08 - Proteção de Equipamentos do SEP - Transformadores, Geradores, Barramentos e Motores

🛡️ 08 - Proteção de Equipamentos do SEP: Transformadores (87T/63), Geradores Síncronos, Barramentos e Motores

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📍 Disciplina: 09 Sistemas de Proteção e Medição | 🏭 Área: 04 Sistemas Elétricos de Potência e Eletrotécnica | 🏠 Hub Principal 📄 Apostila Base: Proteção de Equipamentos do Sistema (Seções 1, 2 e 3) ⬅️ Aula Anterior: 07 - Relés de Distância (21) e Teleproteção

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🎯 Objetivos de Aprendizagem

1. Projetar a proteção completa de Transformadores de Potência: Relé Diferencial Percentual (ANSI 87T), compensação de módulo e defasagem angular ($\Delta \text{-}Y$ de $30^{\circ }$), bloqueio por 2ª harmônica contra corrente de Inrush e proteções intrínsecas (Relé Buchholz ANSI 63, Imagem Térmica 49, Termômetro 26 e Válvula de Alívio 63P).
2. Dominar o esquema de proteção de Geradores Síncronos: Diferencial 87G, Perda de Excitação 40, Potência Reversa / Antimotorização 32, Perda de Sincronismo 78, Sequência Negativa 46, Falta à Terra no Estator/Rotor 64G/64R e Frequência 81.
3. Compreender a Proteção Diferencial de Barramentos (ANSI 87B) de Alta Impedância vs. Baixa Impedância frente à saturação de TCs em curtos externos.
4. Especificar as funções de proteção para Motores Industriais de Médio e Grande Porte: Sobrecarga Térmica 49, Partida Prolongada / Rotor Bloqueado 48/51LR, Número de Partidas 66, Desequilíbrio/Falta de Fase 46 e Subtensão 27.

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📌 Sumário do MOC

1. 1. Proteção de Transformadores de Potência: Relé Diferencial Percentual (87T)
   • 1.1 Equações de Operação e Restrição Percentual (*Slope*)
   • 1.2 Compensação do Deslocamento Angular de $30^\circ$ em Transformadores $\Delta\text{-}Y$
2. 2. Corrente de Energização (*Inrush*), Bloqueio por 2ª Harmônica e Relé Buchholz (63)
   • 2.1 O Fenômeno do *Inrush* e o Bloqueio por 2ª Harmônica (120 Hz)
   • 2.2 Proteções Intrínsecas (Mecânicas e Térmicas) de Transformadores a Óleo
3. 3. Proteção de Geradores Síncronos (Funções 87G, 40, 32, 78, 46, 51V, 64 e 81)
4. 4. Proteção Diferencial de Barramentos (ANSI 87B) e Falha de Disjuntor (50BF)
5. 5. Proteção de Motores Elétricos de Médio e Grande Porte
6. 6. 📝 Exercícios Resolvidos de Engenharia (Dimensionamento 87T e Apostila 04)
7. 7. 🎓 Verificando o Aprendizado (Questões de Fixação da Apostila 04 Comentadas)
   • Bloco 1: Transformadores de Potência e Degradação da Isolação
   • Bloco 2: Proteção de Geradores Síncronos
   • Bloco 3: Proteção de Motores Elétricos Industriais

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1. Proteção de Transformadores de Potência: Relé Diferencial Percentual (87T)

Para transformadores de potência acima de $5\text{ MVA}$ a $10\text{ MVA}$, a proteção primária principal contra curtos-circuitos internos nos enrolamentos e buchas é o Relé Diferencial Percentual de Transformador (ANSI 87T), baseado na 1ª Lei de Kirchhoff comparativa entre as correntes secundárias dos TCs do lado primário (${\dot{I}}_1^{\prime }$) e secundário (${\dot{I}}_2^{\prime }$):

1.1 Equações de Operação e Restrição Percentual (Slope)

Por que não podemos usar um relé diferencial simples que dispare para qualquer $I_{\text{op}}=|{\dot{I}}_1^{\prime }-{\dot{I}}_2^{\prime }|>0$? Porque nos transformadores reais existem 3 fontes naturais de corrente diferencial falsa mesmo em carga normal ou curto externo:

1. Comutador de Tapes sob Carga (LTC / OLTC): Altera a relação de transformação em até $\pm 10\%$ ou $\pm 15\%$ com o transformador operando;
2. Diferença entre as relações padronizadas dos TCs ($RT{C}_1$ e $RT{C}_2$) e a relação nominal do transformador;
3. Erros e Saturação Assimétrica dos TCs durante elevadas correntes de curto-circuito externo (through-faults).

Para evitar disparos indevidos em curtos externos, o relé Diferencial Percentual (87T) compara a Corrente de Operação (Diferencial — $I_{\text{op}}$) com a Corrente de Restrição (Média — $I_{\text{rest}}$):

$\boxed{I_{\text{op}}=|{\dot{I}}_1^{\prime }-{\dot{I}}_2^{\prime }|}\text{e}\boxed{I_{\text{rest}}=\frac{|{\dot{I}}_1^{\prime }|+|{\dot{I}}_2^{\prime }|}{2}}$

A condição matemática de disparo para uma declividade percentual $\text{Slope}=k_s$ (tipicamente ajustada em $20\%$ a $40\%$ no Slope 1 e $60\%$ a $80\%$ no Slope 2) e corrente mínima de partida $I_{\text{op, mıˊn}}$ é:

$\boxed{I_{\text{op}}\ge k_s\cdot I_{\text{rest}}\text{e}{I}_{\text{op}}\ge I_{\text{op, mıˊn}}}$

• Em Carga Normal ou Curto Externo (${\dot{I}}_1^{\prime }\approx {\dot{I}}_2^{\prime }$): A diferença $I_{\text{op}}\approx 0$ é minúscula, enquanto a média $I_{\text{rest}}$ é grande $⟹$ Forte Restrição (Bloqueio)!
• Em Curto-Circuito Interno (${\dot{I}}_2^{\prime }$ inverte ou cai a zero): $I_{\text{op}}=|{\dot{I}}_1^{\prime }+{\dot{I}}_2^{\prime }|$ torna-se enorme e supera largamente $k_s\cdot I_{\text{rest}}$ $⟹$ Disparo Instantâneo (TRIP 87T)!

1.2 Compensação do Deslocamento Angular de $30^{\circ }$ em Transformadores $\Delta \text{-}Y$

Em um transformador de potência Triângulo-Estrela ($\Delta \text{-}Y$, ex.: Dyn1), as correntes de linha primárias e secundárias possuem uma defasagem angular intrínseca de $30^{\circ }$, além de a sequência zero circular pelo lado $Y_{\text{aterrado}}$ em faltas externas à terra sem aparecer nas linhas do lado $\Delta$!

• Regra Clássica de Ligação dos TCs (Relés Eletromecânicos/Estáticos):
  • Os TCs instalados no lado Estrela ($Y$) do transformador devem ser conectados em Triângulo ($\Delta$) (o que corrige os $30^{\circ }$ e filtra a corrente de sequência zero $I_0$, multiplicando a corrente secundária por $\sqrt{3}$!);
  • Os TCs instalados no lado Triângulo ($\Delta$) do transformador devem ser conectados em Estrela ($Y$).
• Em Relés Numéricos (IEDs Modernos): Todos os TCs são ligados em Estrela ($Y\text{-}Y$) e a compensação de módulo, defasagem de $30^{\circ }$ e filtragem de sequência zero é feita via software matricial interno no DSP!

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2. Corrente de Energização (Inrush), Bloqueio por 2ª Harmônica e Relé Buchholz (63)

2.1 O Fenômeno do Inrush e o Bloqueio por 2ª Harmônica (120 Hz)

Quando um transformador é energizado a vazio (fechamento do disjuntor primário com o secundário aberto, $I_2=0$), o fluxo magnético transitório no núcleo pode atingir até $2\times {\Phi }_{\text{nominal}}+{\Phi }_{\text{residual}}$, levando o ferro à saturação profunda nos primeiros ciclos e drenando uma Corrente Transitória de Energização (Inrush) de $8$ a $15\times I_{\text{nominal}}$ que flui exclusivamente pelo primário!

• Como $I_1=I_{\text{inrush}}$ e $I_2=0$, toda a corrente de inrush aparece como corrente diferencial ($I_{\text{op}}=I_{\text{inrush}}$), o que faria o relé 87T disparar erroneamente em toda energização!
• Como o Relé 87T distingue Inrush de um Curto-Circuito Interno?
  • A onda de corrente de Inrush é fortemente assimétrica e distorcida, apresentando um elevadíssimo conteúdo de 2ª Harmônica ($120\text{ Hz}$, tipicamente $I_{2h}/I_{1h}\ge 15\%$ a $60\%$), enquanto a corrente de curto-circuito tem formato senoidal (ou exponencial + 60 Hz) quase sem 2ª harmônica.
  • O filtro digital de Fourier do relé 87T calcula a razão $\frac{I_{2h}}{I_{1h}}$ e bloqueia o disparo diferencial sempre que $\frac{I_{2h}}{I_{1h}}\ge 15\%$ (Harmonic Restraint / Blocking)! (Usa-se também o Bloqueio de 5ª Harmônica — $300\text{ Hz}$ para evitar disparo durante Sobreexcitação $V/\text{Hz}$ — ANSI 24).

2.2 Proteções Intrínsecas (Mecânicas e Térmicas) de Transformadores a Óleo

Faltas incipientes entre espiras da mesma fase produzem pequenas variações na corrente terminal (difíceis de detectar pelo 87T), mas geram arco local que decompõe quimicamente o óleo isolante em gases (${\text{H}}_2$, acetileno ${\text{C}}_2{\text{H}}_2$, metano). Por isso, todo transformador a óleo de médio/grande porte possui:

1. Relé Buchholz (ANSI 63 / Detector de Gás e Surto de Óleo): Instalado na tubulação inclinada que liga o topo do tanque principal ao tanque conservador de óleo. Possui duas câmaras/boias:
   • 1º Estágio (Boia Superior — Acúmulo Lento de Gás): Gases gerados por pontos quentes ou pequenas descargas parciais sobem até o Buchholz e baixam o nível de óleo, fechando o contato de ALARME.
   • 2º Estágio (Palheta Inferior — Surto Violento de Fluxo de Óleo): Um arco elétrico interno severo vaporiza o óleo instantaneamente, empurrando um jato de óleo rumo ao conservador que bate na palheta e comanda o TRIP IMEDIATO dos disjuntores!
2. Relé de Imagem Térmica (ANSI 49) e Termômetro do Óleo (ANSI 26): Simula a temperatura do ponto mais quente do cobre (Hot-Spot), comandando estágios de ventilação forçada (ONAN $\to$ ONAF) e desligamento.
3. Válvula de Alívio de Pressão (ANSI 63P) e Relé de Pressão Súbita (ANSI 63).

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3. Proteção de Geradores Síncronos (Funções 87G, 40, 32, 78, 46, 51V, 64 e 81)

Conforme detalhado na Seção 2 da Apostila 04, os geradores síncronos são as máquinas mais caras e complexas do sistema, exigindo proteção dedicada contra distúrbios elétricos, magnéticos e mecânicos:

Código ANSI	Nome da Função de Proteção	Causa Física da Falta e Consequência se Não Desligar
87G	Diferencial Longitudinal do Estator	Curto-circuito trifásico ou bifásico interno nos enrolamentos do estator. Atua instantaneamente desligando o disjuntor de máquina, o disjuntor de campo CC e fechando a válvula da turbina.
40	Perda de Excitação (Perda de Campo CC)	Falha no AVR, abertura do disjuntor de campo ou curto no rotor. O gerador perde o sincronismo, acelera acima de $n_s$ e passa a rodar como Gerador de Indução, drenando enorme potência reativa ($-Q$) da rede e superaquecendo o rotor! (Detectada por relé de distância Mho no 3º/4º quadrante do plano $R\text{-}X$).
32	Potência Reversa (Antimotorização)	Corte acidental de água/vapor/combustível na máquina primária com o disjuntor fechado. O gerador passa a absorver potência ativa ($P$) da rede como um Motor Síncrono, arrastando a turbina (causa superaquecimento das palhetas na turbina a vapor, cavitação na hidráulica ou explosão de cárter no diesel!).
78	Perda de Sincronismo (Out-of-Step)	Escorregamento de polos ($\delta >90^{\circ }\to 180^{\circ }$) após faltas graves na transmissão, gerando violentos torques pulsantes no eixo.
46	Desequilíbrio de Corrente / Sequência Negativa ($I_2$)	Cargas desequilibradas ou faltas assimétricas externas geram corrente de sequência negativa ($I_2$), cujo campo gira em sentido contrário ao rotor e induz correntes parasitas de frequência dupla ($2f=120\text{ Hz}$) na superfície do rotor, derretendo as cunhas da gaiola amortecedora ($I_2^2\cdot t\le K$).
51V	Sobrecorrente com Restrição/Controle de Tensão	Como a reatância síncrona em regime permanente ($X_d>1,0\text{ pu}$) é alta, a corrente de curto sustentada do gerador pode cair abaixo da corrente nominal! O relé 51V reduz automaticamente seu pickup quando a tensão terminal afunda.
64G / 64R	Falta à Terra no Estator (64G) e no Rotor (64R)	Aterramento de alta impedância do neutro do gerador limita a corrente de falta fase-terra a $5\text{–}15\text{ A}$ para não queimar as chapas do núcleo. Usa sobretensão de neutro 59GN ($95\%$ do enrolamento) + 3ª harmônica ou injeção de $20\text{ Hz}$ ($100\%$ do estator).

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4. Proteção Diferencial de Barramentos (ANSI 87B) e Falha de Disjuntor (50BF)

Um curto-circuito no barramento de uma subestação é uma das faltas mais críticas do SEP, pois concentra a contribuição de todas as linhas e transformadores conectados àquela barra.

• Princípio (ANSI 87B): Soma fasorialmente as correntes de todos os vãos (bays) conectados à barra (${\dot{I}}_{\text{op}}=|{\sum }_{k=1}^N{\dot{I}}_k|$).
  • Falta Externa num dos Vãos: Tudo o que entra pelos demais vãos sai pelo vão em falta ($\sum {\dot{I}}_k=0$).
  • Falta Interna na Barra: Todas as fontes injetam corrente para a barra ($\sum {\dot{I}}_k={\dot{I}}_{\text{cc, total}}\gg 0⟹$ Dispara todos os disjuntores da barra em $<1\text{ ciclo}$ via Relé de Bloqueio Lockout ANSI 86!).
• O Grande Desafio do 87B: Numa falta externa num único alimentador, o TC daquele alimentador recebe a soma das correntes de todos os outros vãos e pode saturar violentamente (${\dot{I}}_{\text{TC saturado}}\to 0$), gerando falsa corrente diferencial!
  • Solução 1 — Diferencial de Barra de Alta Impedância: Insere-se um resistor estabilizador de alto valor em série com um relé de sobretensão, forçando a corrente diferencial falsa a circular pela baixa resistência interna do TC saturado em vez de passar pelo relé.
  • Solução 2 — Diferencial de Barra Numérico de Baixa Impedância: Usa restrição percentual $\sum |{\dot{I}}_k|$ combinada com algoritmo detector de saturação de TC nos primeiros $2\text{ ms}$ do ciclo.

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5. Proteção de Motores Elétricos de Médio e Grande Porte

Conforme a Seção 3 da Apostila 04, enquanto pequenos motores de baixa tensão ($\le 480\text{ V}$) usam fusíveis aM + relé bimetálico ou disjuntor-motor, motores industriais de médio e grande porte ($2,4\text{ kV}$, $4,16\text{ kV}$, $6,9\text{ kV}$ e $13,8\text{ kV}$) são protegidos por IEDs Multifunção de Proteção de Motores com as funções:

• ANSI 49 (Sobrecarga Térmica por Imagem Térmica + Sensores RTD PT100 38 nas ranhuras e mancais);
• ANSI 48 / 51LR (Partida Prolongada e Rotor Bloqueado): Monitora se o tempo de partida excede o limite térmico do rotor travado;
• ANSI 66 (Controle do Número de Partidas por Hora e Intervalo Mínimo entre Partidas): Impede que o operador dê múltiplas partidas seguidas derretendo a gaiola do rotor;
• ANSI 46 (Desequilíbrio de Corrente / Falta de Fase) e ANSI 47 (Inversão de Sequência de Fase na Tensão);
• ANSI 50 / 50GS (Curto-Circuito Instantâneo de Fase e Falta à Terra Sensível via TC Toroidal Core Balance);
• ANSI 87M (Diferencial Autobalanceado ou Percentual de Motor) para motores acima de $1.000\text{ HP}$;
• ANSI 27 (Subtensão) e ANSI 37 (Subcorrente / Subpotência — perda de carga mecânica, ex.: bomba rodando a seco por cavitação!).

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6. 📝 Exercícios Resolvidos de Engenharia (Dimensionamento 87T e Apostila 04)

Exercício Resolvido 1 — Dimensionamento de TCs e Corrente Diferencial no Relé 87T em Transformador $\Delta \text{-}Y$

Enunciado: Um transformador trifásico de potência de $30\text{ MVA}$, $138\text{ kV }(\Delta )/13,8\text{ kV }(Y_{\text{aterrado}})$, é protegido por um relé diferencial percentual ANSI 87T clássico (onde a compensação de $30^{\circ }$ é feita ligando os TCs do lado $Y$ em $\Delta$ e os TCs do lado $\Delta$ em $Y$). Determine: (a) As correntes nominais de linha no lado de $138\text{ kV}$ ($I_{1L}$) e no lado de $13,8\text{ kV}$ ($I_{2L}$); (b) As relações de TCs ideais e comerciais padronizadas para ambos os lados (lembrando que nos TCs ligados em $\Delta$, a corrente que sai para o relé é multiplicada por $\sqrt{3}$!), calculando a corrente de operação residual $I_{\text{op}}$ e de restrição $I_{\text{rest}}$ a plena carga e o ajuste mínimo de Slope ($\%$).

Solução Passo a Passo: (a) Correntes Nominais Primária e Secundária do Transformador: $I_{1L\text{ (138 kV, }\Delta \text{)}}=\frac{\mathrm{30.000.000}}{\sqrt{3}\times 138.000}=\boxed{125,51\text{ A}}$ $I_{2L\text{ (13,8 kV, }Y\text{)}}=\frac{\mathrm{30.000.000}}{\sqrt{3}\times 13.800}=\boxed{1.255,11\text{ A}}$

(b) Dimensionamento dos TCs (Ligação $Y$ no lado de $138\text{ kV}$ e Ligação $\Delta$ no lado de $13,8\text{ kV}$):

1. Lado de $138\text{ kV}$ (Transformador em $\Delta ⟹$ TCs ligados em Estrela $Y$): Em TCs ligados em $Y$, a corrente que vai para o relé é igual à corrente secundária do TC ($I_1^{\prime }=I_{2,\text{TC1}}\approx 5\text{ A}$). Para $I_{1L}=125,51\text{ A}$, adotamos o TC comercial padronizado de $150\text{–}5\text{ A}$ ($RT{C}_1=30$): $I_{1\text{ (no releˊ)}}^{\prime }=\frac{125,51\text{ A}}{30}=\boxed{4,184\text{ A}}$
2. Lado de $13,8\text{ kV}$ (Transformador em $Y⟹$ TCs ligados em Triângulo $\Delta$): Como os TCs estão fechados em $\Delta$, a corrente de linha que sai do $\Delta$ dos TCs para a bobina do relé é $\sqrt{3}\times I_{2,\text{TC2}}$! Para casar com os $4,184\text{ A}$ do lado primário (ou com $5\text{ A}$), a corrente dentro da bobina secundária do TC2 deve ser $\frac{5\text{ A}}{\sqrt{3}}=2,887\text{ A}$: $RT{C}_{2,\text{ideal}}=\frac{1.255,11\text{ A}}{4,184/\sqrt{3}}=\frac{1.255,11}{2,415}=519,6⟹\text{TC comercial de }2.500\text{–}5\text{ A}\text{ (RTC2=500)}$ Com $RT{C}_2=500$, a corrente secundária dentro de cada TC2 vale $I_{2,\text{TC2}}=\frac{1.255,11}{500}=2,510\text{ A}$, e a corrente que chega ao relé após o fechamento em $\Delta$ vale: $I_{2\text{ (no releˊ)}}^{\prime }=\sqrt{3}\times 2,510\text{ A}=\boxed{4,348\text{ A}}$
3. Corrente Diferencial de Descasamento a Plena Carga e Slope Mínimo:
   • Corrente de Operação em carga nominal: $I_{\text{op}}=|I_1^{\prime }-I_2^{\prime }|=|4,184-4,348|=\boxed{0,164\text{ A}}$
   • Corrente de Restrição em carga nominal: $I_{\text{rest}}=\frac{4,184+4,348}{2}=\boxed{4,266\text{ A}}$
   • Erro percentual de casamento dos TCs: ${\epsilon }_{\text{TC}}(\%)=\frac{0,164}{4,266}\times 100\%=3,84\%$ Somando a variação do comutador de tapes ($\pm 10\%$) e erros de saturação dos TCs ($10\%$) com margem de segurança, parametrizamos no relé 87T um $\boxed{\text{Slope 1}=30\%}$ (garantindo que $3,84\%\ll 30\%$ e o relé jamais dispare falsamente!).

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7. 🎓 Verificando o Aprendizado (Questões de Fixação da Apostila 04 Comentadas)

Bloco 1: Transformadores de Potência e Degradação da Isolação

Questão 1 — Falhas e Avaliação de Vida Útil em Transformadores (Apostila 04 / Bloco 1)

Enunciado: Os transformadores são equipamentos essenciais para o funcionamento do SEP, de modo que a detecção precoce de falhas é de extrema relevância operacional. Sobre as principais falhas e testes diagnósticos nesse equipamento, é correto afirmar que:

A) As falhas de componentes e acessórios do transformador estão unicamente relacionadas a erros de projeto e fabricação.
B) As sobretensões em transformadores são sempre decorrentes de curtos-circuitos internos nas bobinas.
C) A falha da isolação sólida do transformador determina sua vida útil. Uma forma de mensurar seu envelhecimento é medir o grau de polimerização do papel isolante. (Correta)
D) Os curtos-circuitos externos provocam pequenos vazamentos de óleo, sem qualquer solicitação mecânica interna.
E) A presença de elementos corrosivos no interior do transformador ocorre devido a falhas entre bobinas que aceleram a perda de carga.

Justificativa Técnica Oficial:

Alternativa C está correta. A vida útil operacional de um transformador de potência é ditada irreversivelmente pela degradação de sua isolação sólida (papel isolante Kraft/Crepe). Enquanto o óleo mineral pode ser regenerado ou trocado, o papel não pode ser substituído sem desmontar totalmente a máquina. O teste de Grau de Polimerização (GP) das cadeias de celulose (que cai de $\sim 1.000\text{–}1.200$ quando novo para $\le 200$ no fim da vida útil) mede o nível crítico de fragilização mecânica, indicando o risco iminente de colapso dielétrico sob solicitações eletrodinâmicas.

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Questão 2 — Princípio da Proteção Diferencial e Intrínseca em Transformadores (Apostila 04 / Bloco 1)

Enunciado: Sobre os dispositivos e esquemas de proteção aplicados a transformadores de potência em subestações, é correto afirmar que:

A) O relé de imagem térmica permite detectar a umidade na isolação sólida.
B) Os termômetros de topo e de enrolamento medem a temperatura exclusiva das buchas de passagem.
C) A ligação dos TCs para proteção diferencial em transformadores trifásicos deve ser idêntica à ligação do enrolamento do mesmo lado para anular defasagens angulares.
D) O relé Buchholz tem a finalidade de identificar a presença de gases no tanque de expansão (conservador), decorrentes de queima externa.
E) A proteção diferencial permite a detecção sensível de falhas internas no transformador, como curtos-circuitos entre fases e entre espiras. (Correta)

Justificativa Técnica Oficial:

Alternativa E está correta. O relé diferencial (ANSI 87T) delimita a zona entre os TCs de primário e secundário. Para qualquer curto-circuito interno na máquina (fase-fase, trifásico ou fase-terra), as correntes de entrada e saída deixam de se equilibrar fasorialmente, gerando uma corrente de operação líquida que desarma instantaneamente os disjuntores de ambos os lados, limitando os danos ao núcleo e aos enrolamentos.

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Bloco 2: Proteção de Geradores Síncronos

Questão 3 — Perturbações por Perda de Isolação Elétrica no Gerador (Apostila 04 / Bloco 2)

Enunciado: Os sistemas de geração são compostos pela armadura (estator), campo (rotor) e sistema de excitação. Entre os distúrbios listados, trata-se de uma falha grave decorrente da degradação e perda de isolação elétrica no gerador:

A) Sobrecargas operativas.
B) Curtos-circuitos entre enrolamentos. (Correta)
C) Chaveamento e manobra de cargas na rede.
D) Descargas atmosféricas distantes.
E) Sobretensões puras de manobra.

Justificativa Técnica Oficial:

Alternativa B está correta. O envelhecimento térmico, esforços mecânicos de vibração e contaminação por umidade e poeira degradam o verniz e as fitas de mica isolantes das barras do estator e do rotor, provocando curtos entre espiras da mesma fase, curtos entre fases ou faltas à terra no estator (64G). Esses defeitos internos devem ser extintos em frações de segundo por relés diferenciais 87G e de sobrecorrente.

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Questão 4 — Proteção Contra Perda de Sincronismo (Apostila 04 / Bloco 2)

Enunciado: Os geradores síncronos devem operar rigorosamente em sincronismo eletromecânico com a frequência da rede ($60\text{ Hz}$). Qualquer perturbação severa não eliminada rapidamente que faça o rotor escorregar polos e perder o acoplamento magnético com o sistema deve desligar o gerador. A proteção contra perda de sincronismo (Out-of-Step) é identificada pelo código ANSI:

A) Função 87.
B) Função 39.
C) Função 78. (Correta)
D) Função 59.
E) Função 50.

Justificativa Técnica Oficial:

Alternativa C está correta. A função ANSI 78 (Out-of-Step Protection / Loss of Synchronism Relay) monitora a trajetória da impedância aparente no plano $R\text{-}X$ quando o ângulo de potência $\delta$ ultrapassa o limite de estabilidade transitória ($\delta >90^{\circ }\to 180^{\circ }$). Essa oscilação violenta provoca torque pulsante destrutivo no eixo mecânico da turbina e requer abertura no momento ótimo para não quebrar os contatos do disjuntor.

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Bloco 3: Proteção de Motores Elétricos Industriais

Questão 5 — Esquemas de Proteção para Motores de Pequeno/Médio Porte até 480 V (Apostila 04 / Bloco 3)

Enunciado: A proteção de motores elétricos varia expressivamente em função do seu porte, nível de tensão e criticidade no processo. Em motores de baixa tensão de até $480\text{ V}$, é tecnicamente comum a utilização de proteção por:

A) Relé diferencial de alta impedância.
B) Proteção de sobrecorrente instantânea pura sem retardo térmico.
C) Contatores isolados sem fusíveis ou relés de sobrecarga.
D) Disjuntores e fusíveis retardados associados a contatores e chaves de partida. (Correta)
E) Relé de sobretensão temporizado.

Justificativa Técnica Oficial:

Alternativa D está correta. Motores de até $480\text{ V}$ operam tipicamente com contatores magnéticos em conjunto com fusíveis retardados tipo aM (que suportam a corrente de partida de $6\text{ a }8\times I_{\text{nom}}$ sem queimar, mas cortam rapidamente curtos-circuitos) e relés térmicos de sobrecarga (bimetálicos) ou disjuntores-motores em caixa moldada.

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Questão 6 — Proteção Diferencial em Motores de Grande Porte (Apostila 04 / Bloco 3)

Enunciado: A proteção diferencial (ANSI 87M) é amplamente especificada para motores industriais de grande porte (alta tensão $\ge 2,3\text{ kV}$, potências $>1.000\text{ HP}$). Sobre esse esquema de proteção, é correto afirmar que:

A) A proteção diferencial por soma de fluxos (autobalanceada) é a mais indicada quando os condutores do motor são acessíveis. (Correta)
B) Devido às suas características operativas, a proteção diferencial não pode ser aplicada contra faltas à terra no neutro.
C) As falhas internas do motor só podem ser identificadas mediante associação de relé de sobrecorrente com relé direcional.
D) A conexão dos TCs é realizada em paralelo com os cabos de alimentação do motor.
E) Um relé de aterramento de motor deve ser ajustado acima da corrente nominal de carga.

Justificativa Técnica Oficial:

Alternativa A está correta. Quando ambos os terminais de cada enrolamento de fase do estator do motor estão acessíveis na caixa de ligação, o método da soma de fluxos (autobalanceado) utiliza um TC toroidal para cada fase, através do qual passam tanto o cabo de entrada quanto o de saída do mesmo enrolamento de fase. Em condições normais, as correntes são iguais e opostas, resultando em fluxo magnético nulo no TC. Essa configuração garante máxima sensibilidade, resposta instantânea, imunidade absoluta a correntes de partida e dispensa o casamento de TCs!