PSE - Aula 01

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Instituto Federal de São Paulo
Campus São Paulo 
Departamento de Eletrotécnica
PSE
Proteção de Sistemas Elétricos
ROGÉRIO LÚCIO LIMA 
São Paulo – Agosto de 2015
Prof. Rogério Proteção de Sistema Elétricos
CURSO: Tecnologia em Sistemas Elétricos
PERÍODO LETIVO: 2015.2
DISICIPLINA: Proteção de Sistemas Elétricos
CÓDIGO/TURMA: PSEL4
CARGA HORÁRIA SEMANAL: 1,4 horas
HORÁRIO: 21:20 – 22:50
PROFESSOR: Rogério Lúcio Lima
Sistema de avaliação de aprendizagem:
P1
P2
MF (Média Final) = P1+P2/2 MF ≥ 6,0 – Aprovado
4,0 ≤ MF ≤ 6,0 – Sub
MF ≤ 4,0 – reprovado
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Objetivos
 Dar os fundamentos básicos para a compreensão das funções de cada componente de
um sistema elétrico e mostrar a necessidade de protegê-lo.
 Apresentar o projeto de um sistema de proteção, como base para o projeto, operação
e manutenção de sistemas elétricos.
Ementas
 Sistema de potência, necessidade de sua proteção.
 Diagramas esquemáticos de sistemas de proteção.
 Componentes de um sistema de proteção:
 Transformadores de corrente e potencial;
 Relés de corrente e tensão;
 Normalização de equipamentos de proteção;
 Relés direcionais;
 Relés diferenciais;
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Ementas
 Relés de distância;
 Teleproteção;
 Relés de frequência;
 Proteção contra surtos.
 Influência do sistema de proteção nos critérios de planejamento e investimentos em
sistemas elétricos.
 Estudo de Seletividade.
 Proteção como fator de segurança em eletricidade.
 Projeto de um sistema de proteção.
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Bibliografia Básica
• CAMINHA, A. C. Introdução à Proteção dos Sistemas Elétricos. São Paulo, Edgard
Blucher, 1977.
• FILHO, J. M.; MAMEDE, D. R. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. Rio de
Janeiro, LTC, 2011.
• KINDERMANN, G. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. Florianopólis, UFSC,
2005.
• PHADKE, A. G.; THORP, J. S. Computer Relaying for Power Systems. 2º Ed. John Willey
and Sons, 2009.
• HEWITSON L. G. et al. Power System Protection. Oxford, Elsevier, 2004.
• STEVENSON JUNIOR, W. D. Elementos de Análise de Sistemas de Potência. São Paulo,
Mc Graw-Hill, 1975.
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Sistema Elétrico de Potência
De onde a energia consumida nesta sala?
Sistema Interligado
Desvantagens
 Maior complexidade na operação e planejamento.
 Propagação de perturbações.
Vantagens
 Maior número de unidades consumidoras.
 Necessidade de menor capacidade de reserva para as emergências.
 Intercâmbio energéticos entre regiões de sazonalidades diferentes.
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Sistema Elétrico de Potência
Há exigências para operá-lo dentro de limites admissíveis.
Curto Circuito?
 Enrolamentos de geradores e transformadores.
Estado da operação
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Sistema Elétrico de Potência
Planejamento de recursos e equipamentos:
 Planejamento da geração: 20 anos.
 Planejamento da transmissão e distribuição: 5 a 15 anos.
Planejamento de operação:
 Programação da geração e manutenção: 2 a 5 anos.
Operação em tempo real:
 Planejamento da geração: 8 horas a 1 semana.
 Despacho: contínuo.
 Proteção automática: fração de segundos
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Proteção de Sistemas Elétricos
Linhas de Transmissão – elemento do sistema mais afetado.
A proteção do sistema elétrico de potência baseia-se em relés.
 Foram os primeiros dispositivos automáticos no sistema de potência.
 Década de 50 – primeiras concepções eletrônicas: exatidão, velocidade e desempenho
global.
 inclusão da capacidade de detecção de falhas – atuação indevida.
 Microprocessadores – relés digitais.
 Obsolescência.
 Necessidade de software
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Vida útil do relé. Evolução dos relés.
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Objetivo de um filosofia adequada da proteção.
“Após uma falha, deve-se assegurar a continuidade de alimentação ao maior
número de usuários; resguardar a rede e o equipamento atingido.”
 Retirar ou não de serviço o sistema.
 Alertar o operador.
 Detectar curtos, sobretensões, perdas de sincronismo, ou seja, os relés devem ser
vários em tipos, não só em quantidade.
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Estatísticas dos defeitos
a) Seja um sistema 132/275 kV típico:
b) Sistema EHV típico:
• Desligamento por descargas atmosféricas: 10-20% do total.
• Tempo médio de interrupção em 10 anos:
• Para tempestades: 2,3 min/ano.
• Pelo total de defeitos: 12 min/ano.
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b) Sistema EHV típico:
• Defeitos passageiros: 95% dos casos (85% dos defeitos passageiros são(F-T)
c) Distribuição normalmente esperada para as falhas
• Devidas à natureza elétrica diversa – 73%.
• Má atuação de relés – 12%.
• Erros de pessoal – 15%.
Obs.: As estatísticas não são perfeitamente confiáveis devido:
• Erros nos registros.
• As falhas dependem da localização, tipo do sistema, equipamentos de
manobras.
• Nível de modernização do sistema: automação, religadores, geração distribuída
etc.
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Aspectos considerados na filosofia de proteção.
1. Operação normal.
1. Inexistência de falhas do equipamento.
2. Inexistência de erros do pessoal de operação.
2. Prevenção contra falhas elétricas.
1. Isolamento adequado.
2. Uso de cabo para-raios e baixa resistência de pé de torre.
3. Adequadas instruções de operação e manutenção.
3. Limitação dos defeitos devido falhas.
1. Colocando reatores limitadores do valor das correntes de curto.
2. Os equipamentos devem ser projetados para suportar os efeitos mecânicos e
térmicos das correntes.
3. Existência de circuitos duplos e geradores de reserva.
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Aspectos considerados na filosofia de proteção.
3. Limitação dos defeitos devido falhas.
4. Análise constantes sobre mudanças no sistema (Load Flow, cálculos de curtos) –
reajustes dos relés, variações nas instruções operativas.
5. Existência de releamento.
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Análise Geral da proteção
1. Proteção.
1. Contra incêndio.
2. Pelos relés e fusíveis.
3. Contra descargas atmosféricas e surtos de manobras.
2. Principais considerações de um estudo de proteção.
1. Elétricas: tipos de faltas, estabilidade, características gerais e regime de operação
do equipamentos.
2. Econômicas: custo de equipamento a ser protegido x custo do sistema de
proteção.
3. Físicas: facilidade de manutenção dos relés, TC’s, TP’s, filtros. Distância entre os
pontos de releamento.
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Proteção de Sistemas Elétricos
Características Gerais dos Equipamentos de Proteção
Regra básica.
1. Se não há defeito; a proteção não atua: desligamentos desnecessários serão
evitados.
2. Caso haja defeito na zona de controle do relé, as ordens devem ser precisas.
Funções da proteção por releamento.
1. Função principal: promover uma rápida retirada do elemento que sofre a falta, ou
quando ele começa a operar anormalmente.
2. Função secundária: localiza o defeito e descobre o tipo de defeito.
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Características Gerais dos Equipamentos de Proteção
Regra básica.
1. Se não há defeito; a proteção não atua: desligamentosdesnecessários
serão evitados.
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Princípios de funcionamento dos relés
a) Relés principais ou primários:
Uma zona de proteção é estabelecida ao redor de cada elemento do sistema.
• Disjuntores são colocados na conexão de cada dois elementos
• Superposição de zonas: visa socorrer em caso de falha de uma proteção
(prejudica à seletividade)
• Superposição sobre disjuntores: desta forma se tem, realmente, o socorro
necessário.
b) Relés de retaguarda:
• A proteção de retaguarda deve ser arranjada de maneira que o motivo
causador de falhas na proteção principal não o faça na proteção de retaguarda.
• prover proteção quando o equipamento principal estiver fora de serviço.
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Princípios de funcionamento dos relés
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Princípios de funcionamento dos relés
c) Relés auxiliares:
Usados para sinalizar, como temporizador, multiplicador de contatos, etc.
Exemplos:
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Princípios de funcionamento dos relés
Exemplos:
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Princípios de funcionamento dos relés
Exemplos:
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Proteção de Sistemas Elétricos
Características Funcionais do Releamento
As características funcionais exigidas dos equipamentos de proteção são:
a) Velocidade ou Rapidez de Ação.
• Diminuem a extensão do dano ocorrido (≈𝑅𝐼2𝑡).
• Auxiliam a manutenção da estabilidade das máquinas em paralelo.
• Melhoram as condições para resincronização de motores.
• Mantém as condições normais de operação das partes sadias.
• Diminuem o tempo de paralisação dos consumidores.
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Características Funcionais do Releamento
As características funcionais exigidas dos equipamentos de proteção são:
a) Velocidade ou Rapidez de Ação.
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Características Funcionais do Releamento
As características funcionais exigidas dos equipamentos de proteção são:
b) Sensibilidade.
Os relés e o sistema devem ser suficientemente sensíveis, de maneira a operarem
os relés, nas anormalidades.
𝐾 =
𝐼𝑐𝑐𝑚𝑖𝑛
𝐼𝑝𝑝
= 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
𝐼𝑐𝑐𝑚𝑖𝑛 - mínima corrente de curto.
𝐼𝑝𝑝 - corrente mínima de acionamento ou de “pick-up”.
1,5 ≤ K ≤ 2.
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Características Funcionais do Releamento
As características funcionais exigidas dos equipamentos de proteção são:
c) Seletividade. É capacidade de proteção.
• Em reconhecer uma falta e desligar o número mínimo de disjuntores para eliminar
a falta.
• Selecionaras condições em que uma imediata operação é requerida e aquelas em
que nenhuma operação ou retardo de atuação é exigido.
c) Confiabilidade. É a probabilidade de um componente, um equipamento ou um
sistema satisfazer à função prevista: atuar corretamente sob as condições esperadas e
não operar incorretamente devido a causas estranhas.
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Exercícios.
Para o sistema abaixo determine