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Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica
Conceitos Fundamentais Proteção Sistemas Elétricos
1Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Conceitos Fundamentais
• Na operação dos sistemas elétricos de potência surgem, falhas nos seus componentes que 
resultam em interrupções no fornecimento de energia aos consumidores conectados a 
esses sistemas, com a consequente redução da qualidade do serviço prestado.
2Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
• A falha mais comum em qualquer sistema de potência é o 
curto-circuito, que dá origem a correntes elevadas 
circulando em todos os elementos energizados, tendo 
como resultado severos distúrbios de tensão ao longo de 
todo o sistema elétrico, ocasionando, danos irreparáveis ao 
sistema e às instalações das unidades consumidoras.
• Além do curto-circuito, a sobrecarga é outro fator de 
anormalidade nos sistemas de potência que pode originar 
danos materiais significativos.
• Existem outros dois fenômenos, não menos severos, que podem ocorrer nos sistemas 
elétricos: as sub e sobretensões com diferentes origens, de descargas atmosféricas e 
manobras.
• Algumas vezes estão associadas aos curtos-circuitos.
• Os curtos-circuitos, as sobrecargas e as sub e sobretensões são inerentes ao funcionamento 
dos sistemas de potência, apesar das precauções e cuidados tomados durante a elaboração 
do projeto e a execução das instalações, mesmo seguindo as normas mais severas e as 
recomendações existentes. 
3Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Conceitos Fundamentais
• Essas anormalidades poderão ter consequências 
irrelevantes ou desastrosas, dependendo do sistema de 
proteção preparado para aquela instalação em 
particular.
Principal Função do Sistema de Proteção
• A principal função de um sistema de proteção é assegurar a desconexão de todo 
sistema elétrico submetido a qualquer anormalidade que o faça operar fora dos 
limites previstos ou de parte dele. 
• Tem a função de fornecer as informações necessárias aos responsáveis por sua 
operação, de modo a facilitar a identificação dos defeitos e a sua consequente 
recuperação.
• A proteção de um sistema de potência é projetada tomando como base os fusíveis
e os relés incorporados necessariamente a um disjuntor, que é, na essência, a 
parte mecânica responsável pela desconexão do circuito afetado com a fonte 
supridora.
4Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Fusível
• O fusível representa uma gama numerosa de dispositivos que são capazes de 
interromper o circuito ao qual estão ligados, sempre através da fusão de seu 
elemento metálico de proteção. 
5Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
• São normalmente 
empregados nos sistemas de 
distribuição de média tensão 
e muito raramente nos 
sistemas de alta tensão, 
devido à sua baixa 
confiabilidade e à dificuldade 
de se obter sistemas 
seletivos.
Relé
6Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
• Já os relés representam outra gama de 
dispositivos, com as mais diferentes formas de 
construção e funções incorporadas, para 
aplicações diversas, dependendo da 
importância, do porte e da segurança da 
instalação considerada.
• Os relés sempre devem atuar sobre o 
equipamento responsável pela desconexão do 
circuito elétrico afetado, normalmente o 
disjuntor ou o religador.
Religador
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Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
• Religador é um dispositivo utilizado em sistemas elétricos com a função de protegê-los 
contra problemas transitórios. 
• São geralmente aplicados em linhas aéreas de transmissão e de distribuição de energia, 
buscando reduzir o tempo de interrupção de fornecimento de energia no casos de 
problemas não permanentes. 
• Ao detectar algum defeito o religador realiza um ciclo pré-
programado de aberturas e fechamentos até o 
desaparecimento do defeito ou até se considerar que o 
defeito é permanente.
• No caso de defeito permanente, o religador ficará aberto 
para proteger o sistema elétrico, até que seja rearmado 
manualmente ou via telecomando após a solução do 
problema que causou a atuação do religador. 
• No caso de linhas aéreas de distribuição ou transmissão, a maioria dos defeitos são 
transitórios, provocados por toques de partes de plantas nas linhas, induzidas por 
rajadas de vento ou por materiais sendo levados pelo vento. 
• O desligamento e posterior religamento, são suficientes para evitar grandes 
problemas no sistema elétrico, e se reduz drasticamente a indisponibilidade de 
energia para os consumidores ligados à linha em questão. 
8Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Religador
• Os religadores podem ser classificados quanto ao meio de 
interrupção de arco em: 
• Interrupção em óleo;
• Interrupção em gás SF6 ;
• Interrupção em vácuo 
Detecção de um Defeito em um Sistema 
Elétrico
• A detecção de um defeito em um sistema elétrico é obtida, de forma geral, pela 
aplicação de um dos seguintes critérios:
• Elevação da corrente.
• Elevação e redução da tensão.
• Inversão do sentido da corrente.
• Alteração da impedância do sistema.
• Comparação de módulo e ângulo de fase na entrada e na saída do sistema.
9Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Termos Clássicos de Proteção de Sistemas de Potência
• Corrente nominal: é o valor da corrente secundária que pode circular 
permanentemente no relé.
• Corrente de ajuste: é o valor da corrente ajustada no relé, acima da qual o relé atuará.
• Corrente de acionamento: é o valor da corrente que provoca a atuação do relé de 
proteção.
• Corrente máxima admissível: é o valor máximo da corrente que pode suportar os 
componentes do relé, tais como bobinas, contatos, elementos eletrônicos etc., durante 
um tempo especificado.
• Consumo: é o valor da energia solicitada pelo relé aos equipamentos de medida aos 
quais está conectado, durante o seu funcionamento.
10Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
• Potência nominal: é o valor da potência que é requerida pelo relé e fornecida pelos 
transformadores de potencial e de corrente.
• Tensão nominal: é o valor da tensão para o qual foi isolado o dispositivo.
• Tensão de serviço: é a tensão do sistema ao qual o relé está conectado.
• Tensão máxima admissível: é o valor da tensão máxima a que pode ficar submetido o 
relé em operação.
• Temporização: é o valor do tempo, normalmente em segundos, ajustado no relé, para o 
qual o mesmo atuará.
11Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Termos Clássicos de Proteção de Sistemas de Potência
Estrutura Básica de um Sistema de Proteção
12Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
a) Unidade de entrada: Corresponde aos equipamentos que recebem as informações de 
distúrbios do sistema elétrico, tais como transformadores de corrente e de potencial, e 
enviam esses sinais à unidade de conversão do relé de proteção. 
Também oferecem uma isolação elétrica entre o sistema e os dispositivos de proteção, 
evitando que tensões e correntes elevadas sejam conduzidas a esses dispositivos.
b) Unidade de conversão de sinal: É o elemento interno aos relés que recebe os sinais dos 
transformadores de corrente e de potencial e os transforma em sinais com modulação 
adequada ao nível de funcionamento dos relés. 
Na proteção com relés primários não existe a unidade de conversão, já que a corrente 
e/ou a tensão da rede são aplicadas diretamente sobre a unidade de disparo do 
disjuntor.
13Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Estrutura Básica de um Sistema de Proteção
c) Unidade de medida: Ao receber os sinais da unidade de conversão, a unidade de 
medida compara as suas características (módulos da corrente e tensão, ângulo de 
fase, frequência etc.) com os valores que foram previamente armazenados nela e 
tidos como referência de operação. 
d) Fonte de tensão auxiliar: É a unidade que fornece energia às unidades de medida 
para processar as informações e à unidade de saída. 
Também fornece energia à unidadede acionamento, às vezes constituída por uma 
pequena bobina que aciona um contato auxiliar. 
A fonte auxiliar é constituída por uma bateria. 
14Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Estrutura Básica de um Sistema de Proteção
e) Unidade de saída: Pode ser constituída por uma pequena bobina acionando um 
contato auxiliar ou por uma chave semicondutora.
f) Unidade de acionamento: Normalmente é constituída por uma bobina de grossas 
espiras montada no corpo do elemento de desconexão do sistema, que pode ser 
um disjuntor ou um interruptor. 
A unidade de acionamento é característica dos sistemas de proteção com relés 
secundários. Na proteção com relés primários, a unidade de acionamento é 
ativada diretamente pelas unidades de entrada. 
15Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Estrutura Básica de um Sistema de Proteção
16Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Equipamentos da Estrutura de Proteção
17Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
• TC – transformador de corrente: equipamento responsável pelo suprimento da corrente ao 
elemento de avaliação da corrente (A) que se quer controlar.
• TP – transformador de potencial: equipamento responsável pelo fornecimento da tensão 
ao elemento de avaliação da tensão (A) que se quer controlar.
• D – interruptor ou disjuntor responsável pela desconexão do sistema.
• F – fonte auxiliar de corrente que supre os diversos elementos envolvidos na proteção. Em 
geral, trata-se de uma fonte de corrente contínua.
• A – elemento de avaliação das medições de corrente e tensão que tem as seguintes 
funções:
– gerenciar as condições operacionais do componente elétrico protegido, tais como a linha 
de transmissão, o transformador de potência etc.;
– decidir, a partir dos valores recebidos de corrente e tensão, as condições em que se dará 
a operação de desconexão.
Equipamentos da Estrutura de Proteção
• B – elemento lógico da estrutura de proteção; recebe as informações do elemento 
de avaliação, procede à comparação com os valores ajustados e libera o sinal de 
atuação para o interruptor ou disjuntor.
• C – elemento que modula o sinal de disparo do interruptor ou disjuntor.
• S – elemento de sinalização ótica ou visual de todas as operações realizadas na 
estrutura básica de proteção.
• K – responsável pela recepção de sinais de comando originados ou não de outros 
pontos distantes da parte do sistema sob proteção; pode ser a própria régua de 
borne dos condutores dos circuitos de proteção.
18Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Equipamentos da Estrutura de Proteção
Falhas de um sistema de Potência
• Os curtos-circuitos correspondem às falhas mais severas que ocorrem num sistema 
elétrico de potência. 
• São eventos resultantes de um defeito na isolação de um ponto qualquer sob tensão da 
rede considerada ou de uma ação involuntária sobre o sistema. 
• Como consequência direta são obtidos valores de corrente extremamente elevados, 
capazes de provocar danos irreparáveis à instalação se não houver correta interferência 
do sistema de proteção. 
• Os curtos-circuitos podem se dar:
• entre as três fases,
• entre duas fases quaisquer, compreendendo ou não a terra, 
• entre uma fase qualquer e a terra.
19Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Falhas de um sistema de Potência
• As sobrecargas são caracterizadas pela elevação moderada da corrente, acima dos 
valores admitidos no projeto. 
• Ao contrário dos curtos-circuitos, as sobrecargas não constituem uma falha de 
instalação, mas sim um procedimento muitas vezes incorreto de sua operação, seja 
pela aquiescência de introdução de uma nova carga no circuito, seja pelo aumento 
da carga mecânica admitida no eixo dos motores etc. 
• Enquanto os curtos-circuitos são de curta duração, em geral as sobrecargas são 
prolongadas.
20Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Estatísticas das interrupções
• As concessionárias de energia elétrica, geradores e distribuidores, acompanham e avaliam 
rigorosamente as interrupções de seus sistemas, a fim de se orientarem no planejamento 
estratégico e operacional, objetivando melhorar a qualidade de fornecimento de energia a 
seus clientes.
• Dados médios das interrupções dos sistemas de geração e transmissão relativos ao sistema 
elétrico brasileiro.
a) Causas das interrupções
• Fenômenos naturais: 48%.
• Falhas em materiais e equipamentos: 12%.
• Falhas humanas: 9%.
• Falhas diversas: 9%.
• Falhas operacionais: 8%.
• Falhas na proteção e medição: 4%.
• Objetos estranhos sobre a rede: 4%.
• Condições ambientais: 6%.
21Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Estatísticas das interrupções
b) Origem das interrupções:
• Linha de transmissão: 68%.
• Rede de distribuição: 10%.
• Barramento de subestação: 7%.
• Transformador de potência: 6%.
• Gerador: 1%.
• Próprio sistema: 4%.
• Consumidor: 4%.
22Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
c) Duração das interrupções (T em 
minutos)
• 1 < T ≤ 3: 57%.
• 3 < T ≤ 15: 21%.
• 15 < T ≤ 30: 6%.
• 30 < T ≤ 60: 4%.
• 60 < T ≤ 120: 3%.
• T > 120: 9%.
Estatísticas das interrupções
• As interrupções também podem ser contabilizadas ao longo dos meses do ano, o que varia 
em cada região dependendo, principalmente, das condições climáticas.
• Podem-se acrescentar a essas estatísticas as interrupções quanto ao tipo de curto-circuito:
• Curto-circuito trifásico: 8%.
• Curto-circuito bifásico: 14%.
• Curto-circuito fase e terra: 78%.
• Existe um tipo de interrupção bastante característico dos sistemas de distribuição, urbano 
ou rural, denominado defeito fugitivo. 
• Corresponde à falta monopolar à terra de curtíssimo tempo, como, por exemplo, a palha de 
uma palmeira tocando os condutores de uma rede aérea devido a uma rajada moderada de 
vento. 
• As estatísticas mostram que cerca de 80% do total das interrupções são classificadas como 
fugitivas.
23Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Custos das interrupções
• As interrupções geram custos de duas naturezas, ou seja:
a) Custos financeiros
• Correspondem à perda de faturamento da concessionária devido à energia não 
vendida.
b) Custo social
• Nesse caso há duas maneiras de avaliar a interrupção:
• Custos financeiros do cliente.
• Perda de faturamento de sua unidade de negócio, no caso de atividades industriais e 
comerciais.
• Custos com a imagem da concessionária junto aos seus clientes.
• É o investimento em marketing que a concessionária deve realizar para manter os 
seus clientes satisfeitos com o serviço que presta. 
• Isso é importante quando há competitividade entre empresas do setor.
24Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Requisitos Básicos de um Sistema de Proteção
• Um projeto de proteção deve considerar algumas propriedades fundamentais para se 
obter um bom desempenho:
• Seletividade
• Zonas de atuação
• Velocidade
• Sensibilidade
• Confiabilidade
• Automação
a) Seletividade
• Técnica utilizada no estudo de proteção e coordenação, por meio da qual somente o 
elemento de proteção mais próximo do defeito desconecta a parte defeituosa do 
sistema elétrico.
25Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Requisitos Básicos de um Sistema de Proteção
b) Zonas de atuação
• Durante a ocorrência de um defeito, o elemento de proteção deve ser capaz de definir se aquela 
ocorrência é interna ou externa à zona protegida. 
• Se a ocorrência está nos limites da zona protegida, o elemento de proteção deve atuar e acionar 
a abertura do disjuntor associado, num intervalo de tempo definido no estudo de proteção. 
• Se a ocorrência está fora dos limites da zona protegida, o relé não deve ser sensibilizado pela 
grandeza elétrica do defeito ou, se o for, deve ter bloqueado o seu sistema restritor de atuação.
c) Velocidade
• Desde que seja definido um tempo mínimo de operação para um elemento de proteção, a 
velocidade de atuação deve ser a de menor valor possível, a fim de propiciar as seguintescondições favoráveis:
• Reduzir ou mesmo eliminar as aviaras no sistema protegido.
• Reduzir o tempo de afundamento da tensão durante as ocorrências nos sistemas de potência.
• Permitir a ressincronização dos motores.
26Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Requisitos Básicos de um Sistema de Proteção
d) Sensibilidade
• Consiste na capacidade de o elemento de proteção reconhecer com precisão a faixa e 
os valores indicados para a sua operação e não operação.
• Para avaliar numericamente o nível de sensibilidade de um elemento de proteção, 
pode-se aplicar a equação abaixo:
• Iccmi – corrente de curto-circuito em seu valor máximo, tomado no ponto mais extremo 
da zona de proteção, considerando a condição de geração mínima;
• Iac – corrente de acionamento do elemento de proteção, isto é, o valor mínimo da 
corrente capaz de acionar o referido elemento de proteção.
• Para conseguir um nível de sensibilidade adequada deve-se ter: 1,5 Ns < 2.
27Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Requisitos Básicos de um Sistema de Proteção
e) Confiabilidade
• É a propriedade de o elemento de proteção cumprir com segurança e exatidão as funções 
que lhe foram confiadas.
f) Automação
• Consiste na propriedade de o elemento de proteção operar automaticamente quando for 
solicitado pelas grandezas elétricas que o sensibilizam e retornar sem auxílio humano, se 
isso for conveniente, à posição de operação depois de cessada a ocorrência.
• Existem ainda outras propriedades fundamentais para o bom desempenho dos dispositivos 
de proteção:
• Os relés não devem ser sensibilizados pelas sobrecargas e sobretensões momentâneas.
• Os relés não devem ser sensibilizados pelas oscilações de corrente, tensão e frequência 
ocorridas naturalmente no sistema, desde que consideradas normais pelo projeto.
• Os relés devem ser dotados de bobinas e circuitos de pequeno consumo de energia.
• Os relés devem ter suas características inalteradas para diferentes configurações do 
sistema elétrico.
28Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Tipos de Proteção dos Sistemas Elétricos
• Cada componente de um sistema elétrico é especificado em função das condições 
operativas desse sistema no qual irá funcionar, de forma que suas características 
técnicas não sejam superadas.
• Os sistemas elétricos estão sujeitos permanentemente a eventos que devem ser 
controlados, monitorados ou simplesmente eliminados.
• Para que se possa operar um sistema elétrico com o maior grau de confiabilidade é 
necessária a utilização de um conjunto de proteções, cada uma específica para um 
determinado evento.
29Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Proteção de sobrecorrentes
• Sobrecorrentes são os eventos mais comuns que ocorrem nos sistemas elétricos de 
forma geral. 
• Também submetem os componentes elétricos aos maiores níveis de desgaste e 
comprometimento de sua vida útil.
• As sobrecorrentes podem ser classificadas, quanto a dois diferentes níveis:
• Sobrecargas;
• Curtos-circuitos.
30Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
• São variações moderadas da corrente que flui no sistema elétrico. 
• Se ocorrerem limitadas no seu módulo e no tempo, não prejudicam os componentes elétricos do 
sistema. 
• O sistema elétrico já é projetado para permitir sobrecargas por tempo limitado, como é o caso 
dos transformadores de potência que, dependendo da carga anterior à sobrecarga, podem 
suportá-la por um longo período de tempo. 
• Também há sobrecargas que devem ser toleradas, já que são inerentes à operação do sistema 
elétrico. 
• É o caso da partida dos motores elétricos de indução.
• Quando o valor da corrente de sobrecarga ultrapassa os limites permitidos de qualquer dos 
componentes de um sistema elétrico, o valor da corrente deve ser reduzido ou o equipamento 
retirado de operação.
• Os dispositivos mais utilizados para a proteção contra os eventos de sobrecarga são os relés 
térmicos. 
• Também são utilizados outros tipos de relés: eletromecânicos, eletrônicos e digitais com 
temporizações moderadas.
31Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Sobrecargas
Curtos-circuitos
• Os curtos-circuitos são variações extremas da corrente que flui no sistema elétrico. 
• Se não forem limitados no seu módulo e no tempo, danificam os componentes 
elétricos por meio dos quais são conduzidos. 
• Enquanto os tempos permitidos nos eventos de sobrecarga podem chegar a vários 
segundos (tempo de rotor travado pode ser tolerado, por exemplo, até 
aproximadamente 15 segundos, dependendo das características do motor), os 
tempos permitidos para a duração dos curtos-circuitos não devem superar o valor 
de 2 segundos. 
• Normalmente, devem ser limitados entre 50 e 1000 ms. 
• Os dispositivos de proteção devem ser extremamente velozes e os equipamentos 
de manobra, no caso os disjuntores e religadores, devem ter capacidade adequada 
para operar em condições extremas de corrente.
32Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Características básicas de interrupção das 
correntes de curto-circuito
a) Capacidade de interrupção:
• É a corrente máxima que o equipamento de manobra deve ser capaz de interromper em 
condições definidas por documentos normativos e está relacionada à tensão, à frequência 
natural do sistema, ao ciclo de operação etc.
b) Capacidade de fechamento em curto-circuito:
• Os equipamentos de manobra, devem ter o mesmo valor da capacidade de fechamento em 
curto-circuito do que a capacidade de interrupção. 
• Em casos específicos, a capacidade de fechamento em curto-circuito deve ser superior à 
capacidade de interrupção.
• Os dispositivos mais utilizados para a proteção contra os eventos de curto-circuito em baixa e 
média tensão são os fusíveis. 
• Nos sistemas de potência os relés são os dispositivos mais utilizados na eliminação dos curtos-
circuitos e podem ser eletromecânicos, eletrônicos e digitais, todos eles graduados com 
temporizações muito pequenas.
33Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Proteção de sobretensões
• Os sistemas elétricos de potência têm como limite a tensão máxima de operação durante 
a ocorrência de uma falta. 
• Considerando o restabelecimento do sistema para o regime permanente, os valores de 
tensão máxima não devem superar o valor de 110% da tensão nominal. 
• Se a tensão do sistema superar o valor limite de 110% do valor nominal, os relés de 
sobretensão, atuação instantânea e temporizada, devem ter os seus dispositivos 
adequados de proteção atuando sobre os disjuntores.
• As sobretensões podem aparecer nos sistemas elétricos por meio de diferentes origens, 
ou seja:
• Descargas atmosféricas.
• Chaveamento.
• Curtos-circuitos monopolares.
34Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Sobretensões por descargas atmosféricas
• As sobretensões por descarga atmosférica são um evento que pode envolver todas as fases do 
sistema ou somente uma fase.
• A fricção entre as partículas de água e gelo que formam as nuvens, provocada pelos ventos 
ascendentes de forte intensidade, dão origem a uma grande quantidade de cargas elétricas. 
• Verifica-se experimentalmente que as cargas elétricas positivas ocupam a parte superior da 
nuvem, enquanto as cargas elétricas negativas se posicionam na sua parte inferior, gerando, 
uma intensa migração de cargas positivas na superfície da terra para a área correspondente à 
localização da nuvem.
• A concentração de cargas elétricas positivas e negativas numa determinada região faz surgir 
uma diferença de potencial entre a nuvem e a terra. 
• O ar apresenta uma determinada rigidez dielétrica e que depende de certas condições 
ambientais.
• O aumento dessa diferença de potencial, que se denomina gradiente de tensão, poderá atingir 
um valor que supere a rigidez dielétrica do ar, interposto entre a nuvem e a terra, fazendo com 
que as cargas elétricas negativas migrem na direção da terra, num trajeto tortuoso e 
normalmente cheio de ramificações,cujo fenômeno é conhecido como descarga piloto. 
35Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Sobretensões por descargas atmosféricas
• É de aproximadamente 1 kV/mm o valor do gradiente de tensão para o qual a rigidez dielétrica do 
ar é rompida.
• Mantendo elevado o gradiente de tensão na região entre a nuvem e a terra, surge, em função da 
aproximação do solo de uma das ramificações da descarga piloto, uma descarga ascendente, 
constituída de cargas elétricas positivas, denominada descarga de retorno.
• Ao atingir a nuvem, a descarga de retorno provoca, numa determinada região da mesma, uma 
neutralização eletrostática temporária. 
• Na tentativa de manter o equilíbrio dos potenciais elétricos no interior da nuvem, surgem intensas 
descargas que resultam na formação de novas cargas negativas na sua parte inferior, dando início a 
uma nova descarga da nuvem para a terra, tendo como canal condutor aquele seguido pela 
descarga de retorno que em sua trajetória ascendente deixou o ar intensamente ionizado.
• As descargas reflexas ou secundárias podem acontecer repetidas vezes após cessada a descarga 
principal.
• 90% das descargas atmosféricas têm polaridade negativa. 
• As redes aéreas podem ser submetidas às sobretensões devidas às descargas atmosféricas de 
forma direta ou indireta.
36Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Sobretensões por descargas diretas
• As redes aéreas de média e baixa tensão são mais afetadas pelas descargas atmosféricas do que 
as redes aéreas de nível de tensão mais elevado, devido ao baixo grau de isolamento dessas 
redes. 
• As descargas diretas apresentam uma taxa de crescimento da tensão na faixa de 100 a 2.000 
kV/μs.
• Para evitar a descarga diretamente sobre a rede elétrica são projetados sistemas de blindagem 
tais como cabos para-raios, denominados cabos guarda, instalados acima dos condutores vivos da 
linha, ou para-raios atmosféricos de haste normalmente instalados nas estruturas das 
subestações de potência. 
• A blindagem criada em torno da rede permite limitar a magnitude das sobretensões.
• As redes aéreas de distribuição primárias e secundárias de áreas urbanas são protegidas 
naturalmente contra as descargas atmosféricas diretas por meio de objetos próximos tais como 
edificações, árvores e outras linhas em paralelo, todos com altura igual ou superior a altura dos 
condutores das referidas redes. 
• Essas blindagens naturais contra as descargas diretas não impedem as sobretensões induzidas 
decorrentes das descargas sobre os objetos próximos, anteriormente mencionados.
37Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Sobretensões por descargas indiretas 
induzidas
• Se a rede elétrica for dotada de uma blindagem com 
cabos para-raios, eles serão os condutores que 
ficarão submetidos à tensão induzida e à corrente 
associada. 
• Devido às capacitâncias próprias e mútuas entre os 
condutores de blindagem e os condutores vivos, é 
desenvolvida nos condutores uma onda de tensão 
acoplada. 
38Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Sobretensões por descargas indiretas induzidas
• A impedância no pé da torre influi na tensão no topo da torre, devido às ondas de 
reflexão.
• As descargas atmosféricas cujo ponto de impacto é próximo às redes aéreas podem 
induzir uma tensão nessas redes cujo valor não supera o valor de 500 kV. 
• Tratando-se de redes com tensão nominal superior a 69 kV ou dotadas de cabos 
para-raios para blindagem, o seu nível de isolamento é compatível com os valores 
das sobretensões induzidas, não acarretando falha nas isolações. 
• No entanto, redes aéreas com tensão nominal igual ou inferior a 69 kV podem falhar 
por tensões induzidas. 
• As redes de 69 kV, por exemplo, apresentam uma tensão suportável de impulso (TSI) 
para surtos atmosféricos de 355 kV.
39Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Sobretensões por chaveamento
• As maiores incidências de sobretensões por chaveamento decorrem normalmente da 
rejeição de grandes blocos de carga, desligamentos intempestivos de alimentadores e 
perda de sincronismo entre dois subsistemas.
• Além disso, as sobretensões de efeito menos severo podem ser resultado de vários outros 
fenômenos de origem interna ao sistema elétrico:
• Eliminação das correntes de curto-circuito.
• Chaveamento de banco de capacitores.
• Chaveamento de reatores.
• Energização de transformadores de potência.
• Energização de linhas de transmissão.
• Religamento de linhas de transmissão.
• Ressonância série ou paralelo.
40Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Proteção de frequência
• A proteção de frequência é empregada nos sistemas elétricos quando são atingidos por eventos de 
sobrefrequência ou subfrequência, como resultado da alteração na velocidade das máquinas 
girantes; as consequências são aquecimento, vibrações etc.
• Os sistemas elétricos normalmente operam com uma faixa de frequência estreita. 
• Para os sistemas de 60 Hz a frequência não deve superar o valor de 62 Hz. 
• Até esse valor, são toleráveis tempos de resposta das proteções em cerca de 2 s.
• As sobrefrequências não afetam, a integridade dos componentes elétricos. 
• Suas consequências aparecem na qualidade da energia fornecida, principalmente quando se trata de 
sistemas elétricos com elevado nível de equipamentos consumidores de tecnologia da informação.
• As variações da frequência podem ser resultado de eventos no sistema elétrico, como, a perda de 
um grande bloco de carga, que acelera a rotação dos geradores síncronos.
• Os sistemas elétricos podem operar por pequenos intervalos de tempo com valores de frequências 
não inferiores a 58 Hz, para sistemas de 60 Hz, podendo chegar, em alguns casos extremos, a valores 
de 56 Hz. 
• Para frequências inferiores deve haver atuação do sistema de proteção.
• A função de proteção de frequência opera, normalmente, em uma faixa de frequência entre 25 e 70 
Hz, funcionando tanto para sobrefrequência quanto para subfrequência.
41Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Proteção de sobre-excitação
• Esse tipo de proteção detecta e registra níveis de indução muito elevados, gerados por 
uma elevação de tensão e/ou eventos de subfrequência. 
• Níveis de indução muito elevados conduzem à saturação dos núcleos de ferro, 
ocasionando perdas excessivamente elevadas por correntes parasitas e uma elevação 
inadmissível do nível de temperatura da máquina. 
• A proteção de sobreexcitação é chamada a operar nessas circunstâncias, normalmente 
caracterizada por sistemas ilhados ou sistemas com baixo nível de curto-circuito.
• A proteção por sobre-excitação é determinada a partir do quociente entre a tensão 
máxima do sistema e da frequência a que está submetido.
42Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Seletividade
• É a característica que um sistema de proteção deve ter para que, ao ser submetido a 
correntes anormais, faça atuar os dispositivos de proteção de maneira a desenergizar 
somente a parte do circuito afetado.
• Em um projeto de um sistema de proteção cada elemento protetor deve ter uma 
abrangência de atuação, denominada simplesmente zona de proteção.
a) Proteção de primeira linha
• Corresponde ao elemento de proteção para o qual é definida uma zona de responsabilidade 
dentro de limites predefinidos, devendo atuar num tempo previamente ajustado, sempre 
que ocorrer um defeito nessa zona.
b) Proteção de segunda linha ou de retaguarda
• Corresponde ao elemento de proteção responsável pela desconexão do sistema caso haja 
uma falha na proteção de primeira linha, dentro de um intervalo de tempo definido no 
projeto de coordenação.
43Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Seletividade Amperimétrica
• Também conhecida como seletividade por corrente, esse tipo de seletividade 
fundamenta-se no princípio de que as correntes de curto-circuito aumentam à 
medida que o ponto de defeito se aproxima da fonte de suprimento. 
• É mais utilizada nos sistemasde baixa tensão, em que a impedância dos circuitos 
elétricos é significativa, em comparação aos sistemas de média ou alta tensão.
• Esse princípio também é aplicado aos sistemas de distribuição de energia elétrica, 
através do uso de elos fusíveis em que as impedâncias dos condutores variam de 
forma significativa à medida que se afastam da subestação de potência. 
• Nos sistemas de transmissão de curta distância, as correntes de defeito não 
apresentam grandes variações nos diferentes pontos de falta, o que dificulta a 
aplicação desses procedimentos.
44Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Seletividade Cronométrica
• Os procedimentos desse tipo de seletividade fundamentam-se no princípio de que a 
temporização intencional do dispositivo de proteção próximo ao ponto de defeito 
deve ser inferior à temporização intencional do dispositivo de proteção a montante. 
• Isso significa que a seletividade cronométrica consiste em retardar uma proteção 
instalada a montante para que a proteção instalada a jusante tenha tempo suficiente 
para atuar eliminando e isolando a falta.
• A diferença dos tempos de disparo de duas proteções consecutivas deve corresponder 
ao tempo de abertura do disjuntor, acrescido de um tempo de incerteza de atuação 
das referidas proteções. 
• Essa diferença, denominada intervalo de coordenação, é assumida com valores entre 
200 e 400 ms.
45Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Seletividade lógica
• Esse conceito de seletividade é mais moderno e surgiu em função da utilização dos relés 
digitais.
• A seletividade lógica é um sistema lógico que combina um esquema de proteção de 
sobrecorrente com um esquema de comunicação utilizando fio piloto ou outro meio 
equivalente de forma a obter uma proteção com intervalos de tempo extremamente 
reduzidos, porém seletivos.
• A seletividade lógica é mais facilmente aplicada em sistemas radiais, podendo ser 
desenvolvida em sistemas em anel, quando são utilizados relés de sobrecorrentes 
direcionais.
• A seletividade lógica elimina os inconvenientes observados nos esquemas de seletividade 
amperimétrica e cronométrica.
• O sucesso da seletividade lógica está nos projetos de instalações novas nos quais todos os 
relés são implantados na versão digital. 
• Para instalações em operação na qual já existem em funcionamento disjuntores de baixa 
tensão, por exemplo, a seletividade lógica pode ser impraticável.
46Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Sistemas de Comunicação
• Para que possa existir troca de informações entre os elementos de proteção de um 
sistema elétrico, que compreende a comunicação entre subestações e entre as 
subestações e os centros de operação, é necessário um sistema de comunicação 
que pode ser constituído de diferentes meios.
• Em muitos casos, as concessionárias de energia elétrica são obrigadas a instalar seu 
próprio sistema de comunicação devido à inexistência de um sistema público 
confiável que penetre nas áreas onde operam as instalações elétricas das empresas 
de energia. 
• Essas empresas necessitam transmitir tanto dados como voz.
47Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
• Os vários meios de um sistema de comunicação podem ser assim resumidos:
• Linhas físicas
• Existem dois meios de comunicação através de linhas físicas:
– Fio piloto.
– Fibra ótica.
• Rádio: Podem ser utilizadas várias frequências: alta frequência, muito alta 
frequência, ultra alta frequência e super alta frequência.
• Onda portadora: São utilizadas as próprias linhas de transmissão da 
concessionária.
48Tópicos Especiais em Sistemas de Energia Elétrica 
Sistemas de Comunicação