Análise da aplicação da função de sobretensão de neutro em redes de distribuição de média tensão com geração fotovoltaica distribuída
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2026-07-02
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O crescimento da micro e minigeração fotovoltaica no Brasil tem modificado significativamente o comportamento elétrico das redes de distribuição, exigindo novas abordagens de proteção para garantir a operação segura do sistema. Em alimentadores de 13,8 kV, a inserção de geração distribuída (GD) pode provocar alterações nas correntes de falta e perda de sensibilidade das proteções de sobrecorrente de fase e neutro, evidenciando a necessidade de dispositivos capazes de detectar sobretensão residual. Nesse contexto, este trabalho avaliou, por meio de modelagem e simulação no software ETAP, a atuação da função de proteção 59N em uma usina fotovoltaica de 3 MW conectada ao alimentador IEEE 13 Node Test Feeder por meio de transformador de acoplamento delta-estrela aterrada. Foram simulados curtos-circuitos monofásicos à terra nas barras 632, 671, 675, 633 e 634, com variação da potência da GD entre 30% e 100% e de seu ponto de conexão ao alimentador. Os resultados mostraram que a função de sobrecorrente de fase 51, ajustada com I-pickup de 199,2 A, não atuou em nenhum dos cenários simulados, uma vez que a corrente de contribuição da GD ao curto-circuito não ultrapassou 133 A, limitada pela característica construtiva dos inversores fotovoltaicos. Pelo mesmo motivo, a função 51N também se mostrou inviável, já que a corrente de sequência zero permaneceu próxima de zero. Em contrapartida, a função 59N, com valor mínimo de atuação de 1.593,49 V, apresentou sensibilidade adequada em 100% dos cenários avaliados, com o somatório vetorial das tensões de fase variando entre 2,38 kV e 11,83 kV. A variação da potência da GD entre 30% e 100% não provocou alterações expressivas nos níveis de tensão residual. Conclui-se que a função 59N constitui elemento de proteção eficaz e complementar às proteções convencionais de sobrecorrente em sistemas de geração fotovoltaica distribuída conectados a redes de média tensão. [resumo fornecido pelo autor]
Abstract
The growth of photovoltaic microgeneration and minigeneration in Brazil has significantly modified the electrical behavior of distribution networks, requiring new protection approaches to ensure the safe operation of power systems. In 13.8 kV feeders, the integration of distributed generation (DG) can cause changes in fault currents and reduce the sensitivity of phase and ground cvercurrent protection functions, highlighting the need for devices capable of detecting residual overvoltage conditions. In this context, this undergraduate thesis evaluates, through modeling and simulation using ETAP software, the performance of the 59N protection function applied to a 3 MW photovoltaic power plant connected to the IEEE 13 Node Test Feeder through a delta-grounded wye coupling transformer. Single-line-to-ground fault scenarios were simulated at buses 632, 671, 675, 633, and 634, considering variations in the DG output power between 30% and 100% and in its connection point along the feeder. The results showed that the phase overcurrent function 51, set with an I-pickup of 199.2 A, did not operate in any of the simulated scenarios, since the DG fault contribution current never exceeded 133 A, a limitation imposed by the current-limiting characteristic of photovoltaic inverters. For the same reason, the 51N function also proved unfeasible, as the zero-sequence current remained close to zero. In contrast, the 59N function, set with a minimum pickup value of 1,593.49 V, showed adequate sensitivity in 100% of the evaluated scenarios, with the vectorial sum of phase voltages ranging from 2.38 kV to 11.83 kV. Variations in the DG output power between 30% and 100% did not cause significant changes in the residual voltage levels. It is concluded that the 59N function constitutes an effective protection element, complementary to conventional overcurrent protections, in distributed photovoltaic generation systems connected to medium-voltage networks. [resumo fornecido pelo autor]