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RELÉ DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)

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Bárbara Gauer

on 18 October 2014

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Transcript of RELÉ DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)

RELÉ DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Introdução
O funcionamento do relé diferencial de corrente baseia-se na comparação das correntes elétricas que circulam entre dois terminais de um equipamento ou sistema. Caso haja uma diferença específica entre essas correntes, o relé envia um sinal de atuação para o disjuntor, desligando o sistema. Normalmente, são usados transformadores de corrente para a coleta dessas correntes.
A proteção diferencial é o tipo de proteção mais utilizado em transformadores com potência superior a 10 MVA, em tensão igual ou superior a 69kV.

Os relés de sobrecorrente constam normalmente de uma unidade de sobrecorrente instantânea, além da unidade temporizada. A unidade instantânea é normalmente ajustada para um valor de corrente elevado. A partir da definição da corrente diferencial, pode-se obter a corrente que irá circular na unidade diferencial (unidade de restrição e de operação).
Possuem aplicações limitadas.

É dotado de uma bobina de restrição cuja função é restringir a operação do relé. Pode-se definir a corrente de restrição como a menor soma das correntes que entram ou saem dos terminais de maior e menor tensão dos transformadores.
O valor da restrição imposta aos relés é estabelecido através de uma percentagem da corrente solicitada pela bobina de operação BO para vencer o conjugado de restrição. Este valor pode variar entre 15 e 50%. A inclinação percentual aumenta quando o relé se aproxima do limite de operação devido ao efeito cumulativo de restrição da mola e da restrição elétrica.

III. Relé diferencial com restrição percentual e harmônica
Além da restrição percentual, utilizam harmônicas presentes na corrente de magnetização dos transformadores durante sua energização. O objetivo é bloquear sua operação ou elevar o valor da corrente de acionamento, tornando viável o ajuste da corrente de baixo valor e tempos de retardo reduzidos.

A seção do sistema entre esses terminais é denominada zona protegida. Ou seja, qualquer defeito que ocorrer entre os terminais faz o relé operar e este deve eliminar toda e qualquer falha que ocorrer nesse trecho. Como dito, o relé não é sensibilizado pelo o que ocorre fora da zona protegida, porém este é sensível à corrente de energização do transformador. Por isso, deve ser ajustado para evitar saídas inapropriadas do disjuntor.
Podem estar submetidos a diferentes condições operacionais que propiciam desligamentos indesejados do disjuntor. Essas condições são:
Correntes de magnetização transitória do transformador;
Defasamentos angulares;
Saturação dos transformadores de corrente;
Diferenças de corrente em função dos erros introduzidos pelos transformadores de corrente;
Diferenças de correntes no circuito de conexão do relé em função dos tapes do transformador de potência.

A proteção que o relé diferencial vai exercer no circuito pode ser classificada de quatro formas:
Proteção diferencial longitudinal: É a proteção que compara de forma direta as correntes que circulam nos dois pontos de um equipamento ou sistema. Este pode ser um transformador, gerador, motor etc.
Proteção diferencial transversal: É a proteção que compara os módulos de correntes que entram num ponto do circuito e circulam em dois ou mais circuitos.
Tem aplicação na proteção de barramento.

Proteção diferencial compensada (proteção percentual): é a proteção utilizada em equipamentos que têm de ter as correntes que circulam pelos seus terminais rigorosamente iguais. Como há vários motivos para que elas não sejam iguais (erros de transformadores de corrente, corrente de magneticação etc), o relé necessita ter um sistema interno de compensação que corrige essa diferença de corrente, evitando desligamentos desnecessários, que fazem mal ao circuito.
Proteção diferencial direcional: é a proteção que compara os módulos das correntes que circulam entre dois terminais de um sistema elétrico e as direções que essas correntes percorrem.
É indicado para um sistema elétrico composto por duas ou mais linhas de transmissão operando em paralelo.

Os relés diferenciais de corrente podem ser encontrados nas versões eletromecânicas (relés de indução), estáticas (relés eletrônicos) ou digitais (numéricos). Os dois primeiros tipos não são mais fabricados.
Os relés diferenciais eletromecânicos são fabricados em unidades monofásicas, enquanto os mesmos relés na versão eletrônica e digital são normalmente comercializados em unidades contendo a proteção das três fases.

Modelos de relés
Este aparelho contém duas bobinas, uma de operação e outra de restrição. A bobina de operação é responsável pela atuação do relé quando percorrido por uma corrente diferencial , isto é, uma corrente resultante das correntes que circulam nos transformadores de corrente. Já a bobina de restrição tem por finalidade inibir a atuação do relé quando percorridas por correntes de mesmo sentido.
Relé diferencial de Indução
VERSÕES DO RELÉ DIFERENCIAL DE INDUÇÃO
I. Relé diferencial de sobrecorrente
II. Relé diferencial com restrição percentual
As elevadas percentagens de correntes harmônicas contidas na corrente de magnetização são meios eficientes de identifica-las como não sendo correntes resultantes de defeitos. Assim, nos relés diferenciais com restrição percentual por correntes harmônicas, existem filtros capazes de separar as componentes harmônicas da onda fundamental. Nessas condições, a operação do relé ocorre quando a relação entre as correntes harmônicas para a fundamental é inferior a um determinado valor para o qual o relé foi ajustado. Essa relação pode exceder ao valor predeterminado indicando uma onde de corrente de magnetização para qual valor o relé não deverá operar.
Dessa forma, se a corrente diferencial aplicada ao relé for de forma de onda senoidal e frequência do sistema, esta passará através do circuito da bobina de operação, ocorrendo a atuação do relé. No entanto, se a corrente diferencial contiver mais que certa percentagem de harmônicas, o relé será impedido de funcionar pelas correntes harmônicas passando pelas bobinas de restrição.
A restrição da 2ª harmônica inibe a atuação do disjuntor durante a energização do transformador;
A restrição das 3ª e 5ª harmônicas é empregada para inibir o disparo do disjuntor durante um processo de sobre-excitação do transformador(Quando submetido a uma carga de elevado efeito capacitivo, por exemplo).
Quando se usa esse tipo de relé é necessário a aplicação de transformadores de corrente em ambos os lados de tensão do transformador.

Apresentam os mesmos princípios dos relés eletromecânicos e dos relés estáticos. Devido à tecnologia digital, os relés diferenciais são dotados de muitas características adicionais de proteção dos transformadores, motores e geradores. De uma forma geral, as principais funções de proteção dos relés diferenciais digitais são:
RELÉ DIFERENCIAL DIGITAL
Proteção contra curto-circuito para transformadores de dois ou três enrolamentos;
Proteção contra curto-circuito para motores e geradores;
Proteção de sobrecarga com características térmica;
Proteção de sobrecarga de retaguarda de tempo definido ou tempo inverso;
Entradas binárias parametrizáveis, relés de alarme e disparo, além de sinalização através de LEDs;
Medição de corrente operacional;
Relógio de tempo real e indicadores de falha e operação;
Registro de falha;
PROTEÇÃO DIFERENCIAL
TRIFÁSICA
É a unidade destinada à proteção de transformadores trifásicos, motores e geradores trifásicos, dentro da zona de proteção definida pelos transformadores de corrente. Cada fase está conectada a uma unidade diferencial dotada de restrição percentual, para evitar a influencia dos erros percentuais dos transformadores de correntes associados ao desequilíbrio de correntes de carga, e outra unidade operacional sem restrição com ajuste elevado.
PROTEÇÃO DE SOBRECORRENTE DE NEUTRO SENSÍVEL
É uma unidade destinada à proteção de defeitos monopolares para faltas de alta impedância. É constituída por um elemento temporizado com curvas do tipo inversa, muito inversa e extremamente inversa e outro instantâneo com temporização ajustável.
PROTEÇÃO DE TEMPO
DEFINIDO
É uma unidade destinada à proteção da máquina quando da ocorrência de defeitos francos, ou seja, de baixa impedância. Não está submetido a restrição de conteúdo harmônico, evitando o bloqueio do relé durante defeitos de corrente elevada que possa danificar o transformador devido à temporização consentida.
PROTEÇÃO DE SOBRECARGA
TÉRMICA
É uma unidade destinada à proteção de máquinas térmicas que podem operar em determinados períodos em sobrecarga, tais como transformadores, geradores e motores, a depender das suas condições de carregamento anterior ao período de sobrecarga. Para que essas máquinas não sofram perda de vida útil, a unidade de sobrecarga térmica controla as sobrecargas. Possui memória térmica, mantendo a réplica térmica da máquina para ser utilizada quando as suas condições térmicas ultrapassarem os valores limites.
COMPENSAÇÃO DE TAPES
A relação de transformação do transformador que se quer proteger, e as diferenças nas relações de transformação dos transformadores de corrente da proteção resultam na circulação de uma corrente na unidade de operação do relé provocando a abertura do disjuntor de proteção. Nos relés digitais, essas diferenças de correntes são eliminadas através de um ajuste por enrolamento.
RESTRIÇÃO POR HARMÔNICAS
Para evitar a influência das harmônicas de 2a e 5a ordem, que podem provocar uma operação inesperada do disjuntor, o relé possui ajuste de restrição. Como já mencionado, a corrente de magnetização dos transformadores de potência carrega um elevado conteúdo de 2a harmônica que é extraída pelo relé digital para dessensibilizar a unidade de medida.
No caso de sobre-excitação motivada por tensões primárias elevadas, um forte conteúdo de 5a harmônica está presente na forma de onda da corrente gerada. Da mesma forma, é extraída da onda distorcida essa componente para dessensibilizar a unidade de medida do relé e inibir a sua atuação.

COMPENSAÇÃO DO GRUPO DE CONEXÃO DO TRANFORMADOR
Em geral, os transformadores são conectados em configurações diferentes entre o lado de maior e o de menor tensão, como por exemplo, estrela e triangulo, o relé possui um ajuste que permite compensar essa diferença de corrente.
A simples soma das correntes que saem dos secundários dos transformadores de corrente ligados a cada grupo de conexão do transformador de potencia que se quer proteger gera uma corrente diferencial capaz de sensibilizar a unidade de operação do relé, mesmo que nenhuma falta esteja ocorrendo. Dessa forma, é necessário que se introduza um elemento de compensação, cuja função é ajustar digitalmente a corrente resultante do grupo de conexão, tornando-se desnecessária a utilização de transformadores auxiliares, como se fazia normalmente com os relés de indução.

RESTRIÇÃO CONTRA SATURAÇÃO DOS TRANFORMADORES DE CORRENTE
Para evitar que um dos transformadores de corrente que limitam a zona protegida venha a saturar para defeito externo à zona de proteção, ocasionando a operação do disjuntor, o relé possui uma restrição contra a saturação ou detector de saturação.
RESTRIÇÃO DE CORRENTE DE MAGNETIZAÇÃO
Para evitar que durante a energização do transformador a corrente de magnetização, que só circula no lado de maior tensão, possa percorrer a unidade operacional do relé, se, restrição, fazendo atuar o disjuntor, o relé possui um elemento de restrição a essa corrente.
Deve-se destacar, que nas condições de falta monopolar na linha do lado triangulo, circula uma corrente dada pela relação de transformação entre o primário e o secundário do transformador de potencia que se quer proteger, cujo valor é 1/raiz de 3 menor do que a corrente que circula na linha do lado estrela.
Nesse caso, se a falta monopolar ocorrer fora da zona de proteção diferencial, o disjuntor de proteção poderá operar, contrariando assim o conceito de zona de proteção. Para que isso não ocorra, é introduzido no relé um filtro de sequencia zero que poderá ser bloqueado por meio de ajuste.
FILTRO DE SEQUÊNCIA DO ZERO
Como sabemos, as correntes de sequencia zero resultantes de um defeito monopolar circulam nos enrolamentos dos transformadores de maior e menor tensão, cujos grupos de conexão sejam em estrela, desde que o neutro dessas conexões esteja aterrado. No entanto, se o grupo de conexão de um lado do transformador de potência é triangulo e o outro lado é estrela, com neutro aterrado, as correntes de sequencia xero resultantes de uma falta a terra no lado do grupo aterrado fazem circular na linha uma corrente de defeito. Como os enrolamentos do outro grupo estão conectados em triangulo, no interior dos quais as correntes circulam apenas no triangulo, não se propagando para as linhas, fica criada uma corrente diferencial.


A unidade de operação dispõe de duas saídas:
Saída diferencial com restrição por circulação da corrente diferencial com características de restrição.
Saída da unidade de tempo definida que compara a corrente diferencial com o valor ajustado sem nenhuma restrição. Esta é ajustada para níveis elevados de corrente, ou seja, valores superiores a quatro vezes a corrente nominal do transformador de transformador.

CURVAS OPERACIONAIS
Em alguns modelos de relés diferenciais é introduzida uma unidade temporizada de neutro, sensível para atuação em curtos-circuitos de alta impedância.
Quando a unidade de sobrecorrente temporizada ativa a partida do relé devido ao valor da corrente medida ter alcançado o valor ajustado, é ativada também a função de temporização, a qual realiza uma integração dos valores medidos, aplicando incremento de tempo sobre um contador de tempo em função da corrente medida, ate atingir o fim da contagem que determina a operação do elemento temporizado. Se o valor eficaz da corrente diminui para um valor inferior ao valor da corrente ajustada o integrador volta ao estado inicial, de forma que uma nova atuação seja iniciada com a contagem de tempo nula. Dessa forma, para que o elemento temporizado opere, é necessário que a corrente que determinou a partida permaneça ativada durante todo o intervalo de integração.

Introdução
Introdução
Introdução
Introdução
III. Relé diferencial com restrição percentual e harmônica
III. Relé diferencial com restrição percentual e
harmônica
III. Relé diferencial com restrição percentual e
harmônica
87T - Diferencial de transformador (pode ter 2 ou 3 enrolamentos);
87N - Diferencial de neutro;
REF - Falta restrita à terra;
87Q - Diferencial de sequência negativa (aplicado para detecção de faltas entre espiras em transformadores);
87G - Diferencial de geradores;
87GT - Proteção diferencial do grupo gerador transformador;
87SP - Proteção diferencial de fase dividida de geradores;
87V - Diferencial de tensão de fase;
87VN - Diferencial de tensão de neutro;
87B - Diferencial de barras. Pode ser de alta, média ou baixa impedância;
87M - Diferencial de motores. Neste caso pode ser do tipo percentual ou do tipo autobalanceado.

Resumindo as três aplicações são em transformadores, geradores e linhas de transmissão.

APLICAÇÕES
Cada relé diferencial apresenta sua faixa de ajuste de acordo com seu modelo e fabricante. Os principais dados dos relés Ziv são:
ENTRADA DE CORRENTE:
-Valor nominal de 5A ou 1A.
-Capacidade términa depende do tempo de 4xIn em regime permanente à 100xIn durante 1s.
-Limite dinâmico de 240xIn.
-Carga do circuito: menor que 0,2 VA para 5A e menor que 0,05 VA para 1A.

AJUSTE DA PROTEÇÃO:
Dentro dos ajustes de proteção são necessários algumas unidades, tais como:
-Unidade diferencial: Habilitado ou não; Valor de tape para os enrolamentos; Sensibilidade diferencial; Declividade de 15 a 50% em passos de 1%; Restrição da 2° harmônica; Restrição da 5° harmônica; Temporização(de 0 a 300s em passos de 0,01s).

-Unidade diferencial: Habilitado ou não; Valor de tape para os enrolamentos; Sensibilidade diferencial; Declividade de 15 a 50% em passos de 1%; Restrição da 2° harmônica; Restrição da 5° harmônica; Temporização(de 0 a 300s em passos de 0,01s).
-Unidade de tempo definido: Habilitado ou não; Partida da unidade(1a10 x tape em passos de 0,01; Temporização de 0 a 300s em passos de 0,01s.
-Unidade térmica: Habilitada ou não; C onstante de tempo(com ventilação); Constante de tempo(sem ventilação); Corrente máxima (1a1,5 x In , em passos de 0,01A); Nível de alarme de 50 a 100% em passos de 1%; Memória térmica ou não.
-Unidade de tempo de neutro sensível: Habilitado ou não; Partida da unidade(0,01 a 0,24)x Ins; Curvas características( tempo fixo, inversa, muito inversa e extremamente inversa); Índice de tempo da curva(0,01 a 1); Controle de partida(sim ou não).
-Unidade de tempo indefinido de neutro sensível: Habilitado ou não; Partida da unidade(0,05 a 3 x Ins; Temporização de 0 a 100s.

GRUPO DE CONEXÃO:
-Enrolamento 1: Uma ligação triângulo; 2 ligações zigue-zague.
-Enrolamento 2: Uma ligação triângulo; 2 ligações zigue-zague.

AJUSTE DA UNIDADE INSTANTÂNEA DOS RELÉS DIFERENCIAIS COM RESTRIÇÃO DE PERCENTUAL HARMÔNICA.*
Relés de sobrecorrente diferenciais possuem em sua composição um mecanismo de unidade instantânea, em sua parte superior, cujo ajuste é para uma corrente igual a oito vezes a do tape selecionado. O ajuste é feito por uma injeção de corrente na bobina da unidade instantânea. A carga e a corrente de acionamento não dependem da declividade percentual do relé. A carga do relé independe do tape de ligação, pode ser considerada um fator de potência unitário.
Relés diferenciais são bem usados em transformadores de três enrolamentos.


Diagrama de ligação de um relé diferencial
Relé diferencial na condição de não operação
Relé diferencial na condição de operação
Curva de operação de um relé diferencial
Ajustes
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