Direcional de Potência Explicado

Introdução

Com a recente adição da Proteção Direcional de Potência ANSI 32 ao Sistema de Religadores OSM da NOJA Power, exploraremos neste artigo o histórico técnico e as aplicações desta funcionalidade de proteção.

A proteção direcional de potência (ANSI 32) é usada quando um gerador funciona em paralelo com outro gerador ou rede de distribuição. Ela possui duas formas: proteção de sobrepotência e subpotência.

A proteção direcional de sobrepotência e subpotência calcula o fluxo total de energia aparente passando pelo religador com base nas tensões e correntes. A sobrepotência direcional opera quando a potência aparente medida excede um determinado limite. A proteção direcional de subpotência opera quando a potência aparente medida cai abaixo deste limite. Em ambos os casos a proteção é acionada e o gerador é desconectado após um desarme de proteção e/ou um alarme é acionado.

A proteção direcional de potência é aplicável a religadores trifásicos, bifásicos, monofásicos e Single Triple.

Overview

Visão geral

A sobrepotência e a subpotência direcionais podem ser usadas em diversas aplicações. A seção a seguir destacará algumas das mais comuns. No entanto, primeiramente vamos considerar as condições operacionais gerais de cada elemento.

Para descrever a operação do elemento de proteção de sobrepotência (PDOP), considere o seguinte diagrama:

Onde:
Ss = Potência aparente definida
θs = Ângulo de potência definido
Sm = Potência aparente medida
θm = Ângulo de potência medido

A operação ocorrerá se:
Sm > Ss/[sin(θs) * sin(θm) + cos(θs) * cos(θm)]

Observação: Verificações são necessárias para garantir o sinal adequado das funções trigonométricas.

Da mesma forma, a operação do elemento de proteção de subpotência (PDUP) pode ser descrita por meio da seguinte fórmula:

Sm < Ss/[sin(θs) * sin(θm) + cos(θs) * cos(θm)]

Observação: Assim como na PDOP, verificações são necessárias para garantir o sinal apropriado das funções trigonométricas.

É possível observar, que a partir dos diagramas acima, que quanto maior o ângulo em relação ao ponto de ajuste, maior será o valor medido para fora do limite. À medida em que essa diferença de ângulo se aproxima dos 90°, o valor de Sm se aproxima do infinito e, para qualquer valor fora de ± 90°, o Sm não poderáf ultrapassar o limite. Portanto, nesses ângulos, independentemente da potência medida, para sobrepotência ela nunca operará e, para subpotência, ela sempre operará.

Tendo em mente as características gerais da proteção direcional de potência, vamos agora considerar algumas aplicações específicas.

Potência reversa

Se um gerador estiver conectado à rede ou em paralelo com outro gerador, e o acionador principal falhar, pode haver um fluxo reverso de potência para o alternador e uma tentativa de acionar o gerador como um motor. Para evitar isso, a sobrepotência direcional pode ser usada para detectar o fluxo reverso da potência e desconectar o gerador da fonte.

Para a proteção contra potência ativa reversa, o ângulo de potência deve ser ajustado para 180°, e para proteção contra potência reativa reversa, o ângulo deve ser ajustado para -90°, conforme ilustrado abaixo:

Limitação de potência

A PDOP também pode ser usada para limitar a saída de um gerador. Existem duas situações em que essa função pode ser utilizada. Primeiramente, ela pode ser usada para manter a operação dentro dos componentes da curva de capacidade do gerador. Dependendo da característica desejada, ou seja, sobre/sob excitação ou corrente de armadura, o ângulo pode ser configurado para desarmar se o gerador ultrapassar o limite.

A segunda situação em que a limitação de energia pode ser utilizada é quando uma conexão de rede inclui requisitos contratuais para limitar a energia real ou reativa de/para uma rede de distribuição. Para isso, a PDOP pode ser usada para isolar o religador ou para definir um alarme de potência real ou reativa, ajustando o ângulo para 0° ou 90° respectivamente.

Proteção de subpotência

A proteção de subpotência pode ser usada para prevenir uma condição de sobrevelocidade de um gerador, quando grandes cargas são desconectadas de sua rede. As características operacionais para subpotência são mostradas abaixo:

Diferenças entre a detecção da direção de potência direcional e a sobrecorrente direcional

O conjunto de proteções direcionais da NOJA Power oferece elementos direcionais de sobrecorrente convencionais, bem como proteção direcional de potência. Os elementos direcionais de sobrecorrente e elementos de fluxo de potência são calculados separadamente e, sob determinadas condições, podem apresentar sinais invertidos no ângulo de fase para eventos direcionais. Isso ocorre porque os elementos de sobrecorrente calculam o ângulo de fase da corrente para a tensão, enquanto os elementos de fluxo de potência usam o método definido pelas normas do IEEE, que estabelece o ângulo de fase como sendo da tensão para a corrente.

“A função de proteção direcional de potência amplia a capacidade da nossa linha de religadores para o uso como disjuntores de gerador distribuído“, relata o diretor geral do Grupo NOJA Power, Neil O’Sullivan.

A proteção direcional de potência está disponível como parte do Firmware 1.25 para os controladores RC-10 e RC-15 da NOJA Power. Uma nota completa sobre aplicação e configuração dessa funcionalidade pode ser solicitada.