revisão Sistemas de Proteção e Medição

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CCE0448 
SISTEMAS DE 
PROTEÇÃO E 
MEDIÇÃO
Revisão
Sistema de proteção 
 Sistema ao qual estão associados todos os
dispositivos necessários para detectar, localizar e
comandar a eliminação de uma condição anormal
de operação de um sistema elétrico.
 A eficácia de um esquema de proteção é tanto
maior quanto melhor forem atendidos os seguintes
princípios:
 Rapidez de operação;
 Seletividade e coordenação;
 Confiabilidade;
 Sensibilidade; 
 Segurança;
 Automação.
Zonas de proteção
 Intuito de limitar a área do sistema de potência que é
desconectado quando ocorre uma falta;
 Para uma falha em qualquer local dentro da zona, o
sistema de proteção responsável por aquela zona atua
de modo a isolar tudo o que está dentro do restante do
sistema;
 As zonas vizinhas sempre se sobrepõem, pois senão uma
pequena parte do sistema ficaria sem proteção;
 Os disjuntores ajudam a definir os contornos da zona de
proteção.
Transformadores para 
instrumentos
 Têm as seguintes funções:
 Reproduzir proporcionalmente no secundário as
correntes e tensões do primário;
 Com os níveis de tensões e correntes adequados
alimentar os equipamentos de MEDIÇÃO,
CONTROLE e PROTEÇÃO;
 Isolar os equipamentos de MEDIÇÃO, CONTROLE
e PROTEÇÃO.
 Podem ser para proteção ou para a medição.
Transformadores de corrente –
TC´s
 É o sensor que realiza a transdução da corrente do
sistema de potência para níveis apropriados;
 Consiste de um núcleo de ferro, enrolamento
primário e enrolamento secundário;
 Primário geralmente constituído de poucas espiras
(para baixa XL) e fios grossos (para baixa R);
 Secundário deve possuir número suficiente de espiras
para se obter uma corrente nominal de 5 A;
Características construtivas dos 
TCs
TC de alta reatância
 Primário enrolado no núcleo;
 Aumenta a força eletromotriz;
 Melhora a qualidade e a sensibilidade do TC;
 TC tipo A (alta) ABTN ou tipo H (high) ANSI.
TC de baixa reatância
 Primário é uma barra
que traspassa o
núcleo;
 RTC = Ns/1;
 Secundário enrolado
com muitas espiras;
 TC tipo B (baixa) ABTN
ou tipo L (low) ANSI.
Tipos:
 Tipo Barra;
 Tipo Primário Enrolado;
 Tipo Janela;
 Tipo Bucha;
 Tipo Núcleo Dividido.
Fator de Sobrecorrente (fator de segurança)
 É a relação entre a máxima corrente simétrica de
curto-circuito que pode passar no primário do TC e
sua corrente primária nominal, para que sua classe
de exatidão seja mantida.
𝐹𝑆 =
𝐼𝑃𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜−𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜
𝐼𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑇𝐶
𝐼𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜−𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜 ∗ 𝐹𝑆 ≤ 𝐼𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
 Pela ANSI FS=20 e pela ABNT FS=5,10,15 e 20;
 Exemplo: TC com relação de transformação de
600
5
,
FS=20 e erro=10%:
𝐼𝑃𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑐𝑢𝑟𝑡𝑜−𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑖𝑡𝑜=20x600=12 kA
Para uma Icc menor ou igual a 12 kA, o erro que o TC
envia ao secundário é menor ou igual a 10%.
Classe de Exatidão do TC pela ANSI
 Limitação da máxima tensão que pode
aparecer no secundário do TC no instante da
máxima corrente de curto-circuito, de acordo
com o FS.
 Ou seja, máxima tensão no secundário do TC
para uma corrente no primário de 20Ipnominal
para que o erro não ultrapasse 2,5%, 5% ou 10%.
𝑉𝑠𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 =
𝑍𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 𝐼𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ∗ 𝐹𝑆
𝑅𝑇𝐶
= 𝑍𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 𝐼𝑆
Carga no Secundário do TC
 É a máxima carga que pode ser conectada no
secundário do TC, de modo a não ultrapassar a
máxima tensão dada pela sua classe de
exatidão;
 𝑉𝑠𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 =
𝑍𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎∗𝐼𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙∗𝐹𝑆
𝑅𝑇𝐶
= 𝑍𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ∗ 𝐼𝑆
 Exemplo: Qual a máxima carga que se pode
conectar no secundário do TC classe 10H400;
600/5?
 Chamada carga padrão para 20Ipnominal;
Classe de Exatidão do TC pela ANSI
 Limitação da máxima tensão que pode aparecer no
secundário do TC no instante da máxima corrente
de curto-circuito, de acordo com o FS.
 Exemplo: TC classe 10H400.
 É um TC de alta reatância, tal que quando ocorrer
um curto-circuito cuja corrente secundária for de 20
x 5 A = 100 A, no máximo poderá ter no secundário
uma tensão de 400 Volts, para que um erro devido à
saturação do núcleo do TC não ultrapasse 10%.
Transformador de potencial –
TP
 É o sensor que realiza a transdução da tensão do
sistema de potencia para níveis apropriados para o
processamento de relés de proteção, medidores e
para fins de controle e supervisão;
 Diferentemente do TC, o primário é constituído de
muitas espiras, enquanto o secundário possui
numero suficiente para se obter uma tensão nominal
de 115V ou 115/√3 VA;
 Geralmente instalados conjuntamente com TC;
Características construtivas do TP
 Quanto a sua forma construtiva, os TP’s podem ser 
classificados por indutivos (TPI) ou capacitivos (TPC):
 Os indutivos são os mais utilizados até o nível de 
69/138 kV, pois seu custo é inferior;
 Estrutura básica formada por um primário envolvendo 
um núcleo comum ao secundário, funcionando assim 
com base na conversão eletromagnética;
 Os capacitivos são construídos por dois capacitores 
em série, formando um divisor capacitivo, mais um 
TP eletromagnético, topologia que tem a vantagem 
de permitir comunicação através do sistema carrier. 
A) TP Tipo Indutivo
TP de 15 kV, tipo óleo mineral TP de 15 kV, isolação a seco 
 
 
B) TP Tipo Capacitivo
Chaves fusíveis
 São dispositivos de proteção que têm como função 
básica interromper o circuito elétrico quando o valor 
da corrente que flui pelo alimentador excede um 
determinado nível, em um intervalo de tempo 
definido;
 A interrupção será dada pela fusão do elo-fusível 
(que deve ser manualmente reposto para 
restauração da continuidade).
 Deve estar coordenado com os outros dispositivos 
de proteção do sistema, minimizando o número de 
consumidores afetados pela sua atuação;
 Os fabricantes disponibilizam curvas de tempo-
corrente (TCCs) de seus fusíveis, que são as principais 
ferramentas utilizadas em estudos de coordenação;
Coordenação de Fusíveis Série
O elo fusível protetor deve atuar primeiro, para 
isso o tempo total de interrupção fusível protetor 
deve ser menor que o tempo mínimo para a fusão 
do elo fusível protegido.
Elos fusíveis para proteção de circuitos primários
 A corrente nominal do 1º elo-fusível de um ramal, no 
sentido da carga para a fonte, deverá ser igual ou maior 
do que 1,5 vezes o valor máximo da corrente de carga 
medida ou avaliada no ponto de instalação;
 Para os demais elos instalados a montante do anterior:
 A capacidade nominal do elo-fusível deverá ser igual ou 
maior do que 1,5 vezes o valor máximo da corrente de 
carga medida ou convenientemente avaliada no ponto 
de instalação;
 A capacidade nominal do elo-fusível protetor deverá ser, 
no máximo, um quarto (1/4) da corrente de curto-circuito 
fase terra mínimo no fim do trecho protegido por ele;
1,5𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 ≤ 𝐼𝑓𝑢𝑠𝑖𝑣𝑒𝑙 ≤
𝐼𝑐𝑐,∅𝑇
4
 O elo protegido, deverá coordenar com o elo protetor, pelo
menos, para o valor da corrente de curto-circuito fase-terra
mínimo no ponto de instalação do elo protetor.
Relés
 Elementos mais importantes do sistema de
proteção, vigiando diuturnamente as
condições de operação do sistema elétrico;
 Dispositivo sensor que deve processar os sinais, 
determinar a existência de uma anormalidade 
e então iniciar alguma ação de sinalização 
(alarme), bloqueio ou abertura de um disjuntor, 
de modo a isolar o equipamento ou parte do 
sistema afetada pela falha.
Características funcionais dos 
relés de proteção
a) Confiabilidade - grau de certeza da atuação correta 
de um dispositivo para a qual ele foi projetado. Recusa de atuação: não atuam quando deveriam -
Fidedignidade;
 Atuação incorreta: atuam quando não deveriam -
Segurança.
b) Seletividade dos relés e zonas de proteção - o relé será 
considerado seguro se ele responder somente as faltas 
dentro da sua zona de proteção;
c) Sensibilidade;
d) Velocidade - É geralmente desejável remover a parte 
atingida pela falta tão rapidamente quanto possível, 
todavia, existem situações em que uma temporização 
intencional é necessária.
Relé de Sobrecorrente
 Tem como grandeza de atuação a corrente 
elétrica do sistema. Isto ocorrerá quando esta 
atingir um valor igual ou superior a corrente 
mínima de atuação;
 Geralmente os relés de sobrecorrente são 
compostos por duas unidades: instantânea 50 e 
temporizada 51 e podem ser de neutro ou de 
fase;
A. Unidade 51 de neutro (Temporizada)
i. Quando o sistema for ligado em estrela aterrado e não 
possuir cargas monofásicas, o relé de neutro deverá ter 
a sua corrente mínima de atuação ajustada para um 
valor menor que a corrente de curto-circuito fase-terra 
mínimo dentro da sua zona de proteção. E deverá ser 
maior do que 10% da corrente de carga do circuito 
devido erros admissíveis nos transformadores de 
corrente.
0,1. 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝑅𝑇𝐶
≤ 𝐼𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒 ≤
𝐼𝑐𝑐,∅𝑇
𝑅𝑇𝐶
ii. Quando o sistema for ligado em estrela aterrado e 
possuir cargas monofásicas, o relé de neutro deverá ter 
a sua corrente mínima de atuação ajustada para um 
valor menor que a corrente de curto-circuito fase-terra 
mínimo dentro da sua zona de proteção. E deverá ser 
maior do que 10% a 30% da corrente de carga do 
circuito devido aos desequilíbrios admissíveis do 
sistema.
(0,1 − 0,3). 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝑅𝑇𝐶
≤ 𝐼𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒 ≤
𝐼𝑐𝑐,∅𝑇
𝑅𝑇𝐶
 Quando a corrente de operação for igual a 
corrente do tap, o relé está no limiar de 
operação. Deste modo o tap é também 
conhecido como corrente de ajuste do relé, 
isto é:
Iajuste do relé = Tap do relé
 Para dosar o quanto a corrente de defeito é 
maior que o seu limiar de operação, é 
convencionalmente utilizado o termo, 
conhecido como múltiplo do relé (M):
𝑀 =
𝐼𝑐𝑐
𝑅𝑇𝐶. 𝑇𝐴𝑃
 Ou seja, o múltiplo M do relé, indica quantas 
vezes a corrente de defeito é maior que seu 
tap, por exemplo:
 Relé A => TAP = 1A => Idefeito = 5A => M=5. 
Ajuste de tempo do relé de sobrecorrente de 
tempo inverso
 Neste tipo de relé, não se escolhe o tempo de 
atuação, mas sim a sua curva de atuação. Esta 
curva é escolhida dependendo das características e 
condições da coordenação dos relés presentes na 
proteção na qual estão inter-relacionados;
 A coordenação depende de uma escada de 
tempos diferentes para a mesma corrente de curto-
circuito. Isto garante uma sequência de seletividade
na abertura dos disjuntores, sempre objetivando a 
eliminar o defeito, deixando sem energia o menor 
número de consumidores.
 Nos relés de tempo inverso, os fabricantes 
demarcam as curvas de atuação dos relés em 
percentagem ou na base 10. Assim as curvas 
podem ser:
0,5 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8 – 9 – 10.
ou
5% – 10% – 20% – 30% – 40% – 50% – 60% – 70% – 80% –
90% – 100%.
 Assim, as curvas têm o seu tempo referido ao da 
curva de 100%. Ou seja, para um dado curto-
circuito, o tempo de atuação do relé corresponde a 
uma percentagem em relação ao tempo da curva 
100%. Isto é mostrado no exercício a seguir:
A. Unidade 50 de fase e neutro (Instantâneo)
 O ajuste da corrente do relé instantâneo 
sempre será maior que a do relé temporizado.
 Geralmente a unidade instantânea é ajustada 
para proteger 85% do trecho compreendido 
entre sua localização e o ponto de instalação 
do primeiro equipamento de proteção a 
jusante.
IAjuste = ICC3 a 85% da LT / (RTCTap51)
5. Coordenação e seletividade 
usando relés de Sobrecorrente
 Os relés devem operar o mais rápido possível, 
dentro de sua seletividade de proteção;
 Para formar uma cadeia com sequência de 
operação, onde o relé ou fusível mais próximo do 
defeito atue prioritariamente, deve haver uma 
escada de tempos de atuação sucessivos dos relés, 
garantindo a proteção de vanguarda e sucessivas 
retaguardas;
 A coordenação dos relés é necessária, porque o 
sistema de proteção também pode falhar. Neste 
caso, a atuação da proteção de retaguarda é 
imprescindível.
 Para haver coordenação, os tempos de 
operação de dois relés sucessivos, devem, 
satisfazer a inequação:
trelé montante  trelé jusante + t
onde:
 t = 0,15 a 0,25 s para relés eletrônicos e digitais;
 t = 0,2 a 0,4 s para fusíveis tipo K.
 Procura-se sempre numa cadeia de proteção, 
utilizar o valor da diferença de tempo o mais 
próximo possível a igualdade da inequação.