Prova 1 Medidas Elétricas e Proteção de Sistemas Elétricos

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ 
 
 
Prova 1 – Medidas Elétricas e Proteção de 
Sistemas Elétricos 
Data 
21/05/2021 
NOME ALUNO: Caroline Marques Souza7 
DISCIPLINA: Medidas Elétricas e Proteção de 
Sistemas Elétricos 
PERÍODO: 9º 
PROFESSOR: Janio Denis Gabriel E-MAIL: janio.gabriel@gmail.com 
Valor máximo da Prova: 10,0 
 
Exercício 01 – O circuito abaixo representa um sistema de medição de corrente contínua 
com resistor Shunt no barramento de um quadro industrial. A corrente máxima nominal do 
barramento é de 1200 A, é recomendado que o shunt seja dimensionado para que a 
corrente nominal contínua não ultrapasse 80% do valor nominal da corrente do shunt. A 
classe de exatidão do shunt é normalmente de 0,5%. 
 
A tabela abaixo mostra alguns modelos de Shunt: 
 
a) Especifique o modelo e corrente nominal do Shunt a ser utilizado; (0,5) 
0,8.1200 = 960A, esse valor não é tabelado, nesse caso, iremos escolher o mais 
próximo, que é MODELO MACONIC M10005, 800A. 
 
 
 
 
 
 
 
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b) Calcule o valor de resistência do Shunt utilizando os valores de corrente e tensão 
nominais do Shunt escolhido, seu erro percentual e absoluto; (0,5) 
 
 
 
c) Sabendo que no barramento passa uma corrente nominal de 1000 A, calcule a 
queda de tensão proporcional no shunt escolhido, incluindo erro percentual e 
absoluto; (1,0) 
 
 
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d) Em uma outra situação de corrente desconhecida passando pelo barramento, foi 
medida a queda de tensão no Shunt com dois aparelhos distintos. Um deles é um 
multímetro digital ET-2042F - MINIPA com 3+5/6 dígitos na escala de 60 mV, que 
apresenta um erro de 0,5% de medição e mais 2 dígitos nessa escala, o multímetro 
apresentava um valor de 35,12 mV no display. O outro instrumento é um 
milivoltímetro analógico GVT-417B, sendo utilizado na escala de 100 mV, com +/- 
3% de erro do fundo de escala, lendo um valor na agulha de 34,5 mV. Efetue a 
medição de corrente que está passando no barramento, de forma indireta, com os 
dois instrumentos, apresentando o erro absoluto e percentual e, de acordo com o 
erro percentual, defina qual é o instrumento mais preciso. (2,0) 
 
 
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Relé 
Exercício 02 – Deseja-se especificar TCs para proteção e um TP auxiliar para 
alimentação do relé no lado de alta tensão para uma cabine primária de 13,8 kV e 
transformador de 300 kVA que é compartilhado por dois consumidores no grupo B, tal 
como esquema unifilar abaixo e diagrama de multifilar de ligação do relé. 
Figura 1 - Diagrama unifilar de fornecimento em tensão primária com compartilhamento de transformador. 
 
 
 
 
 
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Figura 2 - Diagrama de alimentação e disparo capacitivo do sistema de proteção. 
 
a) Especificar os TCs de proteção de acordo com os seguintes parâmetros: (1,0) 
a. corrente e relação nominais: 
S = 300 kVA 
V = 13,8 kV 
 
𝑆 = 𝐼𝑛 = 
𝑆
𝑉√3
= 
300𝑘
13,8𝑘√3
= 12,6 𝐴 
 
Segundo a NBR 6856, o fator de sobrecorrente (Fs) é 20.In, dessa forma: 
 
𝐼𝑛𝐹𝑠 = 20 ∗ 12,6 = 252 𝐴 
 
250-5 A 
50:1 
 
Se considerarmos o manual do Relé URP6000: 
 
𝑆 = 0,007 ∗ 5 = 0,175 𝑉𝐴 
 
 
Será considerado carga no secundário de 2,5 VA. 
 
**Especificação** 
Transformador de corrente 15 kV, 250-5 A, Ft = 1,2,10B10 C2,5 VA 
b. nível de isolamento: NBR 6856 
Tensão máxima = 15kV 
Tensão a frequencia industrial= 34kV 
NBI = 110 kV 
 
c. frequência nominal: 60 Hz 
d. carga nominal: 10 -> erro percentual: 10% 
e. classe de exatidão: 252 A 
f. fator de sobrecorrente nominal: 20% de 250 A: 1,2 
g. fator térmico nominal: 
h. uso interno ou externo: Interno 
 
b) Especificar o TP auxiliar de acordo com os seguintes parâmetros (caso aplicável): (1,0) 
a. tensão máxima: 15 kV 
b. nível de isolamento: NBR 6856 
Tensão a frequencia industrial = 34 kV 
NBI = 110kV 
c. frequência nominal: 60 Hz 
d. carga nominal: Se considerarmos o manual do Relé URP6000 a carga nominal mínima é de 6 
VA, a carga normal do TP vai ser 12,5VA. P12,5, de acordo com os valores tabelados. 
e. classe de exatidão: 
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f. número de enrolamentos secundários: 1 
g. relação de transformação nominal: 13800/115 = 120 ->120:1 
h. conexão dos enrolamentos secundários: ligação fase-fase – grupo de ligação 1,115V no 
secundário 
i. carregamento máximo dos enrolamentos secundários: 12,5 VA 
j. potência térmica de cada enrolamento: 1,15 – para o grupo de ligação 1 
k. uso interno ou externo: Interno 
 
**Especificação** 
Transformador de Potencial 15kV, 13800-115 V 0,6P12,5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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c) Pesquise em site de fabricantes um modelo aplicado ao TC e outro ao TP especificados. (0,5) 
 
TC = 
 
 
 
 
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TP= 
 
 
 
 
 
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Exercício 03 – Em relação aos relés de proteção digitais (ou numéricos) e ao processo de 
digitalização de sinais desses equipamentos modernos, responda: 
 
a) Cite ao menos 3 vantagens dos relés digitais em relação aos antigos relés de 
proteção eletromecânicos? (0,5) 
Maior facilidade de manutenção e integração com outras tecnologias, maior 
flexibilidade, melhor desempenho de proteção e melhor estabilidade a longo prazo. 
 
 Maior facilidade de manutenção: existe uma propensão para padronizar o 
hardware, resultando em uma maior flexibilidade de manutenção. 
 
 Facilidade de integração com novas tecnologias: integrando o 
 sistema de supervisão e controle da subestação usando protocolos de 
comunicação. 
 
 Maior flexibilidade: o firmware está implementado no relé, tornando de facil 
modificação curvas e funções de proteção. Entre as funções do relé também estão 
oscilografia, proteção de falha do disjuntor... entre outros. 
 
 Melhor desempenho da proteção: o firmware nos permite implantar 
 algoritmos aprimorados de proteção 
 
 Melhor estabilidade a longo prazo: o envelhecimento dos componentes é quase 
irrelevante para o desempenho. 
 
b) Um relé digital é composto por vários subsistemas, compreendendo entradas 
analógicas, entradas digitais, saídas digitais, saídas de trip, memória de massa e 
portas de comunicação. Em relação a cada subsistema indique qual a função e a 
que tipos de dispositivos podem ser conectados. (0,5) 
 
 Entrada Analogica: Proporciona proteção contra as interferências eletromagnéticas 
conduzidas pelos cabos de sinais utilizando TP’s e TC’s auxiliares e varistores. 
 Transformação dos sinais de saída dos TC’s e TP’s em sinais convenientes para a 
entrada do A/D. Filtragem analógica do sinal exerce a função de compatibilizar o 
espectro de freqüência do sinal com a taxa de amostragem. A digitalização do sinal 
consiste na amostragem, quantização e codificação. É responsável pela interface 
entre os sinais do microprocessador e os 
 sinais digitais externos e o sistema de entrada e saída digital fornece blindagem e 
proteção contra surtos. 
 
 Entrada Digital: A entrada digital de um relé de proteção está ligada com a logica 
do relé e memoria de massa, onde ocorre todo o processamento deste relé de 
proteção. A atuação depende do firmware, função de proteção, entre outros 
parametros. 
 
 Memoria de massa: Após o processo de digitalização, estas amostras são 
armazenadas em uma fila de tamanho determinado (contém as últimas M 
 Amostras que são janela de dados). Sempre que uma nova amostra é adicionada à 
janela, a amostra mais anterior é perdida. A lógica do relé é o firmware que 
determina as características funcionais do relé. 
 
 
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 Comunicação: A comunicaçãorecebe os sinais analógicos da entrada, a saída 
digital logo após o processamento da entrada, o dispositivo de relogio alimenta a 
saída serial (canal serial) do relé de proteção. 
 
 Saida Digital: São muito utilizadas para comandar, acionar e desacionar com base 
na função desempenhada pelo relé as saidas digitais de estado 0 ou 1. 
 O Sinal de Trip faz parte da Saída digital e é utilizado nos relés de proteção 
 com base na medição trazidas pelo processador. 
 
 
c) Os sinais são digitalizados no conversor A/D e um algoritmo filtra apenas a 
componente da frequência nominal de cada fase. Já que o algoritmo filtra a 
componente da frequência nominal, em baixa frequência, porque é necessário um 
filtro passa-baixas antes do sinal entrar no A/D? (0,5) 
 O sistema anti-alising (que é o filto passa-baixas) não deixa acontecer 
 a sobreposição de sinais por causa dos componentes de frequencia superior a 
metade da frequencia de amostragem do conversor A/D. 
 
d) Por que geralmente se utiliza apenas a componente da frequência fundamental 
para analisar uma situação de anomalia na rede elétrica? Outras componentes 
diferentes da fundamental podem ser utilizadas também? Justifique a última 
resposta. (0,5) 
 A frequencia fundamental é frequentemente utilizada porque existe um 
defasamento nulo entre a corrente e a tensão em um regine permanete sem 
disturbios. Quando ocorre um disturbio na rede elétrica (como um curto ou uma 
descarga) existe um componente DC junto com outros componentes harmônicas 
no sinal, se não ocorre a etapa de filtragem, afeta o módulo das componentes e 
acontece um defasamento de 90º entre a tensão e corrente, esse fato pode ser 
analisado na resposta do filtro cosseno com os resultados do filtro seno e cosseno. 
 
 
e) Por que é possível utilizar apenas a resposta do filtro cosseno para aplicação do 
filtro seno e cosseno? (0,5) 
Por causa da relação das funções seno e cosseno podemos descobrir uma função 
seno a partir de uma função cosseno. Utiliza-se a convolução para 
 adicionar novos pontos nas componentes reais e imaginárias do filtro cosseno 
 
Exercício 04 – Em relação aos subsistemas que compõem um sistema de proteção como 
TC, TP, Disjuntor, Relé de Proteção e Bateria, responda: 
a) Qual a diferença entre um disjuntor convencional e um caixa moldada? Cite as 
diferenças de um disjuntor caixa moldada utilizado para função de proteção. (0,5) 
O disjuntor convencional não tem proteção termomagnética e o caixa moldada tem 
proteção termomagnética, proteção curto-circuito instantâneo, não utiliza relé de 
proteção e utiliza bobina de disparo. O disjuntor caixa moldada possui proteção 
contra sobrecarga e curto-circuito. 
 
b) Quais os principais acessórios relevantes de um disjuntor para proteção com relé 
digital? (0,5) 
Para o disjuntor de proteção com relé digital poder atuar é necessário ter uma 
bobina de abertura, TC embutido (para a leitura de corrente para o relé) e o motor 
para carregar mola. 
 
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c) É necessário a utilização de disjuntores com disparadores de corrente embutido se 
é utilizado em conjunto com relé digital? Qual a única explicação para se utilizar em 
conjunto com relé digital? (0,5) 
Não, quando há necessidade que ocorra a abertura do disjuntor com tempo e 
corrente abaixo da curva do disparador do disjuntor. 
 
d) Por que é necessário utilizar fontes capacitivas para alimentação de relés de 
proteção? Pode ser utilizada mais de uma para o mesmo relé? Justifique sua 
resposta. (0,5) 
A fonte capacitiva é uma fonte alternativa e segura que garante o fornecimento de 
energia para a abertura do disjuntor mesmo havendo a falta de energia elétrica. 
Sim, uma fonte capacitiva é usada para fornecer energia para alimentar o relé e a 
outra fonte é usada para fazer a abertura do disjuntor.