Estudo de proteção para usina solar: o que muda em relação à carga

Numa instalação só de carga, a energia vem da rede e vai para a fábrica. Quando uma usina solar entra em paralelo, ela passa a correr nos dois sentidos, e o estudo de proteção muda de tamanho. Não basta mais provar que o relé da cabine abre antes do religador da distribuidora. É preciso provar também que a usina sai da rede quando a rede cai, que não alimenta um defeito do lado da concessionária e que não fica energizando um trecho isolado com gente trabalhando nele.

Faço esses estudos no dia a dia, e aqui está o que muda em relação ao estudo de carga, as funções que entram, o passo a passo e os pontos em que o estudo de geração costuma voltar com pendência. A base, que vale para qualquer estudo, está no guia do estudo de proteção e seletividade.

Quando a usina solar precisa de estudo de proteção

A regra geral vem da Lei 14.300/2022, que separa a geração distribuída em duas faixas. A microgeração, até 75 kW, costuma se ligar em baixa tensão, com a proteção feita pelo inversor certificado. A minigeração vai de mais de 75 kW até 3 MW para fontes não despacháveis, como a solar sem armazenamento, e até 5 MW para as despacháveis.

O estudo de proteção aparece quando a usina, micro ou mini, fica atrás de uma cabine de média tensão. Isso acontece em duas situações:

• Consumidor com carga e usina na mesma cabine. A indústria ou o comércio que instala solar no telhado ou no terreno. O estudo cobre as duas coisas: a carga, como antes, e a geração em paralelo.
• Usina dedicada. A usina de investimento, que existe para injetar energia na rede. A carga é pequena (serviços auxiliares), e quase todo o estudo gira em torno da geração.

Além da lei, valem a REN 1.000/2021 da ANEEL, o Módulo 3 do PRODIST e, principalmente, a norma de geração da distribuidora, que é onde estão os critérios de ajuste. Cada concessionária tem a sua, separada da norma de carga. O panorama das dez que o Aval Proteção atende está no mapa das normas por distribuidora.

O que muda em relação ao estudo de carga

As funções de proteção da geração

O relé do ponto de conexão continua com a sobrecorrente de fase e neutro, e ganha as chamadas funções de interconexão. As mais comuns num estudo de usina solar são estas:

• 27 e 59 (sub e sobretensão): tiram a usina quando a tensão sai da faixa.
• 81 (sub e sobrefrequência): tira a usina quando a frequência sai da faixa, um dos sinais de que a rede caiu.
• 81R ou 78 (taxa de variação de frequência ou salto vetorial): detectam o ilhamento mais depressa do que a 81 sozinha.
• 67 (sobrecorrente direcional): enxerga a falta no sentido da usina para a rede. A 67N, de neutro, depende do transformador, como explicado logo abaixo.
• 32 (potência reversa ou direcional de potência): limita o que a usina injeta na rede.
• 59N (sobretensão residual): detecta a falta à terra do lado da média tensão quando o transformador não deixa a usina enxergar essa falta pela corrente (explicado logo abaixo).

O conjunto exato muda de uma distribuidora para outra e com a potência da usina. Algumas pedem funções a mais, outras dispensam parte delas em usinas pequenas. No app web do Aval Proteção, as funções que cada distribuidora exige já vêm dadas no estudo.

Por que o transformador muda a proteção de neutro

Numa usina solar, os inversores ficam em baixa tensão e um transformador eleva a tensão até a média. O mais comum é o Dyn: triângulo do lado da média tensão, estrela aterrada do lado da baixa. O triângulo não deixa passar corrente de sequência zero, então, numa falta à terra do lado da média tensão, a usina não manda corrente de neutro para o defeito. Uma proteção de neutro que dependa só de corrente, olhando do lado da usina, não vê essa falta.

É por isso que a 59N entra: ela mede a tensão residual por TPs ligados em triângulo aberto e percebe a falta à terra pelo deslocamento do neutro, não pela corrente. Com transformador Dyn, a maioria das normas pede a 59N, e algumas dispensam a 67N pelo mesmo motivo.

O coordenograma no sentido da geração

No estudo de carga, o coordenograma mostra a proteção da cabine abaixo da proteção da distribuidora. Com geração, entra um segundo olhar: numa falta do lado da rede, a usina alimenta o defeito, e a 67 precisa atuar nesse sentido. O estudo traz então o coordenograma da direcional no sentido da usina para a rede e o diagrama fasorial que mostra em que ângulo a função enxerga a falta. Se ainda não tem prática com esse gráfico, o guia de leitura do coordenograma explica o de sobrecorrente, que é a base.

Passo a passo do estudo de uma usina solar

1. Junte os dados da rede e da usina. A carta da distribuidora (curto no ponto de conexão e ajustes da proteção a montante), a potência instalada e a de exportação, os inversores, os transformadores elevadores e a demanda da carga, se houver.
2. Calcule o curto e a corrente da geração. O curto vem da rede, em cada barra. A parcela da usina é pequena, porque o inversor limita a corrente pouco acima da nominal, e costuma ficar fora do cálculo. O que entra no estudo é a corrente nominal da geração, que define o ajuste da direcional.
3. Ajuste a proteção da carga. Sobrecorrente de fase e neutro, como num estudo de carga comum, coordenada com a distribuidora.
4. Ajuste as funções de interconexão. Tensão, frequência, anti-ilhamento, direcionais e potência, com os valores e tempos da norma de geração da distribuidora.
5. Monte os coordenogramas e o fasorial. Fase e neutro no sentido da rede para a instalação, e a direcional no sentido da usina para a rede.
6. Escreva o memorial e protocole. Com o unifilar, os ajustes justificados função por função e a ART.

Onde o estudo de usina solar volta com pendência

• A 32 é ajustada como se a usina não exportasse. Numa usina que injeta na rede, a potência reversa é o funcionamento normal, e o ajuste precisa seguir o critério da norma de geração (algumas partem da potência de exportação contratada). Do contrário, o relé abre com a usina operando normalmente.
• Falta a 59N quando a norma pede, ou ela aparece sem os TPs em triângulo aberto no unifilar.
• Os tempos de tensão e frequência não seguem a tabela da norma de geração da distribuidora. Cada concessionária tem a sua, e copiar a de outra é pendência certa.
• A direcional aparece sem o ângulo de atuação, sem o fasorial ou sem mostrar que enxerga a falta no sentido certo.
• O estudo trata só a geração e esquece a carga da mesma cabine, ou o contrário.

Quanto custa o estudo de proteção de uma usina solar

O estudo de geração varia muito: depende da potência, do número de inversores e transformadores, da topologia e da norma da distribuidora. Um estudo de usina solar pode chegar a R$ 15.000. Para comparar, o de uma instalação só de carga costuma ficar entre R$ 1.500 e R$ 3.000. Como fechar escopo e preço está em quanto cobrar por um estudo de proteção.

Perguntas frequentes