html{display:none} Proteção de linhas de transmissão na velocidade da luz | Schweitzer Engineering Laboratories
Notícias / Notícias Corporativas / Proteção de linhas de transmissão na velocidade da luz

Proteção de linhas de transmissão na velocidade da luz

Proteção de linhas no domínio do tempo alia grandezas incrementais e ondas viajantes para atuar até 16 vezes mais rápido que IEDs que trabalham com fasores

Os sistemas de energia elétrica estão mudando. Cada dia mais, fontes renováveis de energia são inseridas no sistema e mudam sua dinâmica, levando-o a trabalhar mais próximo do seu limite de estabilidade. 

A estabilidade do sistema de potência tem impulsionado a busca por uma proteção de linhas de transmissão mais rápida. As faltas precisam ser eliminadas em um tempo menor que o valor crítico de eliminação do defeito, ou então, o sistema pode perder a estabilidade e possivelmente ir a um blecaute.

Já em 1976, um estudo da concessionária americana BPA - Bonneville Power Administration – mostrava que em uma determinada linha de transmissão, uma redução de um ciclo (16 ms em um sistema de 60Hz) no tempo de eliminação da falta permitia o aumento da potência transferida em 250 MW. Isso significa que,  a cada milissegundo economizado no tempo de eliminação da falta, os limites de estabilidade da transmissão subiriam até 15MW. Apenas 1 MW é suficiente para fornecer energia a 800 casas. Isso quer dizer que se o relé levar 10 ms a menos para decidir o desligamento do disjuntor, 120 mil casas podem continuar recebendo energia elétrica.

A eliminação mais rápida da falta não só aumenta a quantidade de potência que pode ser transferida, como traz grandes vantagens do ponto de vista da segurança ao reduzir riscos de incêndio e danos em todos os tipos de equipamentos no sistema elétrico de potência, melhorando o aproveitamento dos ativos da subestação.

Porém, como alcançar tempos de disparo de proteção mais rápidos? Teremos que nos livrar das limitações dos fasores?

Os relés tradicionais baseiam-se em fasores de corrente e tensão e dependem da observação de um ciclo completo de 16 ms (sistemas de 60Hz) para realizar uma medição precisa e atuar devidamente. Em situações particulares, os algoritmos podem responder em meio ciclo da senoide, ou seja, 8 ms.

Ricardo Abboud, Gerente Técnico Internacional da SEL, reforça que o sistema elétrico é interligado e um distúrbio transitório pode ter efeitos em cadeia. “Um curto-circuito causa oscilações na tensão, este efeito pode evoluir para uma perda de sincronismo entre os geradores do sistema. O atraso demasiado para eliminar a falta, obriga a abertura de mais interligações. Caso a decisão dos relés não seja rápida o suficiente, existem chances de blecaute”, afirma.

Para se libertar das limitações dos fasores, é necessário basear a operação dos elementos de proteção em medições de tensões e correntes instantâneas, ou seja, trabalhar no domínio do tempo. A medição destes sinais instantâneos requer alta amostragem, até então, impossível de ser alcançada. 

Com a evolução tecnológica, poderosos processadores digitais passaram a permitir a implementação dos mais exigentes algoritmos de proteção. Capazes de trabalhar com altas taxas de amostragem (1 MHz) e uma alta capacidade de processamento numérico (≥ 1 bilhão de multiplicações por segundo), os novos processadores digitais tornaram realidade o anseio por velocidade na atuação da proteção.

A nova tecnologia de proteção de linhas no domínio do tempo da SEL integra dois elementos baseados em grandezas incrementais  e dois baseados em ondas viajantes para garantir tempos de atuação da proteção entre 1 e 4ms. Esses elementos emitem um sinal de trip em ultra-alta velocidade, o mais rápido do mercado, para garantir a estabilidade, maximizar a transferência de potência e melhorar a utilização dos ativos do sistema elétrico.  

Enxergando o que antes era invisível
Com uma amostragem digital de 1 MHz, muitos efeitos invisíveis à tecnologia atual poderão ser detectados e analisados, como por exemplo, a detecção antecipada de uma possível falha (flashover) na cadeia de isoladores ou TRVs (Transient Recovery Voltage) em disjuntores de alta tensão. “O TRV é um parâmetro crítico para a interrupção da falta em um disjuntor de alta tensão. Suas características podem conduzir a uma interrupção da corrente com sucesso ou a uma falha que acarretaria a explosão do disjuntor e uma indisponibilidade do sistema de transmissão. Detectá-lo com antecedência, traz maior disponibilidade e segurança operacional ao sistema elétrico”, afirma Andrei Coelho, engenheiro de proteção da SEL.

É possível gerar oscilografias nesta taxa de amostragem com duração de até 1,2 segundos e também visualizar as forma de onda de tensões e correntes em tempo real. “Ao disponibilizar as formas de ondas em tempo real, o novo relé de proteção irá funcionar como um osciloscópio para sistemas elétricos de alta tensão. ”, afirma Coelho. Essas informações podem ser acessadas através de uma interface Ethernet conectada a um computador. 

Como funciona a proteção no domínio do tempo?
A proteção de linhas no domínio do tempo, diferentemente da proteção baseada em fasores, não usa componentes fasoriais de tensão e corrente, mas sim as tensões e correntes instantâneas, baseadas em grandezas incrementais e em ondas viajantes, demandando uma alta amostragem dos sinais (1 MHz). 

As grandezas incrementais são sinais que aparecem devido a uma falta, ou seja, são o resultado das grandezas medidas no momento da falta subtraindo-se o efeito pré-falta. As ondas viajantes se propagam em altíssima velocidade, partindo do ponto em que se localiza o defeito até os terminais da linha de transmissão.

Para atuar, o relé possui algoritmos que fazem os cálculos em tempo real, dispensando a necessidade de observar um ciclo completo para a estimação correta do fasor. 

Para mais informações assista ao vídeo sobre o SEL-T400L