Proteção de Sistemas Elétricos - Cap 1 ASPECTOS GERAIS DA PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS

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Capítulo1 ASPECTOS GERAIS DA PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 
 
1.1 Introdução 
 
 Este capítulo tem como objetivo apresentar aspectos gerais e as principais propriedades da proteção 
de sistemas elétricos de potência. 
 A proteção de qualquer sistema elétrico é feita com o objetivo de diminuir ou evitar risco de vida e 
danos materiais, quando ocorrer situações anormais durante a operação do mesmo. 
 Geralmente, os sistemas elétricos são protegidos contra sobrecorrentes (curtos-circuitos) e 
sobretensões (internas e descargas atmosféricas). 
 A proteção contra curtos-circuitos, que é o objetivo deste curso, é feita, basicamente, empregando-se 
fusíveis e relés que acionam disjuntores. 
 O equipamento fundamental para proteção contra sobretensões é o pára-raios 
 
1.2 Funções básicas de um sistema de proteção 
 
 Dentre as funções de um sistema de proteção as principais são: 
• Salvaguardar a integridade física de operadores, usuários do sistema e animais; 
• Evitar ou minimizar danos materiais; 
• Retirar de serviço um equipamento ou parte do sistema que se apresente defeituoso; 
• Melhorar a continuidade do serviço; 
• Diminuir despesas com manutenção corretiva; 
• Melhorar os índices DEC (duração de interrupção equivalente por consumidor) e FEC (freqüência de 
interrupção equivalente por consumidor) 
 
1.3 Propriedades básicas de um sistema de proteção 
 
As principais são: 
 
• Confiabilidade: probabilidade do sistema de proteção funcionar com segurança e corretamente, sob todas 
as circunstâncias. 
• Seletividade : o sistema de proteção que possui esta propriedade é capaz de reconhecer e selecionar as 
condições que deve operar, a fim de evitar operações desnecessárias. 
• Velocidade : um sistema de proteção deve possibilitar o desligamento do trecho ou equipamento 
defeituoso no menor tempo possível. 
• Sensibilidade : um sistema de proteção deve responder às anormalidades com menor margem possível de 
tolerância entre a operação e não operação dos seus equipamentos. Por exemplo, um relé de 40 A com 1% 
de tolerância é mais sensível do que outro de 40 A com 2%. 
 
1.4 Níveis de atuação de um sistema de proteção 
 
 De modo geral, a atuação de um sistema de proteção se dá em três níveis que são conhecidos como 
principal, de retaguarda (socorro) e auxiliar. 
 
a) Proteção principal : Em caso de falta dentro da zona protegida, é quem deverá atuar primeiro. 
 
b) Proteção de retaguarda : é aquela que só deverá atuar quando ocorrer falha da proteção principal. 
 
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b) Proteção auxiliar : é constituída por funções auxiliares das proteções principal e de retaguarda, cujos os 
objetivos são sinalização, alarme, temporização, intertravamento, etc. 
 
Na Fig. 1.1, pode-se observar os diversos níveis da proteção de um sistema elétrico (geração, 
transmissão e distribuição). As zonas de proteção (retângulos tracejados) que se interceptam funcionam como 
proteção principal ou de retaguarda, a depender da localização da falta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.5 Correntes simétricas e assimétricas 
 
Diz-se que uma corrente é simétrica, quando as envoltórias da onda desta corrente são simétricas 
em relação ao eixo dos tempos, caso contrário, é considerada assimétrica. Em algumas situações, como nos 
casos dos curtos-circuitos, as ondas de correntes, inicialmente, são assimétricas, depois se tornam simétricas 
(Fig. 1.2). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
i (t) 
t 
Componente 
assimétrica 
Componente
simétrica 
Envoltórias 
Componente exponencial
Fig. 1.2 – Corrente elétrica, onde podem ser vistas a componente 
assimétrica, com sua exponencial, e a componente simétrica 
G
Proteção 
do gerador 
Proteção das 
barras de saída 
do gerador 
Proteção dos 
transformadores 
elevadores 
Proteção das barras 
de alta-tensão 
Proteção das linhas
 de transmissão 
Proteção das barras 
de alta-tensão 
Proteção do 
transformador 
abaixador 
Proteção das barras 
de baixa-tensão 
Proteção de 
alimentador 
Fig. 1.1 – Proteção de um sistema de elétrico em alta-tensão 
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1.6 Curto-circuito (estudo qualitativo) 
 
 Esta seção tem por objetivo fazer um estudo qualitativo dos diversos tipos de curtos-circuitos e da 
natureza das correntes que se originam destas faltas inerentes aos sistemas elétricos. 
 Em sistemas elétricos trifásicos e aterrados, os curtos-circuitos podem ser de quatro tipos: 
• Trifásico; 
• Bifásico; 
• Bifásico-terra; 
• Fase-terra 
 
De acordo com o tempo de duração, estas faltas podem ser classificadas em: 
• Transitórias, passageiras ou de curtas durações; 
• Permanentes 
 
Em sistemas de distribuição aéreos primários, de condutores nus, aceita-se a estatística de 
ocorrências de faltas, dada na Tabela 1.1 . 
 
Tab. 1.1 Estatística de faltas 
Classificação Tipos de faltas Probabilide 
de ocorrência 
(%) 
Permanente 
(%) 
Transitória 
(%) 
Trifásica 2 95 5 
Bifásica 11 70 30 
Fase-terra 79 20 80 
Outros 8   
 
 As principais causas destas faltas são : 
• Galhos de árvores que tocam os condutores; 
• Falhas de isoladores (rachaduras, sujeira, maresia, etc.); 
• Atos de vandalismos (tiros, objetos jogados sobre os condutores, etc.); 
• Batidas de automóveis nas estruturas; 
• Pequenos animais ao subirem nas estruturas (pássaros, ratos , gatos, etc.); 
• Sobretensões de manobras e descargas atmosféricas; 
• Erros humanos (aterrar a linha durante uma operação de manutenção e, depois, energiza-la sem 
desfazer o aterramento); 
• Outros 
 
1.6.1 Comportamento de corrente de curto-circuito 
 
 No domínio do tempo a corrente de um curto-circuito, pode ser dividida em duas partes : 
 
• Transitória (assimétrica); 
• Regime (simétrica) 
 
Durante o período transitório, em torno de 0,1s (6 ciclos de 60Hz), essa corrente é assimétrica, 
conhecida como corrente dinâmica. Passado este período, a corrente entra em regime permanente, 
tornando-se simétrica. Devido a estas características, é comum representá-la pela equação abaixo. 
 τ
−
+=
t
0MCURTO eIwtcosII (1.1) 
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Onde: 
IM : Valor máximo da componente simétrica, que permanece no circuito até a extinção do curto-circuito 
(componente em regime); 
I 0 : Componente que cai exponencialmente de acordo com a constante de tempo circuito τ , que é função dos 
parâmetros do mesmo: 
 
R
L=τ (1.2) 
 
Os parâmetros L e R , dependem do local da falta e das componentes de seqüências positiva, negativa 
e zero das impedâncias envolvidas no curto-circuito. 
 Na Eq. 1.1, quando a componente exponencial tende a zero, a corrente de curto-circuito entra em 
regime. Para cada tipo de curto-circuito, o valor eficaz desta componente em regime é calculado através da 
teoria de componentes simétricas (circuitos de seqüências). 
O valor da componente dinâmica (assimétrica), na prática, é determinado multiplicando-se o valor 
eficaz da componente em regime pelo fator de assimetria (fa) calculado ou estimado no ponto da falta. 
 
 IfI REGIME ,CURTOa ASSIM,CURTO ×= (1.3) 
 
1.6.2 Fatores de assimetria 
 
 Os valores dos fatores de assimetria calculados para as correntes de curtos-circuitos, em sistemas 
elétricos de potência, variam com o tempo e com a constante de circuito τ. É comum serem tabelados ou 
dados através de curvas características. A Tabela 1.2 apresenta os fatores de assimetria em função da relação 
X/R , para um tempo de meio ciclo de 60Hz (8,3ms). 
 
 
Tab. 1.2 Fatores de assimetria 
X/R fa X/R Fa X/R fa 
Até 0,25 1,000 2,30 1,085 6,80 1,360 
0,30 1,004 2,40 1,090 7,00 1,362 
0,40 1,005 2,50 1,104 7,25 1,372 
0,50 1,006 2,60 1,110 7,50 1,385 
0,55 1,077 2,70 1,1157,75 1,391 
0,60 1,008 2,80 1,123 8,00 1,405 
0,65 1,009 2,90 1,130 8,25 1,410 
0,70 1,010 3,00 1,140 8,50 1,420 
0,75 1,011 3,10 1,142 8,75 1,425 
0,80 1,012 3,20 1,150 9,00 1,435 
0,85 1,013 3,30 1,155 9,25 1,440 
0,90 1,015 3,40 1,162 9,50 1,450 
0,95 1,018 3,50 1,170 9,75 1,455 
1,00 1,020 3,60 1,175 10,00 1,465 
1,05 1,023 3,70 1,182 11,00 1,480 
1,10 1,025 3,80 1,190 12,00 1,500 
1,15 1,026 3,90 1,192 13,00 1,515 
1,20 1,028 4,00 1,210 14,00 1,525 
1,25 1,029 4,10 1,212 15,00 1,550 
1,30 1,030 4,20 1,220 16,00 1,560 
1,35 1,033 4,30 1,225 17,00 1,570 
1,40 1,035 4,40 1,230 18,00 1,580 
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1,45 1,037 4,50 1,235 19,00 1,590 
1,50 1,040 4,60 1,249 20,00 1,600 
1,55 1,043 4,70 1,255 22,50 1,610 
1,60 1,045 4,80 1,260 25,00 1,615 
1,65 1,047 4,90 1,264 27,75 1,625 
1,70 1,050 5,00 1,270 30,00 1,630 
1,75 1,055 5,20 1,275 35,00 1,636 
1,80 1,060 5,40 1,290 40,00 1,648 
1,85 1,063 5,60 1,303 45,00 1,653 
1,90 1,065 5,80 1,310 50,00 1,659 
1,95 1,068 6,00 1,315 55,00 1,660 
2,00 1,070 6,20 1,324 60,00 1,680 
2,10 1,075 6,40 1,335   
2,20 1,080 6,60 1,350   
 
 Os valores assimétricos das correntes de curtos-circuitos são empregados para determinação da 
capacidade de ruptura ou de interrupção dos dispositivos de proteção (chaves-fusíveis, disjuntores; 
religadores, etc.). Já os valores simétricos, são usados no estudo de seletividade e coordenação de 
equipamentos de proteção. 
De momo geral, em um sistema elétrico, as sobrecorrentes são originadas por sobrecargas e curtos-
circuitos. Neste último caso, podem atingir valores elevados, causando danos consideráveis ao sistema. 
Portanto, é fundamental o estudo quantitativo e qualitativo dos diversos tipos de curtos-circuitos para o 
desenvolvimento de um sistema de proteção adequado. 
 
 
Continuação da Tab. 1.2 Fatores de assimetria