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ABNT-AssociaoBrasileira deNormas Tcnicas

Emprego de rels para proteo debarramento em sistema de potncia

NBR 9029SET 1985

NBR 8926 - Guia de aplicao de rels para proteode transformadores - Procedimento

3 Fatores que determinam a necessidade e o tipode proteo de barramento

Um barramento geralmente um elemento crtico de umsistema de potncia por ser ponto de convergncia demuitos circuitos-linhas de transmisso, gerao e cargas.O efeito de uma falta em um barramento simples equivalea diversas faltas simultneas e normalmente, devido aconcentrao de circuitos alimentadores, envolve valoreselevados de corrente. Proteo de barramento de altavelocidade usualmente prevista para limitar os efeitosdanosos sobre equipamentos, estabilidade do sistemade potncia ou para manter a continuidade do atendi-mento maior quantidade de cargas possveis. Sem aproteo de barramento, os terminais remotos das linhasligadas ao barramento com falta devem ser desligadosprovocando assim o desligamento das cargas ligadasem derivao a estas linhas. Uma proteo inadequadade barramento pode resultar em defeitos catastrficos eapresentar srio perigo s pessoas. Fatores, tais comoconfigurao dos barramentos, fontes de grandezas dealimentao de entradas de rels, tempo de operao,sensibilidade e facilidade existentes, so importantes paraa seleo do tipo de proteo de barramento. Instalaesexistentes podem no possuir as fontes de grandezas dealimentao de entradas de rels necessrias para a pro-teo de barramento. Consideraes tcnicas e econmi-cas determinam se facilidades adicionais devem ser pre-vistas e instaladas. Se esquemas usuais no puderemser aplicados, podem ser considerados outros mtodosespeciais de proteo de barramento.

Palavras-chave: Rels. Proteo. Sistemas de potncia.Barramento

17 pginas

Origem: ABNT - NB-943/1985 (03:09.41.20-001)CB-03 - Comit Brasileiro de EletricidadeCE-03:041.20 - Comisso de Estudo de Proteo de Barramento - Guia deAplicaoNBR 9029 - Protective relay applications to power system buses - ProcedureDescriptors: Relay. Power system. Buses. ProtectionEsta Norma foi baseada na ANSI/IEEE C37.97/1979

Procedimento

SUMRIO1 Objetivo2 Documentos complementares3 Fatores que determinam a necessidade e o tipo de pro-

teo de barramento4 Princpio bsico de operao da proteo de bar-

ramento5 Fontes de grandezas de alimentao de entrada de

rels6 Sistemas de proteo de barramento7 Arranjos de barramentos usuais8 Consideraes adicionais proteo de barramentoANEXO - Figuras

1 Objetivo1.1 Esta Norma fixa as condies exigveis para o empregode rels e dispositivos associados, para a proteo debarramento de sistemas eltricos de potncia.

1.2 As protees de barramentos descritas nesta Normareferem-se somente s protees locais, especficas paraos barramentos, independentemente dos equipamentosde terminais remotos.

1.3 Nesta Norma so apresentados os arranjos usuaisde barramentos e alguns especiais, no sendo entretantocobertos todos os sistemas de proteo e arranjos pos-sveis.

2 Documentos complementares

Na aplicao desta Norma necessrio consultar:

NBR 6856 - Transformadores de corrente - Especi-ficao

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2 NBR 9029/1985

4 Princpio bsico de operao da proteo debarramento

Diversos mtodos de proteo de barramento so dispo-nveis. Provavelmente o mtodo mais sensvel de proteode barramento emprega o princpio diferencial no qual asoma fasorial de todas as correntes medidas entrandoou saindo do barramento deve ser nula a menos queexista uma falta interna zona protegida. Para uma faltaexterna zona protegida, o sentido instantneo de pelomenos uma das correntes oposto ao das demais cor-rentes. Outros esquemas de proteo de barramento, taiscomo o mtodo diferencial parcial, comparao direcionale Fault Bus usam o valor e/ou o sentido da corrente defalta. Estes mtodos so descritos no Captulo 6.

5 Fontes de grandezas de alimentao de entradade rels

5.1 Generalidades

Historicamente, o maior problema em um sistema de pro-teo de barramento tem sido a saturao desigual dosncleos dos transformadores de corrente empregadosno sistema. Esta saturao desigual dos ncleos devida grande variao possvel do valor de corrente e fluxoresidual de cada transformador de corrente empregadono sistema. O requisito bsico que o esquema apre-sente o grau de seletividade necessrio para no operarpara a falta externa mais severa possvel de ocorrer eainda ter sensibilidade suficiente para operar com a me-nor falta interna prevista. Em instalaes existentes, normalmente necessrio selecionar um esquema com-patvel com os transformadores de corrente existentes, amenos que seja possvel a troca ou o acrscimo de trans-formadores de corrente com as caractersticas neces-srias. Em instalaes novas, fontes de grandezas dealimentao de entradas de rels podem ser seleciona-das de forma compatvel com o esquema preferido.

5.2 Tipos de transformadores de corrente

5.2.1 Transformadores de corrente tipo bucha

Os transformadores de corrente tipo bucha tm um custode instalao menor do que o dos outros tipos de transfor-madores de corrente, e so geralmente aplicveis maioria dos sistemas de proteo de barramento. Soconstitudos por um enrolamento secundrio com deri-vaes sobre ncleo magntico anular e so referidoscomo transformadores de corrente tipo bucha de relaesmltiplas. O ncleo envolve uma bucha isoladora de altatenso empregada em disjuntores, transformadores defora, geradores e equipamentos de manobra, atravsdo qual passa um condutor para formar a espira primria.As espiras de enrolamento secundrio devem ser unifor-memente distribudas para minimizar a reatncia dedisperso. Fisicamente, isto realizado pela distribuiode cada seo secundria, entre derivaes, ao longode toda a circunferncia do ncleo.

5.2.2 Transformadores de corrente tipo janela

Os transformadores de corrente tipo janela so empre-gados em mdias e baixas tenses e possuem um ncleomagntico com uma abertura central atravs da qual deve

ser passado um condutor para formar a espira primria.A secundria enrolada sobre o ncleo e em alguns mo-delos o conjunto completo moldado com material iso-lante. O ncleo pode ter formato anular com o enrolamentosecundrio uniformemente distribudo, similar ao do trans-formador de corrente tipo bucha, ou formato retangularcom enrolamento secundrio distribudo ou enrolado emsomente duas pernas do ncleo.

5.2.3 Transformador de corrente tipo enrolado

O transformador de corrente tipo enrolado possui o enro-lamento primrio com uma ou mais espiras e o enrola-mento secundrio em um ncleo comum, similar ao deum transformador de fora.

5.2.4 Transformadores de correntes auxiliares

Transformadores de corrente auxiliares so algumas ve-zes empregados em circuitos secundrios de outros trans-formadores de corrente para alterar ou a relao de trans-formao ou o ngulo de fase da corrente secundria ouambos. Os transformadores de corrente auxiliares devemser selecionados de modo que as suas caractersticasno afetem de forma adversa o desempenho do esquemade proteo de barramento escolhido.

5.2.5 Acoplador linear

Um acoplador linear consiste em um enrolamento secun-drio toroidal sobre um ncleo anular no magntico.Analogamente ao transformador de corrente tipo bucha, projetado para ser montado em buchas de equipamen-tos onde o condutor forma uma espira primria nica. Aausncia de ferro no ncleo elimina os problemas de sa-turao do ncleo. Uma relao existe entre a correnteprimria e a tenso secundria.

5.3 Caracterstica dos transformadores de corrente

Como os transformadores de corrente possuem ncleosmagnticos podem no apresentar uma caracterstica li-near ao longo da faixa de operao da corrente primria.Isto resulta na variao da relao de transformao epossvel variao do ngulo de fase entre as correntesprimrias e secundrias para valores diferentes de cor-rente primria. Este fenmeno chamado saturao.Alm do valor da corrente alternada, os fatores que afetamesta saturao so os seguintes:

5.3.1 Componente contnua da corrente transitria

A componente contnua da corrente transitria de curtocircuito a maior causa da saturao dos transformadoresde corrente e conseqentes operaes indevidas de al-guns sistemas diferenciais de barramento. A mxima den-sidade de fluxo no ncleo do transformador de correnteatribuvel componente contnua da corrente de falta,varia com a constante de tempo da componente contnuatransitria. Portanto a relao L/R da impedncia do sis-tema que determina a corrente de falta pode influenciarsensivelmente o sistema de proteo de barramento aser selecionado. As constantes de tempos tpicas paradiversos elementos de circuitos podem variar de 0,01 spara linhas a 0,3 s ou mais para usinas geradoras. Quanto

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mais prximo for o local do barramento de fontes fortesde gerao maior deve ser a relao L/R e conseqente-mente a componente contnua da corrente de falta.

5.3.2 Impedncia dos condutores secundrios dostransformadores de corrente, rels, medidores etransformadores de corrente auxiliares associados

A impedncia dos condutores secundrios, bem como aresistncia do enrolamento secundrio do transformadorde corrente, contribuem para a saturao do ncleo.Assim os comprimentos dos condutores secundriosdevem ser os menores possveis. Por outro lado, a loca-lizao dos transformadores de corrente determinadapor requisitos fsicos. Portanto, no estgio de planejamen-to da instalao, deve-se assegurar que o tipo e as ca-ractersticas dos transformadores de corrente e a sua loca-lizao, relativamente ao barramento protegido, so com-patveis com o esquema de proteo proposto. Onde oscomprimentos dos condutores secundrios forem exces-sivos, um aumento na seo dos fios ou o uso de fios li-gados em paralelo so meios de reduzir a impedncia. Alocalizao dos pontos de juno dos condutores da pro-teo diferencial de barramento no ptio de manobra, aoinvs de no painel de rels, tambm empregada. A pr-tica preferida empregar transformadores de correnteou secundrios exclusivos para a proteo diferencial debarramento. Se possvel a ligao no mesmo secundrio,de medidores, transformadores de corrente auxiliares eoutros rels, deve ser evitada em esquemas de proteode barramento tipo diferencial, tendo em vista que estesdispositivos introduzem cargas adicionais nos circuitosdos transformadores de corrente.

5.3.3 Classes de exatido dos transformadores de correntepara proteo

A NBR 6856 estabelece as classes de exatido de trans-formadores de corrente para servio de proteo. Comoos transformadores de corrente para proteo operamcom nveis altos de sobrecorrente, esta classificao de-fine o desempenho mnimo de regime permanente nestesnveis. O desempenho descrito por uma identificaoque compreende um nmero, uma letra e um nmero,selecionados de: (5, 10) (A, B) (10, 20, 50, 100, 200, 400,800). O primeiro termo define o erro mximo percentualde relao, admissvel para as condies de carga espe-cificadas. O segundo termo define o desempenho em ter-mos construtivos. A classificao B cobre os transfor-madores de corrente com enrolamento secundrio unifor-memente distribudo, e qualquer outro transformador decorrente, no qual o fluxo de disperso tem efeito despre-zvel no erro de relao de transformao. A correo darelao em qualquer valor de corrente pode ser adequa-damente calculada pelo conhecimento da carga secun-dria e da caracterstica de excitao. A classificao Acobre a maioria dos transformadores de corrente tipoenrolado e qualquer outro tipo de transformador de cor-rente no qual o fluxo de disperso tem efeito aprecivelna relao de transformao. A corrente da relao deve,portanto, ser determinada por ensaios. A classificao Ae B aplicvel a todas as derivaes do enrolamento dotransformador de corrente. O terceiro termo da classifi-cao a tenso secundria nominal. Este termo definea tenso terminal que pode ser fornecida pelo enrolamentototal secundrio com 20 vezes a corrente secundria no-

minal sem exceder o erro de relao de transformaoespecificado pelo primeiro termo. Alm disso o erro derelao de transformao limitado ao valor especificadopara qualquer corrente compreendida entre 1 e 20 vezesa corrente nominal com qualquer carga secundria igualou inferior nominal. A tenso secundria nominal defi-nida pela NBR 6856 aplicvel somente ao enrolamentocompleto. Se for utilizada derivao ao invs do enrola-mento completo para os TCs classe B tenso secun-dria nominal reduzida aproximadamente pela propor-o de espiras empregadas. Como exemplo, toma-se aclasse de exatido 10 B 100 que significa que o erro darelao pode ser calculado e que o mesmo no excede a10% para qualquer valor de corrente de 1 a 20 vezes acorrente secundria nominal, desde que a carga se-cundria no exceda 1,0 ohm.

6 Sistemas de proteo de barramento

6.1 Proteo diferencial

o sistema de proteo preferido para instalaes novasquando todos os fatores necessrios para a proteo debarramento podem ser planejados e fontes adequadasde grandezas de alimentao dos rels (TCs) providen-ciadas. A menos que estipulado de outra forma a proteodiferencial deve detectar faltas entre fases e fase-terra. Otipo de proteo diferencial da instalao depende dequais fatores, descritos no Captulo 3, forem consideradosmais importantes. Existem diversas variaes de rels di-ferenciais, possuindo cada um, caractersticas numerosase detalhadas demais para serem discutidas nesta Norma.As informaes referentes a estas caractersticas devemser examinadas cuidadosamente, antes da aplicaodestes rels.

6.1.1 Proteo diferencial com rels de sobrecorrente

A proteo diferencial com rels de sobrecorrente requera ligao dos transformadores de corrente de cada fasede cada circuito, em paralelo com um rel de sobrecor-rente para cada fase (A Figura 1 no Anexo ilustra as liga-es para uma fase de um sistema trifsico). Embora sejapermitido o emprego de transformadores de corrente auxi-liares para ajustar adequadamente as relaes de trans-formao, prefervel que todos os transformadores decorrente tenham a mesma relao, de tal forma que noseja necessrio o uso de transformadores de correnteauxiliares. Proteo diferencial de terra, com um rel desobrecorrente para detetar somente faltas a terra no bar-ramento, tem sido aplicada onde no so disponveistransformadores de corrente para alimentao exclusivada proteo de barramento e onde a construo fsica dobarramento (tipo barramento blindado) minimiza a pos-sibilidade de faltas entre fases. Neste caso, os transforma-dores de corrente so ligados de modo a obter a correnteresidual e ligados ao rel, conforme mostra a Figura 1(ver Anexo). As precaues usuais, referentes a cargasecundria, so aplicveis. Onde a flexibilidade de ma-nobra para seleo de barramento prevista, o sistemapode ser comutado. A comutao de circuitos residuaisde corrente menos inconveniente do que o de circuitosde correntes de fase. Na aplicao de rels de sobrecor-rente em esquemas diferenciais, cuidados especiais de-vem ser tomados com referncia ao problema da satu-rao dos transformadores de corrente. Com base em



4 NBR 9029/1985

valores presumidos de fluxo residual, podem ser feitosclculos para estimar o erro mximo devido saturaopor componentes contnua do ncleo do transformadorde corrente. Em geral, este tipo de proteo deve ser limi-tado a locais que so eletricamente distantes de usinas,onde podem ocorrer correntes de falta com grande por-centagem de componente contnua e constantes de tempolongas. Para minimizar possveis operaes incorretas,o rel pode ser ajustado com pouca sensibilidade e tempo-rizaes longas. Rels de sobrecorrente tipo induo comcaractersticas de tempo inverso com ou sem Tempo Bre-ve podem ser empregados. O princpio de induo e oseu projeto tornam estes rels menos sensveis s compo-nentes contnuas e harmnicas da corrente diferencial.Dependendo da aplicao, o retardo de operao do relpermite o decaimento da corrente diferencial transitriaantes que o rel opere.

6.1.2 Proteo diferencial com rels diferenciais de alta-impedncia

Um esquema de proteo diferencial para barramentousando um rel atuado por tenso, comumente chamadorel de alta-impedncia e projetado para aplicao comas ligaes diferenciais convencionais da Figura 1, con-torna o efeito da saturao dos transformadores decorrente durante faltas externas. Este sistema discriminaentre faltas internas e externas, pela magnitude relativadas tenses no ponto de juno do diferencial duranteestas faltas. Todos os transformadores de corrente devemter a mesma relao na derivao usada, e baixa impe-dncia de disperso secundria, como por exemplo asobtidas de enrolamentos uniformemente distribudos emncleos toroidais (TCs tipo B). Esta desprezvel im-pedncia de disperso secundria tambm aplicvelaos transformadores de corrente auxiliares caso sejamempregados para adequao da relao de transfor-mao.

6.1.3 Proteo diferencial com Acopladores Lineares erels de tenso

Este sistema emprega acopladores lineares (reator mtuocom ncleo de ar) com as mesmas dimenses gerais econfigurao, e em substituio a transformadores decorrente tipo bucha de ncleo magntico convencional.Como definido pelo prprio nome, estes acopladores pos-suem caractersticas lineares, produzindo uma tenso pro-porcional derivada no tempo da corrente primria. Ossecundrios de todos os acopladores lineares do bar-ramento protegido so ligados em srie com um rel ins-tantneo de sobretenso de baixo consumo. (Ver Figu-ra 2 no Anexo).

6.1.4 Proteo diferencial com rels percentuais

Rels diferenciais percentuais possuem circuitos de ope-rao e restrio, como mostrado funcionalmente na Fi-gura 3 (ver Anexo). Embora seja necessrio somente umcircuito diferencial por fase, um circuito de restrio ne-cessrio para cada fase de cada circuito ou combinaode circuitos ligados ao barramento. Mxima segurana obtida para faltas externas, quando todos os transforma-dores de corrente possuem a mesma relao de transfor-mao, mas operao satisfatria pode ser esperada com

o emprego de transformadores de corrente auxiliares ade-quados.

6.1.5 Proteo diferencial com rels diferenciais percentuaisde impedncia moderadamente alta

A caracterstica de restrio percentual deste tipo de rel,torna a aplicao do rel independente da condio demxima falta externa. O circuito descrito comumente comodiferencial de impedncia moderadamente alta, jun-tamente com a ao de restrio, torna o rel insensvelaos efeitos da saturao do transformador de correntepara faltas externas. O rel responde s internas indepen-dentemente de qualquer saturao possvel de ocorrerno transformador de corrente. O rel geralmente ligadoao sistema, como mostrado na Figura 3, com um trans-formador de corrente auxiliar especial, necessrio a cadacircuito de restrio quando transformadores de correntecom corrente secundria nominal de 5A so empregados.Um circuito de restrio necessrio para cada fase decada circuito ou combinao de circuitos ligados ao bar-ramento. O emprego de transformadores de corrente auxi-liares permite o uso e a adequao de transformadoresde corrente de relaes de transformao diferentes, almda ligao de outras cargas nos circuitos dos transfor-madores de corrente.

6.2 Proteo diferencial parcial

Este tipo de proteo de barramento tambm conhecidocomo Proteo de sobrecarga de barramento ou Pro-teo de retaguarda seletiva. uma variao do princpiodiferencial no qual correntes de um ou mais circuitos,no so includas na soma fasorial das correntes Vistaspelo rel (ver Figura 4 no Anexo). Este mtodo pode serusado como: retaguarda para um esquema de proteodiferencial completo, como proteo primria para insta-laes que possuem cargas protegidas por fusveis oupara prover proteo local de falha de disjuntor para osdisjuntores das cargas ou ambos. Tanto os rels de sobre-corrente quanto rels de distncia podem ser usados paraa proteo diferencial parcial. Como estes rels devemser seletivos com os rels dos circuitos de carga, o ajusteda corrente de partida deve ser elevado e o tempo de re-tardo bastante longo. Conseqentemente, a sensibilidadee velocidade de atuao da proteo diferencial parcial,no to boa quanto a da proteo diferencial completa.

6.3 Proteo diferencial estendida

A proteo diferencial de barramento de sistemas de po-tncia pode ser estendida para incluir equipamentos noconsiderados normalmente como parte do barramento.Estes equipamentos podem ser transformadores de fora,combinao de transformadores de fora e respectivobarramento de tenso inferior, uma linha de interligaocom outra instalao, banco de capacitores, reatores oureguladores. Um exemplo tpico o de uma subestaoonde duas linhas de transmisso alimentam um trans-formador abaixador, como mostrado na Figura 13 (verAnexo). O rel diferencial deve possuir bobina de res-trio para cada circuito que possa ser fonte de correntede falta. Se somente linhas de transmisso alimentamesta subestao, um arranjo diferencial agrupado podeproteger tanto o barramento onde chegam as linhas quan-

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to o transformador. Este arranjo permite a omisso dodisjuntor do lado de tenso superior do transformador.As desvantagens do sistema de proteo de zonas dife-renciais estendidas so:

a) para qualquer falta interna zona protegida, ocorreo desligamento de todos os equipamentos dentrodesta zona;

b) a determinao do local da falta pode ser difcil;

c) a sensibilidade no , usualmente to boa quantoa dos sistemas de proteo diferencial, separadospara cada zona.

O ltimo item evidente quando uma zona de proteode barramento combinada com uma zona de proteode transformador (ver NBR 8926). Neste caso, a sensi-bilidade das zonas combinadas aproximadamente equi-valente a de um sistema de proteo diferencial paratransformador. Quando uma zona de proteo de bar-ramento estendida para incluir uma linha curta de inter-ligao, normalmente a sensibilidade no problema.Um problema possvel a carga secundria excessivapara os transformadores de corrente devido ao grandepercurso dos condutores de ligao. Onde este compri-mento razovel, a carga secundria pode ser reduzidapelo emprego de condutores de bitolas maiores para ocircuito secundrio destes transformadores de corrente.

6.4 Proteo de barramento por comparao direcional

Ocasionalmente, desejvel acrescentar proteo de bar-ramento em subestaes antigas onde o acrscimo detransformadores de corrente e de cabos de controle muito oneroso. Neste caso os circuitos existentes de TCsempregados para a proteo de linha podem tambmser usados para proteo contra faltas no barramento.Um sistema de comparao direcional para proteo debarramento compara o sentido do fluxo de corrente decada circuito ligado ao barramento. Se as correntes detodos os circuitos fluem para o barramento, caracteriza-se uma falta interna. Se a corrente em um ou mais circuitosflui fora do barramento, existe uma falta externa zonaprotegida. Detectores de defeito, so usados para partiro sistema de proteo. Este sistema pode ser usado paraproteo de faltas no barramento entre fases e fase-terraou ambas. O sistema bsico necessita de rels dire-cionais, detectores de falta e um temporizador. Rels di-recionais so usados em cada circuito ligado ao bar-ramento. Detectores de falta so empregados para indicaruma falta prxima ao barramento. Os detectores de faltasentre fases so rels instantneos de sobrecorrente li-gados ao disjuntor de interligao de barramento ou aum ou mais dos circuitos. Os detectores de falta terraso rels instantneos de sobrecorrentes ligados aoneutro dos transformadores de fora ou a um ou mais doscircuitos. Um temporizador necessrio para permitir acoordenao dos contatos dos rels direcionais. Os con-tatos dos rels direcionais so ligados em srie com ocontato do temporizador para iniciar o desligamento dosdisjuntores. A saturao dos transformadores de correnteno normalmente problemtica quando se compara osentido das correntes ao invs da magnitude como rea-

lizado nos sistemas de proteo de barramentos con-vencionais. Os transformadores de corrente de cada cir-cuito no necessitam possuir a mesma relao de trans-formao e podem ser empregados para outros tipos deproteo e medio. Em alguns casos, os elementos dire-cionais de rels empregados para proteo dos circuitos,podem ser empregados neste sistema de proteo debarramento. O sistema bastante complexo e necessitamanuteno freqente devido ao grande nmero de con-tatos empregados. O temporizador deve ser ajustado paraassegurar a coordenao de contatos. A vibrao doscontatos deve ser evitada nos rels direcionais e nos relsde sobrecorrente detectores de falta. A vibrao deve serverificada tambm quando da previso de elevadas cor-rentes de falta. Os rels e seus respectivos ajustes devemser revistos, quando de alteraes no sistema de potnciaprximo ao barramento protegido para assegurar a se-letividade entre os rels de partida e de bloqueio. Atual-mente disponvel um sistema de comparao direcional,baseado na comparao direcional das correntes de to-dos os circuitos ligados ao barramento em relao a somade todas as correntes. Este sistema emprega rels est-ticos e transformadores de corrente intermedirios. As re-laes de transformao e outras caractersticas dostransformadores de corrente principais no necessitamser as mesmas em todos os circuitos.

6.5 Proteo de faltas terra pela estrutura

Este sistema necessita para a deteco de faltas terra,o isolamento da estrutura suporte do barramento e o ater-ramento desta estrutura em um nico ponto atravs deum transformador de corrente. Um rel de sobrecorrenteligado a este transformador, controla um rel auxiliar queenergiza os circuitos de desligamento de todos os disjun-tores ligados ao barramento. A mxima eficincia comeste mtodo obtida quando o equipamento de cons-truo tipo fases isoladas, para os quais as faltas sempreenvolvem terra. Como as correntes de falta no fluemnormalmente por este transformador de corrente, excetodurante falta no barramento, o rel pode ser ajustadocom grande sensibilidade. O circuito de desligamento po-de ser supervisionado por um rel ligado no neutro docircuito de polarizao de corrente dos rels de terra daestao para prevenir o desligamento indevido provo-cado pelo aterramento acidental atravs de ferramentasde manuteno, etc. Onde no existe esta superviso ouexiste superposio de zonas de proteo, recomen-dada uma temporizao adicional. O sistema de falta aobarramento aplicvel a instalaes novas onde podemser tomadas medidas necessrias ao perfeito isolamentoda terra e tratamento adequado pode ser dispensado segurana. Algumas instalaes existentes podem noser adaptveis, devido aos vrios caminhos para a cor-rente de falta terra em ferros de armao de concreto ouao estrutural. necessrio isolar a blindagem dos cabosde controle e outros, do invlucro do equipamento demanobra. Um arco externo em uma bucha de entrada po-de causar operao indevida, a menos que o suporte dabucha seja isolado da estrutura e aterrado independen-temente. A integridade do isolamento do barramento preferencialmente ensaiada isolando-se a estrutura dobarramento da terra. Para permitir o ensaio do isolamentopode ser previsto um seccionador na ligao de ater-ramento, com um centelhador de segurana. O sistemapode ser ensaiado tambm ligando uma fonte de corrente



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ao equipamento de manobra, medindo-se cuidado-samente a corrente e comparando-a com a corrente dorel de falta ao barramento. O circuito de desligamentodeve ser interrompido durante a execuo de ensaio. Naaplicao desta proteo deve-se considerar a possibi-lidade das estruturas ficarem sob altas tenses quandoocorrerem defeitos contra a terra. Mesmo, que a conexode aterramento tenha impedncia muito baixa, a pas-sagem de altas correntes podem produzir tenses peri-gosas devido ao aterramento em um ponto nico.

7 Arranjos de barramentos usuais7.1 Geral

A aplicao de proteo de barramento para arranjosbsicos de barramentos e disjuntores discutida nestaseo e ilustrada por esquemas unifilares. Fontes de gran-dezas de alimentao de entrada de rels, tais comotransformadores de corrente ou acopladores lineares somostrados nas suas posies preferenciais para esque-mas de proteo de barramentos tpicos. Fontes de gran-dezas de alimentao de entrada de rels so preferen-cialmente locados no lado da linha de cada disjuntor paraincluir o disjuntor na zona protegida. Um disjuntor comfalta pode no ser isolado pela operao bem sucedidado sistema de proteo de barramento quando existeuma fonte de energia no lado da linha deste disjuntor. Afalta mantida a partir desta fonte e outros sistemas deproteo devem tambm operar para isolar a falta. Sobreproteo de retaguarda de barramento, ver 8.9.

7.2 Arranjos de barramento7.2.1 Barramento simples

Este arranjo constitudo por um nico barramento prin-cipal, com fontes de grandezas de alimentao de entradade rels para cada circuito de linha, gerador ou transfor-mador. Este arranjo bsico de barramento simples eeconmico, possuindo um nmero mnimo de equipa-mentos. Similarmente, o esquema diferencial de barra-mento pode ser simples e econmico.

7.2.2 Barramentos seccionados, com disjuntores deinterligao de barramento (Figura 5 do Anexo)

Este arranjo constitudo por barramentos simples ligadospor disjuntores de interligao de barramentos. Podemser estabelecidas zonas de proteo diferencial com su-perposio de zonas em cada disjuntor de interligaode barramento. Somente a seo sobfalta desligada.

7.2.3 Barramento duplo, disjuntor duplo

O arranjo barramento duplo-disjuntor duplo mostradona Figura 6 (ver Anexo). Cada barramento e respectivosdisjuntores so protegidos por um sistema de proteoindependente. Na ocorrncia de uma falta em um dosbarramentos, desliga somente o prprio barramento, per-manecendo em servio o outro e todos os circuitos a eleconectado.

7.2.4 Barramento principal e de transferncia (Figura 7 noAnexo)

O arranjo barramento principal e de transferncia umamodificao do arranjo barramento simples, com o

acrscimo de um disjuntor de transferncia, um bar-ramento de transferncia e seccionadores. O barramentode transferncia pode ser dimensionado para uma cor-rente nominal inferior ao do barramento principal. A funodo sistema de transferncia a de prover meios de permitiro desligamento de um disjuntor para manuteno sem odesligamento do circuito correspondente. O disjuntor detransferncia includo no esquema diferencial de bar-ramento, mas o barramento de transferncia passa a fazerparte do circuito que teve o disjuntor desligado para manu-teno e no includo na zona do diferencial de bar-ramento. Uma variao do sistema de proteo de bar-ramento tambm utilizada no arranjo barramento principale de transferncia aquela indicada na Figura 8 (verAnexo), onde as fontes de alimentao de entrada socolocadas na sada de linha. Nesta posio o barramentode transferncia e seccionadores ficam dentro da zonado diferencial de barramento. Neste caso, podem ocorrerdesligamentos indevidos pela atuao da proteodiferencial de barramento quando uma linha aterradapara manuteno por lmina de terra situada dentro dazona diferencial, caso no seja prevista a desconexodo TC desta linha do sistema de proteo de barramento.

7.2.5 Barramento duplo, disjuntor simples com disjuntorde interligao de barramento (Figura 9 no Anexo)

O arranjo barramento duplo disjuntor simples com dis-juntor de interligao de barramentos fornece uma flexi-bilidade operacional comparvel a do arranjo barramentoduplo disjuntor duplo da Figura 9. Entretanto, o empregode somente um disjuntor por circuito resulta em aumentode problema para a proteo diferencial quando se de-seja uma proteo seletiva. Ambos os barramentos sobarramentos principais de operao e um ou ambos po-dem estar ou no energizados, assim como podem estarou no interligados eletricamente. Alm disso, cada cir-cuito pode ser comutado para qualquer um dos dois bar-ramentos. Duas zonas diferenciais podem ser previstas,uma para cada barramento com superposio de zonasno disjuntor de interligao de barramento. Devido pos-sibilidade de cada circuito primrio ser ligado a qualquerum dos dois barramentos, cada circuito de alimentaodos rels e de desligamento dos disjuntores deve permitira sua comutao para a zona de proteo diferencialadequada. Com este arranjo, so necessrias precau-es especiais para evitar operaes indevidas da prote-o de barramentos. Por exemplo, quando um circuito transferido de um barramento para outro sem interrupo,ambos os seccionadores seletores so fechados e podehaver circulao de corrente entre os barramentos nodetectvel pelo rel. Se esta corrente for de magnitudesuficiente pode ocorrer operao indevida de ambos ossistemas de proteo diferencial de barramentos. Um m-todo de evitar esta operao indevida consiste em de-sativar ambos os circuitos de desligamento dos rels dife-renciais antes de comutar os circuitos primrios de altatenso. Isto requer do pessoal de operao o conheci-mento da necessidade de desativar os rels e lembrar-se de reativ-los logo aps a execuo do procedimentode manobra dos circuitos de alta tenso. Uma das des-vantagens desta operao que no h proteo primriapara ambos os barramentos durante o perodo de mano-bra. Sendo este um dos perodos onde a probabilidadede falta no barramento elevada, desejvel que a pro-teo de barramento esteja em servio. Outro mtodo

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consiste em religar os circuitos de alimentao dos rels,para converter o esquema, temporariamente, para a con-figurao de proteo diferencial de barramento de zonanica. Isto elimina a habilidade de discriminao dos relsdiferenciais, mas retm uma proteo primria de bar-ramento durante as manobras. Em outra verso deste ar-ranjo, (ver Figura 10 no Anexo), seccionadoras de contor-no (By Pass) so instalados nos disjuntores de linha.Durante a manuteno de um disjuntor, um dos bar-ramentos operado como barramento principal, enquantoo outro usado como barramento de transferncia, sendoalimentado pelo disjuntor de interligao de barramentos.A linha cujo disjuntor foi contornado diretamente ligadaao barramento de transferncia (sem disjuntor). Todasas outras linhas so ligadas ao barramento principal atra-vs de disjuntores. Como os dispositivos de alimentaode grandezas de entrada dos rels do disjuntor contor-nado so tambm contornados, o esquema diferencialdo barramento de transferncia agora mede a correntede linha e pode desligar o barramento. Portanto, os relsdiferenciais desta seo de barramento devem ser desli-gados antes do disjuntor ser contornado. (Para maioresdetalhes, sobre os problemas associados com o chavea-mento de circuitos e contorno de disjuntores, consultar8.5). Uma variao do arranjo de barramento duplo-disjuntor simples aquela indicada na Figura 10, ondeas lminas de aterramento das linhas de transmisso es-to dentro da zona diferencial e no existe fonte de ali-mentao de rels no disjuntor de barramento.

7.2.6 Barramento duplo - disjuntor e meio (Figura 11 noAnexo)

O arranjo barramento duplo - disjuntor e meio tem possibi-lidades operacionais e sistema de proteo similares aoarranjo barramento duplo-disjuntor duplo. Sua vantagemeconmica resulta do emprego de trs disjuntores ao in-vs de quatro, para cada dois circuitos. recomendada autilizao de uma proteo de barramento para cada bar-ramento principal. Sistemas de proteo de barramentodo tipo direcional no so recomendados para empregono arranjo barramento duplo - disjuntor e meio j que adireo do fluxo da corrente de falta nas partes compo-nentes de malha, de impedncia extremamente baixa,pode no ser previsvel durante faltas no barramento.

7.2.7 Barramento em anel (Figura 12 no Anexo)

O arranjo de barramento em anel no necessita proteode barramento. A seo de barramento entre cada par dedisjuntor protegida como parte do circuito, que aportana instalao desde que as fontes de grandezas de ali-mentao de entrada de rels sejam montadas na po-sio indicada na Figura 12.

7.2.8 Barramento simples com carga sem disjuntor (viatransformador) (Proteo diferencial parcial) (Figura 4)

Um barramento simples com carga ligada via transfor-mador pode ser protegido por rels instantneos ou uni-dades de rels de sobrecorrente, os quais so ajustadosacima do valor mximo de corrente de falta do lado datenso inferior para permitir coordenao adequada. Oselementos temporizados de sobrecorrente so ajustadospara detectar faltas no lado de tenso inferior, para prote-

o do transformador e como proteo de retaguarda dolado de tenso inferior. Se o lado de tenso superior dotransformador possui fusveis, a proteo instantnea nopode ser coordenada.

7.2.9 Barramento simples com carga ligada sem disjuntor(zonas diferenciais estendidas) (Figura 13 no Anexo)

O arranjo de barramento com carga ligada ilustra a aplica-o da zona diferencial estendida, discutida em6.3. A zona de cobertura do diferencial se estende desdeos transformadores de corrente dos disjuntores debarramento, at os transformadores de corrente de outrolado do transformador. Tanto o barramento como o trans-formador ficam includos na zona do diferencial. Ge-ralmente rels diferenciais de transformador, ao invs derels diferenciais de barramento, so usados nesta apli-cao para acomodar relaes de transformao e outrosproblemas associados com a proteo de transforma-dores (ver NBR 8926). Portanto, o barramento fica includona zona de proteo diferencial do transformador.

8 Consideraes adicionais proteo debarramento

8.1 Localizao de transformadores de corrente

Transformadores de corrente tipo bucha no so empre-gados em disjuntores de extra-alta-tenso. Cada fasepossui um transformador de corrente independente comum ou mais ncleos de mltiplas relaes. Estes transfor-madores de corrente so normalmente instalados so-mente em um dos lados do disjuntor. Portanto, o disjuntorpode no estar contido dentro da zona de proteo debarramento. Neste caso, a proteo adicional normal-mente prevista para falha de disjuntor ou do transformadorde corrente e do trecho no protegido pela proteo con-vencional.

8.2 Fiao e aterramento

O acoplamento (eletromagntico e eletrosttico), de cor-rente e tenses, com os circuitos do diferencial de bar-ramento, deve ser adequadamente considerado. O prin-cpio de aterramento em um ponto nico de qualquer parmetlica ligada ao sistema do transformador de corrente particularmente importante na minimizao destesefeitos.

8.3 Localizao do barramento no sistema eltrico depotncia

A localizao do barramento no sistema de potncia um ponto importante na seleo do tipo de esquema deproteo de barramento. Onde a estabilidade do sistema um item importante a ser considerado, como na maioriados barramentos de usinas geradoras e subestaes con-centradoras de grande potncia, esquemas de proteode barramento de alta velocidade devem ser empregados.Em outras localizaes podem ser utilizados esquemasmais lentos, porm ressalta-se que esquemas de alta ve-locidade minimiza os danos devido a falhas e a duraodo desligamento de cargas em derivao nas linhas detransmisso que aportam ao barramento considerado.



8 NBR 9029/1985

8.4 Construo fsica de barramentos

Os barramentos podem ser construdos de vrias formas,tais como: barramentos flexveis, barramentos rgidos,barramentos com fases segregadas ou isoladas ou comoparte de um conjunto de manobra blindado metalica-mente. Um barramento pode ser instalado ao tempo (ex-terno) ou abrigado (interno) ou parcialmente em ambos.Barramentos encapsulados podem ser isolados a gs.Fatores relacionados com a construo do barramento,tais como: espaamentos eltricos ou nveis de isola-mento, blindagem contra descargas atmosfricas, con-dies ambientais, etc., devem ser considerados devidoao efeito na Confiabilidade do sistema e na proteonecessria. Entretanto, poucos aspectos da construodo barramento levam em conta diretamente o tipo de prote-o de barramento a ser aplicada. Uma exceo o es-quema de falta terra pela estrutura.

8.5 Problemas associados a manobra de circuitos econtorno de disjuntores

Muitos dos problemas na aplicao de proteo de bar-ramentos resultam de adaptaes introduzidas ou daflexibilidade prevista no projeto do barramento para ochaveamento de circuitos de alta-tenso e procedimentosde contorno dos disjuntores ligados ao barramento. Usual-mente, estes problemas ocorrem em instalaes antigasque sofreram ampliaes ou em novas instalaes ba-seadas em projetos de baixo custo. Estes esquemas po-dem introduzir limitaes e caractersticas indesejveis.Como exemplo, a Figura 14 (ver Anexo) mostra um arranjoonde o disjuntor de transferncia pode ser usado paracontorno de disjuntores ou proteo do transformador. Odisjuntor de transferncia normalmente protege o trans-formador de fora. Quando um disjuntor de linha con-tornado para manuteno, o transformador de fora li-gado para o barramento principal sem disjuntor. O dis-juntor de transferncia agora protege a linha cujo disjuntorfoi contornado. Com o transformador ligado diretamenteao barramento principal, torna-se necessrio desligar obarramento principal para faltas no transformador. Nesteesquema, os circuitos de corrente e desligamento devemser comutados para proteger a configurao durante eaps o chaveamento dos circuitos de alta-tenso. Emborachaves de controle para transferncia manual sejam mui-tas vezes necessrias prudente minimizar o seu em-prego, devido ao perigo de manobras indevidas. A con-fiabilidade diminuda pelo emprego de contatos extrasnos circuitos de corrente e de controle. recomendvel asinalizao visual para posies anormais da chave decontrole de transferncia. mais conveniente comutarcircuitos de controle e corrente automaticamente atravsde rels auxiliares operados pelas chaves seccionadorasde contorno de disjuntor e outras chaves, onde for exe-qvel. Embora isto no melhore a Confiabilidade do sis-tema de proteo, este procedimento minimiza as falhasde comutao. Uma chave ou rel com contato com fe-chamento antes da abertura deve ser usado para a co-mutao dos circuitos secundrios dos transformadoresde corrente. conveniente manter a proteo de bar-ramento ativa, durante as operaes de chaveamento.Uma operao de manobra introduz possibilidade dedescarga nos isolamentos ou erro na manobra causandouma falta no barramento. Uma chave de transferncia

com uma posio intermediria ou transferncia auto-mtica pode manter a proteo diferencial de barramentoativa durante o chaveamento dos circuitos de fora. Estaprecauo pode aumentar a complexidade dos circuitosde controle e o perigo da comutao imprpria destescircuitos. Entretanto, isto pode ser ainda prefervel remo-o da proteo de barramento durante o intervalo detempo em que a mesma mais necessria.

8.6 Rels auxiliares de desligamento

Os rels de proteo de barramento usualmente energi-zam um rel auxiliar rpido de mltiplos contatos paradesligamento de cada um dos disjuntores ligados ao bar-ramento atravs de contatos individuais.

8.6.1 Rels de bloqueio

Uma prtica comum em sistemas de proteo usar umrel de desligamento tipo bloqueio para impedir a reener-gizao do barramento at que tenha sido realizada umainspeo do mesmo. Tambm desejvel interromperos circuitos de fechamento do disjuntor por contatos dorel de bloqueio ligados em srie com o circuito de fe-chamento do disjuntor. Em esquemas rpidos de proteode barramento, o tempo de atuao do rel de bloqueiopode ser muito longo. Neste caso, o rel de bloqueiopode ser empregado em paralelo com um rel auxiliarrpido.

8.7 Religamento de disjuntores aps a operao daproteo diferencial de barramentos

Aps o desligamento de um barramento pela operaodos seus respectivos rels de proteo, o religamentodos disjuntores deve ser acompanhado por um dos m-todos seguintes:

a) religamento manual dos disjuntores, aps a rea-lizao de reparos no barramento ou inspeo queno apresente danos visveis; ou

b) religamento dos disjuntores manuais ou por con-trole remoto, desde que no exista bloqueio doscircuitos de fechamento dos disjuntores ou os relsde bloqueio possam ser rearmados remotamen-te; ou

c) religamento dos disjuntores por rels automticosde religamento, desde que no exista bloqueiodos circuitos de religamento dos disjuntores. A es-colha de mtodo de religamento ditada pela com-parao entre o efeito da durao da interrupoversus conseqncia de um religamento sobre obarramento defeituoso. Devem ser consideradosos seguintes aspectos: tipo de isolamento do bar-ramento, caractersticas do sistema, segurana epossveis danos aos equipamentos, tais comotransformadores e geradores. Um barramento po-de ter isolao para prover proteo fsica contrainterferncia externa. Exemplos destes tipos debarramentos so: barramentos formados por cabosisolados, barramentos com fases isoladas, bar-ramentos em equipamentos de manobra blindados

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metalicamente, barramento em SF6 e outros. Umafalta em um barramento com este tipo de isolaono normalmente auto-extinguvel. Por esta razoo religamento remoto ou religamento automticodos disjuntores tem pouca probabilidade de su-cesso neste tipo de barramento. Neste caso, a pr-tica preferida a de religar manualmente os disjun-tores aps a inspeo e reparo do barramento.Um rel de bloqueio de rearme manual tambmpode ser usado para bloquear os circuitos de fecha-mento dos disjuntores. O rel de bloqueio develembrar ao operador que diversos rels atuaram eque o barramento deve ser inspecionado visual-mente. Um barramento areo submetido a faltasdevido a objetos estranhos, raios, animais de pe-queno porte, descargas sobre isoladores conta-minados, etc. Um exemplo deste tipo o barramen-to externo ao tempo, rgido ou flexvel. Se as faltasnestes tipos de barramento forem prontamenteeliminadas, h boa probabilidade de um religa-mento, sem inspeo do barramento, ser bem-sucedido. Um sistema capaz de suportar a faltainicial, sem exceder o seu limite de estabilidadetransitria, pode ter este limite excedido se sub-metido novamente mesma falta atravs de umreligamento rpido. Neste caso, um religamentoautomtico temporizado ou religamento tempo-rizado por controle remoto pode ser empregado,desde que seja dado o tempo necessrio parapermitir amortecimento das oscilaes do sistema.

8.8 Ensaio na proteo diferencial de barramento

Os ensaios na proteo diferencial de barramento e sis-temas associados necessitam preciso e cuidados es-peciais por parte do encarregado dos ensaios. As conse-qncias de um desligamento indevido, por causa deerro do encarregado dos ensaios ou de um desligamentofalso devido a ensaios incompletos ou incorretos sousualmente severas, visto que diversos circuitos podemser afetados. Tm sido desenvolvidos mtodos que dimi-nuem os problemas apresentados ao encarregado dosensaios, melhorando a qualidade e confiabilidade dosensaios. So prticas especficas as seguintes:

8.8.1 Chaves de ensaios (bloqueio de desligamento)

Muitas concessionrias empregam uma chave de ensaioem cada contato de desligamento e na bobina do rel debloqueio ou outros dispositivos auxiliares usados paracontrolar vrios disjuntores. Estas chaves de ensaios sousadas para assegurar que nenhum desligamento in-devido ocorre durante a remoo ou reposio do relem servio. Chaves de ensaios tm valor significativopara a realizao de ensaio de desligamento para queos disjuntores possam ser desligados ou ligados indivi-dualmente para verificar a integridade dos circuitos desada do rel. So normalmente fornecidas coberturas,que no podem ser recolocadas at as chaves de ensaioserem retornadas sua posio normal.

8.8.2 Facilidades permanentes de ensaio

Equipamentos de ensaio instalados permanentementetm sido projetados para verificar alguns circuitos de relsdiferenciais com os circuitos de fora em operao. Estesequipamentos empregam medidores/indicadores paramonitorao de pontos presselecionados do circuito deproteo, via uma chave seletora. Estes tipos de sistemasde ensaios so descritos na literatura dos fabricantes.

8.8.3 Verificao das fontes de grandezas de alimentaode entrada dos rels

Muitos problemas com a proteo diferencial de bar-ramentos podem ser atribudos s ligaes imprpriasdos transformadores de corrente e circuitos associados.Portanto, importante a verificao da relao de trans-formao e polaridade dos transformadores de correntee das ligaes dos rels. Os procedimentos para a reali-zao dos ensaios acima so bem conhecidos pela in-dstria. Entretanto, se no realizados corretamente, po-dem provocar falha no desligamento ou desligamentoindevido dos disjuntores.

8.9 Proteo de retaguarda

Podem ocorrer falhas no sistema de proteo e seus com-ponentes, devendo ser considerada proteo de reta-guarda para estas falhas. Quando disjuntores falham naoperao de eliminao de uma falta no barramento, necessrio desligar outros disjuntores que alimentam afalta atravs do disjuntor defeituoso. A falha de disjuntorpode ser detectada pela instalao de um detector defalta em cada disjuntor que, juntamente com os rels deproteo de barramento, atuam sobre um temporizadorpara desligamento de outros disjuntores. Este sistema dedeteco pode desligar os disjuntores locais diretamente,ou iniciar o desligamento remoto de linhas por transfe-rncia direta de desligamento, por parada de emisso deonda portadora em esquemas de bloqueio, ou pelo enviode um sinal permissivo, conforme a necessidade. Contraa falha dos rels, pode ser prevista a duplicao dos mes-mos ou outro tipo de rel com fontes de grandezas dealimentao de entrada, baterias e circuitos de desliga-mentos independentes. Estes rels podem iniciar o desli-gamento direto dos disjuntores ligados ao barramento ouatuar sobre um temporizador e um sistema de falha dedisjuntor para desligar outros disjuntores, ou ainda, rea-lizar ambas as funes. Os sistemas de proteo de reta-guarda descritos acima no so aplicveis obrigato-riamente a todas as instalaes. Outros sistemas de prote-o de retaguarda aplicados aos circuitos alimentadorestais como rels de sobrecorrente ou rels de impedncia,atuando sobre temporizadores, podem tambm ser ade-quados. Neste caso, pode ser esperada menor sensibi-lidade da proteo de retaguarda e maior tempo de elimi-nao de falta.

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ANEXO - Figuras

Figura 1 - Proteo diferencial com rels de sobrecorrente

Figura 2 - Proteo diferencial com acopladores lineares



12 NBR 9029/1985

Figura 3 - Proteo diferencial com rels diferenciais com reteno

Figura 4 - Proteo diferencial parcial

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Figura 5 - Sees mltiplas de barramento com disjuntor de interligao de barramentos

Figura 6 - Arranjo barramento duplo-disjuntor duplo



14 NBR 9029/1985

Figura 8 - Arranjo barramento principal e barramento de transferncia com chaves de aterramento de linha dentroda zona do diferencial

Figura 7 - Arranjo barramento principal e barramento de transferncia

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Figura 10 - Arranjo barramento duplo-disjuntor simples com disjuntor de interligao de barramentos como transferncia

Figura 9 - Arranjo barramento duplo-disjuntor simples com disjuntor de interligao de barramento



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Figura 12 - Arranjo barramento em anel

Figura 11 - Arranjo disjuntor e meio

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Figura 14 - Arranjo barramento principal e barramento de transferncia especial

Figura 13 - Zonas diferenciais combinadas

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