Proteção e Coordenação de Relés para a Adequação de uma Minigeração Fotovoltaica: Estudo de Caso no Centro de Medição 03 da UFSC

Abstract

Este Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) realiza o estudo e o projeto de proteção e coordenação de relés da subestação de transformação 13,8 kV/380 V, com potência instalada de 3,675 MVA, localizada no Centro de Medição 03 da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). O trabalho aborda a necessidade intrínseca de sistemas de proteção robustos para mitigar as consequências de anomalias inerentes à operação, como curtos-circuitos, sobrecargas e distúrbios de tensão. O método empregado envolve um estudo teórico das normas técnicas e das metodologias de cálculo, seguido pela aplicação prática em um estudo de caso real. Utiliza se a modelagem do sistema para calcular os níveis de corrente de curto-circuito simétricos e assimétricos nos pontos críticos da instalação, com o apoio de ferramentas computacionais como o Excel e Python garantindo a precisão dos resultados. A análise é balizada pelos requisitos da concessionária local, CELESC, em especial as normas N-321.0002 e I-432.0004. As discussões focam na proteção, coordenação e seletividade, com a parametrização otimizada dos relés de proteção, com as funções ANSI. Como resultado principal, propõe-se um projeto técnico de proteção e coordenação de relés, que assegura a desconexão rápida e seletiva de falhas, minimizando o tempo de interrupção e protegendo o patrimônio da unidade consumidora. O estudo contribui diretamente para a segurança operacional da infraestrutura elétrica da UFSC e serve como referência prática para engenheiros eletricistas no setor de subestações de média tensão.

This Final Graduation Project conducts the study, design, and coordination of protection relays for the 13.8 kV/380 V Substation, with an installed capacity of 3.675 MVA, located at Measurement Center 03 of the Federal University of Santa Catarina (UFSC). The work addresses the intrinsic need for robust protection systems to mitigate the consequences of anomalies inherent to operation, such as short circuits, overloads, and voltage disturbances. The methodology employed includes a theoretical study of technical standards and calculation methodologies, followed by their practical application in a real case study. System modeling is used to calculate symmetrical and asymmetrical short-circuit levels at critical points of the installation, supported by computational tools such as Excel and Python to ensure the accuracy of the results. The analysis is guided by the requirements of the local utility, CELESC, particularly standards N-321.0002 and I-432.0004. The discussion focuses on protection, coordination, and selectivity, with the optimized parametrization of protection relays using ANSI functions. As the main outcome, this work proposes a technical protection and relay coordination project that ensures fast and selective fault disconnection, minimizing interruption time and protecting the consumer unit’s assets. The study directly contributes to the operational safety of UFSC’s electrical infrastructure and serves as a practical reference for electrical engineers working with medium-voltage substations.