Unidade 02 - Filosofia de Protecao dos Sistemas Eletricos

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SISTEMAS DE PROTEÇÃO E 
MEDIÇÃO
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PROFª. MSC. KÉSIA ALVES COELHO LOUBACK
kes ia. louback@professoes.estacio.br
Unidade 2 – Fi losofia de Proteção dos Sistemas Elétricos
2.1 – Proteção do Sistema Elétrico
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Sistema elétrico e sistema de proteção
▪ O sistema elétrico deve obedecer aos padrões legais preestabelecidos pelo governo
para fornecimento adequado de energia elétrica na quantidade e qualidade
requeridos:
• Aneel – Prodist Módulo 8
• ONS - Submódulo 2.8
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Sistema elétrico e sistema de proteção
▪ Devido a própria natureza do sistema elétrico de potência, é impossível tornar o
sistema elétrico imune à perturbações, defeitos e falhas diversas.
▪ Por isso, mecanismos de proteção contra situações anormais devem ser previstos.
Esses mecanismos constituem a denominada PROTEÇÃO dos sistemas elétricos.
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Anomalias no SEP
▪ Condições anormais resultam em:
• interrupções no fornecimento de energia elétrica;
• podem ocasionar danos aos componentes do sistema.
▪ Esquemas de proteção são planejados para receberem as informações das grandezas
elétricas do sistema, em tempo real, de forma a atuarem sempre que condições
anormais ocorram.
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
Anomalias no SEP
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Anomalias no SEP
▪ A anomalia mais comum e também a mais severa que incide em um sistema elétrico
de potência é o curto-circuito, que ocorre em decorrência da ruptura da isolação
entre as fases ou entre a fase e terra.
▪ Outras anomalias são as sobrecargas, as sub e as sobretensões e as sub e
sobrefrequências.
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Curtos-circuitos 
▪ A corrente de curto-circuito, de acordo com a lei de Joule, provoca a dissipação de
potência na parte resistiva do circuito provocando aquecimento. No ponto da falta
este aquecimento e o formato do arco podem provocar uma destruição que pode ser
de grande monta, dependendo de Icc e de t.
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Curtos-circuitos 
▪ Os curtos-circuitos, que podem ser trifásicos, bifásicos ou monofásicos, têm
frequências de ocorrência bem distintas.
▪ Os mais comuns são os curtos-circuitos monofásicos, representando cerca de 78%
dos eventos de curtos-circuitos no SEP.
▪ Em redes de distribuição urbanas ou rurais, é comum o curto-circuito temporário.
São faltas diretas à terra de tempos muito curtos, ocasionadas por galhos que tocam
os fios ou por pequenos animais que fecham curtos em subestações de energia
elétrica.
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Curtos-circuitos 
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Curtos-circuitos 
A determinação das correntes de curto-circuito de um sistema são importantes para:
• Dimensionamento e seleção de relés de proteção;
• Determinação da capacidade de interrupção de disjuntores;
• Determinação da máxima corrente de suportabilidade de equipamentos (cabos,
trafos, barras, etc);
• Coordenação da proteção;
• Calculo de esforços mecânicos e estruturais, etc.
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Sobrecargas
▪ É causada pela passagem de um fluxo de corrente acima do valor nominal. A
corrente nominal é a máxima corrente permissível para um dado equipamento
continuamente.
▪ A sobrecarga frequente em equipamentos acelera a deterioração da isolação,
causando curtos-circuitos.
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Subfrequência e sobrefrequência
▪ São causadas pelo súbito desequilíbrio significativo entre a geração e a carga;
▪ Alteração na velocidade das máquinas podem ocasionar aquecimento e vibrações;
▪ Até ±2 Hz, a proteção não deve atuar para períodos inferiores a 2s;
▪ A proteção de frequência opera para uma faixa entre 25 e 70 Hz.
2.1 – PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
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Sobretensão
▪ Basicamente, as sobretensões do SEP nunca devem superar 110% da tensão nominal
de operação.
▪ Podem ter diferentes origens:
• Descargas atmosféricas;
• Chaveamentos;
• Curto-circuitos monopolares.
2.2 – Filosofia da proteção
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Objetivos do sistema de proteção
▪ A função de um esquema de proteção em um sistema elétrico de potência é detectar
falta e isolar a área afetada no menor tempo possível, de forma confiável e com
mínima interrupção possível.
▪ Objetivos:
• Segurança pessoal;
• Manter a integridade dos equipamentos;
• Isolar a parte afetada do restante do sistema;
• Assegurar a continuidade de fornecimento.
2.2 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO
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Objetivos do sistema de proteção
Para cumprir seus objetivos:
▪ Deve alertar os operadores;
▪ Isolar trechos defeituosos do sistema.
▪ Se há, por exemplo, um curto-circuito: proteger e evitar o agravamento dos danos aos
equipamentos principais e/ou reflexos sobre toda a rede.
2.2 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO
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Aspectos considerados na proteção
Na análise de proteção dos sistemas elétricos torna-se necessária a distinção entre as
seguintes situações de operação do sistema:
▪ situação normal de funcionamento;
▪ situação anormal de funcionamento, como por exemplo, perda de sincronismo;
▪ situações de curto-circuito.
2.2 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO
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Níveis de atuação de um sistema de proteção
▪ Proteção Principal: Em caso de falta dentro da zona protegida, é quem deverá atuar
primeiro.
▪ Proteção de Retaguarda: A sua atuação só ocorrerá se a proteção principal falhar.
▪ Proteção Auxiliar: Possui funções auxiliares da proteção principal e de retaguarda.
Portanto tem como objetivo a sinalização, alarme e intertravamento.
2.2 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO
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Requisitos do sistema de proteção
A) Seletividade: é a propriedade da proteção em discriminar e somente desconectar do
sistema a parte atingida pelo defeito.
2.2 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO
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Requisitos do sistema de proteção
B) Coordenação: característica de atuação temporal, de tal forma que o dispositivo
selecionado, inicialmente, tenha a chance de abrir e isolar a parte afetada, mas conte com
o recurso de uma atuação de retaguarda, por parte de outros dispositivos de proteção,
após um tempo de ajuste previsto.
2.2 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO
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Requisitos do sistema de proteção
C) Velocidade: Menor dano ao equipamento defeituoso com consequente diminuição do
tempo de indisponibilidade e menor custo de reparo.
2.2 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO
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Requisitos do sistema de proteção
D) Sensibilidade: É a capacidade do elemento de proteção reconhecer com precisão a
faixa e os valores indicados para sua operação e não operação;
▪ Para avaliar numericamente o nível de sensibilidade:
𝑁𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 =
𝐼𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜−𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑔𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎
𝐼𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑒çã𝑜 𝑝𝑖𝑐𝑘−𝑢𝑝
▪ Nível adequado é de 1,5 ≤ 𝑁𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 < 2
2.2 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO
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Requisitos do sistema de proteção
E) Confiabilidade: Probabilidade do sistema de proteção funcionar com segurança e
corretamente, sob todas as circunstâncias;
F) Automação: Capacidade e operar automaticamente quando for solicitado e retornar à
posição de operação depois de cessada a ocorrência, sem o auxílio humano, quando for
conveniente;
G) Custo: máxima proteção ao menor custo possível.
2.2 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO
2.3 – Dispositivos de proteção
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2.3 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
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Transformador de corrente
▪ O TC objetiva reproduzir em seu secundário uma corrente que seja uma réplica da
corrente primária. Sua relação de transformação de correntes, denominada RTC,
estabelece a relação da sua corrente secundária, padronizada em 5A, para a corrente
primária, do circuito sob monitoramento.
2.3 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
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Transformador de corrente
Relação de transformação (RTC) de correntes
▪ Sendo a inversa da relação de tensões, tem-se:
𝑅𝑇𝐶 =
𝑁𝑠
𝑁𝑝
=> 𝐼𝑠 =
𝐼𝑝
𝑅𝑇𝐶
▪ Como a padronização da correntesecundária é de 5A, a RTC é dada, também, como:
𝑅𝑇𝐶 =
𝑋
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onde X é a corrente primária, nominal, do circuito. 
2.3 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
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Transformador de corrente
Exemplo 1: Se Np = 20 espiras e Ns = 600 espiras, calcular a corrente secundária para uma
Ip = 90 A. Qual é a Ip nominal (X)?
Solução:
𝑅𝑇𝐶 =
600
20
= 30
𝐼𝑠 =
90
30
= 3𝐴
𝑋 = 5 𝑥 30 = 150 𝐴
2.3 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
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Transformador de potencial
▪ O TP objetiva reproduzir em seu secundário uma tensão que seja uma réplica da
tensão primária, devidamente rebaixada em módulo. Sua relação de transformação
(RTP) estabelece a relação entre as tensões de linha do primário e de linha do
secundário. Esta é, usualmente, normalizada em 115 V.
2.3 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
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Transformador de potencial
Relação de transformação (RTP)
▪ A RTP, como em qualquer transformador, é dada por:
𝑅𝑇𝑃 =
𝑁𝑝
𝑁𝑠
2.3 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
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Fusíveis
▪ Os fusíveis são elementos que atuam diante de correntes de curto-circuito,
preferencialmente, embora, também, possam ser especificados para eliminação de
correntes de sobrecarga.
2.3 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
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Disjuntores
▪ Os disjuntores podem ser autônomos, isto é, contêm em si os sensores de
sobrecorrentes. São denominados de disjuntores de caixa moldada ou DTM
(disjuntores termomagnéticos).
▪ Outros disjuntores, normalmente de potências bem mais elevadas, e aplicáveis em
subestações de potência de concessionárias ou em subestações industriais de grande
porte, dependem, para seu funcionamento como elemento de proteção, dos
dispositivos sensores denominados relés.
2.3 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
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Relés
▪ Os relés são dispositivos que monitoram a corrente ou a tensão de um circuito
elétrico, sendo ajustados para que interpretem valores anormais. Em tais situações,
sinalizam a ocorrência e enviam sinal de abertura para os disjuntores do circuito
correspondente.
2.3 – DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
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PROFª. MSC. KÉSIA ALVES COELHO LOUBACK
kes ia . louback@professores.estac io.br