8 TELEPROTEÇÃO

7/21/2019 8 TELEPROTEO

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TELEPROTEO-

Ademir Carnevalli Guimares Pgina 1 19/11/2007

TELEPROTEO

Reles de distncia nos dois terminais do circuito associado com um canal de comunicao quepermita a troca de informaes pode formar um sistema capaz de seletivamente eliminar todos ostipos de falta na linha de forma instantnea.

Neste sistema a proteo deve transmitir um sinal de liberao (permissivo) ou de bloqueiodependendo se um sistema permissivo ou de bloqueio est implementado.Em qualquer dos casos apenas um sinal sim ou no transferido, para o qual um canal de pequenalargura de banda suficienteO dispositivo de comunicao da proteo SWT500FT da Siemens pode, por exemplo, transmitir 4comandos em 2,5 Khz na banda de freqncia de voz, isto significa que alm do sinal para osistema de proteo existem ainda 3 outros sinais que podem ser enviados para outras funes de

proteo ou de controle remoto.

Os suportes fsicos normalmente usados para a comunicao so os seguintes:

Fio piloto (cabo especial blindado contra interferncias eletromagnticas) para distnciasat 25 (km).

PLC- Power Line Carrier para distncias at aproximadamente 400 (km) Radio direcional para distncias at 50 (km). Microndas Fibra ticas, links diretos de at 150 (km), acima deste valor repetidores amplificadores

devem serusados.

I II III

ZA1

ZB1

A B

10...15% 70...80% 10...15%

Falta na regio II - Desligamento instantneo de ambos os terminaisda linha pelos ajustes de sub-alcance.Falta nas regies I e III Desligamento temporizado em cadaterminal remoto pela segunda zona(t2). Desligamentos instantneosrequerem a transferncia de informaes entre os terminais

Figura 1 Proteo de Distncia com Tele Proteo


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O tempo de transmisso do sinal em dispositivos de canal de voz de aproximadamente 15 a 20(mseg).No caso do sistema Carrier o tempo de transmisso reduzido para 5 (mseg).Acomunicao via cabos de fibra tica com transmisso digital e o que representa o estado da arte.

Neste caso no existe praticamente qualquer problema de interferncia eletromagntica asegurana muito alta. Os tempos de transmisso ficam abaixo de 5 (mseg).

Os mtodos normalmente empregados para teleproteo so os seguintes:

1- Permissive inter-trip:Neste caso a zona de sub-alcance, (normalmente a primeira zona) do rele desliga o disjuntorlocal e simultaneamente manda sinal para o terminal remoto. O sinal recebido do terminalremoto usado para se conseguir um desligamento rpido quando a falta prxima do terminal

Tempo total de eliminao da falta

Z


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remoto, alm do alcance da primeira zona Este sistema permissivo permite o trip instantneopara cerca de 80% do comprimento da linha independentemente de qualquer troca deinformao entre os terminais.Para o desligamento do disjuntor do terminal remoto existem as seguintes possibilidades:

1.1-Direct Underreaching transfer trip DUTT:Neste caso o disjuntor desligado diretamente pelo sinal recebido do terminal remoto.Este desligamento direto sem considerao de qualquer critrio de proteo do terminalreceptor usado somente em casos excepcionais, uma vez que um sinal errneo recebido dooutro terminal causa o desligamento incorreto imediato do disjuntor. Uma aplicao deste tipos recomendada quando no existem transformadores de corrente e potencial no terminalremoto para a conexo de um rele de proteo. Frequentemente dois canais so utilizados parase conseguir uma maior segurana. No terminal receptor os os sinais so logicamenteconectados em um gate and. Alternativamente um canal com absoluta segurana pode serusado como por exemplo um canal de fibra tica com um protocolo de transmisso de grandeconfiabilidade.

1.2- Permissive Underreaching Transfer Trip (PUTT) com reles de partida (fault detector).Neste mtodo, o sinal recebido s desligar o disjuntor quando os reles de partida tiveremoperado isto a falta tenha sido detectada. (vide figura 4)

A

ZA

Figura 4-Teleproteo PUTT com rele de partida

Trip

Sinal

recebido

Sinalenviado

Sinal

recebido

Sinalenviado

ZA

Z1

1& ZA

Z1

1&

Z1

X

B

ZL

R

Z1

ZA

ZA

Z1

AB


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PUTT COM REL DE PARTIDA RESUMO DA ATUAO

Resumo da atuao

Localizao da falta Terminal A Terminal BZ1OPERA - ENVIA SINAL Z1OPERA ENVIA SINALD TRIP LOCAL D TRIP LOCALZAOPERA, & RECEBE SINAL ZAOPERA, & RECEBE SINAL

F1TRIP- LOCAL INSTANTNEO TRIP- LOCAL INSTANTNEOZ1OPERA - ENVIA SINAL Z1NO OPERA NO ENVIA

SINALD TRIP LOCAL NO D TRIP LOCALZAOPERA ZAOPERA, & RECEBE SINAL

F2

TRIP LOCAL INSTANTNEO TRIP LOCAL INSTANTNEOZ1NO OPERA NO ENVIASINAL

Z1NO OPERA NO ENVIASINAL

NO D TRIP LOCAL NO D TRIP LOCAL

ZAOPERA ZAOPERA

F3

NO D TRIP LOCALINSTANTANEO


FFA

F

Z1ZA

ZA

Z1

B

Z1

X

B

ZL

R

Trip

Sinalrecebido

Sinal

enviado

Sinalrecebido

Sinal

enviado

ZA

Z1

1& ZA

Z1

1 &


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1.3- Permissive Underreaching Transfer Trip (PUTT) com extenso da primeira zona

Neste caso, o sinal recebido libera uma extenso da primeira zona para desligar o disjuntor.(figura 5) A demais zonas de atuao do rele permanecem inalteradas.

Z1BZ1

Z1

Figura 5-Teleproteo PUTT com zona de sub alcance

ZB1

Z1B

Z1

ZA

ZL

X

Z1

Z1BZ1 ZL

X

Z1B

Z1

Trip

Sinalrecebido

Sinalenviado

Sinalrecebido

Trip

Sinalenviado

Z1B

Z1

1&

1&


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PUTT COM EXTENSO DA 1 ZONA

Resumo da atuao

Localizao da falta Terminal A Terminal BZ

1OPERA - ENVIA SINAL Z

1OPERA ENVIA SINAL

D TRIP LOCAL D TRIP LOCALZ1BOPERA, & RECEBE SINAL Z1BOPERA, & RECEBE SINAL F1TRIP- LOCAL INSTANTNEO TRIP- LOCAL INSTANTNEOZ1OPERA - ENVIA SINAL Z1NO OPERA NO ENVIA

SINALD TRIP LOCAL NO D TRIP LOCALZ1BOPERA, & N RECEBESINAL

Z1BOPERA, & RECEBE SINAL

F2

TRIP LOCAL INSTANTNEO TRIP LOCAL INSTANTNEOZ1NO OPERA NO ENVIASINAL

Z1NO OPERA NO ENVIASINAL

NO D TRIP LOCAL NO D TRIP LOCAL

Z1B NO OPERA , & NORECEBE SINAL Z1BOPERA, & NO RECEBESINAL

F3



ZA

Z1B

FF

A

F

Z1

Z1B

Z1B

Z1

B

Z1

X

BZL

R

Trip

Sinalrecebido

Sinalenviado

Sinalrecebido

Sinalenviado

Z1B

Z1

1& Z1B

Z1

1 &


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1.4- Permissive Overreaching Transfer Trip (POTT) com extenso da primeira zona

Este sistema dispara os disjuntores instantaneamente quando os rele nos dois terminaisdetectam a falta nas zonas com sobre alcance (figura 6). Este mtodo particularmente

interessante em linhas curtas, especialmente quando o cabo ou a linha so de tal ordemreduzidos, que praticamente impossvel conseguir um ajuste de sub-alcance que funcione.No caso de reles convencionais, com caractersticas circulares, o problema se agrava devido pequena compensao do arco. Por esta razo o mtodo POTT normalmente usado paralinhas com comprimento menor que 20 (km)

Um caso especial de aplicao do POTT aparece quando um desligamento instantneo requerido em uma linha que tem uma contribuio de curto circuito (in feed) muito pequenaem um dos terminais. Neste caso um circuito ECHO adicional deve ser previsto para esteterminal. A figura 7 mostra este sistema.

Z1 Z1B

Figura 6-Teleproteo POTT diagrama bsico

Z1ZB1

Z1B

Z1

ZA

ZL

X

Z1

Z1BZ1 ZL

X

Z1B

Z1

Sinalrecebido

Sinalenviado

TripTrip

Sinalrecebido

Sinalenviado

1

&

Z1B

Z1

1

&


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Quando da ocorrncia de uma falta atrs do terminal fraco, a corrente flui da linha protegidapara a falta . A proteo do terminal fraco parte e reconhece que a falta est na direo reversa.Desta forma ela no enviar sinal de liberao para o terminal forte. A proteo por POTT

permanecer desta forma estvel. Durante uma falta interna, no entanto a proteo do terminalfraco no vai dar pick-up, como resultado da corrente insuficiente que flui deste terminal para a

linha.O sinal recebido pelo terminal fraco (weak in-feed) mandado de volta para o terminal fortecomo um ECHO e permite o desligamento deste terminal.Simultaneamente com o ECHO,o disjuntor do terminal fraco pode ser desligado pela proteo,

para se conseguir isto normalmente usado um detector de queda de tenso conformemostrado na figura 7.

SinalRecebido

TRIP

SinalEnviado

1

T2

T1TV

ZA&

&

U< &

DISJUNTORABERTO

CIRCUITOECHO

WEAK

INFEEDTRIP

Figura 7 Funes Suplementares


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PERMISSIVE OVERREACHING TRANSFER TRIP- POTT

Resumo da atuao

Localizao da falta Terminal A Terminal BZA1OPERA - ENVIA SINAL ZB1OPERA ENVIA SINAL& RECEBE SINAL LOCAL EREMOTO

& RECEBE SINALLOCAL EREMOTO

F1TRIP- LOCAL INSTANTNEO TRIP- LOCAL INSTANTNEOZA1NO OPERA NO ENVIASINAL

ZB1OPERA ENVIA SINAL

& N RECEBE SINAL LOCALE RECEBE SINAL REMOTO

& RECEBE SINALLOCAL ENO RECEBE SINAL REMOTO

F2

NO D TRIP LOCALINSTANTNEO

NO DTRIP LOCALINSTANTNEO

Z1ZB1

ZA1

Z1

ZA

ZL

X

Z1

ZA1

Z1 ZL

X

ZA1

Z1

Sinalrecebido

Sinalenviado

TripTripSinalrecebido

Sinalenviado

1&

ZB1

Z1

1

&

F1F2

ZA1


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2 - Tcnica de Bloqueio

Para estes sistemas o sinal transferido utilizado para bloquear a operao da proteo quando deum defeito externo.

2.1 - Bloqueio por Comparao Direcional (Directional Comparison Blocking - DCB)

Este procedimento requer duas zonas de distncia: Uma zona rpida que manda o sinal de bloqueio para o terminal remoto quando a falta est

fora da zona protegida, no sentido reverso. Uma unidade direcional com sobre alcance no sentido direto,a qual inibe o sinal de

bloqueio quando da ocorrncia de faltas na sentido direto,e, inicia o desligamento dodisjuntor caso no esteja presente o sinal de bloqueio do terminal remoto.

A figura 8 mostra o arranjo clssico das zonas para um rele MHO juntamente com a lgicaassociada com este procedimento.

O alcance reverso da zona que transmite o sinal de bloqueio deve ser maior que o sobre alcance dazona de trip do rele do terminal remoto.Os ajustes tpicos so os seguintes:

Zona de desligamento 130% de ZL Alcance reverso da zona de bloqueio 50% deZL

Idealmente, o sinal de bloqueio somente deveria ser transmitido quando a falta est fora da zona deproteo, no sentido reverso.Com reles convencionais a zona de transmisso emprega um off-set na direo direta, paraassegurar que uma falta reversa muito prxima seja seguramente detectada. Alm de aumentar avelocidade deste estgio de transmisso para o caso de faltas muito prximas do terminal. Isto era

conseqncia da medida da direcionalidade com uso da tenso da malha curto circuitada.Neste caso o sinal de tenso muito pequeno no permite uma deciso segura sobre a direo dafalta. Um detector rpido de corrente de terra frequentemente usado como um critrio adicional

para a transmisso do sinal de bloqueio, no caso de faltas para a terra.Consequentemente faltas muito prximas do terminal da linha podem resultar na transmisso deum sinal de bloqueio, o qual poder ser cancelado to logo a unidade na direo direta venha a dar

partida.


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A velocidade do estgio de transmisso um fator decisivo em conjunto com o tempo detransmisso do sinal , uma vez que os mesmos determinam o atraso (delay) do estgiode trip: TA= Testgio de transmisso+Tcanal-Testgio de trip+Margem de segurana (5 mseg).Uma significativa vantagem do mtodo de bloqueio o fato de que nenhum sinal tem que

ser enviado se a falta est dentro da zona de proteo. Com a utilizao sistema Carrierno h necessidade de se enviar sinal para o outro terminal. Por esta razo possvel seusar um Carrier com acoplamento em uma nica fase. Uma outra vantagem destemtodo que a mesma freqncia do Carrier pode ser usada em cada um dos terminais(mesmo no caso de uma linha com 3 terminais) visto para o sistema de bloqueio noimporta de onde o sinal de bloqueio tenha se originado.A figura 9 ilustra a implementao dessa tcnica com a utilizao da caractersticapoligonal de uma proteo numrica.A zona de partida para a transmisso do sinal de bloqueio definida pela poro reversado detector de falta, limitado pela caracterstica da unidade direcional.Como a unidade direcional utiliza a tenso das fases ss assegura seletividade absoluta

para os defeitos prximos aos terminais (close-in faults), desta forma a transmisso dosinal de bloqueio s ocorre para as faltas reversas reais. O estgio de trip formado pelazona direcional de sobre alcance Z1B.

Figura 8-Teleproteo DCB diagrama clssico

BA

TZB

SZ TZA

SZB

SZ=Send zone (block ing signal)TZ=Trip zone (and stop signal send )

TA=coordination time

TA

Sinalrecebido

SinalenviadoSZ &

TripTZ &

TA

Sinalrecebido

Sinalenviado SZ&

Trip TZ&

SZB

B

A

TZA

TZB

SZBX


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Da figura 9 evidente a zona de partida tem um ajuste reverso, tal que ela inclui a zonade trip com sobre alcance do rele instalado no terminal remoto com uma margem desegurana para todos os tipos de falta.

Figura 9-Teleproteo Sistema de bloqueio, rele com caracterstica quadrilateral.

A

B

ZAB

Z1BA

BA

Z1BB

ZA Z1BA

ZAB

ZAB

Z1BB

X

A

B

ZAB

Z1BA

Trip

Sinalrecebido

Sinalenviado

T1B

Sinalrecebido

SinalenviadoZA &

Z1BA &

Dire o

&

Dire oT1B

& ZA&

& Z1BB


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BLOQUEIO POR COMPARAO DIRECIONAL (DIRECTIONAL COMPARISONBLOCKING - DCB)

Resumo da atuao

Localizao dafalta

Terminal A Terminal B

SZANO OPERA - TZAOPERA SZBNO OPERA TZBOPERATERMINAL A NO ENVIA SINAL TERMINAL B NO ENVIA SINAL& NO RECEBE SINAL DE B & NO RECEBE SINAL

F1TRIP- LOCAL INSTANTNEO TRIP- LOCAL INSTANTNEOSZAOPERA - TZANO OPERA SZBNO OPERA TZBNO

OPERATERMINAL A ENVIA SINAL TERMINAL B NO ENVIA SINAL& N RECEBE SINAL & RECEBE SINAL

F2

SEM TRIP LOCAL INSTANTNEO SEM TRIP LOCAL INSTANTNEOSZAOPERA TZANO OPERA SZBNO OPERA TZBOPERATERMINAL A ENVIA SINAL TERMINAL B NO ENVIA SINAL& NO RECEBE SINAL & RECEBE SINAL

F3NO D TRIP LOCALINSTANTANEO


SZA OPERA - TZAOPERA SZB NO OPERA - TZBOPERATERMINAL A NO ENVIA SINAL TERMINAL B NO ENVIA SINAL& NO RECEBE SINAL & NO RECEBE SINAL

F4TRIP LOCAL INSTANTANEO TRIP LOCAL INSTANTANEO

SZB

B

A

TZA

TZB

SZBX

F4F3F2 BA

TZB

SZ TZA

SZB

SZ=Send zone (block ing signal)TZ=Trip zone (and stop signal send )TA=coordination time

TA

Sinalrecebido

SinalenviadoSZ

A&

TripTZA

&

TA

Sinalrecebido

Sinalenviado SZ

B&

Trip TZB

&

Figura 8-Teleproteo DCB diagrama clssico

F1


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Bloqueio e trip por oscilao de potncia (out of step protection).

A figura 1 ilustra o diagrama de tenso de uma linha de transmisso sob carga. Os

sistemas equivalentes nos dois extremos da linha so representados por E1e E2, asimpedncias ZS1e ZS2 correspondem aos respectivos nveis de curto circuito das fontes.

O ngulo conhecido como o ngulo de transmisso. A medida que a potncia ativa

aumenta o ngulo tambm aumenta. A potncia transferida definida pela equao aseguir:

senZ

xEEPTP

= 21

Onde,

Z =ZS1+ZL+ZS2

Para o caso de uma linha genrica em um sistema de transmisso podemos escrever asequaes abaixo:

IL

E2UBE1 UA

E2E1

A B

ZS1 ZL ZS2

ILxZS1 ILxZL ILxZS2

Figura 1 Diagrama de tenses Oscilao de potncia em um sistema de transmisso


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A corrente pode ser calculada conforma indicado a seguir:

ij

ji

Z

VVI

= ,

a potncia transmitida dada por

Sij = Pij+ JQij= Vix I*= Vi* (

*

**

ij

ji

Z

VV ) =

ijij

jijii

JXR

VVV

)(2

Pij= (2*2

1

ijij XR +) * )cos( 2 senVVXVVRVR jijii +

Qij= (2*2

1

ijij XR +

) * )cos( 2 senVVRVVXVX jijii +

Se considerarmos uma linha com R desprezvel teremos a seguinte simplificao

Pij= ( senX

VV

ij

ji

Qij= (ijX

1) * )cos( 2 jii VVXV

Podemos transferir estes valores para o plano RX, conforme indicado a seguir:

R = PQP

V *22

2

+ e X = Q

QPV *22

2

+

Vamos considerar ainda o caso particular em que ji VV =

A expresses das potncias ativa e reativa, acima, se transformam em

Pij= ( senX

V

ij

)2

Qij= (ijX

V 2) * )cos1(

Calculando os valores de R e X teremos:

R = )cos1

(*2

senX ij

Figura 2 linha de transmisso genrica

IjiIij

SjiSij

Barra i

Vj j Vi i

Barra j


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X =2

ijX

Assim podemos escrever que a impedncia vista pelo rele dada por

Z=)

cos1[(*

2

senX ij

+J1,0] sen cos (1-cos )

cos1

sen

Z R X

0 0 1 0

30 0,5 0,866 0,134 3,7313

2

ijX(3,7113+J1,0)

2

ijX*3,7113 J

2

ijX

45 0,7071 0,7071 0,2929 2,4141

2

ijX(2,4141+J1,0)

2

ijX*2,4141 J

2

ijX

sen cos (1-cos )

cos1

sen

Z R X

60 0,866 0,5 0,5 1,7322ijX (1,732+J1,0)

2ijX *1,732 J

2ijX

90 1 0 1 1

2

ijX(1,0+J1,0)

2

ijX J

2

ijX

Estabilidade Esttica

A potncia mxima transmitida alcanada quando igual a 90, que corresponde aolimite esttico de estabilidade. Na prtica, no entanto, dificilmente encontraremos umngulo acima de 60. Se todas as tenses so divididas pela corrente de carga ILobtm-se um diagrama de impedncia da linha sob carga. A representao em um plano de

impedncia feita considerando que o rele de impedncia est instalado na origem dosistema de coordenadas, conforme mostrado na figura 4. Com esta representao, aimpedncia de carga medida pelo rele evidente e a sua distncia para a caracterstica

Figura 3- Limite de Estabilidade Esttica

4321

2,41412

ijX

X

Limite de

EstabilidadeEsttica

2

ijX =90

2

ijX

A

B R1,732

2

ijX

3,7312

ijX

= = =


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de partida do rele pode ser determinada. Quando a carga altera a impedncia da cargase movimenta ao longo de uma trajetria (Trajetria circular).Se E1e E2iguais, o que pode ser usado como uma primeira aproximao, para umacondio normal de operao de um determinado sistema, a impedncia segue uma

linha reta perpendicular ao somatrio das impedncias Z . Para a mxima potncia

transferida, isto para =90, a impedncia da carga deveria ainda manter uma margemde segurana para o maior ajuste do rele da ordem de 20% (Zcargaxcoscarga1,2xRP)para prevenir a partida do rele durante variaes de carga durante a operao normal dosistema.

Estabilidade Dinmica

Variaes do ngulo acima de 90 so possveis sem que resultem em instabilidade dosistema de potncia.Isto est baseado por exemplo no critrio de igual rea que est mostrado na figura 5. apotncia transferida definida por uma equao que segue uma curva senoidaldependente do ngulo .O ponto de operao corresponde quele definido pela potncia PTda turbina. Os

geradores so acelerados quando a potncia transferida menor que a potnciafornecida pela turbina. Este o caso durante a ocorrncia de um curto circuito, quandoh o colapso da tenso (rea 1). Por outro lado os geradores so desacelerados quando

ZL

ZS1

ZS2

B

A

E1=E2

Zcarga

Pontode carga

E1>E2

E1


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a potncia transferida menor que a potncia mecnica fornecida pela turbina. Isto podeocorrer durante o tempo morto do religamento (tempo necessrio para que o religamentose efetivar)(rea B) e a situao que se segue a um religamento com xito (rea C), vistoque a potncia transferida nestes casos maior que a potncia mecnica da turbina.Os geradores retornaro a uma condio estvel de operao desde que as reas de

acelerao e desacelerao sejam iguais entre si. (acelerao rea A, desacelerao(B+C))..Claramente, isto s ser possvel no caso em que a falta no sistema de potncia sejaeliminada rapidamente (tempo crtico de eliminao de falta).Durante a condio de regime permanente o rel mede a impedncia da carga, com umdeterminado ngulo de potncia .Com a insero da falta, a impedncia muda inicialmente para a impedncia de falta, queser reconhecida como uma falta externa pelo rel (1). Aps a abertura da linha comdefeito pelo seu respectivo rel (2), a impedncia muda novamente para a impedncia de

carga (3), que corresponde agora a um ngulo 1 maior e uma impedncia de

transferncia tambm maior (anteriormente falta 21 2 uL

u Z

Z

ZZ ++= , subseqentemente

21 uLu ZZZZ ++= ).

O ngulo de transmisso se move agora para 2 (4) como conseqncia do avano do

rotor.Seguindo-se ao religamento, o vetor da impedncia da carga muda para uma novaposio (5) e se move ainda mais deste ponto para o interior da caracterstica de partidado rel (6).Se o trip no liberado o vetor de carga retorna sua posio inicial de regimepermanente.Se, no entanto o vetor da impedncia da carga entra e se mantm dentro da

caracterstica por um tempo suficiente, poder ocorrer desligamento pela proteo.O trip durante oscilaes de potncia pode ser inibido por uma funo denominadaBloqueio por Oscilao.Seu modo de operao caracterizado pelo fato que aps a insero da falta, aimpedncia muda imediatamente da impedncia de operao (impedncia de carga)para a impedncia de falta, situada dentro da caracterstica do rel.Por outro lado, durante uma oscilao de potncia o vetor impedncia mostra umaprogresso para a condio de regime permanente. Sua proporo de variaocorresponde freqncia de oscilao do sistema.

Pela medida dedt

dzou

t

Z

e a comparao com o valor inicial possvel distinguir entre

um curto circuito e uma oscilao de potncia.


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0

ZL

6 5

43

ZLoad

ZS2

ZS2

X

2

3

1

PT

64

2

0

2

3

1

A

B

C

PT= senX

EE

T

21 *

ZL

ZS2ZS1

U1 U2

D

E1 E2

ZL

1

3

5

180900 1 2

P

Fi ura 5a Estabilidade Dinmica

R

0

12

Figura 5b Trajetria da Impedncia de carga durante balano do Sistema de Potncia


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