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5/11/2018 Padrao 7SD Teoria 87L - slidepdf.com
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Power Transmission and Distribution
Energy Automation7SD5 / 7SD61 Princípio e Algoritmo Diferencial
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Power Transmission and Distribution
No. 1 withEnergy Automation
Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 2
Princípio da Proteção Diferencial Básico
Definição da corrente diferencial: N
i
i Diff I I 0
A corrente diferencial é a amplitude do somatório complexo de todas as
correntes (fasores da componente da frequência fundamental) de todos osterminais de uma dada linha.
Station A Station B
SDSD
IA
IB
Protection Data
Interface(PDI)
Protection Data
Interface
(PDI)
IA=A e-j( t+ )
IB=B e-j( t+ )
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Power Transmission and Distribution
No. 1 withEnergy Automation
Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 3
Princípio da Proteção Diferencial Básico
00
N
i
i Diff I I
C
N
i
i Diff I I I
0
Para uma linha ideal, sem falta, acorrente diferencial é zero.
Station A Station B
SDSD
IA
IB
Protection Data
Interface
(PDI)
Protection Data
Interface
(PDI)
IA=A e-j( t+ )
IB=B e-j( t+ )
Em uma linha real a correntediferencial é igual à corrente de carga
capacitiva da linha (IC).
32 | LL
BC
U l C f I C`B = capacitância da linha [µF/km]
l = comprimento da linha [km]f = frequência da linha [Hz]ULL = tensão Fase-Fase [V]
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Power Transmission and Distribution
No. 1 withEnergy Automation
Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 4
Princípio da Proteção Diferencial Básico
N
i
i stra I I 0
intRe
Para um relé diferencial “clássico” a
corrente de restrição é calculadacomo :
Station A Station B
SDSD
IA
IB
Protection Data
Interface
(PDI)
Protection Data
Interface
(PDI)
Com a corrente de restrição ediferencial e a característica detrip, o relé pode tomar a decisãode trip, mas…..
|IA|=A |I
B|=B
PRECAUÇÃO:
O 7SD5 / 7SD61 é diferente !
trip
area
restraint
area
IDiff
IRestraint
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No. 1 withEnergy Automation
Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 5
Princípio da Proteção Diferencial Trip
O 7SD5 / 7SD610 tem umaoutra característica de trip:Se: IDiff > IRest então TRIP!!! Onde ΔIRest = P-IDiff>+ I
P-IDiff>= Parâmetro 1210
Ii = ICT-Err.+ ISignal-Err +ISync-Err Remarcação:IRestraint foi renomeado por IRest , apenas para ter
um nome diferente
Station A Station B
SDSD
IA
IB
Protection Data
Interface
(PDI)
Protection Data
Interface
(PDI)
N
i
i I I 0
trip
area
restraint
area
IDiff
f o r b i d
d e n
a r e a
P-IDiff> IRest
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Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 6
Princípio da Proteção Diferencial Fasor- I
O fasor- I pode ser desenhado como um fasor normal na
área complexa com um círculo no final. O círculo com o raioI está representando todos os erros do fasor.
O I é o somatório de:Ii = ICT-Err.+ ISignal-Err.+ ISync-Err.
Where:ICT-Err. = Erros do TC
ISignal-Err = Erro devido à distorção dosinal
ISync-Err = Erros de sincronismo
Im { I }
Re { I }
I =A e-j( t+ )
I
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No. 1 withEnergy Automation
Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 7
Princípio da Proteção Diferencial Fasor- I
Station A Station B
SDSD
IA
IB
Protection Data
Interface
(PDI)
Protection Data
Interface
(PDI)
Ambos os relés trocam o fasor-I pela Protection Data Interface(PDI). Cada relé “combina” osfasores (local e remoto).IDiff = IA + IB (somatório dos 2 valorescomplexos)
I = IA + IB (somatorio simples dos dois
valores)
O somatório é feito para as 3fases separadamente.A proteção diferencial no 7SD éfase segregada!
Im { I }
Re { I }
IA
IA
=A e-j( t+ )
IB
=B e-j( t+ )IB
IA
IB
I IA
IB
IDiff
= IA+ I
B
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Princípio da Proteção Diferencial Parâmetro P-IDIFF>
Como ver a componente diferencial que leva à gerar acomponente de restrição: I
RestIRest = P-IDiff>+ IP-IDiff>= Parâmetro 1210
O parâmetro P-IDiff> (1210) pode ser visto diretamente noregistro de falta.
IA = 0 para ambosos terminais
( IRest) iS1 IDiff>
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Princípio da Proteção Diferencial Parâmetro P-IDIFF>
IRest = P-IDiff>+ IP-IDiff>Switch On= Parâmetro 1213
Se a condição de Switch On é reconhecida pelo relé oparâmetro P-IDiff>-Switch-On (1213) torna-se ativo por umdado tempo parametrizado no parâmetro: 1132A.
P1213P1210 P1132A
Como ver a componente diferencial que leva à gerar acomponente de restrição: IRest
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Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 10
Princípio da Proteção Diferencial Erros de TC
Como ver a corrente diferencial que leva à gerar acompondente de restrição: I
RestIRest = P-IDiff>+ I ; I = ICT-Errors + ISignal-Errors + ISync-Errors
Erros de TC:
A figura abaixo mostra a curva de erro real do TC (azul) euma possibilidade de aproximação desta curva (vermelho)
Erro real do TC
curva para carganominal
Aproximação da curvade erro do TC
ICT[A]
ICT[A]
IN-Sec
kscc IN-Sec
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No. 1 withEnergy Automation
Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 11
Princípio da Proteção Diferencial Erros de TC
Como ver a componente diferencial que leva à gerar acomponente de restrição: I
RestIRest = P-IDiff>+ I ; I = ICT-Errors + ISignal-Errors + ISync-Errors
Erros de TC:
Os erros do TC são representados por 3 parâmetrosCT
[%]
ICT
/IN-Relay-sec
P253
P254
P251
CT[A]
IRelay-sec
[A]IN-Relay-sec
*P251
Slope P253
Slope P254
Os parâmetros 253 e 254 estão definindo dois “slopes”. O
parâmetro 251 define o „switching over‟ entre dois slopes.
P T i i d Di ib i
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Princípio da Proteção Diferencial Erros de TC
O erro de TC pode ser visto no registro de falta para acorrente de restrição (IS).Exemplo:Parâmetro 251 : K_ALF/K_ALF_N = 1Parâmetro 253 : E% ALF/ALF_N = 5%Parâmetro 254 : E% K_ALF_N = 10%Corrente secundária através do relé: 0.5A e 1.5A (P-IDiff>= 0.3 A)
312 mA+5% 0,5A=336 mA312 mA+10% 1,5A=462 mA
P T i i d Di t ib ti
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Principle of the Differential Protection Signal-Errors
Como ver a componente diferencial que leva à gerar: IRest
ΔIRest = P-IDiff>+ I ; I = ICT-Errors + ISignal-Errors + ISync-Errors
__sinal medido
__fasor calc. além do sinal medido
desvio entre o sinal medido e o fasor calculado
Princípio:O 7SD mede o sinal da corrente i(t) (curva em vermelho). Além deste sinalo 7SD calcula o fasor da componente da frequência fundamentalI = A e-j( t+ ) (curva em azul) e compara ambos os sinais. O desvio entreambas as curvas (curva em verde) é um critério para a distorção do sinal(Erro do Sinal).Importante: A restrição contra o distúrbio do sinal não têm parâmetrode ajuste. Esta é uma medição adaptativa.
P T i i d Di t ib ti
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Princípio da Proteção Diferencial Erros de Sinal
A restrição adicional devido ao distúrbio do sinal pode ser visto no registro de falta para a corrente diferencial ( I
Rest
).Exemplo:1st gráfico violeta : sinal senoidal sem distúrbio.1st gráfico verde : corrente com distúrbio (e.x.: devido saturação do TC).2nd gráfico violeta : apenas restrição devido aos erros de TC.2nd gráfico verde : restrição devido aos erros de TC mais a restrição
devido ao distúrbio do sinal.
Restrição adicional devido aodistúrbio do sinal
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Princípio da Proteção Diferencial Erros de sincr
Para obter um melhor entendimento da necessidade doerro de sincronismo é importante o seguinte entendimento:
qual é causa principal deste erro, como a sincronização trabalha,
por quê a sincronização é necessária e,
quais são os lados afetados na falha de
sincronização o uso do GPS
Como ver a componente diferencial que leva à gerar: IRest
ΔIRest = P-IDiff>+ I ; I = ICT-Errors + ISignal-Errors + ISync-Errors
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
Station A Station B
SDSD
IA
IB
Protection DataInterface
(PDI)
Protection DataInterface(PDI)T
A->BTB->A
Com-Network
Erros de sincronismo apenas aparecem se a PDI do 7SDoperar através de uma rede de telecomunicação.A razão para o erro de sincronismo é uma transmissão detempo assimétrica, isto é: o tempo de transmissão de um
telegrama da estação A para a estação B (TA->B) não é omesmo tempo de transmissão da estação B para estação A(TB->A). TA->B não é igual à TB->A .
Melhor: |TA->B - TB->A| > com < 50 s; precisão de medição do relé
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
Como o relé trabalha:A sincronização do 7SD é baseada em um princípio simples.
Exemplo “Piloto”:
Um piloto decola de Frankfurt para Nova Iorque. Enquanto o avião levanta vôo ele olha parao relógio do aeroporto e anota o tempo local. Aterrisando em Nova Iorque ele olha para orelógio do aeroporto e também anota o tempo local.
Depois de poucas horas ele decola para retornar à Frankfurt .
Durante a partida em Nova Iorque e aterrisagem em Frankfurt ele olha para o relógio doaeroporto e anota ambos os tempos locais.Assumindo que ambos os vôos têm o mesmo tempo é possível calcular o tempo de vôo e adiferença de tempo relativo ao fuso horário entre Frankfurt e Nova Iorque
Hora em Frankfurt : 6:00 Aterrisando em Nova Iorque: 7:00
Hora em Nova Iorque: 10:00 Aterrisando em Frankfurt : 23:00Diferença “Time zone” : ((6:00 – 7:00) + (23:00 – 10:00)) /2 = 6 H
Tempo de Vôo : ((7:00 – 6:00) + (23:00 - 10:00))/ 2 = 7 H
Comparação do relés 7SD:Diferença “time zone”
DTO : Device Time Offset, diferença entre duas bases de tempo (TB)Tempo de Vôo
TD : Atraso de transmissão = (TAB + TBA)/2
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
DTO
TD
DTO
TDDevice at
Station A
Device at
Station B
send
receive
A1 A2 A3
B1 B2 B3
B1 B2 B3
send
receive A1 A2 A3
TA->B T
B->A
A4
A4
B4
B4
Sync. Function
tAA1S
(tAA1S,
tAB1R
)
tAB1R
(tAA1S,
tAB1R
)
(tB
A1R,tB
B1S)
(tBA1R,
tBB1S
)
Sync. FunctiontBB1S
tBA1R
tB
tA
Visão funcional da sincronização no 7SDTodas ”timestamps” são consideradas na recepção e transmissão
do último bit do telegrama
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
Por quê a sincronização é necessária:Dois dispositivos, na Estação A e B, amostram de modo asssíncrono
o mesmo sinal. Além do sinal amostrado, ambos os dispositivoscalculam seus fasores e o I, com a diferença de janela de tempo(TWindowA e TWindowB). A diferença de tempo entre as janelas é tWindow .
SD
TWindow A
B tWindow
A
SD
Station A Station B
i(t)
=A sin( t+ )
i
t
TWindow B
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
Depois da computação dos fasores o dispositivo troca seus fasorespela PDI. Estação B recebe o fasor da estação A. Antes da estação B
computar a corrente diferencial ela tem que “transladar” a base detempo da estação A para a sua própria base de tempo e o dispositivotem que rotacionar o fasor para eliminar a janela de diferença detempo tWindow .
Mas o que acontececom o ???
Phasor receivedin B from A in
time base from A
Phasor receivedin B from A in
time base from B
Shifting angle to eliminatethe window difference ( t)
shift= 2 f
signalt (rad)
Im { I }
Re { I }
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
O manuseio do I é um pouco mais difícil. O erro adicional devido àsincronização é shift |IA|. Onde no shift os mais importantes
componentes são: t e f signal.
Phasor receivedin B from A in
time base from AFasor recebido
em B de A na
base de tempo de B
shift = 2 f signal t (rad)
Im { I }
Re { I }
IAno Tempo de A
IAno Tempo de B= IA
no Tempo de A+ shift*| IA|
shift = 2 f signal t + 2 f signal t (rad)
shift*|IA|
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o e a s ss o a d st but o
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Im { I }
Re { I }
IA
in Time of A
IA in Time of B = I
Ain Time of A+
shift*|I
A|
shift= 2 f
signalt + 2 f
signalt (rad)
shift*|I
A|
Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
O f signal é a precisão que o dispositivo pode computar o sinal defrequência. Aqui está a razão porquê é necéssário conectar os TP´s no relé.
t principalmente depende do parâmetro 4506A para PDI 1 (4606A paraPDI 2).
O usuário tem que saber o máx.tempo de transm. (0.250.. 0.500ms é suficiente para muitasredes SDH/PDH).
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
Última questão é como o usuário pode ver o adicional: ISync-Error
,devido ao parâmetro 4506A no relé, no registro de falta.
Exemplo: -- Dois relés 7SD estação A P4506A = 0.4ms e estação B P4506A = 0ms-- corrente fluindo = 1 A-- todos os outros parâmetros, ex.: IDIFF>; Erro de TC etc. são assumidosidênticos em ambas as estações.
Estação A Estação B
SDSD
IA=1Ain Phase A
IB=1Ain Phase A
Protection DataInterface(PDI)
Protection Data
Interface(PDI)
Rede Comunicação
P4506A =0msP4506A=0.4ms
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
No registro de falta a restrição adicional devido à sincronização(parâmetro 4506A) pode ser visto.
126 mArestrição adicional
Verificação da medição:Estação A P4506A= 0.4ms e EstaçãoB P4506A = 0
0
|IA| 2 f signal t = 1A 2 50Hz 0.4ms= 0.1256 A
shift*|IA| onde shift = 2 f signal t + 2 f signal t
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
Lados Afetados:Para calcular a corrente diferencial deve-se somar os doisfasores (IA and IB). Os fasores devem ter a mesma frequênciae o mesmo tempo. Um erro na sincronização (t0) leva paraum deslocamento na fase do fasor (IB) e no final à umacorrente diferencial (IDiff ) se os fasores são adicionados. Se o7SD não se restringe contra o erro de sincronismo o relé
emitirá um trip!
IA=A e-j( t+ )
IB=B e-j( t+ )
IB=B e-j( t+t0)+ )
IDiff
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
Como ver qual o efeito no 7SDExemplo:
O resultado dos tempos detransmissão assimétricos é mostradono diagrama vetorial.A razão para a corrente diferencial é oresultado da sincronização errada no
relé.CUIDADO: Este foi um teste delaboratório. Não tente fazê-lo em umcaso real, porquê não pode-sedistinguir entre a corrente de cargacapacitiva e a sincronização errada.
Estação A Estação B
SDSD
IA=1Ana Fase A
IB=1Ana Fase A
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
Rede-Comunicação
P4506A=0msP4506A=0.4ms
TA->B=0 TB->A= 0.7ms
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
O uso do GPS
Em algumas redes de telecomunicação aonde o tempo detransmissão assimétrico não é conhecido, extremamente alto ou avariação é muito alta um outro método adicional de sincronizaçãoé necessário.
Este método é baseado em uma fonte independente externa derelógio com possibilidade de gerar um pulso fisicamente aomesmo tempo com uma precisão de microsegundo, isto é; naborda de subida do pulso há o reconhecimento da posição dafonte do relógio. Uma solução como fonte de relógio é um GPScom uma saída 1PPS.
*1PPS one pulse per second
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)TA->B TB->A
Rede-Comunicação
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
O uso do GPS
O diagrama acima mostra o hardware básico montado para o usoda sincronização com o GPS.
Uma antena de GPS e um relógio é necessário em cadainstalação. O 1 PPS deve ser conectado na Port A do relé.
Estação A Estação B
SD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)TA->B TB->A
Rede -ComunicaçãoGPS -Clock
Port A
1 PPS
GPS Antenna
SD
Protection DataInterface
(PDI)Port A
GPS -Clock
GPS Antenna
1 PPS
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Princípio da Proteção Diferencial Erros-Sincr
Como a sincronização trabalha com o GPS:Voltando ao exemplo do “piloto”:
Exemplo do “piloto”:
Um piloto decola de Frankfurt para Nova Iorque. Enquanto o avião levanta vôo ele olha parao relógio do aeroporto e anota o tempo local. Aterrisando em Nova Iorque ele olha para orelógio do aeroporto e também anota o tempo local.Depois de poucas horas ele decola para retornar à Frankfurt .
Durante a partida em Nova Iorque e aterrisagem em Frankfurt ele olha para o relógio doaeroporto e anota ambos os tempos locais....
Com a sincronização-GPS alguém que esteja em Nova Iorque anota otempo local. Faz-se o mesmo em Frankfurt e agora há a possibilidadede se calcular a diferença de tempo entre as duas cidades.
Os relés 7SD estão fazendo o mesmo. Cada relé captura o pulso-GPSe troca a estampa de tempo através da PDI. Com este princípio ostempos de transmissão assimétricos podem ser eliminados.
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Princípio da Proteção Diferencial somatório total
A figura mostra osomatório total incluindotodas as operações nolado A.
Vamos detalhar:
Im { I }
Re { I }
IA
IA
=A e-j( t+ )
IB
=B e-j( t+ )IB
IA
IB
I = IA+ I
B
IDiff
= IA+ I
B
IB
receive
shift
Parameter:
IDIFF>
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
Power Transmission and Distribution
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Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 31
Princípio da Proteção Diferencial somatório total
Lado A calcula seu fasor local I e recebe o fasor Ido lado B.
Im { I }
Re { I }
IA
IA
=A e-j( t+ )
IB
IB
receive
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
Power Transmission and Distribution
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Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 32
Princípio da Proteção Difrencial somatório total
Lado A tem quesincronizar os doisfasores I, entretanto eletem que deslocar o fasor recebido I do lado B como ângulo:
shift.
Im { I }
Re { I }
IA
IA
=A e-j( t+ )
IB
=B e-j( t+ )IB
IB
receive
shift
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
Power Transmission and Distribution
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Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 33
Princípio da Proteção Diferencial somatório total
Depois dos dois fasores Iserem sincronizados, elespodem ser adicionadospara o fasor complexo: IDiff
Im { I }
Re { I }
IA
IA
=A e-j( t+ )
IB
=B e-j( t+ )IB
IDiff
= IA+ I
B
IB
receive
shift
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
Power Transmission and Distribution
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Princípio da Proteção Diferencial somatório total
Após, a componente derestrição I é adicionadapara o fasor IDiff .
Im { I }
Re { I }
IA
IA
=A e-j( t+ )
IB
=B e-j( t+ )IB
IA
IB
I = IA+ I
B
IDiff
= IA+ I
B
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
Power Transmission and Distribution
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Princípio da Proteção Diferencial somatório total
Para tomar a decisão detrip o parâmetro 1210P-IDIFF> deve ser adicionado.Se a origem é parte doúltimo círculo ao redor do
fasor Idiff o relé estáestável.Se a origem não é partedo relé então o mesmodispara.
Im { I }
Re { I }
IA
IA
=A e-j( t+ )
IB
=B e-j( t+ )IB
I = IA+ I
B
IDiff
= IA+ I
B
Parameter:
IDIFF>
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
Power Transmission and Distribution
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Princípio da Proteção Diferencial Vantagens
N
i
i stra I I 0
intRe
Comparando a característica
clássica e a nova da linhadiferencial.A vantagem da nova característica é que todoo erro é considerado independentemente.
Esta é uma vantagem se diferentes TCs são
usados na instalação, onde um TC podesaturar antes que outro (ex.: devido adiferença de fluxo remanescente).
trip
area
restraint
area
IDiff
IRestraint
trip
area
restraint
area
IDiff
f o
r b i d
d e n
a r e a
P-IDiff>
IRest
ΔIRest = P-IDiff>+ I
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
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Princípio da Proteção Diferencial Vantagens
N
i
i stra I I 0
intRe
Comparando as duascaracterísticas.A característica clássica é derivada dos reléseletromecânicos.O segundo slope foi criado para cobrir asaturação do TC. Investigações e registro de faltade relés digitais tem mostrado que a saturação doTC deve acontecer sempre para correntes abaixo
de duas vezes a corrente nominal do TC (ex.:condição de falta com grande decaimentoexponencial), onde o segundo slope não afeta arestrição. Para cobrir este problema a proteçãodiferencial deve ser sensível abaixo dascondições normais com o primeiro slope (então aproteção deve “blindar” para baixas correntes de
falta interna).
trip
area
restraint
area
IDiff
IRestraint
trip
area
restraint
area
IDiff
f o
r b i d
d e n
a r e a
P-IDiff>
IRest
ΔIRest = P-IDiff>+ I
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
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Princípio da Proteção Diferencial 3 e mais
Até agora a proteção diferencial foi apenas para explanar dois terminais. A questão é:
Como a proteção diferencial opera para três ou maisterminais.
A figura mostra uma instalação
para três terminais em „chaintopology‟.
Cada estação mede a sua correntelocal, computa o fasor I etransmite este fasor via PDI.
Estação A Estação B
SD SD
PDI 1
Estação C
SD
PDI 2
PDI 1PDI 2
PDI 1
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Princípio da Proteção Diferencial 3 e maise
O fato importante acontece na estação B. A estação B recebeda PDI 2 o fasor I da estação A e a adiciona computando aofasor local I antes dela enviar o „somatório parcial‟ para a
estação C via a PDI 1.Station C recebe o somatório parcialda estação B e pode computar acorrente diferencial I.
Isto acontece em ambas as direçõesem paralelo, então cada relé podetomar a sua própria decisão de trip.
Station A Station B
SD SD
PDI 1
Station C
SD
PDI 2
PDI 1PDI 2
PDI 1
IC
IC
IB+ I
C
IB
IA+ I
BIA
IA
IA+ I
B+ I
CIA+ I
B+ I
C
IA+ IB+ IC
Se uma outraestação éadicionada para aconstelação, aestação adicionadaapenas faz osomatório parcial.
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Princípio da Proteção Diferencial 3 e mais
A figura mostra uma topologia em aneal com 4 terminais. Se todosos outros links estão sem falha a conexão da estação D PDI 1 para
a estação A PDI 2 está em “hot standby” isto é, não é necessáriapara a proteção diferencial. Se um dos links falharem asinformações são re-roteadas e o link assume “diferencial em
serviço”.
Station A Station B
SD SD
PDI 1
Station C
SD
PDI 2
PDI 1PDI 2
PDI 1
IC
IB
IA
IA
IA+ I
B+ I
C+ I
D
SD
PDI 1 PDI 2
Station D
ID
PDI 2
IA+ IB+ IC+ ID IA+ IB+ IC+ ID
IA+ I
B+ I
C+ I
D
IB+ I
C+ I
DIA+ I
B
IC+ I
DIA+ I
B+ I
C
H o t s t a n d b y
H o t
s t a n d b y
H o t s t a n d b y
IC
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Princípio da Proteção Diferencial 3 e mais
A figura abaixo mostra a reação do 7SD5 quando um link falha paraum topologia em anel com 4 terminais.
A reação é similar para cada topologia em anel.
Station A Station B
SD SD
PDI 1
Station C
SD
PDI 2
PDI 1PDI 2
PDI 1
IC
IB
IA
IA
IA+ I
B+ I
C+ I
D
SD
PDI 1 PDI 2
Station D
ID
PDI 2
IA+ I
B+ I
C+ I
D
IA+ I
B+ I
C+ I
D
IA+ I
B+ I
C+ I
D
IB
IA+ I
C+ I
DIB+ I
CIC
broken link broken link broken link
IB+ I
C
+ ID
IA+ I
D
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Princípio da Proteção Diferencial 3 e mais
Comparando um topologia chain em três terminais com umatopologia em anel a mesma trabalha um pouco diferente. Aqui
todos os relés “conversam” entre si e podem tracar os fasores Idiretamente. Se um link falhar o relé retorna para a topologia chaintrocando agora, somatórios parciais.
Station A Station B
SD SD
PDI 1
Station C
SD
PDI 2
PDI 1PDI 2
PDI 1
IC
IC
IB
IB
IB
IA
IA
IA+ I
B+ I
CIA+ I
B+ I
C
IA+ IB+ IC
PDI 2
IC
IA
Power Transmission and Distribution
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>
Até agora o primeiro algoritmo
da proteção diferencial(I-DIFF>)foi explanado.
Agora é o momento de seiniciar com o segundo algoritmo(I-DIFF>>)
trip
area
restraint
area
IDiff
f o
r b
i d d e n
a r e
a
P-IDiff>IRest
Estação A Estação B
SDSD
IA IB
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
O segundo algoritmo da proteção diferencial (I-DIFF>>) ébaseado no „somatório de carga‟. O princípio aqui é que
pode-se aplicar a 2ª Lei de Kirchhoff não apenas para osfasores. Esta lei é também aplicada para cargas (integraçãono tempo das correntes).
Ambos algoritmos rodam absolutamente independente eem paralelo no 7SD. --- Vamos ver como o segundoalgoritmo trabalha:
Station A Station B
SDSD
IA
IB
Protection Data
Interface
(PDI)
Protection Data
Interface
(PDI)
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
A figura abaixo mostra o princípio da computação da carga.O comprimento da janela de carga é 5ms (janela de
integração). O deslocamento entre duas janelas é 2.5 ms. Otempo de início e fim da janela não dever síncrono para as janelas do relé. Em geral a janela de carga consiste de trêssub-janelas Q1, Q2 e Q3.
A Q1 é a primeira
interpolação entre otempod e partida da janela e a primeiraamostra. Q2 é aintegração de todasas amostras na
janela e Q3 é ainterpolação daúltima amostra parao fim da janela detempo.
i(t)=A sin( t+ )
t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6 t
7t8
t9
i
1 sample
charge integration
window (5ms)
2,5mswindow offset
t10
t11
Q3
Q2
Q1
tstart
tend
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
)()(2
1
)(
) _ ()1(11
)0(0
01
)0()1(
) _ (
Start t t start
t Start
t t
Start t
iit t Q
it t t t
iii
A interpolação entre o tempo de início e a primeira amostra érealizada como:
t0
t1
t2
Q2
Q1
i(t start)
i(1)
tstart
Similarmente para Q3
Q2 é calculada como:
)5()4()3()2()1(2 2222
1t t t t t Sample iiiiiT Q
A carga total é o somatóriodas três “cargas parciais”
Qtotal=Q1+Q2+Q3
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
N
i
i Diff QQ
0
Depois da computação da carga os relés trocam suas“cargas” pela PDI. A carga “diferencial” e a carga de
“restrição” (QDIFF e Q) é calculada em analogia para acorrente diferencial.
e N
i
iQQ
0
Mas tome, cuidado pois a característica de trip édiferente!
Estação A Estação B
SDSD
IA(QA)
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
IB(QB)
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
QQ Diff
A decisão de trip do somatório de carga é realizada como
descrito na seguinte fórmula:
Trip se:
Diff Diff Q P Qe
Onde Q é a carga de “restrição” e
P-QDiff>> é o parâmetro 1233
trip
area
restraint
area
QRest
QDIFF
P-IDIFF>>
(P-QDIFF>>
)
Estação A Estação B
SDSD
IA(QA)
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
IB(QB)
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
Como a I-DIFF>> é restringida ( Q):
A I-DIFF>> é restringida contra erros de TC e erros desincronização.
Para os erros de TC apenas o parâmetro 254 é relevante.I-DIFF>> foi designado para ter rápida resposta para altas correntes de falta,entretanto apenas o maior erro é necessário.
O manuseio do erro de sincronização na I-DIFF>> é igual aomanuseio do erro de sincronização em I-DIFF>.
CUIDADO: I-DIFF>> bloqueia se o parâmetro 4506A (PDI1 e 4606APDI2) excederem 0.85 ms.
Estação A Estação B
SDSD
IA(QA)
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
IB(QB)
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
Alguns fatos e comentários sobre o algoritmo de I-DIFF>> :
O somatório de carga não pode ser restringido contradistorção de sinal. O somatório de carga bloquearáautomaticamente após a corrente exceder um certo limite eo TC saturar.Aqui é a razão do7SD necessitar de 5 ms de tempo livre de saturação.
Se um transformador está no zona protegida oparâmetro 1233 deve ser maior que a máxima corrente deinrush do transformador.
A carga diferencial e de restrição não podem ser vistasno registro de falta.
Estação A Estação B
SDSD
IA(QA)
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
IB(QB)
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
A última questão sobre o algoritmo de I-DIFF>> é:
A I-DIFF>> pode ser manuseada para uma instalação commais de 2 terminais ??
A resposta é: YES
Então vamos ver como
acontece! Estação A Estação B
SD SD
PDI 1
Estação C
SD
PDI 2
PDI 1PDI 2
PDI 1
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
O algoritmo da I-DIFF>> usa o mesmo princípio do
somatório parcial.A figura abaixo mostra como o somatório parcial para
I-DIFF>> trabalha.
Station A Station B
SD SD
PDI 1
Station CSD
PDI 2
PDI 1PDI 2
PDI 1
IC
QC
QB+ Q
C
IB
QA
IA
QA+ QB+ QC
PDI 2
QB+ Q
A
QA+ QB+ QC
QA+ Q
B+ Q
C
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Princípio da Proteção Diferencial I-DIFF>>
Somatório de carga com alta-velocidade oferece altasvelocidades de disparo e uma rápida decisão para condiçõesde falta interna e externa. Somatório de carga não suprime as componentes DC e harmônicos.(integração simples) Entretanto o ajuste recomendado é > Icarga max (1.2 - 2 IN). Somatório de carga decide em 5mseg para faltas internas e externas
(janela de 5 mseg)Interna:Imediato comando de trip (tempo típico de trip 12 ms paratopologia com 2 ou 3 terminais) para correntes diferenciais IDiff >1.2-2 INExterna:Se IFalta > 2.5·P-IDiff>> ajuste: imediado bloqueio do somatóriode carga. Razão: Possível saturação do TC. Evita qualquer risco paraestabilidade devido a corrente diferencial da comparação de corrente.
Estação A Estação B
SDSD
IA(QA)
Protection DataInterface(PDI)
Protection DataInterface(PDI)
IB(QB)
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O algoritmo de I-DIFF>> e I-DIFF>
Station A Station B
SDSD
IA
(QA)
Protection Data
Interface
(PDI)
Protection Data
Interface
(PDI)
IB
(QB)
Por quê a SIEMENS desenvolveu 2 algoritmos em um relé?No desenvolvimento dos relés 7SD52/53/610 o observadoconsistiu em não se ter a sensibilidade e rapidez um uma únicafunção de proteção diferencial. Entretanto a SIEMENSdesenvolveu duas funções diferenciais independentes
I-DIFF> e I-DIFF>>.
Como ambos os algoritmos cooperam juntos ?
Após o esclarecimento da operação de ambos osalgoritmos da proteção diferencial, uma questãopermanece:
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O algoritmo de I DIFF>> e I DIFF>
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O algoritmo de I-DIFF>> e I-DIFF>Como as duas funções trabalham juntas?
12
34
5
67
89
10
invalidinvalid
invalid
invalid
I-Diff>
I-Diff>>
1120ms
5ms
invalidinvalid
invalidinvalid
invalid
12
3 4
56
7 8
910
11 12
1314
15invalid 16
1718
19 20
i(t)
t
O fasor da função de I-DIFF> é computada à cada 5 ms(janela) e ocomprimento da janela é 20 ms@ 50Hz. A carga para a função de I-DIFF>> é computada à cada 2,5 ms. O intervalo de integração é 5 ms.
O gráfico mostra a evoluçãode I-DIFF> e I-DIFF>>
durante a falta...
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O algoritmo de I-DIFF>> e I-DIFF>
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O algoritmo de I-DIFF>> e I-DIFF>Como as duas funções trabalham juntas?
12
34
5
67
89
10
invalidinvalid
invalid
invalid
I-Diff>
I-Diff>>
1120ms
5ms
invalidinvalid
invalidinvalid
invalid
12
3 4
56
7 8
910
11 12
1314
15invalid 16
1718
19 20
i(t)
t
No instante de uma falta na linha, poderá ocorrer uma descontinuaçãodo sinal (jump) de corrente. Tão longo este jump é parte da janela decomputação de I-DIFF> o fasor não pode ser calculado (janela 6 à 9estão inválidas).
A decisão de trip pode ser realizada com a janela 10!
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O algoritmo de I-DIFF>> e I-DIFF>
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No. 1 withEnergy Automation
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O algoritmo de I-DIFF>> e I-DIFF>Como as duas funções trabalham juntas?
12
34
5
67
89
10
invalidinvalid
invalid
invalid
I-Diff>
I-Diff>>
1120ms
5ms
invalidinvalid
invalidinvalid
invalid
12
3 4
56
7 8
910
11 12
1314
15invalid 16
1718
19 20
i(t)
t
A função I-DIFF>> trabalha em complemento à função I-DIFF>.I-DIFF>> está ativa no intervalo de tempo quando a função I-DIFF> nãoestá trabalhando.I-DIFF>> parte bloqueada devido à possibilidade de saturação do TC
quando I-DIFF> parte trabalhando também.
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O algoritmo de I-DIFF>> e I-DIFF>
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No. 1 withEnergy Automation
Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 58
O algoritmo de I-DIFF>> e I-DIFF>Como as duas funções trabalham juntas?
12
34
5
67
89
10
invalidinvalid
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I-Diff>
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A I-DIFF>> decide durante um janela de medição falta interna ouexterna e emitirá um trip ou não enquanto I-DIFF> deve aguardar para opróximo fasor válido.
Power Transmission and Distribution
O algoritmo de I-DIFF>> e I-DIFF>
5/11/2018 Padrao 7SD Teoria 87L - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/padrao-7sd-teoria-87l 59/60
No. 1 withEnergy Automation
Energy Automation Março/11 Eng. Rafael Fernandes Pág. 59
O algoritmo de I DIFF>> e I DIFF>Como as duas funções trabalham juntas?
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i(t)
t
Através da experiência com o 7SD52/53 e 7SD610
(de mais que 20.000 relés em serviço) a I-DIFF>> consegue eliminar entre 80 a 85 % de todas as faltas na rede.
Mais fatos sobre I-DIF>>
Power Transmission and Distribution
5/11/2018 Padrao 7SD Teoria 87L - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/padrao-7sd-teoria-87l 60/60
No. 1 withEnergy Automation
Princípio da Proteção Diferencial
FIM!