Relé de Proteção de Alimentador: coordenação, religamento automático e desempenho da distribuição em média tensão

Funções ANSI, coordenação relé–religador–fusível, função 79 e impacto em DEC/FEC — HVEX | Itajubá, MG

Resumo executivo

O alimentador de média tensão é o elo da rede elétrica mais exposto a falhas — vegetação, descargas atmosféricas, abalroamentos, animais — e aquele cujo desempenho o consumidor sente diretamente, medido no Brasil pelos indicadores DEC e FEC da ANEEL, com compensação financeira em caso de violação [6]. Nesse cenário, o relé de proteção de alimentador instalado na subestação é muito mais que um dispositivo de desligamento: é o coordenador de uma hierarquia que envolve religadores no tronco e fusíveis nos ramais, decidindo quem atua, em que ordem e em quanto tempo.

Este white paper apresenta as funções ANSI típicas da proteção de alimentadores, a coordenação relé–religador–fusível com as filosofias de salvamento e de queima de fusível, o papel da função 79 (religamento automático) e das unidades direcionais em redes com geração distribuída, e o impacto dessas escolhas nos indicadores de continuidade. Ao final, apresenta o Conjunto de Proteção HVEX — relé de alimentadores com transformadores de potencial e de corrente eletrônicos — e seus recursos de proteção, automação, registro e qualidade de energia.

1. Alimentadores de distribuição: onde a continuidade se decide

Redes aéreas de distribuição operam em ambiente hostil, e a literatura clássica de proteção estima que 70% a 80% das faltas nessas redes são transitórias — um galho que toca a fase, uma descarga atmosférica, um contato que desaparece com a extinção do arco [4][5]. Esse dado define a filosofia de proteção do alimentador: desligar definitivamente um circuito inteiro por uma falta que se autoextinguiria penaliza milhares de consumidores sem necessidade; insistir em religar sobre uma falta permanente agrava danos e riscos.

A régua do desempenho é regulatória. O DEC (duração equivalente de interrupção por unidade consumidora) e o FEC (frequência equivalente de interrupção) — análogos aos índices SAIDI e SAIFI da prática internacional consolidada na IEEE 1366 [7] — são apurados por conjunto de consumidores e comparados a limites estabelecidos pela ANEEL; a violação gera compensações automáticas [6]. Cada atuação desnecessária de proteção, cada fusível fundido por falta transitória e cada minuto a mais de localização de defeito aparecem diretamente nesses indicadores. A engenharia de proteção do alimentador é, portanto, uma alavanca mensurável de desempenho regulatório e de satisfação do consumidor.

2. Funções ANSI do relé de alimentador

O relé digital de alimentador concentra as funções codificadas pela tabela ANSI/IEEE C37.2, aplicadas conforme guias como o IEEE C37.230 [1]. A espinha dorsal é a sobrecorrente: funções 50/51 de fase e 50N/51N de neutro, com curvas de tempo inverso normalizadas pela IEC 60255-151 [2] e pela IEEE C37.112 [3], em múltiplos estágios. Somam-se a função 46 (sequência negativa), sensível a condutores rompidos; a 64N (falta sensível de terra), capaz de detectar faltas de alta impedância — como um condutor caído em solo seco — invisíveis à sobrecorrente de neutro convencional; e as funções de tensão e frequência (27, 59, 81), que supervisionam a qualidade do suprimento e a desconexão de geração distribuída.

Duas famílias de funções ganharam protagonismo com a evolução das redes. As unidades direcionais 67/67N discriminam o sentido da corrente de falta — indispensáveis quando a geração distribuída inverte fluxos de potência, quando alimentadores operam em anel ou em socorro entre circuitos: sem direcionalidade, a contribuição de fontes a jusante pode provocar disparos simpáticos em alimentadores sãos. E a função 79, o religamento automático, converte a estatística das faltas transitórias em continuidade: executa tentativas de religamento com tempos mortos crescentes e, persistindo a falta, bloqueia em posição aberta (lockout). Complementam o conjunto o pickup de carga fria, que evita atuações indevidas na reenergização após interrupções longas; o bloqueio de linha viva (hot line tag), para segurança das equipes; a verificação de sincronismo (25); e múltiplos grupos de ajuste para mudanças de topologia [1][9].

3. Coordenação relé–religador–fusível

A hierarquia típica de um alimentador tem três camadas: o relé na subestação, comandando o disjuntor geral do circuito; um ou mais religadores ao longo do tronco; e fusíveis protegendo os ramais laterais. A coordenação entre eles é construída no coordenograma — o gráfico tempo × corrente em escala log-log da Figura 1, no qual as curvas de cada dispositivo são posicionadas para garantir que, para qualquer falta, o dispositivo mais próximo atue primeiro e os demais sirvam de retaguarda temporizada

Figura 1 – Coordenograma de alimentador de distribuição em escala log-log: curvas rápida e lenta do religador, faixa de fusão do fusível do ramal e curva do relé da subestação como retaguarda. Elaboração: HVEX, com base em [2][3][4].

O ponto crítico é a relação entre religador e fusível, e há duas filosofias consagradas [4][5]. No salvamento de fusível (fuse saving), as primeiras operações do religador seguem uma curva rápida, que atua antes da faixa de fusão mínima do fusível: se a falta no ramal é transitória, o religamento restabelece o circuito sem queimar o elo. Persistindo a falta, as operações finais seguem a curva lenta, acima da curva de interrupção total do fusível — e o elo funde, isolando apenas o ramal defeituoso. Na queima de fusível (fuse blowing), o religador é temporizado para deixar o fusível atuar sempre, eliminando as interrupções momentâneas no tronco ao custo de transformar toda falta em ramal, mesmo transitória, em interrupção permanente para aqueles consumidores.

A escolha entre as duas é um compromisso entre indicadores: o salvamento de fusível melhora DEC e FEC, pois evita interrupções longas por faltas transitórias em ramais, mas aumenta as interrupções momentâneas no alimentador inteiro; a queima de fusível faz o oposto [4][5]. Estudos recentes exploram esquemas híbridos e adaptativos, com realocação ótima de religadores e coordenação revista para redes com geração distribuída, cuja contribuição pode descoordenar pares religador–fusível dimensionados para a rede passiva [4][5]. Em qualquer filosofia, o relé do alimentador permanece como retaguarda geral, com margens de coordenação típicas de 0,2 a 0,4 s sobre o dispositivo a jusante [2][3].

4. Zonas de proteção, função 79 e o efeito sobre DEC e FEC

A Figura 2 traduz a coordenação em zonas de proteção sobre o diagrama unifilar: a zona 1, do relé do alimentador, cobre o tronco desde a subestação e serve de retaguarda geral; a zona 2, do religador, cobre o tronco a jusante e dá retaguarda aos ramais; a zona 3, dos fusíveis, isola cada ramal. Uma falta a jusante do religador é eliminada localmente — com religamento pela função 79 — e a zona 1 permanece intacta: os consumidores a montante nem percebem o evento. A chave normalmente aberta na extremidade permite o socorro por alimentador vizinho em contingências, manobra que exige direcionais e grupos de ajuste alternativos [1].

Figura 2 – Diagrama unifilar de alimentador de distribuição com zonas de proteção: relé do alimentador (zona 1), religador de tronco (zona 2), fusíveis de ramal (zona 3) e chave NA para socorro. Elaboração: HVEX, com base em [1].

O efeito sobre os indicadores é direto. A função 79 elimina a maioria das faltas sem interrupção de longa duração, reduzindo DEC e FEC; o salvamento de fusível evita deslocamentos para troca de elos; a segmentação por religadores confina as interrupções permanentes ao trecho defeituoso; e os esquemas de automação — transferência automática e recomposição em anel (loop automation) — recompõem os trechos sãos em segundos ou minutos [5][6]. O registro de faltas e a oscilografia do relé aceleram a localização do defeito e alimentam a análise estatística que orienta poda, manutenção e realocação de dispositivos.

5. O Conjunto de Proteção HVEX para alimentadores

A HVEX, fabricante de Itajubá-MG com soluções de proteção, medição e transdução para geração, transmissão e distribuição, oferece o Conjunto de Proteção: relé digital de proteção de alimentadores fornecido com três transformadores de potencial e três de corrente eletrônicos, para linhas aéreas de 10 kV a 40,5 kV [8][9]. O relé reúne proteção, controle, medição, comunicação e gerenciamento de energia; os transformadores eletrônicos eliminam os problemas de saturação e ressonância dos TCs e TPs convencionais e reduzem peso e custo, viabilizando cabines primárias compactas [8]. O projeto é modular — alimentação, controle, medição e comunicação em cartões independentes — e conforme os padrões IEC/ANSI [9]. A tabela a seguir resume as principais características, conforme o datasheet [9]:

Três atributos merecem destaque para a aplicação em alimentadores. Primeiro, a completude funcional: sobrecorrentes direcionais, falta sensível de terra, religamento e verificação de sincronismo cobrem tanto a rede radial clássica quanto topologias com geração distribuída e socorro entre circuitos. Segundo, a capacidade de registro: milhares de eventos e faltas com oscilografia de 128 amostras por ciclo, além de perfil de carga e qualidade de energia, transformam o relé em um sensor permanente do alimentador. Terceiro, a vocação para automação: os esquemas de loop e transferência automática, com comunicação em protocolos abertos, inserem o dispositivo diretamente nas estratégias de recomposição automática que reduzem DEC e FEC [8][9].

5.1 Aplicações típicas

•       Proteção de alimentadores de distribuição em subestações de concessionárias e permissionárias;

•       Controle e proteção de religadores de tronco e de entroncamento;

•       Cabines primárias e switchgears compactos com TP/TC eletrônicos;

•       Redes com geração distribuída, exigindo direcionalidade e múltiplos grupos de ajuste;

•       Esquemas de automação de distribuição (loop automation e transferência automática) e self-healing.

6. Benefícios operacionais mensuráveis

Bem aplicado, o relé de alimentador entrega ganhos verificáveis: redução de DEC e FEC pela eliminação de faltas transitórias com religamento e pela segmentação das interrupções permanentes; menos deslocamentos de equipe, pelo salvamento de fusíveis e pela localização orientada por registro de faltas; diagnóstico pós-ocorrência em minutos, com oscilografia e eventos com estampa de tempo; visibilidade contínua de carregamento e qualidade de energia para o planejamento; e, no conjunto com transformadores eletrônicos, cabines mais compactas e leves, sem saturação de TC em correntes elevadas de falta [8][9].

7. Conclusão

A proteção de alimentadores é o ponto em que a engenharia de proteção encontra o desempenho regulatório: cada decisão de coordenação — curva rápida ou lenta, salvar ou queimar o fusível, quantas tentativas de religamento — se converte em minutos e frequências de interrupção que o consumidor sente e a ANEEL mede. O relé digital de alimentador, com funções direcionais, falta sensível de terra, religamento e registro abrangente, é a ferramenta que permite executar essas decisões com precisão e revisá-las com dados.

O Conjunto de Proteção HVEX reúne essas funções a transformadores de potencial e de corrente eletrônicos, comunicação em protocolos abertos e esquemas de automação de distribuição, com o suporte técnico de uma equipe de engenharia dedicada. Para conhecer as especificações completas e o datasheet do produto, acesse hvex.com.br ou agende uma conversa com nossa equipe técnica.

Fotos reais

Referências

[1] IEEE Std C37.230, Guide for Protective Relay Applications to Distribution Lines. IEEE, Nova York.

[2] IEC 60255-151, Measuring relays and protection equipment – Part 151: Functional requirements for over/under current protection. IEC, Genebra, 2009.

[3] BENMOUYAL, G. et al. IEEE standard inverse-time characteristic equations for overcurrent relays (IEEE C37.112). IEEE Transactions on Power Delivery, v. 14, n. 3, 1999. https://ieeexplore.ieee.org/document/772326/

[4] BISHEH, H. et al. Fuse saving coordination scheme for active distribution systems: State-of-the-art and a novel quasi-voltage current based scheme. IET Generation, Transmission & Distribution, 2024. https://ietresearch.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1049/gtd2.13110

[5] Optimal placement and coordination of protective devices in distribution networks considering fuse saving by genetic algorithm. Scientific Reports (Nature), 2026. https://www.nature.com/articles/s41598-026-46113-9

[6] ANEEL. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) – Módulo 8: Qualidade do Fornecimento de Energia Elétrica. Agência Nacional de Energia Elétrica, Brasília.

[7] IEEE Std 1366, Guide for Electric Power Distribution Reliability Indices. IEEE, Nova York.

[8] HVEX. Conjunto de Proteção: Relé de Proteção com TP e TC – página do produto. https://hvex.com.br/solutions/protecao/rele-de-protecao-com-transformador-de-corrente-e-transformador-de-potencial

[9] HVEX. Conjunto de Proteção – Relé com TP e TC eletrônicos – Datasheet técnico. https://space-website.nyc3.digitaloceanspaces.com/produtos-datasheet/1740407678879-Conjunto_de_Protecao_Rele_com_TP_e_TC_HVEX_Datasheet.pdf