Aula 07 - Proteção e Estabilidade de Sistemas Elétricos - Semana 9 - A2 - 2022-1

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Docente: MSc. Antonio Tavares de França Júnior.
Engº Eletricista (Bacharel)
Engº de Seg. do Trab. (pós-graduado)
Engº Mecânico (Mestre)
Aula 7: Estabilidade de Sistemas Elétricos
Dependendo do tipo de perturbação
- Perturbações imprevisíveis:
• Grandes perturbações (curto-circuito);
Ilustração de curto trifásico em uma linha de transmissão. Como o sistema de transmissão tem
configuração em malha (não radial), o curto-circuito é alimentado pelas duas extremidades da linha.
3.1. Introdução ao Problema de Estabilidade e Controle em Sistemas Elétricos de 
Potência
- Perturbações imprevisíveis:
• Pequenas perturbações (variações de carga).
3.1. Introdução ao Problema 
de Estabilidade e Controle em 
Sistemas Elétricos de Potência
Dependendo do tipo de perturbação
- Perturbações previsíveis:
* Variações lentas e previsíveis de carga.
3.1. Introdução ao Problema de Estabilidade e Controle em Sistemas Elétricos de 
Potência
Curto temporário.
(a) Incidência de descarga atmosférica, que pode ocasionar sobretensão na rede primária.
(b) Curto-circuito temporário devido à sobretensão.
- Perturbações previsíveis:
Dependendo da variável de interesse
- Ângulo do rotor;
- Tensão;
- Frequência.
3.1. Introdução ao Problema de Estabilidade e Controle em Sistemas Elétricos de 
Potência
Fig.: Visão Geral dos Sistemas de Controle de um gerador (ou usina) conectado à uma 
Rede Elétrica Interligada
Fig.: Principais Malhas de Controle Presentes em um SEP
3.2. Introdução ao Problema de Estabilidade e Controle em Sistemas Elétricos de Potência
Uma das características básicas que um sistema elétrico de potência deve ter é a de garantir o
suprimento de energia às cargas, de forma confiável e ininterrupta.
3.3. Conceitos Básicos de Estabilidade
Estes fatos estão relacionados, nos dias de hoje, com o conceito de confiabilidade dos sistemas
elétricos, que além da continuidade do fornecimento de energia, define condições mínimas para
uma operação adequada, como os níveis do sinal de tensão, tanto em amplitude como em
frequência.
3.3. Conceitos Básicos de Estabilidade
Um dos estudos mais importantes realizado para os sistemas de potência interligados existentes na
atualidade é o da avaliação da sua estabilidade.
3.4. Estabilidade dos Sistemas de Potência
A estabilidade de um sistema de potência pode ser definida como sendo a capacidade que
este sistema tem de se manter em um estado de equilíbrio, quando em condições
operativas normais, e de alcançar um estado de equilíbrio viável após ter sido
submetido a uma perturbação como:
❖ curto-circuito em um elemento importante;
❖ saída de operação de grandes blocos de carga ou de geração, etc.
3.4. Estabilidade dos Sistemas de Potência
A estabilidade de um sistema elétrico de potência é, na verdade, um problema único, global, onde devem
ser considerados os efeitos de equipamentos como:
❑ geradores e seus dispositivos de controle e proteção;
❑ linhas de transmissão e seus elementos de compensação;
❑ proteção e controle;
❑ transformadores e seus respectivos controles de tap;
❑ cargas de tipos e características diversas, etc.
3.4. Estabilidade dos Sistemas de Potência
❑ geradores e seus dispositivos de controle e proteção;
3.4. Estabilidade dos Sistemas de Potência
❑ linhas de transmissão e seus elementos de compensação;
3.4. Estabilidade dos Sistemas de Potência
Diagrama unifilar simplificado do sistema de transmissão para escoamento das usinas do Rio 
Teles Pires
❑ proteção e controle;
3.4. Estabilidade dos Sistemas de Potência
❑ transformadores e seus respectivos controles de tap;
3.4. Estabilidade dos Sistemas de Potência
❑ cargas de tipos e características diversas, etc.
3.4. Estabilidade dos Sistemas de Potência
Diagrama Unifilar de Sistema Elétrico de Potência
❑ cargas de tipos e características diversas, etc.
3.4. Estabilidade dos Sistemas de Potência
Arranjos Típicos de Redes de Subtransmissão
Esta classe de estudo de estabilidade está ligada a observação da habilidade do sistema de potência
em manter um perfil de tensões adequado em todos os seus barramentos, tanto em condições
normais, como em situações de distúrbio.
Sistema de potência com curto trifásico na barra q.
3.5. Estudo de Estabilidade de Tensão
• Medem permanentemente as grandezas de atuação
• Compara com valores ajustados
• Opera ou não em função da comparação
• Se opera, aciona sinal de trip ou alarme
• Sinaliza sua atuação
• Perfaz o intervalo e comanda fechamento
2 – Noções básicas sobre relés de proteção 
• Eletromecânicos – disco de indução
• Estáticos – sinais elétricos de tensão
• Microprocessados – sinais digitais
Tecnologia
Evolução dos relés de sobrecorrente
2 – Noções básicas sobre relés de proteção 
Relés eletromecânicos
São constituídos de elementos elétricos e mecânicos, tendo o seu funcionamento associado a campos
eletromagnéticos, forças mecânicas e deslocamento de êmbolos ou alavancas para a abertura e
fechamento de contatos elétricos, estes denominados de “normalmente abertos - NA” e “normalmente
fechados - NF”.
• Eletromecânicos – disco de indução
2 – Noções básicas sobre relés de proteção 
Relés eletromecânicos de indução
São equipamentos dotados de bobinas, disco de indução, molas, contatos fixos e móveis que lhes
emprestam uma grande robustez.
Dado o seu mecanismo de operação, são tidos como verdadeiras peças de relojoaria.
São de fácil manutenção e de fácil ajuste dos parâmetros elétricos.
2 – Noções básicas sobre relés de proteção 
Relés eletromecânicos de indução
As dimensões externas dos relés para cada função são padronizadas entre os fabricantes, de forma que
o relé de sobrecorrente da GE poderia ser retirado do painel e substituído pelo relé de sobrecorrente da
Westinghouse sem realizar praticamente nenhuma adaptação na instalação.
Relé de sobrecorrente do tipo indução.
Relé de disco de 
indução para análise do 
princípio de 
funcionamento
2 – Noções básicas sobre relés de proteção 
Relés eletromecânicos de indução
Relé de sobrecorrente da GE
Relé de sobrecorrente do tipo indução.
Relé de sobrecorrente da Westinghouse 
2 – Noções básicas sobre relés de proteção 
Relés eletrônicos – Relés estáticos
Têm funcionamento igual ao relé
eletromecânico, mas suas peças são
estáticas, baseadas em eletrônica de
potência: diodos, tiristores, transistores, etc.
Mas continuam utilizar alguns contatos
elétricos para sinalização ou mesmo para
acionamentos de bobinas auxiliares.
Estes conseguem ser mais rápidos que os
anteriores.
Frontal de relé de religamento estático
2 – Noções básicas sobre relés de 
proteção 
Relés eletrônicos – Relés estáticos
Também conhecidos como relés estáticos, tiveram o mesmo destino dos
relés eletromecânicos de indução.
Apresentam dimensões mais reduzidas do que as dos relés eletromecânicos
de indução, propiciando painéis de comando e controle com menores
dimensões.
São constituídos de circuitos integrados dedicados a cada função
desempenhada.
Seus ajustes são realizados através de diais fixados na parte frontal do relé.
Cada dial ajusta uma determinada função de proteção, tal como a corrente,
o tempo, a tensão etc.
2 – Noções básicas sobre relés de proteção 
Relés eletrônicos – Relés estáticos
A sinalização operacional é do tipo LED, normalmente nas cores vermelha e verde, instalada também na
parte frontal do relé.
Consomem pequena potência das fontes de alimentação, TCs e TPs, apresentam uma precisão elevada e
simplicidade nos ajustes, além de elevada velocidade de operação.
O relé eletrônico trouxe pouca inovação aos sistemas de proteção.
Na prática, as funções de proteção desenvolvidas para os relés eletromecânicos, através de peças
mecânicas e tecnologia de indução magnética, foram reproduzidas nos relés eletrônicos, utilizando-se
agora circuitos impressos.
2 – Noções básicas sobre relés de proteção 
Relés eletrônicos – Relés estáticos
Esses relés não apresentam padronizaçãonas dimensões.
A Figura a seguir mostra um relé eletrônico muito utilizado no passado.
Relé eletrônico.
2 – Noções básicas sobre relés de proteção 
Relés digitais
São relés que, além de elementos
eletrônicos, e nisto são semelhantes aos
relés eletrônicos, possuem, também,
circuitos micro processados
implementando lógicas de monitoramento
e de decisão quanto à sua atuação.
Implementam, também, funções as mais
variadas, de sinalização, comunicação,
medidas elétricas, etc.
Têm entrada de dados podendo ser feita
por meio de teclados ou por meio de
interface com microcomputadores.
São muito rápidos na identificação das
anomalias.
2 – Noções básicas sobre relés de 
proteção 
Mas possuem, ainda, muitos contatos (interruptores mecânicos) para ativação de circuitos auxiliares.
Dominam totalmente o mercado.
Com a automação cada vez mais crescente dos sistemas elétricos industriais e de potência, os relés
digitais passaram a ser elementos obrigatórios nos esquemas de proteção.
São constituídos de circuitos eletrônicos providos de chips de alta velocidade de processamento.
Funcionam através de programas dedicados que processam as informações que chegam pelos
transformadores de medida.
Relés digitais - Microprocessados 
Por meio de contatos externos são efetuados os comandos decididos pelo processo de avaliação
microprocessado do relé.
Seus ajustes são efetuados ou no frontal do relé por uma tecla de membrana por meio de instruções
específicas ou através de um microcomputador conectado no frontal do relé por meio de uma
comunicação serial RS 232.
Não apresentam nenhuma padronização nas dimensões, até porque é impraticável, do ponto de vista
funcional, operar com relés de fabricantes diferentes ou até mesmo relés de mesmo fabricante porém com
defasagem tecnológica.
Os relés digitais revolucionaram os esquemas de proteção, oferecendo vantagens impossíveis de serem
obtidas dos seus antecessores.
Relés digitais - Microprocessados 
Além das funções de proteção propriamente ditas, os relés digitais realizam funções de comunicação,
medidas elétricas, controle, sinalização remota, acesso remoto etc.
A Figura a seguir mostra um relé digital de proteção de distância largamente empregado nos projetos de
proteção de subestações de potência.
Relé digital.
Relés digitais - Microprocessados 
Proteção de alimentador: relés eletromecânicos x relés inteligentes
Fonte: RUSH, 2001, p. 102
Um relé IAC 51 (GE), de característica de operação NI possui os seguintes ajustes:
- RTC = 600-5 A
- TAP = 5,0 A
- DIAL = 4,0
Qual o tempo de atuação do relé para uma corrente de curto-circuito de 3600 A?
Ipick-up = TAP x RTC
M = Icc / Ipick-up = Icc/TAP x RTC
-Pick-up Ajustado:
Múltiplo da corrente de curto-circuito:
Dica: Utilize as seguintes fórmulas para:
Atividade Prática Nº 1 - Exercício
Solução:
-Pick-up Ajustado: Ipick-up = TAP x RTC
Ipick-up = 5,0 x 600/5 =
- RTC = 600-5 A
- TAP = 5,0 A
- DIAL = 4,0
600 A
Múltiplo da corrente de curto-circuito:
M = Icc / Ipick-up = Icc/TAP x RTC
M = 3600/5,0 x 120 M = 6,0
Na curva do relé IAC 51, M= 6,0 e DIAL = 4,0:
-Top = 1,2 segundos
TAP ≥ (1,5 Inom) / RTC
Atividade Prática Nº 1 - Exercício
Um relé IAC 53 (GE), de característica de operação MI deve ser ajustado para operar em 0,9
segundos para uma corrente de curto-circuito de 3840 A.
Sabendo-se que o relé é alimentado por uma RTC = 800-5 A e que seu ajuste de pick-up secundário é 4,0
A, qual o ajuste do Dial de Tempo (DT)?
-Pick-up Ajustado:
Ipick-up = TAP x RTC
Múltiplo da corrente de curto-circuito:
M = Icc / Ipick-up = Icc/TAP x RTC
Dica: Utilize as seguintes fórmulas para:
Atividade Prática Nº 2 - Exercício
Solução:
-Pick-up Ajustado:
Ipick-up = TAP x RTC
Ipick-up = 4,0 x 800/5 = 640 A
Múltiplo da corrente de curto-circuito:
M = Icc / Ipick-up = Icc/TAP x RTC
M = 3840/640
M = 6,0
Na curva do relé IAC 53, M= 6,0 e top = 0,9 segundos:
- DT = 4
Atividade Prática Nº 2 - Exercício
0,9
Fim