Automação de distribuição IV - Lidando com a coordenação de proteção

Por que a função de seccionador é necessária em religadores

Comunicado de imprensa

setembro 2019
Religador OSM da NOJA Power

Em nosso último artigo, Automação de distribuição III, exploramos a configuração base de redes em anel e a automação da comutação para isolamento de faltas sem o uso de comunicações entre os dispositivos. Este método de automação distribuída depende da detecção de tensão em ambos os lados do disjuntor ou, neste caso, um religador, para determinar se deve ou não fechar para reestabelecer a alimentação.

Consequentemente, isso ocasiona pelo menos um religamento adicional em uma falta, porém, isso é o que acontece em qualquer esquema de automação sem comunicações. Caso as regulamentações locais de energia permitam as quatro operações de religamento completas, oferecidas como padrão, podemos usar 3 religamentos de proteção do método de alimentação normal e um fechamento do método de automação e permanecer em conformidade.


Figura 1 - Topologia de rede em anel, pós isolamento com R1 como dispositivo de proteção primário, R3 como fechamento automático e R2 atuando como o segundo dispositivo de proteção para isolamento da falta

Figura 1 - Topologia de rede em anel, pós isolamento com R1 como dispositivo de proteção primário, R3 como fechamento automático e R2 atuando como o segundo dispositivo de proteção para isolamento da falta

No entanto, essa configuração de automação distribuída em uma topologia em anel oferece desafios exclusivos de proteção. Com uma configuração em anel, há uma possibilidade real de que a direção do fluxo de alimentação possa mudar de acordo com a configuração de comutação. Considere um caso de falta de alimentação 1:


Figura 2 - Falta da alimentação 1, o religador 1 abre para evitar a retroalimentação da subestação. O ponto de ligação do religador 3 fecha para restabelecer a alimentação para o religador 1

Figura 2 - Falta da alimentação 1, o religador 1 abre para evitar a retroalimentação da subestação. O ponto de ligação do religador 3 fecha para restabelecer a alimentação para o religador 1

Neste caso, o religador 2 agora possui fluxo de energia invertido para operação padrão. Portanto, o uso de proteção direcional torna-se essencial para fornecer coordenação. Na configuração normal do sistema, o religador 2 é o mais distante da subestação e o mais próximo do ponto de ligação. Se a alimentação 2 faltar, ele se tornará o segundo mais próximo da subestação, com outros três dispositivos a jusante. No caso acima, ele torna-se o religador mais distante da subestação - cada caso requer sua própria coordenação de proteção.

Vale lembrar que a coordenação de proteção é a configuração de respostas de acionamento para que os dispositivos de proteção se coordenem entre si, garantindo que áreas mínimas sejam afetadas pelas faltas. Neste caso, temos três cenários de proteção a serem considerados em nossa coordenação. Usaremos as configurações do religador 2 como referência, embora essa análise situacional simples deva ser aplicada a todos os dispositivos do esquema para que as configurações sejam confirmadas.


Cenário Diagnóstico Considerações
Sistema normal Dispositivo de acionamento mais rápido, mais distante da subestação Pode ser ligado automaticamente para assumir a carga até o religador 5. Portanto, a sobrecorrente e as classificações devem permitir a carga e coordenação até R5
Falta da alimentação 2 2º dispositivo na cadeia Necessário classificar com os R3, R4 e R5,
Falta da alimentação 1 Último dispositivo na cadeia, fluxo de energia invertido Necessário classificar em sobrecorrente invertida com o R5, a mais lenta e o R2, a mais rápida

Tabela 1 - Planejamento do cenário de proteção para o religador 2

O tratamento da condição normal do sistema é equivalente ao projeto de proteção padrão, exceto que se deve considerar a corrente de carga adicional, assumida quando o restante da configuração em anel for adicionada, em caso de falta da alimentação 2. Isso determina um limite mínimo para a configuração de sobrecorrente em R2 (e é a contrapartida do R4 em caso de falta da alimentação 1).

Portanto, sob a perspectiva do religador 2, as faltas do sistema normal e da alimentação 2 exigem a mesma configuração de proteção, mas ocasionam um pouco de sensibilidade à sobrecorrente.

No caso de falta na alimentação 1, o religador 2 precisa que a sobrecorrente de direção esteja configurada nos pontos em que ele age mais rapidamente do que os R3, R4 e R5. Isso pode ser obtido com a configuração padrão presente no sistema de Religadores OSM da NOJA Power, que determina a sobrecorrente direcional de acordo com a coordenação adequada ao cenário atual.


Figura 2 - Falta da alimentação 1, o religador 1 abre para evitar a retroalimentação da subestação. O ponto de ligação do religador 3 fecha para restabelecer a alimentação para o religador 1

Figura 3 - Falta da alimentação 1 simplificada. Áreas de fluxo de corrente amarelas indicam corrente fluindo em direção contrária ao sistema normal

Como lidar com margens de coordenação insuficientes

Configurar a proteção para esses casos de automação é geralmente simples, desde que haja margem de coordenação suficiente.

Caso o disjuntor da subestação esteja configurado para acionar a 1 segundo da corrente de falta máxima, margens de coordenação de 250 ms entre dispositivos coordenados permitiriam um máximo de 4 religadores ao longo da linha. Embora 250 ms seja tido como um valor tradicional pelos padrões modernos de religadores (a coordenação de 150 ms é razoavelmente confiável com equipamentos modernos), ele limita o número de dispositivos de proteção que podem ser ligados.

A menos que os dispositivos ligados sejam seccionadores.

Se considerarmos o caso da figura 3, supondo uma margem de coordenação mais tradicional de 300 ms, com um tempo de 1 segundo do disjuntor da subestação, podemos conectar apenas 3 religadores de proteção antes do acionamento da subestação. Em um sistema normal, isso seria facilmente tratado, mas adicionando dois religadores extras durante uma operação de automação (R3 e R2), seria criada uma condição de corrida em caso de uma falta entre os R1 e R2.

Mas, caso o R2 esteja configurado para operar como um seccionador na direção do fluxo de corrente invertido, sua resposta será determinada e poderá ser classificada com o restante do sistema. O R2 age como um religador normal nos casos de falta do sistema normal e da alimentação 2 mas, no caso da falta da alimentação 1, permitirá a passagem de faltas e abrirá no período inativo do disjuntor a montante.

Ao fazer com que o religador atue como um seccionador na condição de fluxo de energia invertido, podemos assegurar que o risco de coordenação inadequada seja diminuído.

Nota rápida sobre a proteção insensível à carga

Ao construir essas redes de automação, é altamente recomendável usar a proteção insensível à carga, tanto como proteção contra sequência de fase negativa quanto como proteção contra falta de aterramento. Esses recursos respondem a desequilíbrios de rede e, embora não sejam usados para faltas simétricas, 90% das faltas de rede são assimétricas e serão detectadas pelo NPS e EF em níveis de corrente muito mais baixos, antes que a sobrecorrente seja captada.

Conclusão

A automação de rede inteligente baseada na lógica de distribuição mediante a presença de tensão, é um método altamente confiável e econômico de implementação da rede inteligente. Sem a necessidade de comunicações, é possível religar efetivamente a rede para isolar as faltas e, neste artigo, exploramos algumas das especificações técnicas necessárias para projetar as configurações de proteção para as redes de comutação automática.

Usando o método de simulação de cenário, a avaliação das configurações de proteção necessárias é geralmente simples, exceto restrições em relação a quantidade de carga que poderia ser adicionada. Estas restrições geralmente já são consideradas no projeto de redes em anel, no entanto, vale a pena revisitar as configurações de proteção ao desenvolver um esquema de automação.

O uso de religadores com função de seccionador oferece uma técnica eficaz para a implantação da automação respeitando as restrições de coordenação.

E, por fim, também mencionamos a proteção insensível à carga, como o NPS, como uma possível solução para a manutenção da sensibilidade, apesar das grandes variações de carga que podem ocorrer nesses esquemas de automação. Uma rápida visão geral do NPS está disponível aqui.

“Estes artigos mostram que nosso controlador de religador oferece a automação de distribuição como recurso padrão. Seja utilizando os algoritmos de automação incorporados, a função de seccionador integrada ou a automação de rede inteligente IEC61499, que permite a programação de sua própria lógica entre diversos dispositivos na rede, nossos controladores de religadores fornecem os principais componentes necessários.”

O que nos leva ao tema de nossos próximos artigos - automação baseada em comunicações e esquemas de automação centralizada.

A NOJA Power possui ampla experiência no suporte à implementação de redes inteligentes em todo o mundo. Caso você tenha um projeto em mente, entre em contato com a equipe da NOJA Power em: www.nojapower.com.br ou entre em contato com seu distribuidor local.