Pronext Engenharia

Contextualização

Na elaboração dos estudos de proteção e seletividade, os engenheiros de proteção devem conhecer os níveis de curto-circuito do sistema elétrico a ser protegido. Isso significa que, nas etapas iniciais de elaboração dos estudos de proteção e seletividade, é necessário efetuar simulações computacionais de curto-circuito modelando a rede retida e o equipamento a ser protegido.

Estudos de impacto: expansão do sistema, aumento dos níveis de curto-circuito e avaliação das proteções 50/51 e 21.

Suponha, por exemplo, que se deseje especificar o sistema de proteção de uma linha de transmissão (LT) de 230 kV que interliga as subestações de Santa Maria e Lagoa Vermelha 2, localizadas na região sul do Brasil. Essa LT será protegida por um IED modelo SEL-421 (Figura 1) instalado no terminal local (SE Santa Maria). O responsável pelo estudo vai habilitar a proteção direcional de neutro, ANSI 67N.

Figura 1 — Exemplo ilustrativo de linha de transmissão de 230 kV com IED. Adaptado de [3]

Nesse sentido, ele deve conhecer os níveis de corrente de sequência zero quando ocorre uma falta no barramento remoto da LT. Obter este valor somente é possível após simular uma falta assimétrica (fase-terra) no barramento remoto (SE Lagoa Vermelha 2), resultado obtido no estudo de curto-circuito.

ESTUDO DE IMPACTO

Caso o sistema elétrico passe por uma expansão que acarrete aumento nos níveis de curto-circuito nas barras das subestações, é necessário realizar a avaliação do desempenho dos sistemas de proteção que estão em operação. Esta análise é descrita em detalhes em um relatório técnico chamado de “Estudo de Impacto”.

O que é o Estudo de Impacto?

Empreendimentos de subestações coletoras que contêm geração centralizada geralmente são construídos em etapas. Imagine que um agente vai construir um complexo eólico com capacidade instalada de geração de 140 MVA. No exemplo, a construção e a energização ocorreriam em duas etapas: fase I e fase II.

No exemplo original, a fase I estava prevista para 2023, com a energização de parte dos aerogeradores, correspondente a 100 MVA. A fase II estava prevista para o segundo semestre de 2024, com a energização dos 40 MVA restantes do complexo.

FASE I

Na fase I do exemplo, prevista para 2023, seriam realizados os ajustes dos dispositivos de proteção do transformador elevador responsável pelo escoamento da geração para o Sistema Interligado Nacional (SIN). Um IED modelo RET670 seria responsável pela proteção desse equipamento.

FASE II

Na fase II do exemplo, os níveis de curto-circuito nos barramentos próximos ao empreendimento aumentariam com a entrada em operação dos 40 MVA adicionais de geração. Assim, seria necessário realizar o estudo de impacto para avaliar se os ajustes parametrizados em 2023 no RET670 permaneciam adequados diante do aumento dos níveis de curto-circuito. Nesse contexto, os ajustes das proteções de sobrecorrente do primário e do secundário do transformador poderiam ser revisados.

Impacto nas Proteções de Sobrecorrente e Distância

O estudo de impacto possui o objetivo de avaliar o desempenho das proteções instaladas na subestação. Entre as funções que podem ser afetadas pelo aumento do nível de curto-circuito, destacam-se as proteções de sobrecorrente ANSI 50/51 de linhas e transformadores. Os parâmetros das proteções de distância das linhas conectadas aos barramentos da SE também poderão ser alterados após a avaliação do engenheiro de estudos.

ANSI 50/51Proteções de sobrecorrente

O ajuste do dial de tempo da curva de seletividade das funções 51 depende dos valores da corrente de curto-circuito. Se, após a entrada em operação de um novo bloco de geração, o nível de curto-circuito aumentar de forma significativa, pode ser necessário revisar o dial de tempo para preservar a seletividade do sistema.

ANSI 21Proteção de distância

Uma das premissas das proteções de distância das linhas de transmissão é que operem sem sobrealcançar ou subalcançar os terminais (a depender da filosofia adotada e da zona de proteção).

Em geral, a proteção de zona 1 é ajustada com uma margem de segurança, em torno de 70% a 80% da impedância da LT (ver Figura 2). Com a inserção de novos equipamentos e linhas, mudanças de topologia e das condições de contribuição das fontes podem alterar a impedância aparente medida pelo relé. Por isso, o estudo de impacto verifica se a zona 1 mantém o alcance previsto, sem sobrealcance indevido do terminal remoto.

Diagrama dos alcances das zonas 1, 2 e 3 da proteção de distância, com valores de 80%, 120% e 220%. — Figura 2 — Exemplo dos alcances das zonas 1, 2 e 3 da proteção de distância.

PONTO-CHAVE

Em suma, os estudos de curto-circuito desempenham um papel fundamental na avaliação do desempenho das proteções que já estão em operação nos sistemas elétricos de potência. Esses estudos permitem identificar e analisar os possíveis aumentos nos níveis de curto-circuito, fornecendo informações cruciais para o dimensionamento e ajuste adequado dos dispositivos de proteção. Os resultados destes estudos servem como pontos de partida para a realização do estudo de impacto e avaliação do desempenho dos sistemas de proteção que já estão em operação nas subestações.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] KHOA, N. M.; HIEU, N. H.; VIET, D. T. A Study of SVC’s Impact Simulation and Analysis for Distance Protection Relay on Transmission Lines. International Journal of Electrical and Computer Engineering, v. 7, n. 4, 2017.

[2] MAMEDE FILHO, João; MAMEDE, Daniel Ribeiro. Proteção de sistemas elétricos de potência. Grupo Gen-LTC, 2000.

[3] ONS — Operador Nacional do Sistema Elétrico. Mapas do Sistema Interligado Nacional.

[4] ONS. Submódulo 21.2 dos Procedimentos de Rede: evolução dos níveis de curto-circuito e eventual revisão dos ajustes de proteção.

[5] IEEE. IEEE C37.113-2025 — Guide for Protective Relay Applications to Transmission Lines.

[6] Fonte original: Pronext Engenharia. Estudos de Impacto — Avaliação do Desempenho dos Sistemas de Proteção.

Estudos de Impacto: Avaliação do Desempenho dos Sistemas de Proteção

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