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Proteção de Sistema Elétricos de Potência   Vol. 3   Geraldo Kindermann

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SBN 978-85-90085-37-9 
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GERAL O KINDERMANN 
PROFESSOR DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARll'IA 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRlCOS DE 
POTÊNCIA 
Volume 3 
Edição 
do 
Autor 
Florianópolis - se 
2008 
© by Geraldo Kindermann 
]ª edição: 2008 
Capa: Marcos Fischbom 
Revisão: Roberto de Souza Salgado 
Editoração: Geraldo Kindermanll 
K51p 
2008 . 
Ficha Catalográfica 
Kindem1ann, Geraldo, 1949-
Proteção de sistemas elétricos de potência / Geraldo 
Kindermann. - Florianópolis - Se: Edição do autor, 
v.3: iI. 
Bibliografia. ISBN: 978-85-90085-37-9 
1. Sistemas de energia elétrica - Proteção. 2. Energia 
elétrica - Geração. 3. Relés elétricos. 4. Relés de 
proteção. L Título. 
CDU: 621.316.9 
É proibida a reprodução total ou parcial deste livro sem a autorização 
do autor. 
Agradecimentos 
o autor agradece em especial 
.:. A minha família: Maria das Dores (esposa) e aos fi lhos: 
Katiuze, Krisley e Lucas, pela ajuda na logística e na digitação 
do texto . 
• :. Ao Professor Roberto de Souza Salgado da UFSC, por ler 
cuidadosamente o texto e dar importantíssimas contribuições 
técnicas. 
.:. Aos engenheiros Adriano Pauli, Everton Pizolatti Medeiros, 
Giovanni Baptista Fabris e Luís Roberto Fernandes da 
Eletrosu l, e Levi Souto Júnior da Tractebel pelas discussões e 
contribuições técnicas. 
.:. Marcos Fischborn, pela elaboração da capa e Mauricio 
Sperandio pelo assessoramento de infonnática. 
.:. Aos inúmeros alunos, da Graduação e Pós-graduação, que 
contribuíram com desenhos. 
Agradecimento em especial ao LABPLAN, principalmente aos 
professores, técnicos, analistas, mestrandos e doutorandos, que de um modo 
ou de outro sempre estiveram presentes na motivação, contribuição e 
assessoramento na elaboração do livro. 
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Apresentação 
o Laboratório de Planejamento de Sistemas de Energia E létrica -
LabPlan, do Departamen to de Engenharia Elétrica da Un iversidade Federa l de 
Santa Catarina, tem por objetivos realizar e promover o desenvolvimento de 
atividades de pesquisa, ensino e extensão na área de Sistemas de Energia Elétrica 
(SEE) com ênfase nos aspectos de planejamento e análise, nos segmentos de 
geração, transmissão e di stribuição. 
A atuação dos professores do LabPlan, desde a sua constituição em 
1992, tem envolvido uma divers idade de atividades e contribuições à sociedade que 
extrapolam em muito o escopo de at ividades regulares nos cursos de graduação e 
pós-graduação em Engenharia EJétrica. Dentre essas atividades destacam-se a 
publicação de livros e artigos técnicos e a intensa interação com os diversos 
agentes do setor eJétrico brasileiro, realizada por meio de cursos de 
aperfeiçoamento e de especialização, consultari as especializadas e projetos de 
pesquisa e desenvolvimento. 
O presente livro representa uma contribuição inédita do Professor 
Geraldo Kindermann à sua extensa obra que abrange publicações nas áreas de 
projetos elétricos, engenharia de segurança e proteção de sistemas elétricos de 
potência . Especificamente, nesta obra são abordados os temas relacionados à 
proteção de geradores s incronos, barramentos de subestações, reatares e bancos de 
capacitores. Os temas são descritos com a riqueza didática que caracteriza as 
publicações do autor, devendo contri buir tanto para fins acadêmicos quanto aos 
diversos profissionais técnicos e engenheiros que estiverem envolvidos com os 
desafios da incorporação, ao sistem.a eléh'ico brasileiro, dos inúmeros projetos de 
geração de fontes alternativos previstos para os próximos anos. 
Seguindo a tradição de publicações anteriores, o desenvolvimento dos 
temas da presente obra fo i fortemente sustentado pela extensa experiência 
acadêmica e prática do autor; vivenciada nos inúmeros cw-sos ministrados em 
universidades e empresas no Brasil, e em diversos países da América Latina e 
África, bem como nos diversos trabalhos de consultoria técnica prestados à 
Agência Nacional de Energia Elétrica. 
Prof. Ildemar CassaDa Decker 
Supervi sor do LabPlao - UFSC 
, 
Indice Geral 
Capítulo 1 - Proteção de Geradores Síncronos 
1 . 1 Introd ução ... ... ....... .... ....... ... ...... ... ........................ ... .... .. ..... ....... .. ... ... ... ........ ... 1 
1.2 Perturbações na Máquina Síncrona ...... ......... .... ....... .. .. ....... ....... ... ........ ....... .. :2 
1.3 A Proteção do Gerador Síncrono ......... ..... ... .. .. ............... ... .. .. .... .... ..... ..... ..... .. 5 
IA Tipos de Proteções do Gerador S íncrono ............ .. ..... .. .... ..... .......... .... ..... " .... 5 
1.5 Geradores Síncronos acoplados ao Sistema E létrico .. ..... ........... .. .... ...... ... ..... 8 
1.6 Curto-Circuito na Bobina da Armadura do Gerador Síncrono ... ... .............. . 12 
1.7 Proteção Diferencial do Gerador Síncrono ... ... .... ..... .. ......... .. ...... ........... ...... 19 
1.8 Trecho não Protegido pela Proteçào 87 ... ..... ......... ..... ... .... ... ..... ... .... .... .... .... 22 
1.9 Proteção Contra Falhas entre Esp,iras ... ............ ..... .... .. , .... .. ... ..... ..... ..... ... ..... 25 
l.l O Proteção de Seqüência Negativa do Gerador Síncrono .... , ... ... .... .. ... ... ...... ... 28 
1.11 Relé de Sobreexcitação do Gerador Síncrono .. .. ..... .... .... ..... ........... ........ ..... 35 
1.1 2 Proteção por Perda de Exci tação ...... ............ .... ..... ...... ... ..... ............. ..... .. ... .. 36 
1.13 Proteção de Sobretemperatura .... ... .. .. ............. .. ......... ..... .. ...... ....... ... ... ...... .. . 39 
1.14 Relé de Imagem Térmica .... ... ..... ..... ...... .. ............. ... .... ....... .. .............. .... ...... 40 
1.15 Proteção de Falha do Disjuntor do Gerador. .... ................... .. ...... ...... ..... ... ... . 41 
1.1 6 T ipos de Aterramentos dos Geradores Síncronos .... .... ..... .... ... ... .. .... ...... ...... 43 
1.17 Classificação do Sistema Aterrado ...... ... ........ ........ .... ........... ... ............... .... .48 
I I 
1. 1 t: 0ettilo I til-{c:rtll n.}s T ç lTlll1a i ~ L1l) {jtmdt)r SIJlI:J'(Jno ""'" .. ... '" .. " .. " .... 5\1 
1.1 9 Sisl~ma Al~rraJc, ......... , ................... " """" ....... .... ............. ' ''''''''' ... 5.2 
] .20 Sisl~m3 Isolado ..... ................ .. .......... " .. " ........... .. .. ...... ..... .. ... ""." ... .... 5.2 
1. 21 Sistema Aterrado com Resistência ................ ...... .. .. .......... " ... ...... .. .... .......... 5-1 
1.22 Sistema Aten'ado com Resistênc ia no Enrolamento ~ do Transformador de 
Ale rramento ............ ... ........ ............ .... ........... ..... ...... ........ .. ""."" .. "" ... " .. ... .. 7 1 
1.23 TP Único"."." .. " .. . " " ... . " .... " .. " ... " ....... .... ...... ............... "."."" .... " .. .... .... .. .. 76 
1.24 AteITamento RessonaJlte .. " .... " ....... "." ........... " ..... " .......... " ... "" ... " ........... " 79 
1.25 Sistema Aterrado com Baixa Impedância .......................................... .... .... .. . 80 
1.26 Sistema Aterrado ......................... " ......................... ... ................. .. ..... ...... ..... 86 
1.27 Proteção de Máquina Síncrona com Aterramento Sólido .... " ." ...... .. ............ 86 
1.28 Proteção Diferencial da Máquina Síncrona COIll Aterramento por uma 
Impedância ... ... .... . " .. ..... ....... ..... .............. .... .......... ... ..... ...... ........ .. .............. .. 87 
1.29 Proleção de Máquina Síncrona pela 3" Harmônica ................... " .... " .... ........ 88 
1.30 Proteção de Defeitos à Terra no Rotor ............................. ............ ... ..... ......... 96 
1.31 Energização Ac idental do Gerador Síncrono .............