ENGIE Brasil — Projeto HIDRA

Workshop Técnico
Formação de Especialistas O&M

Material de estudo completo para a equipe de Operação & Manutenção das UHE Miranda (408 MW) e UHE Jaguara (424 MW) — Programa de 40 horas em 5 módulos especializados.

⚡ Carga horária: 40 horas
🏭 Usinas: Miranda + Jaguara
👥 Equipe: Daniela, Célio, Leandro, Jean
📋 Normas: IEEE · IEC · ONS · ABNT
Módulo 01
⚡
Geradores Síncronos
Módulo 02
🎛️
Regulador de Tensão (AVR)
Módulo 03
🌊
Regulador de Velocidade
Módulo 04
🖥️
SDSC e Automação
Módulo 05
🛡️
Proteção Elétrica
⚡
Módulo 01 · 8 horas

Geradores Síncronos de UHE

Fundamentos construtivos, parâmetros elétricos das usinas Miranda e Jaguara, manutenção preditiva e diagnóstico de falhas em geradores hidráulicos de grande porte.

1.1 · Fundamentos do Gerador Síncrono

Princípio de Funcionamento

O gerador síncrono converte energia mecânica em elétrica por indução eletromagnética. O rotor (campo) gira sincronizado à frequência da rede (60 Hz).

f = (n × P) / 120 n = rpm | P = nº de polos 60 Hz, 20 polos → 360 rpm (Francis) 60 Hz, 40 polos → 180 rpm (Kaplan)
Rotor — Polo Saliente

Típico de hidrogeneradores.

  • Núcleo de aço laminado
  • Bobinas de cobre (campo)
  • Anéis deslizantes (excitação CC)
  • Amortecedor (gaiola de esquilo)
Estator — Armadura

Onde a energia elétrica é gerada.

  • Carcaça de aço + núcleo laminado
  • Enrolamento trifásico (barras de cobre)
  • Isolamento Classe F (155°C)
  • Resfriamento: ar / água / hidrogênio

Parâmetros Elétricos — UHE Miranda e Jaguara

ParâmetroMiranda (408 MW)Jaguara (424 MW)
Potência nominal408 MW424 MW
Tensão de geração13,8 kV13,8 kV
Fator de potência0,85 (ind.)0,85 (ind.)
Frequência60 Hz60 Hz
Tensão de excitação~450 V CC~450 V CC
Classe de isolamentoF (155°C)F (155°C)
ℹ️
Tipos de geradores hidráulicos: Eixo vertical (Francis/Kaplan — 20 a 800 MW), Cápsula/Bulbo (Kaplan, baixa queda — 5 a 100 MW), Eixo horizontal (PCHs — <30 MW).

1.2 · Manutenção Preditiva

Análise de Vibração — ISO 20816-5 (máquinas >15 MW)

<2,3
mm/s RMS
✅ Boa
2,3–4,5
mm/s RMS
⚠️ Satisfatória
4,5–7,1
mm/s RMS
🔶 Insatisfatória
>7,1
mm/s RMS
🚨 Inaceitável
Pontos de Medição de Vibração
  • Mancais guias superior e inferior (radial X/Y)
  • Mancal escora (axial Z)
  • Carcaça do estator

Análise espectral FFT: 1× = desbalanceamento | 2× = desalinhamento | Subsincrônico = problema de mancal

Análise de Descargas Parciais (DP)

Ionização localizada no isolamento — precursor de falha de alta tensão.

  • Online: sensor capacitivo nas barras do estator
  • Offline: ensaio com tensão aplicada + sensor DP
⚠️
Valores >1000 pC em operação indicam investigação necessária (CIGRE Brochure 226).

Índice de Polarização (IP) — IEEE Std 43

IP = R10min / R1minCondiçãoAção
<1,0FalhaNão energizar
1,0–2,0QuestionávelInvestigar
2,0–4,0BomMonitorar
>4,0ExcelenteAprovado

1.3 · Diagnóstico de Falhas — FMEA

FalhaCausa RaizSintomaDiagnóstico
Curto entre espirasDegradação de isolamentoCalor excessivo, DP elevada, alarme 87GEnsaio de DP, megôhmetro
Terra de estatorIsolamento rompidoTrip 64, alarme de fugaMegôhmetro, injeção de corrente
Desequilíbrio de correnteFalha de espira, contato frouxoAquecimento assimétrico, alarme 46Análise de corrente, termografia
Aquecimento excessivoFalha de resfriamento, sobrecargaAlta temperatura nos RTDsVerificar sistema de resfriamento
Vibração excessivaDesbalanceamento do rotorVibração >7,1 mm/sAnálise espectral, balanceamento dinâmico
Falha de mancalDesgaste, contaminação do óleoTemperatura elevada, ruídoAnálise vibração + óleo

1.4 · Checklists de Manutenção

✅ Mensal
Leitura de temperatura dos mancais e enrolamento
Verificação visual de escovas e anéis coletores
Leitura de vibração (online ou portátil)
Análise de óleo dos mancais (nível e condição visual)
✅ Semestral
Termografia com máquina em operação
Limpeza das escovas e anéis coletores
Medição de resistência de isolamento (megôhmetro)
Análise laboratorial do óleo dos mancais
Inspeção do sistema de resfriamento
✅ Anual / Grande Parada
Inspeção interna completa (estator e rotor)
Medição do entreferro (verificar excentricidade)
Inspeção das cunhas do estator
Ensaio de DP (descargas parciais)
Balanceamento do rotor (se indicado por vibração)
Revisão dos mancais (folgas, desgaste de patins)
Resistência de isolamento ≥ 1 MΩ/kV; IP ≥ 2,0
Proteções testadas e ajustadas (87G, 40, 46, 64)
📐
Referências normativas: IEEE Std 43-2013 (isolamento), ISO 20816-5 (vibração), ABNT NBR 5383 (ensaios), CIGRE Brochure 575 (descargas parciais — IEEE 1043).
🎛️
Módulo 02 · 10 horas

Regulador de Tensão Automático (AVR)

O AVR é o coração do sistema de excitação — controla a tensão terminal do gerador, o fluxo de reativos e é fator crítico para a estabilidade do SIN. Inclui fabricantes, PSS e diagnóstico de falhas.

2.1 · Fundamentos de Regulação de Tensão

Relação Q × V (Fundamental)
Q ≈ V × (Ea - V) / Xs Onde: Q = Potência reativa (MVAR) V = Tensão terminal (kV) Ea = FEM ∝ corrente de campo If Xs = Reatância síncrona

↑ If → gerador fica sobreexcitado → tensão sobe
↓ If → gerador subexcitado → tensão cai

Modos de Operação do AVR
ModoUso
AVR (Tensão)Operação normal SIN
FCR (Corrente Campo)Partida, testes, fallback
FVR (Tensão Campo)Diagnóstico, modo manual
VAR (Reativo)Controle Q pelo ONS
FP (Fator Potência)Contratos especiais
Requisitos ONS — Submódulo 2.10
  • Faixa de regulação: ±5% da tensão nominal
  • PSS obrigatório para geradores >50 MVA
  • Tempo de resposta: <0,1s para atingir 95% do teto
  • Testes de step response periódicos
  • Registro de eventos com oscilografia

2.2 · Arquitetura do Sistema de Excitação

Canal de Medição
  • Transformador de potencial (PT/VT): 6,6–22 kV → 110 V
  • Transformador de corrente (CT): 1A ou 5A
  • Tempo de resposta do filtro: 20–50 ms
  • Precisão: ±0,5% da tensão nominal
Canal de Controle (AVR)
  • Regulador PID digital (Kp, Ki, Kd)
  • Ajuste de setpoint ±10% da Vnom
  • Droop/Estatismo: 2–5%
  • PSS integrado por software
  • Limitadores: OEL, UEL, V/Hz
Canal de Potência (Tiristores)
  • Retificador SCR: ponte trifásica totalmente controlada
  • Saída CC: 100–600 V, centenas a milhares de A
  • Disjuntor de campo (DCF)
  • Transformador de excitação (isolado galvanicamente)

Fabricantes — Perfil Técnico

Fabricante / ProdutoComunicaçãoCaracterísticas Principais
Basler DECS-250/300Ethernet (Modbus TCP), RS-2325 modos, Auto-Tune PID, PSS IEEE 421.5, OEL/UEL integrados
ABB Unitrol 6000IEC 61850, Modbus TCP, OPC-UACiclo I/O: 400µs, PSS2A e PSS4B, até 12.000 A, redundância dupla
GE Vernova EX2100eEthernet LAN, Mark VIeOscilografia embarcada, integração nativa com governor GE
Voith HyCon ThyriconIEC 61850, ModbusIntegrado ao pacote de automação hidráulica Voith
Ingeteam Ingecon Hydro AVREthernet TCP/IP (IEC 61850, 60870-5-104)5–2.500 A, para PCHs e médias usinas na América Latina

PSS — Power System Stabilizer

⚠️
PSS é requisito mandatório do ONS para geradores acima de determinada potência conectados ao SIN. Sem PSS, o AVR pode introduzir amortecimento negativo nas faixas de 0,2–4 Hz, causando oscilações crescentes.
Diagrama PSS: Sinal entrada ──▶ Bloco Washout ──▶ Lead-Lag 1 ──▶ Lead-Lag 2 ──▶ Limitador ──▶ Saída (Vs → AVR) (ω ou P elétrica) T_W: 1–10 s T1/T2 T3/T4 Vs_max: ±0,05–0,15 pu

2.3 · Parâmetros Típicos de AVR — Geradores 100–500 MW

Parâmetro100 MW200 MW350 MW (Miranda/Jaguara)500 MW
If nominal (A)500–1.200800–2.0001.500–2.5002.500–5.000
Vf nominal (V CC)200–350300–450350–500400–700
Potência de excitação150–350 kW250–700 kW500–900 kW800–2.000 kW
Kp (proporcional PID)20–6030–8040–10050–120
Ki (integral PID, s⁻¹)10–3010–4015–5020–60
Droop (estatismo)2–5%2–5%2–5%2–5%
OEL contínuo (× If_nom)1,05–1,101,05–1,101,05–1,101,05–1,10
OEL temporizado 30s1,5 × If_nom1,5 × If_nom1,5 × If_nom1,5 × If_nom

2.4 · Diagnóstico de Falhas do AVR

SintomaCausa Mais ProvávelDiagnósticoUrgência
Hunting (oscilação ~1 Hz)Kp alto ou droop baixoStep response test; checar droopMédia
Trip indevido do AVROEL/UEL mal ajustados; falha de PTVerificar log de eventos; checar PTAlta
Tensão não sobe na partidaSem residual magnético; DCF fechadoVerificar DCF; field flashingAlta
Temperatura alta no cubículoFiltros sujos, ventilador paradoLimpar filtros; checar ventiladorAlta
Oscilação inter-área (<0,5 Hz)PSS desativado ou mal ajustadoVerificar PSS; estudar com ONSCrítica
Diferença Canal A vs BPT defeituoso ou fusível abertoChecar PT do canal com leitura erradaAlta

2.5 · Checklists de Manutenção AVR

✅ Mensal (sem intervenção)
Verificar alarmes ativos no painel do AVR e no SDSC
Conferir tensão terminal Vt: dentro do setpoint (±0,5%)
Verificar corrente de campo If dentro da faixa normal
Verificar temperatura interna do cubículo (<45°C)
AVR em modo AUTO, PSS ativo, canal primário OK
Registrar leituras no formulário de acompanhamento
✅ Semestral (intervenção)
Limpeza dos filtros de ar do cubículo AVR e tiristores
Verificação visual de cabos, conectores e terminais
Apertar terminais com torquímetro
Termografia do cubículo de tiristores
Testar transferência automática para canal reserva (B)
Backup dos parâmetros do AVR (exportar configuração)
✅ Anual (unidade parada)
Calibração completa do canal de medição (±0,5%)
Teste de step response ±5% — overshoot <15%, settling <3s
Verificação e calibração do OEL
Verificação e calibração do UEL
Verificação do PSS com parâmetros de comissionamento
Verificação do V/Hz: alarme e trip
Verificação do DCF: contatos e mecanismo
Verificação dos tiristores (termografia + torque de parafusos)
🌊
Módulo 03 · 10 horas

Regulador de Velocidade (Governor)

O governor mantém a frequência de 60 Hz respondendo automaticamente a variações de carga na rede. Controla as pás diretizes via sistema eletro-hidráulico. Inclui fundamentos, HPU, calibração e ensaio de rejeição de carga.

3.1 · Fundamentos de Regulação de Frequência

Por que Regular Frequência?

A frequência é proporcional à velocidade dos geradores síncronos. Desequilíbrio entre geração e carga resulta em desvio de frequência.

🚨
>61,5 Hz → trip por sobrevelocidade
<58,5 Hz → corte de carga, risco de cascata
Estatismo Permanente (Ep / Droop)
Ep = (ΔN/N₀) / (ΔP/P₀) × 100% Ep = 5% → Requisito ONS padrão Ep = 0% → Isocrono (APENAS isolado!)

ONS exige: Ep ajustável entre 2% e 8% | Banda morta ≤ ±0,03 Hz

Regulação Primária vs. Secundária
TipoTempo
Primária (Governor)2–30 s
Secundária (AGC/ONS)Minutos

Após distúrbio, a regulação primária estabiliza a frequência; a secundária restaura os 60,00 Hz exatos.

3.2 · Componentes do Sistema Governor

MALHA DE CONTROLE — GOVERNOR DIGITAL [Setpoint N_ref / P_ref / AGC ONS] │ ▼ [CONTROLADOR DIGITAL (PLC)] Erro: e = N_ref - N_atual PID: u = Kp·e + Ki·∫e·dt + Kd·de/dt Droop: Ep = 5% | Banda morta: ±0,03 Hz │ ▼ [VÁLVULA PROPORCIONAL ELETRO-HIDRÁULICA] ±10 VDC → fluxo de óleo | TR < 50 ms │ [HPU 100–160 bar] ──▶ óleo pressurizado │ ▼ [SERVOMOTOR PRINCIPAL] Curso: 400–600 mm | Força: 1–3 MN │ ▼ [DISTRIBUIDOR → Pás Diretizes (24–32 pás)] │ ▼ [TURBINA FRANCIS → GERADOR (realimentação: encoder N)]
Unidade Hidráulica (HPU)
  • Reservatório: 500–5.000 litros
  • Bomba de pistões axiais: 40–100 bar
  • Acumulador de N₂: pré-carga 55–80% P_max
  • Filtros: ISO 16/14/11 ou melhor
  • Óleo: ISO VG 46 ou VG 68
Válvula Proporcional

Componente crítico — sensível à contaminação.

  • Servo-válvula eletro-hidráulica proporcional
  • Contaminação acima de ISO 4406 classe 17/15/12 → travamento
  • Substituição preventiva a cada 10 anos
Servomotor Principal
  • Cilindro hidráulico de dupla ação
  • Realimentação de posição: LVDT
  • Vedação: NBR ou Viton (até 80°C)
  • Folga haste/bucha nominal: 0,02–0,08 mm
  • Folga máxima admissível: 0,15 mm

3.3 · Valores de Referência

ParâmetroSímboloValor TípicoRequisito ONS
Estatismo permanenteEp4–6%2–8%
Estatismo transitórioBp30–80%10–500%
Banda morta de frequênciaf_db≤±0,03 Hz≤±0,03 Hz
Tempo de água (penstock curto)Tw0,5–1,0 s—
Tempo de água (penstock longo)Tw1,0–3,0 s—
Constante de inércia (Francis grande)H3–6 s—
Pressão de trabalho (sistema moderno)—100–160 bar—
Temperatura de alarme do óleo—55°C—

Critérios de Aceitação — Ensaio de Rejeição de Carga (IEEE 1207)

<40%
% de N₀
Speed Rise (100% carga)
<110%
% de N₀
Velocidade máxima absoluta
<30s
segundos
Retorno a ±2% N₀
<125%
% pressão normal
Pressão máxima penstock

3.4 · Checklists de Manutenção — Governor

✅ Mensal
Verificar nível de óleo no reservatório da HPU
Verificar pressão do sistema (100–160 bar)
Verificar pré-carga do acumulador de N₂
Verificar temperatura do óleo (<55°C)
Inspecionar vazamentos externos (haste do servo)
Verificar alarmes ativos no CLP do governor
Verificar corrente dos solenóides das válvulas
Registrar potência e posição do distribuidor
✅ Trimestral
Coletar amostra de óleo (análise ISO 4406)
Verificar filtros de retorno e pressão (ΔP)
Testar solenóides de fechamento de emergência (3 ciclos)
Verificar calibração do encoder de velocidade
Verificar interlocks (trip sobrevelocidade, pressão mínima)
🖥️
Módulo 04 · 8 horas

SDSC e Automação de Usinas

O SDSC é a espinha dorsal operacional da usina — integra hardware, software e comunicação industrial conectando o campo ao ONS. Cobre arquitetura em 4 níveis, sequência de partida, protocolos e manutenção.

4.1 · Hierarquia de Controle — 4 Níveis

╔══════════════════════════════════════════════════════════╗ ║ NÍVEL 4: CCO/ONS (Centro de Controle da Operação) ║ ║ Protocolo: IEC 60870-5-104 / DNP3 sobre TCP/IP ║ ║ Funções: CAG, despacho de carga, telessupervisão ║ ╠══════════════════════════════════════════════════════════╣ ║ NÍVEL 3: USINA (Sala de Controle) ║ ║ Componentes: Servidores SCADA, IHMs, estações op. ║ ║ Protocolo: MMS (IEC 61850), OPC UA, Modbus TCP ║ ║ Funções: supervisão global, relatórios, histórico ║ ╠══════════════════════════════════════════════════════════╣ ║ NÍVEL 2: UNIDADE GERADORA (Controlador UC) ║ ║ Componentes: UC/UAC, IEDs de proteção, reguladores ║ ║ Protocolo: IEC 61850 GOOSE, Modbus RTU/TCP ║ ║ Funções: sequenciamento, automatismo, regulação ║ ╠══════════════════════════════════════════════════════════╣ ║ NÍVEL 1: CAMPO (Sensores, Atuadores, Transdutores) ║ ║ Componentes: TPs, TCs, transdutores 4-20mA, RTDs ║ ║ Protocolo: HART, 4-20mA analógico, contatos secos ║ ╚══════════════════════════════════════════════════════════╝

Comparativo de Protocolos

CritérioDNP3IEC 61850 GOOSEModbus TCPIEC 60870-5-104
Velocidadems a s<4 msms a sms a s
TimestampingSim (ms)Sim (µs)Não nativoSim (ms)
Onde usar no SDSCRTU → ONS (legado)IEDs proteção entre siReguladores, legadoLink ONS (padrão atual)
ComplexidadeMédiaAltaBaixaMédia

4.2 · Sequência de Partida da Unidade Geradora (5 Estados)

Estado 1 — UI (Unidade Isolada)

Repouso: resistências de aquecimento ativas, freio aplicado, todas as proteções armadas.

Estado 2 — UPP (Pronta para Partir)

Desligar resistências, abrir sistema de resfriamento, acionar bombas de óleo (alta pressão + guias), pressurizar HPU do governor.

Estado 3 — UVNSC (Velocidade Nominal Sem Carga)

Abrir distribuidor gradualmente; bomba de alta pressão desliga a 80% N. Aguardar 60 Hz ± tolerância, sem vibração excessiva.

Estado 4 — EU (Unidade Excitada)

Acionar pré-excitação → excitação principal (AVR) → tensão eleva até Vnom (13,8 kV). AVR em modo automático confirmado.

🚨
Estado 5 — US (Unidade Sincronizada): Verificar simultâneamente: f_UG ≈ f_rede (±0,1 Hz), θ_UG ≈ θ_rede (±5°), V_UG ≈ V_barra (±5%). NUNCA realizar sincronismo manual — risco de dano grave ao gerador. Aguardar autorização do ONS para usinas com despacho centralizado.

Backup de Configurações — Regra 3-2-1

💾
Ponto mais crítico da manutenção do SDSC: A perda de configuração de um UC ou IED pode significar semanas de recuperação. 3 cópias dos dados críticos | 2 mídias diferentes | 1 cópia offsite | Teste mensal de restauração.

O que fazer backup:

① Lógica dos UCs

Programas IEC 61131-3 (SFC, FBD, LD, ST). A cada mudança + mensal.

② IEDs de Proteção

Arquivos .PCM, .RCP, .COMTRADE. A cada ajuste de relay + semestral.

③ Banco de Dados SCADA

Pontos, tags, trends. Backup automático diário + semanal manual.

④ Imagem do SO dos Servidores

Disk image (Ghost, Clonezilla). Após cada atualização.

⑤ Configuração de Rede

Switches, roteadores, firewalls. A cada mudança + trimestral.

⑥ Oscilografias COMTRADE

Mínimo 2 anos de histórico. Armazenar offsite.

4.3 · Integração com ONS — Grandezas Obrigatórias

📡
Disponibilidade do link ONS: 99,95% (instalações estratégicas) | Protocolo padrão: IEC 60870-5-104 | Downtime máximo: ~4,38 horas/ano
GrandezaSímboloTipoBanda Morta Típica
Potência ativa (por UG)P (MW)Analógica1 MW
Potência reativa (por UG)Q (Mvar)Analógica0,5 Mvar
Tensão de terminalV (kV)Analógica0,5% fundo de escala
Corrente de linhaI (kA)AnalógicaContínua
Estado do disjuntor principal52GDigitalPor evento
Estado da UG (modo)UI/UPP/UVNSC/EU/USDigitalPor evento
Posição de tap OLTC (trafo)TapDigitalPor degrau

4.4 · Checklists de Manutenção SDSC

✅ Diário (turno operacional)
Verificar status de alarmes ativos — resolver P1/P2
Confirmar sincronização de tempo (GPS/NTP)
Verificar status do servidor redundante (hot-standby)
Checar status do UPS (carga das baterias, modo)
Verificar link de comunicação com ONS (dados chegando)
Registrar ocorrências no livro de turno
✅ Mensal
BACKUP COMPLETO de toda configuração SDSC
Teste de restauração de backup em ambiente de teste
Verificação de todos os pontos analógicos
Atualização de patches de segurança
Teste de comunicação ONS (grandezas e qualidade)
Teste de UPS: simulação de falta de AC
✅ Semestral
Inspeção termográfica de todos os armários do SDSC
Teste de redundância de rede (reconvergência RSTP <50ms)
Teste de failover do link ONS (primário → backup)
Teste de capacidade das baterias do UPS
Limpeza física dos gabinetes
Revisão e racionalização de alarmes
🛡️
Módulo 05 · 48 horas (mais extenso)

Proteção de Sistemas Elétricos

Núcleo técnico do Workshop HIDRA. Filosofia, funções ANSI para geradores e transformadores, DGA, oscilografia e análise de falhas. Referência: IEEE C37.102, IEC 60255, ONS Submódulo 3.8.

5.1 · Filosofia de Proteção — 4 Princípios Fundamentais

⚡ Seletividade

Apenas o elemento mais próximo da falta opera — isolando a menor porção possível. Uma falta no Gerador 2 abre somente o disjuntor do Gerador 2.

⏱️ Rapidez

Proteção principal (87G): atua em <50 ms (2–3 ciclos a 60 Hz). Backup: 0,5 s a vários segundos. Quanto mais rápida, menor o dano térmico e o risco de instabilidade.

🔍 Sensibilidade

Detecta a falta mínima possível — mesmo correntes baixas próximas ao neutro do gerador — sem sensibilidade excessiva que cause atuações indevidas.

🛡️ Confiabilidade

Dependabilidade: opera quando deve. Segurança: não opera quando não deve. Obtida por redundância (dois relés independentes) e automonitoramento.

Zonas de Proteção — UHE (Overlapping)

NEUTRO DO GERADOR │ TC-N (TC de Neutro) │ ├──── [ZONA 1 — GERADOR — 87G] ──────────────────────┐ │ │ ESTATOR DO GERADOR │ │ │ TC-T (TCs de Terminal) │ │ │ ├──── [Sobreposição Zona 1 / Zona 2] ─────────────---| │ │ BARRAMENTO FASE ISOLADO (IPB) │ │ │ ├──── [ZONA 2 — TRAFO ELEVADOR — 87T] ───────────────┘ │ TRANSFORMADOR ELEVADOR (AT + BT) │ TC-S (TC Secundário 87T — Bushing AT) │ ├──── [Sobreposição Zona 2 / Zona 3] │ ├──── [ZONA 3 — BARRAMENTO AT — 87B] │ BARRAMENTO DE ALTA TENSÃO (subestação) │ ├──── [ZONA 4 — LINHA DE TRANSMISSÃO — 21/87L] │ SUBESTAÇÃO RECEPTORA (SIN)

5.2 · Funções ANSI — Proteção de Geradores

Cód. ANSINomeAjuste TípicoAtuaçãoObservações para Hidro
87G Diferencial de Gerador Pickup: 5–20% In; Slope: 20–40% 20–30 ms Proteção principal. TC de neutro e terminal mesma relação.
40 Perda de Excitação Diam. mho = Xd; offset = –X'd/2 0,5 s (grave); 10–15 s (gradual) Hidros têm Xd elevado. Coordenar com curva de capabilidade da máquina.
46 Desequilíbrio de Corrente Alarme: I₂ >5% In; Trip: I₂²t = K (10–30) Inverso (segundos a minutos) Correntes de dupla frequência (120 Hz) superaquecem o rotor.
32 Potência Reversa (Anti-Motoring) Hidro: –0,5% a –2% Pn 1–3 s (etapa 1); 10–20 s (etapa 2) Turbina hidráulica tem perdas mecânicas muito baixas — pickup extremamente sensível.
64S Terra de Estator (100%) Injeção 20 Hz; Trip: corrente > limiar 100–200 ms Detecta 100% do enrolamento. Método de injeção de baixa frequência é o mais confiável.
59N Sobretensão de Neutro (Terra) Trip: 5–10% Vn (tensão de neutro) 1–2 s Cobre 90–95% do enrolamento. Combinar com 64S para cobertura total.
64R Terra de Rotor Alarme: 1° terra; Trip: 2° terra ou R <1–5 kΩ Alarme imediato 1° terra: inofensivo. 2° terra cria curto de espiras → vibração severa.
59G Sobretensão de Gerador Alarme: 110% Vn; Trip: 120–130% Vn Inverso ou definido Crítico durante rejeição de carga — governor pode ser lento.
81U/O Sub/Sobrefrequência 81U: 58,5 Hz alarme, 57,5 Hz trip; 81O: 62 Hz 81U: 5–10 s; 81O: 1–2 s Subfrequência prolongada danifica pás do rotor por ressonância.
24 Volt/Hertz (Sobrefluxo) Trip: 110% V/f (curva inversa) Inverso: 1–30 s Importante durante partida/parada quando tensão sobe e f ainda está baixa.
🔴
87G — Percentage Differential: Pickup mínimo 0,10 pu | Slope 1 (baixas correntes): 20–25% | Slope 2 (acima de 3 pu): 35–40% (compensar saturação de TCs durante faltas externas elevadas).

5.3 · Proteção de Transformadores + DGA

Cód. ANSINomeAjuste TípicoAtuação
87T Diferencial de Transformador Pickup: 15–30% In; Slope: 20–40% 20–30 ms
63 Buchholz Estágio 1: alarme (gás); Estágio 2: trip (fluxo) Alarme gradual; Trip 0,5–1 s
96 Pressão Súbita Trip imediato: arco produz pressão em ms <10 ms
26 Temperatura do Trafo Alarme óleo: 80°C; Trip: 95–100°C Condição atingida
71 Nível de Óleo Alarme: nível baixo; Trip: nível crítico Float switch

DGA — Análise de Gases Dissolvidos no Óleo (IEEE C57.104)

GásProduzido porFalta IndicadaLimite IEEE C57.104
H₂ (Hidrogênio)Descarga parcial, aquecimentoDescarga parcial, corona<100 ppm (alarme)
CH₄ (Metano)Aquecimento moderado do óleoPonto quente óleo <300°C—
C₂H₄ (Etileno)Aquecimento severo do óleoPonto quente grave >300°C—
C₂H₂ (Acetileno)Arco elétrico >700°CArco elétrico interno<1 ppm (novo); <35 ppm (serviço)
CO (Monóxido de Carbono)Degradação de celuloseAquecimento/carbonização do papel—
CO₂ (Dióxido de Carbono)Degradação lenta de celuloseDegradação de papel isolanteNormal em baixas concentrações
🚨
Acetileno (C₂H₂) acima de 35 ppm → indica arco elétrico interno → retirar o transformador de operação imediatamente para inspeção. Não energizar antes de DGA manual e inspeção interna com medidas de segurança.

5.4 · Tabela ANSI Consolidada

Código ANSINomeEquipamentoVelocidade de Atuação
87GDiferencial de GeradorGerador20–30 ms (<2 ciclos)
87TDiferencial de TransformadorTrafo elevador20–30 ms (<2 ciclos)
87BDiferencial de BarramentoBarramento AT<20 ms (1 ciclo)
40Perda de ExcitaçãoGerador0,5 s (grave); 10–15 s (gradual)
46Desequilíbrio de CorrenteGeradorInverso: I₂²t = K
64STerra de Estator 100%Gerador (Estator)100–200 ms
59NTensão de NeutroGerador (Estator)1–2 s
64RTerra de RotorGerador (Rotor)Alarme imediato
63BuchholzTrafoAlarme gradual; Trip 0,5–1 s
96Pressão SúbitaTrafo<10 ms
32Potência ReversaGerador1–3 s; 10–20 s (etapa 2)
59GSobretensãoGeradorAlarme; Trip 2–5 s
24Volt/Hertz (Sobrefluxo)Gerador, TrafoInverso: 1–30 s
81U/OSub/SobrefrequênciaGerador, Sistema81U: 5–10 s; 81O: 1–2 s
21DistânciaGerador, LinhaZona 1: <30 ms; Zona 2: 0,2–0,5 s
25Verificação de SincronismoLinha, BarramentoSupervisão — não é relé de trip

5.5 · Análise de Falhas e Oscilografia

Identificação do Tipo de Falta
  • Falta 3F: Todas as 3 correntes aumentam igualmente
  • Falta 2F: Duas correntes em oposição; 1 tensão cai mais
  • Falta 1FT: 1 corrente aumenta + surge I₀ de neutro
  • Falta 2FT: Duas correntes altas + surge I₀
Passos de Análise do Oscilógrafo
  1. Identificar tipo de falta pela assimetria das correntes
  2. Verificar sequência de operação dos relés
  3. Verificar tempo de abertura do disjuntor (típico: 50–83 ms)
  4. Avaliar tensão durante e após a falta
  5. Verificar componente CC de offset

Softwares de Análise de Oscilografia

SoftwareFabricanteObservação
SynchroWAVe EventSELAnálise de COMTRADE, diagnóstico guiado, filtros de harmônicos
Conprove Análise de DistúrbiosConproveInterface em português — usado por geradoras brasileiras
OMICRON Comtrade ViewerOMICRONVisualização gratuita, múltiplos canais, análise fasorial
SINAPENETCEPEL/EletrobrasSistema nacional de perturbações, integração ao ONS

5.6 · Checklist de Testes de Proteção

✅ Comissionamento (Fase 2 — Testes Funcionais por Injeção Secundária)
87G: injetar corrente diferencial acima do pickup em todos os modos
87T: testar bloqueio por inrush (2° harmônico) e sobrefluxo (5° harmônico)
40: injetar impedância dentro do círculo mho; verificar temporização
46: injetar corrente de sequência negativa; verificar modelo I₂²t
32: injetar corrente com ângulo de potência negativo; verificar 2 estágios
59N/64S: simular tensão de neutro e injeção de 20 Hz
64R: verificar circuito de injeção DC; simular resistência de falta
81U/O: injetar frequência fora dos limites
87B: verificar operação + imunidade a falta externa (slope)
Verificar comunicação IEC 61850 GOOSE entre relés
Verificar sincronização de tempo GPS (erro <1 ms)

Testes Periódicos de Manutenção

TestePeriodicidadeValor de Referência
Inspeção visual e limpeza de relésAnual—
Verificação de ajustes e configuraçãoAnualComparar com planilha de ajustes aprovada
Teste funcional por injeção secundária2–4 anosTempo de atuação 87G: <30 ms
DGA do óleo do trafo6 meses (risco); 12 meses (normal)TDCG <720 ppm; C₂H₂ <35 ppm
Buchholz (teste de operação manual)AnualManual do fabricante
Termografia do trafo e conexõesSemestralABNT NBR 15830
Verificação de sincronização GPSAnualErro <1 ms
📚
Referências normativas principais: IEEE Std C37.102 (proteção de geradores), IEEE Std C37.91 (transformadores), IEC 60255 (relés), IEC 61850 (comunicação), IEEE C57.104 (DGA), ONS Submódulo 3.8 (conexão à rede básica).