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É importante ressaltar que não é prático, tampouco viável, modelar as funções de proteção para todas as MS em um estudo global da rede elétrica do SIN. O ônus que isso ocasionaria nos tempos de simulação da rede do SIN é enorme, além das dificuldades que impactariam no controle desses dados pelo ONS.

Nos estudos de média e longa duração, as funções de proteção de caráter sistêmico devem ser representadas na modelagem da rede analisada, conforme mencionado anteriormente. Todavia, a ideia de agregar a modelagem das funções de proteção de um MS está na realização de um estudo com foco na regulação e proteção de uma determinada MS ou central do SIN, ou em um estudo reduzido para análise das proteções desse sistema equivalente de pequeno porte.

Na maioria dos casos, apenas uma análise das variáveis de interesse é suficiente para saber se uma determinada proteção vai atuar ou não. Por exemplo, supondo uma simulação de um ilhamento da central, a análise da frequência da rede já dá uma ideia se a função 81 atuará ou não, não sendo necessário a modelagem dessa função para confirmar isso.

Em outros casos, a análise da coordenação exigirá a modelagem de certas funções, como é o caso das funções 40 e 78. Proteções de retaguarda como a 21 e 51V também são interessantes de modelar para determinados distúrbios, ou seja, é um critério que incumbe ao analista a decisão.

Estudos da coordenação dinâmica em programas de transitórios eletromecânicos não necessitam da modelagem matemática detalhada da função de proteção. Pode-se adotar uma modelagem genérica que a represente, independentemente do fabricante do relé. É uma abordagem diferente da utilizada na modelagem dos controladores de tensão e de velocidade, pois cada fabricante adota uma particularidade que, por sua vez, deve ser representada em um estudo de transitório.

Certas funções não são cabíveis de análise nesse tipo de estudo, como é o caso das funções 46, 27TN, 64E(59N) e 64R.

Tabela 1. Lista de funções cabíveis de análise de coordenação mediante simulações.

ANSI Descrição da Função

21 Impedância

24 Volts por hertz

27 Subtensão

32 Potência reversa (motorização)

40 Perda de excitação

49 Temperatura por imagem térmica

50 Sobrecorrente instantânea

51 Sobrecorrente temporizado

51V Sobrecorrente com restrição de tensão

59 Sobretensão

68 Oscilação de potência

76 Sobrecorrente CC

78 Perda de sincronismo

81 Frequência

É importante destacar que essas funções são investigadas em um ambiente de simulação equilibrado, que é o caso dos transitórios eletromecânicos. Nesse cenário de simulação, certas funções têm sua análise restrita, por exemplo:

• A função 76 (ou 50/51 do TEX) pode ter sua coordenação dinâmica analisada com o RT e o OEL frente a fenômenos observados em transitórios eletromecânicos. Todavia, desequilíbrios no estator da MS geram correntes alternadas no rotor. Essas correntes alternadas, induzidas pelo estator, podem ser de fundamental ou o dobro da frequência fundamental. Essa característica não pode ser reproduzida na simulação, podendo ocasionar uma atuação indevida dessas funções se não forem considerados na prática; • A função 59 instantânea de uma unidade pode atuar em sobretensões causadas por um curto circuito fase-terra. Se a MS estiver operando em paralelo na mesma barra com outras unidades, isso pode ser caracterizado como uma atuação indevida da função 59. Quando se decide modelar uma determinada função, a variável de entrada no modelo matemático desta função será obtida da saída do modelo da MS. O bloco, que representa a dinâmica da MS, possui uma estrutura de entrada e saída semelhante para qualquer programa de transitório. São diversas as variáveis de saída como, por exemplo, os fluxos, as tensões e as correntes de eixo direto e de quadratura. Entretanto, para fins de modelagem da proteção, o grupo listado abaixo que é o considerado:

ω [pu]: Velocidade do rotor; Q [pu]: Potência reativa; Pe [pu]: Potência elétrica; S [pu]: Potência aparente;

Vt [pu]: Tensão terminal; It [pu]: Corrente do estator; Ifd [pu]: Corrente de campo; Ix [pu]: Corrente reativa; Z [pu]: impedância lida no relé;

R [pu]: parte real da impedância lida no relé; X [pu]: parte imaginária da impedância lida no relé.

A estrutura genérica que representa grande parte das funções de proteção é apresentada na Figura 14:

Figura 14. Modelagem genérica de uma função de proteção.

A modelagem da característica depende do tipo de função. Assim, a título de exemplo, as funções 24, 27, 32, 49, 50, 51, 51V, 59, 76 e 81 se encaixam num modelo simples através de um bloco comparador cujo a saída é o gatilho da função (pick-up).

Já as funções 21, 40, 68 e 78 necessitam da modelagem da característica no plano impedância para obter o pick-up.

A modelagem da curva do relé do tipo “tempo definido” pode ser feita usando um bloco do tipo Time to Pick-Up (TPU).

Não são todos os programas de simulação que possuem incorporados curvas de atuação de relés. Nesse caso, a modelagem da curva pode ser realizada através de blocos matemáticos conhecidos.

A Figura 15 representa um modelo para as curvas IEC no Simulink do Matlab@. Os parâmetros ALFA e BETA caracterizam o tipo de curva IEC. A Tabela 2 apresenta os valores deste modelo em função do tipo de curva selecionada.

Figura 15. Modelagem da curva IEC.

Onde:

Variável [pu]: Variável de entrada da curva IEC;

Var_Pickup [pu]: Pick-up da variável de entrada da curva IEC; Pick-up [digital]: Saída de pick-up da função;

ALFA e BETA: Parâmetros que caracterizam o tipo de curva IEC; DIAL DE TEMPO: Dial de tempo da curva selecionada.

Tabela 2. Valores de Alfa e Beta para as curvas IEC.

Curva IEC Alfa Beta

Normal inversa 0,02 0,14 Muito inversa 1,0 13,5 Extremamente inversa 2,0 80

Tempo longo 1,0 120

Tempo curto 0,04 0,05

Trata-se de uma modelagem simples que representa o tempo de atuação das curvas IEC. Observa-se que drop-out do relé não é necessário, pois o interesse está no instante de atuação da curva (TRIP) e na monitoração do pick-up.