memorial-de-ajuste-de-um-rele-de-protecao

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1) Estudo de proteção
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Empresa: VIDRAÇARIA UNIÃO
Projetista: Eng. Eletric. Quefrén Márcio CREA 5874-D AM/RR
Data: 18/05/16, 18:17
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2) Parâmetros do sistema
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2.1) Dados da concessionária
-------------------------------------------------------------Tensão nominal MT: 13.8 kV
Impedância da rede:
Z0=1.847+j0.66 (1.960|19.6°) pu
Z1=0.758+j1.10 (1.333|55.3°) pu
Resitência de falta: 40.0 ohm
Curto(A): 3Ø=3137 3ØA=3137 ØT=2847 ØTA=2847 ØTM=188.9
2.2) Dados do cliente
-------------------------------------------------------------Tensão nominal BT: 220.0 V
Demanda contratada: 685.0 kW
Fator de potência: 0.920
Transformadores: 2
Potência instalada: 725 kVA (In=30A)
Cabo de entrada
Comprimento: 20.0 metros
Z1: 0.670+j0.15 (0.687|12.6°) ohm/km
Z0: 0.670+j0.13 (0.682|11.0°) ohm/km
2.3) Transformadores de potência
-------------------------------------------------------------# S(kVA) In(A)
Z1(pu) Lig
IMAG(K*In)
1 500.0
20.9
4.310
?-Ya
8
2 225.0
9.413
4.640
?-Ya
8
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3) Resumo do estudo de proteção
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OBS: Valores de corrente estão sempre referidos à média tensão!
3.1) Rele do cliente
-------------------------------------------------------------Dados da curva
Part[A] Inst[A] DT
FASE
Curva
TDEF(s) IDEF(A)
40.5 247.5 0.200 IEC-NI MAX
NEUTRO 4.050 49.5 0.100 IEC-NI MAX
MODELO PEXTRON
Tempo de atuação
FASE, IEC-NI(3137/40.5)=0.308s
NEUTRO, IEC-NI(188.9/4.050)=0.175s
MAX
MAX
OBS: Valores de corrente acima da instantânea possuem na
pratica um tempo de atuação na ordem de 0.1s.
3.2) Rele da concessionária/retaguarda
-------------------------------------------------------------Dados da curva
Part[A] Inst[A] DT
FASE
NETRO
Curva
TDEF(s) IDEF(A)
360.0 800.0 0.050 IEC-NI OFF
68.0 240.0 0.050 IEC-NI OFF
OFF
OFF
MODELO 7SJ531
Tempo de atuação
FASE, IEC-NI(3137/360.0)=0.158s
NEUTRO, IEC-NI(188.9/68.0)=0.339s
OBS: Valores de corrente acima da instantânea possuem na
pratica um tempo de atuação na ordem de 0.1s.
3.3) Transformador de corrente
-------------------------------------------------------------ANSI
: 10B50-175/5
NBR-6856/2015: 12.5VA10P20-175/5
3.4) Corrente de magnetização
-------------------------------------------------------------Método #1: Parcial
KxIn(maior_trafo) + somatoria In dos demais
INRUSH: 177 A
Duração: 0.1s
Método #2: Total
Somatorio de KxIN
INRUSH = 243
Método #3: Real
Limitação por impedância da rede
INRUSH total teorico (soma KxIn) = 243
Zinrush = Vprim/(R3*INRUSH*Zbase) = 17.241 [pu]
Zconc = 1.333 [pu]
inrush_real = Ibase/(Zinrush+Zconc) = 225 A
Metodo selecionado: Parcial
INRUSH final (fase) = 176 A
INRUSH final (neutro) = 0 A
3.5) ANSI dos transformadores + ELO
-------------------------------------------------------------TRAFO
TRAFO
TRAFO
ANSI
ANSI
ANSI
# Potência Inom
ELO
Fase
1 500.0kVA 20.9
25K
485.3A 281.5A 2.322s
2 225.0kVA 9.413
10K
202.9A 117.7A 2.691s
3.6) Correntes de curto circuito
Neutro Tempo
-------------------------------------------------------------Local
3Ø
Barra CONS
3ØAss ØT
ØTAss ØTMin Paralelo
3137 3137 2847 2847 188.9 -
Barra MT/CLI 3125 3164 2835 2836 188.9 Barra T1
426.4 555.5 269.0 359.2 100.5 não
Barra T2
191.9 263.3 118.5 164.8 78.0 não
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4) Memorial de cálculo
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OBS: Os valores de corrente estão referidos a barra de média tensão.
4.1) Valores de base
-------------------------------------------------------------Sb : 100.000 MVA
Vb : 13.80 kV
Zb(MT): 1.904 ohm
Ib(MT): 4184 A
FA(R+jX) = RAIZ[ 1 + 2*e^(-2*PI*R/X) ]
Impedâncias
Z1rede = 0.758+j1.10 (1.333|55.3°) pu
Z0rede = 1.847+j0.66 (1.960|19.6°) pu
Z1cli = 0.007+j0.00 (0.007|12.6°) pu
Z0cli = 0.007+j0.00 (0.007|11.0°) pu
ZF = 3*Rf/Zb(MT) = 63.012+j0.00 (63.012|0.0°) pu
4.2) Curto circuito na barra de média tensão (primário)
-------------------------------------------------------------Impedâncias
Z0 = Z0rede+Z0cli = 1.854+j0.66 (1.967|19.5°) pu
Z1 = Z1rede+Z1cli = 0.765+j1.10 (1.339|55.1°) pu
ZT = 2*Z1+Z0 = 3.384+j2.85 (4.428|40.1°) pu
FA(Z1) = 1.01248
FA(ZT) = 1.00058
Resultados
ICC3F = Ib(AT)/Z1 = 3125 A
ICC3FA = ICC3F*FA(Z1)= 3164 A
ICCFT = Ib(AT)*3/(ZT) = 2835 A
ICCFTA = ICCFT*FA(ZT) = 2836 A
ICCFTM = Ib(AT)*3/(ZT+ZF) = 189 A
4.3) Curto circuito na barra de baixa tensão
-------------------------------------------------------------Transformador 1
Características do transformador
S=500kVA, In=20.9A, Z1%=4.31 pu, Lig=?-Ya, Imag=8xIn
Impedâncias
Z1tr = 0.858+j8.58 (8.620|84.3°) pu
Z0tr = 0.85*Z1tr = 0.729+j7.29 (7.327|84.3°) pu
Z1 = Z1rede+Z1cli+Z1tr = 1.623+j9.68 (9.811|80.5°) pu
Z0 = Z0tr = 0.729+j7.29 (7.327|84.3°) pu
ZT = 2*Z1+Z0 = 3.975+j26.64 (26.937|81.5°) pu
FA(Z1) = 1.30274
FA(ZT) = 1.33538
Resultados
ICC3F = Ib(AT)/Z1 = 426 A
ICC3FA = ICC3F*FA(Z1)= 556 A
ICCFT = Ib(AT)*RAIZ(3)/ZT = 269 A
ICCFTA = ICCFT*FA(ZT) = 359 A
ICCFTM = Ib(AT)*RAIZ(3)/(ZT+ZF) = 101 A
4.4) Curto circuito na barra de baixa tensão
-------------------------------------------------------------Transformador 2
Características do transformador
S=225kVA, In=9.4A, Z1%=4.64 pu, Lig=?-Ya, Imag=8xIn
Impedâncias
Z1tr = 2.052+j20.52 (20.622|84.3°) pu
Z0tr = 0.85*Z1tr = 1.744+j17.44 (17.529|84.3°) pu
Z1 = Z1rede+Z1cli+Z1tr = 2.817+j21.62 (21.801|82.6°) pu
Z0 = Z0tr = 1.744+j17.44 (17.529|84.3°) pu
ZT = 2*Z1+Z0 = 7.379+j60.68 (61.126|83.1°) pu
FA(Z1) = 1.37183
FA(ZT) = 1.38980
Resultados
ICC3F = Ib(AT)/Z1 = 192 A
ICC3FA = ICC3F*FA(Z1)= 263 A
ICCFT = Ib(AT)*RAIZ(3)/ZT = 119 A
ICCFTA = ICCFT*FA(ZT) = 165 A
ICCFTM = Ib(AT)*RAIZ(3)/(ZT+ZF) = 78 A
4.5) Dimensionamento do TC
-------------------------------------------------------------DEMANDA = 685KW
CARGA = 725kVA
FATOR DE SERVIÇO = 50%
ICC3FA = 3164A
#Critério de carga nominal
Id = DEMANDA/(VN*FP*R3) = 31.2A
Ic = CARGA/(VN*R3) = 30.3A
In = MAX(Id,Ic)*FS = 46.7A
#Critério de ICCmax
In = ICC3FA/20 = 158.2A
#Classe de precisão (Volts)
Z(BURDEN): 0.350 ohms (Ztc+Zfio+Zrele)
In = ICC3FA/RTC = 90.4 A
Vn = In*Z = 31.6 Volts
#Carga no secundário (VA)
Isec(pior caso) = 5A
Carga = Z(BURDEN) * Isec^2
Carga = 0.350 * 5^2 = 8.8 [VA]
Utilizar TC com potência aparente de no mínimo 8.8 [VA]
#resultado final recomendado
Relação: 175/5
Tensao: 50 Volts
Classe ANSI: 10B50-175/5
Classe NBR-6856/2015: 12.5VA10P20-175/5
4.6) Ponto ANSI
-------------------------------------------------------------S=500kVA, In=20.9A, Z1%=4.31 pu, Lig=?-Ya, Imag=8xIn
FASE = 485.3 A
NEUTRO = 281.5 A
TEMPO = 2.3 S
S=225kVA, In=9.4A, Z1%=4.64 pu, Lig=?-Ya, Imag=8xIn
FASE = 202.9 A
NEUTRO = 117.7 A
TEMPO = 2.7 S
4.7) Ajuste das curvas de proteção
-------------------------------------------------------------Fator Potência: 0.92
Margem da proteção: 30 %
FASE
Pc(contrato) = 685 kW
Pi(instalado) = 725 kVA
P = Menor valor = 685
Ipf = [P/(R3*V*FP)]*1.30 = 40.5 A
Iif = 1.40*Imag = 247.5 A
Dtf = 0.2 s
NEUTRO
Ipn = 0.10*Ipf = 4.0 A
Iin = 0.20*Iif = 49.5 A
Dtn = 0.1 s
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5) RESUMO DOS AJUSTES DA PROTEÇÃO NA MÉDIA TENSÃO
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EMPRESA: VIDRAÇARIA UNIÃO
PROJETISTA: Eng. Eletric. Quefrén Márcio CREA 5874-D AM/RR
5.1) Ajustes do rele/religador
-------------------------------------------------------------PARÂMETRO
VALOR
UNIDADE
50 Corrente instantânea de fase
247.5
51 Corrente de partida de fase
Curva de Fase
40.5
A
A
IEC-NI
Múltiplo de tempo fase (dialtime)
TDF Tempo definido de fase
0.200
MAX
Corrente definida de fase
MAX
50N Corrente instantânea de neutro
51N Corrente de partida de neutro
Curva de neutro
s
A
49.5
A
4.050
A
IEC-NI
Múltiplo de tempo neutro (dialtime) 0.100
TDN Tempo definido de neutro
Corrente definida de neutro
MAX
MAX
s
A
...
TC utilizado
175/5
Corrente de magnetização - inrush
A
176.8
A
5.2) Transformadores (Corrente/Tempo ANSI)
-------------------------------------------------------------# I-FASE (A)
I-NEUTRO (A) TEMPO (s)
1 485.3
281.5
2.322
2 202.9
117.7
2.691
5.3) Correntes de curto circuito
-------------------------------------------------------------Local
3Ø
Barra CONS
3ØAss ØT
ØTAss ØTMin Paralelo
3137 3137 2847 2847 188.9 -
Barra MT/CLI 3125 3164 2835 2836 188.9 -
Barra T1
426.4 555.5 269.0 359.2 100.5 não
Barra T2
191.9 263.3 118.5 164.8 78.0 não
5.4) Observações
-------------------------------------------------------------Neste resumo foi considerado um relê de proteção digital que
apresenta os valores de corrente, no dial, já referido a alta
tensão em Amper.
Escolher dial de tempo (D.T.) inferior ao ponto ANSI dos trafos
e com diferença de tempo 0,2 segundos para a curva de fase da
proteção da concessionária.
O instantâneo deve permitir a magnetização dos trafos (inrush).
O rele usado como referencia para este resumo apresenta a
possibilidade de se determinar valores definidos de fase e
neutro para corrente e tempo.
O TC deve ter corrente térmica maior que 50 X IN e corrente de
saturação 20 X In.