Apostila de Protecao.2016.rev.8
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Apostila de Protecao.2016.rev.8

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APOSTILA DE 
SISTEMAS 
ELÉTRICOS DE 
POTÊNCIA 
 
DR. EDVAL DELBONE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1- INTRODUÇÃO 
 
O sistema elétrico de proteção 
O que vem a ser o Sistema de Proteção? E qual é a sua função no Sistema Elétrico? 
Para responder estas perguntas, é preciso definir o que é um Sistema de Proteção. Como o seu próprio nome 
sugere, um sistema de proteção protege o sistema elétrico de falhas que podem ocorrer internamente ou 
externamente a este. 
Tecnicamente, o Sistema de Proteção é composto por um conjunto de relés de diferentes tipos, ou dependendo 
do caso, do mesmo tipo. Porém, para efeito de estudo, entende-se como Sistema de Proteção o conjunto 
formado por disjuntores, transdutores e relés. 
 
 
O relé é a parte lógica do sistema de proteção. É um dispositivo, analógico ou digital que, conectado ao 
sistema elétrico, fica responsável pela detecção de condições intoleráveis ou indesejáveis ao sistema elétrico e 
por tomar a decisão de abertura ou não dos disjuntores adequados a ele associados, a fim de iniciar o processo 
de retirada de operação da parte faltosa da linha, mantendo com isso a continuidade do fornecimento de 
energia elétrica e limitando os danos aos equipamentos. 
Assim, o relé deve ser capaz de estabelecer uma lógica entre os parâmetros de entrada do sistema de potência, 
sinais de tensão e corrente provenientes dos transdutores, e tomar a decisão correta de abertura. Dentre estes 
aspectos, o sistema de proteção envia um sinal de trip para os disjuntores, os quais isolarão a menor porção 
possível do sistema sob falta. 
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 Os defeitos nos dispositivos devido a surtos ou outras causas levam a falhas em Sistemas de Potência . 
Sabendo como calcular as correntes e tensões que existem durante um curto-circuito , estamos preparados 
para estudar a proteção de um sistema pela isolação da porção em falha . 
 
 Embora os curtos sejam eventos raros , é importante removê-los o mais rápido possível do sistema. Nos 
modernos sistemas a remoção é automática , isto é , sem a intervenção do homem . O equipamento que realiza 
esse trabalho é coletivamente chamado de Sistema de Proteção . 
 
 Efeitos indesejáveis da permanência da falha por um tempo excessivo num sistema : 
 a) redução da estabilidade do sistema ; 
 b) dano ao equipamento que está na vizinhança da falha , devido à elevadas correntes , às 
correntes desequilibradas e às baixas tensões produzidas pelo curto ; 
 c) explosões em equipamentos com óleo isolante ; 
 d) efeito cascata . 
 
 
 2- ATRIBUTOS DOS SISTEMAS DE PROTEÇÃO 
 
 A rápida eliminação da falha exige a operação correta de vários subsistemas do sistema de proteção. Os 
três subsistemas são : 
 - Disjuntores ( D ) 
 - Transdutores ( T ) 
 - Relés ( R ) 
 
 1 2 
 D12 D21 
 
 
 
 T T 
 
 R12 R21 
 
 
 Sistema de Proteção da linha 1-2 
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 Os relés são os dispositivos que detectam a falha e energizam os circuitos de disparo dos disjuntores , 
permitindo que estes abram os seus contatos . 
 
 Os transdutores fornecem a entrada para os relés . 
 
 Usualmente adotamos uma notação de dupla numeração para a identificação de relés e disjuntores , 
porém para os sistemas simples , torna-se mais conveniente indicar os disjuntores por letras . 
 
 Os disjuntores podem ser operados separadamente em cada fase , ou os relés de fase podem controlar 
um disjuntor trifásico que abrirá as três fases pela operação de qualquer um dos relés . 
 
 As elevadas tensões e correntes de uma linha de transmissão são impróprias para o uso pelos sistemas 
de proteção , devem portanto ser convertidos a um nível mais baixo pelos transdutores ( TC\u2019s e TP\u2019s ) . 
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 Os sinais produzidos pelos transdutores são reproduções razoavelmente fiéis das tensões e das 
correntes das linhas . 
 
 Os relés ( elementos lógicos do Sistema de Proteção ) processam estes sinais de entrada e decidem se 
uma falha realmente ocorreu . Esta decisão é tomada em um tempo muito curto após a ocorrência da falha ( 
tipicamente de 8 a 40 milissegundos ) . A decisão tomada pelos relés , de que ocorreu a falha , leva à abertura 
dos disjuntores associados a eles . 
 
 Quando o circuito de disparo de um disjuntor é energizado por seu relé , os contatos do disjuntor (que 
estão em série com a linha ) começam a se afastar rápidamente . Quando a corrente através do disjuntor ( a 
corrente de falha ) chega a zero , o espaço entre os contatos passa a ser um dielétrico , e é capaz de evitar o 
fluxo da corrente de falha através do disjuntor . 
 
 Todo o processo , desde o momento do início da falha até a sua eliminação final , dura de 30 a 100 
milissegundos , dependendo do tipo de sistema de proteção empregado . 
 
 Atributos que medem a qualidade do desempenho de um relé : 
 RAPIDEZ - velocidade de decisão e de operação 
 CONFIABILIDADE \uf0ae SEGURANÇA : o relé deve operar consistentemente para todas as 
falhas para as quais foi projetado para operar e não operar para qualquer outra condição do sistema . 
 \uf0ae SELETIVIDADE : a menor porção possível de um sistema deverá 
ser isolada em seguida a uma falha . 
 
 Em geral , os requisitos de CONFIABILIDADE e RAPIDEZ entram em conflito , e deve ser feito 
um compromisso no projeto do sistema , de modo a obter uma utilização apropriada deles . 
 
 Exemplo : 
 
 1 2 3 
 D12 D21 D23 D32 
 
 P 
 
 Devido a falha em P , R23 também \u201cvê\u201d a falha , pois a tensão e corrente injetadas neste relé variam. 
 No entanto R23 deve ser seletivo , de modo a não operar para a falha em P , se P estiver fora da área de 
responsabilidade conhecida como ALCANCE desse relé . 
 
 
 A idéia de uma área de responsabilidade tem sido formalizada pela definição de zonas de proteção, 
que ajudam a definir os conceitos de confiabilidade . 
 
 zona 2 zona 4 zona 6 
 zona 3 zona 7 
zona 1 zona 5 
 
 
 
 
 
 6 
 As linhas tracejadas fechadas indicam as zonas de proteção nas quais este sistema de proteção é 
dividido . Cada zona contém um ou mais componentes do sistema de potência , além de dois ou mais 
disjuntores . Cada disjuntor está incluído em duas zonas de proteção vizinhas . 
 
 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 daquela zona , do restante do sistema . ( TRIP ) 
 
 Como a isolação ( ou desenergização ) em condições de falha é feita por disjuntores , eles ajudam a 
definir os contornos da zona de proteção . 
 
 As zonas de proteção vizinhas sempre se sobrepõem , pois sem ela , uma pequena parte do sistema 
entre as zonas vizinhas , por menor que fosse , ficaria sem proteção . Pela superposição de zonas vizinhas, 
nenhuma parte do sistema fica sem proteção . 
 
 Embora , se ocorrer uma falha dentro da zona de superposição , uma porção muito maior do sistema ( 
correspondente a ambas as zonas ) seria isolada e colocada fora de serviço . Para minimizar essa possibilidade 
, a região de superposição é feita a menor possível . 
 
 
 
 Exercício 1 : 
 
 a) indique quais as zonas de proteção ; 
 b) quais disjuntores operariam para falhas em P1 e em P2 ? 
 
 
 G 
 A 
 
 C D E F H 
 B 
 P1 P2 
 
 J I 
 
 
 
 K 
 
 
 
 
 
 em P1 : operam 
 em P2 : operam 
 
 
 
 
 
 
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 8 
 Exercício 2 : 
 
 a) indique quais as zonas de proteção ; 
 b) quais disjuntores operariam para falhas em P1 e em P2 ? 
 
 
 G