Proteção de linhas de transmissão

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Proteção do sistema elétrico de 
potência
Proteção de linhas de 
transmissão
Bloco 1
Joubert R. S. Júnior
Proteção de linhas de transmissão
► A proteção das linhas de transmissão deve ser realizada por dispositivos 
independentes e específicos para cada elemento da linha de transmissão. 
Devem garantir a proteção tanto em condições normais ou durante 
perturbações.
► O sistema de proteção requer características de sensibilidade, 
seletividade, rapidez e confiabilidade, a fim de que seu desempenho não 
comprometa a segurança do sistema elétrico.
Fonte: elaborada pelo autor.
Figura 1 – Definições conceituais
Proteção de retaguarda: destina-se a atuar quando da 
eventual falha de outro sistema de proteção.
Proteção restrita: destina-se a detectar e eliminar, 
seletivamente e sem retardo de tempo intencional, 
falhas que ocorram apenas no COMPONENTE 
protegido.
Proteção gradativa ou irrestrita: destina-se a detectar 
e eliminar falhas que ocorram no COMPONENTE 
protegido.
Proteção principal: esquema de proteção composto 
por um sistema de proteção restrita e um sistema de 
proteção gradativa ou irrestrita.
Proteção de linhas de transmissão
A Figura 1 ilustra conceitos importantes sobre proteções.
Proteção de linhas de transmissão
► As proteções deverão possuir saídas com dois circuitos de disparo
independente para acionar os disjuntores. A supervisão dos circuitos
de corrente contínua dos relés de proteção e religamento automático
deverão ser previsto na fase de projeto.
► E sincronismo de forma a indicar qualquer anormalidade que possa
implicar em perda da confiabilidade operacional do sistema de
proteção.
Proteções de linhas de transmissão
Figura 2 – Eventos indesejáveis em um linha de 
transmissão
Fonte: elaborada pelo autor.
As linhas de transmissão estão sujeitas à incidência dos seguintes eventos:
Descargas 
atmosféricas
Vandalismo
Curtos-
circuitos
Queimadas
Vendavais
Proteções de linhas de transmissão
Figura 3 – Torre de transmissão sendo atingida por uma descarga atmosférica
Fonte: gip311/iStock.com.
Proteções de linhas de transmissão
• As proteções nas linhas de transmissão são compostas por:
Proteções de linhas de transmissão
► Função do nível de tensão.
► Localização: urbanas ou rurais.
As linhas de transmissão são dividas em:
69kV
88kV
138kV
230kV
345kV
500kV
<500kV
Figura 4 – Nível de tensão
Fonte: elaborada pelo autor.
Proteções de linhas de transmissão
Figura 5 – Ilustração de uma linha de transmissão
Fonte: John-Kelly/iStock.com.
► As linhas urbanas conectam duas 
subestações de potência em uma 
determinada área urbana.
► As linhas de transmissão rurais 
conectam duas subestações em área 
rural, normalmente os afastamentos 
entres postes ou torres possuem 
grandes distâncias.
Proteções de linhas de transmissão
◙ Função 21: proteção de distância.
◙ Função 21N: proteção de distância 
de neutro.
◙ Função 27: proteção contra 
subtensão.
◙ Função 3P: direcional de potência 
ativa.
◙ Função 46: desbalanço de 
corrente de sequência negativa.
◙ Função 50: proteção instantânea 
de fase.
◙ Função 50N: proteção 
instantânea de neutro.
◙ Função 50BF: proteção contra 
falha de disjuntor.
◙ Função 51: proteção 
temporizada de fase.
As proteções mais utilizadas nos terminais das linhas de transmissão, 
independente do nível de tensão são:
Proteções de linhas de transmissão
◙ Função 51N: proteção 
temporizada de neutro.
◙ Função 59: proteção contra 
sobretensão.
◙ Função 67: proteção direcional de 
fase.
◙ Função 67N: proteção direcional 
de neutro.
◙ Função 79: religamento.
◙ Função 85: proteção auxiliar de 
carrie (bloqueio de abertura do 
disjuntor).
◙ Função 86: bloqueio de segurança.
◙ Função 87L: proteção diferencial 
de linha
Cálculo de ajuste do relé de 
sobrecorrente
Bloco 2
Joubert R. S. Júnior
Cálculo de ajuste
𝐼𝑡𝑓 =
𝐾𝑡𝑓 𝑥 𝐼𝑐
𝑅𝑇𝐶
𝐼𝑚 =
𝐾𝑚 𝑥 𝐼𝑐
𝑅𝑇𝐶
Ktf – fator de multiplicação da 
sobrecorrente admitida, pode variar de 
1,2 a 1,5.
Ic – corrente de carga, em A.
RTC - relação de transformação de 
corrente.
Km – fator de multiplicação da 
corrente de desequilíbrio admitida 
que pode variar de 0,10 a 0,30.
A corrente de tape da unidade temporizada de 
fase deve ser ajustada conforme a equação:
A corrente de tape unidade temporizada de neutro 
deve ser ajustada de acordo com a equação:
Cálculo de ajuste
𝑖𝑓 =
𝐹𝑎𝑠𝑠 𝑥 𝐼𝑐𝑐𝑓
𝐼𝑎𝑡𝑓
𝑥 𝐹𝑓 𝑥 𝐼𝑡𝑓 𝐴
A corrente de tape da unidade instantânea de fase dever ser 
ajustada conforme equação:
Iccf – corrente de curto-circuito trifásica, valor eficaz, em A.
Fass – fator de assimetria da corrente de curto-circuito trifásica.
Ff – fator de multiplicação de ajuste de corrente de fase.
Iatf – corrente de acionamento da unidade temporizada de fase, em A.
Cálculo de ajuste
𝑖𝑓 =
𝐹𝑚𝑐𝑑 𝑥 𝐼𝑐𝑓𝑡
𝐼𝑎𝑡𝑛
𝑥 𝐹𝑛 𝑥 𝐼𝑡𝑛 𝐴 𝑀 =
𝐼𝑚
𝑅𝑇𝐶 𝑥𝐼𝑡𝑓
A corrente de tape da unidade instantânea de 
neutro deve ser ajustada de acordo com a 
equação:
Icft – corrente de curto-circuito fase e terra, valor eficaz, 
em A.
Fmcd – fator de assimetria.
Fn– fator de multiplicação de ajuste de corrente de 
neutro.
Iatn – corrente de acionamento da unidade temporizada 
de neutro, em A.
A seleção da curva de atuação do relé é feita com base no 
múltiplo da corrente de acionamento, de acordo com a 
equação:
M – múltiplo da corrente de acionamento.
Im – corrente máxima admitida no circuito, 
que pode ser uma corrente de sobrecarga 
ou curto-circuito.
Proteção em transformadores
Bloco 3
Joubert R. S. Junior
Proteção em transformadores
O transformador de potência 
representa o equipamento com 
maior relevância em uma 
subestação, por este motivo as 
proteções devem ser 
cuidadosamente especificadas.
Figura 6 – Transformador de potência
Fonte: Pirotehnik/iStok.com.
Proteção em transformadores
Fonte: elaborada pelo autor.
Figura 7 – Falhas no transformadores
As falhas nos transformadores estão associadas em dois 
contextos:
Falhas internas Falhas externas
Proteção em transformadores
As falhas internas dividem em:
►Faltas associadas à temperatura e pressão: sobreaquecimento, 
sobrepressão e sobrefluxo do líquido refrigerante.
► Falhas ativas: curtos-circuitos entre espiras do enrolamento, curto-
circuito entre fases, curtos-circuitos nos enrolamentos conectados em 
delta e estrela, flashovers (arco elétrico) sobre as buchas, condições do 
óleo isolante, além dos diversos tipos de avarias.
Proteção em transformadores
As falhas externas são originadas no sistema elétrico em 
função da elevação do nível de corrente, sendo 
representado por:
Falhas 
externas
Elevação 
nível de 
corrente
Figura 8 – Relação falha interna e corrente elétrica
Fonte: elaborada pelo autor.
Proteção em transformadores
• Curto-circuito.1
• Sobrecargas.2
• Sobretensão.3
• Subfrequência.4
Figura 9 – Falhas externas
Fonte: elaborada pelo autor.
Proteção em transformadores
A potência nominal do transformador define as funções de proteção 
necessárias para garantir a confiabilidade operacional dos transformadores.
As funções que os dispositivos de proteções devem apresentar para proteção 
dos transformadores de potência são:
Proteção em transformadores
Função 23: dispositivo 
de controle de 
temperatura.
Função 51: proteção de 
sobrecorrente 
temporizadas de fase.
Função 63C: proteção 
contra presença de gás 
no comutador de 
derivação
Função 26: proteção 
térmica.
Função 51N: proteção de 
sobrecorrente 
temporizadas de neutro.
Função 63A/C: proteção 
contra sobrepressão de 
gás no comutador de 
derivação.
Função 27: proteção 
contra subtensão.
Função 51G: proteção 
contra sobrecorrente de 
terra temporizada.
Função 64: proteção de 
terra.
Função 30: dispositivo 
anunciador de eventos.
Função 51NS: proteção de 
neutro sensível.
Função 71: detector de 
nível de óleo do 
transformador.
Proteção em transformadores
Função 49 RMS: 
proteçãode sobrecarga 
por imagem térmica.
Função 59: proteção 
contra sobretensão.
Função 71C: detector de 
nível de óleo do 
comutador de derivação.
Função 50: proteção de 
sobrecorrente 
instantânea de fase.
Função 63: proteção 
contra a presença de gás.
Função 80: proteção para 
fluxo de óleo do 
comutador de derivação 
do regulador de tensão.
Função 50N: proteção 
de sobrecorrente 
instantânea de neutro.
Função 63A: proteção 
contra sobrepressão de 
gás do transformador.
Função 81: proteção 
contra subfrequência e 
sobrefrquência.
Função 87T: proteção 
diferencial de 
sobrecorrente.
Função 90: regulação de 
tensão.
Proteção em transformadores
Proteção por 
fusíveis
Por relé de 
sobrecorrente
Por relé 
diferencial de 
sobrecorrente
A proteção em transformadores exige a especificação e instalação de 
outros elementos para garantir a eficiência do sistema, sendo eles:
Figura 10 – Elementos de proteção em transformadores
Fonte: elaborada pelo autor.
Teoria em Prática
Bloco 4
Joubert R. S. Júnior
Reflita sobre a seguinte situação
Sabemos que o transformador é um elemento de muita importância em um 
sistema de potência. Outro elemento muito importante são barramentos. 
Sabendo que em determinada subestação de energia vem sofrendo 
constantes desligamentos não programados, você foi designado para 
analisar as proteções. O barramento instalado possui arranjo simples no 
primário e a subestação é de 69 kV.
Pensando em otimizar a avaliação, adotou como estratégia inicial verificar se 
os relés de proteção estão corretamente especificados. Considerando esta 
estratégia, qual seria o primeiro relé de proteção que você realizaria a 
inspeção, pensando inicialmente que a origem dos desligamentos estaria nos 
barramentos atuais estão atendendo os requisitos técnicos?
Norte para a resolução...
• Existem várias falhas que podem acarretar no desligamento da 
subestação, porém, ela é projetada com vários dispositivos de proteção 
com a finalidade de evitar estes desligamentos.
• Portanto, a primeira suspeita deve ser sobre estes dispositivos de 
proteção.
• Existe a possibilidade de algo parametrização equivocada, ou até mesmo 
um dispositivo inadequado em função das características da carga.
Norte para a resolução...
Passo 1: realizar uma inspeção em todos os relés designados para proteção 
da referida subestação.
Passo 2: para otimizar o tempo, e sabendo que a possível falha está no 
barramentos, a melhor escolha é inspecionar o relé principal designado 
para o barramento.
Norte para a resolução...
O Quadro 1 ilustra os principais tipos de proteção em um 
barramento.
Função Descrição Função Descrição
46 Proteção de fase terra aberta. 50Q Sobrecorrente instantânea de sequência negativa.
50 Proteção instantânea de fase. 51Q Sobrecorrente temporizada de sequência negativa.
50N Proteção instantânea de 
neutro.
64 Proteção de terra.
50BF Proteção contra falha no 
disjuntor.
67G Proteção direcional de terra.
51 Proteção temporizada de fase. 86 Bloqueio de segurança.
51N Proteção temporizada de 
neutro
87B Proteção diferencial de barramento.
Fonte: Mamede & Mamede (2011, [s.p.])
Quadro 1 – Proteções mais utilizadas para os barramentos
Norte para a resolução...
Pensando no conceito otimização de tempo, inicialmente traçamos como 
estratégia:
O relé a ser escolhido como prioridade de inspeção é o que possui função 87B 
(proteção diferencial de barramento).
A proteção de barramentos é feita com a utilização de relés diferenciais com função 
87B, que normalmente são instalados no interior de armários metálicos.
Norte para a resolução...
Importante: levando em consideração as boas práticas e manutenção:
▪ Identificar no projeto qual a especificação do relé diferencial.
▪ Verificar se as especificações de campo atendem as especificações do projeto.
Observação: graças ao avanço da tecnologia, as possíveis 
causas de faltas no sistema elétrico de potência já podem 
ser monitoradas via centro de controle, em funções dos 
diversos dispositivos instalados ao longo de todo o 
sistema!
Dica do Professor
Bloco 5
Joubert R. S. Júnior
Dica do professor
❶ BARBOSA, Daniel et al. Lógica nebulosa aplicada à proteção diferencial de 
transformadores de potência. Sba Controle & Automação, Campinas, v. 22, n. 5, p. 
467-478, out./2011.
❷ SEGATTO, Ê. C. et al . Alto desempenho na proteção diferencial de 
transformadores de potência com a utilização de redes neurais artificiais. Sba
Controle & Automação, Campinas, v. 14, n. 3, p. 309-320, set./2003.
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Referências
MAMEDE FILHO, João; MAMEDE, Daniel R. Proteção de sistemas elétricos 
de potência. Rio de Janeiro. LTC, 2017.
CAMINHA, A. C. Introdução à proteção dos sistemas elétricos. 16. 
reimpressão. São Paulo: Editora Blucher, 2019.
SEGATTO, Ê. C. et al. Alto desempenho na proteção diferencial de 
transformadores de potência com a utilização de redes neurais 
artificiais. Sba Controle & Automação, Campinas, v. 14, n. 3, p. 309-
320, set./2003.
Bons estudos!