Guia Definitivo de Sistemas, Dispositivos e Unidades de Proteção Elétrica

Unidades e Sistemas de Proteção Elétrica

Este é um artigo longo e descritivo sobre diferentes tipos de proteção para sistemas e redes elétricas. Neste artigo, você poderá cobrir os diferentes métodos, sistemas e dispositivos de proteção elétrica, coordenação e proteção, proteção de linhas aéreas, proteção de sistemas de potência, proteção de alimentadores de cabos, proteção de transformadores, proteção de motores, proteção de geradores, proteção de bancos de capacitores, proteção de barramentos, proteção de tensão e frequência e muito mais. Marque este post para leitura posterior.

Introdução aos Sistemas de Proteção Elétrica

Instalações e equipamentos elétricos de AT, MT e BT^[1] estão sujeitos a faltas internas e externas que podem causar danos graves a pessoas e outros equipamentos.

Para evitar e minimizar as consequências dessas faltas, dispositivos de proteção associados a equipamentos que são capazes de interromper corrente elétrica são necessários.

Para melhor compreensão dos dispositivos de proteção, em cada seção que aborda sistemas de proteção de equipamentos e instalações, as faltas mais comuns nesses equipamentos e instalações são mencionadas.

Também é importante referir que todas as unidades de parâmetros mecânicos e elétricos e seus múltiplos e submúltiplos envolvidos nos sistemas de proteção estão de acordo com o SI (Sistema Internacional de Unidades); exceções são feitas quando horas (h) podem ser usadas em vez de segundos (s) e a unidade escolhida para temperatura é °C (celsius) em vez de K (kelvin) – [K] = [°C] + 273,15.

Dispositivos e Tecnologia de Proteção

Dispositivos de Proteção

Para minimizar o tempo de uma falta, aparelhagem e equipamentos são providos com dispositivos de proteção para detectá-las e isolar a parte defeituosa da instalação.

É necessário, primeiramente, a detecção precoce e localização de faltas, e em segundo lugar, a remoção rápida de serviço do equipamento defeituoso, a fim de:

• Salvaguardar todo o sistema para garantir continuidade de fornecimento.
• Minimizar danos e custos de reparo.
• Garantir segurança do pessoal.

No passado, fusíveis eram comumente usados como proteção contra sobrecorrentes e sobrecargas, e ainda são muito populares na América do Norte e em alguns países, ainda usados em instalações BT e cabos e transformadores MT com potência nominal até 630-1250 kVA.

No entanto, a complexidade das redes e requisitos para transmissão e distribuição de energia mais confiáveis exigem o uso de dispositivos de proteção mais precisos.

Relés de proteção são usados hoje, sendo mais confiáveis e precisos e com a capacidade de detectar outros tipos de faltas além de sobrecargas e sobrecorrentes que podem ocorrer em redes e equipamentos, o que será discutido em seções posteriores, quando a proteção de equipamentos será analisada.

São ajustados para operar e iniciar disparo quando uma condição de falta é detectada.

Cada esquema de proteção de sistema de potência é composto pelos seguintes componentes:

• Relés de detecção ou medição de faltas
• Relés de disparo e outros auxiliares
• Disjuntores
• Transformadores de instrumento – corrente (TC) e tensão (TP)

Primeiros modelos de relés de proteção foram relés eletromecânicos que ainda estão em uso em alguns países e em instalações elétricas antigas que não foram submetidas a reformas.

Eram do tipo armadura atraída, onde a saída secundária dos transformadores de instrumento é passada através de uma bobina, atraindo a armadura contra a tensão da mola. O movimento da armadura faz o contato de disparo do relé fechar.

A Figura 1 mostra um exemplo deste tipo de relés.

Figura 1 – Relé de proteção eletromecânico

Atualmente, relés de proteção eletrônicos (estado sólido) e baseados em microprocessador são comumente usados em concessionárias de energia.

Relés eletrônicos têm apenas uma função de proteção e diferentes relés devem ser usados para diferentes funções.

Relés baseados em microprocessador têm muitos recursos disponíveis, como proteção, controle e monitoramento.

Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IED)

Relés baseados em microprocessador são conhecidos como Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IED), que podem fornecer 5-12 funções de proteção, 5-8 funções de controle controlando dispositivos separados, uma função de reclosing automático, função de auto-monitoramento e funções de comunicação, sendo suas principais características:

• Muitas funções em um único relé
• Configurações de grupo prontamente alteráveis para mudanças na configuração do alimentador
• Relés de saída programáveis
• Portas de comunicação para conexão a SCADA – Controle Supervisório e Aquisição de Dados (Sistemas, Modems e Computadores Pessoais)
• Sequência de eventos armazenados para muitas faltas recentes
• Oscilografia ou captura de forma de onda — armazenamento de dados de forma de onda de corrente e tensão pré e pós-falta para análise de faltas
• Medições
• Intertravamento
• Auxílio à manutenção de disjuntores. Dever de interrupção de falta, por fase, pode ser registrado
• Localizador de Faltas — Exibe distância até a falta

Na Figura 2 é possível ver um exemplo de um IED.

Figura 2 – IED

Funções e complexidade de IED devem ser definidas de acordo com equipamento a ser protegido, características da rede e ações complementares requeridas.

IEDs atuais são projetados para atender aos requisitos da IEC^[2] Norma 61850, cujo protocolo de comunicação é usado. Esta norma foi desenvolvida especificamente para automação de subestações e fornece interoperabilidade e capacidades avançadas de comunicação.

O crescimento no número de pontos de proteção, controle e monitoramento resulta em aumento significativo no volume de dados de subestação.

Esses dados são geralmente primitivos e armazenados em forma digital. Devem ser processados e analisados antes que qualquer usuário possa utilizar seus benefícios.

Em sistema de proteção convencional, dados e sinais de controle do relé são enviados via UTS (Unidade Terminal Remota) ao sistema SCADA.

Cabos extensos e custosos podem ser necessários entre várias baias na subestação e a sala de controle.

Em sistema de proteção moderno utilizando relé IED, a fiação de interconexão entre transdutores e medidores não é mais necessária.

Dados e sinais de controle do relé IED são enviados diretamente ao sistema SCADA via rede de comunicação dedicada de alta velocidade. O volume de dados aumenta drasticamente quando um IED é usado como elemento de controle e fonte de dados.

Para fornecer a conectividade necessária entre os vários componentes do sistema, uma rede de dados LONWORKS Rede Operacional Local (LON) é utilizada.

Norma IEC 61850 define os protocolos necessários para comunicação, que podem rodar sobre redes TCP/IP ou LAN de subestação usando Ethernet comutado de alta velocidade para obter tempos de resposta necessários abaixo de quatro milissegundos para relés de proteção.

Relés de Proteção e Códigos

Em subestações MT e AT, equipamentos, aparelhagens e usinas, os relés de proteção mais usuais são indicados abaixo, e entre parênteses é mostrado seu código de acordo com normas IEEE/ANSI^[3]/IEC:

• Proteção de mancais (38)
• Proteção contra falha de disjuntor (50 BF)
• Proteção diferencial de barramento (87B)
• Sobrecorrente direcional de terra (67N/67G)
• Sobrecorrente direcional de fase (67)
• Sobrecorrente instantânea de terra (50N/50G)
• Sobrecorrente instantânea de fase (50)
• Proteção contra perda de campo/excitação (40)
• Perda de fase (48)
• Proteção contra sobre-excitação (24)
• Sobrefrequência e subfrequência (81)
• Proteção diferencial de linha aérea (87L)
• Proteção de distância de linha aérea (21)
• Proteção contra sobrecarga (49)
• Proteção contra sobrevelocidade (12)
• Sobretensão (59)
• Falta de terra restrita (64G/64REF)
• Proteção contra potência reversa (32)
• Sobrecorrente de terra com atraso temporal (51N/51G)
• Sobrecorrente de fase com atraso temporal (51)
• Proteção diferencial de transformador (87P)
• Subtensão (27)
• Alimentação de extremidade fraca (21WI)
• Proteção contra sequência de fases incorreta (47)

Principalmente em linhas aéreas AT, transformadores de potência AT e transformadores de potência MT com potência nominal acima de 3-4 MVA, para aumentar a confiabilidade e segurança do sistema, é prática comum usar dois conjuntos de proteções – um "proteção principal" e um "proteção reserva".

Proteção com Fusíveis

Um fusível é um tipo de resistor de baixa resistência que atua como "dispositivo sacrificial" para fornecer proteção contra sobrecorrente que ainda é usado em algumas instalações BT e MT.

Seu componente essencial é um fio ou tira metálica que derrete quando muita corrente flui, interrompendo o circuito, para que danos adicionais por superaquecimento ou incêndio sejam evitados.

O fio ou tira metálica tem pequena seção transversal comparada aos condutores do circuito e é envolvido por uma caixa não combustível (invólucro).

O elemento fusível é feito de zinco, cobre, prata, alumínio ou ligas para fornecer características estáveis e previsíveis.

Invólucro pode ser de cerâmica, vidro, plástico, fibra de vidro, laminados de mica moldados ou fibra comprimida moldada, dependendo do fabricante, aplicação e classe de tensão.

Fusíveis são montados em porta-fusíveis, especificamente projetados para cada tipo ou família de fusíveis e tensões nominais, como fusível HRC.

Exemplos de fusíveis e porta-fusíveis são mostrados nas Figuras 3 e 4.

Figura 3 – Fusível tipo NH BT e porta-fusível

Figura 4 – Fusíveis MT e porta-fusível

Principais características elétricas dos fusíveis são:

• Tensão nominal
• Corrente nominal (I_n): corrente máxima que o fusível pode conduzir continuamente sem interromper o circuito.
• Capacidade de interrupção (I₁): corrente prospectiva máxima que o fusível pode interromper. É o valor máximo de teste do fusível. Esta corrente é muito alta, geralmente entre 20 kA e 63 kA.
• Corrente mínima de interrupção (I_f): corrente mínima que pode queimar e interromper o fusível
• Corrente convencional de não fusão (I_nf): valor de corrente especificado como aquele que o elemento fusível é capaz de transportar por um tempo especificado (tempo convencional) sem derreter, expresso como múltiplo de I_n (ex: I_nf = 1,25xI_n)
• Fusão nominal (I²t): medida da energia necessária para derreter o elemento fusível (baseado na lei de Joule) e é valor constante para cada elemento fusível diferente.
• Curva tempo-corrente: mostra o tempo de atuação do fusível (velocidade) em função da corrente (geralmente indicada pelos fabricantes, segundo normas)

A Figura 5 mostra um exemplo de curva tempo-corrente.

Figura 5 – Curva tempo-corrente de fusíveis

A temperatura ambiente altera os parâmetros operacionais de um fusível e um derating de temperatura é necessário.

Como exemplo, um fusível classificado para 1 A a 25 ºC pode conduzir até 10% ou 20% mais corrente a -40 ºC e pode abrir a 80% de seu valor nominal a 100 ºC.

Valores operacionais variam com cada família de fusíveis e são fornecidos em folhas de dados do fabricante.

Os principais fatores de seleção para um fusível são:

• Corrente normal de operação
• Tensão nominal (CA ou CC)
• Temperatura ambiente
• Corrente de sobrecarga e tempo em que o fusível deve abrir
• Corrente de falta máxima disponível
• Pulsos, correntes de surto, correntes de partida, correntes de inicialização e transientes do circuito
• Limitações de tamanho físico, como comprimento, diâmetro ou altura
• Características do fusível (tipo de montagem/fator de forma, facilidade de remoção, terminais axiais, indicação visual, etc.)
• Características do porta-fusível, se aplicável e rerating associado
• Aplicação
• Regulamentos e normas nacionais de fiação

Norma Francesa NF EN 60269 classifica fusíveis de acordo com curvas tempo-corrente, funções e aplicações. Esta classificação, amplamente usada em muitos países, é:

• gL/gG
• Funções
• Proteção de cabos e dispositivos elétricos. Discriminação assegurada entre dois fusíveis com margem de duas classificações de corrente (ex: 160A e 100A)
• Aplicações
• Proteção em todos os níveis de distribuição de energia elétrica em indústrias e residências contra sobrecargas e curtos-circuitos. Quadro principal, quadros alimentadores, cubículos principais.
• aM
• Funções
• Proteção direta de motores, deve operar em conjunto com dispositivo de proteção externo (relé térmico). Fácil discriminação com fusíveis gG posicionados a montante. Discriminação assegurada entre dois fusíveis com margem de duas classificações de corrente (ex: 160A e 100A)
• Aplicações
• Proteção de motores de baixa tensão.
• gR
• Funções
• Fusível de proteção ultra-rápido para semicondutores, muito limitador de corrente, baixo I²t
• Aplicações
• Proteção de semicondutores de potência de partidas suaves, relés estáticos, fontes ininterruptas (UPS), acionamentos de velocidade variável, frequência

Quando uma instalação é protegida por fusíveis, seccionadoras a montante dos fusíveis devem ser usadas por razões de segurança, para assegurar o isolamento da instalação antes de substituir um fusível ou realizar trabalhos de manutenção.

Com proteção apenas com fusíveis, apenas sobrecorrentes de fase serão detectadas, sendo necessário prever relés de proteção para outras faltas. Para corrente de fuga ou falta de terra, DRI (Dispositivo Residual de Interrupção) é usado.

Nesta situação, chaves devem ser equipadas com bobina de abertura, que também será acionada pela proteção interna dos equipamentos.

Outra precaução é que fusíveis devem ser providos com dispositivo mecânico (pino de percussão) que fará a chave abrir, se apenas um fusível atuar, para assegurar a desconexão total da instalação em falta.

Fusíveis também devem ser providos com disco colorido que cai quando o elemento é queimado ou janela de elemento, embutida no corpo do fusível para fornecer indicação visual de elemento queimado.

Coordenação e Seletividade de Proteção

Introdução à Coordenação e Seletividade

Ao definir pontos de ajuste de relés de proteção ou corrente nominal de fusíveis e disjuntores BT (como ACB - Disjuntor a Ar), deve-se assegurar que os valores escolhidos são adequados para a proteção do equipamento e que o disjuntor que dispara ou o fusível que queima é apenas o associado ao circuito defeituoso e não outros dispositivos de proteção, o que poderia causar perturbações graves na rede e na qualidade e continuidade do serviço.

Para atingir este objetivo, um estudo de coordenação e seletividade de proteção é necessário.

Princípios Básicos

Estudos de coordenação de relés de proteção são realizados para determinar ajustes de relés de proteção.

Níveis de falta devem ser determinados para todas as condições possíveis de operação do sistema, sendo usados para determinar a capacidade dos relés de proteção de detectar e eliminar faltas do sistema.

Esquemas de proteção são ajustados de forma a isolar a menor quantidade possível do sistema elétrico, minimizando a perturbação causada pela falta.

Tempos de eliminação dos relés de proteção são determinados para atender requisitos de curto prazo da planta primária, requisitos de estabilidade do sistema e requisitos de autoridades estatutárias. Cuidamos para determinar as margens corretas de operação dos relés de proteção, tanto em corrente quanto em tempo, de forma a eliminar efetivamente a má coordenação.

Ao ajustar relés de distância em alimentadores de alta tensão de circuito duplo, o acoplamento mútuo de sequência zero entre os circuitos é levado em consideração para minimizar a possibilidade de sobre ou sub-alcance.

Características operacionais dos relés e seus ajustes devem ser cuidadosamente coordenados a fim de alcançar seletividade.

O objetivo é basicamente desligar apenas o componente com falta e manter o resto do sistema de potência em serviço para minimizar interrupções de fornecimento e assegurar estabilidade.

Seletividade, ou discriminação, entre dispositivos de proteção pode ser definida como "a coordenação dos dispositivos de proteção, de forma que uma falta que ocorra em qualquer ponto da rede seja eliminada pelo dispositivo de proteção a montante, o dispositivo que está imediatamente a montante da falta e apenas por esse dispositivo de proteção".

Vamos ver um exemplo desta definição olhando o diagrama unifilar da Figura 6, onde existem sistemas de proteção SP1 a SP6:

Figura 6 – Diagrama unifilar de instalação elétrica

Seletividade significa que se uma falta ocorre no ponto A, o único sistema de proteção que deve atuar é SP5 e que os outros sistemas de proteção não devem atuar.

Dois princípios são usados para estabelecer seletividade:

• Discriminação por corrente.
• Discriminação por tempo.

Coordenação e Seletividade em Redes BT, MT e AT

Para estabelecer estudos de coordenação e seletividade, deve-se levar em conta a configuração e complexidade da rede.

Redes de distribuição e usuários BT geralmente têm configuração radial.

Redes de distribuição MT geralmente têm combinação de tanto radial quanto alimentação dupla com configurações de ponto NO e complexidade importante.

Redes MT de usuários geralmente têm configuração radial, embora em grandes plantas uma configuração de alimentação dupla com ponto NO seja usada.

Devido à complexidade das redes, estudos de coordenação e seletividade para redes de transmissão AT e distribuição MT, engenheiros especializados são necessários e o uso de ferramentas de software particulares para análise de rede como ETAP, PSS/E, EPSO e PTW.

Estudos de coordenação e seletividade de rede MT de usuários são geralmente mais fáceis e podem seguir as instruções básicas que serão discutidas posteriormente nesta seção.

Atenção particular deve ser observada na fronteira da rede da empresa de distribuição elétrica (alimentadora) e rede do usuário e protocolo de coordenação de proteção deve ser estabelecido entre ambas as entidades.

Para redes BT, usando disjuntores e/ou fusíveis, a seletividade de "disjuntor/disjuntor", "fusível/fusível" e "disjuntor/fusível" pode ser feita comparando "curvas tempo-corrente" para certo valor de corrente de falta, usando os princípios de "discriminação por corrente" e "discriminação por tempo", referidos acima.

Discriminação por corrente é usada para proteção contra sobrecargas e a proteção é seletiva se a razão entre os limiares de ajuste for maior que 1,6.

Discriminação por tempo é usada para proteção contra curtos-circuitos, usando um disjuntor ou fusível a montante com atraso temporal e assim o disparo do dispositivo a jusante é mais rápido; a proteção é seletiva se a razão entre os limiares de proteção de curto-circuito for não inferior a 1,5.

Proteção de Alimentadores de Cabos

Você pode ler o post atualizado em detalhes sob o título Proteção de Alimentadores de Cabos – Tipos de Faltas, Causas e Proteção Diferencial.

Faltas e Proteção de Transformadores

Por ser um tópico muito importante e descritivo que deve ser discutido em detalhes, por isso, atualizamos e fundimos o post aqui em Proteção e Faltas de Transformadores de Potência.

Faltas e Proteção de Linhas Aéreas

Para melhor navegação do usuário, movemos e atualizamos este post aqui sob o nome "Faltas e Proteção de Linhas Aéreas"

Proteção de Motores

Movemos o post do blog para novo link para melhor navegação e entendimento. Você pode vê-lo aqui @ proteção de motor, tipos comuns de faltas em motores e dispositivos usados para proteção de motores AT e BT naquele post.

Proteção de Geradores

Já discutimos proteção de gerador, tipos comuns de faltas em geradores e dispositivos usados para proteção de gerador no post anterior.

Proteção Diversa

Proteção de Tensão e Frequência

Flutuação de carga, chaveamento e falhas em usinas podem causar variações na tensão e frequência da rede que podem exceder os limites aceitos de operação de equipamentos e redes.

Esta situação pode levar a danos em equipamentos e blecaute parcial ou total na rede.

Para evitar ou minimizar esta situação, subtensão e sobretensão (códigos 27 e 59, respectivamente) e frequência (códigos 81U e 81O, respectivamente) proteções devem ser usadas.

Proteção de Barramento

Em subestações AT é comum instalar relé de proteção de barramento, sendo o mais usado a proteção diferencial (87B).

Este relé é conectado a todos TC da subestação para avaliar a soma das correntes de entrada e saída, como mostrado na figura 25.

Figura 25 – Diagrama de proteção diferencial de barramento

O princípio de operação desta proteção baseia-se nas leis de Kirchhoff – lei das correntes.

Os TC de proteção de barramento devem estar localizados no lado do alimentador dos disjuntores. Se os TC de proteção de barramento estiverem localizados no lado do barramento do disjuntor, então existe um ponto cego de proteção.

Usando relés de Alta Impedância em proteção diferencial, o sistema pode ser projetado para ser mais tolerante a um TC saturado.

Um resistor não linear é conectado nos terminais do relé para limitar a tensão através do relé diferencial a um valor seguro durante condições de falta.

Relés de alta impedância são usados extensivamente em proteção diferencial moderna para barramentos de alta tensão.

Vantagem de usar relés de alta impedância em proteções diferenciais de barramento é que podem ser projetados para permanecer estáveis (não operar) para faltas externas, quando qualquer um dos TC tem saturado.

Para uma falta externa, o pior caso é com um TC completamente saturado e o outro TC não saturado. A corrente diferencial resultante causará a tensão máxima ocorrer através do relé diferencial. Um ajuste do relé (em volts) é escolhido, com margem suficiente, para assegurar que a proteção diferencial não opere para esta condição de falta externa.

A resistência dos enrolamentos secundários do TC e cabos deve ser conhecida, e é usada nos cálculos de ajuste do relé.

Para faltas internas, a alta impedância do relé diferencial força grande parte da corrente diferencial resultante através das impedâncias de excitação do TC. A tensão resultante desenvolvida nos terminais do relé é essencialmente a tensão de circuito aberto do TC, e estará bem acima do ajuste de tensão do relé. Um resistor não linear ou varistor é conectado nos terminais do relé para limitar a tensão a um valor seguro durante condições de falta.

Quando uma falta de barramento é detectada, todos os disjuntores naquele barramento são disparados. Faltas de barramento são quase sempre permanentes, em vez de faltas transitórias.

Portanto, não deve haver reclosing automático de disjuntores após falta de barramento. Proteções de barramento frequentemente cancelam o reclosing automático em qualquer disjuntor que possa ter sido iniciado por outra proteção.

Muitas subestações usam arranjos de barramento como barramento duplo, como mostrado na Figura 26, onde alimentadores podem ser comutados de um barramento para outro por meio de chaves seccionadoras.

Figura 26 – Arranjo de barramento duplo

Isso complica a proteção de barramento um pouco, porque os circuitos secundários dos TC devem ser comutados, por meio de chaves auxiliares das seccionadoras, para corresponder ao barramento apropriado.

É usual ter uma zona de proteção para cada seção do barramento. Estas são conhecidas como zonas discriminantes.

Também há outra zona de proteção diferencial para a subestação inteira, conhecida como zona de verificação.

Para que o disparo de um barramento ocorra com este arranjo, é necessário que tanto um relé de zona discriminante quanto o relé de zona de verificação operem.

Proteção contra Falha de Disjuntor

Em subestações AT é comum o uso de proteção contra falha de disjuntor (50BF), se um disjuntor falha em ser acionado por uma ordem de disparo, detectado pela não extinção da corrente de falta, esta proteção de reserva envia um comando de disparo aos disjuntores a montante ou adjacentes.

A função de proteção contra falha de disjuntor é ativada por um sinal binário 0/1 recebido das funções de proteção contra sobrecorrente (50/51, 50N/51N, 46, 67N, 67). Verifica o desaparecimento da corrente durante o intervalo de tempo especificado pelo atraso temporal T.

Também pode ser levada em conta a posição do disjuntor, lida nas entradas lógicas para determinar a abertura real do disjuntor. Fiação de contato de disjuntor fechado sem tensão na entrada do editor de equação do disjuntor fechado pode assegurar que a proteção seja eficaz nas seguintes situações:

• Quando 50BF é ativado por função de proteção 50N/51N (ponto de ajuste I_s0 < 0,2 I_n), a detecção do ponto de ajuste de corrente 50BF pode possivelmente não ser operacional.
• Quando supervisão de circuito de disparo (TCS) é usada, o contato de disjuntor fechado é curto-circuitado.

Ativação automática desta função de proteção requer o uso da função de controle de disjuntor de lógica de programação. Uma entrada específica também pode ser usada para ativar a proteção do editor de equação. Essa opção é útil para adicionar casos especiais de ativação (ex: disparo por unidade de proteção externa).

A saída temporizada da unidade de proteção deve ser atribuída a uma saída lógica via matriz de controle.

O início e parada do contador de atraso temporal T são condicionados pela presença de uma corrente acima do ponto de ajuste (I > I_s).

Alimentação de Extremidade Fraca

Proteção de alimentação de extremidade fraca é um complemento à proteção de distância usado se o valor da corrente de falta na linha aérea for inferior ao ponto de ajuste da proteção de distância.

Proteção de Bancos de Capacitores

Quando se trata de Fator de Potência, Cada fase de um banco de capacitores é formada por grupos de capacitores em associação série para melhoria do fator de potência. As 3 fases são então conectadas em estrela, sendo o ponto neutro isolado ou aterrado, de acordo com a operação da rede, como mostrado na Figura 27.

Figura 27 – Diagrama de um banco de capacitores

Faltas comuns em bancos de capacitores são:

• Curto-circuito em capacitores ou falta nos cabos de conexão.
• Curto-circuito entre as unidades e a estrutura metálica de racks ou quadros (falta fase-terra).
• Sobrecargas causadas por harmônicos da rede.
• Ruptura dielétrica devido a sobretensões da rede ou raios.

Quando um grupo de capacitores falha e o neutro está aterrado, o banco ficará desbalanceado e uma corrente circulará no neutro.

Cada capacitor ou grupo de capacitores é geralmente protegido por fusíveis, que já são instalados pelo fabricante.

Fusíveis devem ter característica I²t que não cause o fusível a queimar com a corrente de energização resultante da conexão do banco de capacitores.

Dispositivos de proteção comuns de bancos de capacitores são:

• Sobrecorrente instantânea de fase (50)
• Sobrecorrente instantânea de terra (50N/50G)
• Sobrecorrente de fase com atraso temporal (51)
• Sobrecorrente de terra com atraso temporal (51N/51G)
• Proteção contra sobretensão (49)

^[1] AT: Alta Tensão (V ≥ 60 kV); MT: Média Tensão (1 kV < V < 60 kV); BT: Baixa Tensão (V ≤ 1 kV).

^[2] IEC: Comissão Eletrotécnica Internacional.

^[3] IEEE: Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos. ANSI: Instituto Nacional de Padrões Americanos.

^[4] Corrente capacitiva residual no caso de falta fase-terra (I_C) é calculada pela equação I_C = 3X_cU, onde X_c é a reatância capacitiva do cabo e U a tensão fase-fase da rede.

^[5] Neste artigo Transformadores Isolados a Gás (GIT) não são analisados.

^[6] rms: raiz do quadrado médio.

^[7] Motor primário é o componente usado para acionar o gerador e pode ser motores de combustão (caso de grupos geradores a diesel), turbinas a gás, turbinas a vapor, turbinas eólicas e turbinas hidráulicas.

^[8] O campo em um gerador CA consiste em bobinas de condutores dentro do gerador que recebem tensão de uma fonte (chamada excitação) e produzem um fluxo magnético.

O fluxo magnético no campo corta o induzido para produzir uma tensão. Esta tensão é finalmente a tensão de saída do gerador.

Sobre o Autor: Manuel Bolotinha

-Licenciatura em Engenharia Elétrica – Energia e Sistemas de Potência (1974 – Instituto Superior Técnico/Universidade de Lisboa)
– Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computadores (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Universidade Nova de Lisboa)
– Consultor Sênior em Subestações e Sistemas de Potência; Instrutor Profissional