Proteção de Geradores com Religadores

A proteção de geradores apresenta desafios únicos, uma vez que as faltas observadas em geradores são muito diferentes daquelas vistas em dispositivos padrão de proteção aérea.

Felizmente, esse comportamento é bem conhecido e previsível. Neste artigo, explicaremos o comportamento de falta, discutiremos um elemento de proteção, disponível no sistema do Religador OSM, para solucionar esse problema e algumas configurações típicas aplicadas.

Comportamento de Falta do Gerador (por que a sobrecorrente não é suficiente)

Existem duas diferenças principais entre faltas em linhas aéreas e faltas próximas ao gerador.

Em primeiro lugar, não existe (efetivamente) uma impedância de linha a ser considerada. Essa ausência de impedância de linha significa que a impedância da falta é principalmente interna ao gerador. Isso também significa que existe muito pouco espaço para limitar a taxa de aumento da corrente no início da primeira falta.

Em segundo lugar, a reatância do gerador aumenta durante a falta. Isso cria um cenário incomum no qual, após o pico de corrente inicial, a corrente de falta em andamento é menor que a corrente de carga.

E é por isso que a proteção de sobrecorrente convencional não é suficiente para as faltas do gerador.

O pico de corrente inicial se parece muito com uma corrente de inrush e a corrente de falta estacionária é menor que a corrente de carga para o gerador.

Agora vamos explorar o transitório um pouco mais a fundo. A Figura 1 mostra um traçado de corrente típico.

Como um exemplo prático, um gerador de 400 kVA teria os seguintes múltiplos de corrente, com base no tempo:

• Aos 10 ms após a falta, a corrente seria 11 vezes a corrente nominal.
• Aos 90 ms, a corrente de falta cai para 3 vezes a corrente nominal.
• Aos 610 ms, a corrente de falta é 0,34 vezes a corrente nominal.

Isso mostra como a corrente de falta do gerador, em estado estacionário, está abaixo da corrente de carga. Na prática, ela é tipicamente 0,3 a 0,5 vezes a corrente nominal do gerador.

A outra característica observada durante essas faltas é o colapso de tensão no gerador. Quando a detecção de corrente é combinada com o colapso de tensão em um gerador, as faltas podem ser detectadas. Essa técnica é chamada de Sobrecorrente com Restrição de Tensão, ou ANSI 51 V.

Técnica de Proteção: Sobrecorrente com Restrição de Tensão (ANSI 51 V)

As faltas próximas a geradores apresentam um pico de corrente inicial alto, seguido por uma corrente de falta em estado estacionário menor que a corrente nominal do gerador.

Porém, durante as faltas, a tensão nos terminais do gerador também cai. Para detectar faltas no gerador, bloqueamos a proteção de sobrecorrente com uma condição de subtensão. Por isso, chamamos de sobrecorrente com “Restrição de Tensão”. Quando a tensão no gerador cai, um elemento de sobrecorrente é ativado. Se o elemento de proteção detectar a corrente necessária e a queda de tensão, ele desencadeia um desarme.

Existem duas variantes principais dessa proteção. Sobrecorrente com Controle de Tensão e Sobrecorrente com Restrição de Tensão.

Sobrecorrente com Controle de Tensão

Essa é a implementação mais simples do 51 V. A Sobrecorrente com Controle de Tensão é um limite rígido para subtensão, antes que o elemento se torne ativo. Este multiplicador de tensão é de 0,75 vezes a nominal por unidade como configuração padrão no sistema de religadores OSM da NOJA Power.

Na prática, o 51 V só se torna ativo quando a tensão cai abaixo do ponto de ajuste. A corrente também é definida como um valor único.

Sobrecorrente com Restrição de Tensão

A Sobrecorrente com Restrição de Tensão dimensiona o pickup da corrente, com base na subtensão. Quanto maior a queda da tensão, menor a corrente de pickup. Isso aumenta a zona de detecção de faltas mais próximas do gerador.

Configurações Típicas

O primeiro passo é entender se o gerador protegido possui um recurso de acionamento de faltas. Alguns geradores combatem essa zona de não detecção por meio de uma grande sobrecorrente quando ocorrem faltas. Se for esse o caso, você pode ignorar o 51 V e confiar na sobrecorrente convencional. No entanto, nem todos os geradores têm esse recurso, então devemos considerar os pontos de ajuste típicos para o 51 V.

Vamos avaliar a equação para um curto-circuito permanente, trifásico, do gerador:

Os valores de reatância síncrona (Xd) definem a corrente de curto-circuito. O valor de Xd está disponível a partir do fabricante do gerador, ou pode ser encontrado na documentação do produto.

Em geral, a corrente de curto-circuito está entre 0,3 e 0,5 vezes a nominal.

Do ponto de vista da tensão, o objetivo das configurações é habilitar o 51 V somente quando ocorre uma falta no gerador, não em outro transitório da rede. Por padrão, o sistema de Religador OSM da NOJA Power sugere 75% da tensão nominal. Para aumentar a sensibilidade, é possível aumentar esse valor para mais próximo de 80%, mas isso resulta em um risco adicional de disparos indevidos.

Conclusão

A proteção de geradores requer técnicas diferentes para proteção de linhas aéreas. No entanto, os Religadores Automáticos, como o Religador OSM, sujeito aos níveis de falta, podem ser usados para proteção de conexões de geradores e também de linhas aéreas.

O Religador OSM da NOJA Power tem sido usado em um número cada vez maior de conexões de recursos de energia distribuída, e o 51 V é compatível com essa aplicação.

A Sobrecorrente com Restrição de Tensão traz melhorias para o pacote de recursos de conexão do gerador do Religador OSM, juntamente com VVS, ROCOF e outros elementos de frequência exigidos pelos operadores da rede de distribuição.

A sobrecorrente com controle de tensão agora está disponível como padrão com o Religador OSM da NOJA Power com o controle de Religador RC-10 ou RC-20.

Para mais informações, visite www.nojapower.com.br ou entre em contato com seu distribuidor local NOJA Power.