Proteção de Sobrecorrente de Barras

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Proteção de 
sobrecorrente de 
Barramentos
Felipe A. Cribari
Henrique M. Callegari
Rubem M. D. Neto
Sumário
● Introdução
● Tipos de Barramentos
● Características
● Falhas e Defeitos
● Proteções
● Operações 
Introdução
Equipamentos de manobras de uma subestação:
● Equipamentos usados para controlarem o 
fluxo de energia, bem como para isolarem 
os transformadores, geradores ou linhas;
● Podem ser disjuntores, seccionadores, 
conexões, respectivos isoladores de suporte 
e barras. 
Introdução
● Para se isolar defeitos em uma barra, devem ser abertos todos disjuntores que 
alimentam os circuitos que chegam a esta barra;
○ Necessário que a proteção de barras funcione corretamente, ou seja, atue apenas 
para defeitos na barra, sendo insensível a defeitos externos. 
● Defeitos em barra não são, em geral, de natureza transitória, ou seja, os danos causados 
são permanentes;
● Assim, não é recomendável a possibilidade de reaplicação imediata de tensão, após a 
atuação da proteção.
● Falhas nos barramentos são pouco frequentes, não passando de 10% das faltas num 
sistema de potência;
Introdução
Subestações: 
● Possuem barramentos nos quais são 
conectados tanto os circuitos 
alimentadores como os circuitos de 
distribuição; 
● Para o circuito, uma barra de um sistema elétrico representa um nó elétrico.
● Pode ser constituída de diversas barras, possibilitando manobras para a 
continuidade de serviços, em decorrência de inspeção ou manutenção.
Falhas e Defeitos
Considerando somente falhas nos barramentos, a maior participação ocorre nos fenômenos de flashover, 
seguido de falha nos disjuntores e falhas na isolação dos switchgear.
Os defeitos nos barramentos normalmente têm a seguinte origem:
1. Rompimento da isolação devido a danos de natureza elétrica ou mecânica.
2. Objetos estranhos, muitas vezes caídos sobre a subestação.
3. Esquecimento da retirada dos cabos de aterramento após os serviços de manutenção.
4. Esquecimento de ferramentas de trabalho sobre as barras. 
5. Falhas nos dispositivos de bloqueio das chaves de aterramento utilizadas nos serviços de manutenção. 
6. Falhas ou inexistência de um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas – SPDA.
7. Presença de répteis sobre os barramentos, tais como calangos, cobras e similares.
8. Contaminação de poluentes ambientais, tais como maresia, poeira de resíduos industriais etc.
O rompimento da isolação tem como origem o envelhecimento natural do dielétrico ou mais comumente, as 
sobretensões prolongadas ou as sobretensões de origem atmosférica.
Tipos de Barramentos 
Historicamente, ou para atender as exigências atuais da legislação e objetivando a 
continuidade do serviço, surgiram algumas configurações de barras.
● Barramento Simples;
● Barramento Simples Seccionado;
● Barramento Duplo;
● Barramento Principal e de Transferência ;
● Barramento Duplo – disjuntor único com barra de transferência;
● Barramento Duplo – disjuntor duplo;
● Barramento em Anel;
Barramento Simples
● Distribuição e transmissão com níveis de tensão inferiores; 
● Sem flexibilidade operacional; 
● Falha na barra, todos os disjuntores abrirão.
Barramento Simples Seccionado
● Distribuição e transmissão com níveis de tensão inferiores;
● Continuidade aumentada;
● Flexibilidade operacional limitada.
Barramento Duplo
● Distribuição e transmissão;
● Continuidade e confiabilidade 
elevada;
● Manutenção do disjuntor sem 
remoção do circuito;
● Falha em uma barra não afeta os 
circuitos a ela conectados;
● Elevada complexidade e 
investimento
Barramento Principal e de Transferência
● Aumenta flexibilidade 
operacional;
● Defeito no barramento 
principal obriga desligamento 
da SE;
● Transferência de barra para 
manutenção do disjuntor.
Barramento Duplo – disjuntor único com 
barra de transferência
● Elevada flexibilidade 
operacional;
● Transferência de barra para 
manutenção do disjuntor.
Barramento Duplo – disjuntor duplo
● Elevada flexibilidade operacional;
● Protecção da linha cobre seção de 
barra entre dois TCs;
● Falha em uma barra não atrapalha 
fornecimento
Barramento em Anel
● Níveis de tensão mais elevados;
● Alta flexibilidade operacional com 
mínimo de disjuntores.
Proteções
Independentemente do nível de tensão, as proteções mais utilizadas em barramentos são:
● Função 46: proteção de fase aberta (desbalanceamento de corrente).
● Função 50: proteção instantânea de fase.
● Função 50N: proteção instantânea de neutro.
● Função 50BF: proteção contra falha de disjuntor.
● Função 51: proteção temporizada de fase.
● Função 51N: proteção temporizada de neutro.
● Função 50Q: sobrecorrente instantânea de sequência negativa.
● Função 51Q: sobrecorrente temporizada de sequência negativa.
● Função 64: proteção de terra.
● Função 67G: proteção direcional de terra.
● Função 86: bloqueio de segurança.
● Função 87B: proteção diferencial de barramento.
Proteção de sobrecorrente de barras
Essa proteção de barra se fundamenta na 1ª lei de Kirchhoff, a qual estabelece que a soma algébrica das 
correntes que convergem a uma barra é nula.
A corrente diferencial deve passar no relé de sobrecorrente, o qual providenciará a abertura do disjuntor.
Na operação normal, tem-se que
∑ina barra = 0
Para defeito na barra, tem-se que
∑ina barra ≠ 0
Proteção de barra com relé de 
sobrecorrente
Proteção de barra com relé de 
sobrecorrente
Defeito na barra
Para um defeito na barra, todas as correntes fluem para o curto-circuito. Assim
Portanto, a corrente de curto-circuito na barra, vista pelo relé de sobrecorrente, será
 O relé de sobrecorrente atua!
Defeito externo à barra
As correntes que chegam na barra, pelas linhas, são as mesmas do curto-circuito na própria barra.
Teoricamente, para um defeito externo à barra, como em k, a proteção diferencial, feita pelo relé de 
sobrecorrente, não atua.
Defeito externo à barra
Na prática, verifica-se que para um curto-circuito externo à barra, por exemplo, em k, cada 
TC estará sujeito a corrente normal de curto-circuito, com exceção do TCk, que através do 
qual fluirá a soma de todas as outras correntes. Portanto, o TC que está próximo do 
curto-circuito ficará submetido às contribuições de corrente de todas as conexões à barra. 
Isso pode acarretar a sua saturação e provocar a atuação indevida do relé de 
sobrecorrente.
Se os TCs foram bem dimensionados, não haverá problema de saturação, porque essas 
correntes de curto-circuito atendem o critério de sobrecorrente de 20Inominal, o qual manterá 
sua classe de exatidão. Mas, na realidade, devido a grande quantidade de TCs empregado 
na proteção de barra, o critério de 20Inominal não é atendido, assim, deve-se prever o maior 
nível de saturação dos TCs, para compensar no ajuste do relé de sobrecorrente.
Circuito equivalente simplificado do TC
Aplicando-se a 1ª Lei de Kirchhoff no nó
 
Onde
IE → representa o erro do TC
Operação normal
Na operação normal, isto é, dentro da 
sua precisão, pode-se considerar IE = 0.
Assim:
Operação no joelho da saturação
Nesta operação a corrente IE aumenta consideravelmente.
Como na proteção a prioridade é a rapidez, costuma-se utilizar os TCs com 
classe de exatidão de até 10%. Esse é o conteúdo aceitável, mas a partir daí as 
distorções são mais acentuadas, provocando graves desvios no desempenho 
dos equipamentos que compõem a proteção, comprometendo a qualidade 
desta. 
Operação dentro da saturação do TC
Quanto mais se avança no joelho da curva de magnetização do TC, menoscorrente será enviada aos 
relés e mais corrente será exigida para a magnetização do núcleo do TC. Portanto, operando dentro 
da saturação do TC, parte da corrente será enviada para a magnetização (excitação) do núcleo. 
Assim, com o aumento do nível de saturação do núcleo do TC, tem-se que
Operação dentro da saturação do TC
Considerando-se o TC operando completamente saturado, o seu circuito equivalente é
Portanto, verifica-se, um curto-circuito na sua bobina de excitação, de modo que não haverá nenhuma (ou 
pouca) corrente na saída do secundário do TC, de modo que os relés não serão sensibilizados pela corrente 
do defeito, ou seja, a proteção não atua.
Proteção diferencial de barras com relé de 
sobrecorrente direcional
A proteção de barra por comparação direcional é feita utilizando-se apenas relés 
direcionais de sobrecorrente.
No sistema em anel, quando ocorre um defeito (curto-circuito) na barra todas as 
Correntes convergem para a barra, e, portanto, pode-se utilizar proteções 
direcionais voltadas (dirigidos) à barra. A figura a seguir mostra a utilização de 
proteções de sobrecorrente direcionais aplicada a uma barra de um sistema 
elétrico em anel. 
Proteção diferencial de barras com relé de 
sobrecorrente direcional
Esse esquema de proteção de barra, com proteções de sobrecorrente direcionais pode ser 
utilizado, principalmente em subestações com poucas conexões na barra, por exemplo, até 
5. O ajuste das proteções de sobrecorrentes direcionais deve ser superiores às correntes 
nominais das linhas correspondentes. A saturação do TC não é um problema para esse tipo 
de proteção. 
Exercício
Determinar o ajuste do relé de sobrecorrente diferencial de barra a ser utilizado na 
proteção do barramento da SE Massapê, 230-69 kV referente ao arranjo mostrado 
na Figura. A corrente de curto circuito monopolar no barramento vale 8.600 A, 
enquanto a corrente de curto-circuito trifásica vale 12.500 A. O condutor que 
interliga os transformadores de corrente ao relé é de 10 mm2. O TC é constituído 
de uma bobina com 400 espiras, com uma resistência de 0,0012 W/espira. A 
relação dos transformadores de corrente utilizados na proteção diferencial vale 
1.600-5-5 A. O relé é dotado de uma resistência igual a 1.500 W. A corrente que 
circula na resistência do relé é de 0,07 A. O TC mais distante da Casa dos Relés onde 
fica instalado o Quadro de Proteção de Barra é de 50 m.