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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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REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO
Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase
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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REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO
Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase
b) Conexo 60
A corrente de operao est adiantada da tenso de
polarizao + de um ngulo de 60 eltricos.
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REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO
Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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REL DIRECIONAL (67)
Polarizao dos Rels Direcionais
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REL DIRECIONAL (67)
Polarizao dos Rels Direcionais
O rel da fase A
Tenso de polarizao: =
Corrente de operao: =
O rel da fase B
Tenso de polarizao: =
Corrente de operao: =
O rel da fase C Tenso de polarizao: =
Corrente de operao: =
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REL DIRECIONAL (67)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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REL DIRECIONAL (67)
Polarizao dos Rels Direcionais
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REL DIRECIONAL (67)
Polarizao dos Rels Direcionais
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REL DIRECIONAL (67)
Polarizao dos Rels Direcionais
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Torque Positivo
Atuao do rel
Torque Negativo
Bloqueio do rel
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REL DIRECIONAL (67)
Polarizao dos Rels Direcionais
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)
Polarizao dos Rels Direcionais
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Torque Positivo
Atuao do rel
Torque Negativo
Bloqueio do rel
I65 -31,7 A
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REL DIRECIONAL (67)
Polarizao dos Rels Direcionais
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I65 72,5 A
I65 -31,7 A
Torque Positivo
Atuao do rel
Torque Negativo
Bloqueio do rel
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REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO
Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase
Situao normal de carga
Contato da unidadedirecional: aberto
Contato da unidade desobrecorrente: aberto
Contato da unidade desobrecorrente: aberto
Contato da unidadedirecional: aberto
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REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO
Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase
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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REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO
Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase
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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REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO
Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase
Situao de falta no ponto indicado
Contato da unidadedirecional: fechado
Contato da unidade desobrecorrente: fechado
Contato da unidade desobrecorrente: aberto
Contato da unidadedirecional: aberto
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REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO
Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase
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;
Disjuntor D2: o contato da unidade de sobrecorrente do
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 DE SOBRECORRENTE DE INDUO
Torque do Rel de Sobrecorrente de Fase
Disjuntor D3: o contato da unidade de sobrecorrente do
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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REL DE SOBRECORRENTE DE INDUO
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
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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
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= 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
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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
Tempo de operao do rel para condio de falta
=
=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
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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
ENE095Proteo de Sistemas Eltricos de Potncia Prof. Lus Henrique Lopes Lima 43
= 1,3 (valor tabelado)
Logo, a corrente de acionamento vale:
= = 1,3 120 = 156
Tempo de operao do rel para condio de falta
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
Tempo de operao do rel para condio de falta
=
=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.