01 Elementos da proteção

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Elementos da proteção
Prof. Humberto Monteiro.
CCET398 – Proteção de Sistemas de Energia Elétrica
Visão geral da unidade
Introdução
Estrutura básica de um sistema de proteção
Falhas em um sistema de potência
Requisitos de um sistema de proteção
Dispositivos de proteção
Características dos relés de proteção
Tipos de proteção de sistemas elétricos
Seletividade
Sistemas de comunicação
Conceitos básicos de técnicas digitais
Serviços auxiliares
CCET398 – Proteção de Sistemas de Energia Elétrica
Introdução
Durante a operação de um sistema de potência é comum a ocorrência de falhas.
As falhas ocasionam interrupções do fornecimento de energia, resultando em redução da qualidade do serviço prestado.
A falha mais comum é o curto-circuito.
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Introdução
Em geral, as correntes tendem a elevar-se na ocorrência de um curto-circuito, podendo proporcionar danos irreparáveis aos componentes do sistema.
Além do curto-circuito, a sobrecarga é outra falha que pode ocorrer em um sistema de potência.
Existem também subtensões e sobretensões de natureza diversa (descargas atmosféricas, manobra, etc.) que prejudicam o funcionamento normal do sistema.
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Introdução
Todos esses distúrbios podem ser considerados como inerentes ao sistema de potência, visto que podem ser observados mesmo adotando-se os critérios e normas mais severas existentes.
Cabe ao sistema de proteção realizar a desconexão do elemento ou parte do sistema submetido a anormalidade, protegendo os demais componentes.
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Introdução
Objetivos do Sistema de Proteção:
Assegurar a desconexão de todo o sistema elétrico submetido à uma anormalidade.
Fornecer informações aos seus operadores no sentido de facilitar a identificação de defeitos e consequente recuperação.
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Introdução
De modo geral, a proteção de um sistema de potência é realizada através de fusíveis e relés, sendo estes associados a disjuntores, que são responsáveis pela desconexão do sistema. 
Fusível: equipamentos que interrompem um circuito através da fusão de elementos metálicos. São normalmente empregados em sistemas de distribuição de média tensão.
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Introdução
Relé: dispositivos de diversos tipos construtivos que possuem funções incorporadas, podendo ser aplicados em uma gama de situações. Geralmente, atuam no disjuntor para realizar a desconexão do circuito.
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Introdução
Critérios para detecção de um defeito no sistema de potência:
Elevação da corrente;
Elevação ou redução da tensão;
Inversão da corrente;
Alteração da impedância;
Comparação entre módulo e fase na entrada e saída de um sistema.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Unidade de entrada: Recebem as informações sobre os distúrbios e as repassam à unidade de conversão. Oferecem isolação elétrica. Geralmente são TP e TC.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Unidade de conversão: Elemento interno do relé que converte os sinais do TP e/ou TC em níveis adequados ao funcionamento do relé.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Unidade de medida: Compara os valores recebidos da unidade de conversão com a referência. Caso haja disparidade, envia sinal de controle à unidade de saída.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Fonte de tensão auxiliar: Oferece energia às unidade de medida, saída e acionamento. Geralmente é uma bateria.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Unidade de saída: Envia o sinal de controle à unidade de acionamento. Geralmente é uma pequena bobina que aciona um contato.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Unidade de acionamento: Executa a ação de desconexão. É geralmente composta por bobinas mais robustas que estão atreladas ao elemento de desconexão.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Estrutura de um esquema de proteção
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Disjuntor (D): Responsável pela desconexão do sistema.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Transformador de Corrente (TC): Supre corrente ao elemento de avaliação (A).
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Transformador de Potencial (TP): Supre tensão ao elemento de avaliação (A).
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Fonte Auxiliar (F): Supre os diversos elementos envolvidos na proteção.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Elemento de Avaliação (A): Realiza medição de corrente/tensão.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Elemento Lógico da Proteção (B): Compara os valores recebidos com os valores ajustados. Se for o caso, libera o sinal de atuação.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Elemento de Modulação (C): Modula o sinal de disparo do disjuntor.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Elemento de Sinalização (S): Sinaliza as operações.
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Estrutura básica de um sistema de proteção
Elemento (K): Recebe sinais de comando de locais externos.
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Falhas em um sistema de potência
Curtos-circuitos: Proporcionam a elevação drástica da corrente. Resultam de defeitos na rede. Tem duração curta.
Monofásico (Fase-Terra);
Bifásico (Fase-Fase e Fase-Fase-Terra);
Trifásico;
Sobrecargas: Proporcionam a elevação moderada da corrente. Resultam de falha na operação. Tem duração longa.
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Estatísticas das interrupções
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Estatísticas das interrupções
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Estatísticas das interrupções
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Estatísticas das interrupções
d) Quanto ao tipo de curto:
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Custos das interrupções
As interrupções geram custos de natureza:
Financeira: Correspondem a perda de faturamento da concessionária devido à energia não vendida.
Social: Correspondem a perda de faturamento da concessionária associada a outros fatores.
Perda de faturamento do cliente.
Perda da imagem da concessionária.
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Custos das interrupções
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Custos das interrupções
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Custos das interrupções
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Requisitos de um sistema de proteção
Seletividade: Propriedade do elemento ou sistema de proteção a partir da qual o elemento mais próximo do defeito desconecta a parte defeituosa do sistema, evitando que partes não defeituosa sejam desligadas em vão.
Quanto mais seletivo o sistema de proteção, menor é a extensão da contingência.
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Requisitos de um sistema de proteção
Zona de atuação:
O elemento de proteção deve ser capaz de definir se a contingênciaestá na sua “jurisdição”, atuando ou não.
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Requisitos de um sistema de proteção
Velocidade: A velocidade de atuação de um elemento de proteção deve ser a menor possível, desde que possibilite as seguintes condições:
Reduzir ou mesmo eliminar as avarias no sistema;
Reduzir o tempo de afundamento da tensão durante as ocorrências;
Permitir a ressincronização dos motores.
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Requisitos de um sistema de proteção
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Requisitos de um sistema de proteção
Confiabilidade: Propriedade do elemento de proteção de cumprir com segurança e exatidão as funções que lhe foram confiadas.
Automação: Propriedade do elemento de proteção de operar automaticamente e retornar à condição de operação normal sem o auxílio humano.
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Dispositivos de proteção
Dispositivos básicos: fusíveis e relés.
Fusíveis: possuem características específicas de tempo x corrente;
Relés: oferecem opções variadas de proteção, tais como: sobrecarga, curto-circuito, sobretensão, subtensão etc.
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Dispositivos de proteção
Evolução dos relés:
Primeiro relé eletromecânico: 1901;
Proteção diferencial de corrente: 1908;
Proteções direcionais: 1910;
Proteções à distância: 1930.
Cada vez mais tecnológicos e complexos, os dispositivos permitiram o avanço dos sistemas de proteção, realizando funções mais complexas.
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Dispositivos de proteção
Os relés eletrônicos, baseados em tecnologia de semicondutores, surgiram na década de 30. Este tipo de relé não obteve aceitação do mercado devido à baixa robustez e confiabilidade.
Os relés digitais surgiram na década de 80, oferecendo uma gama de funções de proteção e controle. Estes dispositivos representaram um grande avanço nas tecnologias de proteção, embora ainda tivessem baixa robustez, assim como os relés eletrônicos.
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Dispositivos de proteção
Com advento da tecnologia digital, duas mudanças drásticas ocorreram:
Diminuição do tempo de vida útil do equipamento de proteção, face à sua rápida obsolescência.
Aumento no tempo de capacitação do profissional de proteção, tendo em vista o grau de complexidade dos novos equipamentos.
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Dispositivos de proteção
RELÉ ELETROMECÂNICO:
Equipamentos dotados de bobinas, disco de indução, molas, contatos fixos e móveis.
Possuem grande robustez.
O ajuste é realizado por diais (ajuste rotacional tal como o potenciômetro).
Sinalização operacional do tipo mecânica.
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Dispositivos de proteção
RELÉ ELETROMECÂNICO:
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Dispositivos de proteção
RELÉ ELETRÔNICO
Também são conhecidos como relés estáticos.
Dimensões reduzidas em comparação às dimensões dos relés eletromecânicos.
Ajustes através de diais.
Sinalização operacional por LED.
Mesmas funções de proteção dos relés eletromecânicos.
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Dispositivos de proteção
RELÉ ELETRÔNICO
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Dispositivos de proteção
RELÉ DIGITAL:
Elementos obrigatórios em sistemas de proteção modernos.
Compostos de circuitos e microprocessadores.
Ajuste através de painel ou por computador.
Oferecem funções de proteção, comunicação, medição, controle, sinalização e acesso remoto.
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Dispositivos de proteção
RELÉ DIGITAL:
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Características gerais dos relés de proteção
FUNÇÕES DE PROTEÇÃO
As funções de proteção são padronizadas através de código alfanumérico que indica o tipo de proteção a que se destina um relé.
Baseado no número de funções executadas por um relé, este pode ser classificado em monofunção ou multifunção.
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Características gerais dos relés de proteção
FUNÇÕES DE PROTEÇÃO
Tabela ANSI
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Integração ao diagrama unifilar de um sistema
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Integração ao diagrama unifilar de um sistema
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Características gerais dos relés de proteção
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
Os relés podem ser classificados em:
Fluidodinâmicos;
Eletromagnéticos;
Eletrodinâmicos;
De Indução;
Térmicos;
Eletrônicos;
Digitais;
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS FLUIDODINÂMICOS
Utilizam os líquidos, normalmente o óleo de vaselina, como elemento temporizador.
Possui um êmbolo móvel que quando é deslocado para fora de um recipiente interrompe o circuito.
Normalmente são construídos diretamente sob o disjuntor.
Não são mais fabricados embora ainda possam ser encontrados em pequenas instalações.
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS ELETROMAGNÉTICOS
Funciona através do princípio de atração/repulsão entre materiais magnetizados.
Possui uma bobina de acionamento que cria um campo magnético que atrai um elemento móvel conectando o circuito.
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS ELETROMAGNÉTICOS
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS ELETROMAGNÉTICOS (outra construção)
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS ELETRODINÂMICOS
Princípio de funcionamento similar ao da máquina síncrona, com interação dos campos magnéticos de duas bobinas.
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS ELETRODINÂMICOS
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS DE INDUÇÃO
São conhecidos como relés secundários.
Possuem princípio de funcionamento similar ao de um motor de indução, no qual a interação entre campos magnéticos gira um disco, que fecha ou abre o contato.
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS DE INDUÇÃO
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS TÉRMICOS
Transformadores, motores, geradores, etc, sofrem com o aumento da temperatura.
Ocasiona diminuição da vida útil.
Medição térmica no interior dos equipamentos não pode ser realizada sem a alteração das características do mesmo.
O relé térmico é uma réplica térmica do dispositivo, com materiais construtivos semelhantes às do equipamento a ser protegido.
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS ELETRÔNICOS
Dispositivos baseados em semicondutores, utilizando eletrônica de potência.
Competiam em pé de igualdade com os relés eletromecânicos, pois apresentavam as mesmas funções.
Apresenta como vantagens adicionais sobre os relés convencionais a compacticidade, a precisão nos valores ajustados e a facilidade de modificação de curvas de operação em uma mesma unidade.
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS DIGITAIS
Oferecem, além das funções dos seus antecessores, novas funções aos seus usuários adicionando maior velocidade, melhor sensibilidade, interfaceamento amigável, acesso remoto, armazenamento de informações, etc
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS DIGITAIS
Vantagens:
Pequeno consumo de energia;
Elevada confiabilidade;
Diagnóstico de falhapor meio de armazenamento de dados de falha;
Possibilidade de comunicarem-se com um sistema supervisório, através de uma interface serial;
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS DIGITAIS
Vantagens:
ajuste à distância;
elevada precisão devido à tecnologia digital;
amplas faixas de ajuste com vários degraus;
ajuste dos parâmetros guiado por uma interface amigável;
segurança operacional.
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS DIGITAIS
Elementos:
Display (mostrador) alfanumérico
Teclas
CCET398 – Proteção de Sistemas de Energia Elétrica
Características gerais dos relés de proteção
RELÉS DIGITAIS
Funções:
Funções de proteção
Funções de medição
Funções preditivas
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Características gerais dos relés de proteção
RELÉS DIGITAIS
Etapas de processamento:
Interface com o processo
Microprocessadores
Memória
Entradas e saídas seriais
Fonte de alimentação
Auto-supervisão
Interface homem-máquina
Relatório de falhas
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Características gerais dos relés de proteção
DESEMPENHO
São requisitos básicos dos relés:
Sensibilidade;
Rapidez;
Confiabilidade.
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Características gerais dos relés de proteção
GRANDEZAS ELÉTRICAS
Relés de tensão;
Relés de corrente;
Relés de freqüência;
Relés direcionais de potência e corrente;
Relés de impedância.
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Características gerais dos relés de proteção
TEMPORIZAÇÃO
relés instantâneos;
relés temporizados com retardo dependente;
relés temporizados com retardo independente.
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Características gerais dos relés de proteção
TEMPORIZAÇÃO
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Características gerais dos relés de proteção
TEMPORIZAÇÃO
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO
Relés primários (ou de ação direta);
Relés secundários (ou de ação indireta).
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO (relé primário)
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO (relé primário com TC)
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO (relé secundário paralelo)
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO
Relé secundário contatos em série fechados
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO
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Características gerais dos relés de proteção
FORMA DE ACIONAMENTO
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
Cada componente do sistema elétrico é especificado com base na função a ser desempenhada, respeitando os limites estabelecidos.
Para se operar com confiabilidade é necessário um conjunto de proteções, cada uma específica para um determinado evento.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
PROTEÇÃO DE SOBRECORRENTES
As sobrecorrentes são os eventos mais comuns em um sistema de energia elétrica;
Submetem os dispositivos elétricos aos maiores níveis de desgaste;
Podem ser classificadas em:
Sobrecargas;
Curtos-circuitos;
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRECARGAS
São variações moderadas da corrente;
Se limitadas em módulo e duração, não prejudicam o sistema elétrico;
Existem sobrecargas que devem ser toleradas, tais como as decorrentes da partida de motores elétricos;
Os dispositivos mais utilizados para a proteção contra eventos de sobrecargas são os relés térmicos, embora também possam ser utilizados outros tipos de relés.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
CURTOS-CIRCUITOS
São variações extremas da corrente;
Se não forem limitadas, danificam os componentes elétricos;
A duração dos curtos-circuitos não devem ultrapassar 2 segundos e normalmente são limitados entre 50 e 1000ms.
Os dispositivos de proteção devem ser velozes e os equipamentos de manobra ou devem ter capacidade adequada de interrupção.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
CURTOS-CIRCUITOS
a) Capacidade de interrupção: É a corrente máxima que o equipamento de manobra deve ser capaz de interromper. É definida em documentos normativos e está relacionada à tensão, frequência, à relação X/R, ao ciclo de operação, etc.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
CURTOS-CIRCUITOS
b) Capacidade de fechamento do circuito: É a capacidade de interromper o circuito com o curto instalado. Os equipamentos de manobra devem possuir capacidade de fechamento do circuito igual a capacidade de interrupção, embora em casos específicos possa ser mais elevada.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
CURTOS-CIRCUITOS
Os equipamentos mais utilizados na proteção contra eventos de curto-circuito em baixa e média tensão são os fusíveis.
Nos sistemas de potência, os relés são os dispositivos mais indicados na eliminação de curtos, podendo ser eletromecânicos, eletrônicos e digitais, graduados com temporizações muito pequenas.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
PROTEÇÃO DE SOBRETENSÕES
Durante a ocorrência de uma falta, os sistemas de potência têm como limite a tensão máxima de operação.
Os valores de tensão máxima não devem exceder 110% da tensão nominal;
Se o valor de tensão superar o limite de tensão, os relés de sobretensão, instantâneo ou temporizado, devem realizar a interrupção adequada do sistema.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
PROTEÇÃO DE SOBRETENSÕES
As sobretensões podem aparecer nos sistemas elétricos por meio de diferentes origens:
Descargas atmosféricas;
Chaveamento;
Curtos-circuitos monopolares.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES POR DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
As sobretensões por descarga atmosférica podem ser causadas por:
Descargas diretas; 
Descargas indiretas induzidas;
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES DEVIDO À DESCARGAS DIRETAS
Quando uma descarga atmosférica atinge diretamente uma rede elétrica pode proporcionar uma elevação na tensão que pode superara o isolamento, causando um defeito que pode ser monopolar ou tripolar.
As redes de baixa e média tensão são mais susceptíveis a esse tipo de distúrbio, pois possuem baixo nível de isolamento.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES DEVIDO À DESCARGAS DIRETAS
A tensão suportável de impulso de uma linha de transmissão de 230 kV é de 1050 kV, enquanto uma rede de distribuição de 13,80 kV, apresenta uma suportabilidade de apenas 95 kV.
Uma corrente de descarga de 5 kA provocará uma sobretensão de 875kV numa rede de distribuição, cuja impedância característica é de 350 Ω , superando, em aproximadamente 10 vezes, a tensão suportável de impulso da mesma. 
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES DEVIDO À DESCARGAS DIRETAS
Para proteger linhas de transmissão, 
são usados cabos pára-raios.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES DEVIDO À DESCARGAS DIRETAS
Para proteger subestações, 
são usados pára-raios.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES DEVIDO À DESCARGAS DIRETAS
As redes de distribuição primárias e secundárias de distribuição de áreas urbanas são protegidas pelas edificações locais, que oferecem altura superior à da rede.
Essas proteções não impedem as sobretensões por descargas indiretas induzidas.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES DEVIDO À DESCARGAS INDIRETAS INDUZIDAS
Quando uma descarga atmosférica se desenvolve nas proximidades de uma rede elétrica, são induzidas tensões nos condutores fase.
As tensões induzidas em linhas aéreas não superam 500kV e uma linha de 69kV com cabos para-raios possuem isolação adequada à proteção.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES DEVIDO À DESCARGAS INDIRETAS INDUZIDAS
O número de sobretensões por descarga indireta é maior que as sobretensões por descarga direta;
O valor das sobretensões são influenciados pela presença de condutor neutro. Redes elétricas com aterramento sofrem sobretensões 40% menores;
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES POR CHAVEAMENTO
Normalmente ocorrem por rejeição de grandes blocos de carga, desligamentos de alimentadores e perda de sincronismo entre dois subsistemas;
Sobretensões de efeito menos severo podem ser resultado de vários outros fenômenos.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
SOBRETENSÕES POR CHAVEAMENTO
Tais como:
Eliminação das correntes de curto-circuito;
Chaveamento de banco de capacitores;
Chaveamento de reatores;
Energização de transformadores de potência;
Energização de linhas de transmissão;
Religamento de linhas de transmissão;
Ressonância série ou paralelo.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
CRITÉRIOS PARA A PROTEÇÃO CONTRA SOBRETENSÕES POR CHAVEAMENTO
Os critérios para a proteção contra sobretensões por chaveamento devem possibilitar a integridade dos equipamentos sem afetar a continuidade do fornecimento.
Os equipamentos de regulação de tensão devem reduzir o nível de tensão.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
CRITÉRIOS PARA A PROTEÇÃO CONTRA SOBRETENSÕES POR CHAVEAMENTO
Deve-se:
Desconectar as fontes de geração mais próximas;
Desconectar os banco de capacitores;
Ajustar os relés de sobretensão de forma seletiva;
Bloquear o religamento de linhas de transmissão;
Os relés de transformadores devem ser ajustados na unidade temporizada;
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
CRITÉRIOS PARA A PROTEÇÃO CONTRA SOBRETENSÕES POR CHAVEAMENTO
Deve-se (continuação):
Os relés de proteção instantâneos devem ser ajustados em 120% da tensão nominal;
Os relés de sobretensão devem ser ajustados em 115% da tensão nominal;
Os ajustes dos relés devem considerar tanto as sobretensões em regime de máximo carregamento como em regime de carga leve.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
DEFEITOS MONOPOLARES
São ocasionados em sistemas que são aterrados sob impedância elevada;
Geram sobretensões entre uma das fases e o terra, podendo ser chegar ao valor de tensão da fase do sistema;
Há necessidade da proteção através de para-raios.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
PROTEÇÃO DE SUBTENSÕES
Tem por finalidade proteger as máquinas elétricas (motores e geradores);
Objetiva a retirada de grandes geradores antes que estes percam a estabilidade;
Normalmente, os sistemas elétricos suportam subtensões de 80% da tensão nominal por aproximadamente 2 segundos;
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
PROTEÇÃO DE FREQUÊNCIA
A alteração na velocidade das máquinas girantes produz alteração da frequência. Estas alterações podem ser causadas por perda de um bloco de carga, que acarreta em aceleração de geradores.
A proteção por frequência é empregada nos casos de:
Sobrefrequência: até 62Hz por 2 segundos;
Subfrequência: até 58Hz por 2 segundos;
A função de proteção opera em uma faixa de 25 a 70Hz.
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Tipos de proteção dos sistemas elétricos
PROTEÇÃO DE SOBRE-EXCITAÇÃO
Detecta e registra os níveis de indução gerados por eventos de elevação de tensão ou subfrequência;
Níveis de indução muito elevados levam a saturação dos núcleos de ferro, ocasionando aquecimento das máquinas.
É determinada pela relação entre a tensão do sistema e a frequência;
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Seletividade
É a característica que um sistema de proteção deve ter para que, ao ser submetido a correntes anormais, faça atuar os dispositivos de proteção de maneira a desenergizar somente a parte do circuito afetado.
Há dois casos a considerar:
a) Proteção de Primeira Linha
b) Proteção de Segunda Linha ou Retaguarda
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Seletividade
PROTEÇÃO DE PRIMEIRA LINHA
Corresponde ao elemento de proteção para o qual é definida uma zona de responsabilidade dentro de limites pré-definidos, devendo atuar num tempo previamente ajustado.
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Seletividade
PROTEÇÃO DE PRIMEIRA LINHA
Zonas de proteção
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Seletividade
PROTEÇÃO DE SEGUNDA LINHA OU RETAGUARDA
Corresponde ao elemento de proteção responsável pela desconexão do sistema caso haja uma falha na proteção de primeira linha, dentro de um intervalo de tempo definido no projeto de coordenação.
CCET398 – Proteção de Sistemas de Energia Elétrica
Seletividade
PROTEÇÃO DE SEGUNDA LINHA OU RETAGUARDA
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Seletividade
SELETIVIDADE AMPERIMÉTRICA
Baseia-se no fato de que as correntes de curto-circuito possuem maior amplitude quando o curto ocorre próximo as fontes;
É mais utilizado em sistemas de baixa e média tensão, nos quais elos fusíveis são utilizados e condutores de diferentes impedâncias.
CCET398 – Proteção de Sistemas de Energia Elétrica
Seletividade
SELETIVIDADE AMPERIMÉTRICA
Exemplo:
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Seletividade
SELETIVIDADE AMPERIMÉTRICA
Para uma corrente de defeito ICS e valores de ajustes P1 e P2 respectivamente iguais a IP1 e IP2, a seletividade amperimétrica está satisfeita se:
IP2 > ICS > IP1
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Seletividade
SELETIVIDADE AMPERIMÉTRICA
A proteção à montante deve ter uma corrente de atuação com valor inferior à corrente de curto o corrida dentro da zona de proteção:
IP1  0,8*ICS
As proteções situadas fora da zona de proteção devem ter corrente nominal com valores superiores à corrente de curto:
IP2 > ICS
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Seletividade
SELETIVIDADE CRONOMÉTRICA
Baseia-se no princípio de que a temporização do dispositivo próximo ao local de defeito deve ser menor que a temporização do dispositivo a montante;
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Seletividade
SELETIVIDADE CRONOMÉTRICACCET398 – Proteção de Sistemas de Energia Elétrica
Seletividade
SELETIVIDADE CRONOMÉTRICA
Na figura anterior, todos os tempos de retardo foram definidos para a mesma corrente ICS.
Os ajustes dos dispositivos podem ser dependentes (curva de tempo inverso) ou independentes (curva de tempo definido) do valor da corrente.
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Seletividade
SELETIVIDADE CRONOMÉTRICA
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Seletividade
SELETIVIDADE CRONOMÉTRICA
Desvantagens:
Em sistemas mais complexos, o tempo de atuação pode ser muito elevado, podendo ocasionar aquecimento e falta de estabilidade em equipamentos;
Caso as impedâncias dos barramentos sejam diferentes, o valor da corrente de curto a ser suportada nos barramentos a montante pode danificar os equipamentos;
A admissão de correntes de curto por longos períodos ocasiona quedas de tensão indesejáveis;
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Seletividade
SELETIVIDADE CRONOMÉTRICA
Combinações de proteção:
Fusível em série com fusível;
Fusível em série com relés temporizados;
Relés temporizados em série entre si;
Relés temporizados e relés instantâneos.
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Seletividade
SELETIVIDADE LÓGICA
Conceito de proteção mais moderno que os demais;
É um sistema de proteção por sobrecorrente combinado a um esquema de comunicação;
Surgiu em função dos relés digitais;
Facilmente aplicada a sistemas radiais, podendo ser implementada em sistemas em anel;
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Seletividade
SELETIVIDADE LÓGICA
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Seletividade
SELETIVIDADE LÓGICA
São utilizadas unidades de sobrecorrente digitais em cada barramento;
Cada relé digital se comunica a outro por meio de um fio piloto (fibra ótica, cabo OPGW, etc.);
A função do fio piloto é conduzir o sinal lógico de bloqueio.
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Seletividade
SELETIVIDADE LÓGICA
Princípios básicos:
A primeira proteção à montante do ponto de defeito é a responsável pela atuação do dispositivo de abertura;
As proteções à JUSANTE do ponto de defeito NÃO receberão sinal de mudança de estado;
As proteções à MONTANTE do ponto de defeito receberão sinal de bloqueio ou atuação;
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Seletividade
SELETIVIDADE LÓGICA
Princípios básicos:
Cada proteção à jusante deve ser capaz de enviar um sinal a proteção à montante ao mesmo tempo que executa a abertura do dispositivo;
As proteções são ajustadas com tempos de 50 a 100ms;
Cada proteção é ajustada para garantir a ordem de bloqueio durante um tempo de 150 a 200ms.
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Seletividade
SELETIVIDADE LÓGICA
Procedimentos na ocorrência de um defeito:
A primeira proteção à montante do defeito manda um sinal de bloqueio à montante e depois comanda o dispositivo de abertura ao qual está associada num tempo de 100ms;
A segunda proteção, ao receber o sinal de bloqueio da primeira proteção, permanece bloqueada enquanto o sinal estiver ativo, enviando por sua vez um sinal de bloqueio proteção à montante;
E assim por diante.
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Seletividade
SELETIVIDADE LÓGICA (Falta em D)
1
2
3
4
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Seletividade
SELETIVIDADE LÓGICA (Falta em C)
1
2
3
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Seletividade
SELETIVIDADE LÓGICA
Deve-se notar que existem dois tipos de temporização na seletividade lógica:
a) Ajuste do tempo de proteção: de 50 a 100ms.
b) Ajuste do tempo da seletividade lógica: 200ms. 
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Sistemas de comunicação
Para implementar um esquema de proteção baseado em seletividade lógica deve existir um sistema de comunicação entre os dispositivos de proteção.
Os meios de sistemas de comunicação podem ser resumidos em:
Linhas físicas (fio piloto, fibra ótica);
Rádio (HF, VHF, UHF e SHF);
Onda portadora;
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Sistemas de comunicação
FIO PILOTO
Consiste em um par de condutores elétricos;
Usam frequência industrial 50~60Hz, mas podem utilizar outras frequências como 1~3kHz.
Por motivos de confiabilidade, devem ser subterrâneos;
Limite de distância até 25km;
Susceptível a sobretensões;
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Sistemas de comunicação
FIO PILOTO
Requer a instalação dos seguintes equipamentos:
Filtro de sequência: aplica tensão no transformador saturado;
Transformador saturado: limita a faixa de tensão a ser enviada para o retificador;
Retificador: converte CA em CC;
Transformador de isolamento: isola o fio piloto, evitando a propagação de transitórios.
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Sistemas de comunicação
ONDA PORTADORA
Utiliza os próprios condutores de linha;
Frequência de 30 a 300kHz;
Requer os seguintes equipamentos:
Bobina de bloqueio: filtro passa-faixa;
Transmissores e receptores;
Capacitores de acoplamento;
Reatores de dreno;
Sintonizadores.
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Sistemas de comunicação
ONDA PORTADORA
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Sistemas de comunicação
RÁDIO
Utilizado para comunicações por voz, opera nas faixas de HF (3 a 30MHz) e VHF (30 a 300MHz)
MICRO-ONDA
Enlace por rádio com frequência de (2 a 12GHz).
Distância máxima das antenas 60km.
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Sistemas de comunicação
FIBRA ÓTICA
Grande capacidade de transmissão de dados;
Imune aos efeitos transitórios;
Elevada atenuação de sinal, deve ser aplicado em linhas de comprimento médio e curto.
São encapsulado pelo cabo guarda, denominado OPGW (Open Ground Wire).
Elimina a presença de filtros, transformadores, indutores, etc.
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Conceitos de Técnicas Digitais
A comunicação entre os dispositivos necessita do envio de sinais lógicos.
As funções de medição podem apresentar erros, dependendo da qualidade do sinal emitido pelos aparelhos de medida.
O período de amostragem é elemento essencial para a boa representação do sinal.
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Conceitos de Técnicas Digitais
Amostragem:
Período de amostragem
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Serviços Auxiliares
Toda subestação é dotada de duas fontes de tensão para suprir as cargas necessárias ao seu funcionamento.
Essas fontes são denominadas serviços auxiliares, podendo ser:
Fonte de tensão em corrente contínua;
Fonte de tensão em corrente alternada;
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Serviços Auxiliares
FONTE AUXILIAR EM CORRENTE ALTERNADA (CA)
Composta por transformador de distribuição ligado ao barramento secundário da subestação;
Aciona motores de ventilação, comutadores, iluminação, etc.
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Serviços Auxiliares
FONTE AUXILIAR EM CORRENTE ALTERNADA (CA)
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Serviços Auxiliares
FONTE AUXILIAR EM CORRENTE CONTÍNUA (CC)
Composta por conjunto de baterias conectadas em série;
Fornece energia par a abertura e fechamento de disjuntores, sistema de sinalização, iluminação de emergência, etc.
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Serviços Auxiliares
FONTE AUXILIAR EM CORRENTE CONTÍNUA (CC)
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Serviços Auxiliares
BATERIAS
Denomina-se banco de baterias um conjunto de baterias conectadas em série em número suficiente para permitir em seus terminais o valor tensão, que pode variar de 48 a 250V.
Tipos:
A) Alcalina;
B) Ácidas
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BATERIAS ALCALINAS
Também conhecidas como Níquel-Cadmio;Elevado grau de confiabilidade;
Mais caras;
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BATERIAS ÁCIDAS
Chumbo-ácidas: Comum em veículos. Custo reduzido.
Chumbo-cálcio: Custo médio superior. Utilizadas com frequência em subestações.
Tipos construtivos
Bateria selada: Liberam gases nocivos em quantidade mínima.
Bateria ventilada: Liberam gases nocivos.
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BATERIAS
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DEFINIÇÕES SOBRE BATERIAS
Tensão nominal do equipamento de consumo.
Tensão máxima do equipamento de consumo.
Tensão mínima do equipamento de consumo.
Tensão de flutuação por elemento.
Tensão final de descarga.
Tensão de carga por elemento.
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DEFINIÇÕES SOBRE BATERIAS
Tensão de flutuação por elemento.
Tensão indicada pelo fabricante para que a bateria se mantenha sempre carregada, aumentando sua vida útil.
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DEFINIÇÕES SOBRE BATERIAS
Tensão final de descarga.
Tensão indicada pelo fabricante em que somente uma pequena capacidade do acumulador é utilizado.
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DEFINIÇÕES SOBRE BATERIAS
Tensão de carga por elemento.
Tensão que deve ser aplicada aos terminais dos acumuladores. A tensão final da bateria é:
Vcb = Nel*Vc
Nel = número de elementos do acumulador;
Vc = tensão de carga por elemento.
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Serviços Auxiliares
CÁLCULO DO NÚMERO DE ELEMENTOS DE UM BANCO DE BATERIAS
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CÁLCULO DO NÚMERO DE ELEMENTOS DE UM BANCO DE BATERIAS
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CÁLCULO DO NÚMERO DE ELEMENTOS DE UM BANCO DE BATERIAS
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CÁLCULO DO NÚMERO DE ELEMENTOS DE UM BANCO DE BATERIAS
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CÁLCULO DO NÚMERO DE ELEMENTOS DE UM BANCO DE BATERIAS
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CÁLCULO DO NÚMERO DE ELEMENTOS DE UM BANCO DE BATERIAS
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CÁLCULO DO NÚMERO DE ELEMENTOS DE UM BANCO DE BATERIAS
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CÁLCULO DA CAPACIDADE NOMINAL DE UMA BATERIA
Capacidade nominal é a quantidade de energia elétrica que a bateria consegue liberar. É medida em Ah.
Normalmente é definida para um período de 10 horas. Logo, uma bateria de 10Ah deve fornecer 1A durante 10 horas à carga.
Esse fornecimento não é linear.
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CÁLCULO DA CAPACIDADE NOMINAL DE UMA BATERIA
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CÁLCULO DA CAPACIDADE NOMINAL DE UMA BATERIA
Capacidade nominal de uma bateria: 
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CÁLCULO DA CAPACIDADE NOMINAL DE UMA BATERIA
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CÁLCULO DA CAPACIDADE NOMINAL DE UMA BATERIA
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CÁLCULO DA CAPACIDADE NOMINAL DE UMA BATERIA
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Serviços Auxiliares
CÁLCULO DA CAPACIDADE NOMINAL DE UMA BATERIA
Exemplo: Determinar a capacidade da bateria e especificar o banco de baterias para alimentar o sistema de corrente contínua de uma subestação elevadora de geração com potência nominal de 224MVA/13,8-69kV, com:
4 transformadores de 56MVA
12 disjuntores de 69kV
6 disjuntores de 15kV
16 lâmpadas de 60W.
Estão instalados:
18 relés (carga unitária 3VA)
Painel de integração (820VA)
Sistema de telecomunicação (650VA)
Painel IHM (750VA)
A tensão do sistema de CC (125V). Considerar um tempo de emergência de 1h e que os disjuntores que fazem parte do sistema de proteção dos lados de alta e baixa dos transformadores possam ser acionados simultaneamente. A temperatura no interior da sala das baterias é 35°C.
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Serviços Auxiliares
CÁLCULO DA CAPACIDADE NOMINAL DE UMA BATERIA
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Serviços Auxiliares
CÁLCULO DA CAPACIDADE NOMINAL DE UMA BATERIA
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Serviços Auxiliares
RETIFICADOR-CARREGADOR
É uma fonte de energia retificada com a finalidade de manter a bateria carregada.
Para ser dimensionado, são necessários os seguintes dados:
Tipo de carregador: função da aplicação;
Tensão de alimentação: até 25A  110 ou 220V
 acima 25A  220 ou 380V
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RETIFICADOR-CARREGADOR
Capacidade nominal do carregador:
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RETIFICADOR-CARREGADOR
Onde Ic pode ser calculado como:
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RETIFICADOR-CARREGADOR
Regulação estática de tensão: +/- 1% para +/-15% na entrada
Regulação estática da corrente: não pode variar mais que 10% da ajustada;
Regulação dinâmica de tensão: +/-2%
Regulação dinâmica de corrente: +/-2%
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RETIFICADOR-CARREGADOR
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RETIFICADOR-CARREGADOR
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DISPOSITIVO DE DISPARO CAPACITIVO
Tem a finalidade de energizar a bobina de acionamento do disjuntor.
Sua utilização é motivada pelo fato de que o conjunto retificador-carregador-bateria apresenta custo elevado.
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DISPOSITIVO DE DISPARO CAPACITIVO
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