Sistemas de Proteção - Conceitos básicos - Parte 02 de 03

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Parte 2
Filosofia Gera da 
Proteção
PMS - UNIFEI/GQEE 1
PMS - UNIFEI/GQEE 2
1. Sistema de Potência – Geração, Transmissão e Distribuição
2. Filosofia Geral
3. Exercícios
PROTEÇÃO DE SISTEMAS 
ELÉTRICOS
FILOSOFIA GERAL
...PRODUZ ENERGIA
UM SISTEMA DE POTÊNCIA...
3PMS - UNIFEI/GQEE
...PRODUZ ENERGIA
UM SISTEMA DE POTÊNCIA...
4PMS - UNIFEI/GQEE
Geração: normalmente em
média tensão até 34,5 kV e
alta corrente (depende da potência)
Exemplo: Itaipu
Cada máquina
750 MVA em 18 kV  24.000 A
Como transmitir esta potência?
5PMS - UNIFEI/GQEE
6PMS - UNIFEI/GQEE
GERAÇÃO
O potencial hidráulico do País é de 260 GW, dos quais apenas
25% estão sendo utilizados na produção de energia pelas usinas
hidrelétricas de médio e grande porte e as Pequenas Centrais
Hidrelétricas (PCH´s). A Região Norte tem o maior potencial para
geração hidráulica, 114 GW, enquanto a Região Nordeste tem
apenas 10% deste total, 26 GW.
7PMS - UNIFEI/GQEE
GERAÇÃO
8PMS - UNIFEI/GQEE
GERAÇÃO
Fonte: ANEEL março/2009
9PMS - UNIFEI/GQEE
GERAÇÃO
A capacidade instalada brasileira vai chegar a 126.725 MW
em 2013, segundo dados do Plano Anual da Operação
Energética de 2009 (PEN 2009). A hidroeletricidade
continuará como a principal fonte do país, com 87.477 MW,
mas as térmicas convencionais, como carvão, gás e óleo, vão
pular de 11.895 MW, em 2008, para 26.664 MW em 2013.
Isso quer dizer, que mesmo liderando, a participação das
hídricas cairá de 80,9% da matriz elétrica para 69%.
Já as térmicas convencionais vão pular de 12,1% para 21%
de participação. As pequenas centrais térmicas, por sua vez,
vão incrementar a participação na matriz chegando a 5.737
MW, ou 4,5% das fontes energéticas do país, contra 2.313
MW, 2,3%, em 2008. Daquele montante, 3.467 MW, ou 60%
serão de geração a biomassa.
Fonte: www.canalenergia.com.br
Itaipu: 
Eleva para 500 kV
Subestação interior  SF6
10PMS - UNIFEI/GQEE
...REALIZA TRANSFORMAÇÕES
7,2 kV
11PMS - UNIFEI/GQEE
...REALIZA TRANSFORMAÇÕES
12PMS - UNIFEI/GQEE
Subestação abaixadora
Subestação elevadora Subestação de interligação
Subestação industrial
...REALIZA TRANSFORMAÇÕES
11,9kV 13,8kV 34,5kV 69kV 138kV 230kV 440kV 500kV 750kV
Distribuição Subtransmissão Transmissão
13PMS - UNIFEI/GQEE
...TRANSMITE
14PMS - UNIFEI/GQEE
O sistema de transmissão nas tensões de 
230 kV a 750 kV representava em 
dezembro de 2003 um total de 77.642 
km, englobando 780 circuitos de 
transmissão e 175.916 MVA de 
capacidade de transformação, instalados 
em 316 subestações. 
TRANSMISSÃO E DISTIBUIÇÃO
O mercado de distribuição de energia 
elétrica é atendido por 64 concessionárias 
estatais ou privadas, de serviços públicos 
que abrangem todo o País. As 
concessionárias estatais estão sob 
controle dos governos federal, estaduais e 
municipais. Em várias concessionárias 
privadas verifica-se a presença, em seus 
grupos de controle, de diversas empresas 
nacionais, norte-americanas, espanhola e 
portuguesas. São atendidas cerca de 47 
milhões de unidades consumidoras, das 
quais 85% são consumidores residenciais, 
em mais de 99% dos municípios 
brasileiros.
15PMS - UNIFEI/GQEE
Norte-Nordeste
500 kV
Norte-Sul III
500 kV 
Acre/Rondônia-
SE/CO 230 kV 
Tucuruí-Manaus 
500 kV
Reforços nas 
Regiões SE/CO
500 kV 
Sul-Sudeste
525 kV 
Jurupari-Macapá 230kV
...TRANSMITE
LT Itumbiara –
Nova Ponte 500 
kV
LT Emborcação –
Nova Ponte 500 kV
LT Nova Ponte -
Estreito 500 kV
LT Nova Ponte – São Gotardo - Bom 
Despacho 500 kV
LT Araçuai 2 –
Irapé
230 kV
16PMS - UNIFEI/GQEE
...TRANSMITE
17PMS - UNIFEI/GQEE
...E DISTRIBUI
Medir
Proteger
Supervisionar
Controlar
Fluxo de carga
Estabilidade
Curto-circuito
Transitórios
Previsão de carga
18PMS - UNIFEI/GQEE
É NECESSÁRIO:
19PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
Filosofia Geral
PMS - UNIFEI/GQEE 20
A proteção deve:
• Garantir da melhor maneira possível a continuidade do serviço
• Salvaguardar os equipamentos e a rede
Três tipos de proteção
• Contra incêndio
• Relés + disjuntores, fusíveis
• Contra descargas atmosféricas
Considerações para o estudo de uma proteção
• Elétricas
• Econômicas
• Físicas
Sistema 
Elétrico de 
Potência
Energia Elétrica
Qualidade
Baixos custos
Consumidor
21PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA
Duas situações distintas:
1) Faltas :
Perda do meio básico de isolamento  Arco  Danos
2) Condições anormais :
Podem ocorrer sem falha de isolamento  Condições perigosas
22PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA
Faltas nos sistemas elétricos :
Entre condutores ou entre condutores e terra
• Deterioração do meio isolante (surtos, sobrecarga, 
abrasão, etc..);
• Destruição desse, por sobretensões (*surtos);
• Danificação mecânica;
• Colocação acidental de um caminho condutor;
Ex.: LT  ventos, gelo, granizo, grandes pássaros, raios, galhos 
oscilantes de árvores, guindastes, etc..
23PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA
24PMS - UNIFEI/GQEE
25PMS - UNIFEI/GQEE
26
Conseqüências das faltas:
• Destruição do isolamento
• Danos mecânicos
• Choques elétricos
• Perda de sincronismo
• Perda de estabilidade
OBS.:
27PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA
Um fator importante é o tempo de permanência da falta !!
Faltas metálicas próximas ao barramento (trifásicas)  grande
distúrbio (não há religamento automático)
Faltas em condutores ao ar livre (descargas atmosféricas) 
transitórios  religamento automático !
Faltas devido deterioração do meio (líquido, sólido ou gasoso)  caráter 
permanente  explosões, incêndio, etc.  não há
religamento.
Conseqüências das faltas:
• Destruição do isolamento
• Danos mecânicos
• Choques elétricos
• Perda de sincronismo
• Perda de estabilidade
OBS.:
Faltas 1 fase para terra = menos efeito sobre a estabilidade (corrente limitada)
* mesmo com corrente limitada se requer a rápida remoção
Faltas fase-fase = maiores perturbações quanto a estabilidade
Faltas trifásicas = é a maior dentre as perturbações, (*barramento)
Faltas entre espiras = geradores e trafos rápida remoção
Faltas no núcleo do transformador = falhas no isolamento excessivas correntes de foucault.
28PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA
Estatística de faltas
IEE
IEEE
29PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA
(IEE – 1995 – região da Inglaterra) 30PMS - UNIFEI/GQEE
Estatística de faltas
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA
31PMS - UNIFEI/GQEE
Estatística de faltas
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA
Alguns Exemplos de Condições anormais
Correntes acima do valor máximo permissível diversas causas
Problema caráter térmico (escala de tempo longo)
 Período de carga pesada  abertura de uma interligação pode
gerar sérios problemas...
Oscilações de potência (redes). Se oscilar acima de um limite permissível ir
além do limite de estabilidade perda geral de sincronismo circulação de
corrente trifásicas de baixa freqüência, moduladas em amplitude que podem
caracterizar faltas com atuações de diferentes proteções.
Rejeições de carga  sobrevelocidade das unidades geradoras 
sobretensões transitórias na freq. industrial (*transformadores)
Sobretensões impulso atmosférico, surto de manobra pára-raios
Harmônicos problemas em máquinas, aquecimento, etc...
Sistema de potência é uma cadeia de elos. Em caso de defeito=> perda da continuidade. Então é necessário
elos alternativos (análise de investimentos).
32PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA
Operação normal
Envolve requisitos mínimos para alimentar as cargas existentes e as
futuras.
Prevenção de falhas elétricas
O tipo de maior preocupação é o curto-circuito, no entanto, as outras
condições anormais requer atenção.
• Utilização de isolamentos adequados
• Escolha da proteção aterramento
• Coordenação do isolamento pára-raios
• Baixas resistências de pé de torre aterramento
• Projeto mecânico e civil adequado (pássaros, animais, poluição)
• Práticas apropriadas de operação e manutenção
33PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Moderação dos efeitos das falhas elétricas
Não é economicamente justificável tentar eliminar todas as falhas
(ANSI 1000) Importa: diminuir a severidade das falhas !!
• Meios que moderam os efeitos imediatos da falha elétrica
- impedância de aterramento - capacidade geradora
- esforços mecânicos e térmicos (curto)
- relés de subtensão retardados
• Dispositivos que desligam prontamente o elemento defeituoso
- relés de proteção - disjuntores - fusíveis
• Meios que tornam a perda do elemento defeituoso menos grave
- circuitos alternativos
- capacidade de reserva
- religamento automático
34PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Moderação dos efeitos das falhas elétricas
Não é economicamente justificável tentar eliminar todas as falhas
(ANSI 1000) Importa: diminuir a severidade das falhas !!
• Meios de manutenção da tensão e estabilidade
- LTC
- regulação automática de geradores
• Meios eficazes de medição
- Registradores de perturbação
- Observação humana eficiente e organização
• Freqüentes análises frente as modificações...
35PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Assim, a “proteção” por relés é um dos múltiplos
aspectos do planejamento, tendo como objetivo, minimizar
os danos causados pelas falhas e melhorar o serviço ao
consumidor.
Por isso a proteção já deve ser considerada nos
primeiros estágios do planejamento (inclui controle e
comunicação). Isto a um custo relativamente baixo.
36PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Portanto é função do sistema protetor
• Detectar a falta e causar a abertura do disjuntor;
• Detectar e responder às condições anormais;
• Medir constantemente as quantidades e os parâmetros
elétricos e comparar os mesmos com os valores pré-
definidos. (Em alguns casos a informação deriva de
efeitos primários = movimento de óleo, pressão de gás,
etc).
• Atuar de modo coordenado e seletivo.
37PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Parâmetros envolvidos na medição / detecção de 
anormalidades:
• Magnitude de tensão e de corrente
• Ângulos de fase
• Combinação dos parâmetros acima (potência, impedância)
• Freqüência
• Duração
• Razão de variação
• Harmônicos
• Outros
A maior parte das informações é derivada do próprio sistema
elétrico, através dos TCs, TPs e TPCs, que passam a fazer parte
integrante de um sistema de proteção.
38PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Velocidade
• Qualidade de serviço aos consumidores;
Ex.: Afundamento de tensão  alta corrente nos motores (fusíveis,
disjuntores...)...
• A quantidade de potência
que pode ser transmitida sem
exceder o limite de estabilidade
depende do tempo da proteção...
39PMS - UNIFEI/GQEE
Qualidades Desejadas
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
OBS.: O estudo de estabilidade que fixará definitivamente a
atuação da proteção (tempo de relé + disjuntor). Caso seja rápido, isso
evitará muitos investimentos...
Cargas novasmudança (cada vez proteção + rápida)
Danos causados pelo curto circuito e conseqüentemente o
custo e a demora de executar reparos;
Segurança (propriedades e sobretudo a vida).
Velocidade
40PMS - UNIFEI/GQEE
Qualidades Desejadas
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Velocidade
41PMS - UNIFEI/GQEE
Qualidades Desejadas
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Depende da tecnologia.
K = Iccmin/Ipk (fator de sensibilidade)
No extremo mais afastado sob a condição de geração mínima
Normal  k = 1,5 a 2
Sensibilidade
Capacidade de identificar faltas para as quais ele foi projetado.
42PMS - UNIFEI/GQEE
Qualidades Requeridas para a Proteção
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
• Seletividade:
– No caso de uma falta em um ponto qualquer, a menor parcela 
possível do sistema deverá ser desenergizada.
• Coordenação da Proteção:
– O dispositivo de proteção mais próximo da falta deverá atuar 
primeiro. Na falta deste o segundo mais próximo o fará, e assim por 
diante.
• Objetivos do Estudo de Seletividade e Coordenação da Proteção:
– Definir os ajustes dos dispositivos de proteção de tal forma que os 
conceitos citados sejam alcançados.
43PMS - UNIFEI/GQEE
Qualidades Requeridas para a Proteção
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Confiabilidade
Espera-se a resposta correta mesmo que o elemento de proteção
esteja a muito tempo sem ser solicitado a operar.
- Security x Dependability
A confiabilidade é normalmente entendida como uma medida do
grau de certeza que um equipamento irá ter seu desempenho como
esperado. Em contraste, o relé (ou o sistema de proteção) possui duas
alternativas: eles podem falhar quando são chamados a operar ou eles
podem operar quando não se espera que eles operem.
44PMS - UNIFEI/GQEE
Qualidades Requeridas para a Proteção
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Confiabilidade
Espera-se a resposta correta mesmo que o elemento de proteção
esteja a muito tempo sem ser solicitado a operar.
- Security x Dependability
Isto conduz a uma dupla constatação :
• deve ser confiável (dependable)  dependability: medida da
certeza de que o relé irá operar corretamente para todas as faltas as
quais ele foi designado a operar.
• deve ser seguro  security  medida da certeza de que o relé
não irá operar de modo incorreto para qualquer falta.
45PMS - UNIFEI/GQEE
Qualidades Requeridas para a Proteção
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Terminologias para os relés de proteção (ONS)
Atuação Correta:
Ocorre quando a função atua dentro da finalidade para a qual foi
aplicada conforme as grandezas elétricas supervisionadas, dentro das
faixas adequadamente ajustadas para o defeito, falha ou outra
anormalidade e dentro de sua área de supervisão, em tempo condizente
com as condições da situação.
Atuação Incorreta:
Ocorre quando a função, em resposta a uma ocorrência de falta
ou anormalidade no sistema elétrico, atua sem que tenha o desempenho
previsto na sua aplicação.
46PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Terminologias para os relés de proteção (ONS)
Atuação Acidental:
Ocorre quando a função atua sem a ocorrência de falta ou
anormalidade no sistema elétrico. Isso significa que a mesma em
conseqüência de fatores externos que interferem no seu desempenho
normal, tais como: erros humanos, problemas na fiação de entrada dos
TCs e TPs, vibrações, objetos estranhos no painel, etc.
Recusa de Atuação:
Ocorre quando a função, com ou sem abertura de disjuntor do
componente, deixa de atuar quando existem todas as condições e a
necessidade para fazê-lo.
Atuação Sem Dados:
Ocorre quando não for possível, com as informações disponíveis,
classificar odesempenho da função de proteção.
47PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
Critérios de desempenho (Procedimentos de rede - ONS)
48PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS
• Universo avaliado em 2002:
– linhas de transmissão, geradores, transformadores, barramentos e 
equipamentos de compensação reativa;
– Tensão ≥ 138 Kv;
Componente Total
Terminais de Linhas (138 a 750 kV) 3213
Grupos Geradores Hidráulicos 230
Grupos Geradores Térmicos 24
Transformadores de Potência 1560
Barramentos 1307
Reatores 248
Banco de Capacitores 126
Compensadores Síncronos 34
Compensadores Estáticos 10
Tecnologia de Relés de Proteção no Sistema Elétrico de 
138 a 750 kV
4,37%
22,65% 68,16%
4,82%
Numéricos
Estáticos
Eletromecânicos
Ignorados
Componentes avaliados:
49PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS – ESTUDO ESTATÍSTICO
Transformadores
4%
15%
69%
12%
Proteção de Transformadores
Numéricos
Estáticos 
Eletromecânicos
Ignorados
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
Numéricos Estáticos Eletromecânicos
98,00% 94,92% 97,13%
2,00% 3,39% 2,87%
0,00% 1,69% 0,00%
Proteção de transformadores - estatísticas das atuações
Atuações corretas
Atuações incorretas
Recusas de atuação
50PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS – ESTUDO ESTATÍSTICO
Linhas de 
Transmissão
4,70%
27,93%
67,34%
0,03%
Proteção de Linhas
Numéricos
Estáticos 
Eletromecânicos
Ignorados
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
80,00%
90,00%
100,00%
Numéricos Estáticos Eletromecânicos
99,66% 98,80% 98,90%
0,25%
1,07% 0,97%
0,08% 0,13% 0,13%
Proteção de linhas - Estatísticas das atuações
Atuações corretas
Atuações incorretas
Recusas de atuação
51PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS – ESTUDO ESTATÍSTICO
Desempenho ao longo dos anos
Proteção de linhas
Desempenho dos relés de proteção - comparação das 
tecnologias
86,00
88,00
90,00
92,00
94,00
96,00
98,00
100,00
102,00
104,00
1995 1996 1997 1998 1999 2000
anos
at
ua
çõ
es
 c
or
re
ta
s 
%
Eletromecânica
Estática
Numérico
52PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
FILOSOFIA – CONCEITOS BÁSICOS – ESTUDO ESTATÍSTICO
CARGA
RELÉ
52 BO
52-a
125 Vdc TP's
TC's
53PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
CONJUNTO PROTETOR
Em geral a filosofia de aplicações de relés de proteção divide o
sistema de potência em zonas de proteção, de maneira a se obter uma
atuação seletiva e coordenada dos relés. Alguns autores chamam a atenção
para o fato de que essas zonas de proteção podem ser estabelecidas por dois
métodos: Sistemas graduados no tempo e Sistemas unitários. Ambos, de
qualquer modo, estabelecendo critérios de seletividade. A figura 3
exemplifica as zonas de atuação da proteção. Nota-se nesta figura que as
partes constantes das zonas de proteção são:
• Geradores ou bloco gerador - transformador
• Barramentos
• Transformadores
• Linhas de Transmissão (subtransmissão e distribuição)
• Equipamentos (banco de capacitores, reatores, motores, outros)
54PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
 
~ 
~ 
M 
~ 
~ 
55PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
Relé
LTRelé
barra
Barra I
Barra II
TC p/ zona LT
TC p/ zona barra
DPC
PR
56PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
As definições de início e término de cada zona pode ser
estabelecida de duas maneiras diferentes que dependem do particular
arranjo da subestação bem como da localização física dos TC’s.
52
TC p/ B TC p/ A
Zona BZona A
52
TC p/ B TC p/ A
Zona BZona A
No primeiro caso, a confiabilidade do sistema de proteção é maior, no entanto, a
seletividade estará comprometida em caso de uma falta no disjuntor sobreposto.
57PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
DEAD – TANK
Disjuntores possuem TC’s 
tipo bucha de cada lado.
Tanque no potencial terra.
58PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
Todo o 
equipamento está 
no potencial de 
linha.
É necessário TC 
com seu próprio 
sistema de 
isolamento-
pedestal
59PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
LIVE – TANK
TC somente de um 
dos lados do 
disjuntor. 
É uma questão 
econômica e 
técnica!
60PMS - UNIFEI/GQEE
LIVE – TANK
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
• Falta F1: ambos relés A e B operam:
- 87 barra: trip 52 e todos demais disjuntores da barra;
- 21 também envia trip para o 52 mostrado e o relé na barra remota 
envia trip p/ o correspondente disjuntor local. Isto é desnecessário, 
porém inevitável. Se houver tape na LT  desligamento de carga!!
52
TC p/ B TC p/ A
Zona BZona A
F1
61PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
• Falta F2: ambos relés A e B operam:
- ambos disjuntores da LT (local e remoto) operam corretamente. 
Porém,
- 87 barra irá enviar trip para todos demais disjuntores da barra => 
sem necessidade porém inevitável!
52
TC p/ B TC p/ A
Zona BZona A
F2
62PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
• F1: Somente disjuntor da barra – 87B  52 e outros
• F2: Relé da linha de ambos os lados
• F3: Relé da linha em ambos os lados (suficiente) porém 87B trip em 
todos os disjuntores (desnecessário mas inevitável)
52
TC p/ B TC p/ A
Zona BZona A
F1 F2F3
63PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
• F4: Opera todos os disjuntores da barra.
Porém não limpa a falta do lado da LT que continuará alimentando o 
curto-circuito. 
Blind Spot
52
TC p/ B TC p/ A
Zona BZona A
F4
64PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
ZONAS DE ATUAÇÃO
Em geral, principalmente nos circuitos de AT e EAT, os equipamentos
e dispositivos são protegidos por uma proteção principal e outra de
retaguarda (back-up), cuja finalidade é fazer a supervisão da operação da
proteção principal.
As proteções principais, além de seletivas, são naturalmente mais
rápidas que as de retaguarda, pois estas são ajustadas de modo a garantir
que a principal atue em primeiro lugar, sendo literalmente equacionada
obedecendo critérios pré-estabelecidos de coordenação.
Uma segunda finalidade associada à proteção de retaguarda diz
respeito a se prover supervisões de regiões especiais, onde a proteção
principal, eventualmente, pode não oferecer total cobertura, devido
principalmente a limitação de equipamentos e/ou de seus posicionamentos,
bem como, limitações em níveis de ajuste de relés, como por exemplo,
limites de alcance, intensidades, temporizações, etc.
65PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
NÍVEIS DE PROTEÇÃO
A proteção de
retaguarda poderá estar
próxima do equipamento ou
circuito protegido (back-up
local) ou em um ponto remoto
(back-up remoto).
Na figura, para um defeito interno no transformador o relé 87
(diferencial) é considerado a proteção principal, pois possui uma atuação
instantânea e é seletivo. Os relés de sobrecorrente 50/51, do lado AT do
transformador são considerados como proteção de retaguarda tanto para
defeitos no transformador como nos alimentadores 1 e 2 de saída da
subestação. Estes relés são considerados como proteção de retaguarda
local para defeitos no transformador ou alimentadores.50/51
87
50/51
50/51 50/51
50/51 50/51
66PMS - UNIFEI/GQEE
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
NÍVEIS DE PROTEÇÃO
Para sistemas de EAT, é usual a utilização de duas proteções de
distância (21) com desempenhos similares e muitas vezes com relés
iguais, isto é, uma proteção duplicada. Essas proteções, comumente
denominadas de principal e alternativa ou primária e secundária, têm
por objetivo uma maior confiabilidade e segurança no desempenho da
proteção instalada. Recomenda-se usualmente, sempre que possível,
conectar essas proteções a TP’s e TC’s com a mínima interdependência
entre si. Embora sejam funções distintas, muitas vezes a proteção de
retaguarda se confunde com a alternativa e vice-versa, chegando até
causar polêmicas a respeito.
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
NÍVEIS DE PROTEÇÃO
Notar que na figura abaixo, as proteções 21A1 e 21B1 são
consideradas proteções primárias e ainda 21A2 e 21B2 são as
alternativas. Nestas circunstâncias, para defeitos no trecho BC (além dos
TC’s) as proteções principais são 21B1 e 21B2, pois possuem ação rápida
(20 a 80 ms) e são seletivos. Os relés 21A1 e 21A2 são considerados de
retaguarda pois possuem atuação temporizada (400 ms) e não são
seletivos, pois desligam o trecho AB sem defeito. Os relés 21A1 e 21A2
são considerados proteções de retaguarda remotas para defeitos no
trecho BC.
 
A B 
C 
21A1 
21A2 
21B1 
21B2 
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
NÍVEIS DE PROTEÇÃO
Procedimentos de rede do ONS
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
TERMOS USUAIS
Ex. 87
Ex. 21
A parte de um sistema elétrico mostrada no diagrama
unifilar da figura seguinte, com fontes em suas três extremidades,
tem proteções unitárias e gradativas convencionais. Para cada um
dos casos listados a seguir, ocorreu um curto-circuito e
determinados disjuntores foram abertos automaticamente
conforme indicado. Assumir que o disparo desses disjuntores foi
correto dentro das circunstâncias. Onde ocorreram os curtos-
circuitos? Ocorreu alguma falha de proteção, incluindo
disjuntores? Em caso afirmativo, o que falhou? Assumir que só
pode ocorrer uma falha por vez. Desenhar um esquema com as
zonas de proteção unitária superpostas junto aos disjuntores, as
proteções gradativas e a localização de cada curto-circuito.
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
EXERCÍCIO (Livro Mason)
1 2 3 4
75
86
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
EXERCÍCIO
As proteções unitárias e gradativas têm a seguinte configuração: 
1 2 3 4
86
75
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
EXERCÍCIO
a) Curto-circuito entre os disjuntores 4, 5 e 8:
I – curto na barra 4-5-6 – falhou o disjuntor 6.
II – curto na região de superposição do disjuntor 6 – falhou o disjuntor
6.
1 2 3
6
7
I
II
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
EXERCÍCIO
b) Curto-circuito entre os disjuntores 3, 7 e 8:
I – curto na linha 3-4 – falhou o disjuntor 4.
II – curto na barra 4-5-6 – falhou a proteção da barra.
III – curto na linha 6-8 – falhou o disjuntor 6.
IV – curto na linha 5-7 – falhou o disjuntor 5.
1 2 4
6
5
I
II
IV
III
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
EXERCÍCIO
c) Curto-circuito entre os disjuntores 3, 4, 5 e 6:
I – curto na região de superposição junto ao disjuntor 4 – nada falhou.
1 2
8
7
I
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
EXERCÍCIO
d) Curto-circuito entre os disjuntores 1, 4, 5 e 6:
I – curto na região de superposição à esquerda do disjuntor 4 – falhou o
disjuntor 3.
2
8
7I
3
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
EXERCÍCIO
e) Curto-circuito entre os disjuntores 4, 5, 7 e 8:
I – curto na região de superposição à esquerda do disjuntor 5 – falhou o
disjuntor 6.
1 2 3
6
I
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
EXERCÍCIO
1 2 3
8
7
f) Curto-circuito entre os disjuntores 4, 5 e 6:
I – curto na barra 4-5-6 – nada falhou.
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PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
EXERCÍCIO