Nenhum sistema elétrico industrial opera livre de faltas. Curtos-circuitos, sobrecargas e anormalidades de tensão acontecem — o que separa um desligamento localizado de uma parada total da planta é a filosofia de proteção. Proteger um sistema elétrico é decidir, antes da falha, qual equipamento vai detectá-la, em quanto tempo e qual trecho será sacrificado para preservar o restante. Essa decisão se materializa em camadas que atuam de forma coordenada.
Proteção primária e proteção de retaguarda
O sistema é dividido em zonas de proteção — transformador, barramento, alimentadores, motores — e cada zona tem uma proteção primária, responsável por eliminar a falta no menor tempo possível e com o menor trecho desligado. As zonas se sobrepõem de propósito: nenhum ponto do sistema pode ficar descoberto.
A proteção de retaguarda entra quando a primária falha, seja por defeito no relé, no disjuntor ou no circuito de comando. Ela atua com temporização maior e desliga um trecho mais amplo — é a camada que evita que uma falha de equipamento vire uma falha de proteção. Todo esquema bem projetado equilibra quatro requisitos: seletividade, rapidez, sensibilidade e confiabilidade. Melhorar um deles em excesso costuma degradar outro, e o projeto de proteção é a busca desse equilíbrio.
As funções ANSI que aparecem em todo projeto
A tabela ANSI atribui números às funções de proteção, e alguns aparecem em praticamente qualquer subestação industrial:
- 50/51 — sobrecorrente instantânea e temporizada, a proteção mais difundida contra curto-circuito e sobrecarga, com as variantes 50N/51N para faltas à terra;
- 27/59 — subtensão e sobretensão, que protegem cargas e detectam anormalidades na fonte;
- 87 — diferencial, que compara as correntes que entram e saem de um equipamento e oferece proteção rápida e seletiva para transformadores, barramentos e motores de maior porte;
- 81 — sub e sobrefrequência, relevante em plantas com geração própria ou operação ilhada;
- 67 — sobrecorrente direcional, usada quando a corrente de falta pode fluir nos dois sentidos.
O detalhamento dessas funções em aplicações de média tensão está no artigo sobre relés de proteção de sobrecorrente.
Relés, TCs e disjuntores: a cadeia de atuação
A proteção é uma cadeia com três elos. Os transformadores de corrente e de potencial traduzem as grandezas do sistema para níveis que o relé consegue medir — e precisam ser especificados com classe de exatidão para proteção, sob pena de saturar durante a falta e cegar o relé no momento em que ele mais precisa enxergar. O relé compara as medições com os ajustes parametrizados e decide pela atuação. O disjuntor executa a ordem e interrompe a corrente, e deve ter capacidade de interrupção compatível com o curto-circuito do ponto de instalação.
A cadeia é tão confiável quanto seu elo mais fraco: relé bem parametrizado não compensa TC saturado, e nenhum dos dois compensa um disjuntor sem manutenção, com mecanismo lento ou capacidade de interrupção ultrapassada pelo crescimento do sistema.
Coordenação: fazer as camadas conversarem
O estudo de seletividade e coordenação define os ajustes de corrente e tempo de cada dispositivo, de modo que a proteção mais próxima da falta atue primeiro e as demais aguardem como retaguarda. O resultado é registrado no coordenograma, que sobrepõe as curvas tempo-corrente de todos os dispositivos em série. O estudo não é documento permanente: ampliações de carga, novos motores ou mudanças na concessionária alteram os níveis de curto-circuito e exigem revisão dos ajustes — um dos itens mais negligenciados em plantas que cresceram ao longo dos anos.
Proteção embarcada no painel
As camadas de proteção se materializam nos painéis de média e baixa tensão que abrigam relés, transformadores de instrumento e disjuntores. A BRVAL fabrica painéis elétricos de média tensão com proteção integrada e realiza a parametrização de relés, os ensaios funcionais e o comissionamento da cadeia completa de proteção, incluindo projetos de automação de subestações que supervisionam a atuação dessas camadas em tempo real.