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Introdução
Electrical ac power systems consist of three-phase generation systems, transmission and
distribution networks, and loads. The networks supply large three-phase industrial loads at
various distribution and transmission voltages as well as single phase residential and
commercial loads.
A relay is a device which makes a measurement or receives a signal which causes it to operate
and to effect the operation of other equipment ou Relays are compact analog, digital, and
numerical devices that are connected throughout the power system to detect intolerable or
unwanted conditions within an assigned area.
A protection relay is a device which responds to abnormal conditions in an electrical power
system to operate a circuit-breaker to disconnect the faulty section of the system with the
minimum interruption of supply. Measuring relay that, either solely, or in combination with
other relays, is a constituent of a protection equipment.
Protection equipment An equipment incorporating one or more protection relays and, if
necessary, logic elements intended to perform one or more specified protection functions.
Protection system An arrangement of one or more protection equipments, and other devices
intended to perform one or more specified protection functions.
ANSI
RELÉS DE SOBRECORRENTE (50/51)
• Over current protection is practical application of magnitude relays since
it picks up when the magnitude of current exceeds some value (setting
value ).
• RELÉ DE SINCRONISMO
O relé de sincronismo tem como função comparar a frequência entre duas fontes de geração. É um
dispositivo obrigatório quando se deseja operar duas ou mais fontes de energia em paralelo.
O relé de sincronismo possui duas entradas de tensão, cada entrada destinada a uma das fontes de
geração que serão sincronizadas. Assim, é possível colocar em paralelo dois geradores, ou um gerador e
a rede da concessionária de energia elétrica.
O relé de sincronismo compara os seguintes parâmetros de cada uma das fontes que serão
sincronizadas:
• Módulo das diferenças máximas entre as tensões de fase das fontes A e B.
• Módulo das diferenças máximas entre as frequências de fase das fontes A e B.
• Módulo das diferenças máximas entre as defasagens angulares de fase das fontes A e
B.
Características construtivas
Os relés digitais de sincronismo recebem o sinal analógico de tensão e os convertem para valores
digitais. Possuem função de autoverificação (autocheck), isto é, o próprio relé reconhece qualquer
deficiência operacional informando à sala de controle do sistema essa anormalidade, ao mesmo tempo
em que bloqueia a sua operação.
Os relés normalmente possuem três entradas lógicas para ligação com cabos de fibra óptica. As entradas
lógicas possuem as seguintes funções básicas:
a) Multiplexador dos sinais de entrada analógica
Tem a finalidade de selecionar a entrada de sinal que alimentará o conversor analógico- digital.
b) Conversor analógico-digital
Tem a finalidade de converter o valor de tensão selecionada no multiplexador.
c) Unidade de processamento
É formada por microcontroladores que processam todos os sinais de entrada, executam os algoritmos
de atuação da unidade temporizada e instantânea e controlam o teclado, o display, os contatos de saída
do relé, além do canal de comunicação serial.
• d) Memória E2PROM
É a memória utilizada para armazenar os parâmetros programados pelo
usuário. Todas as informações armazenadas no relé são mantidas, mesmo
que com ausência da alimentação auxiliar.
• Ajuste do relé
O funcionamento do relé de sincronismo é fundamentado na comparação entre a amplitude da tensão, a frequência e o
defasamento angular entre as duas fontes a serem postas em paralelo, gerando um sinal de permissão de sincronismo,
quando a diferença entre os módulos das tensões, das frequências e das defasagens angulares estiverem dentro dos limites
ajustados no relé. Como exemplo, as faixas de ajuste dos relés de sincronismo são:
• Faixa de ajuste da diferença da tensão: 3,0 a 50 × RTP.
• Faixa de ajuste da diferença da frequência: 0,10 a 2,5 Hz.
• Faixa de ajuste da diferença de defasagem angular: 5,0 a 20°.
Se uma das fontes apresentar tensão inferior a um determinado valor, o relé não mede a diferença da frequência e nem a
diferença da defasagem angular, inibindo a emissão do sinal de permissão de sincronismo e efetuando o seu bloqueio.
A Figura 3.171 mostra um diagrama simplificado de ligação de um relé de sincronismo paralelizando duas fontes de energia.
A exatidão dos relés de sincronismo varia em função do modelo e do fabricante. De forma geral, podem-se considerar como
exatidão para os parâmetros ajustáveis os seguintes valores:
• Diferença da tensão: ± 2%.
• Diferença da frequência: ± 0,10 Hz.
• Diferença defasagem angular: ± 2°.
RELÉ DE TEMPO
Esses aparelhos atualmente são fornecidos quase exclusivamente em unidades de componentes estáticos. São aplicados em
esquemas de proteção onde há necessidade de temporizadores, tais como partida de motores de grande porte acionados por
chaves compensadoras ou estrela-triângulo, processos de escalonamento de saída ou entrada de máquinas etc.
Apresentam várias faixas de tempo de atuação e possibilitam a repetição da atuação. São alimentados, em geral, em corrente
contínua, de forma a fornecer o tempo de atuação com exatidão. Dispõem de uma unidade de bandeirola e selagem.
A tensão de alimentação dos relés de tempo pode variar, conforme necessário. Em geral, é de 48 a 125 Vcc. Os relés possuem
uma escala de tempo que varia de um valor mínimo a um máximo.

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  • 1. Introdução Electrical ac power systems consist of three-phase generation systems, transmission and distribution networks, and loads. The networks supply large three-phase industrial loads at various distribution and transmission voltages as well as single phase residential and commercial loads. A relay is a device which makes a measurement or receives a signal which causes it to operate and to effect the operation of other equipment ou Relays are compact analog, digital, and numerical devices that are connected throughout the power system to detect intolerable or unwanted conditions within an assigned area. A protection relay is a device which responds to abnormal conditions in an electrical power system to operate a circuit-breaker to disconnect the faulty section of the system with the minimum interruption of supply. Measuring relay that, either solely, or in combination with other relays, is a constituent of a protection equipment. Protection equipment An equipment incorporating one or more protection relays and, if necessary, logic elements intended to perform one or more specified protection functions. Protection system An arrangement of one or more protection equipments, and other devices intended to perform one or more specified protection functions.
  • 3. RELÉS DE SOBRECORRENTE (50/51) • Over current protection is practical application of magnitude relays since it picks up when the magnitude of current exceeds some value (setting value ).
  • 4. • RELÉ DE SINCRONISMO O relé de sincronismo tem como função comparar a frequência entre duas fontes de geração. É um dispositivo obrigatório quando se deseja operar duas ou mais fontes de energia em paralelo. O relé de sincronismo possui duas entradas de tensão, cada entrada destinada a uma das fontes de geração que serão sincronizadas. Assim, é possível colocar em paralelo dois geradores, ou um gerador e a rede da concessionária de energia elétrica. O relé de sincronismo compara os seguintes parâmetros de cada uma das fontes que serão sincronizadas: • Módulo das diferenças máximas entre as tensões de fase das fontes A e B. • Módulo das diferenças máximas entre as frequências de fase das fontes A e B. • Módulo das diferenças máximas entre as defasagens angulares de fase das fontes A e B. Características construtivas Os relés digitais de sincronismo recebem o sinal analógico de tensão e os convertem para valores digitais. Possuem função de autoverificação (autocheck), isto é, o próprio relé reconhece qualquer deficiência operacional informando à sala de controle do sistema essa anormalidade, ao mesmo tempo em que bloqueia a sua operação. Os relés normalmente possuem três entradas lógicas para ligação com cabos de fibra óptica. As entradas lógicas possuem as seguintes funções básicas: a) Multiplexador dos sinais de entrada analógica Tem a finalidade de selecionar a entrada de sinal que alimentará o conversor analógico- digital. b) Conversor analógico-digital Tem a finalidade de converter o valor de tensão selecionada no multiplexador. c) Unidade de processamento É formada por microcontroladores que processam todos os sinais de entrada, executam os algoritmos de atuação da unidade temporizada e instantânea e controlam o teclado, o display, os contatos de saída do relé, além do canal de comunicação serial.
  • 5. • d) Memória E2PROM É a memória utilizada para armazenar os parâmetros programados pelo usuário. Todas as informações armazenadas no relé são mantidas, mesmo que com ausência da alimentação auxiliar.
  • 6. • Ajuste do relé O funcionamento do relé de sincronismo é fundamentado na comparação entre a amplitude da tensão, a frequência e o defasamento angular entre as duas fontes a serem postas em paralelo, gerando um sinal de permissão de sincronismo, quando a diferença entre os módulos das tensões, das frequências e das defasagens angulares estiverem dentro dos limites ajustados no relé. Como exemplo, as faixas de ajuste dos relés de sincronismo são: • Faixa de ajuste da diferença da tensão: 3,0 a 50 × RTP. • Faixa de ajuste da diferença da frequência: 0,10 a 2,5 Hz. • Faixa de ajuste da diferença de defasagem angular: 5,0 a 20°. Se uma das fontes apresentar tensão inferior a um determinado valor, o relé não mede a diferença da frequência e nem a diferença da defasagem angular, inibindo a emissão do sinal de permissão de sincronismo e efetuando o seu bloqueio. A Figura 3.171 mostra um diagrama simplificado de ligação de um relé de sincronismo paralelizando duas fontes de energia. A exatidão dos relés de sincronismo varia em função do modelo e do fabricante. De forma geral, podem-se considerar como exatidão para os parâmetros ajustáveis os seguintes valores: • Diferença da tensão: ± 2%. • Diferença da frequência: ± 0,10 Hz. • Diferença defasagem angular: ± 2°. RELÉ DE TEMPO Esses aparelhos atualmente são fornecidos quase exclusivamente em unidades de componentes estáticos. São aplicados em esquemas de proteção onde há necessidade de temporizadores, tais como partida de motores de grande porte acionados por chaves compensadoras ou estrela-triângulo, processos de escalonamento de saída ou entrada de máquinas etc. Apresentam várias faixas de tempo de atuação e possibilitam a repetição da atuação. São alimentados, em geral, em corrente contínua, de forma a fornecer o tempo de atuação com exatidão. Dispõem de uma unidade de bandeirola e selagem. A tensão de alimentação dos relés de tempo pode variar, conforme necessário. Em geral, é de 48 a 125 Vcc. Os relés possuem uma escala de tempo que varia de um valor mínimo a um máximo.
  • 7. • RELÉ PARA PROTEÇÃO DE MOTOR (MULTIFUNÇÃO) São relés multifunção destinados à proteção exclusiva de motores elétricos. Os motores de grande potência necessitam de proteção segura e eficiente, dado o alto custo que representam e a confiabilidade que se deve manter no serviço que prestam, como, por exemplo, uma estação de tratamento e bombeamento de água (elevatória) de um grande centro urbano. A proteção de motores elétricos considerados de média capacidade pode ser feita utilizando-se um conjunto de relés de sobrecorrente temporizados de fase e de neutro (51 e 51N), associado a uma proteção por termitores alojados no interior dos enrolamentos da máquina. É importante saber que os relés de proteção de motores elétricos, apesar de suas diversas funções de proteção, não protegem efetivamente o motor em todas as circunstâncias operacionais. Por exemplo, se houver uma falha de isolamento interno entre espiras, o relé irá operar, porém o motor, nesta condição, já está danificado, cabendo ao relé proteger, agora, os condutores de alimentação do motor e reduzir os efeitos térmicos sobre suas partes internas. Os relés para proteção de motores protegem o equipamento quando este está operando em condições adversas e em desacordo com as suas características técnicas. As principais funções disponíveis nos relés digitais para a proteção de motores serão descritas a seguir. a) Proteção de sobrecorrente temporizada (I>) (51) Também conhecida como proteção de baixo ajuste, essa função protege o motor contra correntes elevadas que podem ocorrer logo após concluído o processo de partida. b) Proteção de sobrecorrente instantânea (I>>) (50) Também conhecida como proteção de alto ajuste, essa função protege o circuito do motor contra correntes de curto-circuito que podem acontecer no interior do bobinado ou no circuito de alimentação do motor. Essa proteção pode ser do tipo instantâneo ou de tempo definido. c) Proteção de sobrecorrente de falha à terra (50/51N) Tem por finalidade proteger o circuito do motor quando da ocorrência de defeitos internos ao motor, entre partes vivas e carcaça ou defeitos à terra do circuito de alimentação. d) Proteção de sobrecarga térmica (49) Essa função tem por finalidade proteger o motor quando submetido a uma carga, no eixo, superior à sua capacidade nominal. Em alguns relés existe uma função de pré-alarme de sobrecarga que sinaliza ao operador a tendência da evolução crescente da carga. Deve-se lembrar que os motores que operam em regimes, por exemplo, S3 e S4, dificilmente podem ser protegidos por essa função devido às sobrecargas intensas que ocorrem em curtos intervalos de tempo. Os relés apresentam curvas características de tempo × corrente, considerando as condições de motor a frio e motor a quente. A Figura 3.172 fornece a curva característica de atuação de um relé a quente e a frio. Esse assunto será melhor desenvolvido na Seção 3.13. e) Proteção de sequência negativa Quando o motor é alimentado por um sistema de tensão desequilibrada fica submetido a um conjunto de valores de mesmo módulo de tensão e corrente, girando no sentido inverso à rotação normal e que gera um conjugado negativo, como se tivesse sido introduzida no seu eixo uma carga adicional. Esse fenômeno pode ocasionar uma sobrecarga no motor se ele estiver operando na sua capacidade nominal. As anomalias mais comuns que podem ocorrer na operação de um motor, capazes de gerar componentes de sequência negativa são: • Tensões desequilibradas. • Queima do fusível. • Falta de fase. • Impedâncias desiguais nos enrolamentos do motor. • Curto-circuito incipiente entre espiras.
  • 9. • f) Proteção contra inversão de fase (47) Essa função tem por objetivo evitar danos à máquina a qual está acoplado o motor, ou proteger o próprio motor quando este é alimentado por um conjunto de vetores de tensão girando no sentido contrário ao sentido normal de rotação do mesmo. g) Proteção de subcorrente (37) Existe uma função adicional em alguns relés, denominada de proteção de subcorrente de tempo definido, cuja função é desligar o motor quando ele está operando com um valor de corrente de carga inferior a um determinado valor ajustado, durante um intervalo de tempo definido e selecionado no relé. Normalmente é utilizado contra operação do motor em corrente a vazio. Essa proteção também é denominada de perda de carga. h) Proteção contra número excessivo de partidas (66) Em geral, é de 6 a 8 o número de partidas que normalmente um motor pode efetuar por hora. Além disso, e dependendo da intensidade do conjugado da carga, o motor aquece e pode ter a temperatura do seu bobinado ultrapassada, atingindo valores inaceitáveis sob o ponto de vista da isolação. Assim, essa função protege o motor limitando seu número de partidas num determinado intervalo de tempo. Além do número de partidas, leva-se em consideração o tempo de duração da partida. i) Proteção contra rotor travado Também conhecida como proteção contra partida prolongada, essa função tem por objetivo desligar o motor que, durante a partida, tenha o rotor travado em consequência do conjugado de carga que pode superar o conjugado motor, ou cujo tempo de partida do motor possa exceder o tempo de rotor bloqueado. j) Proteção contra perda de fase (48) Essa função, também conhecida como proteção contra desequilíbrio de corrente, evita que o motor opere alimentado apenas por duas fases.

Notas do Editor

  1. Protective relays ….Monitoring relays…Reclosing relays,…. Regulating relays…Auxiliary relays…Synchronizing (or synchronism check) relays