1 - Proteção de Sistemas Elétricos

Prévia do material em texto

ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA: 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Rinaldo Silva 2019 
Objetivo: 
- Conhecer os equipamentos utilizados para a proteção de sistemas 
elétricos de transmissão, geração e transformação de energia elétrica; 
 
- Aprender como dimensionar e coordenar a proteção. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
 
 
 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CONTEXTUALIZAÇÃO 
SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS: POR QUE? 
Todos os componentes do sistema elétrico são “Ativos” da empresa 
responsável pelo serviço de fornecimento de energia elétrica e 
correspondem a investimentos. 
As empresas responsáveis pelo fornecimento de energia elétrica devem 
assegurar, de acordo com as regras do negócio (geração, transmissão ou 
distribuição), a disponibilidade do seu sistema elétrico, a qualidade e a 
continuidade do fornecimento de energia elétrica às unidades 
consumidoras. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS: POR QUE? 
Os componentes do sistema elétrico são sujeitos a falhas e condições 
anormais de operação que podem resultar em danos irreparáveis aos 
equipamentos, ao sistema e aos consumidores. 
Para evitar esses danos, o sistema elétrico deve ser dotado de linhas de 
proteção que desconectem as partes submetidas a anormalidades e forneça 
as informações necessárias para sua correta identificação e consequente 
restabelecimento. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS: POR QUE? 
1,7MR$ / 2,4 MR$ 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS: POR QUE? 
??????????????? 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS: POR QUE? 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS: POR QUE? 
Preço = R$ 2 Milhões 
 40 MVA 
138 /13,8 kV 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS: POR QUE? 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E A VIDA REAL 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E A VIDA REAL 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E A VIDA REAL 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E A VIDA REAL 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E A VIDA REAL 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE PROTEÇÃO: SENTINELA SILENCIOSA 
Como uma “Sentinela Silenciosa”, o relé de proteção está em guarda nas 
linhas, dia e noite, verão e inverno, pronto para detectar problemas 
instantaneamente, para determinar se ele é suficientemente grave para abrir 
o circuito e, em caso afirmativo, para desligar o aparelho defeituoso ou 
seccionar linhas defeituosas com inteligência quase humana e mais do que a 
precisão humana. 
 
“Silent Sentinels“ Westinghouse 
Protective Relays - 1924 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
INTRODUÇÃO A PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
SISTEMAS DE POTÊNCIA ATUAIS 
- Redes de grande porte; 
- Investimentos limitados; 
- Busca pela operação ótima; 
- Operação próxima dos limites de 
segurança; 
- Complexidade de operação; 
- Requisitos de qualidade cada vez 
maiores. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
POR QUE PROTEGER? 
Fo
n
te
: 
O
N
S 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CUSTO DAS INTERRUPÇÕES/FALHAS NO FORNECIMENTO DE ENERGIA 
- Custos Financeiros 
- Energia não suprida; 
- Penalizações do órgão regulador 
(continuidade,qualidade de 
fornecimento, indisponibilidade, 
etc.); 
- Custo Social 
- Perdas dos clientes; 
- Custos de imagem. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
O QUE SÃO PERTURBAÇÕES? 
Qualquer anormalidade caracterizada por desligamentos forçados de um ou 
mais componentes do sistema. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DESLIGAMENTO FORÇADO 
É a retirada de um componente de serviço, em condição não programada, em 
decorrência de situação de emergência no sistema elétrico. 
O objetivo é evitar danos ao componente ou outras consequências para o 
sistema elétrico. 
O desligamento forçado pode se dar por meios manuais ou automáticos (ação 
dos dispositivos de proteção). 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DESLIGAMENTOS FORÇADOS NO SIN 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
ANOMALIDADES NO SEP 
As anormalidade inerentes a um sistema elétrico de potência podem ser 
divididas em dois grupos. 
1. Situações anormais de funcionamento do sistema ou dos equipamentos 
Sobrecargas; 
Oscilações de potência; 
Etc. 
 
2. Curtos-circuitos e defeitos de isolamento. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
ORIGEM DAS FALTAS/DEFEITOS 
As faltas/defeitos são classificados segundo sua origem, ou seja: 
1. Defeito de origem transitória: é aquele que auto se extingue ou se 
extinguem com a atuação da proteção, sucedido de um religamento com 
sucesso, não havendo assim a necessidade de reparos imediatos no 
sistema. Estatísticas mostram que a grande maioria dos defeitos é de 
origem transitória. 
2. Defeito de origem permanente: é aquele que exige reparos imediatos e 
provoca interrupções prolongadas para a recomposição do sistema. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
SITUAÇÕES ANORMAIS DE OPERAÇÃO 
- Curtos-circuitos 
- Sub/sobretensões 
- Sub/sobrefrequências 
- Sobrecargas 
- Perdas de Sincronismo 
- Oscilações de Potência 
- Falta de fase 
- Etc. 
Para raios danificado por 
sobretensões decorrentes de 
descargas atmosféricas 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CONDIÇÕES ANORMAIS DE OPERAÇÃO 
As faltas/defeitos são classificados segundo sua origem, ou seja: 
Sobrecargas 
Violação dos limites térmicos; 
Indisponibilidades ou restrições operativas temporárias; 
Variações excessivas da tensão; 
Falhas na regulação de tensão, rejeição de carga, etc; 
Variações excessivas da frequência; 
Falhas na regulação de velocidade, rejeição de carga, etc; 
Etc. ....... 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CURTO-CIRCUITO 
Curtos-circuitos: 
Corrente Elevada 
Stress Mecânico / Térmico 
Afundamento da Tensão 
Estabilidade Transitória 
Curtos-circuitos típicos: 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CURTO-CIRCUITO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CURTO-CIRCUITO EM LT’S 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DEFEITOS DE ISOLAMENTO 
Falha de isolamento 
 
Isolamento do ar: 
Pode ser curto-circuitado por animais, vegetação ou outros objetos 
externos; 
 
O nível de isolação pode ser reduzido em função de descargas 
atmosféricas ou fogo; 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DEFEITOS DE ISOLAMENTO 
Cubículo de Disjuntor – Curto-circuito 
provocado por animal (rato) 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DEFEITOS DE ISOLAMENTO 
Falha de isolamento 
 
Materiais isolantes (alta resistividade): 
Podem se deteriorar com o envelhecimento e com o calor; 
Podem se romper com a presença de sobretensões (surtos 
atmosféricos ou manobras); 
Isoladores de Porcelana; poluição ou acúmulo de sal. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DEFEITOS DE ISOLAMENTO 
Cadeia de Isoladores danificada por poluição 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CONSEQUÊNCIAS DAS FALTAS/DEFEITOS 
- Danos aos equipamentos (altas correntes); 
- Perda de Vida útil dos equipamentos; 
- Explosões em equipamentos que usam óleo como isolantes; 
- Quedas acentuadas de tensão em grandes áreas do sistema;- Interrupção do serviço (perda de receita); 
- Problemas de qualidade de energia; 
- Retirada do equipamento para reparo; 
- Desligamentos em sequencia causando blecautes; 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CONSEQUÊNCIAS DAS FALTAS/DEFEITOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CONSEQUÊNCIAS DAS FALTAS/DEFEITOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CONSEQUÊNCIAS DAS FALTAS/DEFEITOS 
Explosão de Transformador 
SE Vila Pirituba – CTEEP - 
09/04/2008 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CONSEQUÊNCIAS DAS FALTAS/DEFEITOS 
Explosão de TC 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
REDUÇÃO DO NÚMERO DE FALTAS/DEFEITOS 
- Equipamentos bem projetados e confiáveis: 
- Práticas adequadas de comissionamento e manutenção; 
- Treinamento adequado para o pessoal de operação; 
- Níveis adequados de carregamento da rede elétrica e dos equipamentos. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
NECESSIDADE DA PROTEÇÃO 
- Aumento dos investimentos: 
Melhor isolamento elétrico; 
Projetos eletromecânicos mais elaborados 
(máquinas síncronas) 
Equipamentos com supercapacidade; 
Mais manutenção; 
Custo associado às faltas (interrupções, 
indenizações, imagem, etc.)s. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
BENEFÍCIOS DA PROTEÇÃO 
- Menor danos aos equipamentos; 
- Consequências menos severas ao sistema após 
um distúrbio; 
- Redução dos custos de interrupção: 
- Reparo de equipamentos; 
- Interrupção no fornecimento de energia; 
- Indenizações; 
- Imagem. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
O PROJETO DA PROTEÇÃO 
- Diferentes filosofias levam a diferentes soluções; 
- Requisitos de segurança, estabilidade e confiabilidade determinam a 
solução a ser adotada; 
- A padronização nem sempre é possível; 
- Diferentes Tecnologias; 
- Solução de compromisso: especificação, projeto, 
ajustes/parametrização e testes/comissionamento. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CONCLUSÃO/REFLEXÃO 
“Como não é possível, técnica e economicamente, construir redes elétricas 
100% confiáveis e seguras, ou seja, nas quais nenhuma deficiência possa 
aparecer, o responsável pela Proteção deve aceitar que defeitos e outras 
situações anormais de funcionamento dos sistemas elétricos possam 
acontecer e tomar medidas para reduzir os seus efeitos.” 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
COMPONENTES DO SISTEMA DE PROTEÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
COMPONENTES DO SISTEMA DE PROTEÇÃO 
 Relés: responsáveis pela lógica de atuação do 
sistema de proteção que, através das condições 
dos sinais de entrada (tensão e/ou corrente) 
atuam ou não sobre os disjuntores locais ou 
remotos associados. 
 
 Disjuntores: interrompem a passagem de 
corrente e isolam o ramo defeituoso do resto do 
sistema elétrico. 
 
 TC e TPs (transdutores): realizam a redução dos 
níveis de tensão e/ou corrente, reproduzindo as 
formas de onda presentes no SEP e isolando os 
equipamentos a estes conectados.Baterias 
(suprimento auxiliar): fornecem energia ao 
sistema de proteção em caso de falha do sistema 
supridor, de modo a garantir o funcionamento dos 
equipamentos associados. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
COMPONENTES DO SISTEMA DE PROTEÇÃO 
DISJUNTORES 
 Os disjuntores são os principais equipamentos 
de segurança e os mais eficientes dispositivos 
de manobra em uso nas redes elétricas. 
 Sua principal função é interromper correntes 
de falta, tão rapidamente quanto possível, 
limitando os danos causados aos 
equipamentos pelos curto-circuitos. 
 O disjuntor deve ainda ser capaz de 
interromper correntes normais de carga, 
correntes de magnetização de 
transformadores e reatores, além de correntes 
capacitivas de bancos de capacitores e de 
linhas em vazio. 
 Os disjuntores devem ser 
mecanicamente capazes de abrir 
em tempos muito curtos (2 a 3 
ciclos), após terem permanecido 
na posição fechado por vários 
meses. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
COMPONENTES DO SISTEMA DE PROTEÇÃO 
PARTES CONSTITUINTES DOS DISJUNTORES 
Partes condutoras de corrente; 
 Partes isoladoras; 
 Dispositivos de extinção 
dos arcos; 
 Mecanismos de operação; 
 Componentes auxiliares. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
TRANSFORMADOR DE CORRENTE 
 Finalidades: 
 
Os transformador de corrente tem 
basicamente três finalidades, que são: 
 
 Isolar os equipamentos de medição, 
controle e relés do circuito de Alta 
Tensão. 
 
 Fornecer no seu secundário uma 
corrente proporcional à do primário. 
 
 Fornecer no secundário uma corrente 
de dimensões adequadas para serem 
usadas pelos medidores e pelos relés. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
LIGAÇÃO DO TC 
 A bobina primária do TC é ligada em série com a carga, exatamente como está 
apresentado abaixo: 
 Sua corrente varia de acordo com a solicitação da mesma. 
 Esta corrente varia desde zero até a máxima corrente de curto-circuito no local da 
instalação do TC. 
 Os instrumentos ligados no secundário do TC estão todos em série. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO DO TC 
RTC: relação entre as magnitudes da corrente primária e secundária para condições ideais 
de operação do transformador de corrente. 
 Dentro da precisão adequada requerida, considera-se o TC um transformador 
operando dentro das características ideais. 
 OBS.: A relação do enrolamento de proteção do TC é parte integrante do ajuste 
da proteção. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
ERRO DO TC 
A corrente que passa pela carga (equipamentos e relé conectados no secundário do TC), é 
a corrente Is: 
Portanto, aplicando a Lei de Kirchhoff: 
Deste modo , é a 
corrente responsável 
pelo erro causado 
pelo TC. Ou seja, erro 
de relação e ângulo 
de fase. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
ERRO DO TC 
A proteção atua para correntes de curto-circuito elevadas e estas podem levar à saturação 
o núcleo magnético do TC. 
Quando a corrente Is aumenta, a tensão Vs também aumenta e consequentemente o 
fluxo magnético dentro do núcleo do TC, que resulta no aumento da corrente Ie, 
aumenta o erro no rele. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
ERRO DO TC 
Na operação normal do sistema a corrente de carga é pequena, e o fluxo magnético do 
núcleo do TC opera com valor pequeno, dentro da região linear da curva de magnetização; 
 
O erro do TC é pequeno, compatível com os equipamentos de medição do sistema; 
 
No curto-circuito o importante é a rapidez e não a precisão. Usa-se na proteção durante os 
curtos-circuitos erros de 2,5%, 5% ou 10% nas correntes secundários do TC. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
SATURAÇÃO DO TC 
Admite-se uma corrente máxima de curto- circuito, de modo que o fluxo magnético fique 
2,5 ou 10 % dentro da região não linear da curva de magnetização do TC. 
 
 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CARGA NO SECUNDÁRIO 
Pela ABNT, Carga Nominal (“Burden”) é a carga vista pelo TC, que corresponde ao relé 
conectado ao secundário mais a carga correspondente a cabos. 
 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DIFERENÇA ENTRE TC’S 
 Os TC's de medição devem manter sua precisão para correntes de carga nominal; 
 
 Os TC's de proteção devem ser precisos até o seu erro aceitável para corrente de curto-
circuito de 20 x IN; 
 
 O núcleo magnético do TC de proteção deve ter seção transversal grande, para não 
saturar no instante do curto circuito; 
 
 Os núcleos magnéticos dos TC's de medição são de seção menor que os de proteção, 
para propositadamente saturarem durante o curto-circuito. A saturação limita o valor da 
sobretensão aplicadanos equipamentos de medição. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DIFERENÇA ENTRE TC’S 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DIFERENÇA ENTRE TC’S 
 Para o TC poder complementar estas duas características, o braço do núcleo 
magnético da bobina secundária de medição deve ser fino, e o braço da bobina de 
proteção deve ser grosso. 
 
 Para atender esse propósito, pode-se: 
 
1. Usar dois TC's, um para medição e outro para a proteção 
 
2. Usar um TC com 3 enrolamentos, com braço de medição fino e o braço do 
enrolamento de proteção grosso: 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DIFERENÇA ENTRE TC’S 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
O RELÉ DE PROTEÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
O RELÉ DE PROTEÇÃO 
 É o dispositivo que vai detectar o 
defeito ou a condição anormal de 
operação. 
 Pode acionar ou permitir o 
acionamento da abertura de um 
disjuntor ou, simplesmente, fornecer 
um alarme. 
 A ação do relé acarreta no 
fechamento ou abertura de contatos 
elétricos nos circuitos de controle 
associados a ele. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
O RELÉ DE PROTEÇÃO 
 As grandezas são geralmente 
elétricas. 
 Também podem ser mecânicas, 
térmicas ou similares ou combinações 
de grandezas. 
 Um relé pode consistir de diversas 
unidades, cada uma respondendo a 
uma entrada especificada, com a 
combinação das unidades 
proporcionando a característica de 
operação desejada 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
COMO ATUA O RELÉ DE PROTEÇÃO 
 Medição das grandezas envolvidas pelo elemento sensitivo; 
 Comparação dos valores medidos com os valores de referência (ajustes); 
 Operar ou não em função do resultado dessa comparação; 
 Acionamento da abertura de um disjuntor, operação de relés auxiliares ou 
alarme (visual/sonoro); 
 Sinalização de atuação com indicador visual próprio; 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
COMO ATUA O RELÉ DE PROTEÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DEFINIÇÕES BÁSICAS 
 Operação (Pick-up); 
• Ação de um relé quando responde ao aumento progressivo da 
grandeza de entrada; 
• Estado final do relé quando toda resposta ao aumento progressivo da 
grandeza de entrada tiver sido completada; 
• Identifica o valor mínimo da grandeza de entrada para o qual o relé 
passa do estado de repouso para o estado de operação. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DEFINIÇÕES BÁSICAS 
 Relaxação (Drop-out); 
• Ação de um relé quando responde à diminuição progressiva da grandeza 
de entrada, estando em estado de operação; 
• Identifica o valor máximo da grandeza de entrada para o qual o relé passa 
do estado de operação (pickup) para o estado de repouso; 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DEFINIÇÕES BÁSICAS 
 Reposição (Reset) 
• Estado do relé quando toda resposta à diminuição progressiva da 
grandeza de entrada tiver sido completada. 
 
 Ajuste (Setting) 
 
• Característica desejada, estabelecida em função de valores de 
referência pré-definidos; 
 
• É realizado com o propósito de obtenção de uma posição particular 
(ou valor) de um dispositivo ajustável (ou variável numérica); 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DEFINIÇÕES BÁSICAS 
 Calibração (calibration) 
• Aferição de um relé para a verificação das características de operação 
especificadas ou a modificação dos meios de calibração dos relés 
para a obtenção das características de operação especificadas. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CLASSIFICAÇÃO 
 Tecnologia; 
 Tempo de operação; 
 Natureza da grandeza atuante; 
 Ligação; 
 Atuação sobre o disjuntor; 
 Função; 
 Grandezas de medição; 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CLASSIFICAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CLASSIFICAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CLASSIFICAÇÃO 
TABELA ANSI 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CLASSIFICAÇÃO 
TABELA ANSI 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CLASSIFICAÇÃO 
TABELA ANSI 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CLASSIFICAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
O RELÉ ELEMENTAR 
ESTRUTURA ELETROMECÂNICA 
 Estrutura em charneira (núcleo fixo + armadura móvel) 
 Contato Móvel + mola 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
O RELÉ ELEMENTAR 
ESTRUTURA ELETROMECÂNICA 
 Atuação do Relé: Fe > Fm e I > Ia 
 Ia = Corrente de pick-up ou de acionamento ou de operação do relé. 
Fe ~ KI² 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
O RELÉ ELEMENTAR 
ESTRUTURA ELETROMECÂNICA 
 Portanto, nos relés eletromecânicos temos geralmente: 
• Órgãos motores (bobina) 
• Órgãos antagônicos (mola) 
• Órgãos auxiliares (contatos amortecedores, etc.). 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
O RELÉ ELEMENTAR 
ESTRUTURA ELETROMECÂNICA 
 Portanto, nos relés eletromecânicos temos geralmente: 
• Elemento sensor ou detector – Responde às variações da grandeza atuante 
(bobina + corrente) 
• Elemento comparador – compara a grandeza atuante com a grandeza 
determinada pelo ajuste (bobina + mola). 
• Elemento de controle – atua no sistema de controle (contatos) 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO: 
CONCEITOS BÁSICOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 
OBJETIVOS 
 Um dos grandes problemas da operação de um sistema elétrico é a possibilidade 
de ocorrências de defeitos. 
 Esses defeitos são provocados, na maioria das vezes, pela diminuição do 
isolamento ou ainda por sobrecargas. 
 A criação de meios eficientes e com boa relação de custo x beneficio, que 
previnam e minimizem os efeitos dos curtos-circuitos são desafios para os 
Engenheiros de Proteção. 
 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 
OBJETIVOS 
 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 SEP. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 
OBJETIVOS MENSURÁVEIS 
 Redução de custos de manutenção corretiva. 
 Evitar ou minimizar danos materiais. 
 Contribuir para a melhoria de indicadores de continuidade de fornecimento de 
energia: 
• DEC (duração de interrupção equivalente por consumidor). 
• FEC (frequência de interrupção equivalente por consumidor). 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
SISTEMAS DE PROTEÇÃO 
DEFINIÇÃO 
 Equipamentos e instrumentos necessários para medir, localizar e iniciar a 
remoção de uma falta ou condição anormal do sistema elétrico. 
 IEC 
 Um relé ou grupo de relés e acessórios cujo objetivo, no caso de uma falta 
ou condição anormal, seja isolar uma certa zona de uma instalação elétrica 
(máquina, transformador, alimentador, etc.) ou acionar um sinal; 
 Acessórios: 
• TCs, TPs, fiação, etc. 
 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
SISTEMAS DE PROTEÇÃO 
DEFINIÇÃO 
 Exemplo – Sistema de Proteção para MT: 
• Disjuntores e relés. 
• Chaves fusíveis. 
• Chaves fusíveis religadoras. 
• Religadores. 
• Seccionalizadores. 
• Seccionalizadores eletrônicos. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
AÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO 
 Retirar imediatamente de serviço qualquer elemento do sistema quando da 
ocorrência de defeitos ou outras condições anormais de operação: 
• Filosofia 
• Ajustes 
• Esquemas 
 
 
 
 O desligamento do elemento defeituoso é feito através de disjuntores 
comandados por relés. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 
O RELÉ DE PROTEÇÃO 
 É um dispositivodestinado a detectar anormalidades no sistema elétrico, 
atuando diretamente sobre um equipamento ou um sistema, retirando de 
operação os equipamentos/componentes envolvidos com a anormalidade, 
acionando circuitos de alarme e sinalização quando necessário. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 
FUNÇÕES BÁSICAS DO RELÉ DE PROTEÇÃO 
 Medir as grandezas atuantes. 
 Comparar os valores medidos com os valores dos ajustes aplicados. 
 Operar (ou não) em função do resultado dessa comparação. 
 Acionar a operação de disjuntores ou de relés auxiliares. 
 Sinalizar sua atuação via indicador de operação (visual, sonoro ou através de 
registro digital de evento). 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
REQUISITOS FNCIONAIS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO 
 Confiabilidade; 
 Seletividade; 
 Sensibilidade; 
 Velocidade; 
 Simplicidade; 
 Economia 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
REQUISITOS FNCIONAIS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO 
CONFIABILIDADE 
 O sistema de proteção deve atuar sempre que ocorrer um defeito dentro na sua 
zona de proteção. 
 O sistema de proteção não deve atuar em condições normais de operação. 
 Ao contrário da maioria dos equipamentos de um sistema elétrico, a proteção 
fica inativa na maior parte do tempo → Alguns relés ficam anos sem operar. 
 Para aumentar a confiabilidade, os sistemas de proteção devem passar por 
manutenções e testes periódicos. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
REQUISITOS FNCIONAIS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO 
SENSIBILIDADE 
 Capacidade da proteção responder às anormalidades no sistema elétrico. 
 A proteção deve operar para os menores valores previstos para as 
anormalidades no sistema onde foi aplicada. 
 É avaliada por um “fator de sensibilidade”, da forma: 
 
 Icc(min): Calculada para o curto-circuito franco no extremo mais afastado da 
seção da linha, e sob condição de geração mínima. 
 Ipp: Corrente primária de atuação da proteção (valor mínimo da corrente de 
 acionamento ou pick-up, exigida pelos fabricantes do relé). : 1,5 a 2,0, é usual 
 
Vr. Usual: k = 1,5 a 2,0 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
REQUISITOS FNCIONAIS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO 
SELETIVIDADE 
 Habilidade de desligar somente o elemento defeituoso: 
• Máxima continuidade com mínimo desligamento. 
• Discriminação correta do elemento defeituoso. 
• Coordenação entre diferentes relés através da temporização da atuação. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
REQUISITOS FNCIONAIS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO 
VELOCIDADE 
 O sistema de proteção deve ser rápido para: 
• Evitar ou reduzir danos aos equipamentos. 
• Evitar problemas de estabilidade eletromecânica. 
• Aumento da capacidade de transmissão. 
• Qualidade da Energia. 
 
OBS: Em alguns casos, pode haver perda de velocidade em benefício da 
seletividade e da coordenação. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
REQUISITOS FNCIONAIS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO 
SIMPLICIDADE E ECONOMIA 
 Simplicidade: Esquema de proteção que contenha o mínimo possível de 
equipamentos de proteção e circuitos elétricos associados para executar os 
objetivos da filosofia de proteção desejada. 
 
 Economia: Assegurar a máxima proteção com o mínimo de custo com 
equipamentos (relés, disjuntores, etc.). 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE PROTEÇÃO 
 Quanto à responsabilidade de atuação. 
 Quanto ao tipo de defeito ou condição anormal. 
 Quanto ao tipo de esquema. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RESPONSABILIDADE DE ATUAÇÃO 
 Proteção Principal (primária, 1ª linha): 
• Conjunto de relés e dispositivos de proteção destinados a eliminar, 
sem retardo de tempo intencional, qualquer falha que ocorra no 
equipamento protegido; 
• Em geral, associada a um esquema instantâneo. 
 Proteção Secundária (retaguarda, 2ª linha) 
• Conjunto de relés e dispositivos de proteção destinados a atuar em caso de 
falha da proteção principal ou quando esta se encontra em manutenção. 
• Pode ser local ou remota 
• Em geral, associada a um esquema temporizado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RETAGUARDA LOCAL 
 É o conjunto de proteção instalado na mesma subestação onde estiver 
instalado o conjunto de proteção principal do componente e cuja 
função seja atuar para faltas no componente protegido no caso de 
falhas ou defeitos do conjunto de proteção principal. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RETAGUARDA REMOTA 
 É o conjunto de proteção instalado em outra subestação que não a que 
estiver instalado o conjunto de proteção principal do componente e cuja 
função seja atuar para faltas no componente protegido no caso de 
falhas ou defeitos do conjunto de proteção principal. 
 A proteção de retaguarda remota é viabilizada pela atuação gradativa 
dos relés de proteção (coordenação dos tempos de atuação); 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PRINCIPAIS CAUSAS DA PROTEÇÃO PRIMÁRIA 
 Falha nas alimentações de corrente e 
tensão. 
 Falha na alimentação CC para a proteção. 
 Falha nos relés de proteção. 
 Falha nos circuitos de disparo dos 
disjuntores. 
 Falha nos disjuntores. 
 Retaguarda local ou remota? 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
PRINCIPAIS REQUISITOS DA RETAGUARDA LOCAL 
• Dois sistemas independentes de proteção; 
• Alimentações auxiliares CC independentes para cada proteção; 
• Alimentação de corrente provenientes de núcleos independentes 
dos TCs; 
• Alimentação de potencial provenientes de enrolamentos 
independentes dos TPs; 
• Disjuntores com duas bobinas de disparos; 
• Proteção de falha de disjuntor. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RESPONSABILIDADE DE ATUAÇÃO 
• Proteção redundante (garantia, duplicata) 
 Proteção local duplicada 
• Proteção principal (PP) 
• Proteção alternada (PA) 
 Sistemas de extra alta tensão (> 345 kV) 
 Funcionalmente idênticas, compostas por conjuntos 
independentes 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
TIPOS DE ESQUEMA 
 Proteção instantânea (restrita ou unitária) 
• Sua atuação independe da coordenação com outras proteções 
• Os conjuntos de proteções unitárias determinam as zonas de proteção no 
sistema elétrico 
 Proteção temporizada (irrestrita ou gradativa) 
• Opera de acordo com um esquema de coordenação. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
ZONAS DE PROTEÇÃO 
 Na ocorrência de uma falta, cada componente ou conjunto de componentes deve 
ser separado dos demais pelos disjuntores instalados em seus terminais 
 
 Os conjuntos de proteção devem comandar, em caso de falta interna, a abertura 
apenas dos disjuntores adjacentes à seção protegida. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
ZONAS DE PROTEÇÃO 
 Assim, os sistemas de proteção devem possuir zonas de proteção bem definidas, 
que atuem sobre todos os disjuntores por elas compreendidos; 
 Para assegurar a inexistência de pontos cegos, a zona de proteção de cada 
componente deve estar superposta às zonas de proteção dos componentes 
adjacentes, em torno do disjuntor comum a ambos 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DELIMITAÇÕES DAS ZONAS DE PROTEÇÃO 
 A localização dos TCs define as zonas de proteção primária. 
 Em caso de falta na região de superposição, haverá perda de seletividade. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
DELIMITAÇÕES DAS ZONAS DE PROTEÇÃO 
 São as porções do SEP que se encontram sob responsabilidade de atuação de uma 
dada proteção principal. 
 Curtos-circuitos que ocorram dentro da regiões definidas pelas linhas pontilhadas, 
implicaram na abertura de todos os disjuntores contidos nessa área; 
Faculdade Doctumde João Monlevade 
SELEÇÃO DE PROTEÇÃO: 
ESPECIFICAÇÃO, PROJETO E PARAMETRIZAÇÃO 
 A seleção de um relé ou sistema de proteção para uma determinada função de 
proteção envolve uma gama de conhecimentos e estudos: 
• Características operacionais do componente protegido; 
• Arranjo do equipamento no sistema; 
• Estudos elétricos, tais como: 
• Curto-circuito: seletividade, coordenação e sensibilidade 
• Fluxo de potência: carregamentos máximos 
• Eletrodinâmicos: tempos de atuação requeridos 
 
 Também é importante analisar: 
 
• Previsão de expansões futuras, Necessidades de operação e manutenção e Custo. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
A EVOLUÇÃO DO RELÉ DE PROTEÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
A EVOLUÇÃO DO RELÉ DE PROTEÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS ELETROMECÂNICOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS ELETROMECÂNICOS 
 Ainda são bastante usados em diversos esquemas de proteção. 
 São baseados na interação eletromagnética e/ou na expansão de 
metais devido o aumento da temperatura provocado pela corrente 
de curto-circuito. 
 São constituídos por bobinas, contatos e partes mecânicas móveis. 
 São requisitos para um bom desempenho o dimensionamento 
adequado dos contatos e estabilidade térmica das bobinas 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS ELETROMECÂNICOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS ELETROMECÂNICOS 
 Tecnologia madura, porém obsoleta; 
 Operação completamente dominada; 
 Classificação de acordo com o tipo construtivo: 
 
• Relés de Atração eletromagnética; 
• Relés de Insdução eletromagnética; 
 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS ELETROMECÂNICOS 
Podem ser utilizados em circuitos de Corrente contínua ou alternada. 
Estruturas usuais: 
 
• Armadura axial; 
• Armadura de Charneira; 
• Armadura rotativa; 
 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS ELETROMECÂNICOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS ELETROMECÂNICOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS ELETROMECÂNICOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS ELETROMECÂNICOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS DE SOBRECORRENTE 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS DE SOBRECORRENTE 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS DE SOBRECORRENTE 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
QUALIDADES REQUERIDAS DE UM RELÉ 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
QUALIDADES REQUERIDAS DE UM RELÉ 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
QUALIDADES REQUERIDAS DE UM RELÉ 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CRITÉRIOS DE EXISTÊNCIA DE FALTAS E SEUS EFEITOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CRITÉRIOS DE EXISTÊNCIA DE FALTAS E SEUS EFEITOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CRITÉRIOS DE EXISTÊNCIA DE FALTAS E SEUS EFEITOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
CRITÉRIOS DE EXISTÊNCIA DE FALTAS E SEUS EFEITOS 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS DE SOBRECORRENTE - DEFINIÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉS DE SOBRECORRENTE - DEFINIÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
AJUSTE DA CORRENTE DE PICK-UP 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
AJUSTE DA TEMPORIZAÇÃO 
RELÉ DE DISCO DE INDUÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE OPERAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
AJUSTE DE TEMPO DE OPERAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
AJUSTE DE TEMPO DE OPERAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
AJUSTE DE TEMPO DE OPERAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CURVAS DE OPERAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CURVAS DE OPERAÇÃO 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
AJUSTE DO PICK-UP 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
AJUSTE DO PICK-UP 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
AJUSTE DO PICK-UP (tap) 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
AJUSTE DO PICK-UP (tap) 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CIRCUITO E CURVA DE TEMPO. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CIRCUITO E CURVA DE TEMPO. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CIRCUITO E CURVA DE TEMPO. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CIRCUITO E CURVA DE TEMPO. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CIRCUITO E CURVA DE TEMPO. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
RELÉ DE SOBRECORRENTE 
CIRCUITO E CURVA DE TEMPO. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Proteção Direcional 
Exemplo 
Realizar a coordenação da atuação dos dispositivos de proteção para as funções 
50/51 F. O objetivo é proteger as LT’s. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Fluxo de Carga 
As correntes obtidas através da simulação estão um pouco acima do valor 
nominal, devido a queda de tensão nas barras e potencias constantes. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Fluxo de Carga 
As correntes obtidas através da simulação estão um pouco acima do valor 
nominal, devido a queda de tensão nas barras e potencias constantes. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Fluxo de Carga 
As correntes obtidas através da simulação estão um pouco acima do valor 
nominal, devido a queda de tensão nas barras e potencias constantes. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Fluxo de Carga 
As correntes obtidas através da simulação estão um pouco acima do valor 
nominal, devido a queda de tensão nas barras e potencias constantes. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Definição dos TC’s 
A partir da maior corrente encontrada em cada trecho, comparando as situações 
mormal e em falta, são definidos os TC’s. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação 
Esta coordenaão será realizada em dois grupos de relés, simulando 2 sistemas 
radiais em oposição. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação 
Simulação no PWB. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação 
Simulação no PWB. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação 
Simulação no PWB. 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Curto-Cicuito 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação R5, R9, R8 e R4 na função 51F 
Sobrecarga B-C-D: R3 e R7; 
Sobrecarga B-E-D: R4 e R8; 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação na função 51 F do Relé R4 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação da Função 51 F do relé R8 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Função 51 F: Coordenação dos Relés R4 e R8 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação R3, R7, R10 e R6 
Sobrecarga B-C-D: R3 e R7; 
Sobrecarga B-E-D: R4 e R8; 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação da Função 50 para os 2 grupos de relésFaculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
80 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Ajuste de Corrente da Função 50F R5 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Função 50F coordenação: R8, R4, R9 e R5 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Coordenação do outro Grupo de Relés 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
R3 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
R7 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
R10 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
R6 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
R6 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Ajuste da Função 50F Relé R6 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Segundo Grupo de Relés 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado 
Faculdade Doctum de João Monlevade 
Resultado