PROTEÇÃO DE BARRAMENTOS E CAPACITORES_FINAL

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IGOR GAUDENCIO
LUCAS CRUZ
RAIMUNDO FRANCO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISC.: PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
PROF.: Msc. NELBER XIMENES MELO
PROTEÇÃO DE BARRAMENTOS E 
CAPACITORES
Proteção de 
Barramentos
Introdução
• Barramentos de subestações são conectados aos circuitos 
alimentadores, assim como, aos transformadores de potência.
• Falhas em barramentos não ultrapassam 10% das faltas no SEP.
• Defeitos:
Rompimento da isolação devido a danos elétricos 
Cabos de aterramento após serviço de manutenção 
Objetos estranhos na SE e ferramentas sobre as barras
Corrosão por maresia, poeira atmosférica, resíduos industrias, etc
Falha ou inexistência de SPDA
Presença de animais no barramento
Proteções típicas
• Desbalanço de corrente de sequencia negativaFunção 46
• Proteção instantânea de faseFunção 50
• Proteção instantânea de neutroFunção 50N
• Proteção contra falha de disjuntorFunção 50BF
• Proteção temporizada de faseFunção 51
• Proteção temporizada de neutroFunção 51N
• Proteção temporizada de sequencia negativaFunção 51Q
• Proteção de terraFunção 64
• Proteção instantânea de sequencia negativaFunção 50Q
• Bloqueio de segurançaFunção 86
• Proteção direcional de terraFunção 67G
• Proteção diferencial de barramentoFunção 87B
Introdução
• O barramento é protegido primeiramente por relés de 
sobrecorrente e distância (4ª zona) de alimentadores, porém é 
uma proteção lenta.
• A proteção de barra é necessária quando 
O sistema de proteção não cobre as barras
Almeja-se estabilidade do sistema (proteção rápida)
Barra com seccionamento 
Introdução
• Arranjos de barramento
Barramento simples
Barramento duplo
Barramento simples seccionado
Barramento duplo 1 disjuntor e 4 chaves
Barramento duplo a 2 disjuntores
Barramento duplo disjuntor e meio
Barramento em anel
Introdução
• Barramento simples
Aplicado a SE’s de menor porte
Baixo custo
Defeitos e manutenção de 
equipamentos implicam em 
desligamento da SE.
Fonte: Gebran,2014
Introdução
• Barramento duplo
Maior flexibilidade e Disponibilidade
• Barra duplo 1 Disj/4 CH
Manutenção no disjuntor sem 
interrupção 
Uma barra pode ser transferida
para a outra.
Fonte: Gebran,2014
Introdução
• Barramento simples seccionado
• Vantagens
• Continuidade 
• Perda de uma barra afeta somente as 
cargas a ela conectadas
• Baixo custo
Fonte: Mamede,2011
Introdução
• Barramento duplo a 2 disjuntores
• Vantagens
• Manutenção nos disjuntores sem 
interrupção
• Continuidade elevada
• Sem Perda do barramento, pois pode 
ser transferido 
• Alto custo
Fonte: Mamede,2011
Introdução
• Barramento em anel
• Continuidade elevada
• Um defeito numa seção da barra 
fica interrompido o serviço 
correspondente em nada 
afetando as demais seções.
• Aplicado em indústrias.
Fonte: Gebran,2014
Proteção Howard
• Um defeito fase-carcaça faz atuar o disjuntor do barramento
• Um TC montado no condutor de aterramento ligado a um relé 
64 e 67G.
Fonte: Jardini,2011
Proteção diferencial de barramento
• Princípio de Funcionamento
• A soma das correntes que entram no barramento deve ser igual à soma 
das correntes que saem através dos alimentadores.
• Se houver corrente de fuga o equilíbrio deixa de existir e atua a função 
87B.
Proteção diferencial de barramento
Considerações
Os TCs devem 
ser exclusivos 
para proteção 
de 
barramento
O tempo de 
operação é 
inferior a 
15ms 
A zona de 
proteção é 
dada pela 
posição dos 
TCs
Do TC ao relé 
digital a 
seção mínima 
deve ser 
10mm² 
Proteção diferencial de barramento
Fonte: Mamede,2011
Proteção diferencial de barramento
• Para um defeito fora da zona de proteção a corrente que entra pelo TC sai da 
barra passando pelo TC do lado da carga, a circulação de corrente diferencial 
na unidade de restrição faz anular a atuação do relé.
Fonte: Mamede,2011
Proteção diferencial de barramento
• Proteção diferencial de alta impedância 
• Subestações com grandes dimensões e condutores do secundário do TC 
longos
• No caso de falta externa o TC pode saturar devido a essas impedâncias.
• Havendo saturação a soma das correntes que entram é diferente das que 
saem provocando a atuação do relé.
Proteção diferencial de barramento
Fonte: Mamede,2011
Proteção diferencial de barramento
• Ajuste da unidade de tensão do relé diferencial
𝑉𝑟 =
𝐾1 ∗ 𝑅𝑠 + 𝐾2 ∗ 𝑅𝑙 ∗ 𝐼𝑐𝑐
𝑅𝑇𝐶
• Rs: resistência do enrolamento secundário do TC
• Resistencia do condutor (do relé ao TC) 
• Ajuste da corrente no relé diferencial
𝐼𝑚𝑖𝑛 = ⅀𝐼𝑒 + 𝐼𝑟 + 𝐼𝑣 ∗ 𝑅𝑇𝐶
Proteção diferencial de barramento
P
R
O
B
LE
M
A
S A saturação dos TCs constitui a principal causa de
falha da proteção diferencial de barramento
No caso de uma falta externa à zona de proteção, as correntes
circulantes propiciam níveis diferentes de saturação do TC resultando
em erros elevados
Os relés não devem operar a proteção 87B no caso de defeitos
externos, nesse caso os relés operam no modo de alta
segurança
Proteção diferencial de barramento
• Zona morta
Fonte: Jardini,2011
A falta apresentada fará atuar
a proteção de barra com o
consequente desligamento dos
disjuntores
Proteção diferencial de barramento
• Proteção numérica de barra (IED)
Proteção de sobrecorrente de retaguarda 
Falha do disjuntor
Proteção da zona morta
• Além de calcular a soma das correntes medidas, o algoritmo 
também pode avaliar diferenças entre amostras sucessivas de 
corrente
• Reconfigurar a proteção, em virtude de mudanças no arranjo da 
subestação.
Proteção diferencial de barramento
Fonte: Jardini,2011
Proteção de Capacitores
Capacitores
Equipamentos que injetam potência reativa capacitiva nos 
sistemas elétricos onde são instalados
Normalmente são reunidos em Bancos
Banco de Capacitores 
Fixos
Conectado permanentemente ao 
sistema elétrico
Banco de Capacitores 
Manobráveis
Conectado ao sistema elétrico por meio de 
chaves interruptoras comandadas por um 
sistema de controle previamente ajustado para as 
condições que se fizerem necessárias
Na maioria dos 
casos as células 
capacitivas não 
ultrapassam a 
tensão de 25kV e 
500kVAr
Capacitores em Sistemas de Distribuição 
de Baixa Tensão
Instalados no interior das subestações ou próximos 
a estas, conectados ao QGF
Podem ser instalados nos Centros de Distribuição 
em instalações Comerciais, Hospitalares etc
Em instalações industriais podem ser instalados 
nos Centros de Controle de Motores
Fonte: http://www.tecnoluz.com.br/
Capacitores em Sistemas de Distribuição 
de Baixa Tensão
Podem ser instalados tanto no interior das 
subestações quanto ao longo dos alimentadores 
urbanos e rurais
Instalação no 
barramento de MT das 
Subestações
Instalação ao longo das 
redes de distribuição
Capacitores em Sistemas de Distribuição 
de Média Tensão
Quais as vantagens de 
cada tipo de instalação?
Qual deve ser a mais 
utilizada, porque?
Capacitores em Sistemas de Distribuição 
de Média Tensão
• Centralização do controle da potencia reativa 
necessária a avaliação dos níveis de tensão
• Redução do investimento inicial e custos 
operacionais
Instalação no 
barramento de 
MT das 
Subestações
• Regulação da tensão e redução das perdas elétricas nos 
alimentadores
• Bancos de Capacitores vs Reguladores de Tensão
• Restrições práticas: Alteração na configuração dos 
alimentadores; Manobras dos bancos de capacitores; Queima 
da proteção fusível ou de umaou mais células do banco
Instalação ao 
longo das redes de 
Distribuição
Capacitores em Sistemas de Distribuição 
de Média Tensão
Capacitores em Sistemas de Distribuição 
de Média Tensão
Fonte: Mamede
• Geralmente são parte integrante dos compensadores estáticos
• Operam em coordenação com bancos de reatores
Capacitores em Sistemas de Potencia de 
Alta Tensão
Fonte: Mamede
Pontos de 
interesse 
que a 
proteção 
deve 
considerar
Curto-circuito nos barramentos 
do banco de capacitores
Surtos de tensão, resultantes de 
descargas atmosféricas que 
trafegam pelas linhas de 
transmissão/distribuição
Correntes transitórias devido 
a energização ou manobra 
dos bancos de capacitores
Sobrecorrentes resultantes 
de defeitos internos
Sobretensão de desbalanço
quando da exclusão de uma ou 
mais dessas células capacitivas
Banco de capacitores conectados a uma 
subestação de potência
•Proteção contra subtensãoFunção 27
•Desbalanço de corrente de sequencia negativaFunção 46
•Proteção instantânea de faseFunção 50
•Proteção instantânea de neutroFunção 50N
•Proteção contra falha de disjuntorFunção 50BF
•Proteção temporizada de faseFunção 51
•Proteção temporizada de neutroFunção 51N
•Proteção contra sobretensãoFunção 59
•Proteção de balanço de tensãoFunção 60
•Proteção de balanço de correnteFunção 61
•Bloqueio de segurançaFunção 86
Proteções típicas
Para-raios a 
resistor não linear
O dimensionamento 
dos para-raios contra 
surtos de tensão é 
feito em função do 
nível de sobretensão
Devem ser utilizados 
em qualquer 
configuração do 
banco de capacitores
Gaps e 
descarregadores 
de chifre
Prevista para Descargas 
atmosféricas que geram ondas 
de impulso ao longo das linhas 
de transmissão e de 
distribuição e que se deslocam 
até as subestações 
consumidoras
Proteção contra sobretensões por 
descargas atmosféricas
- A eq. 10.1 determina a potencia mínima para que o banco esteja autoprotegido contra surtos de tensão
transitória
A configuração estrela aterrada praticamente assegura a autoproteção do banco de capacitores
Proteção contra sobretensões por 
descargas atmosféricas
Proteção contra sobretensões por 
descargas atmosféricas
• Devem ser protegidos por para-raios cuja tensão máxima de descarga 
seja multiplicada por 1,44
Bancos de capacitores 
em estrela aterrada não 
autoprotegidos
• Tensão máxima de descarga do para-raios deve ser multiplicada por 1,44
• Não deve ultrapassar 1,5 vez a tensão suportável de impulso das células 
capacitivas vezes o número de grupos serie
Bancos de capacitores 
em estrela não aterrada
• Necessidade do para-raios por conta dos transitórios que se estabelecem 
entre a parte ativa e a carcaça das células capacitivas
Bancos de capacitores 
isolados da terra
Proteção contra sobretensões por 
descargas atmosféricas
Lo
ca
liz
aç
ão
 d
o
 p
ar
a-
ra
io
s
Bancos de capacitores dotados de 
disjuntores ou interruptores
Devem ser conectados antes do dispositivo de 
interrupção, no sentido barramento-banco
Também podem ser conectados entre o disjuntor ou 
interruptor e o banco de capacitores
Bancos de potencia elevada
Devem-se localizar próximos aos terminais de 
alimentação dos disjuntor de proteção do banco
É importante lembrar que mesmo em 
sistemas autoprotegidos, é conveniente 
aplicar para-raios conforme orientações 
apresentadas
• A proteção geral do banco de capacitores pode ser obtida por 
meio de relés digitais
Proteção contra sub e sobretensões de 
origem interna
Função 27
Ajuste do nível 
de subtensão
•90% da Tensão 
Nominal
Ajuste do tempo 
de resposta
•2s
Função 59
Ajuste do nível 
de sobretensão
•110% da tensão 
nominal
Ajuste do tempo 
de resposta
•3s
• Proteção contra sobrecorrente
Protege os capacitores contra defeitos fase e terra no trecho do sistema 
compreendido entre o banco de capacitores e o disjuntor.
• Grandes bancos de capacitores: 
Utiliza-se relés digitais redundantes
• Baixa tensão
Proteção por fusíveis NH ou diazed. Também são utilizados disjuntores
termomagnéticos.
• Média tensão
Proteção por elos fusíveis, fusíveis HH ou por relés digitais alimentados 
por transformadores de corrente atuando sobre disjuntores.
Proteção para bancos de capacitores
Bancos de 
capacitores 
em BT
Formados por células 
capacitivas trifásicas
Ligadas diretamente ao
barramento do QBC através de 
disjuntores ou chaves com
fusíveis
A proteção deve ser feita
por fusíveis NH ou
diazed de atuação lenta
Recomendação: Cada capacitor
componente de um banco deve
ser protegido individualmente
contra curto-circuito interno a fim
de se evitar a ruptura de sua caixa
metálica
Proteção de capacitores de Baixa Tensão
QBC
Fonte: Mamede
Proteção de capacitores de Baixa Tensão
• Os capacitores e bancos de capacitores podem ser protegidos por fusíveis
ou relés digitais.
• Proteção de capacitores através de fusíveis
Na proteção de células capacitivas de média tensão (>2,2kV) são utilizados elo
fusíveis do tipo expulsão – acelera a atuação do fusível na presença de correntes de 
defeito.
São empregados desde que a corrente de curto-circuito seja menor que 8500 A 
para capacitores com tensão nominal até 8 kV e menor que 6000 A até 13,8 kV.
Proteção de capacitores de Média e Alta 
Tensões
• Objetivo (fusíveis): Manter a integridade caixa da célula capacitiva 
defeituosa -Banco de capacitores poderão operar satisfatoriamente.
• Consequência da corrente de curto-circuito para as outras células 
capacitivas?
Proteção de células capacitivas
• Os fabricantes de células capacitivas concebem as proteções de três
diferentes formas:
1. Capacitores de potência com proteção externa individual por fusível
Vantagens:
• Identifica visualmente a presença de uma célula capacitiva defeituosa no meio
de uma grande quantidade de capacitores por meio da observação do elo
fusível tipo expulsão.
• Facilidade de desconectar da rede a celula capacitiva defeituosa.
• Mantém em operação satisfatória o banco de capacitores se qualquer célula 
falhar.
Proteção de células capacitivas
Células capacitivas Banco de Capacitores - MT
Fonte: Mamede
Proteção de células capacitivas
2. Capacitores de potência com proteção interna individual por fusível
Esse tipo de fabricação permite montar bancos de capacitores mais compactos e 
com menor quantidade de pontos energizados – reduz o contato com pequenos
animais que acessam partes vivas de uma instalação.
Fusíveis no interior das células tem características limitadoras de corrente e isolam
cada unidade capacitiva interna – não precisa retirar de operação o banco de 
capacitores para substituição da célula.
Proteção de células capacitivas
 Célula capacitiva com proteção interna individual por fusível
Fonte: Mamede
Proteção de células capacitivas
3. Capacitores de potência sem proteção individual
Esses capacitores não contêm proteção por fusíveis instalados nem interna 
nem externamente.
Só é possível através da alta qualidade dos materiais desenvolvidos para a 
sua construção.
Apresenta muitas unidades capacitivas em série e poucas em paralelo – se 
houver dano em qualquer uma das unidades capacitivas, surgirá uma
pequena sobretensão nas unidades capacitivas em série remanescentes, 
cujo valor é distribuído por todas elas.
Proteção de células capacitivas
 Célula capacitiva sem proteção individual
Fonte: Mamede
Proteção de células capacitivas
• Um defeito no sistema que o banco de capacitores está armazenado faz 
com que toda a energia armazenada em cada célula capacitivase 
descarregue no ponto em curto-circuito, fazendo com que a corrente
resultante (contribuição dos capacitores mais a do sistema) percorra toda 
a rede desde o ponto de instalação do banco até o ponto de falta.
• Corrente de contribuição dos capacitores:
Ic = 0,816 x Vf x 𝐶/𝐿, em kA
Vf: Tensão entre fases do sistema em kV;
C: Capacitância do banco acrescida à do sistema.
L: Indutância entre o ponto de instalação dos capacitores e o ponto de falta.
Proteção de banco de capacitores
• Os relés de sobrecorrente são ligados a transformadores de corrente e 
atuam sobre disjuntores que manobram todo o banco de capacitores.
• Fornece as seguintes funções de proteção:
Proteção contra sobretensões que podem ocasionar rompimento da caixa
metálica das células.
Proteção contra sobrecorrentes devido a falhas entre fases e entre fases e 
terra no ponto entre o disjuntor e o banco de capacitores.
Proteção de falha de disjuntor.
Indica e dá o alarme se estiver ocorrendo algum defeito no barramento do 
banco de capacitores.
Proteção de capacitores através de relés 
digitais
• Em geral, as falhas que ocorrem no barramento do banco de capacitores 
têm origem no movimento de pequenos animais (inclusive pássaros) 
sobre partes vivas do sistema.
• Para essa condição, utiliza-se o relé de sobrecorrente o relé de 
sobrecorrente temporizados.
• Os relés de sobrecorrente temporizados devem ser ajustados para 
valores iguais ou superiores a 1,35 vez a corrente norminal do banco de 
capacitores:
 I ≥ 1,35 x Inc ; Inc = corrente nominal do capacitor.
Proteção de capacitores através de relés 
digitais
• Quando um banco é energizado são geradas correntes transitórias 
elevadas de alta frequência – Corrente de Inrush
Seus valores dependem de condições como Resistencia, indutância e capacitância 
do sistema, além de eventuais resistências ou reatâncias inseridas nos disjuntores 
de operação do banco de capacitores com a finalidade de reduzir o valor da 
corrente de energização durante a operação de fechamento desse banco
• Para a determinação da corrente de energização de um banco de 
capacitores duas condições distintas devem ser consideradas
Energizar um banco de capacitores sem nenhum outro banco estar em operação na 
subestação
Energizar o banco quando um segundo banco já está em operação na barra da 
subestação
Proteção contra correntes transitórias 
de energização
• Cuidados a serem adotados afim de que sejam evitadas 
perturbações no sistema elétrico:
• Banco de capacitores também deve ser conectado em 
estrela com ponto neutro aterrado
Trafo conectado em 
estrela aterrada
• Banco de capacitores deve ser conectado em estrela isolada
• Alternativamente pode ser conectado em triangulo
Trafo conectado em 
triângulo
• Banco de capacitores deve ser conectado em triângulo. 
• Alternativamente pode ser conectado em estrela isolada
Trafo conectado em 
estrela isolada
Ligação de banco de capacitores no lado 
de baixa do Trafo
• Redistribuição de tensão entre as células 
sãs
• Queima sequenciada
Defeito de 
uma ou mais 
celulas
• Estrela aterrada -> Corrente no Neutro
• Estrela Isolada -> Componentes harmônicas 
fazem surgir Tensão de Neutro
Erros inerentes 
aos processos 
construtivos
Desequilíbrio de capacitância
Exemplo de Aplicação
Dado um banco de capacitores de 3600 kVAr, instalado em 13.8 kV, em um
local em que o nível de curto-circuito é de 8519A. A característica do
banco é apresentada a seguir. Pede-se para ajustar as proteções do banco.
Conexão: dupla estrela não aterrada
kVAr de 1 unidade = 200
Número de grupos série por fase (S) = 1
Número de unidades em paralelo por grupo (P) = 3
kVn 1 unidade = 7,967
TC de fase = 400-5 A
TC do neutro da dupla estrela = 15-5 A
Dados:
Arranjo Dupla Estrela
• Média e Alta Tensão
• Capacitores de Menor Isolação
• Estrela Isolada e Interligada
• Relé instalado na interligação
Dupla 
estrela
Exemplo de Aplicação
Exemplo de Aplicação
Exemplo de Aplicação
Exemplo de Aplicação
Exemplo de Aplicação
Exemplo de Aplicação
Referências bibliográficas
• RUSH, P. “Proteção e Automação de redes”, São Paulo,2011.
• MAMEDE FILHO, J. “Proteção de sistemas elétricos de Potência”, 
2011.
• MARDEGAN, Claudio.“Capítulo XIII - Proteção de Bancos de 
Capacitores Shunt”. Revista O Setor Elétrico, 2011.
• GEBRAN, A. P. “Manutenção e operação de equipamentos de 
subestações, 2014.
Obrigados!
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