Fuga a terra

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial 
DETECÇÃO DE FALTA Á TERRA NO 
SERVIÇO AUXILIAR EM CORRENTE 
CONTÍNUA DAS SUBESTAÇÕES DE 
ENERGIA ELÉTRICA 
Dissertação submetida à Universidade Federal de Santa Catarina 
para obtenção do grau de Mestre em Metrologia 
Autor: Fábio Ornellas de Araújo, Eng. 
Orientador: Prof. Hari Bruno Mohr, Dr. Eng. 
Florianópolis 
Santa Catarina – BRASIL 
setembro 2004 
 
 
 
DETECÇÃO DE FALTA À TERRA NO 
SERVIÇO AUXILIAR EM CORRENTE 
CONTÍNUA DAS SUBESTAÇÕES DE 
ENERGIA ELÉTRICA 
Fábio Ornellas de Araújo 
Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção do título 
de 
“MESTRE EM METROLOGIA” 
e aprovada na sua forma final pelo 
Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial 
 
______________________________________ 
Prof. Hari Bruno Mohr, Dr. Eng. 
ORIENTADOR 
______________________________________ 
Prof. Marco Antônio Martins Cavaco, Ph. D. 
COORDENADOR DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO 
BANCA EXAMINADORA 
______________________________ 
Marco Antonio Martins Cavaco, Ph. D 
______________________________ 
Celso Luiz Nickel Veiga, Dr. Eng. 
_____________________________ 
Jacqueline Gisele Rolim, Dr. Eng. 
______________________________ 
Antônio Carlos Zimmermann, Dr. Eng. 
 
 ii
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aos meus pais 
José Helson de Araújo 
Shyrlei Maria de Ornellas Araújo 
e irmãs 
Fabíola e Fiorella 
 
 iii
AGRADECIMENTOS 
A concretização deste trabalho apenas foi possível graças à contribuição de 
algumas instituições e pessoas, às quais expresso meus sinceros 
agradecimentos: 
• Aos meus familiares; 
• Ao Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial; 
• Aos professores Hari Bruno Mohr, Armando Albertazzi Gonçalves Jr., 
Carlos Alberto Flesch, Gustavo Donatelli e Marco Antônio Martins Cavaco; 
• Aos colaboradores da Eletrosul S.A., em especial aos laboratórios: 
o Proteção - LAPRO: Luiz Cláudio, Alberto, Adenilson, João Batista, 
João Lessa e Luis Renato; 
o Manutenção de Palhoça - SMPAL: Gerd, Allan, Eduardo, Luis 
Otávio, Jesus, Gilmar, Dagoberto, Charles, Amorin, Mello e Evaldo; 
o Metrologia Elétrica - LAMEE: Dalvir, Celso Nazário, Dariel e Sandro 
Peixoto. 
• Aos colaboradores da Fundação CERTI; 
• Ao bolsista Rodrigo Luiz Viselli; 
• À secretária Rosana Magali Vieira; 
• Ao INEP-UFSC; 
• Colegas do Curso de Pós-Graduação; 
• Aos amigos: Karin Trugillo May, Gustavo Rodrigues, Luiz Henrique Spiller, 
Andréa Cristina Konrath, Fabrício Kessler, Silvia Abarca, Gilberto Assen, 
Sandro Waltrich, Sandro Figueiredo, Antonio Carlos Xavier, Marly Faust e 
Jorge Luis Alves. 
 
 
 
 iv
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
"Cogito, ergo sum" 
 ("Penso, logo existo”) 
René Descartes 
 
 v
RESUMO 
O melhor desempenho operacional de uma subestação está condicionado 
à necessidade de se evitar a interrupção na alimentação das cargas permanentes, 
referentes à medição, controle e proteção do sistema elétrico as quais estão 
alimentadas pelo serviço auxiliar em corrente contínua (CC). O desempenho 
deste sistema influi diretamente na qualidade do Sistema Integrado Nacional (SIN) 
de transmissão de energia elétrica. 
Neste sistema, os equipamentos de proteção são os responsáveis por 
receber as informações das grandezas elétricas do sistema, em tempo real, e 
atuar nas ocorrências das condições anormais. Estão associados os dispositivos 
necessários para detectar, localizar e comandar a eliminação de uma ocorrência 
no sistema de transmissão. Equipamentos como relés e transformadores para 
instrumentação atuam sobre elementos chaveadores que isolam os trechos 
defeituosos do sistema elétrico. Isso evita o agravamento dos danos aos 
principais equipamentos como transformadores, barramentos e linhas de 
transmissão. 
Predominantemente integram o sistema de alimentação CC: os 
retificadores alimentados pelo próprio sistema de transmissão e os bancos de 
baterias, responsáveis por manter a confiabilidade da operação dos dispositivos 
de proteção (sinalizações e alarmes) durante interrupção do serviço local. Por ser 
um sistema não aterrado, qualquer contato indesejável de um de seus pólos com 
à terra (falta à terra), deve ser imediatamente identificado e isolado, pois, caso a 
outra polaridade também venha à terra, fecha-se um curto-circuito da fonte CC, 
via terra. 
Assim, o objetivo deste trabalho é analisar este problema e detectar o 
circuito sob defeito de falta em CC à terra através da metrologia, em vista da atual 
necessidade no sistema elétrico brasileiro, mostrando o funcionamento dos atuais 
métodos utilizados, propondo ainda uma nova solução. 
Palavras-chave: Proteção Elétrica, Serviço Auxiliar, Falta à Terra, Medição não-
Invasiva, Corrente de Falta. 
 
 vi
ABSTRACT 
The best operational performance of a sub-station is conditioned to the 
necessity of avoiding the steady-state load feed interruption, referred to 
measurement, control and protection of the electrical system; which are fed by the 
auxiliary service in direct current (DC). The performance of this system influences 
directly on the National Integrated System (NIS) of electrical transmission. 
In this system, the protection equipment is responsible for receiving the 
information of the electrical system parameters, in real time, and to act on the 
occurrences of the fault conditions. It is associated to necessary devices to detect, 
localize and command the elimination of the transmission system occurrence. 
Equipment as relays and transformers for instrumentation acts on switchers that 
isolate the electrical system defected paths. This avoids aggravating damages to 
the main equipment as transformers, buses and transmission line. 
It predominantly integrates the DC feed system: the fed rectifiers by the 
transmission system itself and the battery banks responsible for maintaining the 
protection device operation reliability (signalization and alarms) during local 
service interruption. For being a non-grounded system any undesirable contact of 
one of its poles with the ground (fault to ground) must be immediately identified 
and isolated, as in case of other polarity comes to ground, it is closed a short-
circuit of the DC source, via ground. 
Thus, the objective of this work is to analyze this problem and to detect the 
circuit under missing defect in DC to earth through the metrology since the present 
necessity in Brazilian electrical system, showing the functioning of the present 
methods used, proposing still a new solution. 
 
Key-words: Electrical Protection; Auxiliary Service; Fault to Ground; Non-
invasive measurement; Fault Current. 
 
 
 vii
ÍNDICE ANALÍTICO 
CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO ________________________________________ 1 
1.1 Identificação do Problema ______________________________________ 2 
1.2 Proposta do Trabalho _________________________________________ 3 
1.3 Estrutura da Dissertação_______________________________________ 4 
CAPÍTULO 2 CENÁRIO DO SISTEMA DE SERVIÇO AUXILIAR ____________ 6 
2.1 Características_______________________________________________ 6 
2.1.1 Cargas _________________________________________________ 7 
2.1.2 Níveis das Tensões _______________________________________ 8 
2.2 Configuração ________________________________________________ 9 
2.3 Sistema de Média Tensão_____________________________________ 11 
2.4 Sistema de Baixa Tensão _____________________________________ 13 
2.4.1 Sistema 480V___________________________________________ 13 
2.4.2 Sistema 220 V/127 V _____________________________________ 15 
2.5 Sistema em Corrente Contínua_________________________________ 17 
2.5.1 Operação do Sistema_____________________________________ 19 
2.5.2 Medição e Sinalização ____________________________________ 20 
CAPÍTULO 3 SINALIZACÕES E IDENTIFICAÇÃODAS FALTAS EM 
CORRENTE CONTÍNUA___________________________________________ 22 
3.1 Sistemas de Sinalização ______________________________________ 22 
3.1.1 Lâmpadas______________________________________________ 23 
3.1.2 Porcentagem de Falta ____________________________________ 24 
3.1.3 Relé de Proteção ________________________________________ 25 
3.1.3.1 Ensaio do Relé de Proteção ________________________________________ 28 
3.1.3.2 Ensaio do Relé___________________________________________________ 29 
3.1.3.3 Avaliação da Incerteza de Medição ___________________________________ 31 
3.2 Procedimentos de Identificação ________________________________ 34 
3.2.1 Desligamento dos Disjuntores ______________________________ 34 
3.2.2 Utilização de Fonte Externa ________________________________ 36 
3.2.3 Fugômetro _____________________________________________ 37 
 
 viii
CAPÍTULO 4 TÉCNICAS DE LOCALIZAÇÃO DO PONTO DE FALTA NO CABO 
DE ALIMENTAÇÃO ______________________________________________ 39 
4.1 Reflectometria no Domínio do Tempo - TDR ______________________ 39 
4.2 Reflectometria no Domínio da Frequência - FDR ___________________ 44 
4.3 Método das Pontes __________________________________________ 46 
CAPÍTULO 5 DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE FALTA NA 
SUBESTAÇÃO __________________________________________________ 50 
5.1 Circuito de Proteção _________________________________________ 50 
5.2 Falta Positiva à Terra ________________________________________ 54 
5.3 Comprovação Prática ________________________________________ 58 
5.4 Conclusão Prática ___________________________________________ 66 
CAPÍTULO 6 TÉCNICA DE DETECÇÃO NÃO-INVASIVA ________________ 67 
6.1 Descrição da Técnica ________________________________________ 67 
6.2 Estudo de Caso em Subestação da Eletrosul______________________ 70 
6.2.1 Medição da Falta Utilizando a Garra de Corrente _______________ 71 
6.2.2 Descrição da Causa da Falta à terra _________________________ 73 
6.2.3 Efeitos da Manutenção da Situação de Caso __________________ 77 
CAPÍTULO 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS E OPORTUNIDADES FUTURAS __ 78 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS __________________________________ 81 
 
 
 ix
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura 1: Configuração do Serviço Auxiliar ...........................................................10 
Figura 2: Alimentação no Sistema de Média Tensão ............................................11 
Figura 3: Alimentação no Sistema de Média Tensão ............................................12 
Figura 4: Medição do Sistema de Média Tensão (diagrama unifilar) ....................13 
Figura 5: Sistema de Baixa Tensão em 480 V ......................................................14 
Figura 6: Configuração do Sistema de Baixa Tensão em 220 V/127 V.................16 
Figura 7: Sistema em corrente contínua encontrado nas subestações.................18 
Figura 8: Condições normais do circuito de supervisão ........................................23 
Figura 9: Aterramento franco no pólo negativo .....................................................24 
Figura 10: Diagrama esquemático do MTX-C e sua curva de atuação .................26 
Figura 11: Diagrama esquemático do ensaio do relé ............................................29 
Figura 12: Visualização do experimento................................................................30 
Figura 13: Exemplo dos circuitos auxiliares de uma subestação (72 circuitos).....35 
Figura 14: Circuitos sob falta: alimentado pela barra com disjuntor fechado e outro 
circuito alimentado por fonte externa com disjuntor em aberto .............................36 
Figura 15: Falta positivo à terra.............................................................................37 
Figura 16: Falta negativo à terra ...........................................................................37 
Figura 17: Esquema elétrico do Fugômetro ..........................................................38 
Figura 18: Vistas lateral e frontal do Fugômetro....................................................38 
Figura 19: Onda gerada e refletida entre TDR e o condutor elétrico.....................40 
Figura 20: Posicionamento do gerador de sinal (TDR) e do osciloscópio .............41 
Figura 21: Tipos de ondas refletidas entre TDR e o condutor elétrico avariado....42 
Figura 22: O impulso incidente gerado no ponto E é monitorizado por um 
osciloscópio nesse mesmo ponto..........................................................................43 
Figura 23: FDR - Onda Incidente, Onda Refletida e observação da onda 
estacionária na técnica de medida ........................................................................45 
Figura 24: FDR - Variação da estacionaridade com a freqüência .........................46 
 
 x
Figura 25: FDR - Formação da Onda Estacionária ...............................................46 
Figura 26: Configuração Básica da Ponte de Wheatstone....................................47 
Figura 27: Aplicação do Ponte de Murray Loop ....................................................48 
Figura 28: Sistema de proteção de falta à terra (sem ocorrência de falta)............51 
Figura 29: Painel proteção do serviço auxiliar comumente usado nas subestações 
elétricas.................................................................................................................52 
Figura 30: Circuito equivalente da proteção da SE-PAL totalmente isolado .........53 
Figura 31: Transitório da proteção na ocorrência de positiva à terra ...................54 
Figura 32: Circuito equivalente da proteção no instante de uma falta positiva......55 
Figura 33: Sistema de proteção no instante estável da ocorrência de uma falta 
positiva à terra.......................................................................................................56 
Figura 34: Circuito equivalente da proteção no instante de uma falta positiva......57 
Figura 35: Vista dos painéis de proteção e da conexão da fonte ao relé ..............59 
Figura 36: Conexão à bobina do relé ....................................................................60 
Figura 37: Medição da corrente de falta à terra por garra de corrente ..................68 
Figura 38: Falta à terra pelo pólo positivo do equipamento...................................69 
Figura 39: AC/DC Probe Current - modelo 1146A da Agilent................................71 
Figura 40: Medições dos desbalanços de correntes dos 25 circuitos ...................72 
Figura 41: Transformador 3 da Subestação Florianópolis.....................................74 
Figura 42: Vista do topo do Transformador...........................................................75 
Figura 43: Vista das Caixas de Passagem............................................................75 
Figura 44: Vista interior da caixa (detalhe marca do nível de água)......................76 
Figura 45: Vista interior da caixa (detalhe do eletroduto) ......................................76 
 
 
 xi
ÍNDICE DE TABELAS 
Tabela 1: Variações permissíveis das tensões auxiliares das subestações............9 
Tabela 2: Características do relé detector de fuga MTX-C da WARD...................27 
Tabela 3: Resultado da calibração da década resistiva, pela RBC .......................32 
Tabela 4: Balanço de Incertezas da Medição de atuação do relé .........................33 
Tabela 5: Valores do ensaio de resposta do relé ..................................................61 
Tabela 6: Valores de Corrente de falta nos circuitos da SE-FLO..........................73 
 
 
 xii
LISTA DE SIGLAS 
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas 
ASA American Standard Association 
ANSI American National Standards Institute 
BR Botão de Rearme 
CA Corrente Alternada 
CC Corrente Contínua 
DROP-OUT Desligamento 
FDR Reflectometro no Domínio da Freqüência 
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade 
Industrial 
IM Indicaçãoda Medição 
RM Resultado da Medição 
LED Diodo Emissor de Luz 
NA Normalmente Aberto 
NF Normalmente Fechado 
PESE Pedido de Serviço 
PICK-UP Atuação 
PM Processo de Medição 
RBC Rede Brasileira de Calibração 
 
 xiii
SAGE Sistema de Gerenciamento da Subestação 
SE-FLO Subestação de Florianópolis 
SE-ITJ Subestação de Itajaí 
SE-PAL Subestação de Palhoça 
SIN Sistema Integrado Nacional 
TD Tendência 
TDR Reflectometro no Domínio do Tempo 
TP Transformador de Potencial 
U95% Incerteza Expandida 
VIM Vocabulário Internacional da Metrologia 
Vca Tensão Alternada 
Vcc Tensão Contínua 
VOP Velocidade de Propagação do meio Condutor 
Vpick-up Tensão de Pick-up 
Vdrop-out Tensão de Drop-out 
 
CAPÍTULO 1 
 
INTRODUÇÃO 
A necessidade de manter constante, sem interrupção, o sistema de 
proteção nas subestações elétricas alimentado em Corrente Contínua está 
diretamente ligada às exigências de qualidade da Transmissão de Energia 
Elétrica. 
O sistema de proteção recebe as informações das grandezas do sistema 
elétrico em tempo real e atua sempre que condições anormais ocorrem. A este 
sistema de proteção estão associados dispositivos responsáveis por detectar, 
localizar e comandar a eliminação de um curto-circuito. Os principais 
equipamentos de proteção, relés e transformadores para instrumentação, atuam 
sobre equipamentos chaveadores, tais como disjuntores e seccionadoras 
motorizadas. Estes equipamentos isolam os trechos defeituosos do sistema 
elétrico, evitando o agravamento dos danos aos equipamentos principais, como 
transformadores, barramentos e linhas de distribuição. 
Como parte do sistema de alimentação CC têm-se os retificadores 
alimentados pelo próprio sistema de transmissão e os bancos de baterias, 
responsáveis por manter a confiabilidade da operação dos dispositivos de 
proteção (sinalizações, alarmes e iluminação de emergência) durante a 
interrupção do serviço local. 
 
 2
Por ser um sistema não aterrado, a ocorrência de qualquer contato 
indesejável de um de seus pólos com a terra (falta à terra), deve ser 
imediatamente identificada e isolada, pois, caso a outra polaridade também venha 
à terra, fecha-se um curto-circuito da fonte CC, via terra. Atualmente estas faltas 
são supervisionadas por meio de lâmpadas e alarmes sonoros, somente 
indicando qual das polaridades foi à terra, sem indicação do circuito de corrente 
contínua com problema. 
Buscando maior agilidade na manutenção da alimentação em corrente 
contínua das subestações de energia elétrica pelo advento de uma falta à terra, a 
empresa ELETROSUL S.A. ofereceu este tema como proposta de pesquisa 
computada em seu banco de idéias. Sendo assim, este trabalho trata dos atuais 
procedimentos de detecção de falta à terra, bem como dos tipos de detecção de 
falta à terra nos sistemas de alimentação em corrente contínua. 
O objetivo deste trabalho é analisar o problema a fim de identificar o 
circuito sob falta à terra através da metrologia, em vista da atual necessidade no 
sistema elétrico brasileiro [1]. Busca-se mostrar os atuais métodos utilizados e 
tratar dos diagnósticos levantado nas ocorrências destas faltas com proposta de 
solução, com ou sem a necessidade do desligamento temporário da proteção. 
Com isso espera-se minimizar o atual tempo de manutenção deste tipo de falta. 
1.1 
IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA 
A falta de informação gerada pelos atuais detectores de falta à terra, hoje 
utilizados, torna este trabalho uma importante iniciativa para melhorar o atual 
 
 3
problema de faltas em cabos e/ou equipamentos, dada a necessidade de manter 
as cargas permanentes encontradas nas subestações. 
Das constantes ocorrências [1] verificadas em subestações, causadas pela 
desenergização do sistema auxiliar CC, as que desencadeiam sucessivos 
desligamentos e geram, dessa forma, corte da transmissão e geração da energia 
elétrica, serviram como motivação para a elaboração deste trabalho. 
Baseado nestes fatos, relatórios de ocorrência [1] recomendam, em análise 
final, a avaliação dos atuais métodos de detecção de falta à terra e a necessidade 
de se desenvolver uma nova metodologia e/ou instrumento de medição, que 
facilite a investigação de falta de corrente à terra com maior agilidade e 
segurança. 
1.2 
PROPOSTA DO TRABALHO 
Identificadas as necessidades do setor elétrico de transmissão, através de 
relatórios de ocorrência, este trabalho procura ilustrar o atual sistema de serviço 
auxiliar em corrente contínua e seus variados tipos de detectores de falta à terra. 
Além de tratar do tema do sistema de alimentação por retificador / banco 
de baterias, este trabalho propõe uma nova forma de medir esta falta, de modo a 
trazer mais informações à operação do sistema e com isso produzir como 
resultados a agilidade e segurança, de modo prático, na solução deste problema. 
 
 4
1.3 
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO 
Em se tratando de um estudo de metrologia elétrica, este trabalho é 
iniciado com uma visão do sistema auxiliar de corrente contínua e sua localização 
dentro das subestações de transmissão de energia elétrica. Esta visão aparece no 
capítulo 2. 
O capítulo 3 traz uma explanação sobre o serviço auxiliar em corrente 
contínua, explicando seus funcionamentos, os tipos de detecção de faltas e os 
atuais tipos de análise dos problemas de falta para a terra. Ainda neste capítulo é 
apresentada a avaliação da incerteza do ensaio de um relé de falta à terra, 
através da medição da resistência de isolamento mínima para a devida atuação 
da proteção em verificação aos dados do fabricante. 
No capítulo 4 são apresentadas as principais metodologias para analisar o 
ponto de falta à terra na ocorrência em cabos, mostrando seus aspectos 
metrológicos. 
No capítulo 5 há uma avaliação experimental sobre o valor da resistência 
equivalente de falta que faz atuar o sistema de proteção da subestação de 
energia elétrica, com o objetivo de analisar a ordem de grandeza da corrente de 
falta. 
O capítulo 6 propõe um novo método de detecção de falta à terra, 
buscando uma melhor técnica unida à segurança e agilidade para sanar o 
problema de falta para terra. Além da descrição do funcionamento desta nova 
técnica de medição, mostra-se uma situação de caso em uma ocorrência na 
Subestação da Eletrosul em Florianópolis (SE-FLO). 
 
 5
Através desta estrutura busca-se esclarecer o funcionamento do sistema 
auxiliar em corrente contínua, propondo-se um novo método de medição para 
detectar a corrente de falta para terra e metodologias para medir a distância da 
falta e diagnosticar as causas destas ocorrências. Propõem-se, ainda, novos 
estudos com oportunidades futuras de pesquisa na área da metrologia elétrica. 
 
 6
CAPÍTULO 2 
 
CENÁRIO DO SISTEMA DE SERVIÇO 
AUXILIAR 
O serviço auxiliar de uma subestação de energia elétrica é constituído de 
três tipos de circuitos: Transformador de Serviço Local, Banco de Baterias e Motor 
Gerador a Diesel, os quais operam em diferentes níveis de tensão e formas de 
onda de modo a garantir a alimentação dos principais equipamentos do sistema, 
mantendo as funções básicas de segurança e iluminação das subestações. 
Dada sua importância dentro do desempenho operacional do sistema de 
transmissão de energia elétrica, os esquemas dos serviços auxiliares possuem 
elevados graus de confiabilidade e de flexibilidade para manter o fornecimento de 
energia a uma subestação. Para isso, são considerados como fontes auxiliares os 
sistemas de média tensão, baixa tensão e corrente contínua, cujas localizações e 
características são analisadas no decorrer do presente capítulo. 
2.1 
CARACTERÍSTICAS 
Para analisar o serviço auxiliar das subestações elétricas devem-se levar 
em conta as classificações das cargas e as variações permissíveis das tensões 
de alimentação. 
 
 7
2.1.1 
CARGAS 
As cargas das subestações de energia elétrica são classificadasde acordo 
com o grau de segurança necessário para sua alimentação [2]. Sob este critério, 
as cargas são classificadas em: permanentes, essenciais, não-essenciais e 
emergenciais. Esta classificação, que leva em consideração o tempo que cada 
carga pode ficar ausente do sistema, são descritas a seguir: 
a) CARGAS PERMANENTES: são cargas que devem ter suprimento de 
energia ininterrupta, mesmo que ocorra uma falha de curta duração em sua 
alimentação. Devido a este fato, são cargas alimentadas em corrente contínua; e 
estão relacionadas à continuidade operacional do sistema e a segurança do 
pessoal e das instalações. 
Exemplos de cargas permanentes são: proteção, telemedição, dispositivos 
de comando e controle e teleproteção. 
b) CARGAS ESSENCIAIS: são cargas alimentadas em corrente alternada 
e que admitem interrupções de curta duração (poucos minutos) em sua 
alimentação. Este tipo de carga esta relacionada ao grupo gerador díesel, e são 
divididas em dois grupos de níveis de tensão: 
b.1) 480 V: A este nível de tensão estão relacionados os 
carregadores de baterias, os motores de acionamento dos 
disjuntores e seccionadoras e o transformador de iluminação 
essencial; 
b.2) 220 V/127 V: Para este grupo de tensão estão relacionados a 
Iluminação essenciais das edificações, a alimentação dos 
 
 8
anunciadores e registradores gráficos, o controle do paralelismo, o 
indicador de taps dos autotransformadores, a medição de 
faturamento e os equipamentos de comunicação. 
c) CARGAS NÃO ESSENCIAIS: são cargas que admitem interrupções em 
sua alimentação por tempo prolongado. Estas cargas são alimentadas em 
corrente alternada e contemplam os seguintes equipamentos: sistema de 
iluminação normal, aquecimento de equipamentos, refrigeração de 
autotransformadores, sistema de abastecimento de água e sistema antiincêndio. 
d) CARGAS DE EMERGÊNCIA: são as cargas relacionadas à iluminação 
de emergência e que visam manter um nível de iluminação mínimo para permitir a 
visualização da instrumentação nos painéis de comando e a circulação segura do 
pessoal. Este grupo alimentado em corrente alternada, funciona em corrente 
contínua durante a falta de alimentação CA. 
 
2.1.2 
NÍVEIS DAS TENSÕES 
As tensões adotadas nos sistemas auxiliares das subestações são 
divididas em dois grupos: Corrente Alternada – CA e Corrente Contínua - CC. 
Os valores das tensões em CA são subdivididos em outros dois níveis de 
tensão: média tensão 13,8 kV, e baixa tensão 480 V, 220 V e 127 V. Para o grupo 
em CC a tensão utilizada nas subestações é de 125 V [2] [3] [4]. 
Para estes valores de tensão do serviço auxiliar, têm-se os seguintes 
valores permissíveis normalizados [4], conforme tabela 1. 
 
 9
 
Tabela 1: Variações permissíveis das tensões auxiliares das subestações. 
Tensão de Utilização 
Tensão Nominal [V] Máxima Mínima 
 Fase-Fase Fase-Neutro [V] % [V] % 
13.800 - 14.490 +5 13.110 -5 
480 - 504 +5 408 -15 
220 - 242 +10 187 -15 
(CA) 
- 127 139 +10 110 -15 
(CC) 125 - 140 +12 90 -28 
 
2.2 
CONFIGURAÇÃO 
Considerando-se que os equipamentos na subestação podem se localizar 
internamente às edificações ou externamente (no pátio), a figura 1 permite 
visualizar a configuração do sistema auxiliar da subestação. 
 
 10
 
Figura 1: Configuração do Serviço Auxiliar 
 
Nesta configuração, verifica-se que a média tensão, 13,8 kV, alimenta o painel de 
480 V de tensão auxiliar e também é convertida aos níveis de baixa tensão (220 V 
e 127 V). 
 Além destas tensões em corrente alternada, tem-se o conjunto banco de 
baterias/carregador, que mantém a confiabilidade às cargas permanentes 
alimentadas em corrente contínua. 
 
 
 11
2.3 
SISTEMA DE MÉDIA TENSÃO 
O sistema de média tensão é o responsável pela alimentação das cargas 
das subestações através da própria rede básica de distribuição ou pelo terciário 
dos transformadores da subestação. Responsável por assegurar uma 
continuidade operacional elevada, o esquema básico desse sistema possui suas 
fontes de alimentação duplicadas e independentes, as quais são classificadas em 
principal e alternativa, segundo critérios de confiabilidade. Para este sistema é 
considerada como fonte mais confiável o terciário do banco de 
autotransformadores. 
 A configuração em média tensão adotada em uma subestação depende 
das disponibilidades das fontes e apresentam as seguintes alternativas 
apresentadas nas figuras 2 e 3 e descritas a seguir: 
a) FONTE PRINCIPAL E FONTE ALTERNATIVA: 
Nesta alternativa, as fontes principal e alternativa garantem a continuidade 
na alimentação. Esse esquema utiliza o intertravamento entre os disjuntores de 
480 V, o qual deve garantir o não paralelismo das fontes. 
 
Figura 2: Alimentação no Sistema de Média Tensão 
 
 12
 
b) FONTE PRINCIPAL, FONTE ALTERNATIVA E FONTE DE 
EMERGÊNCIA (GRUPO GERADOR DÍESEL): 
Esta alternativa de alimentação das cargas contempla o método anterior 
(fonte alternativa e principal) adicionando-se, ainda, um gerador díesel como fonte 
de emergência, que garantirá a continuidade da alimentação de uma carga 
principal, caso as outras fontes venham a ser desenergizadas. 
 
 
Figura 3: Alimentação no Sistema de Média Tensão 
 
Como medição e sinalização para o sistema de média tensão em 13,8 kV, 
têm-se o esquema mostrado na figura 4. A figura mostra a utilização de um 
voltímetro instalado na seção do painel de 480 V na Casa de Controle para 
medição do valor de tensão e também ilustra que para uma supervisão contra 
faltas para terra no terciário dos autotransformadores é utilizado um relé de 
sobretensão - 59 (Código padronizado pela American Standard Association - 
ASA). Este relé, instalado no painel de proteção do autotransformador, é ligado no 
 
 13
deIta aberto dos TP’s de 13,8 kV e dará alarme no anunciador destinado ao vão 
do transformador. 
 
Figura 4: Medição do Sistema de Média Tensão (diagrama unifilar) 
2.4 
SISTEMA DE BAIXA TENSÃO 
É o sistema formado pelas tensões de 480 V, 220 V e 127 V em corrente 
alternada (CA). 
2.4.1 
SISTEMA 480V 
Da mesma forma que no sistema de média tensão, o esquema de 
alimentação em 480 V prevê a duplicação dos alimentadores visando ao 
atendimento do requisito da continuidade operacional das cargas. Este tipo de 
transferência entre as fontes duplicadas pode ser realizado manualmente em 
subestações controladoras e automaticamente em SE’s telecontroladas. 
 
 14
 
Figura 5: Sistema de Baixa Tensão em 480 V 
Para este sistema em baixa tensão, os barramentos dos painéis em 480 V 
possuem uma única configuração, mesmo considerando a seleção de cargas 
essenciais e não-essenciais relacionada à presença do Grupo Gerador Díesel, 
podendo ser verificada pela Figura 5. Nesta figura são apresentados os 
intertravamentos entre os relés 52 A/B/C/D/E que, conforme configuração, 
alimentam as cargas pela fonte principal, alternativa ou pelo gerador díesel. 
 
 
 15
Neste sistema, os transformadores de serviços auxiliares são 
dimensionados para atendimento à totalidade das cargas, que em condições 
operativas normais, são supridas pelo transformador ligado à fonte principal, 
ficando o segundo transformador como reserva. 
 
Para este nível de tensão, são consideradas as seguintes cargas: 
transformador de iluminação e força do pátio de manobra, casa de bombas do 
sistema de água, painel do gerador díesel, sistema antiincêndio dos 
autotransformadores, equipamentos de pátio e carregadores de bateria. 
 
Quanto a medição e sinalização, os painéis são equipados com 
transformadores de corrente e potencial, monofásicos tipo seco, capazes de 
suportar as corrente de curto-circuito nominal e momentânea do disjuntor de 
maior capacidade do painel, permitindo a instalação de medição indicativa de 
corrente e tensão, bem como a do medidor de energia sem indicador de demanda 
e do relé de subestação (código ASA - 27) para alarmede falta de CA. 
2.4.2 
SISTEMA 220 V/127 V 
Apesar da existência de duas alternativas de esquemas, face ao emprego 
do Grupo Gerador Díesel e à conseqüente necessidade de barras de cargas 
essenciais e não-essenciais, a alimentação de 220 V e 127 V é idêntica para as 
duas alternativas de esquema, conforme pode ser verificado na figura 6. 
 
 
 16
 
Figura 6: Configuração do Sistema de Baixa Tensão em 220 V/127 V 
 
Para estes valores de tensão são consideradas as seguintes cargas: 
 
a) 220 V (fase-fase): ar condicionado 
b) 220 V (fase-neutro): iluminação e tomadas das casas: de 
bombas, controle e do gerador díesel. 
 
 17
c) 127 V (fase-fase): equipamentos de comunicação, painel de 
medição de faturamento, painel de registradores gráficos, 
tomadas da casa de controle e indicação de tap’s do 
autotransformador. 
 
Na medição e sinalização para este sistema, o painel é dotado de um 
transformador de corrente tipo seco, capaz de suportar a corrente de curto-circuito 
nominal e momentânea do disjuntor de maior capacidade do painel, para permitir 
a instalação de medição indicativa. Esta medição indicativa de tensão e o sensor 
de subtensão para alarme de falta de CA são alimentados diretamente do 
barramento. 
2.5 
SISTEMA EM CORRENTE CONTÍNUA 
O sistema em corrente contínua está relacionado às cargas permanentes e 
caracteriza-se pelos elevados graus de confiabilidade e de flexibilidade, obtidos 
pela duplicidade das fontes de alimentação, dos conjuntos retificador/bateria, e 
dos barramentos nos quadros de distribuição. A figura 7 apresenta o diagrama 
unifilar básico de um sistema em corrente contínua encontrado nas subestações. 
Esse diagrama mostra os dois conjuntos banco de bateria/carregador ligados aos 
barramentos de operação (A e B) e de carga, através dos disjuntores (72-1 a 72-
8). O não paralelismo desse sistema é garantido pelo circuito de controle, sendo 
que todas as cargas podem ser alimentadas por um único conjunto de banco de 
bateria/carregador através de uma das barras de operação, fechando-se o 
disjuntor 72-9. 
 
 18
Como proteção, esse sistema apresenta o monitoramento através de 
lâmpadas (L1) com referência ao terra e sua proteção é garantida para cada 
barramento de operação, pelo uso do relé de subtensão (27). 
 
 
Figura 7: Sistema em corrente contínua encontrado nas subestações 
Para o sistema em corrente contínua, os conjuntos bateria/retificador são 
idênticos e independentes, cada um dimensionado para a totalidade das cargas e 
podem operar nas seguintes condições: 
1) Normal: Os retificadores suprem o sistema ficando as baterias em 
flutuação; 
2) Falta de CA: As baterias passam a suprir o sistema; 
3) Retorno de CA: Os retificadores voltam a alimentar o sistema 
fornecendo também carga às baterias. 
 
 19
Este sistema apresenta ainda as seguintes características: 
a) A elevada flexibilidade do sistema é caracterizada pela existência de 
duas barras de operação interligadas por um disjuntor (72-9) e de uma 
barra de carga. 
b) A barra dupla de operação permite: 
b.1) A operação independente das duas fontes, sem que haja 
paralelismo entre as mesmas; 
b.2) A distribuição equilibrada das cargas, sendo as de maior 
responsabilidade alimentadas por dois circuitos derivados de barras 
distintas, proporcionando elevada confiabilidade ao fornecimento. 
c) Um sistema de intertravamento entre os disjuntores, chave seletora 
“carga-flutuação” e chave seletora auxiliar que garantirá elevada segurança 
aos requisitos de confiabilidade e atendimento às características 
operacionais do sistema. 
 d) A utilização de dois barramentos, associados às barras de operação 
através de contatores, permite a utilização de um sistema de iluminação de 
emergência em CC nas casas de controle e do gerador díesel na 
ocorrência de falta geral de CA. 
2.5.1 
OPERAÇÃO DO SISTEMA 
O sistema de serviço auxiliar alimentado em corrente contínua, pelo 
conjunto retificador/banco, de bateria apresenta dois tipos de operações 
relacionando cada um dos conjuntos de alimentadores: 
 
 20
1) Operação normal com carga em flutuação: Neste tipo de operação, 
cada conjunto opera independentemente um do outro, sem conexão entre as 
barras de operação. Com isso, cada carregador supre a carga normal e a bateria 
se encarrega do excesso, sendo que a carga eventualmente perdida pela bateria 
num período será devolvida pelo carregador no período seguinte. 
2) Operação em carga de equalização: Nesta operação, a bateria e seu 
respectivo carregador deverão ser transferidos para a barra de carga, 
permanecendo a outra bateria em flutuação e o carregador associado 
alimentando toda a carga normal, com o fechamento manual do disjuntor de 
interligação de barras da operação do painel de distribuição e o posicionamento 
manual da chave seletora no carregador. A passagem da condição de carga de 
equalização para de flutuação ocorre de forma automática no carregador, ao ser 
atingido o final de carga na bateria, sendo tal evento sinalizado no anunciador do 
painel de serviços auxiliares, alertando o operador para transferir o conjunto 
bateria-carregador para a barra de operação. 
2.5.2 
MEDIÇÃO E SINALIZAÇÃO 
 
As medições e sinalizações para o sistema auxiliar em corrente contínua 
são efetuadas no conjunto bateria/retificador e no painel de distribuição. 
No conjunto bateria/retificador, além das medições indicativas de tensão 
CA, tensão CC, corrente CC, devem ser sinalizadas as seguintes condições: 
transferência automática da condição de carga para flutuação, fim de carga, 
 
 21
subtensão de CA, falta de fase de CA, perda da saída de CC, defeito interno no 
carregador, sobretensão interna no carregador. 
No painel de distribuição, as indicações de corrente das entradas das 
baterias e as tensões nas barras de operação são feitas através de amperímetros 
e voltímetros, respectivamente. 
Relés de subtensão, ligados a cada barra de operação, permitem detectar 
faltas de tensão sinalizando no anunciador de serviços auxiliares da subestação e 
um sistema de sinalização através de lâmpadas indicativas em cada barra fornece 
supervisão quanto às faltas para terra. 
 
 
 22
CAPÍTULO 3 
 
SINALIZACÕES E IDENTIFICAÇÃO 
DAS FALTAS EM CORRENTE 
CONTÍNUA 
Dos sistemas de serviço auxiliar, vistos no capítulo anterior, este estudo 
das sinalizações e identificações das faltas restringe-se às fontes em corrente 
contínua, dada a necessidade de permanência na alimentação da proteção 
elétrica das subestações, consideradas como cargas essenciais. Em vista disso, 
este capítulo trata das sinalizações e das técnicas atuais utilizadas na 
manutenção. 
3.1 
SISTEMAS DE SINALIZAÇÃO 
Dos sistemas de sinalização, este capítulo trata de três tipos principais 
utilizados nas subestações. São estes: o sistema por lâmpadas, o método de 
medição da porcentagem de falta e o relé utilizado na detecção e conseqüente 
alarme da falta, os quais são descritos a seguir. 
 
 23
3.1.1 
LÂMPADAS 
O serviço auxiliar em corrente contínua, alimentado pelo conjunto 
retificador/banco de bateria, é um sistema isolado da malha de terra (sistema 
flutuante). Como proteção, este sistema necessita de um circuito de supervisão 
de terra o qual, na ocorrência de qualquer contato indesejável de um dos pólos do 
serviço auxiliar com a malha de terra, deve imediatamente sinalizar a falta, para 
um posterior isolamento do circuito sob falta. 
Para isso, no painel CC/CA existem duas lâmpadas de mesma potência 
que ficam permanentemente acesas, com a finalidade de supervisionar a 
ocorrência de aterramento nos circuitos de corrente contínua das subestações. 
Essas lâmpadas são ligadas em conjunto com o relé de alarme (Código ASA - 74) 
[5], responsável pelo alarme sonoro, de acordo com a figura 8. 
 
Figura 8: Condições normais do circuito de supervisão 
Em condições normais, as lâmpadas apresentam amesma intensidade 
luminosa. Caso haja aterramento no pólo negativo, como mostrado na figura 9, a 
lâmpada “L2” irá se apagar (contato franco à terra) ou diminuir de intensidade 
 
 24
luminosa (contato parcial à terra), e a lâmpada “L1” ficará com intensidade maior 
que a normal. A corrente fará o relé 74 operar soando um alarme, indicando que 
houve contato à terra através do pólo negativo. Para o caso de uma falta à terra 
pelo pólo positivo, o procedimento será o mesmo, invertendo somente a 
intensidade luminosa das lâmpadas. Portanto, a “terra” será detectada pelo pólo 
cuja lâmpada demonstrar luminosidade mais fraca ou nula. 
 
Figura 9: Aterramento franco no pólo negativo 
3.1.2 
PORCENTAGEM DE FALTA 
O método das lâmpadas com indicação de alarme indica somente a 
ocorrência do pólo para a qual se encontra a falta para malha terra. Assim, 
buscando-se o melhor diagnóstico de uma falta, utiliza-se o método da medição 
das tensões entre cada um dos pólos e a malha terra [6]. 
Tome-se o exemplo de um o conjunto retificador e banco de baterias que 
possui a tensão de 125 V: em funcionamento ideal, tanto a tensão entre o pólo 
 
 25
positivo e terra quanto a tensão entre o terra e o pólo negativo são tensões 
próximas a 62,5 V, ou seja, 50% do potencial da bateria (figura 8). 
Durante uma falta a terra, onde ocorre a incidência de uma resistência 
entre o pólo sob falta e à terra, surge um desbalanço das tensões dos pólos à 
terra. Esse desbalanço pode ser medido durante a ocorrência e com isso é 
possível se ter uma idéia de quanto menor (curto-circuito) ou maior (falta não 
franca) é a resistência de falta. 
Essa técnica é de grande interesse, quando ocorrem várias faltas à terra e 
se deseja saber qual circuito está com a menor resistência de falta e, com o 
desligamento de cada um dos circuitos, tomar a decisão sobre qual deles deve 
permanecer trabalhando, priorizando o desligamento dos equipamentos de pátio 
em uma subestação. 
3.1.3 
RELÉ DE PROTEÇÃO 
Basicamente a detecção de falta à terra é efetuada pelo relé de proteção à 
terra - 64 (código de proteção ASA) [5], que aciona um sistema auxiliar para 
anunciar alarme de falta à terra. A filosofia de funcionamento desse relé depende 
de cada fabricante do sistema de supervisão do terra para serviço auxiliar, 
buscando, através do desbalanço de uma das grandezas elétricas (corrente, 
tensão ou resistência), a forma de sensoriamento para este tipo de ocorrência. 
Mas para este tipo de relé tem-se somente a detecção do pólo que se encontra 
sob falta sem sua indicação, ou seja, há pouca informação a respeito da 
ocorrência da falta. 
 
 26
Dentre os diferentes modelos de relés para detecção de fuga para terra, o 
modelo MTX-C fabricado pela WARD [7], encontrado em várias subestações, 
utiliza o princípio da ponte de Wheatstone para medir o desbalanço da isolação de 
cada um dos cabos para a malha terra. 
Figura 10: Diagrama esquemático do MTX-C e sua curva de atuação 
 
O sistema de detecção adotado pelo relé MTX-C utiliza o método de 
desequilíbrio de resistência através de uma ponte de Wheatstone [7], na qual dois 
braços correspondem às resistências de acoplamento (R) ligadas aos dois pólos 
do sistema (L1 - positiva e L2 - negativa) e os outros dois braços são as 
resistências de isolação de cada linha à terra (R1 e R2), conforme a figura 10. 
Qualquer desequilíbrio na resistência de isolação do cabo de alimentação 
provoca uma circulação de corrente via terra em direção ao ponto comum das 
duas resistências de acoplamento, o ponto P. O sinal de corrente é convertido 
numa tensão e esta comparada com uma tensão de referência pré-ajustada 
internamente, proporcional à tensão da rede. Se o valor comparado estiver abaixo 
do nível ajustado (referência), um LED vermelho indicativo acenderá ao mesmo 
 
 27
tempo em que o relé de saída comutará seus contatos, permanecendo nesta 
condição até o sistema voltar à condição normal (extinção de defeito). 
O gráfico, ainda na figura 10, apresenta as zonas de atuação do relé 
indicando os valores da zona de atuação em função da diferença das resistências 
de isolamento. 
Este dispositivo, que possui as características de funcionamento mostradas 
na tabela 2, apresenta um pré-ajuste de fábrica para atuar quando o desbalanço 
entre as resistências de isolamento for da ordem de 10 kΩ. Para uma ocorrência 
neste valor de desbalanço, o contato normalmente aberto (NA) do relé é atuado e 
faz com que um dispositivo anunciador de alarme indique a falta para terra. 
Tabela 2: Características do relé detector de fuga MTX-C da WARD 
Grandeza Valor 
Tensão Nominal - CC Um [V] 125 
Consumo VA/V 2/220 
Variação da Tensão da Rede %Ua -30 a +15 
Consumo VA 2 
Sensibilidade kΩ 10 
Exatidão % ±10 
Rearme Automático 
Temperatura de Funcionamento °C -5 a +55 
 
 28
3.1.3.1 
ENSAIO DO RELÉ DE PROTEÇÃO 
Conforme especificação do dispositivo de proteção, o relé MTX-C tem seu 
ajuste de atuação em 10 kΩ com incerteza de ±10%. Dadas estas informações 
sobre seu funcionamento e sua variação de atuação de ±1 kΩ em torno do ponto 
de atuação, é proposto um ensaio laboratorial simulando uma falta à terra, entre 
cada um dos pólos à terra, através de uma década resistiva calibrada. Este 
ensaio tem por objetivo medir o valor da resistência que faz atuar o relé de 
proteção e, com isso, fazer um comparativo com os dados do fabricante, os quais 
são levados em consideração durante projeto do sistema de serviço auxiliar da 
subestação. 
Conforme recomendação do ISO/GUM [8], a incerteza sobre os resultados 
de uma medição (RM) de uma grandeza física leva a uma indicação quantitativa 
da qualidade para que aqueles que os utilizam possam avaliar sua confiabilidade 
e tornar possível a comparação de resultados. 
Assim, com esta recomendação de caráter metrológico associado ao 
sistema de proteção elétrico, busca-se, através da verificação da atuação do relé 
de proteção, um meio de firmar seu funcionamento dentro dos valores 
apresentados pelo fabricante, que são os dados considerados para seu 
funcionamento dentro de um projeto da subestação. 
O equipamento utilizado é aquele apresentado no item 3.1.3, ou seja, o 
relé MTX-C fabricado pela WARD, o qual será o objeto sob ensaio. 
 
 
 29
3.1.3.2 
ENSAIO DO RELÉ 
O ensaio do relé MTX-C, responsável pela supervisão da corrente de falta 
para terra, baseia-se no principio da zona de atuação, descrito no item 3.1.3, em 
torno do valor de 10 kΩ, com uma variação de ±10%. 
De acordo com a figura 11, tem-se que para a determinação desta zona, 
fazem-se necessárias uma fonte em corrente contínua (simulando o sistema de 
serviço auxiliar em CC), uma fonte de corrente alternada (220 V ou 110 V) e uma 
década resistiva calibrada. Vale ressaltar que a variação das alimentações não 
influencia nos resultados, dada a simetria que a ponte oferece. 
 
Figura 11: Diagrama esquemático do ensaio do relé 
 
 
 30
Medindo-se a atuação do relé através da variação da década resistiva, os 
valores de resistência encontrados para cada um dos pólos, para um número de 5 
ensaios por pólo, são todos iguais a 9700Ω. Para se chegar a esses valores, 
usou-se um potenciômetro com resolução de 100 Ω. 
Conforme análise dos valores medidos para a atuação do relé, tem-se a 
repetição dos resultados, o que torna a média das medições igual ao valor da 
indicação da década resistiva com relação ao valor da resistência de atuação do 
relé. A figura 12 apresenta uma foto desse experimento. 
Ω=+ 9700R 
Ω=− 9700R 
 
 
Figura 12: Visualização do experimento 
 
 31
3.1.3.3 
AVALIAÇÃO DA INCERTEZA DE MEDIÇÃO 
Caracterizado o ensaio e o processo de medição (PM) do valor da 
resistência, torna-se possível a avaliação da incerteza da medição, conforme 
recomendação do ISO/GUM. Por se tratar de uma medida direta através da 
década resistiva código IT200166 de propriedadeda Eletrosul, esta possui uma 
rastreabilidade com a Rede Brasileira de Calibração (RBC), cujo sistema integra 
laboratórios credenciados pelo INMETRO. Com isso, a década funciona como 
objeto-padrão para a comparação dos resultados. 
A fim de se adotar um método padronizado para determinar o resultado da 
medição, são necessários, portanto, os valores de tendência (Td) e incerteza 
expandida (U95%) de cada uma das escalas da década conforme planilha de 
calibração. 
De acordo com o Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM) [9], a 
tendência de um instrumento de medição é: “Erro sistemático da indicação de um 
instrumento de medição”, ou seja, o valor da tendência da calibração é um valor 
que deve ser corrigido sobre a indicação de medição (IM). 
A incerteza expandida (U95%) [10] está associada com a dúvida ainda 
presente no resultado da calibração. Ela quantifica, através de uma faixa simétrica 
de valores, em relação ao resultado base, a dúvida no nível de confiança 
estabelecido - geralmente 95,5%, referente à utilização dos 2σ com relação à 
distribuição dos valores das medidas. Seu valor é composto pela combinação dos 
efeitos aleatórios de cada fonte de incerteza que afeta o processo de medição. 
 
 
 32
A tabela 3 mostra os valores da tendência e da incerteza expandida para 
cada escala da década resistiva. 
Tabela 3: Resultado da calibração da década resistiva, pela RBC 
 
Potenciômetro 
 
Indicação 
 
Fator 
Multiplicativo 
 
Td 
(Ω) 
 
U95% 
(Ω) 
 
10 kΩ 
 
9 
 
x1kΩ 
 
-0,08 
 
±0,11 
 
1 kΩ 
 
7 
 
x100Ω 
 
-0,0266 
 
±0,0084 
 
Portanto, o resultado da medição considerando a correção (-Td) e a 
incerteza expandida apresenta a seguinte característica, segundo a expressão: 
 
RM+G = IM – Td ± U95% (1)
 
Conforme avaliação do balanço de incerteza dos efeitos aleatórios e 
sistemáticos envolvidos nesta calibração, tem-se, através da tabela 4, uma 
análise destas fontes de incerteza, caracterizando-se pelo seu tipo de distribuição 
para seguinte utilização do seu divisor [10]. 
 
 
 
 33
Tabela 4: Balanço de Incertezas da Medição de atuação do relé 
 
Símbolo 
 
Descrição 
 
Correção
 [Ω] 
 
Valor 
[Ω] 
 
Distribuição 
 
Divisor 
 
µ[Ω] V
 
Inc1 
 
Incerteza 
Potenciômetro 
1 
 
+0,08 
 
0,11 
 
Normal 
 
2 
 
0,55 
 
∞
 
Inc2 
 
Incerteza 
Potenciômetro 
2 
 
+0,0266 
 
0,0084 
 
Normal 
 
2 
 
0,0042 
 
∞
 
Resol. 
 
Resolução 
 
--- 
 
100/2 
 
Uniforme 
 
√3 
 
28,8676 
 
∞
 
 
Cc 
Correção 
Combinada 
 
+0,1066 
 
 
uc 
Incerteza 
Padrão 
 Normal 
 
28,9267 
 
∞
 
U95% 
Incerteza 
Expandida 
 normal 
 
58 
 
 
Reescrevendo o resultado da medição, tem-se: 
RM+G = IM – Td ± U95% 
RM-G = RM+G = 9700 - (+0,1066) ± 58 
RM-G = RM+G = (9700 ± 58) Ω. 
RM-G = RM+G = 9700 Ω ± 0,6% 
Portanto, o valor médio de atuação do relé é de 9700 Ω com a certeza 
probabilística de 95% de que este valor varia em 58 Ω para mais ou para menos 
em torno da média. 
 
 34
Conclui-se, com 95% de certeza, que a resistência de isolamento mínima 
para a atuação do relé, indicando falta à terra no serviço auxiliar, está entre 9642 
Ω e 9758 Ω. Esta variação de 116 Ω (±0,6%) se verifica pelo baixo índice de 
resolução do relé (100 Ω). 
3.2 
PROCEDIMENTOS DE IDENTIFICAÇÃO 
Atualmente são utilizadas três técnicas para se identificar e detectar o circuito 
sob falta à terra. Esses métodos de identificação do circuito, após ser detectada 
(alarmada) uma falta à terra, são: 
1. Método de desligamento dos disjuntores; 
2. Utilização de uma fonte externa; 
3. Fugômetro. 
3.2.1 
DESLIGAMENTO DOS DISJUNTORES 
Uma das primeiras técnicas para se descobrir o circuito sob falta à terra, e 
mais comumente usada, é a técnica do desligamento de cada um dos circuitos 
alimentados em corrente contínua, até que o alarme não volte a atuar; ou então, 
que haja uma diminuição do desbalanço de tensão dos pólos positivo e negativo 
em relação à terra. Esse procedimento é o mais prático, mas conta com o 
inconveniente da necessidade de se desenergizar os circuitos que estejam em 
pleno funcionamento, ou seja, sem a corrente de falta. 
Além disso, é visível, pela figura 13, que a grande quantidade de 
disjuntores pede uma grande quantidade de desligamentos para utilizar este 
 
 35
método, o que torna um pedido de serviço de manutenção complicado, já que 
este sistema CC tem a necessidade de ter a continuidade na alimentação, e 
também o método é pouco eficiente para o caso de mais de uma falta à terra, 
quando envolver mais de um circuito ou quando a falta estiver no barramento. 
Por estar se tratando de cargas permanentes, este método mesmo tendo 
uma ótima praticidade, não vem ao encontro das necessidades de qualidade e 
confiabilidade do sistema de proteção das subestações. 
 
 
Figura 13: Exemplo dos circuitos auxiliares de uma subestação (72 circuitos) 
 
 36
3.2.2 
UTILIZAÇÃO DE FONTE EXTERNA 
Uma segunda técnica, desenvolvida na Eletrosul [6], consiste numa 
modificação do método anterior (desligamento do disjuntor). A idéia é utilizar uma 
fonte externa de potência, jusante ao disjuntor, para alimentar cada um dos 
circuitos que serão desconectados do banco de baterias. O circuito desligado será 
alimentado pela fonte externa e, caso este se encontre com a falta, o alarme será 
desativado (lâmpadas acesas) e assim identifica-se o circuito com falta à terra, 
sem ocorrer desligamento, conforme figura 14. 
 
Figura 14: Circuitos sob falta: alimentado pela barra com disjuntor fechado e 
outro circuito alimentado por fonte externa com disjuntor em aberto 
Em complemento ao procedimento dessa manutenção, para uma 
subestação que possua dois bancos de baterias, é interessante utilizar somente 
um banco para alimentar todo o sistema auxiliar no período da manutenção e 
utilizar o outro banco de baterias como a fonte externa. Trata-se de um método 
mais barato e eficiente, mas com o agravante da necessidade do desligamento 
mecânico do disjuntor (“sem interrupção da alimentação do equipamento”). Ainda 
 
 37
assim, requer um período longo de manutenção, correndo o risco de o disjuntor 
não rearmar, fato que acontece em alguns dos mais antigos sistemas [11]. 
3.2.3 
FUGÔMETRO 
A terceira técnica, desenvolvida pela própria Eletrosul [6], é o equipamento 
chamado “Fugômetro”. Este equipamento representa um importante passo para a 
detecção de falta à terra, pois descobre o circuito sob falta, através de um simples 
circuito que utiliza diodos by-pass. Isto se justifica como um avanço na pesquisa, 
pois faz com que se descubra o circuito sob falta sem a necessidade da 
desenergização de cada um dos circuitos. Porém, este método não abre mão da 
necessidade do desligamento mecânico de cada um dos disjuntores dos circuitos 
envolvidos. As figuras 15 e 16 mostram a detecção de uma falta positiva e de 
outra negativa, respectivamente. 
 
Figura 15: Falta positivo à terra Figura 16: Falta negativo à terra 
 
 
 38
Tem-se, pelas figuras, que, para qualquer uma das faltas, o voltímetro irá 
medir a tensão total da bateria menos as três quedas de tensão nos diodos (≈ 2,1 
V). Caso o circuito não esteja com falta à terra, o voltímetro deverá indicar um 
valor próximo à metade da tensão do banco de baterias (62,5 V). A figura 17 
mostra o esquemático do fugômetro e na figura 18 têm-se as vistas laterais e 
frontal deste equipamento. 
 
Figura 17: Esquema elétrico do Fugômetro 
Figura 18: Vistas lateral e frontal do Fugômetro 
 
 39
CAPÍTULO 4 
 
TÉCNICAS DE LOCALIZAÇÃO DO 
PONTO DE FALTA NO CABO DE 
ALIMENTAÇÃO 
Este capítulo trata das técnicas existentes para se localizar faltas em cabos 
e diagnosticar suas causas. Para isto, são apresentadas técnicas de 
Reflectometria no Domínio do Tempo e da Freqüência e os Métodos das Pontes. 
Essas técnicas representamalguns procedimentos de pós-localização do 
circuito de falta, quando há o conhecimento de que a falha esta ocorrendo no 
cabo e não na carga. 
Para efeito de manutenção das subestações de energia elétrica esses 
métodos representam pouco se comparado à necessidade de um método que 
localize o circuito sob falha, mas complementa o fato de que após ter sido 
localizado o cabo com defeito, estes procedimentos ajudam na análise pela busca 
dos problemas e evitar assim a ocorrência de novas falhas de isolamento. 
4.1 
REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DO TEMPO - TDR 
Para casos onde o ponto de falta à terra se encontra ao longo do caminho 
dos cabos que ficam entre a sala de controle e os equipamentos de pátio das 
subestações, é necessária a utilização de outra técnica complementar de 
 
 40
localização. Apesar de as técnicas detectarem o circuito que se encontra sob falta 
à terra e indicarem se o problema está no circuito ou no cabo, elas não informam 
a causa e nem a distância do problema no cabeamento. 
A teoria do TDR baseia-se no teorema da linha de transmissão para fios e 
cabos utilizando o princípio de detecção pelas mudanças de impedância ao logo 
de um condutor [12]. O Reflectômetro no Domínio do Tempo – TDR informa a 
distância da falta no cabo (linha de transmissão) através do intervalo de tempo 
entre o impulso gerado e o refletido, tendo como conhecida a velocidade de 
propagação do meio condutor (VOP), característica de cada condutor. 
 
O TDR é um equipamento que trabalha no mesmo princípio que o radar. 
Para tal, é injetado um impulso (impulso gerado) em uma extremidade do cabo 
sob teste e quando este impulso, que se propaga ao longo do condutor com 
velocidade VOP, alcança a outra extremidade do cabo (ou uma falta ao longo do 
cabo), toda energia (ou parte da energia) do impulso é refletida de volta ao 
gerador (figura 19). 
 
Figura 19: Onda gerada e refletida entre TDR e o condutor elétrico 
 
 41
Qualquer mudança da impedância (falta) no cabo faz com que alguma 
energia reflita de volta para o TDR e possa ser visualizada através de um 
osciloscópio (figura 20). É a mudança de impedância que determina a amplitude 
da reflexão. 
 
 
Figura 20: Posicionamento do gerador de sinal (TDR) e do osciloscópio 
 
O TDR mede o tempo do ensaio, que vai desde a injeção do sinal (o sinal 
viaja pelo cabo buscando o defeito), até refletir de volta, viajando novamente de 
volta ao TDR. O TDR indica, então, o sinal refletido como uma informação 
exposta pela forma de onda. Este equipamento, além de fornecer a distância, 
também fornece um diagnóstico do tipo de problema que está acontecendo com o 
cabo, através do formato desta onda refletida (Figura 21). 
 
 42
 
Figura 21: Tipos de ondas refletidas entre TDR e o condutor elétrico avariado 
 
A abreviatura TDR, portanto, descreve tanto um instrumento de medida 
(Time Domain Reflectometer) como a própria técnica de medida (Time Domain 
Reflectometry). O significado da abreviatura depende, assim, do contexto em que 
o dispositivo está sendo usado. 
O reflectômetro baseia-se, assim, em um sistema de radar impulsivo 
funcionando em cadeia fechada. Uma fonte gera um impulso que percorre um 
determinado meio de transmissão (meio 1). Este impulso, ao atingir o ponto de 
transição ' T ', do meio 1 para um outro meio (meio 2), é refletido, retornando à 
fonte (figura 22). A observação feita no ponto 'E' permite mostrar os dois 
impulsos: o impulso incidente, gerado num determinado instante e o impulso 
refletido, defasado de um intervalo de tempo ∆t, igual à soma do tempo que o 
impulso incidente demorou a percorrer a distância L mais o tempo que o impulso 
refletido demorou a percorrer a mesma distância. 
O ensaio do TDR faz uso do fenômeno de reflexão que acontece sempre 
na presença de uma descontinuidade de dois meios. Como as medidas e as 
 
 43
observações são feitas com base num defasamento temporal, daí resulta o nome 
da técnica - Reflectometria no Domínio do Tempo. 
 
Figura 22: O impulso incidente gerado no ponto E é monitorizado por um 
osciloscópio nesse mesmo ponto 
A figura 22 mostra o impulso incidente (Ii) que percorre o meio 1 até atingir 
a descontinuidade criada pelo meio 2 e que tem características diferentes das que 
tem o meio 1. Uma parte da energia é absorvida (ou transmitida para o meio 2), 
mas outra é refletida para o meio 1, dando origem a um impulso refletido (Ir), que 
irá se propagar, até retornar ao ponto E. 
O osciloscópio monitora também este impulso refletido que, relativamente 
ao impulso incidente, apresenta uma defasagem temporal ∆t. Este atraso, 
associado à amplitude e à polaridade do impulso refletido, à velocidade de 
propagação dos impulsos e à distância percorrida, permite concluir sobre as 
características do meio 1 e do meio 2. 
Em função do tipo de sinal que está sendo gerado e do tipo de aplicação, o 
TDR pode ser Acústico, Elétrico, Eletromagnético ou Óptico. Em qualquer dos 
casos o princípio de funcionamento e as conclusões a que se pode chegar são 
sempre as mesmas. 
 
 44
Além da aplicação do TDR para detecção da distância do ponto da falta em 
cabos, existem outras ainda. Tais aplicações são: o radar utilizado nos aeroportos 
(TDR Eletromagnético) e o sonar utilizado nos navios (TDR Acústico). O ensaio 
do TDR é aplicado ainda ao estudo das fibras ópticas (TDR Óptico). 
4.2 
REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DA FREQUÊNCIA - FDR 
 
O FDR é uma técnica de medida e observação de fenômenos semelhante 
ao TDR na medida em que se baseia no principio da reflexão. No entanto, essas 
medidas e observações são feitas no domínio da freqüência. 
Ao se propagar uma onda em um determinado meio e esta encontrar uma 
descontinuidade, será verificado um fenômeno de reflexão e será gerada uma 
onda refletida. O meio 1 da figura 23 transforma-se numa zona de interferência 
das duas ondas, incidente e refletida, encontrando-se pontos de interferência 
construtiva chamados máximos e pontos de interferência destrutiva chamados 
mínimos. Estes pontos estão fixos no espaço e dão origem a outra onda que se 
designa por estacionária, dada essa fixação. 
Para observar a onda estacionária bastaria andar ao longo do meio e medir 
em cada ponto o valor de amplitude resultante da interferência. Esta técnica, 
entretanto, é incômoda e, na maior parte das vezes, impraticável. 
O FDR é uma técnica que substitui o deslocamento ao longo do meio (no 
espaço) por um deslocamento ou variação da freqüência do gerador que está 
 
 45
produzindo a oscilação inicial. Fixa-se, assim, o ponto de observação espacial, 
quase sempre coincidente com o ponto espacial do gerador. 
 
Figura 23: FDR - Onda Incidente, Onda Refletida e observação da onda 
estacionária na técnica de medida 
 
Supondo que a descontinuidade dos meios corresponda a um curto circuito 
tem-se, nesta ocasião, um ponto de amplitude nula na carga. Considera-se que o 
gerador esteja operando em uma certa freqüência, tal que o comprimento do meio 
corresponda a L = λ/8. Nestas circunstâncias, no ponto espacial do gerador, a 
onda estacionária apresentará um valor A = √2.Amax. Se a freqüência aumentar 
de forma que o comprimento da linha a acompanhe, como se mostra na figura 24, 
correspondendo a L= λ/4, L= 3 λ/4 e L= λ/2, o mesmo ponto de leitura registrará 
valores respectivos de A = Amax, A = √2.Amax, A = 0. 
Usando um osciloscópio no qual o varrimento horizontal esteja sendo 
comandado pelo mesmo sinal que comanda o varrimento da freqüência, obter-se-
á, assim, uma imagem idêntica à da figura 25, na qual o eixo do tempo será 
substituído por um eixo de freqüências. Com isso tem-se a distância da falta pelo 
comprimento da onda estacionária. 
 
 46
 
Figura 24: FDR - Variação da estacionaridade com a freqüência 
 
Figura 25: FDR - Formação da Onda Estacionária 
4.3 
MÉTODO DAS PONTES 
Existem diferentes tipos de medições por pontesresistivas. Dentre eles 
citam-se: Hillborn Loop, Murray Loop, Murray Loop Two-End, Murray-Fisher Loop, 
Open & Closed Loop, Varley Loop e Werren Overlap [13]. Estes métodos 
dependem muito das características da ocorrência da falta. 
 
 47
Para o caso em estudo, da falta ocorrendo no serviço auxiliar em corrente 
contínua dentro das subestações, onde o cabo bipolar utilizado tem o mesmo 
comprimento que vai do relé ao equipamento ou da carga à fonte, o melhor dos 
métodos em ponte a ser aplicado é o Murray Loop. 
 O Murray Loop é uma variação da ponte de Wheatstone a qual, conforme 
figura 26, possui seu princípio de funcionamento baseado no equilíbrio das 
resistências, apresentado uma medição zero pelo galvanômetro durante a 
existência de uma igualdade entre os produtos das resistências C1 com B2 e B1 
com C2. 
2121 .. BCCB RRRR = (2)
 
 
Figura 26: Configuração Básica da Ponte de Wheatstone 
A ponte de Wheatstone é utilizada para medir uma resistência 
desconhecida (C1) a partir de outras três resistências (B1, B2 e C2) que devem 
ser conhecidas. 
Portanto, no caso da ponte de Wheatstone, para se conhecer o valor de 
RC1 basta utilizar a seguinte fórmula: 
 
 48
2
21
1
.
B
CB
C R
RR
R = (3)
 
Dado o princípio da ponte de Wheatstone, a figura 27 apresenta uma 
variação do Murray Loop, que é utilizado para se descobrir a distância do ponto 
de falha no cabo sob falta. Para este sistema, as resistências adjacentes RC1 (do 
cabo com falta), em loop com RC2 (do cabo sem falta), até o ponto de falta do 
outro cabo, representam as resistências C1 e C2 da ponte de Wheatstone. 
 
 
Figura 27: Aplicação do Ponte de Murray Loop 
 
Similarmente, as resistências C1 e C2 correspondem a Rc1 e Rc2 da ponte 
de Wheatstone e as resistências B1 e B2 são equivalentes às resistências RB1 e 
RB2 da ponte. 
Variando-se RB1 e RB2 até o balanço do Galvanômetro (G) a ponte de 
Murray Loop apresenta o balanço das razões: 
 
 49
R
R
R
R
C
C
B
B
2
1
2
1 = (4)
 
Quando assume-se que a resistência do condutor uniforme é linear e 
proporcional ao comprimento e sabe-se que o comprimento total do cabo é igual a 
L, a distância do ponto de falta, LX, é calculada da seguinte forma: 
R
RLL
B
B
X
2
12= (5)
 
Utilizando-se o método da ponte de Murray Loop, deve-se conseguir que a 
resistência correspondente ao comprimento do cabo sem falta e as resistências 
correspondentes ao comprimento do cabo em falta devem ser iguais. Caso sejam 
diferentes, a exatidão da medição ficará comprometida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 50
CAPÍTULO 5 
DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA 
DE FALTA NA SUBESTAÇÃO 
Este capítulo tem por objetivo esclarecer a determinação do valor de 
resistência de falta à terra, positiva ou negativa (Rf+ e Rf-), que aciona o SAGE - 
Sistema de Gerenciamento da subestação de palhoça (SE-PAL) e as correntes de 
falta (IF) mínima e máxima resultantes da resistência de falta (RF) máxima e 
mínima (curto franco à terra), respectivamente. 
5.1 
CIRCUITO DE PROTEÇÃO 
 
Para monitorar a isolação do serviço auxiliar em corrente contínua é 
utilizado um relé de proteção de terra (código de proteção ASA – 64). O princípio 
deste relé é atuar quando o valor da tensão sobre sua bobina for igual ou maior 
ao seu valor de atuação ou pick-up (Vpick-up). 
O relé utilizado na SE-PAL, modelo Mauell RCS21 possui, como 
características, uma resistência de bobina (Rr) igual a 4,58 kΩ, uma tensão de 
acionamento (“Vpick-up”) de 83,2V e, para seu desacionamento, uma tensão de 
drop-out (“Vdrop-out”) igual a 13,5 V. Complementando este sistema de proteção 
existe, em paralelo com a bobina do relé, uma resistência (Rpr) de 4,98 kΩ cujo 
 
 51
valor é próximo ao da bobina (Rr). Essa resistência tem a função de diminuir pela 
metade a corrente que passa pela bobina do relé. Esse esquema é apresentado 
na figura 28. 
 
 
Figura 28: Sistema de proteção de falta à terra (sem ocorrência de falta) 
 
 Através da figura 29, tem-se a visão do painel do sistema de proteção do 
serviço auxiliar CC, com as indicações dos relés, lâmpadas e do botão de rearme 
(BR). 
Os contatos 3 e 4 do relé 64 são normalmente abertos (NA) e são os 
responsáveis pelo anunciador de alarme ao SAGE e da subestação, alimentados 
pelo próprio serviço auxiliar. 
Além desta sinalização existem, no painel do sistema de detecção de falta 
para terra, duas lâmpadas que de modo on-line mostram o pólo que está com 
ocorrência de falta. O grau de luminosidade da lâmpada, acesa durante a falta, 
 
 52
demonstra o nível da resistência de falta (Rf) entre o pólo com falta e a terra a 
qual, para um valor mínimo, leva a uma iluminação fraca e, para uma pior 
situação (curto do pólo à terra Rf=0 Ω), apresenta sua maior luminosidade. Para o 
caso de curto franco do pólo, esta máxima luminosidade é limitada pelo resistor 
em série com a lâmpada (Rsl) e pela própria resistência da lâmpada (Rl). 
 
 
Figura 29: Painel proteção do serviço auxiliar comumente usado nas 
subestações elétricas 
 
Modelando este sistema de proteção para um funcionamento totalmente 
isolado (Rf→∞ Ω), tem-se o circuito da figura 30 como equivalente. Neste circuito 
são encontrados os valores das tensões e correntes nos relés de falta positivo 
(64P) e negativo (64N) e suas resistências em paralelo (Rpr). 
 
 53
 
Figura 30: Circuito equivalente da proteção da SE-PAL totalmente isolado 
Analisando o circuito da figura 30, é possível obter os valores das tensões 
sobre os relés e a corrente total deste sistema. Para Vs.aux.=132 V: 
mA
RR
V
I
prr
auxs
T 7,272386.2
132
11
1.2
.. ==
+
=
(6)
 
mAIT 7,27= 
mAIF 0= 
V
V
VrpVr auxs 0,66
2
132
2
.. ==== (7)
 
Portanto, o equilíbrio das tensões confirma o estado normal de 
funcionamento do serviço auxiliar. 
 
 54
5.2 
FALTA POSITIVA À TERRA 
 
Uma falta à terra pelo pólo positivo do sistema de serviço auxiliar em 
corrente contínua é representada por uma resistência (Rf+). Para esta falta de 
isolamento, o sistema de proteção pode ser caracterizado por duas situações. A 
primeira, conforme figura 31, considera o transitório que vai do instante de 
atuação do relé, após este ser alimentado por sua tensão de pick-up (Vpick-up), até 
o instante de fechamento de seus contatos auxiliares. A segunda situação é 
representada após a situação de chaveamento dos contatos auxiliares do relé de 
positivo (64P), que muda as características do sistema de proteção, adicionando 
a lâmpada de indicação. 
O circuito da figura 32 representa a primeira situação, de transitório, antes 
do acionamento dos contatos auxiliares. Para esta situação são apresentadas as 
equações que levam ao valor da resistência de falta RF. 
 
Figura 31: Transitório da proteção na ocorrência de positiva à terra 
 
 55
 
Figura 32: Circuito equivalente da proteção no instante de uma falta positiva 
 
uppickrpr VVV −++ == (8)
 
uppickauxsr VVV −− −= .. (9)
 
++
+
+
=
prr
r
T
RR
V
I
11
1
(10)
 
−−
−
−
+
−=−=
prr
r
TrTRF
RR
V
IIII
11
1
(11)
 
 
 56
Para o cálculo do valor da resistência equivalente de falta tem-se: 
−−
−
−
−−
−−
−
+
−
=⇒
+
+=+=
prr
r
T
r
F
prr
r
F
r
rrFT
RR
V
I
V
R
RR
V
R
V
III
11
111
1 
(12)
 
Como terceira e última etapa do funcionamento do sistema de proteção e 
sinalização do serviço auxiliar em corrente contínua, tem-se o fechamento dos 
contatos auxiliares do relé de falta à terra positiva (64P). Neste instante os 
terminais 7/8 e 4/5, normalmente fechados (NF), comutam, respectivamente, para 
os terminais 6 e 3. Com isto são alimentados a lâmpada e o alarme de falta à 
terra junto ao sistema de gerenciamento (SAGE), conforme visto na figura 33. 
 
 
Figura 33: Sistema de proteção no instante estável da ocorrência de uma falta 
positiva à terra 
 
 57
O circuito equivalente do instante após o transitórioda atuação do relé de 
falta positivo 64P pode ser visto na figura 34. Através deste circuito é possível 
calcular a corrente de falta IF mínima que circulará sobre a resistência equivalente 
de falta RF. 
 
Figura 34: Circuito equivalente da proteção no instante de uma falta positiva 
Para o cálculo da corrente de falta (IF), tem-se: 
( )lsl
prr
prrFprr
auxs
T
RR
RR
RRRRR
V
I
+
+








+
+
++
=
++
++−−
1
.
1
1
111
1
.. 
(13)
 
( )lsl
prr
prrFprr
auxs
prr
prr
T
prr
prr
r
RR
RR
RRRRR
V
RR
RR
I
RR
RR
V
+
+








+
+
++
+
=
+
=
++
++−−
++
++
++
++
+
1
.
1
1
111
1
.
.
.
. .. 
(14)
 
 
 58
−+ −= rrauxs VVV .. (15)
 
Então: 
( )lsl
prr
prrFprr
auxs
prr
prr
auxsrauxsr
RR
RR
RRRRR
V
RR
RR
VVVV
+
+








+
+
++
+
−=−=
++
++−−
++
++
+−
1
.
1
1
111
1
.
. ..
.... (16)
Como a tensão na resistência de falta equivalente (RF) é igual à tensão do 
relé de detecção de falta negativo em paralelo com o resistor RPr, tem-se: 
FRr
VV =− (17)
F
r
R R
VI
F
−= (18)
 
Através desta análise do sistema de proteção, é possível obter os valores 
finais em cada relé de proteção e a própria corrente de falta que circulará do pólo 
positivo até o pólo negativo através da malha de terra da subestação e dividir-se-á 
entre a lâmpada e o relé de falta positivo. 
5.3 
COMPROVAÇÃO PRÁTICA 
Dada a dificuldade em se ensaiar uma falta à terra em subestações, busca-
se, através de um teste de pick-up do relé de falta à terra positivo, medir os 
valores de resistência de uma das proteções para a estimação dos valores das 
correntes de falta (figura 35). O objetivo principal é descobrir que valor de corrente 
 
 59
está fluindo para a terra através da resistência de falta (RF), cujo valor comprova 
que é possível a medição, e conseguinte detecção do circuito sob falta à terra, 
através de um sistema não-invasivo por efeito Hall (Capítulo 6). 
 Os valores medidos no sistema de proteção são: resistência da bobina do 
relé de falta positivo (Rr+), resistência em paralelo a este relé (Rrp+), tensão de 
pick-up (Vpick-up) e tensão de drop-out (Vdrop-out). 
 
 
Figura 35: Vista dos painéis de proteção e da conexão da fonte ao relé 
 
 Através do alicate amperímetro/multímetro da Minipa [14], mediram-se os 
valores das resistências (Rr+) e (Rrp+) na escala de 20kΩ com erro máximo de ± 
(1,0%+2D). Os resultados encontrados foram utilizados para medir as resistências 
do relé de falta negativo e positivo e obtiveram-se os seguintes valores: 
 
 60
Ω== −+ kRR rr 47,4 
Ω== −+ kRR prpr 33,4 
 Com uma fonte de corrente contínua e um voltímetro (exatidão de: ± 
0,5%+1Dígito), obteve-se o ensaio do valor da tensão de pick-up (Vpick-up) e a 
tensão de drop-out (Vdrop-out) através do ajuste fino da fonte, sendo estas as 
tensões de referência ao acionamento e ao desacionamento do relé, 
respectivamente. 
Vale ressaltar que a medição indireta (aquelas cujas equações utilizam os 
valores medidos) desses valores é complicada devido à dificuldade do ensaio em 
subestação, por causa do risco da propagação da atuação da proteção a outros 
equipamentos. 
Após a desconexão do relé do sistema de proteção, fez-se variar a tensão na 
bobina até a atuação (pick-up) e abertura do relé (figura 36). 
 
 
Figura 36: Conexão à bobina do relé 
 
 61
 Para a conclusão sobre a resposta da bobina do relé à injeção de tensão, 
foram efetuadas 3 medidas da tensão de pick-up (Vpick-up) e da tensão de drop-out 
(Vdrop-out). 
Tabela 5: Valores do ensaio de resposta do relé 
Número do Ensaio Vpick-up [V] Vdrop-out [V] 
1 83,3 12,8 
2 83,4 13,2 
3 83,1 13,3 
 
Tomando-se as médias dos valores, obtêm-se como respostas do ensaio: 
V3,83V up-pick = (19)
V1,13V out-drop = (20)
 
Através destes valores e do conjunto de fórmulas, chegou-se ao valor da 
resistência de falta (RF) após o período de transitório (≈ 60 ms). Este valor definirá 
qual a resistência mínima de isolamento à terra do pólo positivo para a atuação da 
proteção do serviço auxiliar. Portanto, têm-se: 
Tensão sobre o relé 64P: 
VVVV uppickrpr 3,83=== −++ 
 
Tensão sobre o relé 64N: 
 
 62
 
VVVV uppickauxsr 7,483,83132.. =−=−= −− (21)
 
Corrente total proveniente do serviço auxiliar: 
mA
RR
V
I
prr
r
T 9,37
4330
1
4470
1
1
3,83
11
1
=
+
=
+
=
++
+ 
(22)
 
Corrente de falta à terra (IRF), no instante do acionamento do relé: 
mA
RR
V
IIII
prr
r
TrTRF 8,15
4330
1
4470
1
1
7,480379,0
11
1
=
+
−=
+
−=−=
−−
−
− 
(23)
 
Para o cálculo do valor da resistência equivalente de falta tem-se: 
Ω=== − 5,3090
0158,0
7,48
RF
r
F I
V
R (24)
 
Portanto, uma resistência de isolamento entre pólo negativo à terra menor 
que 3090,5 Ω faz com que o sistema de proteção na subestação do Roçado em 
Florianópolis – SE-FLO atue. 
Dando continuidade aos objetivos desta prática, buscam-se os valores 
mínimo e máximo da corrente de falta (IF) após o período de transitório, os quais 
 
 63
são os objetos que se procura para comprovação do funcionamento do sistema 
de medição do circuito sob falta, através da garra de corrente por efeito Hall. 
Para o cálculo do valor mínimo de atuação, considera-se a resistência 
mínima equivalente de isolação para a atuação do relé como sendo RF=3090,5 Ω. 
Nesta situação, são utilizados os valores medidos através do alicate 
amperímetro/multímetro Minipa modelo ET-3200A, os valores da resistência série 
com a lâmpada, Rsl=2820 Ω e a própria resistência da lâmpada, Rl=1360 Ω. 
Esta parte do cálculo, referente à terceira etapa de funcionamento da 
atuação da proteção, envolve o fechamento dos contatos normalmente abertos 
(NA) do relé de proteção de falta positiva (64P), que adiciona uma resistência 
série e uma resistência da própria lâmpada em paralelo com o relé 64P. Portanto, 
modifica-se o circuito, conforme formulário tratado e tem-se nova faixa de valores 
de corrente de falta (IF) que vai da resistência mínima de isolação equivalente até 
um curto-circuito franco (3090,5 Ω>RF>0 Ω). 
A corrente total nesta ocorrência demandada do serviço auxiliar é: 
 
( )lsl
prr
prrFprr
auxs
T
RR
RR
RRRRR
V
I
+
+








+
+
++
=
++
++−−
1
.
1
1
111
1
.. 
(25)
 
 
Substituindo os valores, tem-se: 
 
 
 64
mAIT 6,48
13602820
1
43304470
4330.4470
1
1
5,3090
1
4330
1
4470
1
1
132
=
+
+






+
+
++
= 
 Então, a tensão sobre o relé 64P, que está em paralelo com o conjunto 
lâmpada e em série com o resistor RL, é: 
VI
RR
RR
RR
V T
lsl
prr
prr
r 8,694,1437.0486,0.1
.
1
1
==
+
+








+
=
++
++
+ 
(26)
 
E a tensão sobre o relé 64N é: 
VVVV rauxsr 2,628,690,132.. =−=−= +− (27)
 
Através destes valores, é possível perceber que o desbalanço das tensões 
para este tipo de proteção retorna a valores de menor desequilíbrio, em torno de 
5,76%. 
VVdesbalanço 8,38,69662,6266 =−=−=∆ (28)
 
%24,94
66
100.2,66% ==∆ −rV (29)
 
%76,105
66
100.8,69% ==∆ +rV (30)
 
 65
 
Com este valor de tensão sobre o relé, este ainda se mantém acionado 
devido ao fato do seu sinal de desacionamento, Vdrop-out , ser igual a 13,1 V. Para 
uma confirmação do funcionamento da proteção é possível, através do botão de 
rearme (BR), saber se a falta à terra ainda existe, caso o isolamento de pólo à 
terra ainda seja menor que RF=3082,5 Ω. 
Como a tensão na resistência de falta equivalente (RF) é igual à tensão do 
relé de detecção de falta negativo em paralelo com o resistor RPr tem-se, para o 
caso de máxima resistência de falta, RF=3082,5 Ω: 
 
VVV
FRr
2,66==− (31)
 
mA
R
V
I
F
r
R
F
F
2,20
5,3082
2,66
=== (32)
 
Para o cálculo do valor máximo da corrente de falta, considera-se a 
resistência mínima de falta, RF=0Ω. 
lsl
prr
prr
auxs
T
RR
RR
RR
V
I
+
+








+
=
++
++
1
.
1
1
..
(33)
 
 
 66
mAIT 9,914,1437