Dimensionamento das proteções em cabines primárias para usinas solares

Nos últimos anos, as usinas fotovoltaicas têm crescido significativamente, em especial as conexões de minigeração. Por definição, a minigeração refere-se a uma central geradora com potência instalada superior a 75 kW e até 5 MW para fontes despacháveis e de até 3 MW para fontes não despacháveis.

Uma fonte é considerada despachável quando a usina possui um sistema de armazenamento que corresponde a 20% da capacidade de geração mensal.

Na maioria das vezes, esse tipo de conexão precisa ser realizado no SDMT (Sistema de Distribuição de Média Tensão), que operam em tensões entre 1 kV e 69 kV, exigindo a construção ou modernização de uma subestação para viabilizar a injeção de geração ao sistema elétrico.

Para essas conexões, as concessionárias de energia exigem que o acessante elabore, dentre vários estudos, formulários e documentos, um estudo de coordenação e seletividade do sistema de proteção.

Nesse estudo, o acessante deve apresentar o cálculo e os valores sugeridos para implementação no relé de proteção da sua cabine primária, de forma a atender os critérios estabelecidos pela concessionária quanto à seletividade das proteções.

É importante lembrar que a proteção deve ser ajustada conforme os critérios estabelecidos pela distribuidora. Nesse sentido, o PRODIST (Procedimento de Distribuição), em específico o Módulo 3, trata do acesso ao sistema de distribuição da concessionária.

Esse documento estabelece as instruções detalhadas e os requisitos para a conexão ao sistema de distribuição de energia elétrica, conforme disposto na Resolução 1.000/2021, que trata das Regras de Prestação do Serviço Público de Distribuição de Energia Elétrica.

As principais funções de proteção junto à interface com a rede da conexão de minigeração distribuída estão indicadas na Tabela 1-A do PRODIST.

Tabela 1 – Funções de proteção junto à interface da microgeração ou minigeração

Além das funções listadas na tabela acima, a distribuidora pode propor proteções adicionais ou dispensar alguma proteção, desde que justificado tecnicamente, em função de características específicas do sistema de distribuição acessado, sem custos para a microgeração distribuída.

É importante ressaltar que o paralelismo das instalações de usinas fotovoltaicas com o sistema da distribuidora não pode causar problemas técnicos ou de segurança aos demais usuários, ao sistema de distribuição acessado e ao pessoal envolvido com a sua operação e manutenção.

Abaixo são listadas as principais funções para a conexão de usinas fotovoltaicas exigidas pelo PRODIST e pelas normas de fornecimento das concessionárias.

Essas funções de proteção não necessariamente devem ser realizadas pelo mesmo dispositivo, algumas delas são aplicadas, por exemplo, no inversor de frequência e outras no relé de proteção, que pode atuar no disjuntor de média tensão.

• Função de proteção de subtensão (27): Esta função é responsável por monitorar subtensões de fase. É convencionado que a uma subtensão acontece quando a tensão nominal cai a valores abaixo de 80%, é estabelecido desta forma uma tensão mínima fase-fase aceitável.
• Função de proteção de sobretensão (59): Esta função é responsável por monitorar sobretensões de fase. É convencionado que a uma sobretensão acontece quando a tensão nominal sobe a valores acima de 115%, é estabelecido desta forma uma tensão máxima fase-fase aceitável.
• Subfrequência e sobrefrequência (81U/O): Esta função desconecta a Usina Fotovoltaica da rede elétrica da concessionária quando a frequência da rede oscila fora do intervalo de trabalho dos inversores. Atua quando a frequência do sistema se desvia dos valores nominais por determinado tempo, em determinado valor e/ou taxa de variação.
• Função de proteção contra desequilíbrio de corrente entre fases (46): Esta função monitora as correntes de fase de forma a evitar que ocorra desequilíbrios de fase a ponto de gerar desbalanceamento de cargas.
• Função de proteção contra reversão e desequilíbrio de tensão (47): Esta função monitora a ordem em que os fasores de tensão alcançam seu valor de pico. Esta função não implica em valores de ajustes, apenas que seja habilitado no relé a sequência de fase ideal para a aplicação, de forma que ele opere sobre o disjuntor caso a sequência mude, evitando que a lógica operacional das outras funções de proteção seja prejudicada.
• Sobrecorrente instantânea de fase (50): Esta função monitora a corrente instantânea de fase, levando em consideração a corrente inrush, pois não é desejável que ela atue sobre o disjuntor toda vez que o transformador for energizado.
• Sobrecorrente instantânea de neutro (50N): Esta função monitora a corrente instantânea de neutro.
• Sobrecorrente temporizada de fase (51): Esta função monitora a corrente de fase em regime permanente, com tempo de atuação superior à da unidade instantânea.
• Sobrecorrente temporizada de neutro (51N): Esta função monitora a corrente de neutro em regime permanente.
• Sincronismo (25): Esta função monitora o sincronismo entre os inversores da Usina Fotovoltaica com a rede da concessionária.
• Função de espera de tempo de reconexão (62): Esta função monitora o sistema após uma “desconexão” devido a uma condição anormal da rede, o sistema de geração distribuída não pode retomar o fornecimento de energia à rede elétrica (reconexão) por um período estipulado pela concessionária.
• Sobretensão de neutro (59N): Esta função monitora a tensão de neutro em regime permanente, muito utilizada com o intuito de eliminar os defeitos relacionados a faltas monofásicas em sistemas isolado, faltas monofásicas de alta impedância, perda de fase ou desbalanço severo de tensão.
• Sobrecorrente direcional de fase (67): Esta função monitora a direcionalidade e intensidade das correntes de curto-circuito nos condutores de fase.
• Sobrecorrente direcional de neutro (67N): Esta função monitora a direcionalidade e intensidade das correntes de curto-circuito no condutor de neutro.
• Direcional de potência (32): Esta função monitora sobrepotência direcional no sentido da usina fotovoltaica para a concessionária. Normalmente a potência de injeção máxima tem a tolerância de 5% acima da potência nominal.
• Sobrecorrente temporizada de fuga a terra (51GS): Esta função monitora a corrente de falta à terra em regime permanente.
• Sobrecorrente com restrição de tensão (51V): Essa função é utilizada para deslocar a curva das funções de sobrecorrente quando houver uma redução da tensão medida pelos TPs (Transformadores de Potencial). Essa função tem como objetivo acelerar o trip da função de sobrecorrente de acordo com a redução da tensão.

Conclusão

É importante destacar a grande variação nas exigências das diferentes concessionárias existentes no Brasil. Para obter um detalhamento mais preciso das funções de proteção exigidas e dos parâmetros a serem seguidos, é fundamental consultar as normas específicas de cada concessionária.

Assim, é possível obter as informações necessárias para definir a configuração adequada para a subestação e realizar os ajustes de proteção específicos, tanto para modernização de cabines primárias já existentes quanto para novas instalações.

Artigo publicado na 24ª edição da Revista Canal Solar.

As opiniões e informações expressas são de exclusiva responsabilidade do autor e não obrigatoriamente representam a posição oficial do Canal Solar.