001 → 10002 = ( 3,23 + j8,46)(Ω)
Trafo de 138/13.8 kV ( UTE Viralcool): j46,54 Ω
Total : (3,23 + j46,54)(Ω) x 160/1200 → 6,22 Ω
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O ângulo de máximo torque será ajustado para :
Arc(tg) = 46,54/3,23 = 86,02 graus.
O ângulo de máximo torque será ajustado para o respectivo ângulo de 86,02 graus.
A respectiva temporização será de 650 ms. ( Estima-se esse tempo em condições esperadas
de estabilidade para defeitos entre fases internos na planta).
Terceira Zona :( Z4R)
Ajusta-se a Zona 4 de forma reversa para enxergar internamente defeitos entre fases nas
outras linhas de 138 kV(10001 →18800).
Logo :
Ajuste de Z4R :
Impedâncias :
Linha (10001 → 18800) = (6,78 + j17,74)(Ω)
Total : 18,99(Ω) x 160/1200 → 2,53 Ω
Ajuste : 80 % do valor acima : 2,02 Ω
O ângulo de máximo torque será ajustado para o respectivo ângulo da de 69,08 graus.
A respectiva temporização será de 850 ms. ( Estima-se esse tempo em condições esperadas
de estabilidade para defeitos entre fases internos na planta).
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8.2.1.1.2 - Defeitos entre Fase e Terra :
Para essa função de Proteção o relé D-60 possui até cinco unidades de medida de
distância, mas devido ao esquema de ligação dos transformadores do tipo Dyn1 não haverá
contribuição da Usina para defeitos à terra no circuito de 138 kV da Concessionária. Para
manter-se a sensibilidade e garantir a abertura para esses defeitos também adotam-se aqui
duas unidades quadrilaterais enxergando defeitos a frente e uma unidade quadrilateral para
defeitos reversos tendo as unidades direcionais de seqüência negativa (67_2) como
complemento para enxergar esse tipo de defeito.O critério aqui será o de enxergar a menor
contribuição de seqüência negativa para a topologia apresentada no estudo de curto-
circuito.
Primeira Zona : (Z1FT) : ( Caracteristica Quadrilateral).
Ajuste da Zona 1 :
Impedâncias da Linhas : (Trechos)
10001 → 10002 = ( 3,23 + j8,46)(Ω)
Nota 2 : Admite-se aqui uma resistência de falta Rf de até 30 Ω para um defeito típico de
alta impedância nas linhas de 138 kV.
Logo :
Ajuste da Zona 1 :
Impedâncias da Linhas : (Trechos)
10001 → 10002 = ( 3,23 + j8,46)(Ω)
Total : 9,05(Ω) x 160/1200 → 1,20 Ω
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Vai-se ajustar a Zona 1 para 90 % da linha em questão.
Ajuste da Zona 1 : Z1P = 1,20 x 0.9 → 1,08 Ω
O ângulo de máximo torque será ajustado para o respectivo ângulo da Linha que é de :
Arc(tg) = 8,46 / 3,23 = 69,1 graus.
Gnd Dist Z1 pol current : Vamos usar aqui a menor corrente de sequencia negativa para um
defeito fase-terra no sistema de 138 kV modelado no estudo de curto circuito. A parcela de
I_2 para um defeito na barra 18800 é de 102 A. Adota-se 10 % desse valor para se garantir
uma polarização adequada.
Logo : (0,1 x 102) / 800 = 0,012 pu
Gnd Dist Z1 Quad Rgt Bld : Para esse ajuste adiciona-se ao valor resistivo da linha o valor
de 30 Ω para cobrir os defeitos resistivos.
Logo : (((3,23) x 0,9) + 30) x 160 / 1200 = 4,38 Ω
Segunda Zona : ( Z2FT) ( Característica Quadrilateral)
Ajuste da Zona 2 :
Impedâncias da Linhas : (Trechos)
10001 → 10002 = (3,23 + j8,46)(Ω)
10001 → 10002(Circuito 2 ou adjacente) = (3,23 + j8,46)(Ω)
Nota 1 : Procura-se enxergar até 80 % da linha adjacente.
Logo : ( 3,23 + j8,46) + (0,8). ( 3,23 + j8,46)
Total : (5,81 + j15,22)(Ω) x 160/1200 → 2,17 Ω
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Nota 3 : Admite-se aqui uma resistência de falta Rf de até 30 Ω para um defeito típico de
alta impedância nas linhas de 138 kV.
Logo :
Impedância Total da Linha :
Reach → 2,17 Ω
Gnd Dist Z2 pol current : Vamos usar aqui a menor corrente de sequencia negativa para um
defeito fase-terra no sistema de 138 kV modelado no estudo de curto circuito. A parcela de
I_2 para um defeito na barra 18800 é de 102 A. Adota-se 10 % desse valor para se garantir
uma polarização adequada.
Logo : (0,1 x 102) / 800 = 0,012 pu
Gnd Dist Z2 Quad Rgt Bld : Para esse ajuste adiciona-se ao valor resistivo da linha o valor
de 30 Ω para cobrir os defeitos resistivos.
Logo : ((5,81) + 30) x 160 / 1200 = 4,77 Ω
Terceira Zona :( Z3)
A zona 3 será reversa como objetivo de servir de backup para a proteção da mesma.
Ajuste de Z3 :
Impedâncias da Linhas : (Trechos)
10001 → 10002 = ( 3,23 + j8,46)(Ω)
Trafo de 138/13.8 kV ( UTE Viralcool): j46,54 Ω
Total : (3,23 + j46,54)(Ω) x 160/1200 → 6,22 Ω
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O ângulo de máximo torque será ajustado para :
Arc(tg) = 46,54/3,23 = 86,02 graus.
Nota 4 : Admite-se aqui uma resistência de falta Rf de até 40 Ω para um defeito típico de
alta impedância nas linhas de 138 kV ou no transformador de 138/13.8 kV da UTE
Viralcool.
Logo :
Impedância Total da Linha :
Reach → Total : 6,229 Ω
RCA – 86,02 graus.
Gnd Dist Z3 pol current : Vamos usar aqui a menor corrente de sequencia negativa para um
defeito fase-terra no sistema de 138 kV modelado no estudo de curto circuito. A parcela de
I_2 para um defeito na barra 18800 é de 102 A. Adota-se 10 % desse valor para se garantir
uma polarização adequada.
Logo : (0,1 x 102) / 800 = 0,012 pu
Gnd Dist Z3 Quad Rgt Bld : Para esse ajuste adiciona-se ao valor resistivo da linha o valor
de 30 Ω para cobrir os defeitos resistivos.
Logo : ((3,23) + 40) x 160 / 1200 = 5,76 Ω
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Quarta Zona :( Z4FTR)
A zona 4 será reversa como objetivo de servir de backup para a proteção da mesma.
Ajuste de Z4R :
Impedâncias :
Linha (10001 → 18800) = (6,78 + j17,74)(Ω)
Total : 18,99(Ω) x 160/1200 → 2,53 Ω
Ajuste : 80 % do valor acima : 2,02 Ω
O ângulo de máximo torque será ajustado para :
Arc(tg) = 17,7/3,23 = 69.1 graus.
Nota 5 : Admite-se aqui uma resistência de falta Rf de até 40 Ω para um defeito típico de
alta impedância nas linhas 10001 → 18800 de 138 kV.
Logo :
Impedância Total da Linha :
Reach → Total : 2,02 Ω
RCA – 69,1 graus.
Gnd Dist Z4 pol current : Vamos usar aqui a menor corrente de sequencia negativa para um
defeito fase-terra no sistema de 138 kV modelado no estudo de curto circuito. A parcela de
I_2 para um defeito na barra 18800 é de 102 A. Adota-se 10 % desse valor para se garantir
uma polarização adequada.
Logo : (0,1 x 102) / 800 = 0,012 pu
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Gnd Dist Z4 Quad Rgt Bld : Para esse ajuste adiciona-se ao valor resistivo da linha o valor
de 30 Ω para cobrir os defeitos resistivos.
Logo : ((6,78) + 40) x 160 / 1200 = 6,23 Ω
Para complementar as funções quadrilaterais acima vamos ajustar as funções de
sobrecorrente direcional de sequencia negativa e as funções direcionais de fase(67) e de
sequencia zero também(67N).
As unidades acima deverão possuir os seguintes ajustes :
Unidades Direcionais Forward :
→ ( Enxergar até um defeito 1F até a barra 10002).
Unidade Negative Seq Dir OC 1 :
Defeito 1F(I_2) = 306 A
Pick – Up : 306 / 800 → 0,382 pu
Timer da função(67_2) → 350 ms.
→ ( Enxergar até um defeito 1F até a barra 18800).
Unidade Negative Seq Dir OC 2 :
Defeito 1F(I_2) = 64 A
Pick – Up : 64 / 800 → 0,08 pu
Timer da função(67_2) → 680 ms.
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Unidades Direcionais Backward :
→ ( Enxergar até um defeito 1F até a barra 18810).
Unidade Negative Seq Dir OC 1 :
Defeito 1F(I_2) = 39 A
Pick – Up : 39 / 800 → 0,048 pu
Timer da função(67_2) → 850 ms.
Unidades Direcionais Forward : (Função 67)
→ ( Enxergar até um defeito 3F até a barra 10002).
Unidade Phase Dir 1 :
Defeito(3F) = 1659 A
Pick – Up : 1659 / 800 → 2,07 pu
Timer da função(67 Phase Dir 1) → 350 ms.
Unidades Direcionais Forward : (Função 67N)
→ ( Enxergar até um defeito 1F até a barra 10002 + 50 % da linha adjacente).
Unidade Neutral Dir OC1 :
Defeito 1F(Io) = 349 A para um defeito na barra 10002. Aplica-se aqui um fator de 30 %.
Pick – Up : 244,3 / 800 → 0,305 pu
Timer da função(67 Neutral Dir OC1) → 640 ms.
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Linha(10001 -18800 / UTE IPE – SE DRACENA) :
Para essa função vai-se adotar as seguintes informações a seguir :
Adotam-se para este item as seguintes relações de TC´s e TP´s listadas abaixo :
RTC = 800/5 A = 160/1.
RTP = 138000/ 115 V = 1200/1.
Para essa função de distância o relé D-60 possui até cinco unidades de medida, e para tal
escolhe-se para os defeitos entre fases a unidade de medição com a característica MHO.
Vão ser usados nesse caso 03 zonas no sentido direto e uma zona reversa para servir de
back-up olhando para dentro da usina e outras linhas reversas inclusive os geradores e a
barra de 13.8 kV.
Logo :
8.2.2.1.2 - Defeito entre Fases :
Primeira Zona : (Z1P):
Ajuste da Zona 1 :
Impedâncias da Linhas : (Trechos)
10001 → 18800 = (6,78 + j17,74)(Ω)
Total : 18,99(Ω) x 160/1200 → 2,53 Ω
Vai-se ajustar a Zona 1 para 90 % da linha em questão.
Ajuste da Zona 1 : Z1P = 2,53 x 0.9 → 2,27 Ω
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O ângulo de máximo torque será ajustado para o respectivo ângulo da Linha que é de :
Arc(tg) = 17,74 / 6,78 = 69,1 graus.
Para essa condição não haverá temporização devendo essa zona atuar em esquema de
DTT(Direct Transfer-Trip) de forma direta também no disjuntor remoto da linha.