Simulador de diagrama unifilar interativo — dê uma falta e veja qual proteção atua

Como ler um diagrama unifilar

O diagrama unifilar é a forma universal de desenhar uma instalação elétrica. Em vez de representar as três fases de cada circuito com três traços, o unifilar usa uma única linha por circuito e concentra a informação no que importa: de onde vem a energia, por onde ela passa e quem protege cada trecho. É o desenho que o eletricista consulta antes de mexer num painel e o documento que o engenheiro usa para projetar a proteção. Saber lê-lo com segurança é uma das competências que mais separa quem opera no escuro de quem entende a instalação.

A leitura é de cima para baixo, seguindo o caminho da energia. No topo fica a fonte — geralmente a concessionária, representada por um círculo com um til, na tensão de fornecimento. Logo abaixo vem o transformador, desenhado como dois círculos sobrepostos, que rebaixa a média tensão (13,8 kV, por exemplo) para a baixa tensão de uso (380 ou 440 V). Do transformador a energia chega à barra principal, um traço horizontal grosso de onde partem os alimentadores. Cada alimentador desce para uma barra secundária ou diretamente para uma carga, e em cada nível há um dispositivo de proteção — um disjuntor, um relé de sobrecorrente ou um fusível — desenhado como um pequeno retângulo na linha.

No simulador, esse unifilar não é só um desenho: ele é clicável. Cada segmento de linha entre dois nós é uma área sensível. Clique nela (ou escolha o ponto no seletor acima da cena) e uma falta — um curto-circuito — é colocada ali. A partir desse clique, todo o resto do simulador se atualiza: a corrente de curto naquele ponto, o caminho de proteção até a fonte e o coordenograma com as curvas dos dispositivos envolvidos. É a forma mais direta de entender o que um unifilar realmente comunica: não só a topologia, mas o comportamento da proteção diante de um defeito.

A simbologia que o simulador usa segue a convenção dos diagramas elétricos: círculo com til para a fonte, círculos sobrepostos para o transformador, traço grosso para a barra e retângulo para o dispositivo de proteção. São os mesmos símbolos que aparecem em qualquer prancha de projeto elétrico — a representação de elementos elétricos por símbolos é padronizada (a família de normas IEC 60617 trata de símbolos gráficos para diagramas, “a verificar” a edição aplicável ao seu projeto). O objetivo aqui é didático: reconhecer cada elemento de relance, como se faz na leitura de campo.

O que decide quem atua: pickup, TMS e a curva de tempo inverso

Cada dispositivo de proteção do unifilar tem três ajustes que governam o seu tempo de operação, e o simulador deixa você mexer em todos eles, em cada dispositivo, e ver o efeito imediato no coordenograma e no veredito.

Pickup (Is) — onde a proteção começa a contar

O pickup, ou corrente de partida Is, é a corrente a partir da qual o dispositivo passa a enxergar a falta. Abaixo de Is, nada acontece, por mais que o tempo passe. O pickup precisa ficar acima da maior corrente de carga normal — senão a proteção desligaria a instalação em operação rotineira — e abaixo da menor corrente de falta que se quer detectar. Se você ajustar o pickup do dispositivo mais próximo acima da corrente de curto do ponto, o simulador entra no estado de zona morta: ninguém enxerga a falta, e o card avisa.

TMS (dial) — o multiplicador de tempo que faz a coordenação

O TMS (Time Multiplier Setting), ou dial, escala o tempo de operação da curva para cima ou para baixo, sem mudar a forma: dobrar o TMS dobra o tempo em qualquer corrente. É com ele que se cria a margem de coordenação entre dois dispositivos. No simulador, aumente o TMS do dispositivo geral (D0) e veja o CTI do par crescer — o veredito vira de marginal para seletivo. Diminua demais e os tempos se aproximam, levando ao estado não seletivo, em que dois dispositivos atuam juntos.

Família de curva — a forma da resposta

A família de curva define o formato da resposta tempo×corrente. A norma IEC 60255-151 padroniza quatro famílias: SI (Standard Inverse), quase plana; VI (Very Inverse), com declínio acentuado e a mais usada no Brasil; EI (Extremely Inverse), a mais íngreme, ótima para coordenar com fusíveis e com a curva de dano de transformador; e LTI (Long Time Inverse), lenta e longa, para cargas de arranque demorado. Mudar a família de um dispositivo no simulador troca a forma da sua curva no coordenograma — e, como as curvas das famílias se cruzam em diferentes faixas de corrente, isso pode inverter a hierarquia de tempos e mudar o veredito de seletividade. Esse cruzamento é um dos conceitos mais sutis da coordenação.

Os cinco estados que o simulador reconhece

A cada falta colocada, a máquina de estados do simulador classifica o resultado num de cinco estados. Cada um corresponde a uma situação real de coordenação que o engenheiro precisa saber reconhecer no campo:

• Seletivo (card verde): o CTI é maior ou igual ao mínimo desejado em todos os pares do caminho. Só o dispositivo mais próximo da falta abre; os de retaguarda ficam em standby. É o resultado que se busca em todo bom projeto de coordenação.
• Marginal (card âmbar): existe um par com margem de tempo positiva, mas menor que o CTI mínimo. A seletividade pode funcionar na prática, mas a margem é apertada — tolerâncias do relé e o tempo de abertura do disjuntor podem comprometê-la. É um sinal de alerta para revisar o ajuste.
• Não seletivo (card vermelho): em algum par, a margem de tempo é nula ou negativa. Dois dispositivos atuam praticamente juntos, e a falta derruba um trecho maior do que o necessário. A correção pode ser aumentar o TMS de montante, trocar a família de curva ou colocar uma função 50 instantânea no ramal.
• Zona morta (card âmbar): a corrente de curto no ponto é menor que o pickup do dispositivo mais próximo. Ninguém enxerga a falta. É o erro clássico de pickup alto demais ou de ramal longo com corrente de curto baixa.
• Sem proteção (card vermelho): não há nenhum dispositivo entre o ponto de falta e a fonte. A falta escalaria para o nível acima — na prática, a proteção da concessionária — com desligamento amplo e tempo desconhecido.

Experimente provocar cada estado no simulador. Comece com a falta no Ramal A e o ajuste padrão: o resultado é marginal, com um CTI apertado. Aumente o TMS do disjuntor geral D0 e veja virar seletivo. Suba o pickup do relé do ramal acima da corrente de curto e caia na zona morta. Cada manobra é uma lição de coordenação que normalmente só se aprende com anos de campo — aqui, em segundos.

Como o simulador calcula a corrente de curto e os tempos

Toda a física do simulador é a mesma de um estudo profissional — o que muda é o escopo e a topologia, deliberadamente simplificados para fins didáticos. Vale entender de onde vem cada número.

A corrente de curto-circuito (IEC 60909-0)

A corrente de curto trifásica no ponto de falta sai da fórmula radial simplificada da norma IEC 60909-0: a tensão nominal do nível, multiplicada por um fator de tensão, dividida pela raiz de três vezes a impedância total até a falta. A impedância total soma três parcelas: a impedância do transformador (que cresce com a tensão de curto uk% e cai com a potência), a impedância da rede da concessionária refletida ao nível, e a impedância do cabo até o ponto de falta. Quanto mais distante a falta, maior a impedância do cabo e menor a corrente — por isso uma falta no extremo de um ramal dá uma corrente menor que uma falta na barra. É uma estimativa para rede radial, longe de geradores; não inclui contribuição de motores nem correção térmica de cabo, e o resultado vem marcado como estimado.

O tempo de operação (IEC 60255-151)

O tempo de cada relé temporizado vem da equação de tempo inverso da norma IEC 60255-151: o tempo é o produto do TMS por uma constante k da família, dividido por (M elevado a um expoente α, menos um), onde M é a razão entre a corrente de falta e o pickup. Cada família tem o seu par de constantes. Quando a corrente de falta é menor ou igual ao pickup, o denominador zera e o tempo tende ao infinito — o relé não opera, e é assim que a zona morta surge naturalmente da equação. O coordenograma do simulador desenha exatamente essa curva para cada dispositivo do caminho, marca a corrente de falta com uma linha vertical e mostra o ponto de operação na interseção.

Essas duas normas são a espinha dorsal de qualquer estudo de proteção. A diferença entre o simulador e o estudo real não está na física — está no que o estudo acrescenta: a topologia completa da planta, todos os dispositivos, as curvas de dano de transformador e cabo, a reflexão de corrente entre média e baixa tensão, a contribuição de motores e, no fim, um laudo assinado.

O que este simulador não faz (e o que faz o estudo de coordenação)

Ser honesto sobre o escopo é parte de uma boa ferramenta de engenharia. Este simulador é um modelo didático de uma topologia radial fixa — um transformador, até três níveis de barra e poucos dispositivos. Ele é ótimo para entender o conceito de caminho da falta, de CTI e de seletividade. Mas ele deliberadamente não trata:

• redes em malha, multifonte ou com gerador — só topologia radial;
• a reflexão de corrente entre média e baixa tensão (uma falta em BT vista pelo relé de MT, e vice-versa);
• a curva magneto-térmica de disjuntor e a banda de fusível NH — só curvas de tempo inverso simples;
• a contribuição de motores para a corrente de curto e a correção térmica de cabo;
• a curva de dano do transformador e do cabo, que limita por cima o tempo aceitável.

A decisão de qual ajuste é seletivo e adequado para uma instalação específica é projeto de engenharia. Ela exige o levantamento das correntes de curto-circuito em cada barra, as curvas de todos os dispositivos da cadeia, as curvas de dano dos equipamentos, e uma memória de cálculo que justifique cada pickup e cada TMS — tudo consolidado num laudo com responsável técnico e ART. Esse é o estudo de coordenação e seletividade de proteção, e é o serviço que a ferramenta gratuita prepara você para conversar de igual para igual. A Token Engenharia executa estudos de coordenação de proteção, com coordenograma completo da planta e laudo assinado, em todo o Brasil.

Perguntas frequentes

O que é um diagrama unifilar?

É a planta elétrica de uma instalação representada por uma única linha por circuito, em vez das três fases separadas. Mostra, de cima para baixo, a fonte, o transformador, as barras e os dispositivos de proteção entre cada nível. É o desenho de referência do eletricista e do engenheiro. Neste simulador, o unifilar é interativo: você clica num ponto para dar uma falta e vê qual proteção deveria atuar.

Como saber qual disjuntor deve abrir numa falta?

Pela seletividade: numa falta deve abrir o dispositivo mais próximo do defeito, e só ele; os de retaguarda esperam um tempo maior e só atuam se o primeiro falhar. Assim a falta desliga apenas o trecho com problema. No simulador, ao dar a falta, os dispositivos do caminho acendem na ordem dos seus tempos — o mais próximo em verde, os de retaguarda em standby.

O que é o CTI entre dois dispositivos?

O CTI (intervalo de coordenação) é a diferença de tempo de operação entre dois dispositivos em série, na mesma corrente de falta. É a margem que garante que o de jusante abra antes do de montante. Valores típicos de projeto ficam em torno de 0,2 a 0,4 segundo para relés eletromecânicos. CTI grande = seletivo; pequeno ou negativo = não seletivo.

Como o simulador calcula a corrente de curto-circuito?

Pela fórmula radial simplificada da norma IEC 60909-0: a tensão nominal vezes um fator de tensão, dividida pela raiz de três vezes a impedância total até a falta (transformador + rede + cabo). É uma estimativa para rede radial, sem contribuição de motores nem correção térmica, marcada como estimada. Dá a ordem de grandeza correta, não substitui o cálculo completo.

O que é a zona morta de um dispositivo de proteção?

É a faixa de corrente abaixo do pickup, onde o dispositivo não enxerga a falta. Se a corrente de curto for menor que o pickup ajustado, a equação de tempo inverso tende ao infinito e o dispositivo nunca opera. No simulador, esse caso é tratado: a falta não detona atuação e o card avisa que a corrente está abaixo do pickup.

Por que dois disjuntores às vezes abrem juntos?

Quando dois dispositivos em série têm tempos muito próximos na corrente de falta (CTI pequeno ou negativo), eles disparam quase ao mesmo tempo e a falta desliga um trecho maior que o necessário. Costuma ocorrer em correntes altas, perto da barra, ou com TMS mal coordenado. A solução pode ser aumentar a margem de montante, mudar a família de curva ou usar função 50 no ramal.

Este simulador substitui o estudo de coordenação de proteção?

Não. É um modelo didático de uma topologia radial fixa, para ensinar caminho da falta e seletividade. Não trata redes em malha, reflexão MT↔BT, curva de disjuntor ou banda de fusível, e usa corrente de curto simplificada. A coordenação real exige levantamento de curto em cada barra, todas as curvas, curvas de dano e laudo com ART. A Token Engenharia executa esse estudo em todo o Brasil.