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AULA 13

RELS DIRECIONAIS (67)

Polarizao dos Rels Direcionais

ENE095Proteo de Sistemas Eltricos de Potncia Prof. Lus Henrique Lopes Lima 1

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ENE095Proteo de Sistemas Eltricos de Potncia Prof. Lus Henrique Lopes Lima

REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO

Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase

2

Na proteo direcional, existem praticamente trs tipos

de ligao convencional quando so utilizados rels

direcionais polarizados por tenso-corrente.

Cada uma dessas ligaes corresponde a um rel

direcional especfico, com ngulo mximo de torque

diferente. Nos rels digitais, pode-se ajustar o nguloconforme a necessidade do projeto.

Esses trs tipos de ligao convencional so:

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a) Conexo 30

Nesse caso, a corrente de operao est adiantada da

tenso de polarizao de um ngulo de 30 eltricos.


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b) Conexo 60

A corrente de operao est adiantada da tenso de

polarizao + de um ngulo de 60 eltricos.


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c) Conexo 90

Nesse caso, a corrente de operao est adiantada da

tenso de polarizao de um ngulo de 90 eltricos.


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REL DIRECIONAL (67)


Como a conexo em quadratura a mais empregada

em projetos de proteo de sobrecorrente direcional,

explicaremos em mais detalhes a sua aplicao;

O rel contm um circuito de tenso polarizada

equipado com um elo que permite o ngulo mximo

de torque que pode ser fixado em 45ou 70;

Se o elo estiver aberto, o rel responde com 45;


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REL DIRECIONAL (67)


Na figura operam dois rels direcionais (quadratura)

ajustados para atuar somente para correntes de

defeito que circulem nos sentidos ACB ou BCA.

Sentido da

Corrente


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REL DIRECIONAL (67)



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REL DIRECIONAL (67)



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REL DIRECIONAL (67)


O rel da fase A

Tenso de polarizao: =

Corrente de operao: =

O rel da fase B

Tenso de polarizao: =


O rel da fase C Tenso de polarizao: =



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REL DIRECIONAL (67)


Torque Positivo

Atuao do rel

Torque Negativo

Bloqueio do rel

Conexo de um rel direcional para condio em quadratura

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REL DIRECIONAL (67)


Denomina-se ngulo de projeto () aquele que se ajusta

no aparelho, sendo formado entre a grandeza de operao

(corrente) e a grandeza de polarizao (tenso);

Pode ser alterado pela simples aplicao de resistores e

capacitores no circuito das bobinas do rel;

Na prtica, est compreendido entre 45 e 70.

Para um rel ajustado de fbrica com um ngulo

= 45, desenvolver seu conjugado mximo para uma

corrente , defasada 45 em relao a .


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REL DIRECIONAL (67)


Torque Positivo

Atuao do rel

Torque Negativo

Bloqueio do rel

A corrente estaratrasada 45 em relao sua posio para fator de

potncia igual a 1.


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REL DIRECIONAL (67)


J para um rel ajustado com um ngulo = 70,

Torque Positivo

Atuao do rel

Torque Negativo

Bloqueio do rel

A corrente fica em atrasode um ngulo de 70 em

relao sua posio parafator de potncia unitrio.


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REL DIRECIONAL (67)


Muitas vezes conveniente ajustar o rel para o seu

conjugado mximo relativo a uma corrente em atraso da

tenso de um ngulo de 70 em virtude de sua atuao sedar, em geral, durante ocorrncias de curtos-circuitos,

quando o fator de potncia muito baixo, cerca de 0,30.

Isso corresponde a uma corrente em atraso da tenso de

um ngulo de 72,5, (valor mximo do conjugado).


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REL DIRECIONAL (67)


A direcionalidade pode ser demonstrada aplicando os

diagramas vetoriais, de acordo com a ligao das bobinas de

corrente e de potencial (tenso tomada como polarizao);

Como se sabe, em um rel direcional (conceito de

funcionamento de um wattmetro) o torque mximo ocorre

quando a tenso est em fase com a corrente (fp = 1).

Assim, o sistema de indicao da corrente ou potncia

poderia ser substitudo por contatos eltricos que acionariam

a bobina de abertura do disjuntor de comando.


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REL DIRECIONAL (67)


Para o rel de sobrecorrente direcional da General

Electric, srie IBC, cujo ngulo de conjugado mximo de = 45, operando num circuito cuja corrente de

carga vale = 31,7 A (fator de potncia

indutivo igual a 0,85), pode-se analisar a condio deoperao e bloqueio do elemento de proteo.


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REL DIRECIONAL (67)


Inicia-se o processo traando o diagrama vetorial

bsico, compondo as tenses de fase , e ,

definindo a reta de torque mximo e, logo, definindo

as regies de operao e bloqueio;

Nesse tipo de conexo, a corrente da fase 1 est

polarizada pela tenso , ou seja, est adiantadoem relao a de 90. Assim, traa-se a reta de

torque mximo para = 45a partir do vetor .


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REL DIRECIONAL (67)



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REL DIRECIONAL (67)



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REL DIRECIONAL (67)



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REL DIRECIONAL (67)



Torque Positivo

Atuao do rel

Torque Negativo

Bloqueio do rel

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REL DIRECIONAL (67)


Insere-se, agora, a corrente de carga = 31,7

para avaliar o comportamento operacional do rel.

Como podemos ver, a corrente de carga situa-se na

regio de torque negativo (bloqueio). O rel no opera.

Depois, traa-se o vetor da corrente de defeito,

= 72,5, com o ngulo cotado a partir da

condio de fator de potncia unitrio. Como podemos

ver, a corrente de curto-circuito situa-se na regio de

torque positivo, atendendo a condio de proteo.


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REL DIRECIONAL (67)



Torque Positivo

Atuao do rel

Torque Negativo

Bloqueio do rel

I65 -31,7 A

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REL DIRECIONAL (67)



I65 72,5 A

I65 -31,7 A

Torque Positivo

Atuao do rel

Torque Negativo

Bloqueio do rel

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Situao normal de carga

Contato da unidadedirecional: aberto

Contato da unidade desobrecorrente: aberto




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Disjuntores D1 e D2 (rel de sobrecorrente): o contato

da unidade de sobrecorrente do rel de sobrecorrente

no direcional (51) est aberto;

Disjuntores D3 e D4: o contato da unidade de

sobrecorrente do rel direcional (51) est aberto e o

contato da unidade direcional (67) est aberto;

O mesmo ocorre com o contato da unidade no

direcional do rel de sobrecorrente.


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Disjuntores D1 e D2: os tempos da unidade 51 dos rels

no direcionais esto ajustados para T = 0,60 s.

Disjuntores D3 e D4: os tempos da unidade 51 dos rels

no direcionais esto ajustados para T = 0,30 s.

Disjuntores D3 e D4: os tempos das unidades 51/67 dos

rels direcionais esto ajustados para T = 0,0 s.


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Situao de falta no ponto indicado

Contato da unidadedirecional: fechado

Contato da unidade desobrecorrente: fechado




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Disjuntor D1: o contato da unidade de sobrecorrente do

rel de sobrecorrente no direcional (51) se fecha por

sobrecorrente, aps a abertura do disjuntor D3

(unidades 51/67), num tempo T = 0,6 s;


rel de sobrecorrente no direcional (51) no se fechapor estar temporizado para T = 0,6 s, tempo superior a

abertura do disjuntor D3.


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rel direcional (51) se fecha por sobrecorrente e o contato

da unidade direcional (67) se fecha por inverso de

corrente, fazendo atuar o disjuntor num tempo 0,0 s; Disjuntor D4: o contato da unidade de sobrecorrente do

rel de sobrecorrente direcional (51) se fecha por

sobrecorrente e o contato da unidade direcional (67)

mantm-se aberto, inibindo a atuao do disjuntor. J o

contato da unidade 51 no atua pois o defeito foi

removido em 0,0 s e este est temporizado para 0,30 s.


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Nessa condio a barra B continua em operao, porm com

reduo do montante de gerao e, assim, com reduo de carga.


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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao

Determinar os ajustes de um rel direcional de

sobrecorrente de fase e neutro (unidade temporizada)

do esquema mostrado a seguir, instalado no lado demdia tenso do transformador. O gerador e a rede

operam em paralelo. A impedncia equivalente do

sistema igual a = 1,8 + 2,4 na base de 100

MVA. Utilizar a curva de temporizao inversa.


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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao

Relao de Transformao do TC (RTC)

Relao de Transformao do Transformador de Corrente:

100200 300 400 500 600700 800900 / 5,0 A.

=

3 =

12.500

3 13,8= 522,9

Valor inicial: RTC: 600 5: 120


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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao

Relao de Transformao do TC (RTC)

Relao de Transformao do Transformador de Corrente:

100200 300 400 500 600700 800900 / 5,0 A.

=

=11.000

20 = 550

Valor inicial: RTC: 600 5: 120


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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao


A proteo da carga vale:

= =

3

=12.500

3 13,8

= 522,9

O tape da unidade temporizada vale:

=

=

=

1,50 522,9

120 = 6,5

Sendo o valor da sobrecarga admissvel: = 1,50

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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao


= 6,5 (valor calculado)

Tapes da unidade de sobrecorrente do rel direcional (A):1,0 - 1,2 - 2,0 - 3,0 - 3,5 - 4,0 - 4,5 - 5,0 - 6,0 - 6,5 - 7,0 - 8,0 - 9,0.

Assim, ser selecionado o tape que vale:

= 6,5

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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao


A corrente de acionamento vale:

= = 6,5 120 = 780

Tempo de operao do rel para condio de falta

curva ajustada: 0,3 segundos

Valor adotado em funo do tempo de coordenao com os

demais elementos de proteo no considerados neste exerccio

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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao


=

=2750

780

= 3,5

=0,14

,

1

=0,14

3,5, 1 0,3 = 1,6

Corrente de contribuio do gerador para defeito tripolar no

secundrio do transformador: circulao de corrente inversa.


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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao

Ajuste do ngulo caracterstico do rel

=2,4

1,8

= 1,33

=

2,4

1,8 = 53

O rel direcional de sobrecorrente deve ser ajustado em um

ngulo caracterstico de 53 (faixa de ajuste entre 15 e 85).


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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao


O tape da unidade temporizada (unid. de neutro) vale:

=

=

0,30 522,9

120 = 1,3

Sendo o valor da sobrecarga admissvel: = 0,30

Tapes da unidade de sobrecorrente do rel direcional (A): 0,5 -

0,6 - 0,7 - 0,8 - 1,0 - 1,2 - 1,3 - 1,4 - 1,5 - 1,6 - 1,7 - 1,8 - 1,9 - 2,0Assim, ser selecionado o tape que vale:

= 1,3

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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao


= 1,3 (valor tabelado)

Logo, a corrente de acionamento vale:

= = 1,3 120 = 156


curva ajustada: 0,1 segundos

Valor adotado em funo do estudo de seletividade com os

demais elementos de proteo no considerados neste exerccio

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REL DIRECIONAL (67)

Exemplo de Aplicao


=

=340

156

= 2,18

=0,14

,

1

=0,14

2,18, 1 0,1 = 0,89

Corrente de contribuio do gerador para defeito monopolar no

secundrio do transformador: circulao de corrente inversa.

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