CONCEITOS E PROTEÇÕES DE TRAFO

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PROTEÇÃO 
T
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T
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M
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D
O
R
E
S
TRANSFORMADOR
2
TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA - CONCEITO
É um Equipamento Elétrico, cujo princípio básico de funcionamento 
ocorre pela conversão de um nível de tensão em outro, onde um 
desses níveis de tensão é seu circuito primário, ligado a uma fonte, e o 
outro nível de tensão é o secundário, que alimenta uma carga.
O Transformador pode ser Elevador ou Abaixador de Tensão. Um 
transformador é dito elevador quando sua tensão primária é menor que 
sua tensão secundária; e é dito abaixador quando sua tensão primária 
é maior que a sua tensão secundária. 
O valor da tensão em cada enrolamento está diretamente associado ao 
número de espiras que cada bobina possui, de modo que, para um 
transformador ideal vale a seguinte relação: V1 N1
V2 N2
a
3
TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA – TRANSFORMADOR IDEAL
 Núcleo de permeabilidade infinita ( Relutância Magnética nula).
 Perdas nulas: Calor nos enrolamentos de cobre(*) e a histerese e 
correntes parasitas no núcleo(**).
o (*) Podem ser minimizadas com o uso de ventiladores.
o (**) Núcleo de ferro laminado e isolado.
 Fluxo de Dispersão Nulo – Considera-se todo o fluxo magnético 
confinado no núcleo.
 Relações válidas em um transformador ideal:
V1 N1
V2 N2
a
I1 1
I2 a
Z1
Z2
a² P2 P1
4
TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA – TRANSFORMADOR IDEAL
Transformador Ideal em Regime Permanente:
5
 Quando uma tensão senoidal de frequência angular 
é aplicada no enrolamento primário de um transformador, e o 
enrolamento secundário é mantido em circuito aberto, a tensão 
primária é balanceada por uma f.e.m., induzida pela taxa de 
variação do fluxo concatenado com o enrolamento primário, dado 
por: ɸ = N1., onde  é o fluxo variável senoidal no núcleo do 
transformador. Dado por: ɸ = max.Sen(ω.t). 
 Desse modo, a tensão primária é dada por: V1 = e1 = N1.
dɸ1
dt
dɸ1
 e1 = N1. = N1. ω . max e E1= . N1. . max
dt
1 
2
TRANSFORMADOR DE FORÇA – TRANSFORMADOR IDEAL
Transformador Ideal em Regime Permanente:
6
dɸ1
 e1 = N1. = N1. ω . max e E1= . N1. . max
dt
1 
2
= 4,44 
2
E1 = 4,44 . f . N1 . max
A equação de E1 acima, é uma relação muito importante na teoria dos 
dispositivos eletromagnéticos de corrente alternada, pois relaciona o 
projeto do enrolamento (N, número de espiras) ao fluxo magnético do 
núcleo max.
É a relação geral entre o valor eficaz (RMS) da tensão gerada por um 
fluxo de variação senoidal e o máximo valor desse fluxo.
TRANSFORMADOR IDEAL – EM REGIME PERMANENTE SENOIDAL
 E o valor do Fluxo (Φm = E / (4,44 . f . N ) independe das dimensões 
e da qualidade do núcleo magnético.
 A dimensão e as características do núcleo, apenas determinam o 
valor da corrente de magnetização ( I = Ʀɸ / N)
 Fluxo variável(senoidal) no núcleo do transformador: (ɸ = ɸm . Sen(ω.t)
 Frequência angular: (Radianos/segundo).
7
 Como a frequência é a mesma no primário e no secundário (Trafo 
ideal), teremos:
V1 = N1
V2 = N2
Ep = 4,44 . f . Np . m
Es = 4,44 . f . Ns . m
Ep = Np
Es = Ns
8
DEFINIÇÃO DE VALOR EFICAZ (RMS)
TRANSFORMADOR IDEAL – EM REGIME PERMANENTE SENOIDAL
O VALOR MÉDIO DE UMA SENOIDE, EM UM PERÍDO, É NULO.
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DEFINIÇÃO DE VALOR EFICAZ (RMS)
TRANSFORMADOR IDEAL – EM REGIME PERMANENTE SENOIDAL
O TRABALHO NO 2⁰ MEIO PERÍODO É O MESMO
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TRANSFORMADOR – PRINCIPAIS COMPONENTES
DEFINIÇÃO DE VALOR EFICAZ (RMS)
EQUAÇÃO DE UMA ONDA SENOIDAL
TRANSFORMADOR – PRINCIPAIS COMPONENTES
 Núcleo – É constituído por material ferromagnético em chapas finas 
e isoladas para minimizar o surgimento de correntes parasitas. É 
responsável por transferir a corrente que é induzida no enrolamento 
primário ao secundário. 
 Enrolamentos – São bobinas cilíndricas formadas por condutores 
de cobre retangulares, podendo ser isoladas com papel ou 
envernizadas. A isolação entre os enrolamentos AT e BT, em 
transformadores de Alta tensão, são feitos com óleo mineral isolante.
 Tanque Principal – É um compartimento feito de aço, onde está 
localizada a parte ativa (enrolamentos) e é preenchido com fluído 
dielétrico (em geral, óleo mineral isolante).
11
TRANSFORMADOR – PRINCIPAIS COMPONENTES
 Tanque de Expansão – É um tanque auxiliar que permite a expansão do 
volume de óleo do transformador por causa das variações de temperatura 
a que o equipamento é submetido.
o Óleo Mineral Isolante – Além de servir como isolação entre os circuitos 
primário e secundários, o óleo permite a troca de calor com o ambiente, 
através de sua circulação pelos radiadores / sistema de ventilação 
forçada.
o Além disso, o óleo isolante, ao ser absorvido (impregnado) pelo papel 
isolante dos condutores das bobinas, confere-lhe características isolantes 
especiais.
 Buchas – São dispositivos de porcelana estanques, cuja finalidade é 
isolar os terminais das bobinas do tanque do transformador. São dotados 
de pequenos tanques de expansão para permitir dilatações do volume 
interno de óleo.
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TRANSFORMADOR – PRINCIPAIS COMPONENTES
 Comutador Sob Carga – É um dispositivo que permite variar os níveis de 
tensão através da alteração do número de espiras de um transformador.
o Essa variação de espiras é feita no lado de AT, visto que nesse caso, a 
corrente é menor e, portanto os problemas decorrentes de contato (queda 
de tensão e efeito joule) são menores.
o Quando a tensão do primário (AT) é menor que a nominal, são retiradas 
espiras (Baixar TAP); quando a tensão AT é maior, são acrescentadas 
espiras (Aumentar TAP).
o Essa comutação ou derivação de TAP é feita automaticamente, sem a 
necessidade de desligar o transformador.
o A esse processo dá-se o nome de Regulação de Tensão e é controlado 
por um sistema de controle e proteção, incluindo um relé 90.
o É possível, também, a regulação manual.
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TRANSFORMADOR – PRINCIPAIS COMPONENTES
 Trocadores de Calor (Radiadores) – São equipamentos instalados na 
parte externa do tanque, e fazem a circulação do óleo isolante através de 
aletas que, em contato com o ar ambiente, diminuem a temperatura do 
óleo.
o O mais habitual é usar a ventilação forçada, através de motoventiladores, 
que funcionam automaticamente, comandados por sensores de 
temperatura ou imagem térmica (medição indireta da temperatura do óleo 
e do enrolamento).
 Painel (Armário) – É o local onde são instalados os dispositivos de 
interface que permitem o controle, proteção e monitoramento do 
funcionamento do transformador.
o As informações de temperatura, corrente, gases e outras, são 
enviadas ao Sistema de Supervisão da Instalação.
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TRANSFORMADOR – PRINCIPAIS COMPONENTES
 Termômetros – Medem a temperatura dos enrolamentos e do óleo 
do transformador (Medição analógica).
o A depender dos valores de temperaturas medidas, pode-se proceder 
a alarmes, desligamentos, partida de ventilação forçada ou bomba 
de circulação forçada de óleo.
 Medidores de Temperatura Digitais – Atualmente, no mercado, já 
existem sistemas digitais de monitoramento e medição de 
temperatura que, em comparação com os analógicos existentes, 
além de medir, também geram várias funções de supervisão e 
controle, inclusive regulação de tensão.
o Como exemplos desse dispositivos digitais podemos citar: o IED 
SEL-2411 e o Controlador Digital de Temperatura TREE TECH.
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TRANSFORMADOR – PRINCIPAIS COMPONENTES
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17
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A
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S
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 –
P
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IN
C
IP
A
IS
 C
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M
P
O
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T
E
S
TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Proteções Intrínsecas – Relé (Buchholz) – Nema 63.
Tanque do 
Transformador
Tanque de 
Expansão
Relé 
Buchholz
o Defeitos internos de alta intensidade 
geram arcos de alta energia, com uma 
violenta expansão dos gases formados.
o Esses gases criam uma forte pressão 
interna que agitao óleo no tanque, 
movimentando-o em direção ao tanque de 
expansão.
o O relé instalado entre o tanque principal 
do transformador e o Tanque de 
Expansão (Conservador de Óleo), detecta 
a presença de gás e o movimento súbito 
do óleo.
18
TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Proteções Intrínsecas – Relé (Buchholz) – Nema 63.
Tanque do 
Transformador
Tanque de 
Expansão
Relé 
Buchholz
o No caso de pequena sobrecarga ativa 
um alarme.
o No caso de arco elétrica atua o relé de 
fluxo de óleo e ativa o disparo.
o Atua, também, para curto-circuito entre 
espiras.
o Tem uma válvula de purga que permite 
recolher o gás acumulado para ensaio.
o Se o gás for inflamável é sinal de que 
houve falha.
o Se for apenas ar, pode significar nível 
de óleo baixo.
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TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Proteções Intrínsecas – Relé (Buchholz) – Nema 63.
Tanque do 
Transformador
Tanque de 
Expansão
Relé 
Buchholz
o O relé 63 é uma valiosa retaguarda 
aos relés diferenciais ou de 
sobrecorrente, para faltas dentro do 
tanque.
o No caso de faltas insipientes, há a 
formação de gás, e após certo tempo 
fecha um contato acionando um 
alarme, antes que a deterioração do 
isolamento provoque um dano maior.
o Esse alarme é chamado Relé de Gás 
1⁰ Grau ou 63-1.
20
TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Proteções Intrínsecas – Válvula de Alívio de Pressão (Válv. de Seg.)
o Sobrepressões em Transformadores pode 
provocar o estufamento do tanque de óleo.
o Pode, também, levar à explosão do 
Transformador.
o Por isso, dispositivos de Alívio de Pressão 
são instalados.
o As sobrepressões podem ser geradas pelo 
funcionamento normal ou por c. circuitos.
Mola
Tampa
Óleo
Parede do Transformador
1 2
1 e 2 - Contatos 
Elétricos
o Se a pressão ultrapassar certo limite, abre-se um fresta para liberar a 
pressão, que voltará a fechar-se quando a pressão for normalizada.
o Contatos elétricos são disponibilizados para alarmes e supervisão nos 
sistemas de supervisão da instalação.
21
TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Proteções Intrínsecas – Relé de Temperatura do Enrolamento(49).
o A temperatura do ponto mais quente do enrolamento de um transformador 
influi na taxa de deterioração do isolamento.
o A temperatura do enrolamento modifica-se de forma mais rápida que a 
temperatura do óleo em função da constante térmica do óleo ser mais 
elevada.
o É necessário, portanto, conhecer a temperatura dos enrolamentos, a fim 
de controlar ventiladores e desligar ou reduzir cargas para reduzir danos 
ao transformador.
o A medição dessa temperatura é feita de forma indireta, usando-se o 
conceito de Imagem Térmica.
o Na figura seguinte mostra-se como funciona a imagem térmica.
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TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Proteções Intrínsecas – Imagem Térmica
o Uma resistência (R) imersa 
em óleo é aquecida pela 
corrente do TC.
o Ela possui uma constante 
térmica de tempo próxima à 
do enrolamento.
o Com 95⁰ ocorre o desarme 
do transformador.
o Possui três contatos com 
ajustes distintos.
o Nível1 – Permite a entrada 
de ventiladores ou bombas 
de resfriamento forçado.
23
o Nível 2 – Alarme.
o Nível 3 – Desligamento do transformador.
U
U
TAMPA DO 
TRANSFORMADOR
R
TANQUE DO
TRANSFORMADOR
T
E
R
M
Ô
M
E
T
R
O
TUBO CAPILAR
B
U
L
B
O
 C
A
P
IL
A
R
ELEMENTO AQUECEDOR
TC DE
BUCHA
TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Proteções Intrínsecas – Imagem Térmica Digital
o Sistema Digital de 
monitoramento e 
medição digital.
o Também gera 
várias funções de 
supervisão e 
controle.
o Faz, inclusive, 
regulação de 
tensão.
24
U
U
TAMPA DO TRANSFORMADOR
TC DE
BUCHA
TANQUE DO TRANSFORMADOR
S
A
ÍD
A
 D
E
 4
 A
 2
0
m
A
 D
C
TM1
TEMP.
ENR.
TEMP.
ÓLEO
SEL 2411
ÓLEO ENROL
TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Proteções Intrínsecas – Relé de Temperatura Óleo (Nema 26).
o Essa proteção destina-se a proteger o isolante de seus enrolamentos 
contra os estragos provocados por aquecimento inadmíssvel.
o Geralmente, os transformadores dispõem de um indicador de temperatura, 
tipo termômetro, no topo do óleo, o qual por meio de tubo capilar poderá 
acionar um contato de alarme (80⁰), outro contato para acionar os 
ventiladores (60⁰) e ainda um outro para acionar as bombas de circulação 
de óleo (65⁰).
o Do mesmo modo que para o relé 49, esse relé através de RTD pode 
alimentar o relé 2411 da SEL fazendo as mesmas funções, tais como 
sinalização, acionar ventiladores ou acionar bombas de circulação de óleo.
o Os trips pelos relés 26 e 49, são definidos pelo ONS/ANEEL..
25
TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Proteções Intrínsecas – Supervisão do Nível de Óleo
o Instalado no reservatório de óleo, o supervisor de nível de óleo é capaz de 
sinalizar o nível anormal do óleo (Alto ou Baixo) ou desligar o disjuntor 
quando o nível de óleo estiver crítico, podendo prejudicar o transformador 
e até mesmo danificá-lo. 
 Proteções Intrínsecas – Relé de Ruptura de Membrana.
o O Relé de Ruptura de Membrana (Bolsa) é um dispositivo capaz de 
detectar a ruptura da membrana ou bolsa de borracha usada em 
sistemas de preservação de óleo em transformadores e reatores de 
potência.
o É constituído por um sensor ótico que deve ser montado sobre a 
membrana ou dentro da bolsa de borracha(lado do ar) e uma unidade 
de controle localizada no armário do transformador.
26
27
TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 Exemplo – Relé de Ruptura de Membrana.
o Relé de Ruptura de Membrana da TREE 
Tech.
o Este relé é uma unidade de controle que fica 
localizada no Armário (Painel) do 
transformador, servindo de interface com o 
Sistema Supervisório.
o Normalmente, ele só é usado para 
supervisão e alarme.
28
TRANSFORMADOR – PROTEÇÕES DO COMUTADOR SOB CARGA
 As proteções intrínsecas do comutador se assemelham às proteções 
intrínsecas do transformador.
o Relé de Pressão(63C) – Quando opera deve desligar o e isolar o 
transformador.
o Relé de Fluxo do Comutador (63A-C) – Como no caso anterior deve 
desligar e isolar o transformador.
o Nível de Óleo do Comutador – A sua atuação pode, ou não, desligar 
e isolar o transformador.
o A diferença básica do transformador para o comutador, é a 
inexistência de tanque de expansão no comutador.
o Em alguns casos o comutador usa o tanque de expansão do 
transformador, controlado por um filtro.
29
TRANSFORMADOR – TIPOS DE TRANSFORMADORES
 A escolha do tipo de conexões de um transformador trifásico, leva 
em conta muitos fatores, às vezes conflitantes.
 Nesse trabalho vamos utilizar a seguinte combinação/conexão: 
Estrela – Delta, que é um tipo de conexão bastante utilizado no 
brasil. A seguir mostraremos as vantagens e desvantagens desse tipo 
de conexão:
 VANTAGENS: As correntes de 3⁰ harmônico são eliminadas pela 
circulação das correntes de 3⁰ harmônico no secundário em delta.
o O neutro do primário mantém-se estável devido ao secundário em 
delta, e pode ser aterrado.
o É a melhor combinação para transformadores abaixadores, pois a 
conexão estrela é apropriada para altas tensões e a conexão delta é 
adequada para altas correntes.
30
TRANSFORMADOR – TIPOS DE TRANSFORMADORES
 Desvantagens: Não há neutro no secundário disponível para 
aterramento ou para uma possível alimentação a quatro fios.
o A falta de uma fase torna o transformador inoperante. 
 Aplicações: A principal é o abaixamento de tensão de sistema usando 
grandes transformadores.
 Tipos de Ligação e Deslocamento Angular
A
B
C
b
a
c
BA C ba c Ia = IA - IB
Ib = IB - IC
Ic = IC - IA
31
TRANSFORMADOR – GRUPOS DE LIGAÇÃO
A
B
C
b
a
c
BA C ba c Ia = IA - IB
Ib = IB - IC
Ic = IC - IA
Ia = IA - IB
A
B
C
-B
+
A
B
C
b
a
c
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12/0
Yd11
(+)30⁰
32
Determinação do Grupo de Ligação (Yd11)
a2a1
b2
b1
c2
c1
a2 a1
b2
b1
c2
c1
+30⁰
TRANSFORMADOR – GRUPOS DE LIGAÇÃO
33
TRANSFORMADOR– GRUPOS DE LIGAÇÃO
BA C ba c Ia = IA - IC
Ib = IB - IA
Ic = IC - IB
Ia = IA - IC
C
A
B
-C
+
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12/0
Yd1
(-)30⁰
C
A
B
a
c
b
C
A
B
a
c
b
34
Determinação do Grupo de Ligação (Yd1)
a2a1
b2
b1
c2
c1
a2a1
b2
b1
c2
c1
-30⁰ a2
TRANSFORMADOR – GRUPOS DE LIGAÇÃO
35
TRANSFORMADOR – GRUPOS DE LIGAÇÃO
A B C
A’ B’ C’
(A-C) (B-A) (C-B)
A B C
A’ B’ C’
(-A+C) (-B+A) (-C+B)
A B C
A’ B’ C’
(A-B) (B-C) (C-A)
Yd1 (-30°) Yd7 (+150°) Yd11 (+30°) Yd5 (-150°)
A B C
A’ B’ C’
(-A+B) (-B+C) (-C+A)
36
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DE SOBRECORRENTE
 Complementando as proteções principais para detecção de defeitos 
internos aos transformadores, os relés de sobrecorrente constituem 
um tipo de proteção de retaguarda, além de ser responsável pela 
eliminação das condições operativas anormais impostas aos 
transformadores pelas correntes passantes para as faltas externas 
ou sobrecargas.
 As proteções de sobrecorrente de fase têm compromissos de 
sensibilidade versos liberação do carregamento máximo permissível 
ao transformador.
 Outros problemas de sensibilidade ocorrem em função dos baixos 
níveis de curto-circuito nos barramentos secundários de alguns 
transformadores de um sistema.
37
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DE SOBRECORRENTE
 Para estes casos, utiliza-se relés de sobrecorrente com restrição por 
tensão, que permitem desempenho adequado, tanto para faltas 
externas quanto para faltas internas no Trafo.
 Esta solução pode ser usada como proteção principal de 
transformadores abaixadores de baixa potência, quando o fator 
econômico não recomendar o uso de relés diferenciais.
38
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL
 CONDIÇÃO DE CARGA OU DEFEITO EXTERNO
39
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL
 DEFEITO INTERNO OU ENTRE OS TCs
40
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 DIFERENCIAL PERCENTUAL, POR QUÊ?
 Id é a corrente diferencial 
mínima de operação.
 Mesmo em condições normais 
de operação surgem 
correntes diferenciais 
provocadas por erros nos TCs
e mudanças de TAP.
 Por isso a necessidade de um 
pick-up mínimo do relé 
diferencial (Id).
 
REGIÃO DE OPERAÇÃO
REGIÃO DE BLOQUEIO
ID
IR
Id
41
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 DIFERENCIAL PERCENTUAL, POR QUÊ?
 Mesmo em condições normais 
de operação, o aumento da 
carga faz surgir uma corrente 
diferencial maior que o ajuste 
do pick-up mínimo (Id).
 Ou seja, para um mesmo erro, 
a corrente Id é maior e cai na 
região de operação do relé.
 Surge, assim, a necessidade 
de usar o conceito do relé 
diferencial percentual.
 
REGIÃO DE BLOQUEIO
Novo ponto de operação em função do 
aumento da carga.
REGIÃO DE OPERAÇÃO
ID
IR
Id
42
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 DIFERENCIAL PERCENTUAL, POR QUÊ?
 Para uma falta externa ou 
corrente de carga: 
Iop = I1s - I2s = 0.
o Ire = (I1s+I2s)/2 = I1s = I2s
Elemento 
Protegido
UU UU
Bobina de 
Operação
Bobina de Restrição
I1p I2p
I1s I2s
I1S-I2S
 Observação: Valores em p.u.
43
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 DIFERENCIAL PERCENTUAL, POR QUÊ?
 Para uma falta interna I2s
inverte seu sentido (sinal 
negativo): 
Iop = I1s + I2s = Operação.
o Ire = (I1s + I2s)/2 = I1s = I.2s
 Observação: Valores em p.u.
Elemento 
Protegido
UU UU
Bobina de 
Operação
Bobina de Restrição
I1p I2p
I1s I2s
I1S+I2S
F
44
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 DIFERENCIAL PERCENTUAL, POR QUÊ?
 Para uma falta externa ou 
corrente de carga: 
Iop = I1s - I2s = 0.
o Ire = (I1s+I2s) = 2.I
 Observação: Valores em p.u.
Elemento 
Protegido
UU UU
Bobina de 
Operação
Bobinas de Restrição
I1p I2p
I1s I2s
I1S-I2S
45
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 DIFERENCIAL PERCENTUAL, POR QUÊ?
 Para uma falta interna I2s
inverte seu sentido (sinal 
negativo): 
Iop = I1s + I2s = Operação.
o Ire = (I1s + I2s) = 2.I
 Observação: Valores em p.u.
Elemento 
Protegido
UU UU
Bobina de 
Operação
Bobinas de Restrição
I1p I2p
I1s I2s
I1S+I2S
F
46
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 DIFERENCIAL PERCENTUAL, POR QUÊ?
 A Inclinação da reta (K) é 
chamada de SLOPE.
 Assim: Id = K . Ir
 A reta passa pela origem.
 IR pode ser dada por:
o IR = (I1s + I2s) / 2 ou
o IR = I1s + I2s Novo ponto de operação em função do 
aumento da carga.
ID
IR
Id
REGIÃO DE 
BLOQUEIO
Ir
REGIÃO DE
OPERAÇÃO
 O valor de IR depende do 
projeto de fabricação do 
relé.
47
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 Como visto antes, 
a depender da 
construção do relé, 
a expressão para 
IRM pode ser:
I1 I2+IRM = 
 O ângulo Ө
representa a 
inclinação da reta e 
chama-se SLOPE.
 É dado em %. Ex.: 
35% ou 0,35. 
48
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 
Id
Ir
C
o
rr
e
n
te
 D
if
e
re
n
c
ia
l
Corrente Passante
A
ju
s
te
 d
a
 I
n
c
lin
a
ç
ã
o
 P
e
rc
e
n
tu
a
l
15%
25%
40%
Região de Restrição
Região de Operação
 Outras correntes 
diferenciais que surgem 
sem a ocorrência de 
defeitos internos.
o Corrente de Inrush –
causadas pela saturação 
do núcleo. Essa corrente 
surge apenas em um dos 
enrolamentos.
o Para prevenir atuação 
indevida, nesses casos, 
usa-se o bloqueio do relé 
87 pelo 2⁰ Harmônico.
49
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 
Id
Ir
C
o
rr
e
n
te
 D
if
e
re
n
c
ia
l
Corrente Passante
A
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s
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 I
n
c
lin
a
ç
ã
o
 P
e
rc
e
n
tu
a
l
15%
25%
40%
Região de Restrição
Região de Operação
 Outras correntes 
diferenciais que surgem 
sem a ocorrência de 
defeitos internos.
o Sobre-excitação do Trafo. 
Nesse caso a corrente de 
magnetização apresenta 
um componente de 5⁰ 
Harmônico.
o O bloqueio de trip, nesse 
caso, é idêntico ao 
bloqueio do 2⁰ Harmônico.
50
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 
Id
Ir
C
o
rr
e
n
te
 D
if
e
re
n
c
ia
l
Corrente Passante
A
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c
lin
a
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o
 P
e
rc
e
n
tu
a
l
15%
25%
40%
Região de Restrição
Região de Operação
 Outras correntes 
diferenciais que surgem 
sem a ocorrência de 
defeitos internos.
o Saturação dos TCs para 
curto-circuito externo.
o Nesse caso, além de se 
usar um segundo SLOPE 
com maior inclinação, os 
relés digitais possuem 
algoritmos especiais que 
detectam essa condição e 
bloqueiam a função 87.
51
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADOR – SATURAÇÃO DE TC
N
ú
c
le
o
 d
o
 T
C
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a
tu
ra
d
o
N
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 S
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o
.
52
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL PERCENTUAL
 Pickup Máximo – Os relés 
diferenciais possuem um 
ajuste de corrente 
diferencial máxima, que 
emite um comando de trip, 
independente de qualquer 
tipo de restrição.
o Em geral, esse ajuste é 
chamado 87U e, uma vez 
atingido esse valor, ocorre 
o trip, independente de 
bloqueios de harmônicos 
ou por saturação de TC.
 
Id
Ir
C
o
rr
e
n
te
 D
if
e
re
n
c
ia
l
Corrente Passante
Região de Restrição
Região de Operação
87U
53
PROTEÇÃO 87 – CORREÇÃO DE AMPLITUDE E ÂNGULO DAS CORRENTES
 O relé digital 
faz as 
funções dos 
TCs
auxiliares 
dos relés 
convencion
ais, 
corrigindo 
os módulos 
e ângulos 
das 
correntes.
- CÁLCULO de Idiff
- CÁLCULO de Irest
- COMPARAÇÃO 
COM A 
CARACTERÍSTICADE OPERAÇÃO
54
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL RESTRITA À TERRA
 Defeito à terra, interno aos TCs.  Em operação normal ISP=0.
 Para um defeito interno como 
indicado na figura, ISP é igual 
ao 3Io que sobe pelo neutro do 
Trafo.
 As correntes que fluem do 
sistema para o defeito são 
definidas como positiva.
 A corrente residual calculada 
(3Io calculado), também será 
positiva.
 Estando 3Io medido em fase com 3Io calculado, fará com que o relé 
diferencial de terra restrito (87G) opere.
 NOTA: Durante testes, ambas as correntes deverão ser simuladas.
55
TRANSFORMADOR – PROTEÇÃO DIFERENCIAL RESTRITA À TERRA
 Defeito à terra, externo aos TCs.  Para uma falta externa – fora 
da área delimitada pelos TCs –
a corrente ISP = 3Io irá subir 
pelo neutro do trafo do mesmo 
modo que para o defeito 
interno do caso anterior.
 A corrente residual calculada –
3Io calculado – terá a mesma 
magnitude do 3Io medido, 
porém, com o sentido 
contrário.
 Ou seja, a corrente 3Io calculada estará a 180⁰ de 3Io medida.
 Desse modo, o relé avalia que o defeito é externo e haverá o 
bloqueio de sua operação.
56
Tipos de Ligação: Estrela – Delta (Y-∆)
TRANSFORMADOR MONOFÁSICO LIGADO EM BANCO
• Os bancos de transformadores, como já citado,
são formados de unidades monofásicas
conectadas externamente de forma a
promoverem transformação trifásica de tensão e
decorrente.
• A figura 3.2.1 mostra o esquema de um banco de
transformadores com a configuração estrela-delta
(Y-∆), com o primário conectado em estrela e o
secundário em delta.
Esquema de ligação de um transformador 
trifásico (Y-∆) a partir de três transformadores 
monofásicos.
BANCO DE TRANSFORMADORES
57
AUTOTRANSFORMADOR
 O Autotransformador corresponde a um 
transformador convencional cujos 
enrolamentos primário e secundário 
estão conectados em série.
 A ABNT define o Autotransformador 
como sendo um transformador no qual 
parte do enrolamento é comum a 
ambos os circuitos, primário e 
secundário, a eles ligados.
 Podemos ver que N1 corresponde ao 
enrolamento comum e que V1 
corresponde a V1 =V’1+V’2
 Também podemos ver que, como 
transformador convencional temos:
V1
V2
N1
N2
=
58
TRANSFORMADOR DE ATERRAMENTO – CONEXÕES
 Embora existam outros tipos de conexões de Transformadores de 
Aterramento, falaremos apenas dos dois tipos mais comuns:
o Conexão Y−Δ, com neutro acessível no lado Y (primário) e Δ
fechado sem carga, no secundário.
o Conexão ZIG-ZAG: Utiliza um transformador trifásico (mais 
precisamente, um reator), com duas bobinas por fase, conectadas de 
forma cruzada, que caracteriza o nome.
 Função dos Transformadores de Aterramento:
o Oferecer um caminho de baixa impedância para as correntes de 
sequência zero que circulam durante faltas à terra.
o São usados em sistemas que trabalham isolados da terra em 
condições equilibradas, mas quando ocorre um defeito monofásico à 
terra, torna-se um caminho de baixa impedância para a corrente 3Io.
59
TRANSFORMADOR DE ATERRAMENTO – CONEXÕES
 SISTEMA EQUILIBRADO – Z1 MUITO ALTO
BA C
A' B' C'
a' b' c'
a b c
A
B
C
A'
B'C'
c
a'
bc'b'a
60
TRANSFORMADOR DE ATERRAMENTO – PROTEÇÕES INTRÍNSECAS
 A proteção 51N é retaguarda das proteções dos equipamentos ligados ao barramento.
BA C
A' B' C'
a' b' c'
a b c
F
 O transformador possui relé 63 com 
atuação idêntica aos transformadores 
de força.
 As proteções 26 e 49 apenas sinalizam, 
pois o Trafo de aterramento (TT) não 
trabalha em sobrecarga.
 Quando o TT é desligado para 
manutenção, ou por defeito, ativa-se a 
proteção de sobretensão residual da 
barra (59R).
 A proteção 59R não é seletiva.
61
TRANSFORMADOR DE ATERRAMENTO – DEFEITOS INTERNOS E EXTERNOS
BA C
A' B' C'
a' b' c'
a b c
UU UU U
U
UU51N
F
Ia = 0
Ic = 0
Ib = 0
 51N atua para defeitos à 
terra, internos e externos ao 
transformador.
o Sua sensibilidade, porém, 
tem compromisso com as 
proteções dos 
equipamentos ligados ao 
barramento.
 A proteção 50 (nas três 
fases) só atua para defeitos 
internos ao Trafo, por isso 
pode ser ajustado com 
sensibilidade mínima.
62
Tipos de Proteção: Proteção de Sobretensão Residual (59N)
TRANSFORMADOR DE ATERRAMENTO – PROTEÇÃO DE SOBRETENSÃO RESIDUAL
63
PROTEÇÃO DE REATORES
 As principais diferenças entre reator e transformador são basicamente duas: 
A existência de apenas um enrolamento por fase no reator e menores 
correntes de magnetização.
 Proteções intrínsecas:
o Relé 63 – Mesmo princípio do transformador.
o Relés 26 e 49 – Mesmo princípio do transformador, porém só fazem 
sinalização, visto que o reator não trabalha em sobrecarga.
 Proteção Diferencial – Quando o reator tem TCs no lado de fase e no lado 
de neutro do reator, a proteção diferencial é idêntica à do transformador. Em 
unidades monofásicas (Acima de 500KV) isso sempre ocorre.
o Quando o reator (Geralmente o trifásico) só tem TC do lado da fase, mas 
tem TC após o fechamento do neutro, apenas a proteção de terra restrita é 
possível.
64
TIPOS DE REATORES 
 BANCOS MONOFÁSICOS / REATORES TRIFÁSICOS
UU
UU UU UU
UU UU U U
BA C
TC TC TC
TC TC TC
TC-N UU
UU UU UU
UU UU U U
BA C
TC TC TC
TC TC TC
TC-N
65
TIPOS DE REATORES – REATORES TRIFÁSICOS COM TCs APENAS EM 230KV. 
 REATORES TRIFÁSICOS COM TC APENAS DO LADO DA FASE
UU
UU UU UU
BA C
TC TC TC
TC-N
 Com reator trifásico, com TC de 
pedestal apenas do lado de 
230KV e TC de Neutro, apenas a 
proteção diferencial de terra 
restrita é possível.
 As proteções de sobrecorrente, 
porém, são idêntica às proteções 
dos transformadores de força, no 
lado de 230KV.
 Inclusive a sobrecorrente de 
neutro (50/51N).
66
REATORES – PROTEÇÕES DE SOBRECORRENTE 
o Como os reatores têm a função de compensação de reativo do sistema, 
consequentemente, é importante a sua permanência em operação quando da 
ocorrência de sobretensões geradas por eventuais perdas de carga no sistema.
o Portanto, os requisitos básicos para o ajuste de pick-up dos relés de 
sobrecorrente de fase são:
• Unidade temporizada ser superior à corrente do reator quando submetido às 
máxima tensão de operação.
• A unidade instantânea ser insensível à corrente de energização do reator.
• O relé 51N, em princípio, possui apenas um requisito para ajuste de equilíbrio, 
tanto da unidade instantânea quanto da temporizada: ser superior à corrente de 
sequência zero de contribuição do reator para faltas externas.
• Entretanto, utiliza-se para a unidade instantânea o ajuste de 5 vezes 0 equilíbrio 
da unidade temporizada, evitando-se eventuais atuações destas nas oscilações 
de desenergizações da linha à qual o reator está conectado.
67
BANCOS MONOFÁSICOS DE AUTOTRANSFORMADORES OU REATORES
 Bancos monofásicos de Autotransformadores, bem como bancos de Reatores 
monofásicos, são combinados para formar transformadores ou reatores 
trifásicos.
 As unidades monofásicas são separadas por paredes corta-fogo, por questões 
de segurança, para evitar que problemas em uma unidade se propague para as 
outras.
 Pela importância e potência desses equipamentos, unidades reservas são 
usadas para situações de disponibilidades de alguma dessas unidades.
 Quando uma fase qualquer (reator ou Trafo) é disponibilizada, ela é substituída 
pela unidade reserva equivalente (reator ou Trafo)
 Nessa substituição, as proteções principais e intrínsecas, também devem ser 
substituídas. Em geral, essa transferência é feita em armários de transferência 
de proteção.
68
LIBERAÇÃO DO BANCO DA FASE “C”
A
B
C
R
N
CUB. FECH. 
NEUTRO
FASE-A FASE-B FASE-C FASE-R
RN
UU
UU
UU UU
UU
UU
ARMÁRIO DE 
TRANSFERÊNCIA:
• Proteções
• Correntes
Fase-A
Fase-B
Fase-C
69
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES – APLICAÇÃO 
 A partir desse ponto iremos apresentar algumas aplicações práticas de relés 
diferenciais.
 Basicamente, iremos mostrar como testar relés diferenciais e algunscuidados 
que devemos tomar, quanto às polaridades dos relés e ligações de relés 
restritos à terra, que tem sido um dos problemas mais frequentes de atuações 
indevidas por falta de compreensão do funcionamento desta função.
 Mostraremos também, como parametrizar alguns relés digitais mais 
conhecidos, que servirão de referência para aplicação em relés de outros 
fabricantes.
 Mas, para cumprir esse propósito, teremos que apresentar alguns módulos da 
Caixa de Teste Omicron.
 Consideraremos duas hipóteses: testar relés diferenciais utilizando os módulos 
básicos da caixa Ômicron e também utilizando os módulos avançados.
70
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES – APLICAÇÃO 
 As principais proteções de um transformador, além das Proteções Intrínseca, 
são:
 Proteção de Sobrecorrente.
 Proteção Diferencial Total.
 Proteção Diferencial Restrita à Terra.
 Bloqueio da Proteção por restrição de Harmônicos.
 Especificamente, na proteção diferencial, são feitos os testes:
 Pickup mínimo da unidade diferencial por fase.
 Diferencial de alta corrente, sem restrição.
 Levantamento da Característica: SLOPES (Em geral, são dois SLOPES).
 Eventualmente, algum fabricante pode incluir alguma proteção adicional, como 
por exemplo, bloqueio da função 87 por saturação de TC, mas as proteções 
relacionadas aqui, já são suficientes para uma proteção adequada de um 
transformador.
jrica
Realce
jrica
Realce
jrica
Realce
jrica
Realce
jrica
Realce
jrica
Realce
71
PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES – APLICAÇÃO 
 Nos vídeos seguintes vamos mostrar como testar relés diferenciais utilizando a 
caixa de teste OMICRON. Basicamente, mostraremos as seguintes funções da 
caixa OMICRON.
 Como testar o pick-up de um relé utilizando a função QUICKCMC.
 Como testar a polaridade, defasamentos e fiações do relés 87, usando a função 
QUICKCMC.
 Como testar essas mesmas funções acima utilizando o módulo diferencial 
avançado, que testa também se o relé está eliminando corretamente as 
correntes de sequência zero em um transformador Δ−Y. Nesse caso aplica-se 
um defeito externo.
 Testes da característica de harmônicos com o módulo diferencial avançado.
 Testes das características operacionais (SLOPE) usando o módulo avançado, 
usando o processo de teste de disparo e teste de busca.
 Testes monofásicos com o módulo diferencial avançado.