Desempenho da proteção diferencial em transformadores de potência perante condições especiais de operação

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaRelés digitais vêm gradualmente substituindo os relés eletromecânicos porque são mais sensíveis, mais flexíveis e várias funções de proteção podem ser incorporadas em um único relé multifuncional. Apesar dos avanços da tecnologia digital nas últimas décadas, algumas condições transitórias ainda podem refletir nos sistemas de comunicação e de proteção de usinas e subestações, causando operação inadequada de relés. Algumas situações normais da operação causam transitórios em sinais de tensões e correntes que podem levar a operações desnecessárias de relés. A proteção diferencial deve ser capaz de distinguir transitórios decorrentes de situações normais dos relacionados a faltas, o que aumenta a complexidade do algoritmo desta função de proteção. Normalmente, relés diferenciais permitem alguns ajustes adicionais, tais como, proteção de bloqueio por harmônicas, visando evitar operações inapropriadas. A proteção de bloqueio por harmônicas bloqueia o elemento diferencial percentual se a magnitude de determinadas componentes harmônicas ultrapassa o limiar de bloqueio. Esta dissertação de mestrado apresenta uma análise sobre as principais condições de operação que podem levar à operação indevida da proteção diferencial. Estas condições foram simuladas utilizando o programa ATP/EMTP e a modelagem de um sistema real. O modelo do transformador foi o componente principal destas simulações, onde seu núcleo é modelado por uma resistência de magnetização e um indutor não linear. Os resultados das simulações no ATP /EMTP foram convertidos no formato COMTRADE e utilizados para verificar o desempenho de um relé comercial de proteção de transformador em um laboratório de baixa tensão, empregando diversos ajustes nos relés para avaliar também a sua influência.Digital relays have been gradually replacing electromechanical relays, because they are more sensitive, more flexible and several protection functions are available in a single device. Despite the advance of digital technology in recent decades, some transient conditions can still reflect on the communication and protection systems in substations and power plants, causing relay misoperation. Some normal operation situations cause voltage and current transients that can lead to unnecessary relay operation. Differential protection should distinguish normal transient conditions from the ones related to faults, which increases the complexity of the algorithm of this protective function. Usually, differential relays allow some additional settings, for instance, harmonic blocking protection, aiming to avoid inappropriate operation. The harmonic blocking protection blocks the percentage differential element if harmonic content of any phase is greater than the blocking threshold. This paper presents an analysis of the main operating conditions that may lead to inappropriate differential protection operation. These conditions were simulated using ATP/EMTP and the model of a real system. The transformer model was the main component of the ATP/EMTP simulations, which transformer core is represented by a resistance and a non-linear inductor. Results of simulations in the ATP /EMTP were converted into COMTRADE format files. These files were used to verify the performance of relays in a low-voltage laboratory, using various relays settings in order to evaluate their influence