Edilson Nogueira Rodrigues Jefferson Ferreira Barbosa · 2019-08-02 · Aos meus filhos Guilherme...

Sistema de Proteção de Um Micro-Gerador de Energia Elétrica de

10kVA

Edilson Nogueira Rodrigues Jefferson Ferreira Barbosa

2o Semestre / 2013

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE TUCURUÍ FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

TUCURUÍ-PARÁ

UFPA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

CAMPUS UNIVERSITÁRIO TUCURUÍ

FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

EDILSON NOGUEIRA RODRIGUES

JEFFERSON FERREIRA BARBOSA

SISTEMA DE PROTEÇÃO DE UM MICRO-GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA DE 10kVA

TRABALHO SUBMETIDO AO COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA.

Tucuruí 2013

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DEDICATÓRIA DE EDILSON

Dedico este trabalho a minha Esposa Alcir Alves Rodrigues e as minhas filhas Joyce e

Júlia, por estarem sempre presentes em minha vida.

Aos meus pais Jose Dias e Benedita Nogueira, a quem eu devo a minha existência.

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DEDICATÓRIA DE JEFFERSON

Dedico este trabalho a minha Esposa Fernanda Barbosa e aos meus Filhos Guilherme

Francisco, Maria Eduarda e Pedro Francisco, por estarem sempre presentes em minha vida.

De maneira muito especial aos meus pais Francisco Barbosa e Maria Suane, por todo

seu esforço e dedicação, sempre me apoiando e incentivando.

vi

AGRADECIMENTOS DE EDILSON

Agradeço em primeiro lugar a Deus que iluminou o meu caminho durante esta

caminhada.

Agradeço a minha esposa, Alcir Alves Rodrigues, que de forma especial e carinhosa

me deu força e coragem, me apoiando nos momentos de dificuldades.

Agradeço as minhas filhas, Joyce e Júlia, que apesar de longe sempre incentivaram-

me, iluminando de maneira especial os meus pensamentos e me levando a buscar mais

conhecimentos.

Agradeço também, de forma grata e grandiosa a meus pais, Jose Dias e Benedita, a

quem eu devo a minha existência.

Aos meus amigos e familiares de modo geral.

Ao orientador Prof. Dr. Ivaldo Ohana, por todo apoio e orientação.

Aos colegas de turma de Engenharia Elétrica de 2005 e 2007 e aos professores da

Faculdade de Engenharia Elétrica de Tucuruí.

A ELETRONORTE, e ao colega de trabalho Engenheiro Eletricista Davi Carvalho

Moreira, pela oportunidade de participar do projeto de estudo de pesquisa P&D Controle

Vetorial, para a realização deste trabalho.

Aos professores da UFPA envolvidos no projeto de pesquisa, em especial ao Prof. Dr.

Walter Barra Junior.

Aos pesquisadores da UFPA, Msc. Cleyson Amorim Costa e graduando Anderson de

França Silva.

Ao amigo Jefferson Ferreira Barbosa, pela objetividade, perseverança, dedicação e

apoio nas dificuldades.

A todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho.

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AGRADECIMENTOS DE JEFFERSON

Agradeço primeiramente a Deus por esse sonho realizado.

A minha amada esposa Fernanda Barbosa, por me apoiar e estar sempre ao meu lado

me incentivando e acreditando na nossa vitória.

Aos meus filhos Guilherme Francisco, Maria Eduarda e Pedro Francisco, que são meu

objetivo de vida.

Aos meus pais Francisco Barbosa e Maria Suane por todo apoio incondicional.

Aos meus irmãos Rodrigo Barbosa e Diogo Barbosa, ao o qual os amo muito.

Aos meus amigos e familiares, em especial aos meus avos paternos Carlos Monteiro

Barbosa e Florência dos Santos Barbosa e avos maternos Benedito Clementino Ferreira ( in

memoriam ) e Carmelita Brito Ferreira.

Ao orientador Prof. Dr. Ivaldo Ohana, por todo apoio e orientação.

Aos colegas de turma de Engenharia Elétrica de 2007 e aos professores da Faculdade

de Engenharia Elétrica de Tucuruí.

A ELETRONORTE, e ao amigo e colega de trabalho Engenheiro Eletricista Davi

Carvalho Moreira, pela oportunidade de participar do projeto de estudo de pesquisa P&D

Controle Vetorial, para a realização deste trabalho.

Aos professores da UFPA envolvidos no projeto de pesquisa, em especial ao Prof.

Dr.Walter Barra Junior.

Aos pesquisadores da UFPA, Msc. Cleyson Amorim Costa e graduando Anderson de

França Silva.

Ao amigo Edilson Nogueira, pela objetividade, perseverança, dedicação e apoio nas

dificuldades.

A todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho.

viii

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS....................................................................................................

LISTA DE TABELAS...................................................................................................

RESUMO........................................................................................................................

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO.................................................................................

1.1 – Considerações Gerais...................................................................................

1.2 – Objetivo Geral do Trabalho..........................................................................

1.3 – Descrição do Trabalho..................................................................................

CAPÍTULO 2 – O SISTEMA MICRO-GERADOR DE ENERGIA EL ÉTRICA

DE 10kVA......................................................................................................................

2.1 – Introdução....................................................................................................

2.2 – Motor de Corrente Contínua........................................................................

2.3 – Gerador Síncrono.........................................................................................

2.4 – Sistema de Regulação de Tensão e Velocidade...........................................

2.5 – Transformador de 15kVA...........................................................................

2.6 – Conjunto Sincronoscópio.............................................................................

2.7 – A Interface Homem-Máquina (IHM)..........................................................

2.8 – Painel de Controle e Acionamento..............................................................

2.9 – Banco de Cargas Resistivas.........................................................................

2.10 – Painel da Linha de Transmissão (LT)........................................................

2.11 – Conclusão..................................................................................................

CAPÍTULO 3 – FILOSOFIA DA PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉT RICOS

DE POTÊNCIA.............................................................................................................

3.1 – Elementos da Proteção................................................................................

3.1.1 – Introdução.............................................................................................

3.1.2 – Requisitos Básicos de um Sistema de Proteção....................................

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3.1.3 – Estrutura Básica de um Sistema de Proteção........................................

3.1.4 – Dispositivos de Proteção.......................................................................

3.1.4.a – Relés Eletromecânicos de Indução................................................

3.1.4.b – Relés Eletrônicos...........................................................................

3.1.4.c – Relés Digitais................................................................................

3.1.5 – Características dos Relés de Proteção...................................................

3.1.5.1 – Funções de Proteção......................................................................

3.1.5.2 – Características Construtivas e Operacionais.................................

3.1.5.2.1 – Quanto a Forma Construtiva.................................................

3.1.5.2.1.a – Relés Fluidodinâmicos...................................................

3.1.5.2.1.b – Relés Eletromagnéticos.................................................

3.1.5.2.1.c – Relés Eletrodinâmicos………………………………...

3.1.5.2.1.d – Relés de Indução............................................................

3.1.5.2.1.e – Relés Térmicos...............................................................

3.1.5.2.1.f – Relés Eletrônicos............................................................

3.1.5.2.1.g– Relés Digitais..................................................................

3.1.5.3 – Desempenho..................................................................................

3.1.5.4 – Grandezas Elétricas.......................................................................

3.1.5.5 –Temporização.................................................................................

3.1.5.6 –Forma de Acionamento..................................................................

3.1.6 – Tipos de Proteção dos Sistemas Elétricos.............................................

3.1.6.1 – Proteção de Sobrecorrentes...........................................................

3.1.6.1.1 – Sobrecargas...........................................................................

3.1.6.1.2 – Curtos-Circuitos....................................................................

3.1.6.2 – Proteção de Sobretensões..............................................................

3.1.6.3 – Proteção de Subtensões.................................................................

3.1.6.4 – Proteção de Frequência.................................................................

3.1.6.5 – Proteção de Sobre-Excitação........................................................

3.2 – Transformadores de Medida.......................................................................

3.2.1 – Introdução.............................................................................................

3.2.2 – Transformador de Corrente...................................................................

3.2.2.1 – Características Construtivas..........................................................

3.2.2.2 – Características Elétricas................................................................

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3.2.2.2.1 – Relação de Transformação....................................................

3.2.2.2.2 – Erro de Relação de Transformação.......................................

3.2.2.2.3 – Correntes Nominais...............................................................

3.2.2.2.4 – Fator de Sobrecorrente..........................................................

3.2.2.2.5 – Corrente de Magnetização.....................................................

3.2.2.2.6 – Reatância...............................................................................

3.2.2.2.6.1 –TCs de Baixa Impedância...............................................

3.2.2.2.6.2 –TCs de Alta Impedância.................................................

3.2.2.2.7 – Polaridade..............................................................................

3.2.3 – Transformador de Potencial..................................................................

3.2.3.1 – Características Construtivas..........................................................

3.2.3.1.1 – Trasformadores de Potencial do Tipo Indutivo.....................

3.2.3.2 – Características Elétricas................................................................

3.2.3.2.1 – Relação de Transformação....................................................

3.2.3.2.2 – Erro de Relação de Transformação.......................................

3.2.3.2.3 – Tensões Nominais.................................................................

3.2.3.2.4 – Polaridade..............................................................................

3.2.4 – Analogia entre TP e TC........................................................................

3.3 – Relés de Proteção (50/51-59-27-47)...........................................................

3.3.1 – Introdução.............................................................................................

3.3.1.1 – Relés de Sobrecorrente (50/51).....................................................

3.3.1.1.1 – Introdução..............................................................................

3.3.1.1.2 – Relés de Sobrecorrente Secundário Digitais.........................

3.3.1.1.2.1 – Funções de Sobrecorrente Instantâneo (50)..................

3.3.1.1.2.2 – Funções de Sobrecorrente Temporizado (51)................

3.3.1.1.2.2.1 – Curvas de Operação...............................................

3.3.1.1.2.2.2 – Unidades de Sobrecorrente de Fase.......................

3.3.1.1.2.2.3 – Unidades de Sobrecorrente de Neutro...................

3.3.1.2 – Relés de Sobretensão (59).............................................................

3.3.1.2.1 – Introdução..............................................................................

3.3.1.2.2 – Relés de Sobretensão Digitais...............................................

3.3.1.2.2.1 – Funções de Sobretensão Instântaneo (59I)....................

3.3.1.2.2.2 – Funções de Sobretensão Temporizado (59T)................

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3.3.1.3 – Relés de Subtensão (59)................................................................

3.3.1.3.1 – Introdução..............................................................................

3.3.1.3.2 – Relés de Subtensão Digitais..................................................

3.3.1.3.2.1 – Funções de Subtensão Instântaneo (59I).......................

3.3.1.3.2.2 – Funções de Subtensão Temporizado (59T)...................

3.3.1.4 – Relés de Sequência de Fase (47)...................................................

3.3.1.4.1 – Introdução..............................................................................

3.3.1.4.2 – Relés de Sequência de Fase Digitais.....................................

3.4 – Conclusão....................................................................................................

CAPÍTULO 4 – RELÉ DIGITAL MULTIFUNÇÃO PEXTRON URP14 39T........

4.1 – Introdução...................................................................................................

4.2 – Descrição Básica.........................................................................................

4.2.1 – Código de Encomenda..........................................................................

4.2.2 – Modo de Aplicação...............................................................................

4.2.3 – Recursos Gerais de Configuração para Aplicação................................

4.2.4 – Entradas Lógicas...................................................................................

4.2.5 – Recursos de Medição............................................................................

4.2.5.1 – Entradas de Corrente Alternada.....................................................

4.2.5.2 – Entradas de Tensão Alternada.......................................................

4.2.5.3 – Sinalização da Medição de Corrente e Tensão.............................

4.3 – Características Construtivas .......................................................................

4.3.1 – Características Tecnológicas.................................................................

4.3.2 – Diagrama de Blocos..............................................................................

4.3.2.1 – Fonte de Alimentação...................................................................

4.3.2.2 – Canal de Comunicação Serial.......................................................

4.3.2.3 – Entradas de Corrente Alternada....................................................

4.3.2.4 – Entradas de Tensão Alternada.......................................................

4.3.2.5 – Entradas Lógicas...........................................................................

4.3.2.6 – Multiplexador dos Sinais de Entrada de Corrente e Tensão.........

4.3.2.7 – Conversor Analógico/Digital........................................................

4.3.2.8 – Unidade de Processamento...........................................................

4.3.2.9 – Driver............................................................................................

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4.3.2.10 – Memória E²PROM......................................................................

4.3.2.11 – Saídas de Atuação e Sinalização.................................................

4.3.2.12 – Auto-Check..................................................................................

4.3.2.13 – Teclado........................................................................................

4.3.2.14 – Bandeirolas..................................................................................

4.3.2.15 – Display........................................................................................

4.4 – Conclusão....................................................................................................

CAPÍTULO 5 – IMPLEMENTAÇÃO PRÁTICA E RESULTADOS.... .................

5.1 – Introdução...................................................................................................

5.2 – Sequência de Acionamento do Grupo Gerador de 10kVA........................

5.3 – Sistema de Proteção....................................................................................

5.4 – Elaboração do Projeto.................................................................................

5.5 – Instalação do Relé URP1439T....................................................................

5.6 – Parametrização das Funções de Proteção do Relé URP1439T...................

5.7 – Ensaios........................................................................................................

5.8 – Conclusão....................................................................................................

CAPÍTULO 6 – CONCLUSÃO...................................................................................

6.1 – Considerações Finais...................................................................................

6.2 – Sugestões para Trabalhos Futuros...............................................................

APÊNDICE A – RESULTADOS DOS ENSAIOS.....................................................

A.1 – Introdução...................................................................................................

A.2 – Subtensão Trifásico (27)............................................................................

A.3 – Sobretensão Trifásico (59).........................................................................

A.4 – Sobrecorrente de Fase (51).........................................................................

A.5 – Sobrecorrente de Neutro (51N)..................................................................

APÊNDICE B – PROCEDIMENTOS PARA ENSAIOS..........................................

B.1 – Introdução...................................................................................................

B.2 – Ensaios de Desempenho de Relés..............................................................

B.3 – Equipamentos de Ensaios...........................................................................

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B.4 – OMICRON Teste Universe.........................................................................

B.4.1 – Testes Manuais.....................................................................................

B.4.2 – Modulos Para Testes e Funções Particulares de Objetos Sob Teste....

B.4.3 – Funcionalidades Gerais........................................................................

B.4.4 – OMICRON Control Center..................................................................

B.4.5 – Relatório Automático...........................................................................

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................

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LISTA DE FIGURAS

CAPÍTULO 2

Figura 2.1 – Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT)................

Figura 2.2 – Grupo-Gerador de 10kVA.........................................................................

Figura 2.3 – Diagrama de blocos do sistema micro-gerador de energia elétrica..........

Figura 2.4 – Transformadores Trifásicos de 15kVA (a) elevador e (b) isolador..........

Figura 2.5 – Conjunto Sincronoscópio...........................................................................

Figura 2.6 – Interface Homem-Máquinan (IHM)...........................................................

Figura 2.7 – (a) layout e (b) Fotografia do painel de controle......................................

Figura 2.8 – Diagrama de ligação e (b) Fotografia do banco de cargas resistivas.........

Figura 2.9 – (a) Diagrama unifilar e (b) Painel da linha de transmissão (LT)...............

CAPÍTULO 3

Figura 3.1 – Esquema básico de funcionamento de um relé de proteção.......................

Figura 3.2 – Estrutura básica de um esquema de proteção.............................................

Figura 3.3 – Relé eletromecânico de indução................................................................

Figura 3.4 – Relé eleletrônico ou estático......................................................................

Figura 3.5 – Relé Digital................................................................................................

Figura 3.6 – Esquema de conexão de um relé eletromagnético.....................................

Figura 3.7 – Esquema de conexão de um relé eletrodinâmico.......................................

Figura 3.8 – Esquema de conexão de um relé de indução de sobrecorrente..................

Figura 3.9 – Curva de temporização com retardo dependente.......................................

Figura 3.10 – Curva de temporização com retardo independente..................................

Figura 3.11 – Esquema de conexão de um relé primário...............................................

Figura 3.12 – Esquema de conexão de um relé primário com uso de TC......................

Figura 3.13 – Esquema de conexão de um relé secundário de corrente.........................

Figura 3.14 – Esquema de conexão de um relé secundário de tensão............................

Figura 3.15 – Transformadores de medida: TCs e TPs..................................................

Figura 3.16 – TC tipo barra a seco.................................................................................

Figura 3.17 – TC tipo enrolado......................................................................................

Figura 3.18 – TC tipo janela...........................................................................................

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Figura 3.19 – TC tipo bucha...........................................................................................

Figura 3.20 – TC com vários enrolamentos primários...................................................

Figura 3.21 – TC com vários enrolamentos secundários...............................................

Figura 3.22 – TC com derivação no secundário.............................................................

Figura 3.23 – Ligação típica de um TC..........................................................................

Figura 3.24 – Diagrama representativo de um TC.........................................................

Figura 3.25 – Gráficos de exatidão dos TCs classe 0,3..................................................

Figura 3.26 – Gráfico de saturação dos TCs..................................................................

Figura 3.27 – Curva de magnetização de um TC...........................................................

Figura 3.28 (a) e (b) – Polaridade do TC.......................................................................

Figura 3.29 (a) e (b) – Representação dos TCs nos diagramas elétricos.......................

Figura 3.30 – Instalação de um conjunto TP-TC...........................................................

Figura 3.31 – TP do grupo 1, classe 15kV....................................................................

Figura 3.32 – Esquema de TP do grupo 1......................................................................

Figura 3.33 – Esquema de TPs dos grupos 2 e 3............................................................

Figura 3.34 – Esquema de TP com derivação................................................................

Figura 3.35 – Gráficos de classe de exatidão dos TPs...................................................

Figura 3.36 – Representação de polaridade de um TP...................................................

Figura 3.37 – Esquema trifásico de proteção de sobrecorrente......................................

Figura 3.38 – Tipos de curvas características de operação............................................

Figura 3.39 – Curva (TxI) do relé temporizado de tempo definido...............................

Figura 3.40 – Curva normalmente inversa.....................................................................

Figura 3.41 – Curva inversa curta..................................................................................

Figura 3.42 – Curva muito inversa.................................................................................

Figura 3.43 – Curva extremamente inversa....................................................................

Figura 3.44 – Curva inversa longa.................................................................................

Figura 3.45 – Curva I x T...............................................................................................

Figura 3.46 – Curva I² x T..............................................................................................

Figura 3.47 – Curva de operação geral de relé digital....................................................

CAPÍTULO 4

Figura 4.1 – Estrutura física do relé URP1439T............................................................

Figura 4.2 – Diagrama de blocos URP1439T................................................................

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Figura 4.3 – Entrada de neutro com TC tipo janela.......................................................

Figura 4.4 – Entrada de neutro com conexão residual...................................................

Figura 4.5 – Secundário do transformador de ptencial (TP) fechado em ∆...................

CAPÍTULO 5

Figura 5.1 – Circuito de comando..................................................................................

Figura 5.2 – Circuito de força.........................................................................................

Figura 5.3 – Desenho unifilar.........................................................................................

Figura 5.4 – Desenho trifilar..........................................................................................

Figura 5.5 – Desenho de interligação.............................................................................

Figura 5.6 – Relé auxiliar RTRIP...................................................................................

Figura 5.7 – Relé URP1439T.........................................................................................

Figura 5.8 –TC’s de proteção.........................................................................................

Figura 5.9 – TP’s de proteção.........................................................................................

Figura 5.10 – Ensaios do relé URP1439T .....................................................................

APÊNDICE B

Figura B.1 – Defasador, Medidor de Ângulo, Variac e Reostato..................................

Figura B.2 – Caixa de Testes de Relés Eletro-Eletrônico..............................................

Figura B.3 – Equipamentos Digitais de Ensaios Portáteis.............................................

Figura B.4 – Unidade de Ensaios de Relés CMC156.....................................................

Figura B.5 – Teste Automatizado...................................................................................

Figura B.6 – Definições de Hardware...........................................................................

Figura B.7 – Teste de Relé de Sobrecorrente.................................................................

Figura B.8 – Relatório Gerado.......................................................................................

Figura B.9 – Ensaio........................................................................................................

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LISTA DE TABELAS

CAPÍTULO 2

Tabela 2.1 – Características do motor de corrente contínua...........................................

Tabela 2.2 – Principais características do gerador síncrono...........................................

Tabela 2.3 – Dados de placa do transformador de 15kVA (a) elevador........................

Tabela 2.4 – Dados de placa do transformador de 15kVA (b) isolador........................

CAPÍTULO 3

Tabela 3.1 – Nomeclatura das funções de proteção e manobra (ANSI).........................

Tabela 3.2 – Nomeclatura complementar das funções de proteção e manobra (ANSI).

Tabela 3.3 – Correntes primárias e relações nominais...................................................

Tabela 3.4 (a) e (b) – Tensões primárias nominais e relações nominais........................

Tabela 3.5 – Coeficientes da equação (3.12)..................................................................

CAPÍTULO 4

Tabela 4.1 – Identificação das funções ANSI.................................................................

Tabela 4.2 – Código de encomenda................................................................................

Tabela 4.3 – Exatidão do Amperímetro..........................................................................

Tabela 4.4 – Exatidão do Voltímetro..............................................................................

Tabela 4.5 – Sinalização das Grandezas Elétricas..........................................................

Tabela 4.6 – Tempo de operação do relé após perda de alimentação auxiliar...............

Tabela 4.7 – Posição da chave dip interna de configuração do relé...............................

Tabela 4.8 – Identificação dos bornes das entradas de corrente.....................................

Tabela 4.9 – Identificação dos bornes das entradas de tensão........................................

Tabela 4.10 – Identificação das entradas lógicas............................................................

Tabela 4.11 – Identificação das saídas de atuação e sinalização....................................

Tabela 4.12 – Descrição de atuação do relé auto-check.................................................

Tabela 4.13 – Identificação da sinalização dos registros................................................

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CAPÍTULO 5

Tabela 5.1 – Identificação das funções ANSI executáveis pelo relé...............................

Tabela 5.2 – Parametrização do relé URP1439T............................................................

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RESUMO

O presente trabalho de conclusão de curso investiga estratégias de filosofia da

proteção aplicados em um sistema micro-gerador localizado no Laboratório de Controle de

Sistemas de Potência (LACSPOT) da Universidade Federal do Pará.

Primeiramente, é feita uma breve descrição sobre os componentes do sistema micro-

gerador, que são: um gerador síncrono de 10 kVA, acionado por uma máquina primária que é

acionada por um motor de corrente contínua de 9 kW.

O sistema é constituido por um volante com o objetivo de simular a inercia rotativa de

grandes geradores.

A micro-máquina é constituida também por um sistema de controle digital de

regulação de tensão e velocidade, transformadores, conjunto sincronoscópio, IHM, painel de

controle e acionamento, banco de cargas resistivas, e painel simulador de linha de transmissão

(LT).

Neste trabalho, é dada ênfase ao projeto de sistemas de proteção do gerador sincrono

da micro-máquina. Desta forma, o objetivo é projetar e implementar um relé digital

multifunção com a finalidade de garantir a isolação do gerador síncrono da micro-máquina de

10kVA, para que o sistema se mantenha confiavel em operação. No entanto, para que um

melhor relé digital multifunção seja implementado, é necessário obter-se ensaios extra-planta

para verificação e adequação das funções de proteção a serem utilizadas no gerador sincrono

da micro-máquina de 10kVA.

Com este objetivo, é desenvolvido um sistema de proteção do gerador sincrono da

micro-máquina de 10kVA utilizando um relé digital multifunção PEXTRON URP1439T.

De posse de um modelo adequado do sistema de proteção, são definidas então as

funções de proteções necessárias para uma confiavel isolação do gerador sincrono. Essas

funções de proteção são descritas com detalhes neste trabalho.

Para validar os sistemas de proteção implementados, dois testes são executados: testes

em bancada utilizando uma caixa de teste OMICRON CMC156 e aplicação prática do

rele´digital sendo o mesmo implementado no gerador sincrono da micro-máquina de 10kVA.

Então, finalmente, é realizada uma análise comparativa e qualitativa a respeito do

sistema de proteção utilizado neste trabalho.

1

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1 – Considerações Gerais

Um Sistema Elétrico de Potência (SEP) deve garantir um suprimento contínuo de

energia respeitando-se simultaneamente certos padrões de qualidade. Estes padrões consistem

basicamente em se manter a freqüência constante e a tensão dentro de certos limites.

A função principal do controle de sistemas de potência é manter o sistema operando

no estado normal. Em outras palavras, o SEP deve atender à demanda de todas as cargas que

ele alimenta e manter a frequência constante e em seu valor nominal.

Os principais controles que atuam sobre o gerador síncrono são: controle primário de

velocidade; controle suplementar de carga-frequência ou Controle Automático de Geração; e

controle da excitação.

O controle primário de velocidade é feito localmente e tem as funções de monitorar a

velocidade do eixo do conjunto turbina-gerador e controlar o torque mecânico da turbina de

modo que a potência elétrica gerada se adapte às variações de carga.

O controle suplementar (ou Controle Automático de Geração) é um sistema de

controle centralizado, executado no centro de operação das empresas e tem o objetivo de

restabelecer a freqüência ao seu valor nominal, pois, geralmente, a atuação do controle

primário provoca desvios no valor desta variável. O controle suplementar, no caso de sistemas

interligados, tem ainda a incumbência de manter o intercâmbio de potência o mais próximo

possível dos valores previamente programados entre as concessionárias vizinhas.

Já o controle da excitação é local e tem por objetivos manter a tensão terminal do

gerador síncrono dentro de limites especificados; regular o fluxo de potência reativa entre

máquinas; e amortecer as oscilações do rotor da máquina quando ocorrer perturbações no

sistema, pois a tensão afeta significativamente o torque elétrico da máquina.

O controle automático da excitação é normalmente realizado pelo Regulador

Automático de Tensão (RAT) com o objetivo de manter a tensão terminal do gerador dentro

de certos limites para qualquer variação na potência reativa demandada. A partir de um

acréscimo ou de um decréscimo ocorrido na tensão terminal, o RAT envia um comando para

diminuir ou aumentar a tensão de excitação. Com isso, ocorre uma variação proporcional na

2

potência reativa gerada e a tensão de saída é mantida o mais próximo possível do valor de

operação desejado.[10]

Em muitos sistemas modernos, o regulador automático de tensão é um controlador que

compara a tensão de saída do gerador com o seu valor nominal e, então, inicia as ações

corretivas na direção desejada, através da variação no controle do sistema de excitação.

Então afirmamos que o objetivo de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) é fornecer

energia elétrica às várias cargas existentes em uma área de serviço. Quando adequadamente

projetado e operado, ele deve atender aos seguintes requisitos:

- Deve fornecer energia praticamente em todos os locais exigidos pelos consumidores;

- A carga alimentada necessita de potência ativa e reativa, variáveis com o tempo. O

sistema deve estar apto a fornecer essa demanda variável;

- A energia fornecida deve obedecer as certas condições mínimas, relacionadas com

qualidade. Três fatores básicos determinam essa qualidade; a) frequência constante; b) tensão

constante; c) alta confiabilidade;

- O sistema deve fornecer energia com custos mínimos, tanto econômicos como

ecológicos.

Para atender os requisitos acima supracitados, os sistemas recoreram a diversos

recursos e métodos, como a interligação dos sistemas elétricos, novos projetos e manutenção

de cada componente do SEP, e por último, porém não menos importante, a utilização da teoria

da Proteção dos Sistemas Elétricos de Potência, que visa controlar e minimizar os efeitos de

quaisquer faltas que possam ocorrer.

Atualmente, o consumidor está cada vez mais exigente com a qualidade do produto

adquirido por ele, ou seja, a energia elétrica. Dessa forma, as técnicas de Filosofia de Proteção

aplicadas em Sistemas de Potência desempenham papel fundamental para atender os

requisitos destes consumidores, a fim de prover energia elétrica sem variações de tensão ou

frequência, quer seja por oscilações, quer seja por interrupções.

De posse dessa necessidade de alta confiabiliade nos Sistemas Eletricos de Potência

(SEP), o objetivo principal deste trabalho é a implementação de um sistema de proteção para

um micro-gerador de energia elétrica de 10kVA, utilizando um relé digital multifunção da

PEXTRON URP1439T, com o propósito de em uma interrupção, as funções de proteção

implantadas no micro-gerador tenham uma resposta rápida a fim de manter a confiabilidade e

segurança do sistema.

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1.2 – Objetivo Geral do Trabalho

A tendência atual de interligações do sistema elétrico, convergindo para uma única

rede altamente complexa e que cresce em função do mercado consumidor, é acompanhada

pelo surgimento de novas problemáticas envolvendo praticamente todas as partes que

compõem o sistema interligado.

Os problemas de comportamento dinâmico provenientes das interligações podem

trazer riscos na operação e descontinuidade no fornecimento de energia elétrica. Portanto,

para o funcionamento adequado de tais sistemas é necessário utilizar equipamentos e técnicas

cada vez mais sofisticadas, as quais só podem ser empregadas mediante um profundo

entendimento físico do sistema elétrico interligado.

Por esse motivo, o Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT) da

Universidade Federal do Pará possui uma planta didática de um Sistema de Geração de

Energia Elétrica de 10kVA, chamada também de micro-máquina, que é composta de um

motor de corrente contínua (cc) que realiza o acionamento primário de um gerador síncrono

acoplado ao eixo do mesmo por um volante de inércia. Esse sistema vem servindo como

plataforma para o desenvolvimento de pesquisas e trabalhos acadêmicos nas áreas de Controle

de Sistemas e Eletrônica de Potência desde a sua aquisição.

Neste sentido este trabalho tem como objetivo principal a implementação de um

sistema de proteção utilizando um relé digital multifução da PEXTRON URP1439T, com o

propósito de em uma interrupção, as funções de proteção implantadas no micro-gerador de

energia elétrica, tenham uma resposta rápida a fim de manter a confiabilidade e segurança do

sistema.

Como já foi adiantado, o sistema micro-gerador consiste de um gerador síncrono, um

motor de corrente contínua (CC) e reguladores de tensão e velocidade digitais, os quais

controlam, respectivamente, a tensão terminal do gerador síncrono e a velocidade (frequência)

de rotação do motor (CC). O sistema também e´ formado por transformadores, conjunto

sincronoscópio, interface homem-máquina (IHM), painel de controle e acionamento, banco de

cargas resistivas, e painel simulador de linha de transmissão (LT).

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1.3 – Descrição do Trabalho

Após a apresentação do trabalho, que é feita neste capítulo, no Capítulo 2 é descrito

detalhadamente o sistema micro-gerador de energia elétrica assim como todos os seus

componentes: o motor CC, o gerador síncrono e os reguladores de tensão e velocidade

digitais, transformadores, conjunto sincronoscópio, IHM, painel de controle e acionamento,

banco de cargas resistivas e painel simulador de linha de transmissão (LT) que formam o

sistema elétrico de potência em escala reduzida do Laboratório de Controle de Sistemas de

Potência ( LACSPOT- FEE- UFPA) .

Já no Capítulo 3, é apresentada a teoria da Filosofia de Proteção utilizada nos Sistemas

Elétricos de Potência, com a descrição detalhada de elementos componentes em um sistema

de proteção, com a identificação e particularidade de cada elemento descrito.

No Capítulo 4, são descritos detalhadamente a funcionalidade e aplicação do relé

digital multifunção da PEXTRON URP1439T.

No Capítulo 5, são mostrados a implementação prática e os resultados obtidos no

desenvolvimento deste trabalho, sendo apresentado todo o desenvolvimento das etapas de

implementação do relé digital multifunção URP1439T aplicado ao sistema micro-gerador de

10kVA. Primeiramente é realizada a etapa de levantamento dos equipamentos e circuitos já

instalados visando a elaboração do projeto de implementação. Em seguida é feita as etapas de

montagem, parametrização e ensaios de circuitos e funções de proteção do relé aplicados ao

sistema.

No Capítulo 6, são apresentadas as conclusões finais, enfatizando os benefícios e as

dificuldades encontradas na execução deste trabalho. São propostas, também, algumas

sugestões de trabalhos futuros a fim de aperfeiçoar as técnicas de parametrização

desenvolvidas.

O presente trabalho contém, ainda, dois apêndices. O Apêndice A apresenta o

resultado dos ensaios executados na micro-máquina de 10kVA e o Apêndice B contempla

procedimentos para Ensaios de desempenho de relés de proteção, contendo ainda um resumo

do manual de operação e parametrização da caixa de teste OMICRON CMC156.

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CAPÍTULO 2

O SISTEMA MICRO-GERADOR DE ENERGIA

ELÉTRICA DE 10kVA

2.1 – Introdução

O Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT) da Universidade

Federal do Pará possui um sistema micro-gerador, o qual é composto por um motor CC de

9kW, que se comporta como uma máquina primária acoplada a uma máquina síncrona de

10kVA, 60Hz e 6 pólos, equipada com reguladores de tensão e velocidade digitais, possuindo

também transformadores, conjunto sincronoscópio, IHM, painel de controle e acionamento,

banco cargas resistivas e painel simulador de linha de transmissão (LT).

Na Figura 2.1 é apresentada a fotografia do Laboratório de Controle de Sistemas de

Potência (LACSPOT), indicando seus principais elementos.[9] [10]

Figura 2.1– Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT).

Uma descrição resumida dos componentes do sistema micro-gerador de 10kVA

mostrado na Figura 2.1 é apresentada a seguir.

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2.2 – Motor de Corrente Contínua

O motor CC é utilizado para simular o comportamento de uma turbina de pequeno

porte em um sistema de geração de energia elétrica. As características técnicas do motor CC

são mostradas na Tabela 2.1.

Tabela 2.1 – Características do motor de corrente contínua.

Motor CC Valores Nominais

Modelo EMC1.180.E.B.3/4

Potência 9kW

Velocidade Angular 1200 RPM

Rendimento 82%

Corrente de Campo 1,5 A

Tensão de Campo 300 V

Corrente de Armadura 27,5 A

Tensão de Armadura 400 V

Tensão de Armadura 3,861 Kgm2

2.3 – Gerador Síncrono

O micro-gerador síncrono está diretamente acoplado ao eixo do motor CC, entre os

dois, é colocado um volante de aço que simula a inércia dos grandes geradores. As principais

características técnicas do micro-gerador são apresentadas na Tabela 2.2.

Tabela 2.2 – Principais características do gerador síncrono.

Micro-Gerador Síncrono Valores Nominais

Modelo EGT1.180.ESP.B.3/6

Potência 10 kVA

Velocidade Angular 1200 RPM

Tensão Terminal (Estator) 220 V

Corrente no Estator 21,2 A

Tensão de Campo (Rotor) 150 V

Corrente de Campo Máxima 3,8 A

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Freqüência 60 Hz

Fator de Potência 0,8

Número de Fases 3

Número de Pólos 6

A Figura 2.2 mostra o conjunto motor CC – gerador síncrono.

Figura 2.2 – Grupo-Gerador de 10kVA.

2.4 – Sistemas de Regulação de Tensão e Velocidade

Os reguladores de tensão e de velocidade têm, respectivamente, o objetivo de manter o

valor RMS da tensão terminal do gerador síncrono e a velocidade de rotação (freqüência) do

motor CC dentro dos seus valores nominais de operação, assim como melhorar a estabilidade

transitória na presença de variações de carga. Para isso, estes reguladores operam em modo

automático, onde os ajustes são realizados através de controladores digitais implementados

através de microcontroladores que embarcam rotinas de aquisição e controle.

O regulador automático de tensão do gerador embarca, além das rotinas de aquisição e

controle, algoritimos de controle amortecedor que aumentam as margens de estabilidade do

sistema de geração, chamado ESP digital.

No caso do regulador de velocidade ele também embarca algoritimos que emulam a

dinâmica de um servoposicionador e de uma turbina hidráulica, sendo uma ferramenta

extraordinária no desenvolvimento de técnicas avançadas de regulação de velocidade em

turbinas hidráulicas, algo que devido aos riscos e custos associados não seria viável em uma

turbina real de grande porte.

O controle do valor RMS da tensão terminal é efetuado através do controle da tensão

contínua aplicada ao campo do gerador, enquanto que o controle de velocidade (freqüência) é

feito através da aplicação de uma tensão contínua na armadura do motor CC.

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A Figura 2.3 mostra o diagrama de blocos do sistema micro-gerador bem como as

duas malhas de realimentação que controlam a tensão terminal e a freqüência da máquina.

Sensor deTensão

Sensor deVelocidade

Reguladorde Tensão

Reguladorde

Velocidade

GeradorSíncrono

Motor CC

Tensão deReferência

Velocidadede

Referência

Efd

Ea

Vt

ωωωω

Volante deAço

+

+

-

-

Figura 2.3 – Diagrama de blocos do sistema micro-gerador de energia elétrica.

onde:

Efd = tensão de campo do gerador síncrono

Ea = tensão de armadura do motor CC

Vt = valor RMS da tensão terminal fase-neutro do gerador

ω = velocidade de rotação do eixo do motor CC

2.5 – Transformadores de 15kVA

Dentre os transformadores trifásicos existentes no laboratório, um é utilizado na

alimentação do conversor CC-CC do sistema de atuação do regulador de velocidade e outros

dois transformadores, são utilizados na isolação entre o gerador/linha de transmissão e entre a

linha/rede elétrica. A Figura 2.4 ilustra uma fotografia dos transformadores.

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Figura 2.4 – Transformadores trifásicos de 15kVA (a) elevador e (b) isolador.

As principais características técnicas do transformador de 15kVA (a) elevador são

apresentadas na Tabela 2.3.

Tabela 2.3 – Dados de placa do transformador de 15kVA (a) elevador.

Tranformador (a) elevador Valores Nominais

Potência 15kVA

Tensão do Primário 220V

Tensão do Secundário 380V

Configuração Y - ∆

As principais características técnicas dos dois transformadors de 15kVA (b) isoladores

são apresentadas na Tabela 2.4.

Tabela 2.4 – Dados de placa do transformador de 15kVA (b) isolador.

Tranformador (b) elevador Valores Nominais

Potência 15kVA

Tensão do Primário 220V

Tensão do Secundário 220V

Configuração ∆ - YN

2.6 – Conjunto Sincronoscópio

Para que o gerador possa ser interligado ao barramento da concessionária de energia

faz-se necessário que as seguintes condições sejam observadas:

- A amplitude da tensão terminal do gerador tem de ser aproximadamente igual à

amplitude da tensão do barramento;

10

- A frequência da tensão terminal do gerador tem de ser aproximadamente igual à

frequência da tensão do barramento;

- Ambas as tensões devem estar em fase, isto é, com uma defasagem angular nula.

Além disso, tanto o gerador, quanto a rede devem estar na mesma sequência de fase.

Para que essas condições sejam alcançadas o sistema micro-gerador é composto por

um voltímetro duplo, um medidor de defasagem digital e um frequêncimetro duplo como

pode ser visto na Figura 2.5. Com o auxílio deste conjunto, o operador tem as condições

necessárias para proceder a sincronização (interligação) de forma segura do sistema micro-

gerador com a rede elétrica.

Figura 2.5 – Conjunto Sincronoscópio

2.7 – A Interface Homem-Máquina (IHM)

A Interface Homem-Máquina (IHM) do sistema micro-gerador está implementada em

ambiente Lab View e instaladas em um computador pessoal (PC). A comunicação entre o PC

e os instrumentos do painel de controle que atuam no sistema de geração é realizada através

de comunicação serial. Este ambiente permite de forma intuitiva e amigável, que os

operadores do sistema possam emitir comandos de partida, parada e sincronismo.

Podemos também visualizar por meio de mostradores gráficos das curvas

correspondentes a cada variável monitorada do processo.

A Figura 2.6 mostra a interface de comando (IHM) do Regulador de Velocidade.

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Figura 2.6 – Interface Homem-Máquina (IHM).

2.8 – Painel de Controle e Acionamento

O painel de controle e acionamento é um armário de padrão industrial onde foram

instalados todos os componentes responsáveis pela operação do sistema de geração da micro-

máquina do LACSPOT. Este painel comporta as contatoras de acionamento, relés,

transformadores de baixa potência, transdutores, conversores, controladores digitais, fontes e

fusíveis. Na Figura 2.7 é ilustrado um esquema de projeto do painel de controle e uma

fotografia do painel.

Figura 2.7 – (a) Layout e (b) fotografia do painel de controle.

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2.9 – Banco de Cargas Resistivas

O sistema micro-gerador do LACSPOT dispõe de um banco de cargas resistivas,

formado por cinco conjuntos de lâmpadas incandecentes, que simula uma demanda local,

onde cada conjunto representa uma carga trifásica com valor de 300W, 600W, 1200W,

2400W e 3600W, sendo totalizado em 8100W. Os conjuntos são acionados de forma

combinada com até 28 níveis diferentes de carga. O acionamento dos conjuntos é feito através

de cinco contatoras trifásicas comandadas por um sistema de acionamento remoto, que se

comunica com uma IHM através de uma rede baseada no padrão RS 485. A Figura 2.8 ilustra

o diagrama de ligação e a fotografia do banco de cargas resistivas (lâmpadas).

Figura 2.8 – (a) Diagrama de ligação e (b) fotografia do banco de cargas resistivas.

2.10 – Painel da Linha de Transmissão (LT)

O painel da Linha de Transmissão é utilizado para simular a reatância indutiva de uma

linha de transmissão real. Este painel comporta um conjunto de indutores de 1mH arranjados

em dois blocos, onde cada bloco representa um ramo de uma linha de transmissão trifásica. O

acionamento destes blocos é feito por contatoras que permitem a realização de ensaios de

perda de linha, religação de linha, faltas leves e substituição da linha por ligação direta

(também conhecido por Bypass) entre os transformadores isoladores. A Figura 2.9 ilustra o

Diagrama Unifilar e o painel deste simulador.

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Figura 2.9 – (a) Diagrama unifilar e (b) Painel da Linha de Transmissão (LT).

2.11 – Conclusão

Neste capítulo, foram apresentadas a descrição do sistema micro-gerador de 10kVA

existente no Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT) de Engenharia

Elétrica da Universidade Federal do Pará e as principais características dos seus componentes:

o motor CC, a máquina síncrona, o sistemas de regulação de tensão e velocidade digitais,

transformadores de 15kVA elevador e isolador, conjunto sincronoscópio, IHM, painel de

controle e acionamento, cargas resistivas e painel simulador de linha de transmissão (LT).

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CAPÍTULO 3

FILOSOFIA DA PROTEÇÃO DE SISTEMAS

ELÉTRICOS DE POTÊNCIA

3.1 – ELEMENTOS DA PROTEÇÃO

3.1.1 – Introdução

O objetivo de um sistema elétrico de potência é gerar e fornecer energia elétrica para

os consumidores. O sistema deve ser dimensionado e gerenciado a fim de fornecer sua energia

para os pontos de utilização de forma confiável e econômica. Uma frequente ou prolongada

falta de energia elétrica causaria grande colapso na rotina da sociedade moderna, o que

enfatiza necessidade da confiabilidade e segurança do fornecimento de energia. Como os

requisitos de confiabilidade e segurança são totalmente opostos, o dimensionamento do

sistema de proteção de sistemas elétricos de potência é inevitavelmente uma ponderação entre

ambos.

Sistemas de proteção são sistemas aos quais estão associados todos os dispositivos

necessários para detectar, localizar e comandar a eliminação de um curto-circuito ou uma

condição anormal de operação de um sistema elétrico, diminuindo os danos aos equipamentos

defeituosos, com consequente redução do tempo de indisponibilidade e menor custo de

reparo. [6]

A principal função de um sistema de proteção é assegurar a desconexão de todo

sistema elétrico submetido a qualquer anormalidade que o faça operar fora dos limites

previstos ou de parte dele. Em segundo lugar, o sistema de proteção tem a função de fornecer

as informações necessárias aos responsáveis por sua operação, de modo a facilitar a

identificação dos defeitos e a sua consequente recuperação.[1]

De modo geral, a proteção de um sistema de potência é projetada tomando como base

os fusíveis e os relés incorporados necessariamente a um disjuntor, que é na essência, a parte

mecânica responsável pela desconexão do circuito afetado com a fonte supridora.

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O fusível representa uma gama numerosa de dispositivos que são capazes de

interromper o circuito ao qual estão ligados, sempre através da fusão de seu elemento

metálico de proteção. São normalmente empregados nos sistemas de distribuição de média

tensão e muito raramente nos sistemas de alta tensão, devido a sua baixa confiabilidade e à

dificuldade de se obter sistemas seletivos.

Já os relés representam outra gama de dispositivos, com as mais diferentes formas de

construção e funções incorporadas, para aplicações diversas, dependendo da importância, do

porte e da segurança da instalação considerada. Os relés sempre devem atuar sobre o

equipamento responsável pela desconexão do circuito elétrico afetado, normalmente o

disjuntor ou o religador.

A detecção de um defeito em um sistema elétrico é obtida, de forma geral, pela

aplicação de um dos seguintes critérios:

- Elevação da corrente;

- Elevação e redução da tensão;

- Inversão do sentido da corrente.

- Alteração da impedância do sistema;

- Comparação de módulo e ângulo de fase na entrada e na saída do sistema.

3.1.2 – Requisitos Básicos de um Sistema de Proteção

Um projeto de proteção deve considerar algumas propriedades fundamentais para se

obter um bom desempenho:

a) Seletividade

Técnica utilizada no estudo de proteção e coordenação, por meio da qual somente o

elemento de proteção mais próximo do defeito desconecta a parte defeituosa do sistema

elétrico.

b) Zonas de atuação

Durante a ocorrência de um defeito, o elemento de proteção deve ser capaz de definir

se aquela ocorrência interna ou externa à zona protegida. Se a ocorrência está nos limites da

zona protegida, o elemento de proteção deve atuar e acionar a abertura do disjuntor associado,

num intervalo de tempo definido no estudo de proteção.

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Se a ocorrência está fora dos limites da zona protegida, o relé não deve ser

sensibilizado pela grandeza elétrica do defeito ou, se o for, deve ter bloqueado o seu sistema

restritor de atuação.

c) Velocidade

Desde que seja definido um tempo mínimo de operção para um elemento de proteção,

a velocidade de atuação deve ser a de menor valor possível, a fim de propiciar as seguintes

condições favoráveis:

- Reduzir ou mesmo eliminar as avarias no sistema protegido;

- Reduzir o tempo de afundamento da tensão durante as ocorrências nos sistemas de

potência;

- Permitir a ressincronização dos motores.

d) Sensibilidade

Consiste na capacidade de o elemento de proteção reconhecer com precisão a faixa e

os valores indicados para a sua operação e não operação.

Para avaliar numericamente o nível de sensibilidade de um elemento de proteção,

pode-se aplicar a Equação (3.1), ou seja:

= (3.1)

Iccmi – corrente de curto-circuito em seu valor máximo, tomando no ponto mais

extremo da zona de proteção considerando a condição de geração mínima;

Iac – corrente de acionamento do elemento de proteção, isto é, o valor mínimo da

corrente capaz de acionar o referido elemento de proteção.

Para conseguir um nível de sensibilidade adequada deve-se ter: 1,5≤ Ns < 2.

e) Confiabilidade

É a propriedade de o elemento de proteção cumprir com segurança e exatidão as

funções que lhe foram confiadas.

f) Automação

Consiste na propriedade de o elemento de proteção operar automaticamente quando

for solicitado pelas grandezas elétricas que o sensibilizam à retornar s

isso for coveniente, à posição de operação depois de cessada a ocorrência.

Existem ainda outras propriedades fundamentais para o bom desempenho dos

dispositivos de proteção:

- Os relés não devem ser sensibilizados pelas sobrecargas e

momentâneas;

- Os relés não devem ser sensibilizados pelas oscilações de corrente, tensão e

frequência ocorridas naturalmente no sistema, desde que consideradas normais pelo projeto;

- Os relés devem ser dotados de bobinas e circuitos de peq

- Os relés devem ter suas características inalteradas para diferentes configurações do

sistema elétrico.

3.1.3 – Estrutura Básica de um Sistema de Proteção

De forma geral, o esquema básico de funcionamento de um relé

entendido pela ilustração da Figura 3.1

Figura 3.1 – Esquema básico de funcionamento de um relé de proteção.

a) Unidade de entrada

Corresponde aos equipamentos que recebem as informações

elétrico, tais como transformadores de corrente e potencial, e enviam esses sinais à unidade de

conversão do relé de proteção.


for solicitado pelas grandezas elétricas que o sensibilizam à retornar sem auxílio humano, se



Os relés não devem ser sensibilizados pelas sobrecargas e

devem ser sensibilizados pelas oscilações de corrente, tensão e


Os relés devem ser dotados de bobinas e circuitos de pequeno consumo de energia;

Os relés devem ter suas características inalteradas para diferentes configurações do

Estrutura Básica de um Sistema de Proteção

De forma geral, o esquema básico de funcionamento de um relé

lustração da Figura 3.1, que descreve os seus diversos componentes.

Esquema básico de funcionamento de um relé de proteção.

Unidade de entrada

Corresponde aos equipamentos que recebem as informações de distú


conversão do relé de proteção.

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em auxílio humano, se



Os relés não devem ser sensibilizados pelas sobrecargas e sobretensões

devem ser sensibilizados pelas oscilações de corrente, tensão e


ueno consumo de energia;

Os relés devem ter suas características inalteradas para diferentes configurações do

De forma geral, o esquema básico de funcionamento de um relé de proteção pode ser

, que descreve os seus diversos componentes.

Esquema básico de funcionamento de um relé de proteção.

de distúrbios do sistema


18

As unidades de entrada também oferecem uma isolação elétrica entre o sistema e os

dispositivos de proteção, evitando que tensões e correntes elevadas sejam conduzidas a esses

dispositivos.

b) Unidade de conversão de sinal

É o elemento interno aos relés que recebe os sinais dos transformadores de corrente e

de potencial e os transforma em sinais com modulação adequada ao nível de funcionamento

dos relés. A unidade de conversão é própria da proteção com relés secundários. Na proteção

com relés primários não existe a unidade de conversão, já que a corrente e/ou a tensão da rede

são aplicadas diretamente sobre a unidade de disparo do disjuntor.

c) Unidade de medida

Ao receber os sinais da unidade de conversão, a unidade de medida compara as suas

características (modulo da corrente e tensão, ângulo de fase, frequência, etc.) com os valores

que foram previamente armazenados nela e tidos como refêrencia de operação. Caso os sinais

de entrada apresentem valores superiores aos valores previamente ajustados, a unidade de

medida envia um sinal à unidade de saída.

d) Fonte de tensão auxiliar

É a unidade que fornece energia às unidades de medida para processar as informações

até a unidade de saída.

Também fornece energia a unidade de acionamento, às vezes constituída por uma

pequena bobina que aciona um contato auxiliar. Em geral a fonte auxiliar é constituída por

uma bateria. Em alguns dispositivos de proteção, a fonte auxiliar pode ser constituída por um

circuito interno que converte a corrente que chega da unidade de entrada numa pequena

tensão através da queda de tensão propiciada por um resistor instalado internamente ao

dispositivo de proteção.

e) Unidade de saída

Pode ser constituída por uma pequena bobina acionando um contato auxiliar ou por

uma chave semicondutora.

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f) Unidade de acionamento

Normalmente é constituída por uma bobina de grossas espiras montada no corpo do

elemento de desconexão do sistema, que pode ser um disjuntor ou um interruptor. A unidade

de acionamento é característica dos sistemas de proteção com relés secundários. Na proteção

com relés primários, a unidade de acionamento é ativada diretamente pelas unidades de

entrada.

A partir dessa abordagem geral, podemos apresentar uma visão geral de uma estrutura

de proteção, detalhada na Figura 3.2.

Figura 3.2 – Estrutura básica de um esquema de proteção.

Veja a seguir uma descrição sumária do funcionamento desses dispositivos:

TC- transformador de corrente: equipamento responsável pelo suprimento da corrente

ao elemento de avaliação da corrente (A) que se quer controlar.

TP- transformador de potencial: equipamento responsável pelo fornecimento da

tensão ao elemento de avaliação da tensão (A) que se quer controlar.

D- interruptor ou disjuntor responsável pela desconexão do sistema.

F- fonte auxiliar de corrente que supre os diversos elementos envolvidos na proteção.

Em geral trata-se de uma fonte em corrente contínua.

A- elemento de avaliação das medidas de corrente e tensão que tem as seguintes

funções:

- gerenciar as condições operacionais do componente elétrico protegido, tais como a

linha de transmissão, o transformador de potência, etc.;

- decidir, a partir dos valores recebidos de corrente e tensão, as condições em que se

dará a operação de desconexão.

20

B- elemento lógico da estrutura de proteção, recebe as informações do elemento de

avaliação, procede a comparação com os valores ajustados e, se for o caso, libera o sinal de

atuação para o interruptor ou disjuntor.

C- elemento que modula o sinal de disparo do interruptor ou disjuntor.

S- elemento de sinalização óptica ou visual de todas as operações realizadas na

estrutura básica de proteção.

K- elemento responsável pela recepção de sinais de comando originados ou não de

outros pontos distantes da parte do sistema sob proteção, pode ser a própria régua de borne

dos condutores dos circuitos de proteção.

Em alguns esquemas de proteção, os transformadores de potencial podem ser

suprimidos, como no caso da proteção de sobrecorrente. Quando se tratar somente da proteção

de sub e sobretensão, não é necessária a aplicação do transformador de corrente. E,

finalmente, em alguns esquemas de proteção utilizando relés primários, não é necessário

empregar nenhum transformador de medida.

3.1.4 – Dispositivos de Proteção

Existem dois dispositivos básicos empregados na proteção de sistemas elétricos de

qualquer natureza: os fusíveis e os relés.

Os fusíveis são dispositivos que operam pela fusão do seu elemento metálico

construído com características específicas de tempo x corrente. Já os relés constituem uma

ampla gama de dispositivos que oferecem proteção aos sistemas elétricos nas mais diversas

formas: sobrecarga, curto-circuito, sobretensão, subtensão etc.

Cada relé de proteção possui uma ou mais características técnicas que o definem para

exercer as funções básicas, dentro dos limites exigidos pelos esquemas de proteção e

coordenação, para cada sistema elétrico em particular.

A qualidade e a complexidade da tecnologia dos dispositivos eletromecânicos

evoluíram ao longo dos anos, permitindo que os esquemas de proteção alcançassem cada vez

mais um elevado grau tanto de sofisticação quanto de confiabilidade.

Os relés eletromecânicos e eletrônicos são considerados “burros”, enquanto os relés

digitais incorporam todas as facilidades que a tecnologia dos microprocessadores oferecem,

além de preços competitivos e alta confiabilidade.

21

É interessante observar que com o advento da tecnologia digital houve uma mudança

brusca no conceito de tempo de vida útil de um sistema de proteção. Os relés eletromecânicos

de indução são equipamentos que pela sua construção robusta apresentavam uma vida útil de

20 a 30 anos. Já a vida útil dos relés digitais não é contada pelo tempo de desgaste de seus

componentes eletrônicos, mas sim pelo tempo de obsolescência da tecnologia da informação

que faz funcionar o relé. Assim, à medida que os software aplicados aos sistemas de proteção

digitais adquirem maior poder de programação e lógica, é necessário desenvolver novos relés

com a mesma função para poder se beneficiar desses aplicativos.

A situação atual dos relés de proteção pode ser resumida como descrito a seguir.

3.1.4.a – Relés Eletromecânicos de Indução

Os relés eletromecânicos são os tradicionais, os pioneiros da proteção, elaborados,

projetados e construídos com predominância dos movimentos mecânicos provenientes dos

acoplamentos elétricos e magnéticos.

São equipamentos dotados de bobinas, disco de indução, molas, contatos fixos e

móveis que lhes emprestam uma grande robustez. São de fácil manutenção e de fácil ajuste de

parâmetros elétricos, onde seus ajustes são realizados por meio de diais instalados sob a sua

tampa de vidro, facilmente retirada. A sinalização operacional é do tipo mecânico, com o

aparecimento de uma bandeirola vermelha indicando que a unidade operou.

Apesar da obsolescência tecnológica, ainda é muito útil do ponto de vista didático

quando se procura ensinar os conceitos básicos de proteção. A tecnologia eletromecânica é

facilmente explicável para definição das funções dos relés digitais.[1]

A Figura 3.3 mostra um relé eletromecânico de indução.

Figura 3.3 – Relé eletromecânico de indução.

22

3.1.4.b – Relés Eletrônicos

Os relés estáticos são construídos com dispositivos eletrônicos, próprios e específicos

aos objetivos da proteção. Nestes relés, não há nenhum dispositivo mecânico em movimento,

todos os comando e operação são feitos através de um circuito eletrônico.

Também conhecidos como relés estáticos, apresentam dimensões mais reduzidas do

que as dos relés eletromecânicos de indução, propiciando painéis de comando e controle com

menores dimensões. São constituídos de circuitos integrados dedicados a cada função

desempenhada, sendo que seus ajustes são realizados através de diais fixados na parte frontal

do relé, onde cada dial ajusta uma determinada função de proteção, tal como a corrente, o

tempo, a tensão, etc. A sinalização operacional é tipo LED, normalmente nas cores vermelha e

verde, instalada também na parte frontal do relé. Apresentam uma precisão elevada e

simplicidade nos ajustes, além de elevada velocidade de operação. [1]

A Figura 3.4 abaixo mostra um relé eletrônico.

Figura 3.4 – Relé eletrônico ou estático.

3.1.4.c – Relés Digitais

São relés eletrônicos gerenciados por microprocessadores específicos a este fim, onde

sinais de entrada das grandezas e parâmetros digitados são controlados por um software que

processa a lógica de proteção através de um algoritmo. Ele pode simular um relé ou todos os

relés existentes em um só hardware.

23

Os relés digitais revolucionaram os esquemas de proteção, oferecendo vantagens

impossíveis de serem obtidas dos seus antecessores. Além das funções de proteção

propriamente ditas, os relés digitais realizam funções de comunicação, medidas elétricas,

controle, sinalização remota, acesso remoto, etc.

Os relés digitais dominam totalmente o mercado. Com a automação cada vez mais

crescente nos sistemas elétricos industriais e de potência, os relés digitais passaram a ser

elementos obrigatórios nos esquemas de proteção. São constituídos de circuitos eletrônicos

providos de chips de alta velocidade de processamento. Funcionam através de programas

dedicados que processam as informações que chegam pelos transformadores de medida (TPs

e TCs). Por meio de contatos externos são efetuados os comandos decididos pelo processo de

avaliação microprocessado do relé. Seus ajustes são efetuados ou no frontal do relé por uma

tecla de membrana por meio de instruções específicas ou através de um microcomputador

conectado no frontal do relé por meio de uma comunicação serial RS232. [1]

A Figura 3.5 abaixo mostra um relé digital de proteção.

Figura 3.5 – Relé digital.

3.1.5 – Características dos Relés de Proteção

Apesar das conclusões que se podem tomar com base na análise de utilização dos relés

que acabamos de descrever, abordaremos todos esses dispositivos com as diferentes

tecnologias relacionadas, isto é, eletromecânica, eletrônica, e digital, já que existem diferentes

sistemas elétricos, pois foram concebidos em épocas diferentes e com diferentes tecnologias

empregadas em cada sistema.

24

3.1.5.1 – Funções de Proteção

As funções de proteção e manobra são caracterizadas por um código numérico que

indica o tipo de proteção a que se destina um relé. Um relé pode ser fabricado para atuar

somente na ocorrência de um determinado tipo de evento, respondendo a esse evento de uma

única forma. Um exemplo é o relé de sobrecorrente instantâneo do tipo indução, constituído

apenas de uma unidade instantânea (função 50). Nesse caso, diz-se que o relé é monofunção.

Outros relés, no entanto são fabricados para atuar na ocorrência de vários tipos de

evento, respondendo a esses eventos de duas ou mais formas. Um exemplo é o relé de

sobrecorrente, constituído de uma unidade instantânea (função 50) e uma unidade

temporizada (função 51), incorporando uma unidade de subtensão e outra de sobretensão.

Nesse caso diz-se que o relé é multifunção.

Para padronizar e universalizar os vários tipos de funções foi elaborada uma tabela

pela ANSI – American National Standards Institute – com a descrição da função de proteção e

do código numérico correspondente. Esse código atualmente é aplicado em qualquer projeto

de proteção no Brasil e grande parte dos países, facilitando o entendimento pleno dos

esquemas de proteção. A Tabela 3.1 reproduz os códigos numéricos das funções de proteção e

manobra. Já a Tabela 3.2 reproduz a complementação da nomeclatura ANSI.

Tabela 3.1 – Nomeclatura das funções de proteção e manobra (ANSI).

Código Função

1 Elemento Principal 2 Relé de partida ou fechamento temporizado 3 Relé de verificação ou intertravamento 4 Contator principal 5 Dispositivo de interrupção 6 Disjuntor de partida 7 Disjuntor de anodo 8 Dispositivo de desconexão da energia de controle 9 Dispositivo de reversão 10 Chave de sequência unitária 11 Reservada para futura aplicação 12 Dispositivo de sobrevelocidade 13 Dispositivo de rotação síncrona 14 Dispositivo de subvelocidade 15 Dispositivo de ajuste de velocidade ou frequência 16 Reservado para futura aplicação 17 Chave de derivação ou descarga 18 Dispositivo de aceleração ou desaceleração

25

19 Contator de transição partida-marcha 20 Válvula operada elétricamente 21 Relé de distância 22 Disjuntor equalizador 23 Dispositivo de controle de temperatura 24 Relé de sobreexcitação ou Volts por Hertz 25 Relé de verificação de Sincronismo ou Sincronização 26 Dispositivo térmico do equipamento 27 Relé de subtensão 28 Detetor de chama 29 Contator de isolamento 30 Relé anunciador 31 Dispositivo de excitação 32 Relé direcional de potência 33 Chave de posicionamento 34 Dispositivo master de sequência 35 Dispositivo para operação das escovas ou curto-circuitar anéis coletores 36 Dispositivo de polaridade de tensão 37 Relé de subcorrente ou subpotência 38 Dispositivo de proteção de mancal 39 Monitor de condições mecânicas 40 Relé de perda de excitação ou relé de perda de campo 41 Disjuntor ou chave de campo 42 Disjuntor ou chave de operação normal 43 Dispositivo de transferência ou seleção manual 44 Relé de sequência de partida 45 Reservada para futura aplicação 46 Relé de reversão ou desbalanceamento de corrente 47 Relé de reversão ou desbalanceamento de tensão 48 Relé de sequência incompleta/ partida longa 49 Relé térmico 50 Relé de sobrecorrente instantâneo 51 Relé de sobrecorrente temporizado 52 Disjuntor de corrente alternada 53 Relé para excitatriz ou gerador CC 54 Dispositivo de acoplamento 55 Relé de fator de potência 56 Relé de aplicação de campo 57 Dispositivo de aterramento ou curto-circuito 58 Relé de falha de retificação 59 Relé de sobretensão 60 Relé de balanço de corrente ou tensão 61 Sensor de densidade 62 Relé temporizador 63 Relé de pressão de gás (Buchholz) 64 Relé detetor de terra 65 Regulador 66 Relé de supervisão do número de partidas

26

67 Relé direcional de sobrecorrente 68 Relé de bloqueio por oscilação de potência 69 Dispositivo de controle permissivo 70 Reostato 71 Dispositivo de detecção de nível 72 Disjuntor de corrente contínua 73 Contator de resistência de carga 74 Relé de alarme 75 Mecanismo de mudança de posição 76 Relé de sobrecorrente CC 77 Dispositivo de telemedição 78 Relé de medição de ângulo de fase/ proteção contra falta de sincronismo 79 Relé de religamento 80 Chave de fluxo 81 Relé de frequência (sub ou sobre) 82 Relé de religamento de carga de CC 83 Relé de seleção/ transferência automática 84 Mecanismo de operação 85 Relé receptor de sinal de telecomunicação (teleproteção) 86 Relé auxiliar de bloqueio 87 Relé de proteção diferencial 88 Motor auxiliar ou motor gerador 89 Chave seccionadora 90 Dispositivo de regulação (regulador de tensão) 91 Relé direcional de tensão 92 Relé direcional de tensão e potência 93 Contator de variação de campo 94 Relé de desligamento

95 à 99 Usado para aplicações específicas

Tabela 3.2 – Nomeclatura complementar das funções de proteção e manobra (ANSI).

Código Função

21B Proteção de subimpedância: contra curtos-circuitos fase-fase 27TN Proteção de subtensão residual de terceira harmônica 37P Proteção direcional de sobrepotência ativa 37Q Proteção direcional de sobrepotência reativa

48-51LR Proteção contra partida longa, rotor bloqueado 49T Supervisão de temperatura 50N Sobrecorrente instantâneo de neutro 51N Sobrecorrente temporizado de neutro (tempo definido ou curvas inversas) 50G Sobrecorrente instantâneo de terra

50GS Sobrecorrente instanteneo de terra 51G Sobrecorrente temporizado de terra e com tempo definido ou curvas inversas

51GS Sobrecorrente temporizado de terra e com tempo definido ou curvas inversas 50BF Relé de proteção contra falha de disjuntor 51Q Relé de sobrecorrente temporizado de sequência negativa com tempo definido

27

51V Relé de sobrecorrente com restrição de tensão 51C Relé de sobrecorrente com controle de torque 59Q Relé de sobretensão de sequência negativa 59N Relé de sobretensão risidual ou sobretensão de neutro 62BF Relé de proteção contra falha de disjuntor 64G Relé de sobretensão residual ou sobretensão de neutro

64REF Proteção diferencial de fuga a terra restrita 67N Relé de sobrecorrente direcional de neutro instantâneo ou temporizado 67G Relé de sobrecorrente direcional de terra instantâneo ou temporizado 67Q Relé de sobrecorrente direcional de sequência negativa 78PS Proteção de perda de sincronismo 81L Proteção de subfrequência 81H Proteção de sobrefrequência 81R Taxa de variação da frequência (df/dt) 87B Proteção diferencial de barra 87T Relé diferencial de transformador 87L Proteção diferencial de linha 87G Relé diferencial de gerador

87GT Proteção diferencial do grupo gerador-transformador 87M Proteção diferencial de motores

3.1.5.2 – Características Construtivas e Operacionais

Os relés de proteção apresentam diversas características que particularizam a sua

aplicação num determinado sistema, de acordo com os requisitos exigidos. Essas

características podem ser agrupadas como descrito a seguir.

3.1.5.2.1 – Quanto à Forma Construtiva

Os relés podem ser fabricados de diversas formas, cada uma delas utilizando

princípios básicos peculiares.

Em relação à forma de construção, podem ser classificados como:

- Relés fluidodinâmicos.

- Relés eletromagnéticos.

- Relés eletrodinâmicos.

- Relés de indução.

- Relés térmicos.

- Relés eletrônicos.

- Relés digitais.

28

A seguir faremos uma breve exposição dos princípios básicos enumerados

anteriormente.

3.1.5.2.1.a – Relés Fluidodinâmicos

São relés que utilizam líquidos, em geral, o óleo de vaselina, como elemento

temporizador. Normalmente são construídos para ligação direta com a rede e são montados

nos polos de alimentação do disjuntor de proteção.

Possuem um êmbolo móvel que se desloca no interior de um recipiente, no qual é

colocada certa quantidade de óleo, que provoca a sua temporização quando o êmbolo é

deslocado para fora do recipiente pela ação do campo magnético formado pela bobina ligada

diretamente ao circuito a ser protegido.

Não são mais fabricados desde que a NBR 14039 eliminou o seu uso como proteção

principal de subestação do consumidor.

3.1.5.2.1.b – Relés Eletromagnéticos

O princípio de funcionamento de um relé eletromagnético se baseia na força de atração

exercida entre elementos de material magnético. A força eletromagnética desloca um

elemento móvel instalado no circuito magnético de modo a reduzir a sua relutância, conforme

pode ser observado na Figura 3.6.

O relé eletromagnético é constituído basicamente de uma bobina envolvendo um

núcleo magnético, cujo entreferro é formado por uma peça móvel na qual é fixado um contato

elétrico que atua sobre um contato fixo, permitindo a continuidade do circuito elétrico de

acionamento do disjuntor. A referida peça móvel se desloca no sentido de permitir o menor

valor de relutância no circuito magnético.

Figura 3.6 – Esquema de conexão de um relé eletromagnético.

29

3.1.5.2.1.c – Relés Eletrodinâmicos

Os relés eletrodinâmicos funcionam dentro do princípio básico de atuação de duas

bobinas, sendo uma móvel interagindo dentro de um campo formado por outra bobina fixa, tal

como se constroem os instrumentos de medida de tensão e corrente conhecidos como os de

bobina móvel.

Seu princípio de funcionamento se baseia na passagem de uma corrente contínua, ou

de uma corrente alternada retificada, através do circuito da bobina móvel, que esta imersa em

um campo magnético criado pela bobina fixa, podendo no entanto, ser substituída por um imã

permanente. O movimento da bobina móvel é obtido pela interação entre os dois campos

magnéticos que devem ter polaridades iguais, a fim de permitir a rotação desejada, de acordo

com o princípio de que polos iguais se repelem, como se pode ser visto na Figura 3.7.

Figura 3.7 – Esquema de conexão de um relé eletrodinâmico.

3.1.5.2.1.d – Relés de Indução

Os relés de indução também são conhecidos como relés secundários, onde seu

princípio de funcionamento é baseado na construção de dois magnetos, um superior e outro

inferior, conforme mostrado na Figura 3.8, entre os quais está fixado, em torno do seu eixo,

um disco de indução. Esses núcleos magnéticos permitem a formação de quatro entreferros,

cada um sendo responsável pelo torque de acionamento do disco. O núcleo superior é dotado

de dois enrolamentos. O primeiro é diretamente ligado ao circuito de alimentação, no caso um

transformador de corrente, enquanto o outro é responsável pela alimentação do núcleo

inferior.

O disco de indução possui um contato, denominado contato móvel, que, com o

movimento de rotação, atua sobre um contato fixo, fechando o circuito de controle. Uma mola

30

de restrição força o retorno do disco de indução à sua posição original, responsável pela

frenagem eletromagnética, e seu ajuste é feito na instalação através de parafusos de ajuste.

Figura 3.8 – Esquema de conexão de um relé de indução de sobrecorrente.

3.1.5.2.1.e – Relés Térmicos

São relés dotados de elementos térmicos ajustáveis, chamados de réplicas térmicas,

onde são atravessados pela corrente de fase do sistema, diretamente ou por meio de

transformadores de corrente, e através dos elementos térmicos com características

semelhantes às características térmicas do equipamento que se quer proteger, atuam sobre o

circuito de alimentação da bobina do disjuntor, desenergizando o sistema antes que a

temperatura atinja valores acima do máximo permitido para aquela máquina em particular.

Esses relés são chamados também de imagem térmica, devido simularem a mesma

curva de aquecimento do equipamento a ser protegido.

3.1.5.2.1.f – Relés Eletrônicos

Os relés eletrônicos são frutos do desenvolvimento tecnológico da eletrônica dos

sistemas de potência.

A tecnologia estática apresenta como vantagens adicionais sobre os relés

convencionais eletromecânicos a compacidade, a precisão nos valores ajustados e a facilidade

de modificação das curvas de operação em uma mesma unidade.

31

3.1.5.2.1.g – Relés Digitais

É uma proteção baseada em técnicas de microprocessadores. Mantem os mesmos

princípios das funções de proteção e guardam os mesmos requisitos básicos aplicados aos

relés eletromecânicos ou de indução e aos relés estáticos ou eletrônicos. No entanto, os relés

digitais oferecem, além das funções dos seus antecessores, novas funções aos seus usuários

adicionando maior velocidade, melhor sensibilidade, interfaceamento amigável, acesso

remoto, armazenamento de informações, etc.

Enquanto os relés eletromecânicos utilizam as grandezas analógicas da tensão e da

corrente e contatos externos, bloqueios, etc., denominados eventos, os relés digitais utilizam

técnicas de microprocessamento. No entanto, as grandezas de entrada continuam sendo

analógicas, e são convertidas internamente para sinais digitais através de conversores

analógicos digitais (A/D).

Ao contrário dos relés eletromecânicos de indução e dos relés eletrônicos, os relés

digitais, devido ao fato de operarem segundo uma programação inteligente e poderosa, têm a

capacidade de processar digitalmente os valores medidos do sistema, tais como tensão,

corrente, frequência, etc., e de realizar operações lógicas e aritméticas. Além de exercer as

funções dos seus antecessores tecnológicos, apresentam as seguintes vantagens:

- Pequeno consumo de energia, reduzindo a capacidade dos transformadores de

corrente.

- Elevada confiabilidade devido a função de autosupervisão.

- Diagnóstico de falha por meio de armazenamento de dados de falha.

- Possibilidade de se comunicarem com um sistema supervisório, por meio de uma

interface serial.

- Possibilidade de serem ajustados a distância.

- Durante os procedimentos de alteração nos ajustes, mantêm a proteção do sistema

elétrico ao nível dos ajustes existentes.

- Elevada precisão devido à tecnologia digital.

- Amplas faixas de ajustes com vários degraus; ajustes dos parâmetros guiado por uma

interface amigável.

- Indicação dos valores de medição e dos dados de falha por meio de display

alfanumérico.

32

- Segurança operacional com a possibilidade de estabelecer uma senha do responsável

pelo seu ajuste.

A tecnologia analógica dos relés digitais pode ser resumida no fato de que os sinais

analógicos de entrada são isolados elétricamente pelos transformadores de entrada dos relés,

após o que são filtrados analogicamente e processados pelos conversores

analógicos/digitais.[1]

3.1.5.3 – Desempenho

Todo e qualquer elemento de proteção deve merecer garantia de eficiência no

desempenho de suas funções.

Os relés de proteção devem apresentar os seguintes requisitos básicos quanto ao seu

desempenho:

- Sensibilidade.

- Rapidez

- Confiabilidade.

Os relés devem ser tão sensíveis quanto possível dentro de sua faixa de ajuste para a

operação, pois do contrário, a grandeza requerida para disparo da unidade poderá não fazer

operar o mecanismo de atuação nos tempos desejados, provocando operações fora dos limites

permitidos pelos equipamentos a proteger.

Os relés também devem responder com extrema rapidez às grandezas elétricas para as

quais estão ajustados, garantindo, desse modo, um tempo muito pequeno de duração do

defeito. Não se deve confundir temporização voluntária de um relé com lentidão de seus

mecanismos de operação. A primeira diz respeito à técnica de projeto de proteção que prevê,

entre outras, a seletividade entre unidades do sistema. Já a segunda é própria das suas

características construtivas.

Todo sistema elétrico deve apresentar um grau de confiabilidade elevado. E, nesse

particular, os relés são dispositivos que, por sua própria natureza e responsabilidade, devem

ser extremamente confiáveis para todas as condições de pertubação do sistema para as quais

foram dimensionados e ajustados.

33

3.1.5.4 – Grandezas Elétricas

Basicamente, um relé é sensibilizado pelas grandezas da frequência, da tensão e da

corrente a que está submetido. Porém, tomando-se como referência esses valores básicos, é

possível construir relés que sejam ajustados para outros parâmetros elétricos da rede, tais

como impedância, potência, relação entre as grandezas anteriores, etc. De modo geral, os relés

podem ser assim classificados:

- Relés de tensão.

- Relés de corrente.

- Relés de frequência.

- Relés direcionais.

- Relés de impedância.

Em geral, os relés de tensão utilizam a própria tensão do sistema e comparam seu

valor com aquele previamente ajustado para operação. O valor medido pode estar acima ou

abaixo daquele tomado como referência, originando daí os relés de sobre e subtensão.

Os relés de corrente são, na realidade, os mais empregados em qualquer sistema

elétrico, tornando-se obrigatório o seu uso, devido à grande variação com que a corrente

elétrica pode circular numa instalação, indo desde o estado vazio (corrente basicamente nula),

passando pela carga nominal, atingindo a sobrecarga e finalmente alcançando o seu valor

supremo, nos processos de curto-circuito franco. Nesses dois últimos casos, os danos à

instalação são muito grandes, acarretando, inclusive, prejuízos ao patrimônio, com incêndios e

destruição. Ao contrário da corrente, a tensão, de modo geral, é estável, somente atingindo

valores elevados quando ocorrem fenômenos nornalmente externos à instalação, tais como

descargas atmosféricas, pertubação na geração, etc. Algumas exceções são as sobretensões

advindas dos curtos-circuitos monopolares em sistemas isolados ou aterrados sob alta

impedância, bem como as sobretensões resultantes de manobras de disjuntores.

Os relés de frequência utilizam essa grandeza do sistema, comparando-a com o valor

previamente ajustado para operação. Se há diferença, além dos valores prescritos no ajuste, o

relé aciona o mecanismo de desligamento do disjuntor.

Já os relés direcionais são acionados pelo fluxo de potência ou corrente que circula no

sistema elétrico e que é levado ao seu sistema de processamento. Como grandezas naturais,

34

somente a tensão, a corrente e a frequência são parâmetros elétricos básicos. Para um relé

direcional de potência é necessário um par de bornes, sendo um de tensão e outro de corrente,

para que se obtenha o fluxo de demanda a cada instante. Os relés direcionais são de pouca

utilização nas instalações industriais de pequeno e médio portes, chegando a ter aplicação

obrigatória em instalações de grande porte supridas por duas ou mais fontes. Os relés atuam

quando detectam o fluxo reverso de corrente ou de potência no ponto de sua instalação.

Os relés de impedância utilizam como parâmetros elétricos a tensão e a corrente no

ponto de sua instalação. Sabendo-se que a impedância, num determinado ponto do sistema, é

a relação entre a tensão e a corrente, o relé de impedância nada mais ajusta do que o resuldado

desse quociente, para fazer atuar o seu mecanismo de acionamento. É largamente aplicado nos

sistemas de potência das concessionárias de energia elétrica para a proteção de linhas de

transmissão. [1]

3.1.5.5 – Temporização

Apesar de se esperar maior rapidez possível na atuação de um relé, normalmente por

questões de seletividade entre os vários elementos de proteção, é necessário permitir aos relés

uma certa temporização antes que ordene a abertura do disjuntor. Logo, os relés podem ser

classificados quanto ao tempo de atuação em:

- Relés Instantâneos.

- Relés temporizados com retardo dependente.

- Relés temporizados com retardo independente.

Os relés instantâneos, como o próprio nome diz, não apresentam nenhum retardo

intencional no tempo de atuação. O retardo existente é função de suas características

construtivas, implicando certa inércia natural do mecanismo, temporizando assim sua atuação.

Eles não se prestam a utilização em esquemas seletivos em que os valores das correntes de

curto-circuito nos diferentes pontos são praticamente os mesmos.

Os relés temporizados com retardo dependente são os mais utilizados em sistemas

elétricos em geral. São caracterizados por uma curva de temporização normalmente inversa,

cujo retardo é função do valor da grandeza que o sensibiliza. Esses relés apresentam uma

família de curvas com as mais diversas declividades em razão das variadas aplicações

requeridas na prática dos projetos de proteção. A Figura 3.9 mostra uma curva típica de um

35

relé temporizado de retardo dependente, nesse caso específico evidenciando as correntes

circulantes no ponto de sua instalação. Pode-se observar que quanto maior a corrente, menor o

tempo de atuação, justificando a denominação temporização inversa.

Figura 3.9 – Curva de temporização com retardo dependente.

O relé temporizado com retardo independente, ao contrário do anterior, é caracterizado

por um tempo de atuação constante, independentemente da magnitude da grandeza que o

sensibiliza. A Figura 3.10 apresenta as curvas de um relé particular para operação por

corrente. Podem ser ajustados, em geral, para vários tempos de atuação, dependendo das

necessidades de um projeto de proteção especifico. Como se pode obeservar pela figura, para

os ajustes de corrente e tempo selecionados para uma determinada condição de operação do

sistema fica definida a curva de atuação, como, por exemplo, a curva (A) disparando o relé

independente do módulo da corrente, acima do valor ajustado.

Figura 3.10 – Curva de temporização com retardo independente.

3.1.5.6 – Forma de Acionamento

Os relés podem acionar os equipamentos de interrupção de dois diferentes modos,

pelos quais são comumente conhecidos:

36

- Relés Primários.

- Relés Secundários.

Os relés primários, também conhecidos como relés de ação direta, são largamente

empregados na proteção de pequenas e médias instalações industriais. Apresentam a grande

vantagem, de geralmente dispensar transformadores redutores, pois estão diretamente ligados

ao circuito que protegem, além de não necessitarem de fonte auxiliar para promoverem o

disparo do disjuntor. Alguns modelos poucos difundidos são alimentados por transformadores

redutores, conservando, no entanto, a sua característica básica, que é o acionamento direto do

disjuntor através de um mecanismo próprio e particular para cada tipo ou fabricante.

A Figura 3.11 mostra o esquema básico de ligação de um relé primário para proteção

de sobrecorrente.

Figura 3.11 – Esquema de conexão de um relé primário.

Já a Figura 3.12 apresenta o esquema básico de conexão de um relé primário para

proteção de sobrecorrente de haste articulada, alimentado através de transformador de

corrente. Este ultimo tem sua aplicação justificada quando as correntes de carga ou de curto-

circuito são muito elevadas ou a tensão da rede requer uma isolação que pode comprometer a

construção do relé.

37

Figura 3.12 – Esquema de conexão de um relé primário com uso de TC.

Os relés secundários também conhecidos como relés de ação indireta, são amplamente

empregados nas instalações de médio e grande porte. Apresentam custos sensivelmente mais

elevados e necessitam de transformadores redutores como fonte de alimentação, bem como

requerem, em geral, uma fonte auxiliar de corrente contínua (mais utilizada) ou de corrente

alternada. O investimento dessas unidades auxiliares torna o custo da proteção mais elevado.

São empregados ainda na proteção de motores com potência superior a 200 cv. Em geral, os

relés secundários apresentam maior confiabilidade que os demais, além de possuírem ajustes

bem mais precisos e curvas de temporização bem mais definidas. Como o próprio nome

sugere, esse tipo de relé não atua diretamente sobre o mecanismo de acionamento do

disjuntor. Apenas, quando opera, propicia o fechamento dos contatos do circuito da bobina do

disjuntor que estão ligados a uma fonte auxiliar, geralmente de corrente continua. Essa fonte

normalmente é constituída por um conjunto de baterias permanentemente ligado a um

retificador de alimentação. Atualmente são utilizados disjuntores com bobina de abertura

alimentada por capacitor que substitui o retificador/carregador e o banco de baterias, o que

reduz substancialmente o custo desse tipo de proteção, até porque a NBR 14039 eliminou o

uso dos relés primários de ação direta na proteção geral de subestações de média tensão. A

Figura 3.13 mostra um esquema de uma proteção com relés secundários, detalhando todas as

unidades necessárias ao conjunto. Nesse caso, os contatos dos relés estão ligados em paralelo,

de sorte de que, em caso de defeito em qualquer umas das fases, a bobina de abertura do

disjuntor é energizada pelo banco de baterias.

38

Figura 3.13 – Esquema de conexão de um relé secundário de corrente.

A Figura 3.14 mostra esquemáticamente um relé secundário de tensão (sub ou

sobretensão), energizado por um conjunto de transformadores de potencial. Nesse caso os

contatos dos relés secundários estão ligados em paralelo.

Figura 3.14 – Esquema de conexão de um relé secundário de tensão.

Os relés secundários apresentados nas Figuras 3.13 e 3.14 têm características de

atuação instantânea.

Os disjuntores utilizados para operação com relés primários apresentam caracteríticas

construtivas bastante diferentes dos disjuntores utilizados com relés secundários. Enquanto os

primeiros apresentam um mecanismo simples com hastes articuladas fixadas entre os

terminais mecânicos dos relés e a haste de acionamento do disjuntor, o segundo tipo de

disjuntor opera por meio de mecanismos acionados por bobinas denominadas bobina de

abertura e bobina de fechamento.

39

3.1.6 – Tipos de Proteção dos Sistemas Elétricos

Cada componente de um sistema elétrico é especificado em função das condições

operativas desse sistema no qual irá funcionar, de forma que suas características técnicas não

sejam separadas.

Os sistemas elétricos estão sujeitos permanentemente a eventos que devem ser

controlados, monitorados ou simplesmente eliminados.

Para que se possa operar um sistema elétrico com o maior grau de confiabilidade é

necessária a utilização de um conjunto de proteções, cada uma especifica para um

determinado evento. A seguir será apresentado, de forma resumida, os principais tipos de

proteção para os eventos de maior ocorrência.

3.1.6.1 – Proteção de Sobrecorrentes

Sobrecorrentes são eventos mais comuns que ocorrem nos sistemas elétricos de forma

geral. Também submetem os componentes elétricos aos maiores níveis de desgaste e

comprometimento de sua vida útil.

As sobrecorrentes podem ser classificadas, quanto a dois diferentes níveis, em

sobrecargas e curtos-circuitos.[1]

3.1.6.1.1 – Sobrecargas

São variações moderadas da corrente que flui no sistema elétrico. Se ocorrerem

limitadas no seu módulo e no tempo, não prejudicam os componentes elétricos do sistema.

Muitas vezes o sistema elétrico já é projetado para permitir sobrecargas por tempo limitado,

como é o caso dos transformadores de potência que, dependendo da carga anterior à

sobrecarga, podem suporta-la por um longo período de tempo. Também há sobrecargas que

devem ser toleradas, já que são inerentes à operação do sistema elétrico. É o caso da partida

dos motores elétricos de indução, cuja a corrente de partida assume valores muito elevados e

que devem ser tolerados pelos dispositivos de proteção dentro dos limites de suportabilidade

dos motores e dos demais componentes do sistema elétrico.

40

Quando o valor da corrente de sobrecarga ultrapassa os limites permitidos de qualquer

dos componentes de um sistema elétrico, o valor da corrente deve ser reduzido ou o

equipamento retirado de operação.

Os dispositivos mais utilizados para a proteção contra os eventos de sobrecarga são os

relés térmicos. Também são utilizados outros tipos de relés: eletromecânicos, eletrônicos e

digitais com temporizações moderadas.[1]

3.1.6.1.2 – Curtos-Circuitos

Os curtos-circuitos são variações extremas da corrente que flui no sistema elétrico. Se

não forem limitados no seu módulo e no tempo, danificam os componentes elétricos por meio

dos quais são conduzidos. Enquanto os tempos permitidos nos eventos de sobrecarga podem

chegar a vários segundos (tempo de rotor travado pode ser tolerado, por exemplo, até 15

segundos, dependendo das características do motor), os tempos permitidos para a duração dos

curtos-circuitos não devem superar o valor de 2 segundos. Normalmente, devem ser limitados

entre 50 a 1000 ms. Para tanto, os dispositivos de proteção devem ser extremamente velozes e

os equipamentos de manobra, no caso os disjuntores e religadores, devem ter capacidade

adequada para operar em condições extremas de corrente.

Os equipamentos de manobra anteriormente citados devem possuir as duas seguintes

características básicas de interrupção das correntes de curto-circuito:

a) Capacidade de interrupção

É a corrente máxima que o equipamento de manobra deve ser capaz de interromper em

condições definidas por documentos normativos e está relacionada à tensão, a frequência

natural do sistema, etc.

b) Capacidade de fechamento em curto-circuito

Os equipamentos de manobra, a princípio, devem ter o mesmo valor da capaciadade

de fechamento em curto-circuito do que a capacidade de interrupção. Em casos específicos, a

capacidade de fechamento em curto-circuito deve ser superior à capacidade de interrupção.

Os dispositivos mais utilizados para a proteção contra os eventos de curto-circuito em

baixa e média tensão (redes de distribuição) são os fusíveis. Nos sistemas de potência os relés

são os dispositivos mais utilizados na eliminação dos curtos-circuitos e podem ser

41

eletromecânicos, eletrônicos e digitais, todos eles graduados com temporizações muito

pequenas.[1]

3.1.6.2 – Proteção de Sobretensões

Os sistemas elétricos de potência têm como limite a tensão máxima de operação

durante a ocorrência de uma falta. Considerando o restabelecimento do sistema para o regime

permanente, os valores de tensão máximo não devem superar o valor de 110% da tensão

nominal. Se a tensão do sistema superar o valor limite de 110% do valor nominal, os relés de

sobretensão, atuação instantânea e temporizada, devem ter os seus dispositivos adequados de

proteção atuando sobre os disjuntores.

As sobretensões podem aparecer nos sistemas elétricos por meio de diferentes origens,

ou seja:

- Descargas atmosféricas.

- Chaveamento.

- Curtos-circuitos monopolares.[1]

3.1.6.3 – Proteção de Subtensões

A proteção de subtensões tem por finalidade proteger as máquinas elétricas,

principalmente os motores e os geradores, das quedas de tensão que possam danificar esses

equipamentos.

A proteção de subtensões também tem por objetivo retirar de operação os grandes

geradores elétricos quando estes estão na iminência de perda de estabilidade.

Normalmente, os sistemas elétricos toleram tensões em níveis de até 80% do valor

nominal por período de aproximadamente 2s. A proteção deve atuar para valores

inferiores.[1]

3.1.6.4 – Proteção de Frequência

A proteção de frequência é empregada nos sistemas elétricos quando são atingidos por

eventos de sobrefrequência e subfrequência, como resultado na alteração na velocidade das

máquinas girantes; as consequências são aquecimentos, vibrações etc.

42

Os sistemas elétricos normalmente operam com uma faixa de frequência estreita. Para

os sistemas de 60 Hz a frequência não deve superar o valor de 62 Hz. Até esse valor são

toleráveis tempos de resposta das proteções em cerca de 2s.

As sobrefrequências não afetam, em geral, a integridade dos componentes elétricos.

Suas consequências aparecem na qualidade da energia fornecida, principalmente quando se

trata de sistemas elétricos com elevado nível de equipamentos consumidores de tecnologia da

informação.

As variações da frequência podem ser resultado de evento no sistema elétrico, como,

por exemplo, a perda de um grande bloco de carga, que acelera a rotação dos geradores

síncronos.

Os sistemas elétricos podem operar por pequenos intervalos de tempo com valores de

frequências não inferiores a 58 Hz, para sistemas de 60 Hz, podendo chegar, em alguns casos

extremos, a valores de 56 Hz. Para frequências inferiores deve haver atuação do sistema de

proteção.

A função de proteção de frequência opera, normalmente, em uma faixa de frequência

entre 25 e 70 Hz, funcionando tanto para sobrefrequência quanto para subfrequência.[1]

3.1.6.5 – Proteção de Sobre-Excitação

Esse tipo de proteção detecta e registra níveis de indução muito elevados, gerados por

uma elevação de tensão e/ou eventos de subfrequência. Níveis de indução muito elevados

conduzem a saturação dos núcleos de ferro, ocasionando perdas excessivamente elevadas por

correntes parasitas e uma elevação inadmissível do nível de temperatura da máquina. A

proteção de sobre-excitação é chamada a operar nessas circunstâncias, normalmente

caracterizada por sistemas ilhados ou sistemas com baixo nível de curto-circuito.

A proteção por sobre-excitação é determinada a partir do quociente entre a tensão

máxima do sistema e da frequência a que está submetido.[1]

43

3.2 – TRANSFORMADORES DE MEDIDA


Os transformadores de medida, também denominados transformadores de instrumento,

ou transdutores, são os transformadores de correntes (TCs) e transformadores de tensão ou

potencial (TPs). Quando aplicados aos sistemas de potência, esses equipamentos têm a função

de permitir o acesso às correntes e tensões em amplitudes menores, com segurança, e também

isolar galvanicamente os instrumentos ligados nos seus enrolamentos secundários do sistema

de alta tensão. Os valores nominais dos enrolamentos secundários desses transdutores são

padronizados para que os relés, os instrumentos de medição e os de controle de quaisquer

fabricantes possam ser conectados sem qualquer problema.

Transformadores de medida são equipamentos que permitem aos instrumentos de

medição e proteção funcionar adequadamente sem que seja necessário possuírem correntes e

tensões nominais de acordo com a corrente de carga e a tensão do circuito principal. Os

transformadores de corrente, TCs, e os transformadores de potencial, TPs, são os

transformadores de medida utilizados no sistema de proteção.

Os transformadores de corrente são utilizados para suprir aparelhos que apresentam

baixa resistência elétrica, tais como as bobinas de corrente dos amperímetros, relés, medidores

de energia, de potência etc.

O TC opera com tensão variável, dependente da corrente primária e da carga ligada no

seu secundário. A relação de transformação das correntes primária e secundária é

inversamente proporcional à relação entre o numero de espiras dos enrolamentos primário e

secundário.

Já os transformadores de potencial são equipamentos que permitem aos instrumentos

de medição e proteção funcionar adequadamente sem que seja necessário possuírem tensão de

isolamento de acordo com a da rede à qual estão ligados.

Os transformadores de potencial, na sua forma mais simples, possuem um

enrolamento primário de muitas espiras e um enrolamento secundário através do qual se

obtém a tensão desejada, normalmente padronizada em 115 V ou 115/√3 V. Dessa forma, os

instrumentos de proteção e medição são dimensionados em tamanhos reduzidos com bobinas

e demais componentes de baixa isolação.

44

Transformadores de potencial são equipamentos utilizados para suprir aparelhos que

apresentam elevada impedância, tais como as bobinas de tensão dos voltímetros, relés de

tensão, medidores de energia etc. São empregados indistintamente nos sistemas de proteção e

medição de energia elétrica. Em geral, são instalados junto aos transformadores de corrente.

[1]

A Figura 3.15 mostra a vista geral de uma subestação de 230kV com os seus

respectivos transformadores de corrente e de potencial para uso externo.

Figura 3.15 – Transformadores de medida: TCs e TPs.

3.2.2 – Transformador de Corrente

Os transformadores de corrente na sua forma mais simples possuem um primário,

geralmente de poucas espiras, e um secundário, no qual a corrente nominal transformada é, na

maioria dos casos, igual a 5A. Dessa forma os instrumentos de medição e proteção são

dimensionados em tamanhos reduzidos devido aos baixos valores de correntes secundárias

para os quais são projetados.

Os TCs transformam, por meio do fenômeno de conversão eletromagnética, correntes

elevadas que circulam no seu primário, em pequenas correntes secundárias, segundo uma

relação de transformação.

45

A corrente primária a ser medida, circulando nos enrolamentos primários, cria um

fluxo magnético alternado que faz induzir as forças eletromotrizes Ep e Es, respectivamente,

nos enrolamentos primário e secundário.[1]

Dessa forma, se nos terminais primários de um TC cuja relação de transformação

nominal é de 20, quando circular uma corrente de 100A, obém-se no secundário a corrente de

5 A, ou seja: 100/20 = 5A.

3.2.2.1 – Características Construtivas

Os transformadores de corrente podem ser construídos de diferentes formas e para

diferentes usos, ou seja:

a) TC tipo barra

É aquele cujo enrolamento primário é constituído por uma barra fixada através do

núcleo do transformador. A Figura 3.16 mostra um transformador de corrente tipo barra

utilizado em sistemas de baixa tensão do tipo seco.

Os transformadores de corrente de barra em baixa tensão são extensivamente

empregados em painéis de comando de corrente elevada, tanto para uso em proteção quanto

para medição. Esse modelo de transformador é o mais utilizado em subestações de potência

de média e alta tensões.

A reatância secundária do enrolamento entre quaisquer pontos de derivação é pequena.

Os enrolamentos secundários podem ser promovidos com uma ou mais derivações para obter

relações de transformação mais baixas com um número reduzido de ampères-espiras.

Figura 3.16 – TC tipo barra a seco.

46

b) TC tipo enrolado

É aquele cujo enrolamento primário é constituído de uma ou mais espiras envolvendo

o núcleo do transformador, conforme ilustrado na Figura 3.17.

Figura 3.17 – TC tipo enrolado.

c) TC tipo janela

É aquele que não possui um primário fixo no transformador e é constituído de uma

abertura através do núcleo, por onde passa o condutor onde forma o circuito primário,

conforme apresentado na Figura 3.18.

É muito utilizado em painéis de comando de baixa tensão em pequenas e médias

correntes quando não se deseja seccionar o condutor para instalar o transformador de corrente.

Empregado dessa forma, consegue-se reduzir os espaços no interior dos painéis.

Figura 3.18 – TC tipo janela.

47

d) TC tipo bucha

É aquele cujas as características são semelhantes ao TC tipo barra, porém sua

instalação é feita na bucha dos equipamentos (transformadores, dijuntores etc.), que

funcionam como enrolamento primário, de acordo com a Figura 3.19.

É muito empregado em transformadores de potência para uso em geral, na proteção

diferencial quando se deseja restringir a zona de proteção ao próprio equipamento.

Figura 3.19 – TC tipo bucha.

e) TC tipo núcleo dividido

É aquele cujas características são semelhantes as características dos TCs tipo janela,

em que o núcleo pode ser separado para permitir envolver o condutor que funciona como

enrolamento primário.

É basicamente utilizado na fabricação de equipamentos manuais de medição de

corrente e potência ativa ou reativa, já que permite obter os resultados esperados sem

seccionar o condutor ou a barra sob medição. Normalmente é conhecido como alicate

amperimétrico.

f) TC com vários enrolamentos primários

É constituído de vários enrolamentos primários montados isoladamente e apenas um

enrolamento secundário. Veja na Figura 3.20 um TC com dois enrolamentos primários. Como

exemplo, pode-se ter a seguinte representação: 100 X 200-5A.

Nesse tipo de transformador, as bobinas primárias podem ser ligadas em série ou em

paralelo, propiciando a obtenção de duas relações de transformação.

48

Figura 3.20 – TC com vários enrolamentos primários.

g) TC com vários enrolamentos secundários

É constituído de um único núcleo envolvido pelo enrolamento primário e vários

enrolamentos secundários, como mostra a Figura 3.21, que podem ser ligados em série ou em

paralelo. A representação das correntes, no exemplo da Figura 3.21, pode ser 300-5/2,5/10A.

Na relação 300-5 se utilizam os terminais S1-S2 ou S3-S4 individualmente. Na relação 300-

2,5 se conectam os terminais S2-S3 pondo em série as bobinas secundarias. Já na relação 300-

10 os terminais S1-S3 e S2-S4, ou seja, as bobinas, são postas em paralelo.

Deve-se alertar para o fato de que os transformadores de corrente com mais de uma

derivação no enrolamento secundário têm sua classe de exatidão relacionada com a sua

operação na posição que leva o maior numero de espiras.

Figura 3.21 – TC com vários enrolamentos secundários.

h) TC tipo derivação no secundário

É constituído de um único núcleo envolvido pelos enrolamentos primário e

secundário, sendo o núcleo provido de uma ou mais derivações. Entretando, o primário pode

ser constituído de um ou mais enrolamentos. A Figura 3.22 mostra um TC com apenas um

enrolamento primário. A seção do condutor primário deve ser dimensionada para a maior

relação de transformação. No TC da Figura 3.22, a seção do condutor deveria ser

dimensionada para 300 A.

49

Como exemplo, a representação das correntes primárias e secundárias da Figura 3.22

é: 100/200/300-5A. Neste caso pode-se utilizar o TC como 100-5; 200-5; 300-5A. No entanto

somente uma relação de transformação pode ser utilizada. As demais devem ficar em circuito

aberto.

Figura 3.22 – TC com derivação no secundário.

Transformadores de corrente destinados a sistemas iguais ou superiores a 69 kV têm o

seu primário envolvidos por uma blindagem eletrostática, cuja finalidade é uniformizar o

campo elétrico.

Os transformadores de corrente instalados em subestações expostas ao tempo utilizam

suporte de concreto ou estrutura metálica, de acordo com a Figura 3.15.

Veja na Figura 3.23, uma ligação típica de um transformador de corrente com sua

respectiva carga secundária, incluindo a fonte de tensão, o transformador de potencial, a carga

de potência e a carga conectada ao transformador de corrente.

Figura 3.23 – Ligação típica de um TC e TP.

50

3.2.2.2 – Características Elétricas

Os transformadores de corrente, de modo geral, podem ser representados eletricamente

pelo esquema da Figura 3.24, em que a reatância primárias estão defindas R1 e X1; a

resistência e a reatância secundárias estão definidas como R2 e X2; e o ramo magnetizante está

caracterizado pelos seus dois parâmetros, isto é, a resistência Rµ, que é responsável pelas

perdas ôhmicas através das correntes de histerese e de Foucault, desenvolvidas na massa do

núcleo de ferro com a passagem das linhas de fluxo magnético, e Xµ, responsável pela

corrente reativa devido a circulação das mesmas linhas de fluxo no circuito magnético.

Por meio do esquema da Figura 3.24, pode-se descrever resumidamente o

funcionamento de um transformador de corrente. Determinada carga absorve da rede certa

corrente Ip que circula no enrolamento primário do TC, cuja impedância ( Z1 = R1 + jX2) e na

impedância da carga conectada (Zc = Rc + jXc) que afeta o fluxo principal, exigindo uma

corrente magnetizante, Ie, diretamente proporcional.

A impedância do enrolamento primário não afeta a exatidão do TC. Ela é apenas

adicionada à impedância do circuito de alimentação. O erro do TC é resultante essencialmente

da corrente que circula no ramo magnetizante, isto é Ie. Podemos entender facilmente que a

corrente secundária Is somada a corrente magnetizante Ie deve ser igual à corrente que

circula no primário, ou seja: = + . Considerando um TC de relação de 1:1, para que a corrente secundária reproduza

fielmente a corrente do primário seria necessário que Ip = Is. Como isso não ocorre, a corrente

que circula na carga não corresponde exatamente à corrente do primário, ocasionando assim o

erro do TC.

Para conhecer melhor um transformador de corrente, independentemente de sua

aplicação na medição e na proteção, é necessário estudar as suas principais características

elétricas.

Figura 3.24 – Diagrama representativo de um TC.

51

3.2.2.2.1 – Relação de Transformação do TC

Define-se a relação de transformação do TC, como sendo o termo designado pela

Equação (3.2).

= =

(3.2)

Ns - é o número de espiras do enrolamento primário;

Np - é o número de espiras do enrolamento secundário;

Ip - é a corrente no primário;

Is - é a corrente no secundário.

3.2.2.2.2 – Erro de Relação de Transformação

É aquele que é registrado na medição de corrente com TC, onde a corrente primária

não corresponde exatamente ao produto da corrente lida no secundário pela relação de

transformação nominal.

Entretanto o erro de relação de transformação pode ser corrigido pelo fator de correção

de relação relativo FCR e dado na equação (3.3)

= (3.3)

Is - corrente secundária de carga, em A;

Ie - corrente de excitação referida ao secundário, em A.

O valor desta corrente Ie pode ser determinado a partir da curva de excitação

secundária do TC fornecida pelo fabricante.

O fator de correção de relação também pode ser definido como aquele que deve ser

multiplicado pela relação de transformação de corrente nominal, RTC, para se obter a

verdadeira relação de transformação, isto é, sem erro, ou seja:

= !" ! (3.4)

52

RTCr- relação de transformação de corrente real:

RTC - relação de transformação de corrente nominal.

Finalmente, o erro de relação pode ser calculado percentualmente através da Equação

(3.5)

#$ = !×& × 100% (3.5)

Ip - corrente primária que circula no TC.

Os valores percentuais de FCRp podem ser encontrados nos gráficos denominados

paralelogramos de exatidão, para as classes de exatidão iguais a 0,3-0,6-1,2, respectivamente.

A Figura 3.25 mostra o paralelogramo de exatidão do TC classe 0,3.

Figura 3.25 – Gráficos de exatidão dos TCs classe 0,3.

3.2.2.2.3 – Correntes Nominais

As correntes nominais primárias devem ser compatíveis com a corrente de carga do

circuito primário.

53

As correntes nominais primárias e as relações de transformação nominais estão

discriminadas nas Tabelas 3.3, para relações nominais simples, de acordo com a NBR 6856 da

ABNT.

As correntes nominais secundárias são geralmente iguais a 5A, devido aos

equipamentos de proteção serem padronizados para 5A. Então as relações de transformação

do TC são convencionalmente denotadas por X/5. Em alguns casos especiais, quando os

aparelhos, normalmente relés de proteção, são instalados distantes dos transformadores de

corrente, pode-se adotar a corrente secundária de 1A, a fim de reduzir a queda de tensão nos

fios de interligação. A NBR 6856 adota as seguintes simbologias para definir as relações de

corrente:

- O sinal de dois pontos (:) deve ser usado para exprimir relações de enrolamentos

diferentes, como, por exemplo, 300:1.

- O hífen (-) deve ser usado para separar correntes nominais de enrolamentos

diferentes, como, por exemplo, 300-5 A, 300-300-5A (dois enrolamentos primários), 300-5-5

(dois enrolamentos secundários).

- O sinal de multiplicação (×) deve ser usado para separar correntes primárias

nominais, ou ainda relações nominais duplas, como por exemplo, 300×600-5A (correntes

primárias nominais) cujos enrolamentos podem ser ligados em série ou em paralelo.

- A barra (/) deve ser usada para separar correntes primárias nominais ou relações

nominais obtidas por meio de derivações, efetuadas tanto nos enrolamentos primários como

nos secundários, como, por exemplo, 300/400-5A ou 300-5/5A.

Tabela 3.3 – Correntes primárias e relações nominais.

Corrente Nominal (A) Relação Nominal (RTC)

5 1:1

10 2:1

15 3:1

20 4:1

25 5:1

30 6:1

40 8:1

50 10:1

60 12:1

54

75 15:1

100 20:1

125 25:1

150 30:1

200 40:1

250 50:1

300 60:1

400 80:1

500 100:1

600 120:1

800 160:1

1000 200:1

1200 240:1

1500 300:1

2000 400:1

2500 500:1

3000 600:1

4000 800:1

5000 1.000:1

6000 1.200:1

8000 1.600:1

3.2.2.2.4 – Fator de Sobrecorrente

Também denominado fator de segurança, é o fator pelo qual se deve multiplicar a

corrente nominal primária do TC para se obter a máxima corrente no circuito primário até o

limite de sua classe de exatidão. A NBR 6856 especifica o fator de sobrecorrente para serviço

de proteção em 20 vezes a corrente nominal. No caso de transformadores de corrente para uso

na medição, o valor de sobrecorrente vale 4 vezes a corrente nominal.

A Equação (3.6) fornece o valor que assume o fator de sobrecorrente, em função da

relação entre a carga nominal do TC e a carga ligada ao seu secundário.

* = !+! × , (3.6)

55

Cs - carga ligada ao secundário, em VA;

Fs- fator de sobrecorrente nominal ou de segurança;

Cn- carga nominal, em VA.

Desta forma, a saturação do transformador de corrente só ocorreria para o valor de F1

superior a Fs (valor nominal), o que submeteria os aparelhos a uma grande intensidade de

corrente.

Os transformadores de corrente destinados a proteção de sistemas elétricos são

equipamentos capazes de transformar elevadas correntes de sobrecarga ou de curto-circuito

em pequenas correntes, propiciando a operação dos relés sem que estes estejam em ligação

direta com o circuito primário da instalação,

Ao contrario dos transformadores de corrente para medição, os TCs para serviço de

proteção não devem saturar para correntes de valor elevado, tais como as que se desenvolvem

durante a ocorrência de um defeito no sistema. Caso contrario, os sinais de corrente recebidos

pelos relés estariam mascarados, permitindo, desta forma, uma operação inconsequente do

sistema elétrico. Assim os transformadores de corrente para serviço de proteção apresentam

um nível de saturação elevada, igual a 20 vezes a corrente nominal, considerando a carga

padronizada ligada no seu secundário, conforme se pode observar na curva da Figura 3.26.

Figura 3.26 – Gráfico de saturação dos TCs.

É possível perfeitamente concluir que jamais se devem utilizar transformadores de

proteção em serviço de medição e vice-versa. Além disso, deve-se levar em conta a classe de

56

exatidão em que estão enquadrados os TCs para serviço de proteção, que segundo a NBR

6856, pode ser de 5 ou 10.

Diz-se que um TC tem classe de exatidão 10, por exemplo, quando o erro de relação

percentual durante as medidas efetuadas, desde a sua corrente nominal secundária até 20

vezes o valor da referida corrente, para a carga padronizada ligada no seu secundário é de

10%. Esse erro de relação percentual pode ser obtido com a Equação (3.7).

#$ = × 100 (3.7)

Is- corrente secundária em seu valor eficaz;

Ie- corrente de excitação correspondente, em seu valor eficaz.

Ainda segundo a NBR 6856, o erro de relação do TC deve ser limitado ao valor de

corrente secundária de 1 a 20 vezes a corrente nominal e a qualquer carga igual ou inferior à

nominal.

Os transformadores de corrente, como estão em série com o sistema, ficam sujeitos às

mesmas solicitações de sobrecorrente sentida por ele, como por exemplo a corrente resultante

de um defeito trifásico.

3.2.2.2.5 – Corrente de Magnetização

A corrente de magnetização dos transformadores de corrente fornecida pelos

fabricantes permite que se calcule, entre outros parâmetros, a tensão induzida no seu

secundário e a corrente magnetizante correspondente.

De acordo com a Figura 3.27, que representa a curva de magnetização de um

trasnformador de corrente para serviço de proteção, a tensão obtida no joelho da curva é

aquela correspondente a uma densidade de fluxo B igual a 1,5 tesla (T), a partir da qual o

transformador de corrente entra em saturação. Deve-se lembrar de que 1 tesla é a densidade

de fluxo de magnetização de um núcleo, cuja seção é de 1m² e através da qual circula um

fluxo ∅ de weber (Wb). Por outro lado, o fluxo magnético representa o numero de linhas de

força, emanando de uma superfície magnetizada ou entrando na mesma superfície.

Resumindo o relacionamento destas unidades, tem-se:

57

1 T (tesla) = *./0/*1²

1 T (tesla) = 104 G (gauss)

I G (Gauss) = 3°5/673895/:6;<=

>1²

A corrente de magnetização representa menos de 1% aproximadamente da corrente

nominal primária.

A corrente de magnetização varia para cada transformador de corrente, devido a não

linearidade magnética dos materiais de que são constituídos os núcleos. Assim, a medida que

a corrente primária cresce, a corrente de magnetização não cresce proporcionalmente, mas

segundo uma curva logarítmica.

Os TCs destinados ao serviço de proteção, por exemplo, que atingem o início da

saturação a 20×In, ou a 1,5 T, como podemos ver na curva da Figura 3.27, devem ser

projetados para, em operação nominal, trabalhar com uma densidade magnética de

aproximadamente 0,1 T.

É importante observar que um transformador de corrente não deve ter o seu circuito

secundário aberto, estando o primário ligado à rede elétrica. Isso se deve ao fato de que não há

força desmagnetizante secundária que se oponha à força magnetizante gerada pela corrente

primária, fazendo com que, para correntes elevadas primárias, todo o fluxo magnetizante

exerça sua ação sobre o núcleo do TC, levando-o à saturação e provocando uma intensa taxa

de variação de fluxo na passagem da corrente primária pelo ponto zero e resultando numa

elevada força eletromotriz induzida nos enrolamentos secundários. Nesse caso, a corrente de

magnetização do TC assume o valor da própria corrente de carga. Logo quando aparelhos

ligados aos TCs forem retirados do circuito, os terminais secundários devem ser curto-

circuitados. A não observância desse procedimento resultará em perdas Joule excessivas,

perigo iminente ao técnico responsável pelo equipamento e alterações profundas nas

características de exatidão dos transformadores de corrente.

A permeabilidade magnética dos transformadores de corrente para serviço de medição

é muito elevada, permitindo que se trabalhe, em geral, com uma densidade magnética em

torno de 0,1T, entrando o TC em processo de saturação a partir de 0,4T.

Esses valores de permeabilidade magnética se justificam para reduzir o máximo

possível a corrente de desmagnetização, responsável direta, como já vimos, pelos erros

introduzidos na medição pelos TCs. A permiabilidade magnética se caracteriza pelo valor da

resistência ao fluxo magnético oferecido por um determinado material submetido a um campo

58

magnético. Claro que quanto maior for a permeabilidade magnética menor será o fluxo que irá

atravessar o núcleo de ferro do TC, e consequentemente, menor será a corrente de

magnetização.

Já os transformadores de corrente, destinados ao serviço de proteção apresentam um

núcleo de baixa permeabilidade quando comparada com aquela dos TCs de medição,

permitindo a saturação somente para uma densidade de fluxo magnético bem elevada,

conforme pode se constatar na curva da Figura 3.27.

Figura 3.27 – Curva de magnetização de um TC.

3.2.2.2.6 – Reatância

Os transformadores de corrente são classificados pela reatância dos seus enrolamentos

primários em TCs de baixa impedância e TCs de alta impedância.

3.2.2.2.6.1 – TCs de Baixa Impedância

São aqueles cujo enrolamento primário é constituído de uma única espira. São

caracterizados pelos transformadores dos tipos barra, janela e bucha. Normalmente, os

transformadores de baixa impedância são construídos para correntes nominais muito elevadas

quando se torna impraticável fabricar um enrolamento com condutores de grande seção

59

transversal. Sua designação pela NBR 6856 é dada pela letra B, enquanto a designação ANSI é

dada pela letra L.

3.2.2.2.6.2 – TCs de Alta Impedância

São aqueles cujo enrolamento primário é constituído de várias espiras enroladas em

torno do núcleo magnético. Sua designação pela NBR 6856 é dada pela letra A, enquanto a

designação ANSI é dada pela letra H.

3.2.2.2.7 – Polaridade

Os transformadores de corrente destinados ao serviço de medição de energia, relés de

potência, fasímetros, etc. são identificados, nos terminais de ligação primário e secundário,

por letras convencionadas que indicam a polaridade para a qual foram construídos e que pode

ser positiva ou negativa.

São empregadas as letras com seus índices, P1 e P2 e S1 e S2, respectivamente para

designar os terminais primários e secundários dos transformadores de corrente conforme se

pode, por exemplo, observar nas Figuras 3.28(a) e (b).

Diz-se que o transformador de corrente tem a mesma polaridade do terminal P1

quando a onda de corrente, num determinado instante, percorre o circuito primário de P1 para

P2 e a onda de corrente correspondente no secundário assume a trajetoria de S1 para S2,

conforme apresentado na Figura 3.28(a).

Os transformadores de corrente são classificados nos ensaios quanto a polaridade:

aditiva ou subtrativa. A Figura 3.28(a) mostra um TC de polaridade aditiva, enquanto a Figura

3.27(b) mostra um TC de polaridade subtrativa. Diz-se que um TC tem polaridade subtrativa,

por exemplo, quando a onda de corrente, num determinado instante, atingindo os terminais

primários, tem direção de P1 para P2 e a correspondente onda de corrente secundária está no

sentindo de S2 para S1, conforme a Figura 3.28(b). Caso contrário, diz-se que o TC tem

polaridade aditiva.

60

Figura 3.28(a) e (b) – Polaridade do TC.

A maioria dos transformadores de corrente tem polaridade subtrativa, sendo inclusive

indicada pela NBR 6856. Somente sob encomenda são fabricados transformadores de corrente

com polaridade aditiva.

Construtivamente, os terminais de mesma polaridade vêm indicados no TC em

correspondência. A polaridade é obtida orientando o sentido de execução do enrolamento

secundário em relação ao primário, de modo a se conseguir a orientação desejada do fluxo

magnético.

A polaridade é representada nos diagramas elétricos de forma indicada na Figura

3.29(a) e (b).

Figura 3.29(a) e (b) – Representação dos TCs nos diagramas elétricos.

3.2.3 – Transformador de Potencial

São transformadores destinados a fornecer o sinal de tensão a instrumentos de

medição, controle e proteção. Estes devem reproduzir no seu secundário uma tensão com o

menor erro possível, ou seja, a tensão deverá ser uma réplica da tensão do SEP. Esses

dispositivos tem o primário ligado em paralelo com o circuito principal e o secundário ligado

aos relés e/ou instrumentos de medição e controle, cujo valor de tensão depende da tensão

primária e do número de espiras do enrolamento (relação de transformação). São projetados

para suportar, por um período longo, uma tensão que poderá ser até 20% maior que a tensão

nominal (Vn).

61

Os transformadores de potencial são equipamentos que permitem aos intrumentos de

medição e proteção funcionarem adequadamente sem que seja necessário possuir tensão de

isolamento de acordo com a da rede à qual estão ligados.

Na sua forma mais simples, os transformadores de potencial possuem um enrolamento

primário de muitas espiras e um enrolamento secundário por meio do qual se obtém a tensão

desejada, normalmente padronizada em 115 V ou 115√3 V. Dessa forma os instrumentos de

proteção e medição são dimensionados em tamanhos reduzidos com bobinas e demais

componentes de baixa isolação.

Transformadores de potencial são equipamentos utilizados para suprir aparelhos que

apresentam elevada impedância, tais como voltímetros, relés de tensão, bobinas de tensão de

medidores de energia etc.

São empregados indistintamente nos sistemas de proteção e medição de energia

elétrica. Em geral, são instalados junto aos transformadores de corrente, tal como se observa

na Figura 3.30, ela mostra uma subestação ao tempo de 230kV de tensão nominal, cujo

diagrama elétrico simplificado do conjunto TP-TC está mostrado na Figura 3.23.

Figura 3.30 – Instalação de um conjunto TP-TC.

Os transformadores para instrumentos (TP e TC) devem fornecer corrente e/ou tensão

aos instrumentos conectados nos seus enrolamentos secundários de forma a atender às

seguintes prescrições:

- O circuito secundário deve ser galvanicamente separado e isolado do primário a fim

de proporcionar segurança aos operadores dos instrumentos ligados ao TP.

62

- A medida da grandeza elétrica deve ser adequada aos instrumentos que serão

utilizados, tais como relés, medidores de tensão, corrente etc.[1]

3.2.3.1 – Características Construtivas

Os transformadores de potencial são fabricados em conformidade com o grupo de

ligação requerido, com as tensões primárias e secundárias necessárias e com o tipo de

instalação.

O enrolamento primário é constituído de uma bobina de várias camadas de fio,

submetida a uma esmaltação, em geral dupla, enrolada em um núcleo de ferro magnético

sobre a qual também se envolve o enrolamento secundário.

Já os enrolamentos secundários e terciários são de fio de cobre duplamente esmaltado

e isolado do núcleo e do enrolamento primário por meio de fitas de papel especial.

Se o transformador for construído em epóxi, o núcleo com respectivas bobinas é

encapsulado por meio de processos especias de modo a evitar a formação de bolhas no seu

interior, o que, para tensões elevadas, é um fator de defeito grave. Nestas condições, esse

transformador torna-se compacto, de peso relativamente pequeno, porém descartável ao ser

danificado.

Se o transformador for de construção em óleo, o núcleo com as respectivas bobinas

são secos sob vácuo e calor. O transformador, ao ser completamente montado, é tratado a

vácuo para em seguida ser preenchido com óleo isolante.

O tanque dentro do qual é acomodado o núcleo juntamente com os enrolamentos, é

construído com chapa de ferro pintada ou galvanizada a fogo. Na parte superior são fixados os

isoladores de porcelana vitrificada, dois para TPs do grupo 1 e somente um para os TPs dos

grupos 2 e 3. Alguns transformadores possuem tanques de expansão de óleo, localizado na

parte superior da porcelana.

Na parte inferior do TP esta localizado o tanque com os elementos ativos, onde se acha

a caixa de ligação dos terminais secundários. O tanque também dispõe de um terminal de

aterramento do tipo parafuso de aperto.

Os transformadores de potencial podem ser construídos a partir de dois tipos básicos:

TPs indutivos e TPs capacitivos.

63

3.2.3.1.1 – Transformadores de Potencial do Tipo Indutivo

São construídos em grande parte para utilização até a tensão de 138kV, por

apresentarem custo de produção inferior ao do tipo capacitivo. Os transformadores de

potencial indutivo são dotados de um enrolamento primário envolvendo um núcleo de ferro-

silício que é comum ao enrolamento secundário.

Os transformadores de potencial funcionam com base na conversão eletromagnética

entre os enrolamentos primário e secundário. Assim, por uma determinada tensão aplicada

nos enrolamentos primários, obtém-se nos terminais secundários uma tensão reduzida dada

pelo valor da relação de transformação de tensão. Da mesma forma, se aplicada uma dada

tensão no secundário, obtém-se nos terminais primários uma tensão elevada de valor, dada

pela relação de transformação considerada. Se por exemplo, for aplicada uma tensão de

13.800V nos bornes primários de um TP cuja a relação de transformação nominal é de 120,

logo se obtém no seu secundário a tensão convertida de 115V, ou seja: 13.800/120 = 115V.

Os transformadores de potencial indutivos são construídos segundo três grupos de

ligação previstos pela NBR 6855 -Transformadores de Potencial – Especificação:

- Grupo 1- são aqueles projetados para ligação entre fase. São basicamente os do tipo

utilizado nos sistemas de até 34,5kV. Os transformadores enquadrados nesse grupo devem

suportar continuamente 10% de sobrecarga. A Figura 3.31 mostra um transformador de

potencial do grupo 1, a seco, classe 15kV, uso interno. Já a Figura 3.32 mostra o esquema

básico de um TP do grupo 1.

Figura 3.31 – TP do grupo 1, classe 15kV.

64

Figura 3.32 – Esquema de TP do grupo 1.

- Grupo 2- são aqueles projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas

diretamente aterrados, isto é: ?@ ≤ 1, sendo Rz o valor da resistência de sequência zero do

sistema e Xp o valor da reatância de sequência positiva do sistema.

- Grupo 3- são aqueles projetados para ligação entre fase e neutro de sistemas onde

não se garanta a eficácia do aterramento.

A Figura 3.33 representa o esquema de um TP dos grupos 2 e 3.

Figura 3.33 – Esquema de TP dos grupos 2 e 3.

A tensão primária desses transformadores corresponde a tensão de fase da rede,

enquanto no secundário as tensões podem ser de 115/√3V ou 115V, ou ainda as duas tensões

mencionadas, obtidas através de uma derivação, conforme apresentado na Figura 3.34.

Figura 3.34 – Esquema de TP com derivação.

65

3.2.3.2 – Características Elétricas

Estudaremos agora as características elétricas dos transformadores de potencial,

particularizando cada parâmetro que mereça importância para o conhecimento desse

equipamento.

Os transformadores de potencial são bem caracterizados pelo erro que cometem ao re

produzir no secundário a tensão a que está submetida no primário: o erro de relação de

transformação.

3.2.3.2.1 – Relação de Transformação do TP

Define-se a relação de transformação do TP, como sendo o termo designado pela

Equação (3.8).

B = C =

DD (3.8)

Ns - é o número de espiras do enrolamento primário;

Np - é o número de espiras do enrolamento secundário;

Vp - é a tensão no primário;

Vs - é a tensão no secundário;

3.2.3.2.2 – Erro de Relação de Transformação

Esse tipo de erro é registrado na medição de tensão com TP, onde a tensão primária

não corresponde exatamente ao produto da tensão lida no secundário pela relação de

transformação de potencial nominal. Este erro pode ser corrigido através do fator de correção

de relação FCR. O produto entre a relação de transformação de potencial nominal RTP e o

fator de correção de relação resulta na relação de transformação de potencial real RTPr, ou

seja:

= E" E (3.9)

66

Finalmente, o erro de relação pode ser calculado percentualmente através da Equação

(3.10).

#$ = E×D&DD × 100(%) (3.10)

Vp- tensão aplicada no primário do TP.

O erro de relação percentual também pode ser expresso pela Equação (3.11), ou seja:

#$ = H100 − $J(%) (3.11)

FCRp- fator de correção de relação percentual dado pela equação (3.12)

$ = E" E × 100(%) (3.12)

Os valores percentuais de FCRp podem ser encontrados nos gráficos da Figura 3.35,

que compreendem as classes de exatidão 0,3-0,6-1,2.

Figura 3.35 – Gráficos de classe de exatidão dos TPs.

Algumas observações devem ser feitas envolvendo as relações de transformação

nominal e real, ou seja:

- Se RTP>RTPr e o fator de correção de relação percentual FCRp<100%: o valor real

da tensão primária é menor que o produto RTP×Vs.

67

- Se RTP<RTPr e o fator de correção de relação percentual FCRp>100%: o valor real

da tensão primária é maior que o produto RTP×Vs.

Os transformadores de potencial, segundo a NBR 6855, podem apresentar as seguintes

classes de exatidão: 0,3-0,6-1,2, existindo ainda TPs da classe de exatidão 0,1. Os TPs

construídos na classe de exatidão 0,1 são utilizados nas medições em laboratório ou em outras

que requeiram uma elevada precisão de resultado. Já os TPs encontrados na classe de exatidão

0,3 são destinados a medição de energia elétrica com fins de faturamento. Enquanto isso, os

TPs de classe 0,6 são utilizados no suprimento de aparelhos de proteção e medição de energia

elétrica sem a finalidade de faturamento. Os TPs da classe 1,2 são aplicados na medição

indicativa de tensão.

3.2.3.2.3 – Tensões Nominais

Os transformadores de potencial, por norma, devem suportar tensões de serviço 10%

acima de seu valor nominal, em regime continuo, sem nenhum prejuízo à sua integridade.

Tensões nominais primárias devem ser compatíveis com as tensões de operação dos

sistemas primários aos quais os TPs estão ligados. A tensão secundária é padronizada em

115V, para TPs do grupo 1 e 115 e 115√3V para TPs pertencentes aos grupos 2 e 3.

As tensões primárias e as relações nominais estão especificadas na Tabela 3.9(a) e (b).

Essas ultimas estão representadas em ordem crescente, segundo a notação adotada pela NBR

6855, ou seja:

- O sinal de dois pontos (:) deve ser usado para representar relações nominais, como,

por exemplo, 120 : 1.

- O hífen (-) deve ser usado para separar relações nominais e tensões primárias de

enrolamentos diferentes, como, por exemplo, 13.800-115V e 69.000/√3 -115V.

- O sinal de multiplicação (×) deve ser usado para separar tensões primárias nominais

e relações nominais de enrolamentos destinados a serem ligados em série ou paralelo, como,

por exemplo, 6.900 × 13.800-115V.

- A barra (/) deve ser usada para separar tensões primárias nominais e relações

nominais obtidas por meio de derivações, seja no enrolamento primário, seja no enrolamento

secundário, como, por exemplo, 69.000/√3 -115/115/√3, que corresponde a um TP do grupo

2 ou 3, com um enrolamento primário e um enrolamento secundário com derivação.

68

Tabela 3.4(a) – Tensões primárias nominais e relações nominais

Grupo 1

Para Ligação de Fase para Fase

Tensão Primária

Nominal Relação Nominal

115 1:1

230 2:1

402,5 3,5:1

460 4:1

575 5:1

2.300 20:1

3.475 30:1

4.025 35:1

4.600 40:1

6.900 60:1

8.050 70:1

11.500 100:1

13.800 120:1

23.000 200:1

34.500 300:1

44.000 400:1

69.000 600:1

69

Tabela 3.4(b) – Tensões primárias nominais e relações nominais

Grupo 2 e 3

Para Ligação de Fase para Neutro

Nominal

Relação Nominal

Tensão

Secundária de

115/√KV

Tensão

Secundária de

115V

230/√3 2:1 1,2:1

402,5/√3 3,5:1 2:1

460/√3 4:1 2,4:1

575/√3 5:1 3:1

2.300/√3 20:1 12:1

3.475/√3 30:1 17,5:1

4.025/√3 35:1 20:1

4.600/√3 40:1 24:1

6.900/√3 60:1 35:1

8.050/√3 70:1 40:1

11.500/√3 100:1 60:1

13.800/√3 120:1 70:1

23.000/√3 200:1 120:1

34.500/√3 300:1 175:1

44.000/√3 400:1 240:1

69.000/√3 600:1 350:1

88.000/√3 800:1 480:1

115.000/√3 1.000:1 600:1

138.000/√3 1.200:1 700:1

70

161.000/√3 1.400:1 800:1

196.000/√3 1.700:1 1.700:1

230.000/√3 2.000:1 1.200:1

3.2.3.2.4 – Polaridade

Os transformadores de potencial destinados ao serviço de medição de energia elétrica,

relés direcionais de potencia, etc., são identificados nos terminais de ligação primário e

secundário por letras convencionadas que indicam a polaridade para a qual foram construídos.

São empregadas as letras, com seus índices H1 e H2, X1 e X2, respectivamente, para

designar os terminais primários e secundários dos transformadores de potencial, como

podemos observar na Figura 3.36.

Figura 3.36 – Representação de polaridade de um TC.

Diz-se que um transformador de potencial tem polaridade subtrativa quando, por

exemplo, a onda de tensão, num determinado instante, atigindo os terminais primários, tem

direção H1 para H2 e a correspondente onda de tensão secundária está no sentido de X1 para

X2. Caso contrário, diz-se que o transformador de potencial tem polaridade aditiva.

A maioria dos transformadores de potencial tem polaridade subtrativa, sendo inclusive

indicada pela NBR 6855. Somente sob encomenda são fabricados transformadores de

potencial com polaridade aditiva.

Construtivamente os terminais de mesma polaridade vêm indicados no TP em

correspondência. A polaridade é obtida orientando o sentido de execução do enrolamento

secundário em relação ao primário, de modo a conseguir a orientação desejada do fluxo

magnético.

71

3.2.4 – Analogia entre TP e TC

Agora já podemos estabelecer uma analogia entre um transformador de potencial e um

transformador de corrente, ou seja:

- Corrente:

TC: valor constante.

TP: valor variável.

- Tensão:

TC: valor variável.

TP: valor constante.

- A grandeza da carga estabelece:

TC: a tensão.

TP: a corrente.

- Ligação do equipamento à rede:

TC: série.

TP: em paralelo.

- Ligaçao dos aparelhos no secundário:

TC: em série.

TP: em paralelo.

- Causa de erro de medida:

TC: corrente derivada em paralelo no circuito magnetizante.

TP: queda de tensão em série.

- Aumento da carga secundária:

TC: para aumento de Zs.

TP: para redução de Zs.

72

3.3 – RELÉS DE PROTEÇÃO (50/51-59-27-47)


A proteção dos Sistemas Elétricos de Potência é feita por esquemas de proteção que,

por sua vez, são basicamente comandados por relés. A função primordial desses relés é

identificar os defeitos, localizá-los da maneira mais exata possível e alertar a quem opera o

sistema, promovendo o disparo de alarmes, sinalizações e também, dependendo do caso,

promovendo a abertura de disjuntores de modo a isolar o defeito, mantendo o restante do

sistema em operação normal, sem que os efeitos desse defeito prejudiquem sua normalidade.

Portanto os relés são elementos mais importantes do sistema de proteção. Eles são

sensores que vigiam diuturnamente as condições de operação do Sistema Elétrico. Havendo

alguma anomalia, por exemplo, um curto-circuito, a corrente de curto-circuito sensibiliza o

relé, que opera enviando um sinal para abertura do disjuntor. Com a abertura do disjuntor, o

trecho defeituoso é desconectado do sistema. [2]

A seguir serão abordadas a filosofia das funções de proteção implementadas no

sistema micro-gerador energia elétrica de 10kVA, priorizando os princípios de aplicação nos

relés digitais, em razão da utilização de um relé digital multifunção (PEXTRON URP1439T)

neste sistema, onde as funções de proteção que serão abordadas são:

- Sobrecorrente (50/51);

- Sobretensão (59);

- Subtensão (27);

- Sequência de fase (47).

3.3.1.1 – Relés de Sobrecorrente (50/51)

3.3.1.1.1 – Introdução

Entende-se por relé de proteção de sobrecorrente aquele que responde à corrente que

flui no elemento do sistema que se quer proteger quando o módulo dessa corrente supera o

valor previamente ajustado.

73

Todos os segmentos dos sistemas elétricos são normalmente protegidos por relés de

sobrecorrente, que é a proteção mínima a ser garantida. É grande a diversidade de relés que

desempenham essa função de proteção. [1]

Atualmente os relés utilizados em todos os esquemas de proteção são os relés digitais

microprocessados.

3.3.1.1.2 – Relés de Sobrecorrente Secundários Digitais

Os relés de sobrecorrente digitais são comercializados em unidades trifásicas, onde os

mesmos são dotados das funções de sobrecorrente instantânea (50) e temporizada (51). O relé

atua quando pelo menos uma das correntes de fase atinge o valor ajustado, devido as funções

serem trifásicas.

É usada basicamente para proteção de falta entre fases e fase/terra, em circuitos de

distribuição de concessionários e sistemas industriais, e em circuitos de subtransmissão onde a

proteção de distância não possa ser justificada economicamente (sistemas radiais). Como

proteção de fase a terra, esse tipo de relés de proteção é usada até mesmo em linhas de

transmissão (que usam relés de distância como proteção de fase), bem como proteção de

retaguarda em linhas cuja proteção primária é feita por fio piloto. [3]

As funções de sobrecorrente (50/51) nos relés de proteção digitais são demonstradas

no esquema da Figura 3.37.

Figura 3.37 – Esquema trifásico de proteção de sobrecorrente.

3.3.1.1.2.1 – Funções de Sobrecorrente Instantâneo (50)

O relé instantâneo atua instantaneamente para qualquer corrente maior que o seu

ajuste, onde o nome instantâneo indica que o relé é propositalmente não temporizado, não

74

tendo característica temporizada. O seu tempo de atuação é o correspondente ao da

movimentação dos seus mecanismos de atuação, sendo o mesmo dependente do projeto, tipo e

fabricação.

Segundo a simbologia padronizada pela ANSI/IEEE e a IEC, os relés de sobrecorrente

instantâneos são conhecidos respectivamente, pelo numero 50 e pelo símbolo I>>. [2]

3.3.1.1.2.2 – Funções de Sobrecorrente Temporizado (51)

Apresenta na sua própria funcionalidade características temporizada, ou seja, a sua

atuação ocorre após um certo tempo.

Segundo a simbologia padronizada pela ANSI/IEEE e a IEC, os relés de sobrecorrente

temporizado, são conhecidos pelo número 51 e pelo símbolo I>. [2]

Uma das vantagens dos relés digitais, em relação as curvas de tempo, é que os mesmos

possibilitam ajustar as inclinações de suas curvas de tempo, possuem curvas próprias de

atuação, possuem também curvas personalizadas de atuação de acordo com a necessidade da

aplicação, e principalmente podem emular as curvas normalizadas de atuação dos relés

eletromecânico, ou seja, o relé digital pode operar imitando o relé eletromecânico.

Para a função de proteção de sobrecorrente temporizada normamente são definidas

cinco famílias de curvas de atuação, afim de se ajustarem às várias condições impostas pelo

sistema de proteção, onde a partir da declividade e do tempo de operação em função da

grandeza da corrente de atuação, pode-se especificar o ajuste do relé adequadamente para o

esquema de proteção desejado. Algumas dessas curvas estão mostradas na Figura 3.38

75

Figura 3.38 – Tipos de curvas características de operação.

De forma geral, as curvas de operação dos relés são selecionados em função das

características operacionais da carga, onde essas curvas estão definidas como:

- Curva de tempo definido.

- Curva de tempo inverso.

- Curva de tempo moderadamente inverso.

- Curva de tempo muito inverso.

- Curva de tempo extremamente inverso.

- Curva de tempo inverso longo.

- Curva I × T

- Curva I² × T

A seguir faremos uma breve exposição sobre as características básicas das curvas de

operação enumerados anteriormente.

3.3.1.1.2.2.1 – Curvas de Operação

Os relés digitais operam associando a curva a uma função que reproduz a curva

normalizada. Essa função é dada pela Equação (3.12), que é demostrada a seguir:

76

L9M;9çã=5=/6é = >;Q9 R STU&V + WX (3.12)

Tcurva- múltiplo de tempo das curvas de tempo do relé;

tatuação do relé- tempo de atuação do relé em segundos (tempo de trip);

M= YZ[ - múltiplo do relé;

I- corrente real que entra no relé;

Iajuste- corrente de ajuste do relé;

K,α,L e β- são coeficientes da Equação (3.12), fornecisdos pela Tabela 3.5.

Tabela 3.5 – Coeficientes da Equação (3.12)

Norma Tipo de Curva K α L β

Todas Tempo Definido 0 - qualquer 1

IEC

Curva Inversa 0,14 0,02 0 1

Moderadamente Inversa 0,05 0,04 0 1

Muito Inversa 13,5 1 0 1

Extremamente Inversa 80 2 0 1

Inversa Longa 120 1 0 1

I x T Curva I x T 60 1 0 0

I 2x T Curva I2x T 540 2 0 0

a) Relés com curva de tempo definido

Nestes relés o tempo de operação é fixo, mas em compensação esse tempo pode ser

ajustável (assim como o valor limite da corrente). Em um relé de tempo definido bem

projetado o tempo de operação será sempre o mesmo, independente do valor de corrente.

Os relés ajustados com curvas de tempo definido, são divididos em relés de tempo

curto e tempo longo, onde:

- Relés de tempo curto operam rapidamente, impedindo danos nos equipamentos, e

relés de tempo longo não operam no início de intensa sobrecarga ou moderada sobrecorrente

de maior duração.

A curva de um relé temporizado de tempo definido é mostrada na Figura 3.39.

77

Figura 3.39 – Curva (TxI) do relé temporizado de tempo definido.

b) Relés com curva de temporização inversa (normalmente inversa)

Os relés de tempo inverso operam com maior rapidez para valores maiores da corrente

de defeito, onde esses relés são empregados normalmente em sistemas elétricos que o valor da

corrente de curto-circuito circulando no relé depende muito da capacidade do sistema de

geração.

A temporização da unidade de sobrecorrente inversa pode ser demonstrada pela

Equação (3.13), e é obtida através da curva característica tempo x corrente, mostrada na

Figura 3.40.

L9M;9çã=5=/6é = >;Q9 × \,*]^ __YZ[`

a,ab&*

(3.13)

Tcurva - multiplicador de tempo (TMS);

tatuação do relé - tempo de atuação do relé em segundos (tempo de trip);

I - corrente real que entra no relé;

Iajuste - corrente de ajuste do relé.

78

Figura 3.40 – Curva normalmente inversa.

c) Relés com curva de temporização moderadamente inversa (inversa curta)

Os relés de tempo moderadamente inverso operam em sobrecorrentes de valores

elevados num tempo mais constante.

A temporização da unidade de sobrecorrente moderadamente inversa pode ser

demonstrada pela Equação (3.14), e é obtida através da curva característica tempo x corrente,

mostrada na Figura 3.41.

L9M;9çã=5=/6é = >;Q9 × \,\c^ __YZ[`

a,ad&*

(3.14)

79

Figura 3.41 – Curva inversa curta.

d) Relés com curva de temporização muito inversa

Os relés de tempo muito inverso também operam com maior rapidez para valores

maiores da corrente de defeito, onde esses relés são empregados normalmente em sistemas

elétricos em que o valor da corrente de curto-circuito circulando no relé depende da

localização do ponto onde ocorreu o defeito em relação ao relé e varia muito pouco em

relação a capacidade do sistema de geração.

A temporização da unidade de sobrecorrente muito inversa pode ser demonstrada pela


Figura 3.42.

L9M;9çã=5=/6é = >;Q9 × *e,c^ __YZ[`&*

(3.15)

80

Figura 3.42 – Curva muito inversa.

e) Relés com curva de temporização extremamente inversa

Esses relés são empregados na proteção de alimentadores de distribuição primária

onde são utilizados elos fusíveis e religadores de distribuição devido a similaridade das curvas

temporizadoras, sendo que tais relés são adequados a operação das cargas de sistema de

distribuição, normalmente constituídas por carga indutiva de pequeno porte, tais como

refrigeradores, bombas, condicionadores de ar etc. que, de modo geral, são ligadas ao mesmo

tempo quando do retorno do alimentador de distribuição após um prolongado tempo de

interrupção, provocando elevadas correntes transitórias.

A temporização da unidade de sobrecorrente extremamente inversa pode ser

demonstrada pela Equação (3.16), e é obtida através da curva característica tempo x corrente,

mostrada na Figura 3.43

L9M;9çã=5=/6é = >;Q9 × f\^ __YZ[`

b&*

(3.16)

81

Figura 3.43 – Curva extremamente inversa.

f) Relés com curva de temporização inversa longa

Tais relés se caracterizam por apresentar uma família de curvas que permite uma longa

temporização, eliminando a atuação do disjuntor em sobrecargas elevadas, como na partida de

motores de indução, para os quais são apropriadamente utilizados como elementos de

proteção.

A temporização da unidade de sobrecorrente inversa longa pode ser demonstrada pela


Figura 3.44.

L9M;9çã=5=/6é = >;Q9 × *g\^ __YZ[`&*

(3.17)

82

Figura 3.44 – Curva inversa longa.

g) Relés com curva I x T

Tais relés são destinados a proteção de máquinas térmicas tais como motores,

geradores e transformadores, cuja temporização pode ser demonstrada pela Equação (3.18) e

é obtida através da curva característica tempo x corrente, mostrada na Figura 3.45.

L9M;9çã=5=/6é = >;Q9 × h\^ __YZ[`

(3.18)

Figura 3.45 – Curva I x T.

83

g) Relés com curva I2 x T

Tais relés também são destinados a proteção de máquinas térmicas, cuja temporização

pode ser demonstrada pela Equação (3.19) e é obtida através da curva característica tempo x

corrente, mostrada na Figura 3.46.

L9M;9çã=5=/6é = >;Q9 × *\\^ __YZ[`

(3.19)

Figura 3.46 – Curva I² x T.

3.3.1.1.2.2.2 – Unidades de Sobrecorrente de Fase

As unidades operacionais dos relés digitais de sobrecorrente de fase podem ser

caracterizadas como descrito a seguir:

a) Unidade temporizada de fase

A unidade de sobrecorrente de um relé de fase opera de acordo com o valor eficaz da

corrente que chega aos seus terminais de entrada, ocorrendo a partida quando o valor da

corrente medida supera 1,05 vezes o valor da corrente ajustado e voltando ao estado normal a

1 vezes o seu valor. Sendo ativada a partida do relé, ocorre a habilitação da função de

temporização por meio de um contador de tempo, que realiza a integração dos valores

medidos, determinando o tempo de atuação da proteção.

84

Se durante o período da contagem da temporização integrada o valor eficaz da corrente

se reduzir a um valor inferior ao valor definido no ajuste da partida, o relé retorna a sua

posição inicial.

A temporização da unidade sobrecorrente foram obtidas através das curvas

características tempo x corrente, sendo mostradas anteriormente nas Figuras 3.40 a 3.46. A

temporização também pode ser obtida pelas Equações (3.13) a (3.19), também demostradas

anteriormente.

b) Unidade de tempo definido de fase

A unidade de tempo definido nos relés digitais possui um temporizador ajustável,

então quando a corrente no relé atinge a corrente ajustada na unidade de tempo definido, o

relé conta o tempo programado e gera um pulso de disparo nos seus bornes, ocasionado a

atuação do relé (tempo de trip).

c) Unidade instantânea de fase

De modo geral, a unidade instantânea de fase opera a partir de dois diferentes critérios:

- Valor da corrente eficaz, onde o relé atua quando o valor eficaz da corrente é

superior a 5% do valor da corrente ajustada.

- Valor da corrente de pico, onde o relé atua quando a diferença entre os valores

medidos é superior a 2,1 vezes o valor de pico de corrente correspondente ao valor eficaz

ajustado.

A Figura 3.47 mostra uma curva geral de atuação dos relés digitais, onde sabemos que

suas faixas de ajustes são características de cada modelo e fabricante.

Figura 3.47 – Curva de operação geral de relé digital.

85

3.3.1.1.2.2.3 – Unidades de Sobrecorrente de Neutro

Também conhecido como unidades de sobrecorrente de sequência zero, as unidades

operacionais dos relés digitais podem ser caracterizadas das seguintes forma:

a) Unidade temporizada de neutro

A unidade de sobrecorrente de um relé de neutro opera de acordo com o valor eficaz

da corrente que chega aos seus terminais de entrada, ocorrendo a partida quando o valor da

corrente medida supera 1,05 vezes o valor da corrente ajustado e voltando ao estado normal a

1 vezes o seu valor.

Quando ativada a partida do relé, ocorre a habilitação da função de temporização,

através de um contador de tempo, que realiza a integração dos valores medidos, determinando

o tempo de atuação da proteção.

Se durante o período de contagem da temporização integrada o valor eficaz da corrente

se reduz a um valor inferior ao valor definido no ajuste da partida, o relé retorna a sua posição

inicial.

As curvas de temporização dos relés digitais de sobrecorrente de neutro são as mesmas

já mostradas nas Figuras 3.40 a 3.36, assim como as características de temporização também

já foram definidas nas Equações (3.13) a (3.19).

b) Unidade de tempo definido de neutro

A unidade de tempo definido nos relés digitais possui um temporizador ajustável,

então quando a corrente no relé atinge a corrente ajustada na unidade de tempo definido, o

relé conta o tempo programado e gera um pulso de disparo nos seus bornes, ocasionado a

atuação do relé (tempo de trip).

c) Unidade instantânea de neutro

De modo geral, a unidade instantânea de fase opera a partir de dois diferentes critérios:

- Valor da corrente eficaz, onde o relé atua quando o valor eficaz da corrente é

superior a 5% do valor da corrente ajustada.

- Valor da corrente de pico, onde o relé atua quando a diferença entre os valores

medidos é superior a 2,1 vezes o valor de pico de corrente correspondente ao valor eficaz

ajustado.

86

3.3.1.2 – Relés de Sobretensão (59)


Entende-se por relé de proteção de sobretensão aquele que opera quando a tensão do

sistema ultrapassa um valor preestabelecido ou pré-ajustado.

Os relés de sobretensão são aparelhos destinados à proteção de sistemas elétricos

submetidos a níveis de tensão superiores aos valores máximos, que garantam a integridade

dos equipamentos elétricos em operação. [1]

Segundo a simbologia padronizada pela ANSI/IEEE e a IEC, os relés de sobretensão,

são conhecidos pela denominação da função 59. [7]


microprocessado.

3.3.1.2.2 – Relés de Sobretensão Digitais

Os relés de sobretensão digitais apresentam os mesmos princípios fundamentais dos

relés eletromecânicos e dos relés estáticos. [1]

Os relés de sobretensão digitais são comercializados para proteção monofásica, bem

como para proteção trifásica onde os mesmos são dotados das funções de sobretensão

instantânea (59I) e sobretensão temporizada (59T). Os níveis máximos de tensão admitidos

num sistema de potência são de 110% do valor nominal, devendo-se admitir como ajuste do

relé valores não inferiores a 115% para unidades temporizadas e 120% para unidades

instantâneas. [1]

3.3.1.2.2.1 – Funções de Sobretensão Instantâneo (59I)

A função de proteção do relé instantâneo atua instantaneamente para qualquer tensão

maior que o seu ajuste, onde o nome instantâneo indica que o relé é propositalmente não

temporizado, não tendo característica temporizada. O seu tempo de atuação é o

correspondente ao da movimentação dos seus mecanismos de atuação, sendo o mesmo

dependente do projeto, tipo e fabricação.

87

Esta unidade atua instantaneamente quando a tensão aumenta de um valor

preestabelecido na regulagem, ou seja, quando ocorre uma sobretensão na fase do sistema na

qual está conectado o relé, por meio de seu transformador de potencial (TP), o relé digital é

acionado, atuando (ocasionado trip). A atuação do relé é anunciada pela unidade de

sinalização localizada no painel frontal por meio de leds e remotamente pelo sistema

supervisório, sua faixa de ajuste está compreendida entre 10 a 960 Vca. [1]

Segundo a simbologia padronizada pela ANSI/IEEE e a IEC, os relés de sobretensão

instantâneo, são conhecidos pela denominação da função 59I e e pelo símbolo V>>>. [7]

Em geral, a unidade instantânea é ajustada para um valor de tensão superior à tensão

de ajuste da unidade temporizada.

3.3.1.2.2.2 – Funções de Sobretensão Temporizado (59T)



Os relés de sobretensão temporizado digitais (59T) são classificados em de tempo

definido, sendo que os mesmos recebem o sinal analógico de sobretensão e os convertem para

valores digitais, através do conversor analógico/digital.

A operação em tempo definido significa que o relé atuará temporizadamente para

qualquer valor da tensão estabelecida no sistema e vista pelo relé acima da tensão ajustada,

onde a faixa de ajuste está compreendida entre 10 a 960Vca e de 0,10 a 240s. A atuação do

relé é anunciada pela unidade de sinalização localizada no painel frontal por meio de leds e no

sistema supervisório. [1]

A simbologia padronizada pela ANSI/IEEE e a IEC, os relés de sobretensão de tempo

definido, são conhecidos pela denominação da função 59T e e pelo símbolo V>>. [7]

3.3.1.3 – Relés de Subtensão (27)


Entende-se por relé de proteção de subtensão, aquele que opera quando a tensão

diminui abaixo de um valor pré-ajustado, ou seja, sua operação ocorre somente quando há

uma redução da tensão elétrica no circuito no qual está instalado.

88

Os relés de subtensão são aparelhos destinados à proteção de sistemas elétricos

submetidos a níveis de tensão inferiores aos valores mínimos que garantam as necessidades

mínimas dos equipamentos elétricos em operação. [1]

Segundo a simbologia padronizada pela ANSI/IEEE e a IEC, os relés de subtensão, são

conhecidos pela denominação da função 27. [7]


microprocessado.

3.3.1.3.2 – Relés de Subtensão Digitais

Os relés de subtensão digitais apresentam os mesmos princípios fundamentais dos

relés eletromecânicos e dos relés estáticos. [1]

Os relés de subtensão digitais são comercializados para proteção monofásica, bem

como para proteção trifásica onde os mesmos são dotados das funções de subtensão

instantânea (27I) e subtensão temporizada (27T). Os níveis mínimos de tensão admitidos

num sistema de potência são de 80 a 90% do valor nominal, devendo-se admitir como ajuste

do relé valores não inferiores a 90% para unidades temporizadas e 80% para unidades

instantâneas. [1]

3.3.1.3.2.1 – Funções de Subtensão Instantâneo (27I)

A função de proteção do relé instantâneo atua instantaneamente para qualquer tensão

menor que o seu ajuste, onde o nome instantâneo indica que o relé é propositalmente não

temporizado, não tendo característica temporizada. O seu tempo de atuação é o

correspondente ao da movimentação dos seus mecanismos de atuação, sendo o mesmo

dependente do projeto, tipo e fabricação.

Esta unidade atua instantaneamente quando a tensão diminui de um valor

preestabelecido na regulagem, ou seja, quando ocorre uma subtensão na fase do sistema na

qual está conectado o relé, por meio de seu transformador de potencial (TP), o relé digital é

acionado, atuando (ocasionado trip). A atuação do relé é anunciada pela unidade de

sinalização localizada no painel frontal por meio de leds e remotamente pelo sistema

supervisório, sua faixa de ajuste está compreendida entre 14 e 250Vca. [1]

89

Segundo a simbologia padronizada pela ANSI/IEEE e a IEC, os relés de subtensão

instantâneo, são conhecidos pela denominação da função 27I e e pelo símbolo V<<<. [7]

Em geral, a unidade instantânea é ajustada para um valor de tensão inferior à tensão de

ajuste da unidade temporizada.

3.3.1.3.2.2 – Funções de Subtensão Temporizado (27T)



Os relés de subtensão temporizado digitais (27T) são classificados em de tempo

definido, sendo que os mesmos recebem o sinal analógico de subtensão e os convertem para

valores digitais, através do conversor analógico/digital.

A operação em tempo definido significa que o relé atuará temporizadamente para

qualquer valor da tensão estabelecida no sistema e vista pelo relé abaixo da tensão ajustada,

onde a faixa de ajuste está compreendida entre 10 a 600Vca e de 0,04 a 50s. A atuação do relé

é anunciada pela unidade de sinalização localizada no painel frontal por meio de leds e no

sistema supervisório. [1]

Segundo a simbologia padronizada pela ANSI/IEEE e a IEC, os relés de subtensão de

tempo definido, são conhecidos pela denominação da função 27T e e pelo símbolo V<<. [7]

3.3.1.4 – Relés de Sequência de Fase (47)


Destina a proteção de sistemas trifásicos, onde entende-se por relé de proteção de

sequência de fase aquele que opera quando ocorre uma inversão da sequência direta das fases

do sistema.

Segundo a simbologia padronizada pela ANSI/IEEE e a IEC, os relés de sequência de

fase, são conhecidos pela denominação da função 47.


microprocessado.

90

3.3.1.4.2 – Relés de Sequência de Fase Digitais

Os relés de sequência de fase digitais apresentam os mesmos princípios fundamentais

dos relés eletromecânicos e dos relés estáticos.[6]

3.4 – Conclusão

Neste capítulo, apresentou-se detalhadamente a descrição da filosofia da proteção em

sistemas elétricos de potência, onde foram abordados os elementos da proteção, ou seja,

foram descritos os requisitos básicos de um sistema de proteção e sua estrutura básica.

Apresentou-se também os dispositivos de proteção, com suas características e

particularidades, onde se deu ênfase as características dos relés de proteção, descrevendo suas

funções de proteção, suas características construtivas e operacionais. Elencando de maneira

básica os tipos principais de proteção dos sistemas elétricos de potência (SEP).

Neste capítulo também se deu ênfase aos transformadores de medidas (TCs e TPs),

priorizando suas características construtivas e elétricas, finalizando com os relés de proteção e

suas funções de proteção respectivamente, priorizando os relés de proteção digital, com as

funções de proteção de sobrecorrente instantâneo e temporizado (50/51), sub e sobretensão

(27/59) e sequência de fase (47).

91

CAPÍTULO 4

RELÉ DIGITAL M ULTIFUNÇÃO PEXTRON

URP1439T


Os relés digitais são relés eletrônicos gerenciados por microprocessadores. São

microcomputadores específicos a este fim, onde sinais de entrada das grandezas e parâmetros

digitados são controlados por software que processa a lógica da proteção através de um

algoritmo. O relé digital pode simular uma função ou todas as funções existentes num só

equipamento, produzindo ainda outras funções, tais como, medições de suas grandezas de

entradas e/ou associadas e realizando outras facilidades, sendo por isto designado de relé de

multifunção. [2]

Com a necessidade de uma implementação de um sistema de proteção confiável na

micromáquina de 10kVA, localizada no laboratório de Sistemas Elétricos de Potência, ficou

definido que seria instalado um relé multifunção, cuja a escolha foi o modelo URP1439T, de

fabricação Pextron em função de:

- Ser fabricado no Brasil;

- Ser simples em sua concepção;

- Apresentar custo relativamente baixo;

- Ser de fácil manuseio e instalação;

- Atender as necessidades imediatas necessárias ao projeto.

Na Figura 4.1, é possível observar a estrutura física do relé URP1439T da Pextron,

instalado no Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT).

92

Figura 4.1 – Estrutura física do relé URP1439T.

4.2 – Descrição Básica

O URP1439T é um relé de proteção microprocessado com 4 entradas de medição de

corrente trifásico independentes (A-B-C-N) e 3 tensões trifásicas conectada em delta - ∆ (A-

B-C), onde também possui fonte capacitiva incorporada para bobina de abertura do disjuntor

(BA). O relé executa as funções ANSI, conforme Tabela 4.1 abaixo:

Tabela 4.1 – Identificação das funções ANSI.

Funçao ANSI Descrição da Função

27 Relé de subtensão

27-0 Relé de subtensão para supervisão da alimentação auxiliar

47 Relé de sequência de fase de tensão

50 Relé de sobrecorrente instantâneo de fase

50N Relé de sobrecorrente instantâneo de neutro

51 Relé de sobrecorrente temporizado de fase

51N_GS Relé de sobrecorrente temporizado de neutro ( GS )

59 Relé de sobretensão

86 Relé de bloqueio

O relé possui as dimensões mecânicas conforme DIN43718:

- largura:72,0 mm;

93

- altura:144,0mm;

- profundidade: 230,0mm;

- Quatro relés de saída, saída para comando de TRIP na bobina de abertura (BA) e três

entradas lógicas.

4.2.1 – Código de Encomenda

Conforme Tabela 4.2 abaixo, o relé possui os códigos de encomenda relacionados que

variam em função da faixa da entrada de alimentação auxiliar do relé, tipo do contato da saída

de auto-check e padrão de comunicação de dados no borne traseiro do relé. [11]

Tabela 4.2 – Códigos de Encomenda.

Faixa de

Alimentação

Auxiliar

Padrão de

Comunicação

Auto-

check

Código de Encomenda

URP1439T

72...250Vca/Vcc

RS 485 NA 72 ... 250 Vca/Vcc – RS 485 – NA

RS 485 NF 72 ... 250 Vca/Vcc – RS 485 – NF

RS 232 NA 72 ... 250 Vca/Vcc – RS 485 – NA

RS 232 NF 72 ... 250 Vca/Vcc – RS 485 – NF

4.2.2 – Modo de Aplicação

O relé URP1439T é aplicado a proteção principal ou de retaguarda nas condições de

monofásico, bifásico, trifásico, trifásico + neutro + GS, apenas neutro ou GS. Proteção

de sobrecorrente em linhas de transmissão, distribuição, cabines primárias, distribuição

industrial, alimentadores, transformadores, motores, barramentos e geradores. Proteção de

sistemas contra subtensão e sobretensão. [11]

Devido as características de tropicalização (temperatura e umidade) o relé pode ser

instalado em cubículos (painéis elétricos) ao tempo ou abrigados e com alimentação auxiliar

alternada (Vac) ou contínua (Vcc).

94

4.2.3 – Recursos Gerais de Configuração para Aplicação

O URP1439T substitui de 1 a 4 relés de sobrecorrente ANSI 50/51 e 50/51N_GS

eletromecânicos ou estáticos e com qualquer tipo de temporização, amperímetros, voltímetros,

e outras lógicas de atuação ou intertravamento normalmente utilizados nos esquemas de

proteção elétrica. O relé protege o sistema contra sobretensão ANSI 59, subtensão ANSI 27,

sequência de fase de tensão ANSI 47 e falta de fase ANSI 48 com um recurso adicional de

possuir um voltímetro e monitoração de subtensão da própria entrada de alimentação auxiliar

(ANSI 27-0). [1]

4.2.4 – Entradas Lógicas

Nas entradas lógicas do relé URP1439T é permitido:

- bloqueio do relé de subtensão V<< (27)

- bloqueio do relé de sobrecorrente instantâneo I>>> (50 e 50N_GS).

- acesso aos registros de corrente e tensão, rearme remoto das banderolas e acesso a

parametrização do relé.

4.2.5 – Recursos de Medição

De forma geral, o esquema básico dos recursos de mediçao do relé de proteção

URP1439T, são descritos pelos itens abaixo:

4.2.5.1 – Entradas de Corrente Alternada

Na parte frontal o relé apresenta um display principal de 4 dígitos que indica através

de varredura (amperímetro) a corrente secundária ou primária circulando nas fases (A-B-C) e

no neutro (D). O relé registra o último valor de corrente que circulou na fase e no neutro antes

da operação de TRIP (desligamento do disjuntosr).

O relé permite o ajuste de uma constante amperimétrica que multiplica a corrente

secundária lida no relé. Esta constante é a relação do TC (relação do transformador de

corrente- RTC) utilizado na instalação elétrica.

95

Supomos que um TC com relação de 500/5 implica em uma relação de 100. Ao

programar essa relação no parâmetro 01, o amperímetro do relé passa a exibir a corrente

primária da instalação. Para valores da corrente entre 0,01 e 9999A será exibido o valor em

amperes. Para valores acima de 9999A o valor será exibido em kA, ou seja, é exibido o valor

dividido por 1000 e o relé indica a mudança de faixa do amperímetro através do led de

sinalização K aceso no painel frontal. [11]

Exemplo: Se tivermos uma corrente secundária de 60A e possuirmos uma relação de

TC de 200 (Parâmetro 01- constante amperimétrica de multiplicação = 200), teremos então

uma corrente primária de 12.000A e o amperímetro do relé exibe o valor: 12,0 e o led de

sinalização K permanece aceso indicando que o valor registrado no display está em kA.

A exatidão do amperímetro do relé é de ± 2,5% do ponto na faixa descrita na Tabela

4.3 abaixo:

Tabela 4.3 – Exatidão do Amperímetro.

Exatidão do Amperímetro = ± 2,5%

Entrada de Corrente Faixa (A)

Fase (A-B-C) 1,4 ... 100

Neutro (D) 0,7 ... 50

4.2.5.2 – Entradas de Tensão Alternada

Na parte frontal o relé apresenta um display principal de 4 dígitos que indica através

de varredura (voltímetro) a tensão secundária ou primária nas fases (A-B-C). O relé registra o

último maior valor de tensão de fase e o ultimo menor valor de tensão de fase antes da

operação de TRIP (desligamento do disjuntor).

O relé permite o ajuste de uma constante de multiplicação do voltímetro que

multiplica a tensão do secundário do transformador lida no relé. Esta constante é a relação do

TP (relação do transformador de potencial- RTP) utilizado na instalação elétrica.

Supomos que um TP com relação de 13800/110 implica em uma relação de 125. Ao

programar essa relação no parâmetro 14 o voltímetro do relé passa a exibir a tensão primária

da instalação. Para valores de tensão entre 0,01 e 9999V será exibido o valor em volts. Para

valores acima de 9999V o valor será exibido em kV, ou seja, é exibido o valor dividido por

96

1000 e o relé indica a mudança de faixa do voltímetro através do led de sinalização K aceso

no painel frontal. [11]

Exemplo: Se tivermos uma tensão de entrada de 230V e possuirmos uma relação de

TP de 60 (parâmetro 14- constante de multiplicação do voltímetro = 60), teremos então uma

tensão primária de 13.800V e o voltímetro do relé exibe o valor de 13,8 e o led de sinalização

K permanece aceso indicando que o valor registrado no display está em kV.

A exatidão do voltímetro do relé é de ± 2,5% do ponto na faixa descrita na Tabela 4.4

abaixo:

Tabela 4.4 – Exatidão do Voltímetro.

Exatidão do Voltímetro = ± 2,5%

Entrada Faixa (V)

Tensão 7,1 ... 500

4.2.5.3 – Sinalização da Medição de Corrente e Tensão

A Tabela 4.5 abaixo fixa a sinalização do display de função para determinar a

grandeza que está sendo exibida no display principal.

Tabela 4.5 – Sinalização das grandezas elétricas.

Indicação no Display

de Função

Descrição da Grandeza

iA Corrente da fase A

ib Corrente da fase B

iC Corrente da fase C

id Corrente do neutro N

uA Tensão da fase A

ub Tensão da fase B

uC Tensão da fase C

AA Alimentação Auxiliar

97

4.3 – Características Construtivas

De forma geral, o esquema básico das características de construção do relé digital de

proteção URP1439T, são descritos pelos itens abaixo:

4.3.1 – Características Tecnológicas

Os sinais de corrente e tensão são convertidos para valores digitais e processados

numericamente. Em função da velocidade de processamento é possível realizar operações

internas de auto-check e informar eventuais problemas do seu próprio funcionamento. O relé

pode ser conectado a um canal de comunicação serial para conexão em redes de transmissão

de dados supervisionados via computador. [11]

4.3.2 – Diagrama de Blocos

O funcionamento básico do relé URP1439T é simples, a corrente e tensão que chega

em seus terminais, fornecida pelo sistema, é reduzida por transformadores de corrente (TCs) e

transformadores de tensão (TPs) instalados internamente, fazem o tratamento do sinal

recebido no módulo multiplexador que modulam o seu valor para a entrada do conversor

analógico/digital, esse conversor transforma as correntes e tensões em valores digitais que

serão devidamente analisados pelo processador no módulo unidade de processamento. Os

valores ajustados no relé são amarzenados numa memória não volátil, chamada E²PROM,

garantindo assim a integridade dos dados mesmo com a ausência de tensão auxiliar por longo

período.

Para entender melhor o processo de funcionamento, na Figura 4.2 abaixo está o

diagrama de blocos do relé URP1439T.

98

Figura 4.2 – Diagrama de blocos URP1439T.

Uma descrição resumida dos componentes do diagrama de blocos do relé URP1439T

mostrado na Figura 4.2 é apresentada a seguir.

4.3.2.1 – Fonte de Alimentação

O relé possui uma fonte de alimentação chaveada com isolação de 2000 V que permite

alimentação em Vca ou Vcc na faixa especificada na aquisição do relé. Garante o

funcionamento após interrupção instantânea da alimentação auxiliar sem necessidade de

capacitores externos na alimentação do relé. O intervalo de tempo em que a energia

amarzenada suporta garantir o funcionamento do relé esta diretamente relacionada com a

tensão de alimentação de entrada auxiliar. A Tabela 4.6 abaixo fixa os tempos aproximados

em função da tensão de alimentação auxiliar.

Tabela 4.6 – Tempo de operação do relé após perda de alimentação auxiliar.

Tensão Auxiliar Tempo (s)

125 Vcc 0,62

250 Vcc 2,94

110 Vca 0,92

99

220Vca 4,39

4.3.2.2 – Canal de Comunicação Serial

O canal de comunicação serial utiliza padrão e protocolo de comunicação de dados

MODBUS RTU para interligação dos relés em uma rede de comunicação controlada através

de um microcomputador. O sinal é transmitido em RS485 permitindo ligar até 30 relés a um

microcomputador. O sistema permite comunicação bilateral com o relé, fornecendo as

seguintes informações: corrente e tensão atual, corrente e tensão do trip, estado dos relés de

saída, acionamento dos relé a distância, bloqueio do relé a distância, programação do relé a

distância (somente com liberação local através da chave dip interna, conforme Tabela 4.7) e

leitura da programação do relé.

No painel frontal existem dois leds de sinalização de comunicação serial. Um

denominado RX que indica que um bloco de dados foi recebido pelo relé e outro denominado

TX, onde indica que o relé respondeu a um pedido de comunicação. O led RX acende mesmo

que os dados não sejam destinados ao relé, o led TX só acende quando o relé reconhece um

bloco de dados como seu e emite uma resposta.

A conversão do padrão de comunicação RS485 para RS232 que permite a ligação da

rede de relés com o microcomputador de supervisão e controle é realizada pela interface

WICS - INTERFACE DE COMUNICAÇÃO SERIAL, que tem a função de converter os

níveis de tensão e garantir a isolação galvânica entre o cabo serial e o microcomputador. O

canal de comunicação permite operação até uma distância máxima de 1.200m sem repetidor.

No caso de comunicação direta com o relé para parametrização (comunicação ponto a

ponto bidirecional) existe um conector frontal mini-din que permite a conexão direta em

RS232 de um microcomputador, laptop ou notebook com o uso de um cabo padronizado para

esta conexão, chamado de CABO MINI-DIN.

Durante a comunicação via conector frontal a saída RS485 dos bornes permanece

inoperante.

Tabela 4.7 – Posição da chave dip interna de configuração do relé.

Chave CH - Posição 2

ON Libera programação através da serial

OFF Inibe programação através da serial

100

4.3.2.3 – Entradas de Corrente Alternada

O relé possui 4 entradas de corrente totalmente independentes com isolação de 2000V

entre as entradas e os outros pontos do relé. Cada entrada possui um dispositivo com 6

lâminas para curto-circuitar os bornes de entrada durante a extração, ausência ou conexão do

relé. As entradas de corrente possuem impedância de entrada baixa: 7mΩ para fase e neutro,

diminuindo extremamente o consumo de potência nas entradas de corrente do relé, facilitando

o uso de TC’s menores.

As entradas de corrente do relé podem operar em conexão residual ou utilizando um

TC (transformador de corrente) tipo janela. A utilização com conexão residual é mais

econômica e a utilização com TC tipo janela oferece a vantagem de maior sensibilidade. A

Figura 4.3 mostra um diagrama de ligação de entrada de corrente do relé utilizando um TC

tipo janela e a Figura 4.4 mostra um diagrama de ligação de entrada de corrente do relé com

uma conexão residual (caso da micro-máquina).

Figura 4.3 – Entrada de neutro com TC tipo janela.

Figura 4.4 – Entrada de neutro com conexão residual.

101

A Tabela 4.8 abaixo mostra a identificação dos bornes das entradas de corrente no

relé.

Tabela 4.8 – Identificação dos bornes das entradas de corrente.

Entrada Borne Descrição do Borne

FASE A X1A Entrada de corrente FASE A X2A•

FASE B X1B Entrada de corrente FASE B X2B•

FASE C X1C Entrada de corrente FASE C X2C•

NEUTRO D X1D Entrada de corrente NEUTRO D X2D•

4.3.2.4 – Entradas de Tensão Alternada

A entrada de tensão(A-B-C) é totalmente independente com isolação de 2.000V entre

a entrada e os outros pontos do relé. A entrada de tensão possui impedância de entrada de

Zin= 68,1K + j63,9K. A conexão das entradas de tensão do relé com a instalação elétrica é

função da forma de fechamento do secundário do transformador de potencial (TP). No caso da

micro-máquina, o secundário do transformador de potencial (TP) ficou fechado em delta ∆,

conforme Figura 4.5 abaixo.

Figura 4.5 – Secundarío do transformador de potencial (TP) fechado em ∆.

102

A Tabela 4.9 abaixo mostra a identificação dos bornes das entradas de tensão no relé.

Tabela 4.9 – Identificação dos bornes das entradas de tensão.

Entrada Borne Descrição do Borne

FASE A A

Entrada de tensão FASE A

FASE B B

Entrada de tensão FASE B

FASE C C

Entrada de tensão FASE C

4.3.2.5 – Entradas Lógicas

O relé tem 3 entradas lógicas com isolação óptica. Atuam através de um nível de

tensão alternado ou contínuo aplicado na entrada lógica. As entradas lógicas possuem as

seguintes funções descritas na Tabela 4.10 abaixo:

Tabela 4.10 – Identificação das entradas lógicas.

Borne Descrição do Borne 1-2

Bloqueio do relé de subtensão V<< (27).

1-3

Bloqueio do relé de sobrecorrente instantaneo I>>> (50/50N-GS).

1-4

Acesso aos registros de corrente e tensão, rearme remoto das bandeirolas e acesso a parametrização do relé.

4.3.2.6 – Multiplexador dos Sinais de Entrada de Corrente e Tensão

Seleciona qual a entrada de corrente ou tensão será amostrada através do conversor

analógico/digital.

4.3.2.7 – Conversor Analógico/Digital

Converte o valor de tensão selecionada no multiplexador em palavra digital de 12 bits.

103

4.3.2.8 – Unidade de Processamento

São microcontroladores de 8 bits que processam todos os sinais de entrada, executam

os algoritmos de atuação da unidade temporizada e instantânea e controlam teclado, display,

relés de saída e canal de comunicação serial.

4.3.2.9 – Driver

É o amplificador para acionamento dos relés de saída.

4.3.2.10 – Memória E²PROM

É a memória utilizada para amarzenar os parâmetros programados pelo usuário. A

parametrização do relé é mantida caso o relé permaneça sem alimentação auxiliar. Não há

necessidade de utilização de baterias químicas internamente no relé.

4.3.2.11 – Saídas de Atuação e Sinalização

A Tabela 4.11 abaixo descreve as saídas para cada família do relé.

Tabela 4.11 – Identificação das saídas de atuação e sinalização.

Borne Descrição do Borne 15-16

Auto-check (NA ou NF) de sinalização definido no código de encomenda.

21-22-23

Comando de TRIP-2 (27/27-0/47/59) com contato reversível.

24-25

Comando de TRIP-1 (50/50N-GS/51/51N-GS) com contato normalmente aberto (NA).

4.3.2.12 – Auto-Check

É um circuito lógico com temporização interna que energiza o relé de auto-check no

instante da energização do relé. Este circuito esta ligado a unidade de processamento e fonte,

onde a interligação é feita em pontos estratégicos da unidade de processamento.

104

O software realiza uma série de verificações da sequência de execução dos vários

blocos do relé em um intervalo de 50ms. Caso algum dos principais componentes apresente

problema, a sequência de verificação é interrompida e automaticamente o relé de auto-check é

desernegizado. A operação do contato de auto-check esta relacionada com a definição do

código de encomenda do relé e segue a lógica de atuação definida na Tabela 4.11.

Caso ocorra uma falha na sequência de supervisão da lógica de funcionamento do relé

o contato de auto-check (15-16) atua e todos os relés de saída são bloqueados e o relé durante

0,5s provoca um reset geral automático. O reset automático sendo satisfatório, o relé retorna

ao serviço, desbloqueando as saídas de TRIP e atuando novamente o contato de auto-check.

Sugerimos que o contato de auto-check (15-16) seja conectado a um sistema de sinalização

visual ou sonora.

A Tabela 4.12 abaixo mostra a descrição de atuação do relé auto-check.

Tabela 4.12 – Descrição de atuação do relé de auto-check.

Contato Auto-Check (15-16)

Descrição da Lógica de Atuação

NA

Normal Em condição de funcionamento normal do relé fecha o contato de saída.

Falta Em condição de funcionamento irregular do relé abre o contato de saída.

NF

Normal Em condição de funcionamento normal do relé abre o contato de saída.

Falta Em condição de funcionamento irregular do relé fecha o contato de saída.

4.3.2.13 – Teclado

O relé possui teclado com micro chaves de fácil operação. O teclado somente é

utilizado para acionamento de rotinas de testes, parametrização e configuração do relé. O

teclado de policarbonato suporta descargas eletrostáticas.

105

4.3.2.14 – Bandeirolas

O relé possui um conjunto de leds que permitem uma visualização total da atuação da

proteção. É possível distinguir qual a fase de corrente ou tensão que provocou a atuação da

proteção. Existem várias maneiras de rearmar (resetar) as bandeirolas:

- Sem a tampa frontal do relé pressionar a tecla [ R ];

- Com a tampa frontal pressionar o botão de reset;

- Injetar tensão na entrada lógica nos bornes (1-4) por mais de 3s para resetar as

bandeirolas;

- Via comunicação serial.

Essas sinalizações possui memória, ou seja, é possível adentificar o motivo do TRIP

mesmo após a perda da alimentação auxiliar do relé.

4.3.2.15 – Display

O display superior de 4 digitos é utilizado como amperímetro trifásico e voltímetro,

mostrando a indicação dos registros e dos valores ajustados na parametrização do relé.

O display inferior de funções de 2 dígitos é utilizado para indicar a grandeza elétrica

que esta sendo apresentada no display principal, indicar o parâmetro que esta sendo

programado ou verificado do relé e indicar os registros de tensão e corrente que foram

memorizados durante a operação do relé e que esta sendo apresentado no display principal. A

identificação da sinalização dos registros segue na Tabela 4.13 abaixo:

Tabela 4.13 – Identificação da sinalização dos registros.

Sinalização Descrição

r1 Registro de corrente máxima de fase. r2 Registro de corrente máxima de neutro. r3 Registro de tensão mínima de fase. r4 Registro de tensão máxima de fase.

1...26 Parametrização do relé.

106

O relé mede a corrente e a tensão eficaz de cada ciclo. O maior valor registrado desde

o ultimo rearme de bandeirola fica memorizado enquanto permanecer a alimentação auxiliar

do relé. Para verificar este valor existem 3 procedimentos:

- Pressionar a tecla decremento [j ] e em seguida pressionar a tecla [ F ]. O display de

funções indica r1 e o display principal indica o valor máximo de corrente da fase. Pressionar

novamente a tecla [ F ] para acesso ao registro r2 e o display principal indica o valor máximo

de corrente de neutro. Pressionar novamente a tecla [ F ] para acesso ao registro r3 e o display

principal indica o valor de tensão mínima de fase. Pressionar novamente a tecla [ F ] para

acesso ao registro r4 e o display principal indica o valor de tensão máxima de fase;

- Aplicar pulsos na entrada lógica nos bornes (1-4) e teremos a repetição do acesso as

informações descritas anteriormente;

- Via comunicação serial.

4.4 – Conclusão

Neste capítulo foi apresentado toda a descrição básica do relé digital multifunção

URP1439T, descrevendo resumidamente suas principais características de construção e seu

modo de aplicação, com sua funcionalidade e particularidade.

107

CAPÍTULO 5

IMPLEMENTAÇÃO PRÁTICA E RESULTADOS


Este capítulo apresenta o projeto de proteção aplicado ao sistema de geração em escala

reduzida. O projeto de proteção esta fundamentado na aplicação de um relé digital

multifunção, que visa assegurar a desconexão das máquinas elétricas do sistema de geração,

quando submetidas a qualquer anormalidade que as façam operar fora dos limites previstos,

uma vez que antes a proteção consistia em utilização de fusíveis e relés térmicos.

5.2 – Sequência de Acionamento do Grupo Gerador de 10kVA

Para um perfeito entendimento do projeto de proteção é necessário a abordagem do

processo de partida do grupo gerador, partida esta que segue uma sequencia pré-definida e

segura. São utilizados diversos dispositivos que, em conjunto, proporcionam uma lógica de

funcionamento para executar as tarefas projetadas. Dentre estes dispositivos, foram utilizados

chaves de acionamento, chaves contatoras, chaves temporizadas, relés térmicos, fusíveis e

disjuntores.

Para o acionamento das máquinas do sistema de geração em escala reduzida, encontra-

se implantado um projeto de automação baseado em lógica de contatos obedecendo às regras

de acionamento do grupo gerador fornecidas pelo fabricante. Estas regras em muito se

assemelham aos procedimentos adotados em uma usina de geração de grande porte, seguindo

uma sequência de partida e de parada.

O projeto de automação é, normalmente, dividido em duas partes: o circuito de

comando e o circuito de força. Na primeira, é representado todo o conjunto de componentes

que executa a lógica de acionamento das chaves eletromecânicas de menor potência e das

bobinas que comandam as chaves de potência mais elevada, enquanto que na segunda parte,

são representados os componentes de maior potência, acionados pelo circuito de comando.

A lógica de acionamento tem como base os dados das máquinas utilizadas e as regras

de acionamento do grupo gerador. Para este projeto, são utilizadas duas máquinas elétricas

108

rotativas. Cada uma destas apresenta dois enrolamentos acessíveis (enrolamento de campo e

de armadura), totalizando em quatro ramos de acionamento elétrico. Os dois primeiros ramos

são destinados ao acionamento do motor CC (máquina primária), sendo o primeiro ligado ao

enrolamento de campo e o segundo ao de armadura. Os dois últimos ramos são utilizados para

acionar o gerador, sendo o terceiro ramo ligado ao enrolamento de campo do gerador e o

quarto ramo, referente à saída de geração, compreende o caminho elétrico entre o grupo

motor-gerador e a rede elétrica.

Desta forma, estabeleceu-se a seguinte sequência de acionamento:

Etapa 1- Acionamento do Motor CC

a) Acionamento do motor CC – este enrolamento, quando energizado por uma fonte

independente e constante, estabelece um campo magnético constante no estator do motor;

b) Acionamento da armadura do motor CC – para isto, é necessário que o enrolamento

de campo esteja acionado e que o temporizador do circuito de pré-carga esteja finalizado. O

circuito de pré-carga minimiza os efeitos das correntes de magnetização das bobinas do

transformador. Em seguida, tem-se a condição necessária para o regulador de velocidade atuar

no motor CC, através do conversor CC-CC.

Etapa 2- Acionamento do Gerador Síncrono

a) Acionamento do campo do gerador – para este acionamento, faz-se necessária a

conclusão da Etapa 1 e também a velocidade de rotação do eixo do grupo motor gerador

esteja em velocidade nominal. Daí então, o regulador de tensão pode atuar no enrolamento de

campo de modo a controlar a tensão gerada nos terminais do enrolamento de armadura do

gerador.

Etapa 3- Sincronismo

a) Acionamento da armadura do gerador – uma chave contatora conectada à saída do

gerador permite a interligação entre o gerador e a rede elétrica. Esta etapa depende do

funcionamento do grupo-gerador e das condições básicas de paralelismo (mesma sequência de

fase, mínima diferença de ângulo entre as fases e as tensões homólogas, ou seja, a cada fase A

do gerador com a fase correspondente da rede elétrica). A Figura 5.1 ilustra o circuito de

comando desenvolvido com base nas regras escritas.

109

Etapa 4- Parada

a) acionamento da parada do conjunto motor gerador – o conjunto será desligado e

simultaneamente desconectado da rede elétrica quando receber comando via botão de parada

ou na ocorrência de anormalidades que possam comprometer a integridade do conjunto tais

como: perda de alimentação ao circuito de comando, queima de fusíveis, atuação de relés

térmicos ou atuação do relé de proteção.

Etapa 5- Proteção

a) Proteção – instalado um relé digital multifuncional que tem como função monitorar

o gerador e provocar seu respectivo desligamento sempre que o mesmo seja submetido a

algumas condições anormais de funcionamento tais como: sobretensões, subtensões,

sobrecargas e inversão de fase.

Figura 5.1 – Circuito de comando.

De acordo com a Figura 5.1, pode-se notar que o circuito de comando esta dividido em

cinco etapas:

Etapa 1- representa a lógica de acionamento do motor CC e é formada por duas chaves

de acionamento (S0 e S1), uma contatora de campo (K0), duas contatoras (K1, KT1) e um

temporizador (T1) para o enrolamento de armadura, onde o circuito de pré-carga é formado

por KT1+T1.

Etapa 2- representa a lógica de acionamento aplicado ao gerador síncrono, sendo

formado por uma chave de acionamento (S2) e uma contatora de campo (K2).

110

Etapa 3- representa o paralelismo, sendo formado por uma chave de acionamento

manual (S3), uma chave auxiliar de contato (K2) e um contator (Kp).

Etapa 4 e 5- representa a parada e proteção, contendo fusível, relés térmicos (RT1 e

RT2), uma chave de parada de emergência e um relé de proteção (RTRIP).

As regras para a lógica do circuito de comando foram empregadas de tal modo que,

além dos comandos manuais via as chaves S0, S1 ,S2, S3 e S4, o acionamento das máquinas

também dependesse de um intertravamento entre as chaves contatoras, por exemplo, o

acionamento do enrolamento da armadura do motor CC (K1) depende do acionamento do

enrolamento de campo (K0). O acionamento do enrolamento de campo do gerador (K2)

depende do término do tempo (T1) do circuito de pré-carga (KT1). A chave de paralelismo

pode ser acionada manualmente através de S3, mas depende da chave conectada ao

enrolamento de campo do gerador (K2).

O circuito de força contendo os elementos de maior potência do circuito de

acionamento é ilustardo na Figura 5.2

Figura 5.2 – Circuito de força.

111

De acordo com a Figura 5.2 pode-se observar que o circuito de força é formado por

quatro circuitos principais, onde os dois primeiros circuitos alimentam os enrolamentos de

campo e de armadura do motor CC, o terceiro alimenta o campo do gerador e o quarto

circuito representa a saída do gerador síncrono. Nota-se também a localização do relé

multifuncional (URP1439T) e seus respectivos sensores de medição (TP e TC).

5.3 – Sistema de Proteção

O sistema de proteção implantado esta baseado em um relé de fabricação PEXTRON,

denominado URP1439T cujas características principais são:

- Microprocessado;

- Trabalha com tensões e correntes trifásicas, monofásicas e de terra;

- Fonte e trip capacitivo;

- Amperímetro e voltímetro incorporados;

- Relé de bloqueio;

- Supervisão de alimentação auxiliar;

- Bandeirolas de sinalização;

- Registro de eventos;

- Curvas de proteção padronizadas (NI, MI, EI);

- Porta serial RS485- Protocolo de comunicação Modbus® RTU;

- Multifunção- Capaz de executar as funções ANSI, conforme Tabela 5.1 abaixo.

Tabela 5.1 – Identificação das funções ANSI executáveis pelo relé.

Função ANSI Descrição

27 Relé de subtensão. 27-0 Relé de subtensão – supervisão da alimentação auxiliar. 47 Relé de sequência de fase de tensão. 50 Relé de sobrecorrente instantâneo de fase.

50N Relé de sobrecorrente instantâneo de neutro. 51 Relé de sobrecorrente temporizado de fase.

51N_GS Relé de sobrecorrente temporizado de neutro ou terra. 59 Relé de sobretensão. 86 Relé de bloqueio.

112

As funções ANSI empregadas na implementação do relé URP1439T foram

parametrizadas conforme a literatura do livro Proteção dos Sistemas Elétricos de Potência [1].

– Proteção de Subtensão (27)

Tem por finalidade proteger máquinas elétricas, principalmente motores e geradores,

das quedas de tensão que possam danificar esses equipamentos ou levá-los a perda de

estabilidade. Normalmente, os sistemas elétricos toleram tensões em nível de até 80% do

valor nominal por período de aproximadamente 2 segundos.

Ajustes propostos [1]

Vaj: 80% x Vng

Temporização: 5 segundos

Ajustes aplicados

RTP: 220/110 = 2 (parâmetro 14)

Vaj: 80% x Vng = 0,8 x 220 = 176V

Valor configurado: 176 (parâmetro 17)

Temporização: 5 segundos (parâmetro 18)

– Proteção de Sequência de fase (47)

Sua função é proteger instalações contra falta de fase, assimetria modular e inversão

da sequência de fase, evitando assim que máquinas girantes de alta potência, inversores e

transformadores de alta tensão sejam danificados ou que tragam mau funcionamento a

equipamentos, processos ou ao sistema elétrico.

No gerador síncrono sob proteção a referida função visa identificar possíveis

anomalias em seus terminais.

– Proteção de Sobretensão (59)

Tem por finalidade proteger máquinas elétricas, principalmente motores e geradores,

de sobretensões que poderão afetar a isolação quando expostos a grandes gradientes de

potencial. A proteção contra sobretensão pode consistir de relés com retardo de tempo,

ajustados para operar com 5 a 10% das tensões nominais ou relés de sobretensão instantâneos

ajustados numa faixa de 130 a 150% da tensão nominal.

113


Vaj: 110% x Vng

Temporização: 5 segundos

Ajustes aplicados

RTP: 220/110 = 2 (parâmetro 14)

Vaj: 110% x Vng = 1,1 x 220 = 242V

Valor configurado: 242 (parâmetro 15)


– Proteção de Sobrecorrente Temporizado de Fase (51)

As sobrecorrentes são eventos mais comuns que ocorrem em sistemas elétricos de

forma geral e que submetem os componentes elétricos aos maiores níveis de desgaste e

comprometimento de sua vida útil. Estão classificados em sobrecargas e curtos-circuitos.

As sobrecargas são variações moderadas de corrente que flui no sistema elétrico,

quando estas são por tempo limitado muitas vezes o sistema já é projetado para suportá-las,

mas, quando o seu valor de corrente ultrapassa os limites permitidos de qualquer dos

componentes de um sistema elétrico o equipamento deve ser retirado de operação.

Os curtos-circuitos são variações extremas da corrente que flui no sistema elétrico e

que danificam os componentes elétricos por meio dos quais são conduzidos, devendo ser

eliminados entre 50 a 1000ms.


Iaj: 2 x Ing

Temporização: seletivo a jusante

Ajustes aplicados

RTC: 50/5 = 10 (parâmetro 01)

Iaj: (110% x In)/RTC = (1,1 x 26,2)/10 = 2,88A

Valor configurado: 2,88 x 10 = 28,8 (parâmetro 05)


Os ajustes aplicados visam identificar e eliminar situações de sobrecargas sustentadas.

114

– Proteção de Sobrecorrente Temporizado de Neutro (51N_GS)

As sobrecorrentes são os eventos mais comuns que ocorrem em sistemas elétricos de

forma geral e que submetem os componentes elétricos aos maiores níveis de desgaste e

comprometimento de sua vida útil. Estão classificadas em sobrecargas e curto-circuitos.

As sobrecargas são variações moderadas de corrente que flui no sistema elétrico,

quando estas são por tempo limitado muitas vezes o sistema já é projetado para suportá-las,

mas, quando o seu valor de corrente ultrapassa os limites permitidos de qualquer dos

componentes de um sistema elétrico o equipamento deve ser retirado de operação.

Os curtos-circuitos são variações extremas da corrente que flui no sistema elétrico e

que danificam os componentes elétricos por meio dos quais são conduzidos, devendo ser

eliminados entre 50 a 1000ms.


Iaj: 2 x Ing

Temporização: seletivo a jusante

Ajustes aplicados

RTC: 50/5 = 10 (parâmetro 01)

Iaj: (20% x In)/RTC = (0,2 x 26,2)/10 = 0,54A

Valor configurado: 0,52 x 10 = 5,24 (parâmetro 11)

Temporização: 0,1 segundo (parâmetro 12)

Os ajustes aplicados visam identificar e eliminar desequilíbrios de correntes.

5.4 – Elaboração do Projeto

Considerando que o relé de proteção URP1439T deveria ser incorporado ao conjunto

de máquinas elétricas do sistema de geração já montados fez-se necessário o levantamento

dos circuitos de força e controle dos panéis das máquinas elétricas e linha de transmissão

(LT), tal levantamento permitiu a criação de um projeto visando à integração do relé aos

circuitos existentes.

O projeto foi consolidado com o desenvolvimento de desenho unifilar, trifilar,

funcional e interligação, que nortearam as etapas de montagem e ensaios necessários.

115

O desenho unifilar, Figura 5.3, demonstra o posicionamento do relé e instrumentos

(TP’s e TC’s).

Figura 5.3 – Desenho unifilar.

O desenho trifilar, Figura 5.4, apresenta uma visão geral detalhada das interligações

dos equipamentos envolvidos.

Figura 5.4 – Desenho trifilar.

O desenho funcional, Figura 5.1, já descrita no item 5.2, apresenta a filosofia de

funcionamento adotada no projeto.

O desenho de interligação, Figura 5.5, demonstra como os circuitos foram montados.

116

Figura 5.5 – Desenho de interligação.

A filosofia de funcionamento para atendimento ao objetivo de promover o

desligamento das máquinas elétricas consiste em inserir um contato normalmente fechado

(NF) em série com o contato do botão de parada do conjunto, por indisponibilidade de contato

NF no relé multifunção URP1439T, foi necessário acrescentar um relé auxiliar denominado

RTRIP para executar tal função. Portanto quando ocorrer atuação de qualquer das funções

parametrizadas no relé multifunção, o relé auxiliar RTRIP irá operar abrindo a malha que

mantém energizados as contatoras K0, K1, K2 e KP.

A função de subtensão (27), que tem por objetivo identificar situações de subtensão

quando o micro-gerador encontra-se sincronizado com a rede da concessionária, necessita ser

bloqueada durante a etapa de partida, para o bloqueio foi usado a entrada lógica

correspondente aos bornes 1 e 2 do relé.

Considerando o propósito acadêmico das máquinas elétricas optou-se por ativar a

função de proteção de sequência de fase (47), cuja atuação poderá interromper o processo de

partida antes do acoplamento à rede da concessonária caso, no momento do acionamento do

campo do gerador, seja identificado inversão ou falta de fase envolvendo o circuito terminal

do gerador.

Na Figura 5.6, é possível observar a estrutura física do relé auxiliar RTRIP, instalado

no painel da linha de transmissão (LT).

117

Figura 5.6 – Relé auxiliar RTRIP.

5.5 – Instalação do Relé URP1439T

Por questões de disponibilidade de espaço físico o relé URP1439T foi instalado no

painel destinado a linha de transmissão (LT).

Na Figura 5.7, é possível observar a estrutura física do relé digital multifunção.

Figura 5.7 – Relé URP1439T.

O relé está alimentado por tensão 220VCA, Fases R e S, através de disjuntor

termomagnético de 5A.

As informações de corrente são aquisitadas dos transformadores de corrente TCA,

TCB e TCC, cuja a relação de transformação é 50/5A, instalados na saída do micro-gerador.

Podemos observar na Figura 5.8, a estrutura física dos TC’s de proteção anteriormente

citados.

118

Figura 5.8 – TC’s de proteção.

As informações de tensão são aquisitadas dos transformadores de potencial TPA, TPB

e TPC, cuja a relação de transformação é 220/110V, instalados na saída do micro-gerador.

Podemos observar na Figura 5.9, a estrutura física dos TP’s de proteção anteriormente

citados.

Figura 5.9 – TP’s de proteção.

Os transformadores de corrente disponibilizados possuem as seguintes características:

Tipo Janela, modelo RH-78, relação 50/5A, fabricante RENZ, tensão 0,6kV/50-60Hz, classe

de exatidão 3,0C, aplicação em medição elétrica. São características que não permitiram

implementações de funções de proteção para detecção de curto-circuitos, portando foram

implementadas funções para detectar sobrecargas e desequilíbrio de corrente.

119

5.6 – Parametrização das Funções de Proteção do Relé URP1439T

A etapa de parametrização foi feita com base nas propostas do item 5.3 e atuando-se

diretamente no teclado de navegação do relé URP1439T, conforme Tabela 5.2.

Tabela 5.2 – Parametrização do relé URP1439T.

N° Descrição do Parâmetro Faixa de Ajuste Ajuste Definido

01 Constante RTC 1,00...2500 10 05 Partida tempo def. de fase I>> 51 0,25...100A x RTC 28,8A 06 Tempo def. de fase I>> 51 0,10...240s 5s 11 Partida tempo def. de neutro I>> 51N_GS 0,15...50A x RTC 5,24A 12 Tempo def. de neutro_GS I>> 51N_GS 0,10...240s 0,10s 14 Constante RTP 1,00...360 2 15 Partida tempo def. sobretensão V>> 59 10,0...500Vca x RTP 242V 16 Tempo def. de sobretensão V>> 59 0,25...240s 5s 17 Partida tempo def. de subtensão V<< 27 2,00...500Vca x RTP 176V 18 Tempo def. de subtensão V<< 27 0,25...240s 5s 19 Tensão mínima auxiliar 27-0 2,00...352V 110V 20 Tempo def. de sequência de fase 47 0,10...0,99 + OFF 0,10 24 Tensão auxiliar 27-0 0.00- alternada(CA)

1.00- contínua (CC) 0.00

5.7 – Ensaios

Foram executados quatro ensaios necessários para validar o projeto, sendo eles:

– Ensaio de Interligação

Ensaio executado com o propósito de atestar a correta montagem do circuito, condição

fundamental para o êxito do projeto, a verificação ponto a ponto de toda a fiação envolvida

assim como suas respectivas conexões e identificações faz-se necessário e deve estar em

consonância com o desenho de fiação previamente executado ( Figura 5.5). O ensaio consistiu

na verificação de cada fio de interligação, conexões de bornes, identificação das extremidades

e pontos de aterramentos.

120

– Ensaio Funcional

Ensaio executado com o propósito de identificar possíveis erros de fiação, projeto e

concepção de equipamentos. Consistiu em verificar, conforme desenho funcional (Figura 5.1),

a funcionalidade de todos os trechos de um circuito elétrico de forma lógica e assim atestar o

perfeito funcionamento do circuito quando este for colocado em operação definitiva.

– Ensaio de Aplicação de Corrente e Tensão

Ensaio executado com o propósito de verificar de forma real o comportamento dos

circuitos de corrente e tensão interligados ao relé. Consistiu em aplicar valores nominais de

tensão e corrente de forma alternada, e verificar as relações de transformação (RTC e RTP), a

correta medição e indicação das grandezas pelo relé.

– Ensaio das Funções de Proteção Parametrizadas no Relé URP1439T

Ensaio executado com o propósito de comprovar os parâmetros configurados no relé

através da aplicação de grandezas elétricas através de equipamentos específicos para tal. O

modelo OMICRON CMC 156 foi o equipamento utilizado para a realização de testes das

funções de proteção do relé URP1439T, concebido para testes trifásicos em relés. Os

resultados dos ensaios de cada uma das funções encontram-se no APÊNDICE A. Informações

e características do equipamento utilizado nos ensaios encontram-se no APÊNDICE B.

Na Figura 5.10, é possível observar a execução de um ensaio utilizando a caixa de

teste OMICRON.

Figura 5.10 – Ensaios do relé URP1439T.

121

5.8 – Conclusão

Neste capítulo foi apresentado todo o desenvolvimento das etapas de implementação

do relé digital URP1439T aplicado ao sistema micro-gerador de 10kVA. Primeiramente é

apresentado a etapa de levantamento dos equipamentos e circuitos já instalados visando a

elaboração do projeto de implementação. Em seguida, é apresentado as etapas de montagem,

parametrização e ensaios de circuitos e funções de proteção.

122

CAPÍTULO 6

CONCLUSÃO

6.1 – Considerações Finais

O propósito deste trabalho é apresentar o desenvolvimento das etapas de implantação

do sistema de proteção aplicado ao conjunto micro-gerador de 10kVA, proteção esta que visa

dar mais segurança operativa ao conjunto de equipamentos quando estes operam sob

condições anormais que possam causar danos ou interferir em sua operação. A escolha do relé

URP1439T (Pextron) foi determinada pela sua tecnologia empregada, praticidade e

principalmente custo relativamente baixo, portanto a relação custo benefício foi o fator

determinante.

A etapa de levantamento de circuitos e fiações envolvidos foi fundamental, pois gerou

conhecimento sistêmico sobre o modo de operação do conjunto além de facilitar a etapa de

projeto onde foram criados os desenhos que nortearam a instalação do relé em consonância

com os circuitos já existentes.

A parametrização foi uma das etapas que apresentou grau de dificuldade mais elevado,

pois gerou muitas dúvidas, as quais foram devidamente eliminadas após detalhado estudo do

manual do relé.

Os resultados obtidos dos ensaios aos quais circuitos, transformadores e funções de

proteção do relé URP1439T foram submetidas, comprovam que as decisões tomadas quando

da execução do projeto estão adequadas.

Neste trabalho procurou-se estudar e aplicar os princípios teóricos que regem os

circuitos elétricos assim como a filosofia de proteção relacionada com a teoria de relés.

6.2 – Sugestões para Trabalhos Futuros

Durante a fase de execução do projeto e implementação do relé de proteção no

conjunto micro-gerador de 10kVA foi possível observar e identificar várias oportunidades de

melhorias, que se implantadas poderão tornar o conjunto micro-gerador mais seguro e com

123

melhor performace de funcionamento. A seguir serão relacionadas as oportunidades de

melhorias que poderão ser executadas como planos futuros:

- Execução de desenho de fiação (as built), este desenho visa demonstrar fielmente

como toda a fiação envolvida no conjunto micro-gerador foi montada, facilitando o

entendimento dos circuitos assim como futuras alterações;

- Substituição dos transformadores de corrente destinados ao relé de proteção. Os TC’s

disponibilizados não possuem as características adequadas para ativação das funções de

sobrecorrente, os mesmos são destinados a equipamentos de medição, portanto, em situações

de curto-circuito os mesmos irão saturar rapidamente impedindo o correto funcionamento do

relé de proteção.

- O relé URP1439T permite acesso remoto através de protocolo de comunicação

MODBUS RTU, via portas de comunicação RS232 e RS485 disponíveis, este recurso abre

possibilidade de implantação de um sistema de supervisão que além de receber/enviar

informações binárias poderá receber informações analógicas (corrente e tensão);

- Ativar check de sincronização através de utilização de contato já disponível no

sincronoscópio, esta providência irá dar mais segurança ao processo de sincronização do

conjunto micro-gerador à rede da concessonária, podendo evitar sincronismo fora de fase e

consequentemente em destruição de componentes do conjunto.

124

APÊNDICE A

RESULTADOS DOS ENSAIOS

A.1 – Introdução

Este apêndice contempla os relatórios apresentados abaixo gerados pela unidade de

ensaios automatizados de relés OMICRON CMC156, associado ao software OMICRON Test

Universe. Os resultados são demonstrados através de valores e gráficos das grandezas

referentes aos ensaios executados nas funções de proteção parametrizadas no relé. O

diagnóstico dos ensaios são fornecidos automaticamente pela unidade de ensaio.

A.2 - Subtensão Trifásico (27) .rmp: . . Equipamento em Teste - Ajustes do dispositivo

. . . Subestação/Vão: Subestação: Universidade Federal do Pará Endereço da Subestação: Belém - PA Bay: Micro-Máquina 10KVA Endereço do Vão: Laboratório UFPA

. . . Dispositivo: Nome/descrição: URP1439T Fabricante: Pextron Tipo de Dispositivo: Relé Digital Multifunção Endereço do dispositivo: Painel Micro-Máquina Número Modelo/Série: 0811_93777_10 Info adicional 1: Projeto de Controle Vetorial Info adicional 2: P&D - Eletronorte . . . Valores Nominais: f nom: 60,000 Hz Número de fases: 3 V nom (secundária): 110,00 V V primária: 220,00 V I nom (secundária): 5,000 A I primária: 50,00 A

Configuração de hardware . Equipamento de Teste Tipo No de série CMC156 EK359E

. Saídas analógicas Equipamento de Teste Equipamento em teste Sinal Dispositivo Conector Etiqueta Terminal de

conexão

CMC156 V EK359E

1 V L1-E V L1-E 2 V L2-E V L2-E 3 V L3-E V L3-E

125

Ajustes do teste . Geral No. de estados rampa: 2 Total de passos por teste: 100 Tempo total por teste: 195,300 s No. execuções do teste: 1

Quantidades de Rampas

V L1-E;L2-E;L3-E / Amplitude

. Estados Rampa Estado Estado 1 Estado 2 V L1-E 55,000 V 49,500 V 0,00 ° 0,00 ° 60,000 Hz 60,000 Hz V L2-E 55,000 V 49,500 V -120,00 ° -120,00 ° 60,000 Hz 60,000 Hz V L3-E 55,000 V 49,500 V 120,00 ° 120,00 ° 60,000 Hz 60,000 Hz Forçar fases abs. Sim Não Sin. 1 de 55,000 V 49,500 V Sin. 1 para 49,500 V 63,500 V Sin. 1 ∆∆∆∆V -0,200 V 0,200 V Sin. 1 dV/dt -0,033 V/s 0,667 V/s Dt por passo 6,000 s 0,300 s Passos de Rampa 29 71 Tempo da rampa 174,000 s 21,300 s Trigger Bin Bin Lógica de Trigger OU OU Disparo 1 1 Parar Rampa no Tr. Não Não Passo para trás Não Não Tempo de Atraso 0,000 s 0,000 s

Módulo de teste Nome: OMICRON Ramping Versão: 1.61 Início do teste: 11-mai-2013 11:08:49 Fim do Teste: 11-mai-2013 11:12:05

Resultados do teste Sinal 1 Estado/ Exec.

Grandeza Rampada

Trigger Nom. Real Tol.- Tol.+ Desv. Aval.

1/1 V L1-E;L2-E;L3-E Disparo ↑ 50,800 V 50,800 V 5,080 V 5,080 V 0,000 V + 2/1 V L1-E;L2-E;L3-E Disparo ↑ 51,500 V 49,500 V 5,150 V 5,150 V -2,000 V + Aval.: + .. Aprovado x .. Reprovado o .. Não avaliado

126

Estado do teste: Teste aprovado

Estado 2Estado 1

V L1-E;L2-E;L3-E

t/s20 40 60 80 100 120 140 160 180

Sin. 1/V

50515253545556575859606162

t/s20 40 60 80 100 120 140 160 180

Disparo

127

A.3 - Sobretensão Trifásico (59).rmp: . . Equipamento em Teste - Ajustes do dispositivo





conexão

CMC156 V EK359E

1 V L1-E V L1-E 2 V L2-E V L2-E 3 V L3-E V L3-E



V L1-E;L2-E;L3-E / Amplitude

128

Estados Rampa Estado Estado 1 Estado 2 V L1-E 68,000 V 70,000 V 0,00 ° 0,00 ° 60,000 Hz 60,000 Hz V L2-E 68,000 V 70,000 V -120,00 ° -120,00 ° 60,000 Hz 60,000 Hz V L3-E 68,000 V 70,000 V 120,00 ° 120,00 ° 60,000 Hz 60,000 Hz Forçar fases abs. Sim Não Sin. 1 de 68,000 V 70,000 V Sin. 1 para 70,000 V 63,500 V Sin. 1 ∆∆∆∆V 0,100 V -0,200 V Sin. 1 dV/dt 0,018 V/s -0,667 V/s Dt por passo 5,500 s 0,300 s Passos de Rampa 21 34 Tempo da rampa 115,500 s 10,200 s Trigger Bin Bin Lógica de Trigger OU OU Disparo 1 1 Parar Rampa no Tr. Não Não Passo para trás Não Não Tempo de Atraso 0,000 s 0,000 s



Grandeza Rampada


1/1 V L1-E;L2-E;L3-E Disparo ↑ 69,860 V 69,200 V 6,986 V 6,986 V -0,660 V + 2/1 V L1-E;L2-E;L3-E Disparo ↑ 71,500 V 70,000 V 7,150 V 7,150 V -1,500 V + Aval.: + .. Aprovado x .. Reprovado o .. Não avaliado

129

Estado 2Estado 1

V L1-E;L2-E;L3-E

t/s10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Sin. 1/V

63,564,064,565,065,566,066,567,067,568,068,569,0

t/s10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Disparo


130

A.4 - Sobrecorrente de Fase (51).rmp: . . Equipamento em Teste - Ajustes do dispositivo



. . . Tensão residual/fator de corrente: VLN / VN: 1,732 IN / I nom: 1,000

. . . Limites: V max: 200,00 V I max: 50,00 A

. . . Filtros Debounce/Deglitch: T de Debounce: 0,003 s T de Deglitch: 0,000 s



conexão

CMC156 I EK359E

1 I L1 I L1 2 I L2 I L2 3 I L3 I L3



I L1;L2;L3 / Amplitude

.

131

Estados Rampa Estado Estado 1 Estado 2 I L1 2,000 A 3,000 A 0,00 ° 0,00 ° 60,000 Hz 60,000 Hz I L2 2,000 A 3,000 A -120,00 ° -120,00 ° 60,000 Hz 60,000 Hz I L3 2,000 A 3,000 A 120,00 ° 120,00 ° 60,000 Hz 60,000 Hz Forçar fases abs. Sim Não Sin. 1 de 2,0000 A 3,0000 A Sin. 1 para 3,0000 A 0,0000 A Sin. 1 ∆∆∆∆I 0,1000 A -0,1000 A Sin. 1 dI/dt 0,0167 A/s -0,2000 A/s Dt por passo 6,000 s 0,500 s Passos de Rampa 11 31 Tempo da rampa 66,000 s 15,500 s Trigger Bin Bin Lógica de Trigger OU OU Disparo 1 1 Parar Rampa no Tr. Não Não Passo para trás Não Não Tempo de Atraso 0,000 s 0,000 s



Grandeza Rampada


1/1 I L1;L2;L3 Disparo ↑ 2,8800 A 2,9000 A 0,2880 A 0,2880 A 0,0200 A + 2/1 I L1;L2;L3 Disparo ↑ 3,0000 A 3,0000 A 1,5000 A 1,5000 A 0,0000 A + Aval.: + .. Aprovado x .. Reprovado o .. Não avaliado

132

Estado 2Estado 1

I L1;L2;L3

t/s10 20 30 40 50 60 70

Sin. 1/A

0,000,250,500,751,001,251,501,752,002,252,50

t/s10 20 30 40 50 60 70

Disparo


133

A.5 - Sobrecorrente Neutro (51N).qcm: . . Módulo de teste Nome: OMICRON QuickCMC Versão: 1.61 Início do teste: 11-mai-2013 09:49:39 Fim do Teste:

. . Equipamento em Teste - Ajustes do dispositivo



. . . Tensão residual/fator de corrente: VLN / VN: 1,732 IN / I nom: 1,000

. . . Limites: V max: 200,00 V I max: 50,00 A

. . . Filtros Debounce/Deglitch: T de Debounce: 0,003 s T de Deglitch: 0,000 s



conexão

CMC156 I EK359E

1 I L1 I L1 2 I L2 I L2 3 I L3 I L3

134

Resultados do teste – Fase AN Título: Teste 1

Ajustes do gerador Frequência I L1 I L2 I L3

60,000 Hz 0,510 A 0,000 A 0,000 A

0,00 ° -120,00 ° 120,00 °

+90°

-90°

180° 0°

12,5 A

I L1

Entradas binárias Entr.bin 1 0->1 0,825 s

. Avaliação Aprovado 11-mai-2013 09:57:12

Comentário

Corrente de Referencia - 0,524A Corrente de operação encontrada - 0,510 Desvio identificado - 2,67%

Sumário

1 tests passed, 0 tests failed 100,00% aprovado Teste aprovado

135

Resultados do teste – Fase BN Título: Teste 1

Ajustes do gerador

Frequência I L1 I L2 I L3

60,000 Hz 0,000 A 0,505 A 0,000 A

0,00 ° -120,00 ° 120,00 °

+90°

-90°

180° 0°

12,5 A

I L2



Comentário

Corrente de Referencia - 0,524A Corrente de operação encontrada - 0,505 Desvio identificado - 3,62%

Sumário


136

Resultados do teste – Fase CN Título: Teste 1

Ajustes do gerador

Frequência I L1 I L2 I L3

60,000 Hz 0,000 A 0,000 A 0,505 A

0,00 ° -120,00 ° 120,00 °

+90°

-90°

180° 0°

12,5 A

I L3



Comentário

Corrente de Referencia - 0,524A Corrente de operação encontrada - 0,505A Desvio identificado - 3,62%

Sumário


137

APÊNDICE B

PROCEDIMENTOS PARA ENSAIOS

B.1 – Introdução

Os procedimentos para os ensaios de desempenho de relés de proteção, desde os

analógicos, estáticos e digitais, evoluíram muito devido ao avanço tecnológico. Atualmente os

recursos técnicos disponíveis são incomparavelmente mais avançados em relação às décadas

passadas, permitindo que os engenheiros de proteção consigam obter resultados mais precisos

e detalhados rapidamente. Atualmente é possível a realização de ensaios em tempo real,

efetuando ensaios simultâneos no sistema de proteção de ambos os terminais de uma linha de

transmissão de todas as funções e com todos os equipamentos associados, permitindo uma

visão mais ampla e sistêmica.

Uma das ocorrências de maior impacto no fornecimento da energia elétrica é o curto-

circuito (ou falta) nos componentes do sistema elétrico, que impõe mudanças bruscas e

violentas na sua operação normal. O fluxo de uma elevada potência com a liberação

localizada de uma quantidade considerável de energia pode, provocar danos de grande monta

nas instalações e equipamentos, caso o sistema elétrico não seja provido de um sistema de

proteção adequado através de relés. Os relés são dispositivos analógicos, estáticos ou digitais

que tem a finalidade de detectar condições intoleráveis ou indesejáveis dentro de uma zona

pré-estabelecida do sistema elétrico. Eles são efetivamente uma forma de seguro, com a

finalidade de manter um alto grau de continuidade de serviço e limitar ao mínimo os danos

em equipamentos e instalações. Para que as operações dos relés sejam altamente confiáveis,

praticamente imunes a falhas, é necessário um rigoroso acompanhamento dos seus

desempenhos através de ensaios periódicos e específicos.

B.2 – Ensaios de Desempenho de Relés

Os termos utilizados no relatório Relay Performance Testing [12] definem os tipos de

ensaios em relés que são: ensaio de regime permanente, ensaio dinâmico, ensaio de simulação

transitória, ensaio de integridade e ensaio de aplicação.

138

- Ensaio de regime permanente consiste em aplicar ao relé excitações cujos fasores são

mantidos constantes por um tempo muito superior do que o tempo de operação do relé. As

excitações são então variadas em incrementos muito menores do que a resolução do relé.

Estes ensaios são utilizados para determinar os ajustes dos parâmetros do relé;

- Ensaio dinâmico consiste em aplicar ao relé, correntes de frequência fundamental

representando os períodos de pré-falta, falta e pós-falta;

- Ensaio de simulação transitória consiste em usar excitações que incluem componente

fundamental e de frequências de ordem superior, que podem surgir durante as condições

operativas do sistema. Os sinais usados neste ensaio podem vir dos dados registrados do

sistema ou de dados gerados através de simulações realizadas em modelos computacionais de

sistema de potência através de um programa de transitórios eletromagnéticos;

- Ensaio de integridade tem a finalidade de verificar se o relé foi fabricado, instalado e

se está sendo mantido dentro das especificações. Este teste é considerado de rotina e deve ser

realizado periodicamente durante o seu ciclo de vida. É um procedimento básico e importante

que deve preceder o ensaio de aplicação;

- Ensaio de aplicação tem a finalidade de verificar se o desempenho do relé é

satisfatório dentro do seu objetivo de aplicação. É particularmente recomendado, quando as

especificações não são suficientemente detalhadas de forma a assegurar a aplicação adequada.

Registros do registrador digital de perturbação (RDP) de um distúrbio específico podem ser

reproduzidos no relé para avaliar o seu desempenho. O distúrbio pode também ser recriado

pela simulação matemática.

B.3 – Equipamentos de Ensaios

Nos primórdios, a aferição e a calibração de relés de proteção eram feitas através de

dispositivos e instrumentos analógicos (componentes passivos) convenientemente

interligados. Para um relé de sobrecorrente, necessitava-se apenas de um reostato e um

amperímetro, assim como para um relé de tensão (sobre ou sub) um variac monofásico e um

voltímetro já bastavam. Entretanto, para os relés de proteção que necessitam simultaneamente

de corrente e tensão para as suas atuações, tais como relés de distância e relés de

sobrecorrente direcionais, outros dispositivos e instrumentos eram necessários, tais como

defasador medidor de ângulo, wattímetro, além do variac, reostato, voltímetro e amperímetro

139

conforme a Figura B.1. Os ensaios eram executados utilizando esses dispositivos e

instrumentos, que eram basicamente os de regime permanente e em menor grau, o dinâmico.

Figura B.1 – Defasador, Medidor de Ângulo, Variac e Reostato.

Em meados da década de 70 surgiram os equipamentos de ensaios eletrônicos, nos

quais foram desenvolvidos sinais senoidais sintetizados e regulados, como mostrado na Figura

B.2. Neste tipo de equipamento, os dispositivos e os instrumentos foram agregados formando

um único equipamento denominados comumente de mala de testes ou caixa de testes, que

veio facilitar sobremaneira os procedimentos de aferição e calibração de relés de proteção,

otimizando tempo e recurso. Com o passar do tempo, esses equipamentos foram melhorados

até possibilitar uma gama completa de ensaios dinâmicos.

Figura B.2 – Caixa de Testes de Relés Eletro-Eletrônico.

Com o avanço tecnológico, chegando-se a era dos relés digitais, houve uma grande

evolução também no que concerne ao equipamento de ensaios, movido sobretudo pela

necessidade de efetuar ensaios sistêmicos e transitórios. Este tipo de equipamento, além do

hardware é provido de softwares e muitos deles tem uma característica multi-função, isto é,

além de possibilitar o ensaio de todos os tipos de relés de proteção possibilitam a análise da

140

qualidade de energia elétrica e registro digital de perturbações (oscilografia). Os

equipamentos de ensaios portáteis (malas de testes) como mostrado na Figura B.3 evoluíram

bastante, desde os primeiros modelos até os dias de hoje, passando simplesmente de um

agregado de dispositivos e instrumentos para um equipamento altamente sofisticado.

Figura B.3 – Equipamentos digitais de ensaios portáteis.

Esta evolução acompanhou os avanços tecnológicos dos relés, passando de

dispositivos analógicos para digitais. Nas novas gerações de equipamentos de ensaios, todas

as operações são feitas através de softwares. Ao mesmo tempo possibilita ensaios transitórios

com formas de ondas das correntes e tensões com conteúdos harmônicos. Estes sinais podem

ser definidos pelo usuário ou capturados de registradores digitais de perturbações ou ainda

através resultados de simulações através de softwares de transitórios eletromagnéticos.

O modelo CMC156, fabricação OMICRON conforme mostrado na Figura B.4, foi o

equipamento utilizado para a realização de testes das funções de proteção do relé URP1439T,

concebido para testes trifásicos em relés, medidores e transdutores. Compacto, pesando

somente 9.8 Kg, ele é ideal para aplicações que necessitem de alto grau de portabilidade. Suas

principais características são:

- 3 saídas de fases de Corrente (3x12,5A);

- 3 saídas de fases de Tensão (3x125V);

- 6 saídas baixo nível;

- 2 entrada de contadores;

- 4 Saídas binárias;

- 10 Entradas binárias;

- Entrada de medição DC.

141

Figura B.4 – Unidade de ensaio de relés CMC156.

Os equipamentos de teste OMICRON controlados por PC geram sinais de teste

digitalmente usando tecnologia DSP (Digital Signal Processor). Somado a isso, o uso de

algoritmos de correção de erros resultam em sinais de teste altamente precisos, mesmo para

pequenas amplitudes. O design dos amplificadores eletrônicos internos e o uso de fontes de

alimentação chaveadas asseguram menor peso e volume. Canais independentes com sinais de

baixo nível estão disponíveis na parte de traz do equipamento de teste, que podem ser usados

para controlar amplificadores externos para aplicações que necessitem de mais canais ou

maiores correntes, tensões ou potência. Os sinais de baixo nível podem também ser usados

para objetos sob teste que tem a facilidade de entrada de baixo nível. Todos os geradores são

continuamente e independentemente ajustáveis em amplitude, fase e frequência. Nenhuma

troca de limites é necessária. Todas as correntes e tensões são completamente a prova de

sobrecargas e curtos-circuitos e são protegidas contra sinais de altas tensões transitórias e

sobretemperatura.

B.4 – OMICRON Teste Universe

Software de teste, especificamente designado para controlar o equipamento de teste

CMC (Figura B.5). As funcionalidades do OMICRON Test Universe incluem:

- Teste manual conveniente;

- Teste com módulos de software otimizados para funções específicas de objetos sob

teste;

- Testes genéricos permitindo a criação de testes para necessidades especiais;

142

- Combinando todos estes elementos em planos de teste completos;

- Utilizando modelos de teste pré-definidos fornecidos pela OMICRON.

Figura B.5 – Teste automatizado.

B.4.1 - Testes Manuais

Testes rápidos podem ser efetuados com o módulo QuickCMC, após configuração de

hardware (Figura B.6), através dos ajustes dos valores de corrente, tensão, ângulo de fase,

frequência, numericamente ou no diagrama vetorial. Além disso, este módulo executa

cálculos do sistema de potência, permitindo a entrada dos dados em componentes de

sequência, valores de potência, impedância, etc. O módulo mostra os sinais de entradas

binárias e executa medidas de tempo. Juntamente com as funções passo e rampa, valores

limiares como pick-up podem ser determinados.

Figura B.6 – Definições de hardware.

143

B.4.2 - Módulos Para Testes de Funções Particulares de Objetos Sob Teste

Além de testes manuais, a OMICRON oferece uma variedade de possibilidades de

testes automatizados em módulos dedicados especialmente designados para funções

individuais de objeto sob teste, por exemplo para teste em relés de sobrecorrente (Figura B.7),

distância, diferencial, etc. Nestes módulos, uma representação gráfica específica da

característica do dispositivo de proteção (diagrama I/t, plano de impedância, etc.) permite a

definição gráfica das especificações do teste bem como a visualização dos resultados do teste

diretamente no diagrama característico do relé.

Figura B.7 – Teste de relé de sobrecorrente.

B.4.3 - Funcionalidades Gerais

Para criar e executar testes especiais não abrangidas pelos módulos relacionados com a

função, a OMICRON fornece módulos de teste genéricos. Esses testes, por exemplo, podem

ser:

- sequências de estados de saída – controlada por tempo ou a resposta do relé sob teste

com a avaliação baseada em medições de tempo.

- rampa linear ou pulsada de grandezas elétricas com a avaliação baseada no nível de

operação ou reset.

144

B.4.4 - OMICRON Control Center – Planos de Teste Para Objetos de Teste

Multi-funcionais

De forma a testar as muitas funções de relés digitais, o OMICRON Control Center

(OCC) permite a combinação de funções de teste individuais dentro de um plano de teste

completo. Ao realizar um teste, cada função incorporada será testada sequencialmente e um

relatório de teste global, incluindo os resultados de todas as funções testadas, é criado

automaticamente. Desde que o documento de teste guarde a especificação completa do teste –

por exemplo, comportamento nominal (ajustes) do objeto sob teste, as tolerâncias e os pontos

de teste, com a qual esta deve ser verificada – este documento é a base para a repetição do

mesmo teste mais tarde, limpando os resultados do teste anterior, executando o plano de teste

e gravando os novos resultados. Assim testes que foram criados uma vez, podem ser repetidos

para testes de manutenção. Isto garante uma qualidade constante do teste e a possibilidade de

comparação direta de resultados, também de tempo para testes de rotina.

B.4.5 - Relatório Automático

Cada módulo fornece um relatório de teste completamente formatado (Figura B.8).

Dependendo do módulo os resultados são inseridos numa tabela e/ou de forma gráfica. Se

vários módulos são usados dentro do OCC para englobar o teste, cada módulo acrescenta sua

parte específica de dados para o relatório global. Após o término do teste, os resultados e

avaliações do são inseridos automaticamente para completar o relatório.

Figura B.8 – Relatório gerado.

145

Na Figura B.9, é possível observar a execução de um ensaio utilizando a caixa de teste

OMICRON.

Figura B.9 – Ensaio.

146

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA

[1] – MAMEDE FILHO, João, Proteção de Sistemas Elétricos de Potência - ed. LTC, 1ª

edição, Rio de Janeiro, 2011.

[2] – KINDERMANN, Geraldo, Proteção de Sistemas Elétricos de Potência, Vol. 1 - ed.

UFSC, 2ª edição, Florianópolis, 2005.

[3] – CAMINHA, Amadeu C., Introdução à Proteção dos Sistemas Elétricos - ed. Edgard

Blucher LTDA., São Paulo, 1977.

[4] – SEL, University, Proteção de Sistemas de Potência para Engenheiros – Apostila da

Schweitzer Engineering Laboratories, 2004.

[5] – KINDERMANN, Geraldo, Curto-Circuito - ed. Sagra Luzzatto, 2ª edição, Porto Alegre,

1997.

[6] – RUSH, Peter, Proteção e Automação de Redes - ed. Edgard Blucher, 1ª edição, São

Paulo, 2011.

[7] – KINDERMANN, Geraldo, Proteção de Sistemas Elétricos de Potência, Vol. 2 - ed.

UFSC, 1ª edição, Florianópolis, 2006.

[8] – MILLER, Robert H., Operação de Sistemas de Potência - ed. McGRAW-HILL, 1ª

edição brasileira, Rio de Janeiro, 1987.

[9] – MORAES, A. R. B; DA SILVA, E. N. V, Modernização do Sistema de Regulação de

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UFPA, Belém, 2008.

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[10] – CAMPOS, Bárbara Medeiros, Controle Digital e Fuzzy do Regulador de Tensão de

Um Sistema Micro-Gerador de Energia Elétrica – Trabalho de Conclusão de Curso, UFPA,

Belém, 2003.

[11] – PEXTRON, Relé Digital Multifunção URP1439T– Manual de Operação, São Paulo,

2007.

[12] – Power System Relaying Committee, “Relay performance Testing ,”

IEEE Power Engineering Society, 96TP115-0, pp. 1-25, 1996.

[13] – OMICRON, Soluções em testes para Sistemas de Proteção e Medição, disponível em:

https://www.omicron.at/fileadmin/user_upload/pdf/literature/CM-Line-Catalog-POR.pdf

[14] – FUJIO, Sato, “A Evolução nos Procedimentos para os Ensaios de Desempenho de

Relés de Proteção” XV SNPTEE, Foz do Iguaçu, Outubro 1999.

Edilson Nogueira Rodrigues Jefferson Ferreira Barbosa · 2019-08-02 · Aos meus filhos Guilherme...

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