Apostila de Proteção de Sistemas Elétricos Prof. Marcos A. Dias de Almeida Natal, fevereiro de 2000

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Apresentação: Esta apostila foi confeccionada com base nas notas de aulas da disciplina Proteção de Sistemas Elétricos do curso de graduação em Eng. Elétrica da UFRN, portanto, tem como objetivo principal, servir de roteiro para os alunos que estão cursando a disciplina. É composta de oito capítulos. Os quatro primeiros, que constituem a maior parte do curso, versam sobre a proteção de sistemas aéreos de distribuição. Os quatro últimos, dão uma introdução sobre as filosofias das proteções direcional, distância, diferencial e digital. No apêndice A, está feita uma revisão da teoria de cálculo de curto-circuito em sistemas de distribuição radial.

No apêndice B, são dados alguns conceitos básicos de transformador de corrente para serviço de proteção. Em anexo, são dadas as curvas tempo x corrente geralmente usadas durante o curso, no estudo de proteção de sobrecorrente de sistemas aéreos de distribuição.

Índice por capítulo: Capítulo 1 ASPECTOS GERAIS DA PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS Pág.

1.1 Introdução 1-1 1.2 Funções básicas de um sistema de proteção 1-1 1.3 Propriedades básicas de um sistema de proteção 1-1 1.4 Níveis de atuação de um sistema de proteção 1-1 1.5 Correntes simétricas e assimétricas 1-2 1.6 Curto-circuito (estudo qualitativo) 1-3 Tab. 1.1 Estatística de faltas 1-3 1.6.1 Comportamento de corrente de curto-circuito 1-3 1.6.2 Fatores de assimetria 1-4

Capítulo 2 CHAVES-FUSÍVEIS PARA PROTEÇÃO DE ALIMENTADORES

E TRANSFORMADORES Pág.

2.1 Introdução 2-1 2.2 Chaves-fusíveis 2-1 Tab. 2.1 Chaves fusíveis mais usadas no Brasil 2-3 2.3 Dimensionamento de chaves-fusíveis 2-3 2.4 Elos-fusíveis 2-4 Tab. 2.2 Correntes nominais e admissíveis de elos H e K e as respectivas chaves 2-5 2.5 Dimensionamento de elos-fusíveis 2-6 2.5.1 Elo-fusíveis para proteção de transformador 2-6 Tab. 2.3 Elos-fusíveis para proteção de transformadores de distribuição 2-7 2.5.2 Elos-fusíveis para proteção de circuitos primários 2-7 Tab. 2.4 Coordenação de elos K e H 2-8 Tab. 2.5 Coordenação de elos T e H 2-8 Tab. 2.6 Coordenação de elos K 2-9 Tab. 2.7 Coordenação de elos T 2-9 2.6 Exercício de aplicação 2-10 2.7 Exercício proposto 2-10

Capítulo 3 APLICAÇÃO DE RELÉS DE SOBRECORRENTE NA PROTEÇÃO

DE ALIMENTADORES Pág.

3.1 Introdução 3-1 3.2 Relés de sobrecorrente 3-1 3.2.1 Curvas características 3-1 3.2.2 Unidades instantânea (50) e temporizada (51) 3-3 3.2.3 Esquema básico de ligação 3-4 3.3 Determinação de relação de TC 3-5 3.4 Critérios para ajustes da corrente mínima de atuação 3-5 3.5 Ajuste de curvas corrente x tempo das unidades temporizadas 3-8 3.6 Seletividade relé x relé 3-9 3.7 Seletividade relé x elo-fusível 3-9 3.8 Exercício de aplicação 3-10 3.9 Exercício proposto 3-17

Capítulo 4 RELIGADOR E SECCIONALIZADOR Pág.

4.1 Introdução 4-1 4.2 Religadores 4-2 4.2.1 Aplicação e especificação 4-3 4.2.2 Seqüências de operação 4-3 4.2.3 Critérios para ajustes 4-5 4.3 Coordenação religador x elo-fusível do lado da carga 4-7 4.4 Coordenação religador x elo-fusível do lado da fonte 4-8 4.5 Coordenação relé x religador 4-10 4.6 Coordenação religador x religador 4-12 4.7 Seccionalizadores 4-13 4.7.1 Função de proteção 4-14 4.7.2 Aplicação 4-15 4.7.3 Características funcionais 4-15 4.8 Coordenação religador x seccionalizador 4-16 4.9 Coordenação seccionalizador x seccionalizador 4-17 4.10 Coordenação religador x seccionalizador x elo-fusível 4-17 4.11 Coordenação e seletividade 4-17 4.12 Exercício proposto 4-18

Capítulo 5 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DIRECIONAL Pág.

5.1 Introdução 5-1 5.2 Equação característica de um relé direcional 5-2 5.3 Relé do tipo corrente - corrente 5-2 5.4 Relé do tipo tensão – corrente 5-3 5.5 Conexões de relés direcionais 5-4 5.6 Esquema de ligação de um relé sobrecorrente direcional (proteção de fase) 5-6

Capítulo 6 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA Pág.

6.1 Introdução 6-1 6.2 Plano R – X 6-3 6.3 Relé de distância tipo impedância 6-3 6.4 Relé de distância tipo mho 6-6 6.5 Relé de distância tipo reatância 6-7 6.6 Outras características de relés de distância 6-7

Capítulo 7 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DIFERENCIAL Pág.

7.1 Introdução 7-1 7.2 Relé diferencial percentual 7-1 7.3 Característica de operação do relé percentual 7-2 7.4 Requisitos para a proteção diferencial de transformador 7-2 7.5 Esquemas de proteção diferencial de transformador 7-4 7.6 Influência de correntes harmônicas na proteção de transformador 7-9

Capítulo 8 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DIGITAL Pág. 8.1 Generalidades 8-1 8.1.1 Desenvolvimento histórico 8-1 8.1.2 Tecnologia convencional versus digital 8-1 8.1.3 Perfil profissional do engenheiro de proteção 8-2 8.2 Sistemas digitais integrados 8-6 8.3 Filtros de relés de proteção 8-7 8.3.1 Algoritmos de filtros digitais 8-7 8.3.2 Algoritmo de Fourier de um ciclo 8-10 8.4 Proteção digital de linhas de transmissão 8-11 8.4.1 Algoritmo de relé de sobrecorrente 8-11 8.4.2 Algoritmo de relé direcional de sobrecorrente 8-13 8.4.3 Algoritmos de relés de distância 8-14

Apêndice A CURTOS-CIRCUITOS EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO RADIAL

A.1 Introdução A-1 A.2 Descrição do problema A-1 A.3 Determinação de correntes de curto-circuito A-3 A.4 Curto-circuito trifásico A-5 A.5 Curto-circuito bifásico A-6 A.6 Curto-circuito bifásico-terra A-6 A.7 Curto-circuito fase-terra A-7 A.8 Curtos-circuitos através de impedância A-8 A.9 Elevação de tensões nas fases sãs devido ao curto-circuito fase-terra A-10 A.10 Comparação entre os módulos das correntes de curtos-circuitos A-11 A.10.1 Curto-circuito trifásico versus fase-terra A-12 A.10.2 Curto-circuito trifásico versus bifásico-terra A-12 A.10.3 Curto-circuito trifásico versus bifásico A-12 A.11 Exercício de aplicação A-13 A.12 Exercício proposto A-16

Apêndice B TRANSFORMADOR DE CORRENTE PARA PROTEÇÃO

B.1 Introdução B-1 B.2 Características B-2 B.3 Tipos construtivos B-6 B.4 Fenômeno da saturação B-6 B.5 Ligações delta e estrela B-7 B.6 Comportamento em regime permanente B-8

Anexo : Curvas tempo x corrente ----------------------------------------------- Bibliografia ------------------------------------------------------------------------

Bibliográfica: [1] Mason, C. Russel. El Arte y la Ciencia de la Proteccion por Relevadores. Ed. C.E.C.S.A., México, D.F., 6a Edição, 1978. [2] Giguer, Sérgio. Proteção de Sistemas de Distribuição. Ed. Sagra, Porto Alegre, RS, Brasil, 1a Edição, 1988. [3] Coleção Distribuição de Energia Elétrica, Vol. 2 – Eletrobrás. Proteção de Sistemas Aéreos de Distribuição. Ed. Campus, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 1a Edição, 1982. [4] França J. Albini – Manual para Estudos de Proteção de Sistemas Elétricos. Curitiba, PR, Brasil. [5] Stemmer, Fritz Adolf , Bastos, Antonio Carlos – Apostila de Proteção de Sistemas Elétricos de Potência, Vol. 1 e 3 – CEEE – Porto Alegre , Rio G. do Sul, Brasil. [6] Apostila da TRIEL sobre Proteção de Sistemas de Distribuição. [7] Almeida, Marcos A. Dias – Notas de Aulas da Disciplina Proteção de Sistemas Elétricos. Depto. de Eng. Elétrica/UFRN, Natal, RN, Brasil. [8] Ferrer, Hector Jorge Altuve – Curso de Proteção Digital de Sistemas de Potência.V Seminário Técnico de Proteção e Controle, Curitiba, PR, Brasil, 1995. [9] Catálogos de Fabricantes de Equipamentos de Proteção de Sistemas Elétricos. [10] Robba, Ernesto João – Introdução a Sistemas Elétricos de Potência: Componentes Simétricas. Ed. Edgard Blücher, São Paulo, SP , Brasil, 1973 [11] Stevenson Jr., William D.- Elementos de Análise de Sistemas de Potência. Ed. McGraw – Hill do Brasil - 2a Impressão, São Paulo, SP, Brasil, 1976.