1) O documento discute os princípios fundamentais da proteção de sistemas elétricos, incluindo o papel dos relés de proteção e características desejadas como rapidez, sensibilidade e seletividade. 2) Os relés de proteção primários detectam falhas e acionam disjuntores para isolar componentes defeituosos, enquanto relés de retaguarda fornecem proteção adicional caso os primários falhem. 3) Uma proteção ideal opera rapidamente para limitar danos, identifica com precisão

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CAPÍTULO 1
FILOSOFIA DE PROTEÇÃO DOS SISTEMAS
1.1) Introdução:
1.2)
Todos se interessam por um bom produto quando no ato da compra e, como não
poderia deixar de ser, o consumidor de energia elétrica também exige que ela
seja de alta qualidade, ou seja, sem variações na tensão ou freqüência, quer seja
por oscilações, quer seja por interrupções.
Para atender a exigência e necessidade dos consumidores, os sistemas se
armaram de diversos recursos e métodos. Uma solução que amenizou os
problemas de falta de energia em diversas áreas foi a interligação dos sistemas
elétricos, onde desta forma, na interrupção de uma estação geradora, outras
suprirão sua saída. Outra solução é o projeto e manutenção de cada
componente, evitando que qualquer falha possa impedir a sua utilização dentro
do sistema. E, por, último, controlar e minimizar os efeitos de quaisquer faltas
que possam ocorrer. É aqui que os relés de proteção são utilizados nos
sistemas de potência.
A função da proteção é a de causar rápida retirada de operação de qualquer
elemento de um sistema, quando ele sofre um curto-circuito, ou quando operar
sob condição anormal que possa causar dano ou interferir na operação do
restante do sistema.
O elemento de proteção que sente a anormalidade no sistema e que comanda a
retirada do elemento defeituoso é o relé.
Os relés são complementados pelos disjuntores, que vão isolar o elemento
defeituoso quando chamados a fazê-lo pelos relés. Os disjuntores devem ter
capacidade suficiente de suportar momentaneamente a máxima corrente de
curto-circuito que fluir através deles e, então interromper essa corrente.
Uma função secundária de uma proteção é dar indicação da localização e do tipo
de falta.
De uma maneira geral, a exploração de um sistema de energia elétrica
requer:
• Programas de geração
• Esquemas de interconexões adequados
• Utilização de um Conjunto Adequado de Proteções

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1.1.1. Programas de Geração:
a) Para utilização mais econômica dos grupos geradores disponíveis;
b) Para evitar sobrecargas permanentes em LT’s e transformadores
1.1.2. Esquemas de interconexões adequados para:
a) limitação do valor da corrente de curto FASE/FASE a um valor suportável
pelo equipamento (40 KA em 380 KV, 30 KA em 220 KV);
b) evitar transferência indevida de carga para as linhas e equipamentos, em caso
de falhas em outros locais. Isso poderia provocar, por exemplo:
sobreaquecimentos, proteção errada, perda de sincronismo entre os sistemas
interligados.
1.1.3. Utilização de um conjunto adequado de proteções
a) Após uma falha, deve-se assegurar a continuidade de alimentação ao maior
número de usuários; resguardar a rede e o equipamento atingido.
Para atingir esses objetivos o sistema de proteção deverá:
• Retirar ou não de serviço o sistema.
• Alertar o operador
• Para detecção de curtos, sobretensões, perdas de sincronismo, etc., os relés
devem ser vários (não só na quantidade mas, principalmente, nos tipos)
1.2 – A Estatística dos Defeitos
a) Seja um sistema 132/275 KV típico:
Linhas de Transmissão 33% 1 falta / 80 Km
Equipamentos Manobra 10% 1 falta / 450 MW
Transformadores 12% 1 falta / 15 MW
Geradores 7% 1 falta / 40 MW
TC, TP, Relés, Fios 29% 1 falta / 150 MW
b) Sistema EHV típico:
• Desligamento por descargas atmosféricas: 10 – 20% do total
• Tempo médio de interrupção, em 10 anos:
- Para tempestades: 2,3 min/ano
- Pelo total de defeitos: 12 min/ano
• Defeitos passageiros: 95% dos casos (85% dos defeitos passageiros são(F-T).

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c) Distribuição normalmente esperada para as falhas
• Devidas à natureza elétrica diversa → 73%
• Má atuação de relés → 12%
• Erros de pessoal → 15%
Observações: As estatísticas não são perfeitamente confiáveis devido:
• às displicências nas anotações
• porque as faltas dependem muito da localização do sistema.
No entanto, para a fase de planejamento, os dados estatísticos ajudam.
1.3 – Aspectos Considerados na Proteção
1. Operação normal
2. Prevenção contra falhas elétricas
3. Limitação dos defeitos devido às falhas
1.3.1- Operação Normal
• Inexistência de falhas do equipamento;
• Inexistência de erros do pessoal de operação
1.3.2-Prevenção Contra Falhas
• Isolamento adequado
• Uso de cabos pára-raios e baixa resistência de pé-de-torre
• Adequadas instruções de operação e manutenção.
1.3.3-Limitação dos Defeitos
• Colocando reatores limitadores do valor das correntes de curto
• Os equipamentos devem ser projetados para suportar os efeitos mecânicos e
térmicos das correntes
• Existência de circuitos duplos e geradores de reserva
• Existência de observação humana e por aparelhos, do cumprimento das
medidas preventivas.
• Análise constantes sobre mudanças no sistema (LOAD – FLOW, cálculos de
curtos) ⇒ reajustes nos relés, variações nas instruções operativas.
• Existência de releamento: observe que esta é apenas uma providência a
mais

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1.4 – Análise Geral da Proteção
1.4.1- Proteção:
• Contra incêndio
• Pelos relés e fusíveis
• Contra descargas atmosféricas e surtos de manobra
1.4.2- Principais considerações de um Estudo de Proteção:
• Elétricas: Tipos de faltas, estabilidade, características gerais e regime de
operação dos equipamentos.
• Econômicas: Custo do equipamento a ser protegido x custo do sistema de
proteção.
• Físicas: Facilidade de manutenção dos relés, TC’s e TP’s, filtros. Distância
entre pontos de releamento.
Nota: O releamento, a um custo de 2% a 5% daquele do equipamento
protegido, minimiza:
• O custo de reparação dos estragos
• A probabilidade de que o defeito possa se propagar e envolver
outro equipamento
• O tempo que o equipamento fica inativo (reduzindo as reservas)
• Perda de renda e o descontentamento público.
1.5 – Características Gerais dos Equipamentos de Proteção
Regras Básicas :
1. Se não há defeito; a proteção não atua: desligamentos desnecessários serão
evitados.
2. Caso haja defeito na zona de controle do relé, as ordens devem ser precisas.
Funções da Proteção por Releamento:
a) Função principal: promover uma rápida retirada do elemento que sofre a
falta, ou quando ele começa a operar anormalmente.
O Relé aciona o disjuntor e este é que abre o circuito:

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Figura 1
b) Função secundária: localiza o defeito e descobre o tipo de defeito
1.5.1. Princípios Fundamentais dos Relés
Consideremos inicialmente somente a proteção contra curto-circuito. Há
dois grupos de tais equipamentos, um denominado principal e outra de
retaguarda (back-up). A proteção principal constitui a primeira linha de defesa,
enquanto que a de retaguarda atua quando falha a proteção principal. Quando
dizemos que a proteção principal falha, significa que uma dentre várias coisas
pode acontecer e impedir a eliminação de uma falta no sistema. Isto pode
acontecer devido a falhas:
• na alimentação de corrente e tensão;
• no disjuntor;
• nos relés de proteção;
• Nos TC’s e TP’s,
• na alimentação DC no circuito de trip, etc.
a) Relés principais ou primários:
Uma zona de proteção é estabelecida ao redor de cada elemento do sistema.
• Disjuntores são colocados na conexão de cada dois elementos
• Superposição de zonas: visa socorrer em caso de falha de uma proteção
(prejudica àseletividade)
• Superposição sobre disjuntores: desta forma se tem, realmente, o socorro
necessário.

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Figura 1.1: Zoneamento da proteção
Referindo-se a figura 1.1, a primeira observação é que os disjuntores são
localizados em conexão a cada elemento do sistema de potência, fato que torna
possível desconectar somente o elemento faltoso.
Ocasionalmente, pode-se omitir um disjuntor entre dois elementos
adjacentes, isto no caso em que ambos elementos devam ser desconectados para
uma falta em qualquer um deles.
A segunda observação é que uma determinada zona de proteção é
estabelecida em torno de cada elemento do sistema, significando que qualquer
falta que ocorra dentro dessa região ocasionará trip, isto é, desligamento de
todos os disjuntores dentro desta zona e somente destes. É evidente que, para
faltas dentro da região onde duas zonas de proteção adjacente se sobrepõem,
mais disjuntores serão desligados do que o número mínimo necessário para
desconectar o elemento defeituoso. Porém, se não houvesse essa superposição,
uma falta na região entre as zonas poderia situar-se em nenhuma delas e,
portanto, não haveria desligamento de disjuntores.

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b) Relés de Retaguarda:
A proteção de retaguarda deve ser arranjada de maneira que o motivo
causador de falhas na proteção principal não o faça na proteção de retaguarda.
Para isso, a mesma deve ser localizada de maneira a não empregar ou controlar
qualquer coisa em comum com a proteção principal, para o qual servirá de
retaguarda.
Uma segunda função da proteção de retaguarda é, freqüentemente, prover
proteção quando o equipamento principal estiver fora de serviço para
manutenção de reparo.
Quando atuados provavelmente o equipamento protegido terá sido forçado
acima de sua capacidade: uma boa manutenção no mesmo é recomendada.
Relés Auxiliares: usados para sinalizar, como temporizador, multiplicador de
contatos, etc.
Os relés de retaguarda devem ser localizados, de preferência, em subestação
diferente daquela dos relés principais.
Figura 1.2
• Para curtos na linha EF, os relés de retaguarda desligarão A, B, I, J.
Isto é, falhando o disjuntor E, os disjuntores A e B devem abrir. Estes,
estando distantes do equipamento que falhou (E), não serão tão afetados,
como talvez o sejam C e D.
• Os relés de retaguarda em A, B e F fornecem proteção de retaguarda para
faltas na substação “K”.
• Para faltas na LT “BD” os relés de retaguarda estão em A e F.
• Quando a proteção de retaguarda atua, uma maior parte do sistema é
desconectada.

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A proteção de retaguarda deve operar com suficiente temporização, de maneira
que os relés principais tenham tempo suficiente para atuar. Isto é: quando
ocorre um curto, partem normalmente as proteções principal e de retaguarda.
Os relés principais deverão desligar os disjuntores necessários para
remover o elemento em curto.
A proteção de retaguarda então rearmará, sem ter tido tempo para
completar sua atuação.
EXEMPLOS:
1)
Falta Disjuntores
Abertos
A 1, 2, 3
B 1, 2, 3
C 3
2)
Não havendo superposição de
zonas: Para curtos em P e Q ⇒ a
proteção não será acionada, pois
estes pontos não pertencem a
nenhuma zona de proteção.
3)

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• Curto no trecho 3-7:
Proteção principal: disjuntor 3 e 7
abrem
Proteção retaguarda: disjuntor 8 e
4 abrem ou não
• Curto na substação 2-7:
Proteção principal: disjuntor 2 e 7
devem abrir
Proteção retaguarda: disjuntor 8 e
3
1.6 – Características Funcionais do Releamento
As características funcionais exigidas dos equipamentos de proteção são:
• rapidez de operação
• sensibilidade,
• seletividade,
• confiabilidade (exatidão e segurança)
a) Velocidade ou Rapidez de Ação
• Diminuem a extensão do dano ocorrido (≈ RI2
t)
• Auxiliam a manutenção da estabilidade das máquinas em paralelo
• Melhoram as condições para re-sincronização de motores
• Mantém as condições normais de operação das partes sadias.
• Diminuem o tempo de paralisação dos consumidores
Relés Rápidos
serdevem
aassociados
⇒ disjuntores Rápidos

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⇒ aumentando-se a velocidade de operação, maiores cargas podem ser
transportadas, sem perda de sincronismo.
Onde a estabilidade é um problema, os relés de proteção podem aumentá-la,
desde que eles sejam rápidos.
b) Sensibilidade
Os relés e o sistema devem ser suficientemente sensíveis, de maneira a operarem
os relés, nas anormalidades. A condição de mínima geração é, geralmente, o
critério que decide a sensibilidade do relé: nesta condição, tem-se a mínima
corrente de curto através do relé, para a qual ele deve ser suficientemente
sensível para operar e remover efetivamente a falta.
sibilidadesendefatorI/IK ppccmín
==
míncc
I = mínima corrente de curto
Ipp = corrente mínima de acionamento ou de “pick-up”, exigida pelo fabricnate
do relé.
K > 1,5 a 2, normalmente
c) Seletividade:
É a capacidade da proteção:
I) Em reconhecer uma falta e desligar o número mínimo de disjuntores para
eliminar a falta.
II) Selecionar as condições em que uma imediata operação é requerida e aquelas
em que nenhuma operação ou retardo de atuação é exigido.
d) Confiabilidade:
É a probabilidade de um componente, um equipamento ou um sistema satisfazer
à função prevista: atuar corretamente sob as condições esperadas e não operar
incorretamente devido a causas estranhas.
Ao contrário da maioria dos outros elementos de um sistema, os relés
permanecem inoperados a maior parte do tempo.
Alguns tipos de relés podem operar uma vez em vários anos (Os relés de linhas
operam mais freqüentemente).
Isso requererá do relé: simplicidade e robustez (empregando-se matéria-
prima e mão-de-obra especiais).

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1.7 – Relação entre Relés de Proteção e Operadores
Em certas ocasiões, um operador alerta e habilidoso poderá evitar a
remoção de serviço de um importante elemento do sistema.
Isso ocorre quando as condições anormais se desenvolvem lentamente e
o operador tem tempo de perceber o ocorrido e corrigir a situação (ex.: uma
sobrecarga num gerador).
1.8 – Operação dos Relés de Proteção
Todos os relés para proteção de curto e vários outros tipos de relés operam pela
eficácia da corrente e/ou tensão vindas de TC’s e TP’s. Através de mudanças
individuais ou relativas de I e V, os relés detectam a falta e sua localização.
Para cada tipo e local das falhas há algumas diferenças e, assim, vários tipos de
equipamentos de proteção existem. Cada um é projetado para reconhecer uma
diferença particular e operar em resposta a isso.
Diferenças Possíveis:
Magnitude, freqüência, ângulo de fase, direção, duração, forma de onda.
Exercícios
Para o sistema abaixo, determine:
• Local do curto
• Algum disjuntor deixou de abrir
• Assumir uma falha por vez
CASO DISJUNTOR QUE ABREM
a 4, 5, 8
b 3, 7, 8
c 3, 4, 5, 6
d 1, 4, 5, 6
e 4, 5, 7, 8
f 4, 5, 6

12. 12
2) Exemplo número 1 da página 10 – Caminha.