Proteção de Geradores Elétricos

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PROTEÇÃO DE SISTEMAS DE 
ENERGIA ELÉTRICA II
Proteção de Geradores
Prof. Paulo Eduardo Darski Rocha, D.Sc.
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
PRINCIPAIS TIPOS DE RELÉS DE PROTEÇÃO
Funções de proteção para Gerador
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Os geradores síncronos são
máquinas elétricas constituídas
de enrolamentos estatóricos
instalados na sua parte fixa
denominada estator ou
armadura que está conectada à
rede elétrica, e de
enrolamentos rotóricos,
também denominados
enrolamentos de campo,
instalados na sua parte móvel
denominada rotor.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Características construtivas básicas
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
PROTEÇÃO DE GERADORES
Características construtivas básicas
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Os geradores síncronos podem ser fabricados
com um número reduzido ou elevado de
polos. As máquinas com pequeno número de
polos são denominadas geradores síncronos
de polos lisos, enquanto as máquinas
fabricadas com um elevado número de polos
são denominadas geradores síncronos de
polos salientes.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Características construtivas básicas
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Os geradores podem ser acionados por
diferentes máquinas primárias. Porém,
para cada tipo de máquina primária deve
corresponder a um projeto de gerador. As
máquinas primárias usuais são:
 Turbinas hidráulicas.
 Turbinas a vapor.
 Turbinas a gás natural.
 Motor a óleo diesel, óleo combustível
ou a gás natural.
 Turbinas eólicas.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Características construtivas básicas
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Os geradores síncronos acionados por
máquinas primárias de baixa rotação, como as
turbinas hidráulicas, são fabricados com
elevado número de polos (geradores de polos
salientes), enquanto os geradores acionados
por máquinas primárias de alta rotação, como
as turbinas térmicas, são fabricadas com
reduzido número de polos (geradores de polos
lisos).
Geradores acionados por turbinas hidráulicas
são máquinas que operam a uma velocidade
que pode variar entre 90 rpm e 100 rpm e são
fabricados desde unidades com potência de
100 kW a 700 MW.
Turbogeradores são máquinas que operam
acopladas a uma velocidade de até 7000 rpm
e são fabricados em unidades de até 120 MW.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Características construtivas básicas
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Uma fonte de corrente
contínua alimenta os
enrolamentos de campo
originando um campo
magnético, que em rotação no
interior da armadura, induz
uma tensão alternada nos
enrolamentos estatóricos a
uma frequência diretamente
proporcional à rotação do
rotor e ao número de polos do
gerador.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Características construtivas básicas
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Os geradores são máquinas de grande
importância dentro de um sistema de
potência. A sua falha ou saída intempestiva
provoca graves consequências no sistema
elétrico se não houver geração disponível para
substituir a unidade defeituosa. Estão sujeitos
a vários tipos de defeito e certamente é um
dos elementos de um sistema de potência com
maior número de falhas. Em virtude disso, o
seu esquema de proteção deve abranger um
grande número de falhas possíveis, tornando-
se muitas vezes complexo o sistema de
proteção adotado.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Critérios técnicos de proteção
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Os dispositivos de proteção de geradores
síncronos devem atender a dois requisitos
básicos: evitar a ocorrência de defeitos e, se
eles ocorrerem, minimizar os danos
decorrentes. Assim, na ocorrência de um defeito
entre duas espiras de um enrolamento, o dano
deverá ficar limitado a essa bobina com a
intervenção segura do elemento de proteção.
Caso a proteção não atue adequadamente, essa
pequena avaria poderá estender-se às outras
bobinas, culminando com um dano de maior
natureza ou irreversível.
Entre os diversos elementos que compõem um
sistema elétrico, os geradores elétricos são
aqueles que recebem um maior número de
proteção, tanto por suas características
operacionais dinâmicas quanto por sua
importância no sistema. Estas se resumem em:
PROTEÇÃO DE GERADORES
Critérios técnicos de proteção
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos:
As sobrecargas nos geradores são eventos que
devem ser controlados com duração de tempo
limitado, a fim de evitar que os enrolamentos
estatóricos e rotóricos sejam danificados. Para
isso são utilizados dispositivos de proteção que
possam permitir determinados níveis de
sobrecarga.
Proteção contra curtos-circuitos: Os curtos-circuitos
internos aos geradores ou na rede elétrica impõem
que se utilizem dispositivos de proteção muito
rápidos para reduzir a magnitude dos danos na
máquina. Quanto maior é a capacidade nominal dos
geradores e a sua posição estratégica no sistema
elétrico, melhores e mais amplas devem ser as
proteções aplicadas, de forma a evitar que os
eventos externos venham impactar na operação
dessas máquinas; e na eventualidade de falhas
internas devem atuar um ou mais dispositivos de
proteção, eliminando a possibilidade de danos em
suas partes estatóricas e rotóricas, e se houver
danos, que sejam de baixa magnitude.
Entre os diversos elementos que compõem um
sistema elétrico, os geradores elétricos são
aqueles que recebem um maior número de
proteção, tanto por suas características
operacionais dinâmicas quanto por sua
importância no sistema. Estas se resumem em:
PROTEÇÃO DE GERADORES
Critérios técnicos de proteção
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Temperatura: Os geradores são máquinas muito
afetadas pela temperatura a que estão submetidos
os seus enrolamentos e outros componentes como
o eixo e as armaduras, causando danos muitas
vezes irreparáveis. Assim, podemos associar as
proteções de sobrecarga e de curto-circuito, as mais
simples, às proteções de imagem térmica elevando
o grau de segurança dos geradores.
Sub e sobretensões: Os geradores são muito
sensíveis às sub e sobretensões decorrentes
da operação do sistema elétrico, ou das
descargas atmosféricas incidentes sobre as
linhas de transmissão podendo as tensões
induzidas atingir essas máquinas.
Sobrefrequências, sobrevelocidade, defeitos à
terra, motorização: Para cada uma dessas
anormalidades operacionais deve ser prevista uma
proteção específica, de forma a garantir a
integridade dos geradores e a continuidade do
sistema elétrico.
É numerosa a lista de causas que podem
resultar em falhas nas unidades de geração,
podendo, no entanto, ser resumida nas
seguintes:
PROTEÇÃO DE GERADORES
Principais tipos de defeitos
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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b) Origem externa
 Sobrecargas contínuas.
 Curtos-circuitos nas linhas de transmissão.
 Rejeição de carga.
 Sobretensões de origem atmosférica.
 Sobretensões por manobra no sistema de
potência.
 Perda de excitação.
 Desequilíbrio de carga entre as fases.
a) Falhas construtivas e de materiais
 Falha nos materiais isolantes e não
isolantes.
 Envelhecimento precoce dos
enrolamentos.
 Introdução de corpos estranhos no interior
do gerador durante a fabricação.
 Sobrevelocidade causada por perda de
carga.
 Perda de sincronismo.
 Vibração do eixo do conjunto máquina
primária-gerador.
 Temperatura externa elevada.
 Deficiência do meio refrigerante.
 Instalação do gerador em superfície
inadequada.
É numerosa a lista de causas que podem
resultar em falhas nas unidades de geração,
podendo,no entanto, ser resumida nas
seguintes:
PROTEÇÃO DE GERADORES
Principais tipos de defeitos
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c) Origem interna
Curto-circuito no rotor.
Curto-circuito no estator.
Curto-circuito nos terminais.
d) Origem nos equipamentos agregados
 Curto-circuito nos transformadores de corrente.
 Curto-circuito nos transformadores de potencial.
 Curto-circuito no transformador elevador.
 Curto-circuito no serviço auxiliar.
 Defeito na máquina primária.
Na presença de qualquer uma dessas causas,
podem surgir defeitos no gerador na forma de
curtos-circuitos trifásicos, bifásicos e fase-
terra.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Filosofia de proteção
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Um sistema de proteção para geradores, independentemente de sua classificação, deve apresentar as
seguintes características básicas.
 Não atuar para faltas além da zona de proteção.
 Limitar a corrente de defeito fase-terra para valores compatíveis com a suportabilidade dos
equipamentos elétricos. Isso é importante, porque as impedâncias de sequência zero dos geradores
são normalmente muito pequenas, acarretando correntes de defeito para a terra muito elevadas.
 Operar com extrema rapidez para defeitos internos ao gerador.
 Deve-se acrescentar que não existem relés e esquemas que proporcionem total proteção ao gerador.
Assim, a atuação de qualquer função da proteção para qualquer falha que ocorra internamente ao
gerador síncrono apenas reduzirá a área de abrangência da falha.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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O número de funções de proteção adotadas para um
gerador é uma questão técnico-econômica. As funções
de proteção que podem ser empregadas nos geradores
são:
Critérios técnico-econômicos de proteção
Função 12: proteção contra sobrevelocidade.
Função 21: proteção de distância.
Função 24: proteção contra sobre-excitação.
Função 25: dispositivo de sincronização.
Função 26: proteção térmica.
Função 27: proteção contra subtensão.
Função 30: dispositivo anunciador.
Função 32G: proteção direcional contra potência ativa: 
antimotorização.
Função 32Q: proteção direcional contra potência 
reativa.
Função 37: proteção contra perda de excitação.
Função 40: proteção por perda de campo.
Função 46: proteção contra desequilíbrio de corrente, 
também conhecida como proteção de sequência 
negativa.
Função 49: proteção de imagem térmica.
Função 50: proteção instantânea de fase.
Função 50N: proteção instantânea de neutro.
Função 50IE: proteção contra energização 
involuntária.
Função 51: proteção temporizada de fase.
Função 51N: proteção temporizada de neutro.
Função 51G: proteção contra sobrecorrente 
temporizada de terra.
Função 59: proteção contra sobretensão.
Função 60: proteção contra desequilíbrio de tensão.
Função 61: defeitos entre espiras do estator.
Função 64R: proteção de terra do rotor.
Função 64G: proteção de terra do estator.
Função 78: proteção contra perda de sincronismo.
Função 81: proteção contra sub e sobrefrequências.
Função 86: relé de bloqueio de segurança.
Função 87G: proteção de sobrecorrente diferencial.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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A quantidade de proteções associadas ao equipamento variam de acordo com o porte do gerador:
Critérios técnico-econômicos de proteção
PROTEÇÃO DE GERADORES
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Esquemas de proteção
Esquema geral de proteção contendo
funções supra citadas.
PROTEÇÃO DE GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Esquemas de proteção
PROTEÇÃO DE GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Redundância dos esquemas de proteção
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Regimes de curto circuito
A principal fonte das correntes de curto-circuito são os geradores. 
No gerador síncrono a corrente de curto-circuito inicial é muito elevada, porém vai decrescendo 
até alcançar o regime permanente. 
Assim, pode-se afirmar que
o gerador é dotado de uma
reatância interna variável,
compreendendo
inicialmente uma reatância
pequena até atingir o valor
constante, quando o
gerador alcança o seu
regime permanente.
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Correntes de curto circuito
Uma questão importante na consideração da proteção de geradores é a
forma de aterramento do ponto neutro das bobinas estatóricas. Assim, o
ponto neutro pode ser solidamente aterrado ou aterrado sob resistência ou
reatância. Essas formas de aterramento visam reduzir o valor da corrente de
defeito à terra. Precauções devem ser tomadas na seleção do valor da
resistência para evitar sobretensões danosas durante os eventos de curto-
circuito monopolar.
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Esquema de ligação vs. Corrente de curto circuito
Determine as correntes de curto-circuito na barra A do sistema de geração operando em ilha conforme
mostra a Figura abaixo. O gerador tem capacidade nominal de 15 MVA e tensão nominal de geração de
13,8 kV. Os valores das impedâncias do gerador e do resistor de terra estão indicados no diagrama.
Calcule a corrente monofásica de curto-circuito sem o resistor de terra e com o resistor de terra.
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Exercício 1:
Corrente nominal do gerador
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Exercício 1:
Curto-circuito trifásico na barra A
Corrente de curto circuito bifásica na barra A
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
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Exercício 1:
Curto-circuito monofásico na barra A sem resistor de aterramento
Curto-circuito monofásico na barra A com resistor de aterramento
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
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Exercício 1:
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Aspectos gerais
Em geral, como a proteção diferencial acarreta um custo apreciável,
somente é aplicada nas seguintes condições:
 Em geradores com potência nominal igual ou superior a 1000 kVA
independentemente da tensão nominal.
 Em geradores com tensão nominal igual ou superior a 5000 V
independentemente da potência nominal.
 Em geradores com tensão igual ou superior a 2200 V com potência
nominal superior a 500 kVA.
A proteção diferencial de corrente em geradores tem como objetivo reduzir os danos internos à
máquina para defeitos trifásicos, bifásicos e fase à terra. A sua aplicação é em parte semelhante à dos
transformadores de potência. No entanto, o sistema de aterramento do neutro do gerador é de
fundamental importância para aplicação da proteção diferencial.
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Aspectos gerais
Os relés diferenciais protegem os geradores
contra os seguintes defeitos:
 Defeitos nos condutores instalados na zona
de proteção diferencial.
 Defeitos internos ao gerador, com exceção de
falta entre espiras.
 Defeitos monopolares à terra em qualquer
ponto dos enrolamentos do estator, com
exceção das faltas próximas ao ponto neutro
do gerador.
Os relés diferenciais não protegem os geradores
contra os seguintes defeitos:
 Defeitos entre espiras dos enrolamentos.
 Defeitos externos à zona de proteção do relé. Rompimento das conexões dos
enrolamentos.
 Defeitos monopolares entre enrolamentos e
carcaça no caso de geradores isolados da
terra.
Algumas considerações devem ser feitas na aplicação dos relés diferenciais de corrente em geradores:
a) Na proteção diferencial de geradores não há de se considerar a corrente de magnetização como
ocorre com os transformadores de potência.
b) Os defeitos internos aos geradores se caracterizam por ter início com um curto-circuito fase e terra
em um dos enrolamentos estatóricos evoluindo para os demais enrolamentos.
c) Recomenda-se que os transformadores de corrente utilizados na proteção diferencial sejam
construídos na base de um mesmo projeto e tenham as mesmas características técnicas.
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Aspectos gerais
d) Não é possível utilizar proteção diferencial
em geradores ligados em triângulo, devendo
neste caso empregar-se a proteção de
sobrecorrente.
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Conexão delta
e) Quando os enrolamentos dos geradores
estão conectados em estrela com acesso aos
três terminais do fechamento da estrela a
proteção pode ser tomada individualmente
por fase.
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Conexão estrela
f) Quando os enrolamentos dos geradores
estão conectados em estrela com neutro
acessível é possível utilizar a proteção
diferencial para o neutro a partir do condutor
que está conectado à terra.
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Conexão estrela
g) Quando os enrolamentos dos geradores
estão conectados em estrela com acesso aos
três terminais do fechamento da estrela a
proteção pode ser tomada individualmente
por fase.
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
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Conexão estrela
h) Em muitos casos deve-se conectar o ponto neutro da estrela à terra sob uma alta impedância.
i) O uso da impedância de aterramento elevada tem os seguintes objetivos.
 Reduzir a corrente de defeito monopolar para obter melhores condições de seletividade.
 Reduzir a corrente de defeito monopolar para obter menores esforços dinâmicos e menor
capacidade térmica dos equipamentos.
 Reduzir os danos internos ao gerador.
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
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Conexão estrela
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Conexão estrela acessível
j) É comum a utilização da proteção diferencial
envolvendo diretamente o conjunto transformador-
gerador. Esse tipo de configuração é denominado
proteção diferencial longa ou estendida. Esse tipo de
proteção é muito limitado pelos seguintes motivos:
 Diferenças entre os níveis de tensão entre o primário e
o secundário.
 Se o transformador de potência for dotado de mudança
de tape automático, mais crítico é o funcionamento do
relé diferencial.
 Relações de transformação de correntes diferentes.
 Surgimento da corrente de magnetização do
transformador.
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Conjunto gerador transformador
A utilização da configuração, em que as
bobinas do transformador elevador estão
ligadas em delta no lado de menor tensão
e em estrela no lado de maior tensão,
permite que as correntes de defeito
monopolar do sistema não circulem pelas
bobinas do gerador. Outra vantagem
desse tipo de ligação é quanto à ausência
de circulação das harmônicas de 3a
ordem e seus múltiplos, geradas pelo
gerador, no sistema elétrico.
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Conjunto gerador transformador
IdMin = 10% a 30% de In 
PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Critérios de ajuste
Na proteção diferencial do gerador não está
presente o erro provocado pelo OLTC e os
erros de mismatch, já que os TCs são de
mesma relação.
As atuações das proteções diferenciais das
unidades geradoras devem provocar a
desconexão imediata das unidades do sistema,
com rejeição de carga, abertura do disjuntor de
campo e parada total da unidade, com
bloqueio (86E)
A proteção diferencial não protege o gerador
quando há perda de isolação entre as espiras de
um enrolamento estatórico. Mesmo causando, em
geral, correntes diferentes nas fases, o relé
diferencial não atua porque as correntes
circulantes nos TCs daquela fase são iguais,
descontados os erros próprios dos TCs. A função
ANSI 61 (balanço de corrente) é, em geral,
empregada na proteção desse tipo de defeito,
quando o gerador síncrono é construído com dois
enrolamentos por fase e cujos terminais são
acessíveis.
RELÉ DE BALANÇO DE CORRENTE (61)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Gerador de duplo enrolamento
RELÉ DE BALANÇO DE CORRENTE (61)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Gerador de duplo enrolamento
RELÉ DE BALANÇO DE CORRENTE (61)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Gerador de duplo enrolamento
Desse modo, o método de aterramento utilizado
nos geradores determina o desempenho do gerador
em condições de falhas à terra no estator. Se o
gerador é solidamente aterrado, situação rara na
prática, haverá uma corrente de falha à terra nos
seus terminais relativamente alta, acompanhada de
uma redução de 58% nas tensões fase-fase
envolvidas na falta, e pequeno deslocamento do
neutro. Se o gerador for não aterrado, situação
também rara na prática, a corrente de falha à terra
nos terminais é desprezível. Também não haverá
redução das tensões fase-fase e ocorrerá um
completo deslocamento do neutro.
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Falha à terra nos enrrolamentos
O curto-circuito à terra envolve o núcleo do
estator, de modo que a circulação de uma grande
corrente pode fundir parte do ferro e provocar
um dano muito maior que uma simples falha de
isolamento.
A reparação deste tipo de avaria é mais cara que
a substituição do enrolamento, pois implica na
troca do laminado do núcleo do estator na zona
defeituosa. Por esta razão, em geradores ligados
em estrela, são tomadas medidas para reduzir o
nível da corrente de curto-circuito à terra a
valores bem baixos, o que, por sua vez, faz com
que as proteções diferenciais não sejam
suficientemente sensíveis para detectar as falhas
à terra e se necessite de uma proteção específica
para esta finalidade.
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Falha à terra nos enrrolamentos
A utilização de transformadores ligados em estrela, no lado de tensão mais elevada, e triângulo, no lado de
tensão mais baixa, implica que o relé de neutro instalado no lado de tensão superior não atuará para
defeitos no circuito que conecta o gerador ao transformador, já que não circulará por ele nenhuma
corrente de sequência zero. Os relés responsáveis pela atuação do disjuntor deverão estar localizados no
circuito de conexão do gerador ao transformador.
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Falha à terra nos enrrolamentos
Operar um gerador com o neutro isolado da terra produz uma corrente de falha à terra desprezível, mas
provoca um aumento das tensões fase-terra das fases sãs, quepode provocar falhas no isolamento da
máquina. Como resultado, a maioria dos geradores é aterrado, de modo a reduzir as correntes de falhas à
terra e as sobretensões e, ainda, fornecer meios de detectar as falhas rapidamente e evitar danos de grandes
proporções.
Aterramento por baixa impedância, no qual o resistor
ou reator de aterramento é escolhido de modo a limitar a
contribuição do gerador para uma falha à terra em seus
terminais a valores de corrente entre 200 A e 150% da
corrente nominal. Nestes casos, a proteção diferencial
pode fornecer algum grau de proteção para falhas à terra
em parte do enrolamento. Todavia, não irá proteger a
totalidade do enrolamento do estator.
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Falha à terra nos enrrolamentos
Aterramento por alta impedância. Este
método utiliza um transformador de
distribuição com tensão primária maior ou
igual à tensão fase-neutro do gerador e tensão
secundária de 120 V ou 240 V, e com
capacidade de sobretensão suficiente para não
saturar em falhas monofásicas com a máquina
operando com 105% da tensão nominal. Neste
método, a corrente de falha à terra nos
terminais da máquina é limitada a valores
compreendidos entre 5 e 20 A primários.
Como resultado, a proteção diferencial se
torna insensível para falhas à terra no estator.
Proteção por relé de tensão ligado a TP na saída do 
gerador
Este tipo de proteção com função 59 cobre, no máximo, cerca de
90% do enrolamento, ou seja, cerca de 10% do enrolamento a partir
do neutro não é protegido por ela.
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Falha à terra nos enrrolamentos
Proteção por relé de tensão ligado ao
secundário do transformador de
aterramento do gerador
Protege 90-95% do enrolamento do estator
Proteção por relé de corrente ligado ao secundário
do transformador de aterramento do gerador
O relé deve ser ajustado para 5% da máxima corrente que circula para 
uma falha à terra nos terminais com 100% da tensão nominal 
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Falha à terra nos enrrolamentos
Proteção por relé de sobre e subtensão
ao secundário de TC no neutro do
gerador
Normalmente, tensões de terceiro harmônico estão presentes
nos terminais de todas as máquinas, e variam devido a
diferenças no projeto e fabricação. Quando presentes em
amplitude suficiente, estas tensões podem ser utilizadas para a
detecção de falhas próximas ao neutro dos geradores
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Falha à terra nos enrrolamentos
Proteção por relé de corrente ligado ao
secundário de TC no neutro do gerador
Relé que opera na falha à terra do isolamento de
uma máquina ou de outro equipamento. Esta
função não é aplicada a um dispositivo conectado
ao circuito secundário do TC em um sistema de
energia normalmente aterrado onde outros
números de dispositivos com o sufixo G ou N
devem ser usados; isto é, 51N para um relé de
sobre corrente temporizado CA conectado ao
neutro secundário do TC.
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé detetor de terra (64S)
O sistema de excitação da maioria dos geradores
modernos inclui a proteção contra faltas à terra no
rotor. A detecção separada de terra no rotor é
frequentemente usada quando existem anéis
coletores para propiciar o acesso ao campo.
A formação de terra no rotor normalmente se dá
pela deterioração ou colapso da isolação que causa
o contato do circuito do campo com o ferro do
rotor.
Assumindo que o rotor não é aterrado, o único
caminho do ferro do rotor para a terra é por meio
dos mancais do gerador.
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA DO ROTOR
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé detetor de terra (64R)
O primeiro terra geralmente não afeta a operação do
gerador, porém, um segundo terra causa curto-circuito
das espiras do campo que distorce o campo magnético
pelo entreferro, causando o empenamento do rotor e
severas vibrações que podem danificar os mancais.
Além disso, podem surgir correntes elevadas, que
danificam os condutores do campo e o aço do rotor,
causando grandes estragos no gerador.
A estratégia de proteção para esses caso é detectar da
primeira falha a terra no rotor e parar o gerador
acionando o trip do disjuntor principal do gerador e do
disjuntor do campo ou acionar um alarme e deixar que
a operação determine quando efetuar a parada e os
reparos.
Se ocorrer um defeito nos enrolamentos do estator
ou do rotor, a máquina, do ponto de vista
operacional, está avariada, necessitando ser
retirada de operação para substituir o enrolamento
danificado. A intervenção da proteção é no sentido
de evitar um dano significativo nas demais partes
da máquina. Deve-se atentar para o fato de que o
circuito rotórico ou de campo é isolado da terra.
PROTEÇÃO DE FALHA A TERRA DO ROTOR
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé detetor de terra (64R)
Como o circuito de campo não opera aterrado
uma única falta à terra, não resultaria em dano à
máquina; o gerador poderia mesmo continuar em
operação, aumentando a probabilidade de ocorrer
um segundo defeito à terra.
Neste caso específico, um defeito monopolar à
terra do rotor que não fosse prontamente
eliminado pela proteção e que evoluísse para um
segundo defeito geraria uma elevada corrente
rotórica e um forte desbalanço magnético do
rotor, o que resultaria uma severa avaria.
A proteção contra defeitos à terra do rotor é
normalmente feita utilizando um relé de
sobretensão em série com um resistor de
resistência elevada conectados entre o circuito de
campo e a terra. São relés digitais providos da
função 64R. O relé pode atuar sobre a função 30
(alarme) evitando o desligamento da máquina ou
diretamente sobre a bobina do disjuntor.
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREVELOCIDADE
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 12
Durante a saída de um grande bloco de carga os geradores ficam submetidos ao movimento de
aceleração que depende da carga rejeitada, do momento de inércia da máquina e do regulador de
velocidade.
O sistema de proteção contra sobre velocidade consiste na instalação de um pequeno gerador de imã
permanente no eixo do gerador principal que tem a função de fornecer ao regulador de velocidade
uma tensão proporcional à velocidade desenvolvida pelo gerador.
A sobrevelocidade é medida pelo dispositivo do sinal de rotação, função 12, fixado no eixo do
gerador, podendo enviar esse sinal para o alarme ou atuação.
Deve ser ajustado para valores de 3% a 5% da velocidade nominal do gerador.
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREVELOCIDADE
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 12
No entanto, é mais prudente consultar o fabricante da máquina primária quanto a sua
suportabilidade à sobrevelocidade.
Deve-se destacar que os geradores normalmente são projetados para operarem com velocidades de
até 125% da sua velocidade nominal sem nenhum prejuízo eletromecânico.
Para proteger o gerador contra a sobrevelocidade são usualmente empregados relés de
sobrefrequência, ajustados, em geral, para atuarem com 110% e 140% da velocidade nominal,
respectivamente para turbinas a vapor e turbinas hidráulicas.
A subvelocidade pode ocorrer em função da máquina primária ou devido ao excesso de carga
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREFREQUENCIA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 81
A operação em sobrefrequência pode ser consequência de um processo de ilhamento. Assim,
quando o gerador não pode entregar a energia gerada, e como essa energia tem que ser consumida,
ela é normalmente transformadaem energia cinética.
Já a subfrequência é normalmente o resultado do desligamento de uma grande unidade de geração
operando num sistema interligado, por exemplo, em que a carga a ele conectada continua solicitando
demanda de fornecimento. Quando a frequência é reduzida, reduz-se a potência ativa gerada e a sua
ventilação.
A proteção contra sobre e sub/sobrefrequência é feita por meio de relés dotados da função 81.
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREFREQUENCIA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 81L e 81H
Sobrefrequências ocorrem em unidades geradoras em função de rejeições de carga, quando a potência
mecânica da turbina se torna maior que a potência elétrica fornecida pela unidade e a potência de
aceleração se torna positiva. Estas sobrefrequências normalmente são controladas por ação dos
reguladores de velocidade. Em casos de defeitos no regulador de velocidade ou problemas mecânicos
na turbina (ruptura de pino de cisalhamento, por exemplo, em caso de unidade hidráulica), pode
ocorrer o disparo das unidades e a perda do controle da velocidade, com consequências severas para as
máquinas.
Subfrequências ocorrem em unidades geradoras, em função de perda de geração ou aumento súbito
de carga, quando a potência mecânica da turbina se torna menor que a potência elétrica consumida
pela carga. Estas subfrequências normalmente ocorrem em casos de formação de ilhas, nas quais a
geração resultante na ilha é inferior à carga ilhada.
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREFREQUENCIA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 81
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREFREQUENCIA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 81
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREFREQUENCIA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 81
As proteções de subfrequência devem apenas desconectar as unidades geradoras do sistema, não
devendo atuar na sua parada.
As proteções de sobrefrequência e as proteções elétricas de sobrevelocidade associadas aos reguladores
de velocidade devem provocar a parada da máquina diretamente por meio do sistema hidráulico,
atuando via o relé de parada específico, que poderá ou não bloquear a partida da máquina.
As proteções mecânicas de sobrevelocidade associadas aos reguladores de velocidade devem provocar a
parada da máquina pelo relé de bloqueio específico, que deverá provocar o fechamento da comporta da
tomada d’água.
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREFREQUENCIA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 81
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREFREQUENCIA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 81
PROTEÇÃO DE SUB E SOBREFREQUENCIA
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 81
PROTEÇÃO DE SUB E SOBRETENSÃO
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 27/59
Os eventos de subtensão podem surgir a partir da perda de uma unidade de geração, da ocorrência de
uma falta próxima ao ponto de conexão do gerador ou de um aumento abrupto da demanda. Nessas
condições a excitatriz fornece corrente contínua ao enrolamento de campo, sendo uma forma de
compensar a redução de tensão do gerador. No entanto, tanto o rotor como o estator ficam submetidos a
uma elevação de temperatura que podem ir além dos limites assegurados pela classe de temperatura.
Assim, a função 27 dos relés de tensão, em geral, com faixa de ajuste entre 20 V e 200 V e faixa de
temporização entre 0 s e 60 s devem ser ajustados na característica de tempo definido para possibilitar
que outras proteções mais adequadas para o caso efetuem o desligamento do gerador, se isso for
necessário.
PROTEÇÃO DE SUB E SOBRETENSÃO
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 27/59
Os eventos de sobretensão, função 59 dos relés de tensão, podem surgir a partir de uma operação
incorreta ou mesmo de falha do regulador de tensão. Também os processos de rejeição de carga podem
acarretar sobrevelocidade dos geradores e o consequente surgimento de sobretensões, além das
descargas atmosféricas.
Assim, quando uma parcela relevante da carga é desconectada do sistema de potência, a máquina
primária acelera o gerador devido à redução do torque resistente no eixo do conjunto máquina primária-
gerador, resultando numa sobretensão.
A reação inicial contra as sobretensões normalmente é oferecida pelo regulador de tensão do gerador.
Adicionalmente utiliza-se um relé de sobretensão de ação temporizada ajustado para um valor da tensão
de 110% da tensão nominal com um tempo de atuação do relé de 10 s. Já a unidade instantânea desse
relé pode ser ajustada para 130% a 150% da tensão nominal, sem retardo de tempo. A atuação do relé
deve ser realizada sobre o disjuntor do gerador e o disjuntor da excitatriz.
PROTEÇÃO DE SUB E SOBRETENSÃO
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 27/59
A função 59 dos relés de tensão, em
geral, com faixa de ajuste entre 70 V e
250 V e faixa de temporização entre 0
s e 60 s devem ser ajustados na
característica de tempo definido para
permitir as condições transitórias
normais do sistema.
Deve-se entender que a proteção
contra sobretensão de primeira linha
é dada pelo regulador de tensão do
gerador que reduz a excitação de
campo.
PROTEÇÃO DE SUB E SOBRETENSÃO
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Relé de proteção 27/59
Os geradores elétricos podem ser protegidos de forma complementar por meio de relés de distância.
Essa forma de aplicar a função 21 é conhecida como proteção de mínima impedância e possui de duas a
três zonas de proteção.
PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA DE FASE (21)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Proteção de mínima impedância
PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA DE FASE (21)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Proteção de mínima impedância
A figuramostra uma aplicação típica de relé de distância na proteção de retaguarda de geradores para falhas
externas. Normalmente, os relés de distância digitais utilizados na proteção de geradores possuem duas
zonas de proteção, e uma delas (zona 1) pode ser utilizada com alcance reduzido, de modo a não enxergar
falhas no lado de alta tensão do transformador elevador e com atuação instantânea. A unidade de zona 2
deve ser ajustada de modo a atuar como retaguarda remota para falhas nas linhas que partem da usina.
Para que os relés de distância atuem
como retaguarda para falhas internas
ao gerador, devem ser ligados aos TCs
do lado do neutro do gerador e aos TPs
do lado de baixa tensão do
transformador elevador. O relé 21 deve
ser de aracterística MHO com off-set.
Normalmente é aplicada no conjunto formado pelo gerador e o seu respectivo transformador elevador e
se destina à proteção de defeitos ocorridos na mesma zona de proteção coberta pela unidade diferencial
(87), ou seja, envolvendo os enrolamentos do gerador até parte dos enrolamentos do transformador
elevador correspondente ao ajuste da zona 21-A.
Os ajustes das zonas 21-B e 21-C constituem proteções de retaguarda para defeitos fora dos limites de
ajuste das proteções primárias alcançadas pelas respectivas zonas mencionadas, no caso em que as
proteções primárias não atuem.
PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA DE FASE (21)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Proteção de mínima impedância
Em geral, o ajuste da zona coberta pela unidade 21-A deve corresponder a uma impedância entre 50% e
70% da impedância do transformador elevador evitando-se, assim, o risco de ocorrer uma atuação
indevida dos disjuntoresdas linhas de transmissão a jusante do transformador.
O tempo de atuação da unidade 21-A pode ser nula ou um valor muito próximo a 50 ms.
Já a zona coberta dada pela unidade 21-B pode corresponder à impedância do transformador elevador
acrescida de 50% da impedância da linha de transmissão considerando o menor valor de impedância entre
as linhas de transmissão que derivam do barramento e um tempo ajustado de 500 ms.
A zona coberta pela unidade 21-C deve coordenar com as proteções principais alcançadas por essa
unidade.
PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA DE FASE (21)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Proteção de mínima impedância
Determine os ajustes da função 21 de proteção de distância MHO instalado na barra de um gerador de 7500 kVA de
capacidade nominal com tensão de geração de 4,16 kV. As impedâncias dos sistemas são: Linha de transmissão LT1:
Zlt1 = 0,320 + j0,421 Ω, Linha de transmissão LT2: Zlt2 = 0,520 + j0,221 Ω, • Transformador: Zpu = 0,0 + j0,070 pu na
base da potência nominal do transformador. Ajuste as zonas 21-A e 21-B vendo para a frente. A zona 21-C deverá
ser ajustada no sentido reverso. A reatância subtransitória do eixo direto do gerador vale Xd” = 16,2% = 0,162 pu.
Considerar que nos terminais opostos da LT1 existe uma geração de mesmo valor.
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Exercício 2:
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Exercício 2:
Corrente nominal do gerador
TCs e TPs
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Exercício 2:
Impedância das Lts e do Transformador
CURTO CIRCUITO EM GERADORES
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Exercício 2:
Ajuste da zona 21-A
Ajuste da zona 21-B
Será ajustado para 60% da impedância do transformador para evitar o sobrealcance das linhas de
transmissão. O valor de ajuste obtido será nos terminais de entrada do relé. A temporização de ajuste do relé
será de 50 ms.
Será ajustado para alcançar o secundário do transformador abaixador e mais 50% da linha de transmissão de
menor impedância, no caso a LT2. A zona 21-B será ajustada para atuar na unidade temporizada com tempo
de 500 ms.
Os geradores síncronos normalmente funcionam fornecendo potência ativa e
reativa ao sistema. No entanto, submetidos a certas condições operacionais, os
geradores podem receber potência ativa e reativa do mesmo sistema. Quando
está fornecendo potência ativa e reativa ao sistema, o gerador está operando
em condições normais. Quando está recebendo potência ativa do sistema, diz-
se que o gerador está motorizado e deve ser desligado imediatamente do
sistema para evitar danos físicos irreparáveis próprios e da máquina que o
aciona
PROTEÇÃO DIRECIONAL DE POTÊNCIA (32)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Proteção contra motorização
O alvo principal deste tipo de proteção é a turbina e não o gerador.
O fenômeno de motorização de um gerador tem como causa principal a falha
de acionamento da máquina primária. Assim, uma turbina a gás natural
acoplada a um gerador pode ter o seu fornecimento de gás cortado
repentinamente por vários motivos, como o fechamento intempestivo da
válvula da rede de suprimento de gás. Motivo idêntico pode ocorrer nas
turbinas a vapor com o corte de suprimento de vapor. Com menor
possibilidade de ocorrência, as turbinas hidráulicas podem ficar submetidas à
motorização.
PROTEÇÃO DIRECIONAL DE POTÊNCIA (32)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Proteção contra motorização
Estabelecida a ausência de suprimento do energético da máquina primária, sem a intervenção da
proteção, o gerador passa a funcionar como um motor síncrono, acionando agora a máquina primária.
Além do aquecimento do gerador, os danos podem ser maiores na máquina primária. Cabe ao fabricante
a responsabilidade de informar ao comprador o tempo máximo de suportabilidade do motor e do
gerador.
As consequências para a máquina primária são:
• Nas turbinas hidráulicas: cavitação.
• Nas turbinas a vapor: aquecimento do rotor.
• Nos motores a óleo diesel ou óleo combustível: incêndio do óleo não queimado.
A proteção contra motorização do gerador, também conhecida como proteção antimotorização, é
extremamente importante em turbinas hidráulicas quando em funcionamento com baixo fluxo de água,
devido ao processo de cavitação dessa máquina.
PROTEÇÃO DIRECIONAL DE POTÊNCIA (32)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Proteção contra motorização
A proteção indicada para a essa situação operacional é o relé direcional de
potência, função 32G.
Tratando-se de um fenômeno simétrico, a proteção poderá ser realizada pelo
relé direcional de potência inversa monofásico, ajustado aproximadamente
entre 1% e 5% da potência nominal ativa do gerador, com retardo de 2 s a 4 s.
Antes da atuação do relé deve-se acionar primeiramente a função 30 (alarme)
com ajuste de 1,5%. Em alguns casos críticos de variação acentuada da carga,
para evitar desligamento intempestivo, pode-se adotar um ajuste de até 10%.
PROTEÇÃO DIRECIONAL DE POTÊNCIA (32)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Proteção contra motorização
PROTEÇÃO DIRECIONAL DE POTÊNCIA (32)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Exercício 3:
PROTEÇÃO DIRECIONAL DE POTÊNCIA (32)
Professor Paulo Rocha, D.Sc
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Proteção contra motorização
PROTEÇÕES DE RETAGUARDA CONTRA FALHAS 
EXTERNAS
Professor Paulo Rocha, D.Sc
FEN 4 4424 - Proteção de Sistemas de Energia Elétrica II
Funções adotadas
Para falhas externas, podemos considerar como proteção de retaguarda as
seguintes funções:
 Relé de sobrecorrente 50/51 C
 Relé 51V
 50/51 com função de neutro
 Relé de distância 21
PROTEÇÃO CONTRA FALTAS NA REDE ELÉTRICA
A proteção de sobrecorrente de geradores não oferece segurança e confiabilidade para falhas internas ao gerador, 
sendo considerada uma proteção de segunda linha ou de retaguarda. No entanto, se o gerador não possui neutro 
acessível e não há transformadores de corrente de proteção incorporados a ele, não é possível instalar a proteção 
de sobrecorrente diferencial que oferece uma razoável segurança para defeitos internos a essas máquinas. Nessa 
condição, a proteção de sobrecorrente assume importância fundamental contra sobrecargas e curtos-circuitos. 
Podem ser utilizados relés de sobrecorrente de tempo inverso ou de tempo definido.
Proteção de sobrecorrente
Os relés de sobrecorrentes utilizados normalmente no circuito de saída dos geradores podem ser considerados 
como proteção de retaguarda devido à dificuldade em ajustar as suas funções, considerando as características 
operacionais do gerador. Um ajuste muito baixo da corrente de acionamento poderá fazer o relé atuar quando o 
gerador operar em sobrecarga consentida, condição aceitável. No entanto, se a corrente de acionamento do relé 
de sobrecorrente for ajustada para um valor acima da corrente nominal de carga poderá não atuar durante um 
defeito monopolar de alta impedância na rede. Assim, os relés de sobrecorrente utilizados no circuito de saída 
dos geradores devem ser de proteção de retaguarda dos relés de proteção das linhas de distribuição e de 
transmissão e dos relés de proteção de barramento da subestação ao qual estão conectados os referidos 
geradores, devendo coordenar com estes.
Para que o relé de sobrecorrente possa atender às necessidades de proteção dos geradores é necessário que se 
agregue a ele uma unidade sensível à tensão entre fases que faça restrição à atuação do relé em condições de 
sobrecarga admitida, ondea tensão da rede é igual ou muito próxima da tensão nominal. Já no caso de defeito, 
verifica-se uma queda de tensão na rede, reduzindo o efeito restritivo do relé, ocorrendo a sua atuação para 
valores de corrente de defeito, mesmo inferior à corrente de sobrecarga admitida. Assim, se ocorrer um defeito 
próximo aos terminais do gerador onde a tensão é próxima de zero e a corrente de defeito alcance um valor 
inferior à corrente de acionamento, na condição de tensão de operação a plena carga do gerador, a proteção seria 
acionada pela função 51V.
Assim, para atender às diversas expectativas de proteção de sobrecorrente do gerador e de proteção de 
retaguarda das demais partes da rede, são normalmente utilizados os relés de proteção de sobrecorrente 
temporizados (51 e 51N) associados aos relés de sobrecorrente temporizados com restrição por tensão (51V).
Proteção de sobrecorrente convencional (sem restrição)
5.5.1.1.1 Unidade temporizada de fase
Em geral, os geradores síncronos podem suportar uma sobrecarga de curta duração correspondente a 
duas vezes a sua corrente nominal, durante um intervalo de tempo nunca superior a 20 s, desde que a 
queda de tensão nos seus terminais seja igual ou inferior a 20%.
Em operação normal dentro da sua classificação de potência, os geradores têm muita limitação quanto 
aos regimes de sobrecarga.
As principais condições para ajuste da unidade temporizada de fase são:
• Determinação da corrente de ajuste
Os relés de sobrecorrente de fase não são dispositivos adequados para a proteção de sobrecarga de 
geradores. São utilizados na proteção contra curtos-circuitos no barramento de conexão do gerador com o 
sistema elétrico. Logo, o valor normalmente utilizado para ajuste da unidade temporizada de fase é dado 
pela Equação (5.4).
Iatf – corrente de ajuste da unidade temporizada de fase;
Kf – fator de sobrecarga admissível que pode variar entre 1,10 e 1,20 ou outro valor 
específico;
Ing – corrente nominal do gerador operando dentro da sua classificação, em A;
RTC – relação de transformação de corrente do transformador de corrente da proteção.
• Cálculo da corrente de acionamento do relé
Com o valor da corrente de ajuste determina-se a corrente de acionamento da unidade 
temporizada de fase, por meio da Equação (5.5).
Iactf – corrente de acionamento da unidade temporizada de fase.
Unidade de tempo definido de neutro
O ajuste da unidade de tempo definido de neutro deve ser selecionado para defeitos fase-terra no circuito de 
conexão do gerador à carga.
Deve-se considerar no ajuste da unidade instantânea de neutro a corrente assimétrica de curto-circuito, valor 
eficaz, no barramento do Quadro de Comando e Proteção do Gerador.
O valor de ajuste pode ser realizado de acordo com os seguintes critérios:
• Ajuste da unidade instantânea de neutro vale
− Determina-se inicialmente a relação entre a reatância X e a resistência R do sistema desde o ponto de 
geração até o barramento do Quadro de Comando do Gerador e, em seguida, obtém-se o fator de assimetria 
Fa, ou seja:
Com esse valor determina-se a corrente de curto-circuito assimétrica, valor eficaz, ou seja:
A unidade de tempo definido pode ser ajustada em T = 0, até valores de tempo característicos de cada relé. 
Neste caso, o valor de Fa = 1, ou seja, a corrente de curto-circuito já adquiriu a sua forma simétrica.
− Determina-se em seguida o fator Fk que corresponde à relação entre a corrente de curto-circuito fase e 
terra, valor assimétrico, no ponto de defeito, e a corrente de acionamento correspondente.
Iactn − corrente de acionamento da unidade temporizada de neutro. Considere o valor de Fk entre 40% e 90% do 
valor da relação anteriormente mencionada.
Logo, o valor da corrente de ajuste da unidade de tempo definido de neutro vale:
Obtém-se em seguida a corrente de acionamento da unidade 
de tempo definido de neutro pela Equação (5.20).
Proteção de sobrecorrente temporizada de fase dependente da tensão (51V)
Inicialmente, deve-se entender que no momento de um curto-circuito no alimentador de um gerador ocorrem simultaneamente 
uma sobrecorrente e uma subtensão.
A proteção 51V é utilizada normalmente como proteção de retaguarda de outros tipos de proteção, principalmente da proteção 
diferencial, função 87G. Dada à sua dependência da tensão, tem como característica fundamental não atuar para condições 
normais de sobrecarga. Isto quer dizer que pode ser ajustada para baixas correntes de defeito, mas somente opera se a tensão cair 
para um determinado valor ajustado. Como nas sobrecargas consentidas não há afundamento da tensão como ocorre nos 
processos de curtos-circuitos e, portanto, o relé não opera.
Os relés de sobrecorrente temporizados dependentes da tensão podem ser utilizados com duas formas operacionais diferentes, ou
seja:
Proteção de sobrecorrente temporizada de fase controlada por tensão
Neste caso a unidade de sobrecorrente somente é ativada quando a tensão cair para um valor igual ou inferior ao valor 
ajustado no relé. Assim, pode-se ajustar o relé para um determinado valor de corrente e fixar o seu tempo de atuação. Essa 
característica permite coordenar mais facilmente o relé 51V com as proteções a jusante. A tensão é ajustada para o nível 
que se deseja para garantir que não haverá operação indevida. As faixas de ajuste, em geral, são:
• Tensão entre fase e neutro no secundário dos TPs: 20 V a 270 V, em incrementos de 10 V.
• Ajuste da corrente: 25% a 100% da corrente nominal, em incrementos de 5%.
• Curvas temporizadas: inversa, muito inversa, extremamente inversa etc.: 1 a 10 em incrementos de 0,10.
• Tempo definido: 0,10 s a 10,0 s, em incrementos de 0,10 s.
Proteção de sobrecorrente temporizada restringida por tensão
Neste caso a unidade de sobrecorrente está sempre ativada variando continuamente com a tensão. A sensibilidade do relé é maior à medida 
que a tensão vai diminuindo, como se pode perceber na Tabela 5.2. Assim, para tensões entre 25% e 100% da tensão nos terminais do 
gerador, a corrente de acionamento tem o mesmo valor percentual da tensão, ou seja, para 50% da tensão nominal a corrente de 
acionamento é de 50% do valor ajustado da corrente (51V). Se a tensão for igual ou superior a 100% do valor da tensão nos terminais do 
gerador, o relé atuará para corrente ajustada. Se a tensão é igual ou inferior à tensão de 25% da tensão nos terminais do gerador o relé 
atuará com 25% da corrente ajustada. O ajuste normalmente utilizado no relé com restrição por tensão é de 80% da corrente nominal. Essa 
característica apresenta maior dificuldade de coordenação com as proteções a jusante e o relé é mais sensível para as condições de defeito 
do que para o sistema em operação normal.
As faixas de ajuste, em geral, são:
• Ajuste da corrente: 80% a 200% da corrente nominal.
• Curvas temporizadas: inversa, muito inversa, extremamente inversa etc.: 1 a 10 em incrementos de 0,10.
• Tempo definido: 0,10 s a 10,0 s, em incrementos de 0,10 s.
A proteção 51V deve atuar no relé de bloqueio (86) e fazer desligar o disjuntor principal do gerador, o disjuntor de campo e parar a máquina 
primária, motor ou turbina.
Proteção de sobrecorrente instantânea para proteção contra energização involuntária (50IE)
Quando um gerador é desligado da rede (shutdown) e imediatamente religado surgem correntes de valor muito elevado 
no sentido de acelerar a máquina. Essas correntes são capazes de provocar danos de origem térmica nos enrolamentos 
estatóricos.
A proteção para esse tipo de evento é realizada pela função 50IE de um relé de sobrecorrente. Essa proteção é 
sensibilizada quando a frequência e a corrente estão acima do valor ajustado no relé. Decorrido um determinado tempo, 
se a frequência e a corrente ainda estiverem acima do valor ajustado é enviado um sinal de atuação para o disjuntor de 
proteção do gerador. No entanto, se a frequência do gerador alcançar um valor acima do valor ajustado por um período 
de 1 s, mas a corrente nos seus terminaisestiver abaixo do valor ajustado a função 50IE é bloqueada, pois essa é a 
condição normal de partida (start-up) do gerador associada à sincronização dele com a rede.
A faixa de ajuste de corrente da função 50IE normalmente varia entre 50% e 300% da corrente de partida do gerador 
com incrementos de 10%. Já a faixa de ajuste de frequência varia entre 4 Hz e 15 Hz com incrementos de 1 Hz.