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Função 59 (Sobretensão): Proteção Essencial Contra Excedentes de Tensão no Sistema

1. O que é a Função 59?

A função 59 é a proteção de sobretensão definida pela norma ANSI/IEEE.
Ela atua quando a tensão medida ultrapassa um valor de ajuste (pickup) por um tempo superior ao retardo configurado no relé.

Em termos simples:

Se a tensão ficar acima do nível permitido por tempo suficiente, a função 59 dispara (trip) para desconectar o equipamento ou sinalizar uma condição anormal.

2. Por que a proteção de sobretensão é necessária?

Sobretensões podem parecer, à primeira vista, “menos perigosas” que sobrecorrentes, mas na prática elas:

  • Aceleram o envelhecimento de isolamentos (motores, transformadores, cabos, capacitores);
  • Podem causar falhas dielétricas em enrolamentos e barramentos;
  • Aumentam perdas por histerese e correntes parasitas em máquinas rotativas;
  • Podem provocar disparos de outros equipamentos (eletrônicos de potência, CLPs, inversores, bancos de capacitores).

Assim como a função 27 (subtensão) ajuda a evitar que baixas tensões danifiquem motores e outros equipamentos sensíveis, 

eletrotech – Site técnico de engenharia elétrica focado em proteção, automação e sistemas de potência, com artigos práticos sobre funções ANSI, ajustes de relés e aplicações em subestações e instalações industriais. a função 59 cumpre o papel complementar: impedir que a tensão “alta demais” cause danos térmicos, dielétricos ou transitórios duradouros.

3. Principais causas de sobretensão

Algumas situações típicas que justificam o uso da função 59:

  1. Erro de TAP ou defeito em reguladores de tensão
    • Reguladores automáticos (AVR) de geradores ou transformadores elevando demais a tensão.
    • TAP incorreto em transformadores de distribuição, gerando níveis fora da faixa.
  2. Banco de capacitores mal coordenado
    • Comutação de bancos de capacitores sem estudo adequado de ressonância.
    • Sobretensão por ressonância série ou paralela em redes com alta componente capacitiva.
  3. Perda de carga repentina
    • Em sistemas com geração local (geradores síncronos), perda súbita de carga pode fazer a tensão subir temporariamente.
  4. Defeitos no sistema de regulação de tensão
    • Mal funcionamento de AVR em geradores.
    • Problemas em transformadores com comutação sob carga (OLTC).
  5. Manobras inadequadas de rede
    • Interligações ou ilhamentos sem análise prévia.
    • Erros de operação que levam algum trecho do sistema a operar com tensão acima do projetado.

4. Onde a função 59 é aplicada?

A função 59 é amplamente usada em:

  • Transformadores de potência
    Para garantir que o secundário (e, em consequência, os equipamentos alimentados) não excedam a tensão nominal por tempo prolongado.
  • Geradores síncronos
    Proteção contra falhas na regulação de tensão, excesso de excitação ou erros de operação.
  • Alimentadores de média tensão
    Monitoramento de níveis de tensão de rede em subestações de distribuição e em alimentadores industriais.
  • Bancos de capacitores
    Proteção contra sobretensões associadas à comutação, ressonâncias e desequilíbrios de fase.
  • Cargas sensíveis (indústrias com grande presença de eletrônica de potência)
    Proteções coordenadas de sobretensão e subtensão para proteger inversores, retificadores e CLPs.

5. Medição: como o relé “enxerga” a sobretensão

A função 59 utiliza, em geral:

  • Tensões de fase ou de linha medidas via transformadores de potencial (TPs / VTs);
  • Em sistemas trifásicos:
    • 59 fase–terra (tensão fase‑neutro)
    • 59 de linha (tensão entre fases)
    • Versões específicas como 59N (sobretensão de sequência zero, mas esta já é outra função, voltada a falhas à terra).

O relé monitora continuamente esses valores rms e os compara com níveis ajustados em pu ou em volts.

6. Tipos comuns de funções 59

Na prática, em relés numéricos modernos, a sobretensão pode ser desdobrada em:

  1. 59 – Sobretensão de fase
    • Atua quando uma ou mais fases excedem o setpoint.
    • Útil para proteção de cargas e transformadores.
  2. 59G / 59N – Sobretensão de sequência zero
    • Associada a falhas à terra, usando tensão residual (3V0).
    • Embora numericamente ligada à 59, é geralmente tratada como proteção de neutro/terra.
  3. 59P / 59Q – Sobretensão de sequência positiva/negativa
    • Usadas em cenários específicos, como proteção de geradores.

Para um artigo introdutório, o foco é a 59 básica (sobretensão de fase / barra).

7. Lógica básica de atuação

De forma simplificada, a função 59 segue a lógica:

  1. Mede a tensão  (fase ou linha) em tempo real.
  2. Compara com o ajuste .
  3. Se , inicia a contagem de tempo.
  4. Se a condição persistir por tempo maior que o retardo ajustado , emite comando de trip (ou alarme, conforme filosofia).

Essa atuação pode ser:

  • Instantânea (quase sem tempo) para sobretensões muito altas;
  • Temporizada (curvas definidas, como tempo definido – DT) para sobretensões moderadas e prolongadas.

8. Critérios práticos de ajuste

Os valores exatos dependem da filosofia de proteção de cada empresa, mas, em geral:

  1. Nível de pickup
    • Ajustes típicos entre 1,05 pu e 1,20 pu da tensão nominal, dependendo da sensibilidade desejada e da variação normal permitida.
    • Em sistemas onde a tensão opera naturalmente um pouco acima da nominal, o ajuste precisa considerar essa “faixa de operação normal”.
  2. Tempo de atuação
    • Sobretensões leves (ex.: 1,05–1,10 pu): atrasos maiores (segundos), evitando disparos por pequenas oscilações.
    • Sobretensões severas (ex.: > 1,15–1,20 pu): tempos menores (centenas de ms a poucos segundos) para proteger a isolação e os equipamentos.
  3. Coordenação com outros dispositivos
    • A função 59 deve ser coordenada com:
      • Proteções de reguladores de tensão;
      • Lógicas de bancos de capacitores;
      • Proteções de subtensão (27) para evitar conflito de zonas mortas de atuação.

9. Exemplos de aplicações típicas

a) Transformador de potência em subestação industrial

  • Tensão nominal: 13,8 kV
  • Variação esperada de operação: 0,95 a 1,05 pu
  • Ajustes possíveis:
    • 59 nível 1 (alarme): 1,07 pu, tempo 5 s
    • 59 nível 2 (trip): 1,12 pu, tempo 1 s

Assim, pequenos picos de tensão geram alarme, mas só sobretensões mais relevantes e persistentes levam ao desligamento do equipamento.

b) Banco de capacitores de correção de fator de potência

  • Tensão nominal do banco: 13,8 kV
  • Ajuste:
    • 59 (trip): ~1,10 pu com tempo curto (0,5–1 s)

Objetivo: evitar que ressonâncias ou manobras causem sobretensões prolongadas no banco, que é particularmente sensível a excesso de tensão.

10. Cuidados e armadilhas comuns

Alguns pontos que frequentemente aparecem em casos reais:

  • Ajuste alto demais
    A proteção nunca atua, e a planta “acostuma” a operar com tensão cronicamente elevada, acelerando o envelhecimento dos equipamentos.
  • Ajuste baixo demais / sem coordenação
    A função 59 começa a atuar por variações normais da rede, gerando desarmes desnecessários e indisponibilidade do sistema.
  • Ignorar transitórios de manobra
    Em algumas instalações, picos rápidos de tensão (milissegundos) podem ser vistos pelos TPs/relés. É preciso dimensionar o tempo de retardo para não confundir transitórios rápidos com sobretensão sustentada.
  • Falta de integração com supervisão
    A proteção atua, mas não há registro claro de oscilografias, eventos ou alarmes, dificultando a análise de causa raiz.

11. Integração com outras funções de proteção

A função 59 normalmente faz parte de um conjunto coordenado de proteções:

  • 27 (subtensão) – proteção complementar em baixa tensão;
  • 50/51 (sobrecorrente instantânea/temporizada);
  • 49 (proteção térmica de transformadores ou motores); eletrotech – Site técnico de engenharia elétrica focado em proteção, automação e sistemas de potência, com artigos práticos sobre funções ANSI, ajustes de relés e aplicações em subestações e instalações industriais.
  • 81O/81U (proteção de sobrefrequência/subfrequência);
  • 59N (sobretensão de sequência zero) para faltas à terra.

O objetivo é ter um sistema de proteção coerente, onde cada função atua em seu cenário específico, com sobreposição mínima e boa seletividade.

12. Conclusão

A função 59 (sobretensão) é indispensável em qualquer instalação que queira operar com confiabilidade e segurança.
Ela protege transformadores, geradores, bancos de capacitores e cargas sensíveis contra níveis de tensão acima do projetado, evitando:

  • queima prematura de isolamentos,
  • falhas de equipamentos eletrônicos,
  • paradas não programadas e perdas de produção.