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AUTOMAÇÃO DE SUBESTAÇÕES DE
TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO
Disciplina: Proteção de Sistemas Elétricos
Professor : Júlio César Marques de Lima

Relé de Sobrecorrente
IPUC – DEE - Proteção de Sistemas Elétricos

Relembrando...
3
 Classificação dos relés quanto ao tipo da grandeza de
atuação:
 Corrente
 Tensão
 Potência
 Frequência
 Pressão
 Temperatura

4
 Classificação dos relés quanto à função de proteção:
 Sobre e subcorrente
 Tensão ou potência
 Direcional de corrente ou potência
 Diferencial
 Distância
 Etc.
Relembrando...
 Quanto ao tempo de atuação:
 Instantâneos (sem retardo proposital);
 Temporizados (mecânica, elétrica ou
eletronicamente).

Qualidades Requeridas de um Relé
5
 Rapidez (razões de estabilidade do sistema) o quanto
possível, independentemente do valor, natureza e
localização do defeito;
 Simplicidade (confiabilidade) e robustez (efeitos
dinâmicos da corrente de defeito) o quanto possível;

 Baixo consumo próprio (especificação dos redutores
de medida);
 Alta sensibilidade e poder de discriminação (a
corrente de defeito pode ser inferior à nominal e a
tensão quase anular-se);
6

7
 Possuir contatos firmes (evitando centelhamento e
ricochetes que conduzem a desgaste prematuro, isso
para relés eletromecânicos);
 Manter sua regulagem/precisão, independentemente
da temperatura exterior, variações de frequência,
vibrações e campos externos, etc.

Critérios de Existência de Falta
e seus Efeitos
8
• Por definição, defeito ou falta é o termo usada para
denotar um acidental afastamento das condições normais
de operação. Assim, um curto circuito ou condutor
interrompido constituem uma falta.

9
 Um defeito modifica mais ou menos profundamente as
tensões e as correntes próprias ao órgão considerado.
Logo as grandezas atuantes sobre os relés deverão ser
ligadas, obrigatoriamente, àquelas alterações de
modulo e/ou argumento das correntes e tensões.
e seus Efeitos

10
 Um curto-circuito traduz-se por:
 Altas correntes e quedas de tensões. No entanto
ambas não são exclusivas do defeito.
 Variação da impedância aparente – correspondente
à relação tensão/corrente no local do relé - e que é
brusca e maior na ocasião do defeito do que nas
simples variações de carga.
e seus Efeitos

11
 Aparecimento das componentes de sequência
negativa e sequência zero de tensão e/ou de
corrente;
 Um curto-circuito traduz-se por:
 Diferenças de fase e/ou amplitude entre a corrente
de entrada (Ie) e saída (Is) em um elemento da rede.
as correntes derivadas (magnetizante dos trafos;
capacitiva das linhas) são pequenas
comparativamente com as correntes de trabalho
normais, assim, se a corrente derivada
é grande, há defeito.
e seus Efeitos

Relé de Sobrecorrente - Definição
12
 São todos os relés que atuam para uma corrente
maior que a do seu ajuste.
 Uma função de proteção de sobrecorrente pode ser
encontrada em relés de tecnologia eletromecância,
estática e digital.
 De acordo com a forma de discriminação da corrente
de curto-circuito, os relés de sobrecorrente podem
ser:
 Relé de sobrecorrente não direcional.
 Relé de sobrecorrente direcional

13
 Ocorrendo uma anomalia no sistema, de modo que o
parâmetro sensível do relé ultrapasse o seu ajuste, o
mesmo atua.
 Por exemplo: no caso de relé de sobrecorrente,
quando a corrente de curto-circuito ultrapassa a
corrente de ajuste do sensor do relé, o mesmo atua
instantaneamente ou de maneira temporizada,
conforme a necessidade.
Relé de Sobrecorrente - Definição

14
 Formas de parametrização nos relés:
 Tracionamento na mola
 Variação de entreferro
 Mudança de tap's na bobina magnetizante
 Variação de elementos no circuito
 Controle por software.
Ajuste da Corrente de Pick-up

Ajuste da Temporização
Relé de Disco de Indução
15
• Ajuste via alavanca de tempo:

16
Curvas características de Operação
Relé Eletromecânico:
 Eixo das abscissas (x):
 Valor múltiplo da corrente de
curto-circuito.
 Eixo das coordenadas (y):
 Tempo de operação
 Curva (Time Dial Setting):
 Ajuste para obtenção do
tempo de operação desejado.

17
 O relé de sobrecorrente de característica temporizada
pode ter diferentes inclinações nas suas Curvas:

18
 Para uma boa coordenação (seletividade) dos sistemas
de proteção, o ideal é que todos os relés tenham a
mesma característica de inclinações das curvas. Desse
modo, torna-se mais fácil obter a coordenação desejada
e garantir a correta operação dos equipamentos para
todas as correntes de curtos-circuitos do sistema.

Ajuste de Tempo de Operação
19
 Quanto ao tempo de atuação, possuem curvas características
de dois tipos: de tempo definido e de tempo dependente
 De tempo definido:
 Uma vez ajustados o tempo
de atuação (ta) e a corrente
mínima de atuação
(IMIN,AT), o relé irá atuar
neste tempo para qualquer
valor de corrente igual ou
maior do que o mínimo
ajustado.

20
 Para essa característica de
operação, não se escolhe
o tempo de atuação, mas
sim a sua curva de
atuação.
 De tempo dependente:
 A escolha da curva, parte do processo de ajuste do
relé, depende das características e necessidades do
estudo de coordenação dos relés presentes na
proteção na qual estão inter-relacionados.

21
• A coordenação (seletividade) é construída através de uma
cadeia (“escada”) de tempos diferentes para a mesma
corrente de curto-circuito;

22
 As curvas de tempo dependente mais comuns são
classificadas em três grupos: Normalmente Inversa (NI),
Muito Inversa (MI) e Extremamente Inversa (EI),
conforme abaixo.
Curvas de Operação

23
• Algumas curvas são definidas, por normas (IEC,
ANSI/IEEE, etc.), a partir de equações exponenciais do
tipo:
Curvas de Operação

24
 Em um relé eletromecânico, a alteração do TAP implica
na alteração da quantidade de espiras. Essas espiras, ao
serem circuladas por uma dada corrente geram uma
f.e.m. capaz de girar o disco e assim ocasionar o
fechamento dos contatos que levam a abertura do
disjuntor .
 O ajuste da Ipickup de um relé de sobrecorrente
eletromecânico se dá pela definição do seu tape:
Ipick up = TAP do relé
Ajuste de Pick-up

25
 Para os relés digitais, os ajustes referentes à função de
sobrecorrente (Ipickup, curva, etc.) são feitos através da
digitação de valores previamente calculados ou seleção
de opções oferecidas diretamente no software de
parametrização do relé.
Ajama uste de Pick-up

26
 No relé eletromecânico o ajuste da corrente de atuação é
feito escolhendo o Tap sobre a bobina magnetizante do relé.
No Tap correspondente, o relé fica no seu limiar de
operação, desta forma a corrente de atuação do relé
corresponde ao seu Tap.
Ajuste de Pick-up (Tap)

27
 TAP: define a corrente de pick-up do relé e deve
permitir uma margem de sobrecarga sobre a corrente
nominal: TAP ≥ (1,5 Inom) / RTC
Ajuste de Pick-up (Tap)

28
Múltiplo da Corrente de Curto-
Circuito e Curva de Tempo
 Para se estabelecer o quanto a corrente de defeito é
maior que a corrente de pick-up, foi convencionalmente
utilizado o termo Múltiplo “M” do relé.
 O Múltiplo “M” indica quantas vezes a corrente de
curto-circuito no secundário do TC é maior que o tap
escolhido no relé.
TapeRTC
I
Tape
I
M CC_primCC_sec



29
 A Curva de Tempo (Time Dial ou TMS) deve ser
determinada de modo a assegurar coordenação com as
proteções adjacentes.
 O ajuste é feito de modo a garantir que a proteção do
componente sob defeito atue em primeira instância,
desligando o componente sob defeito.
 Ao mesmo tempo são verificados os sistemas de
proteção que devem atuar coordenadamente com a
proteção do componente sob defeito, garantindo
proteção de retaguarda em caso de falhas.

30
• As curvas de tempo-dependente dos relés são dadas a
partir de Múltiplos de 1,5 que corresponde a um torque do
relé 50% superior ao torque para o do limiar de operação

31
 Múltiplo igual a 1 (M=1):
Corresponde a uma corrente de operação exatamente
igual a corrente do seu Tap. Portanto, nesta situação, o
relé está no seu limiar de operação

• Múltiplo entre 1 e 1,5 (1<M<1,5):
O relé opera com um pequeno torque, não produzindo
um bom desempenho no fechamento do seu contato e
não garantindo eficiência na atuação da proteção.
32

33
• Múltiplo maior que 1,5 (M>1,5):
De modo geral os fabricantes garantem que o tempo de
atuação ocorre sobre a curva ajustada. Para evitar que o
relé atue entre os múltiplos 1 e 1,5, deve-se ajustar o relé
para que atue satisfazendo a inequação:

34
 Exemplo: Curva Normal Inversa (NI).

35
 Exemplo: Curva Normal Inversa (NI).
 Por norma, essas curvas são traçadas para valores do
múltiplo (m) variando, geralmente, de 1,5 a 20, em um
sistema de eixos ortogonais com escala log x log.

36
Um relé IAC 51 (GE), de característica de operação NI
possui os seguintes ajustes:
- RTC = 600-5 A
- TAP = 5,0 A
- DIAL = 4,0
Qual o tempo de atuação do relé para uma corrente de
curto-circuito de 3600 A?
Atividade Prática No. 1

37
Solução:
-Pick-up Ajustado:
Ipick-up = TAP x RTC
Ipick-up = 5,0 x 600/5 = 600 A
- Múltiplo da corrente de curto-circuito:
M = Icc / Ipick-up = Icc/TAP x RTC
M = 3600/5,0 x 120
M = 6,0
-Na curva do relé IAC 51, M= 6,0 e DIAL = 4,0:
-Top = 1,2 segundos

38
Um relé IAC 53 (GE), de característica de operação MI
deve ser ajustado para operar em 0,9 segundos para uma
corrente de curto-circuito de 3840 A.
Sabendo-se que o relé é alimentado por uma RTC = 800-5
A e que seu ajuste de pick-up secundário é 4,0 A, qual o
ajuste do Dial de Tempo (DT)?

39
Solução:
-Pick-up Ajustado:
Ipick-up = TAP x RTC
Ipick-up = 4,0 x 800/5 = 640 A
- Múltiplo da corrente de curto-circuito:
M = Icc / Ipick-up = Icc/TAP x RTC
M = 3840/640
M = 6,0
-Na curva do relé IAC 51, M= 6,0 e top = 0,9 segundos:
- DT = 4

40
Na curva do relé IAC51 encontre o tempo de operação do
relé para:
 Múltiplo 10, Dial = 2
Múltiplo 5, Dial = 3
 Múltiplo 8, Dial = 1/2

41
Nomenclatura e identificação das
Funções de Sobrecorrente
 As funções de sobrecorrente são identificadas pelas
seguinte nomenclatura:
 ANSI 50 – Relé de Sobrecorrente não-direcional
instantâneo
 ANSI 51 - Relé de Sobrecorrente não-direcional
temporizado
 ANSI 67 - Relé de Sobrecorrente direcional
(Temporizado – 67T; Instantâneo – 67I)
 Essas funções de proteção podem ser aplicadas à
proteção contra defeitos entre fases ou à terra,
principalmente em linhas de transmissão.

42
 Os relés de sobrecorrente são compostos por duas
unidades: instantânea e temporizada. Nos esquemas
elétricos que representam equipamentos de proteção,
estas recebem os números 50 e 51,respectivamente;
 A unidade 50, atua instantaneamente ou segundo um
tempo previamente definido. Já a unidade 51, pode
atuar com curvas de tempo dependente ou de tempo
definido.

43
 As unidades temporizadas ou de tempo dependente
permitem dois tipos de ajustes: corrente mínima de
atuação e curva de atuação.
 As unidades instantâneas trabalham com dois ajustes:
corrente mínima de atuação e tempo de atuação
(tempo previamente definido).

44
• Unidade 51 de fase:
 Quando o relé for instalado no circuito
alimentador da subestação, sua corrente
mínima de atuação deverá ser maior que a
corrente de carga máxima multiplicada por um
fator de sobrecarga (k)e dividida pela
respectiva RTC
 Ajuste da Corrente Mínima de Atuação
Critérios Gerais de Ajuste

45
 Unidade 50 de fase:
 O nome instantâneo indica que o relé é
propositalmente não temporizado e nem tem
característica temporizada
 Os relés instantâneos não são na essência da palavra
instantâneos, mas o seu tempo é o correspondente ao
da movimentação dos seus mecanismos de atuação

46
 O tempo de atuação da unidade 50 depende do
projeto, tipo e fabricação. Os relés eletromecânicos
mais rápidos atingem 2,3 ciclos e os eletrônicos 0,7
ciclos.
 Já o ajuste da corrente mínima de operação deve levar
em conta a possibilidade de “descoordenação” com as
proteções do disjuntor a jusante devido a erros de
discriminação e assimetria introduzida pela corrente de
curto-circuito.

47
 Dessa forma, o ajuste da corrente mínima de operação
da unidade 50 deve ser limitado, tomando o nível de
curto-circuito entre 80% e 90% da LT a ser protegida.

48
 O relé de sobrecorrente eletromecânico de disco de
indução, incorpora uma unidade temporizada (51) e uma
unidade instantânea (50).
Relé de Sobrecorrente Eletromecânico
50/51

49
 No eixo do disco de indução do relé há um contato móvel,
cujo contato fixo está em paralelo com o contato fixo da
unidade instantânea;
50/51

50
 O ajuste do instantâneo é feito em relação ao Tap
escolhido do relé correspondente a sua unidade
temporizada.
 Verificação da atuação do relé 50/51:
50/51

51
 A atuação da Unidade Temporizada do relé (51),
observando os seus ajustes na curva tempo x corrente,
se dará quando:
50/51

52
 Atuará a Unidade Instantânea 50 se:
 Unidade instantânea não é temporizada, e para evitar
“descoordenações”, o seu ajuste é estabelecido de modo
que não alcance a zona de proteção dos relés a jusante.
 De modo geral ajusta-se a corrente de pick-up do
elemento instantâneo para um curto-circuito trifásico
entre 80 e 90% da linha de transmissão protegida:
50/51

53
 Portanto, para qualquer curto-circuito trifásico entre
o ponto da instalação do relé 50/51 e o ponto de
85% da Linha de Transmissão, atuará a unidade
instantânea 50.
50/51

54
 Um relé de sobrecorrente temporizado de tempo
definido com elemento instantâneo tem sua curva
tempo x corrente apresentada
50/51

55
 A relação do TC (RTC) que alimenta um relé deve
atender aos seguintes requisitos:
 A corrente nominal primária do TC deve ser maior
do que a razão entre o curto-circuito máximo (no
ponto da instalação) e o fator de sobrecorrente do
TC (FS). Geralmente, FS=20
50/51 (RTC)

56
 A corrente nominal primária do TC deve ser
maior do que a máxima corrente de carga a ser
considerada:
 A máxima corrente de carga a ser considerada
deverá levar em conta máxima corrente de carga
da subestação, inclusive as possibilidade de
transferências.
50/51

Esquema básico da proteção de sobrecorrente
57
 A vantagem desse esquema é que, para qualquer tipo
de curto-circuito, haverá, no mínimo, dois relés sendo
percorridos pela corrente de curto-circuito.
Diagrama Unifilar
Relé de Sobrecorrente 50/51
Esquema de Ligação

 Também conhecido como relé de sobrecorrente de
sequência zero, possui o seguinte esquema de
ligação:
Relé de Sobrecorrente de Neutro
50/51N

59
 Aplicando – se a lei de Kirchhoff no nó tem-se:
 A soma das correntes
corresponde somente à
sequência zero:
50/51N

60
 O relé de neutro só é sensível às correntes que tem
sequência zero:
 No sistema as correntes que geram componentes de
sequência zero são:
 Curto-circuito monofásico - terra;
 Curto-circuito bifásico - terra;
 Cargas desequilibradas aterradas;
 Abertura de fase de sistemas aterrados.
50/51N

61
 Na operação normal do sistema as cargas estão
equilibradas ou levemente desequilibradas.
50/51N
 O ajuste da corrente do relé de neutro é bem menor que
a corrente nominal do circuito protegido;
 Tendo em vista que desequilíbrios são indesejáveis no
sistema elétrico, o ajuste da corrente de pick up da
proteção 51N será feita considerando que o
desequilíbrio máximo a que o sistema será submetido
corresponderá a 30% do ajuste da proteção de fase:

62
 Tempo de restabelecimento ou de rearme (reset time)
do relé, é o tempo necessário para após uma atuação o
relé se recompor, isto é, estar pronto para iniciar uma
nova operação completa.
Tempo de Restabelecimento

63
 A ação do torque da mola traz a alavanca de tempo de
volta. O tempo gasto até a alavanca atingir a sua posição
inicial (que foi ajustado), é o tempo de rearme do relé.
 O tempo de rearme é medido pelo fabricante para cada
posição da curva do relé e corresponde a tempos de
restabelecimento diferentes.

64
Exemplo: Qual o
tempo de rearme do
relé IAC51 que está
ajustado na Curva 5?

65
Exemplos

66
Exemplos

67
Exemplos

68
M = Ip/RTC*Tap =
M = 6 e curva 2, 
1800/(500/5)*3 = 6
0,65 s = 39,16 ciclos
Exemplos

69
Exemplos
Curva Tempo x
Corrente
Relé IAC 51 GE

70
M = Ip/RTC.Tap =
M = 12 e curva 4  0,9 s = 54 ciclos
3600/(500/5)*3 = 12
Exemplos

71
M = Ip/RTC.Tap =
M = 1,8 e curva 2 
Considerando o relé IAC 51 aplicado como função 51N:
540/(500/5)*3 = 1,8
3,5 s = 210 ciclos
Exemplos

72
M = Ip/RTC.Tap =
M = 3,6 e curva 2  0,9 s = 54 ciclos
1080/(500/5)*3 = 3,6
Exemplos
Considerando o relé IAC 51 aplicado como função 51N:

Princípios de Coordenação de
Relés de Sobrecorrente

74
 Os relés devem operar o mais rápido possível,
mantendo os princípios dentre, da sua seletividade
de proteção.
 Para formar uma cadeia onde ocorra a atuação em
sequencia dos sistemas de proteção, onde o relé
mais próximo do defeito atue prioritariamente,
deve haver um escalonamento dos tempos de
atuação sucessivos dos relés, garantindo a atuação
prioritária da proteção do componente sob defeito
e das sucessivas retaguardas.

75
• Coordenação é uma estratégia para obter a
seletividade de proteção, para qualquer corrente de
curto-circuito, através do escalonamento de tempo no
sentido da carga para a fonte (circuitos radiais).

76
 Proteção Primária: onde as proteções são duplicadas. Se
houver falha de um relé o outro atua. No caso só se
exige coordenação quando a falha for no sistema de
abertura do disjuntor.
 Proteção Secundária: geralmente adotada em sistema
de porte modesto, onde a falha do sistema de proteção
é garantida pela proteção de retaguarda (a montante)
de acordo com a respectiva coordenação.

77
 Garantia de coordenação, significa que a proteção mais
próxima do defeito elimine o curto-circuito, com
garantia que o sistema de proteção a montante não ative
o seu circuito de abertura.
 Tempo de Coordenação é a mínima diferença de
tempo que dois relés mais próximos da cadeia de
proteção devem ter para garantir coordenação.
 Prática Usual:
 Relés Eletromecânicos e Estáticos: 0,4 segundos
 Relés Digitais: 0,2 a 0,4 segundos

78
 Para haver coordenação, os tempos de operação de
dois reles sucessivos, devem satisfazer a inequação:
Onde:

 Os relés a montante mais próximos, devem ter um tempo de
ajuste cuja diferença de tempo é o , isto é:
79
Coordenação de Relé de Sobrecorrente
de Tempo Definido
 O relé mais afastado deve ter o menor ajuste de tempo
possível. Se a linha der continuidade, o mesmo deve
coordenar com as proteções existentes a jusante;
 A coordenação do relé de sobrecorrente de Tempo Definido
(51), no sistema de energia elétrica é feito com a seguinte
regra:
 E assim sucessivamente......

80
 Por exemplo, dado o sistema. Efetuar a coordenação supondo
que todos relés tem sensibilidade para atuarem até a Barra D.
 1° Passo: Para o Relé C mais afastado, adotar um tempo de
atuação, por exemplo tC.
Ajuste de tempo do Relé C
Diagrama Unifiliar
de Tempo Definido

81
 2° Passo: Para o Relé B mais próximo a montante, escolher o
tempo tB que coordene com o Relé C. Isto é:
Coordenação do Relé B e C
 3° Passo: Para o Relé A mais próximo a montante de B,
escolher o tempo tA que coordene com o Relé B. Isto é:
de Tempo Definido

82
 O abaixo mostra o diagrama completo da coordenação:
Coordenação completa dos relés de sobrecorrente com o tempo definido
 A coordenação é simples, mas tem a desvantagem de não
atender a filosofia da proteção, ou seja, os curtos-circuitos
mais próximos da fonte são os mais perigosos, e pela
característica da coordenação, os seus tempos de atuação estão
muito altos.
de Tempo Definido

83
Coordenação completa dos relés de sobrecorrente com o tempo definido
• Para melhorar o desempenho do sistema de proteção são
utilizados relés de sobrecorrente com elementos
instantâneos.
de Tempo Definido

84
 Efetua-se primeiro o ajuste de pick-up do elemento
instantâneo de todos os relés, após então, efetua-se o
procedimento da coordenação.
 Filosofia de Ajuste:
 A coordenação segue as mesmas regras do Relé de
sobrecorrente de tempo definido.
 Ajustar o elemento instantâneo, utilizando a corrente
de curto circuito trifásico a 85% da linha de
transmissão a jusante do relé correspondente;
Ajuste e Seletividade de Elementos de
Sobrecorrente Instantâneos

85
Exemplo
Calcular os ajustes para proteção do sistema radial
mostrado abaixo. Todos os relés devem prover proteção até
a barra D.

86
 1º Passo: Primeiramente, faz-se o ajuste do alcance da
unidade instantânea (50). Está “zona de proteção”vai
desde o ponto de instalação do relé até 85% da linha de
transmissão a jusante.
Zona seletiva da unidade instantânea

87
 Note que as “zonas de proteção” pelas unidades
instantâneas não se superpõem, são seletivas, não
havendo problema de coordenação porque não há
superposição de alcances, isto é, as “zonas de proteção”
são independentes.

88
• A presença dos elementos instantâneos provê maior
eficiência ao sistema de proteção, já que os curtos-circuitos
próximos às barras serão eliminados instantaneamente.
Coordenação do Relé B e C
Seletividade de Elementos de
Sobrecorrente Instantâneos e de Tempo
Definido

89
• Ajustar os sistemas de proteção abaixo, provendo
seletividade, de modo que todos os relés tenham
sensibilidade para atuação até a Barra D.
Diagrama Unifiliar
Sobrecorrente de Tempo Inverso
Exemplo

90
Curva ½ do relé C
 1° Passo: Para o relé mais afastado, escolhe-se a menor curva
de tempo possível. Por exemplo, escolher a curva 1/2. (curvas
do relé)
Observação: A curva de tempo escolhida para o Relé C, vai depender
do que está ligado na D. Esta curva escolhida deverá coordenar com a
proteção da Barra D, do mesmo modo e procedimento feito no Relé B
do 2° Passo a seguir.

91
 2° Passo: Com a corrente de curto-circuito em C,
calcular o múltiplo (MC) do relé C. Isto é:
Onde:

92
Tempo de operação do relé C
 3° Passo: Com o múltiplo (MC) e a curva 1/2 obtém-se o
tempo (tc) de operação do relé C.
 4° Passo: Para a mesma corrente de curto-circuito do 2° Passo, o
tempo de operação do Relé B, para ficar coordenado com o Relé C,
deve ser:

Curva do Relé B.
93
 5° Passo: Para a mesma corrente de curto-circuito do 2° Passo,
calcular o múltiplo do Relé B (MB).
 6° Passo: Com o múltiplo (MB) e o tempo de operação (tB) do Relé
B, obtém- se na curva de tempo x corrente do fabricante, a curva de
tempo de operação do Relé B. Na curva do fabricante, colocando-se
(MB) e (tB) , obtém-se o ponto 1.
Da família de curvas,
escolhe aquela que
passa pelo Ponto 1.

94
Coordenação do relé B.
• A curva do Relé B, selecionada nesse passo colocada no
diagrama proporciona uma melhor visão da proteção
juntamente com sua coordenação.
• Note que a coordenação foi feita exatamente no ponto da
instalação do TC da Barra C. Dai para frente, as duas curvas de,
tempo ficam paralelas ou abrem-se um pouco, portanto
garantindo sempre coordenação.

95
 A coordenação do Relé A segue a mesma sequência do 2° Passo
em diante. Neste caso, o curto-circuito é no ponto da instalação
do TC da Barra B.

96
 Devido a curva de tempo ser inversa, produziu-se uma proteção
coordenada e adequada com a filosofia da proteção, ou seja, os
curtos circuitos maiores são rapidamente eliminados.
 Pode-se melhorar este sistema de proteção, utilizando
elemento instantâneo incorporado nos relés de
sobrecorrente

97
• A combinação de elemento instantâneos e de tempo inverso
provê o melhor desempenho possível para os sistemas de
proteção baseados em sobrecorrente.
 1° Passo: Ajusta-se as unidades instantâneas de todos relés
exatamente como abaixo:
Sobrecorrente Instantâneos e
de Tempo Inverso

98
Curva de tempo ½ do relé C
 2° Passo: Para o relé mais afastado, escolher a menor curva
de tempo. No caso por exemplo usar a curva 1/2.:
 3° Passo: Com a corrente a 85% da LTCD . Calcular o
múltiplo do Relé C e do Relé B.
de Tempo Inverso

99
 Curto circuito corrente a 85% da LTCD
 4° Passo: Com o múltiplo (Mc) e a curva 1/2, obter o tempo
de atuação do Relé C.
Curva de atuação do relé C.
de Tempo Inverso

100
 5° Passo: Para um curto circuito ( ( ( ) no ponto 85% da
LTCD, Isto é com o múltiplo MB, obter o tempo de atuação
do Relé B, de modo a coordenar com o Relé C. Assim:
 6° Passo: Com o tempo do Relé B e múltiplo MB, na curva
do relé obter o ponto 1. Pelo ponto 1 obtém-se a curva do Relé
B.
Curva do Relé B
de Tempo Inverso

Diagrama unifilar com as curvas dos relés C e B
101
 A curva do Relé B escolhida, colocada no diagrama unifilar,
obtêm-se
 A curva do Relé B não é definitiva. Deve-se verificar se a mesma
coordena em todo o trecho com o Relé C. O ponto de teste é no
local da instalação do TC.
 A verificação é feita de acordo com os passos a seguir:
de Tempo Inverso

102
 7° Passo: Para em C, calcular o múltiplo do Relé B. Isto
é:
Curto circuito em C para verificação da coordenação
 8° Passo: Calcular o tempo de atuação do Relé B, para a e
em C.
de Tempo Inverso

103
Tempo de atuação do Relé B
 Com múltiplo M’B e a curva do Relé B, obtém-se o tempo de
atuação do Relé B.
Observação: Note que para a em C, o tempo de atuação do
Relé C é zero, isto é, atua dentro da zona instantânea.
de Tempo Inverso

104
 9°Passo: Verificação da coordenação no ponto de instalação
do Relé C. A verificação é feita através da comparação:
• Se SIM, a curva escolhida do relé B coordena com o Relé C.
• Se NAO, a curva do relé B, não coordena com o Relé C.
Vá ao passo seguinte
de Tempo Inverso

Curva definitiva do Relé B
105
 10° Passo: Deve-se, então, levantar a curva do Relé B, até
coordenar com o Relé C no ponto de sua instalação. Portanto, o
tempo do Relé B, deve ser:
 Assim, com o múltiplo M’B e o tempo t”B, obtém-se no ponto 2
a nova e definitiva curva de atuação do Relé B.
de Tempo Inverso

106
 Para os relés a montante, basta repetir em sequência
todo o processo. A coordenação total está mostrado
Proteção e coordenação de relés de sobrecorrente de tempo inverso com elemento instantâneo,
de Tempo Inverso

107
Ajuste da Unidade Instantânea
 A corrente de pick-up da unidade instantânea é
calculada de acordo com a relação:
UI = K x Ia
RTC
 K é chamado Fator de Assimetria da corrente de curto-
circuito. Normalmente K = 1. Porém, para relés
localizados próximos a barramentos de geração forte,
onde é acentuada a assimetria da corrente de curto-
circuito devido às reatâncias das máquinas, o valor de K
é função da relação X/R.

108
 Fator de Assimetria (k) em função da relação X/R no
ponto de falta:
100 90 80 70 60 50 40 30 20 15 10 5
K 1,6 1,58 1,55 1,52 1,50 1,48 1,40 1,32 1,25 1,17 1,08 1,02
 Assimetria da corrente de curto-circuito:

109
A
3
B
80%
1
2
3
 Para o sistema da figura abaixo desejamos conhecer o
valor da corrente máxima de curto-circuito no ponto 3,
para ajustarmos a unidade instantânea que está no
terinal A:

110
 A variação da corrente de curto-circuito ao longo da LT é
mostrada abaixo:
0,0 0,8 1,0
I2
I3
I1
A B

111
 Verificando as relações:
0,0 0,8 1,0
E
D
B
C A
I1
I3
I2
ADE~ABC BC = AC
DE AE
I1 = Corrente de cc máxima na LT
I2 = Corrente de cc máxima no terminal remoto
I3 = Corrente de cc máxima a 80% da LT

112
Ajuste da Unidade Instântanea
 Considerando a relação entre triângulos semelhantes na
figura anterior :
I1 - I2 = 1,0 portanto (I1 – I2) x 0,20 = I3 – I2 ou
I3 - I2 0,2
UI (Ia) = I3 = (I1 – I2) x 0,20 + I2
 O ajuste da UI também poderá ser expresso por:
UI (Ia) = K x Ia = K x (I1 - I2) x 0,20 +I2
RTC RTC

Relé de Sobrecorrente Direcional
Relé JBCG - GE
Eletromecânico
Relé SPAJ 140C - ABB
Eletrônico (Estático)
Relé P14x – Areva
Digital (Microprocessado)

114
Sistema Elétrico Radial
• Sistema elétrico Radial é o tipo de sistema em que a
energia elétrica trafega num só sentido.
• Havendo um curto-circuito no sistema radial, a corrente
elétrica sempre flui no sentido da fonte para o local do
defeito.

115
• Havendo um curto-circuito no sistema radial, a
corrente elétrica sempre vem flui em um só sentido
Portanto, neste sistema pode-se utilizar relés mais
simples, sem características direcionais.
• Sempre que houver atuação da proteção, as barras a
jusante ficarão desenergizadas. Consequentemente, todos
os consumidores conectados a essas barras ficarão sem
energia.

116
• De um modo geral, as principais características do sistema
elétrico radial são:
 Coordenação mais fácil do sistema de proteção.
 Mais barato;
 Mais simples;
 Menor continuidade de serviço;
 Maior quantidade de consumidores sem energia;
 Maior queda de tensão;
 Menos confiável;
 Sistema de proteção mais simples;

 Sistema elétrico em Anel é o tipo de sistema em que a
energia pode trafegar (fluir) em qualquer sentido.
 No caso de defeito, o curto-circuito é alimentado por
correntes elétricas provenientes de todas as fontes.
Sistema Elétrico em Anel

118
• A corrente elétrica de curto-circuito converge para o
ponto de defeito a partir de todas as fontes.
• Neste caso, para haver seletividade, a proteção deve ter
características direcionais.
• A grande vantagem do sistema em anel é que nos
defeitos nas linhas de transmissão, a proteção atua
desconectando a linha sem desenergizar as barras, que
permanecem alimentadas por outra (s) fonte (s). Assim,
é minimizado o desligamento para cargas de
consumidores.

Chaves/Disjuntores
• A proteção deste sistema só é possível com relés
direcionais (ANSI 67) ou com relés de distância
(ANSI 21).

120
• De um modo geral, as principais características do sistema
elétrico em Anel são:
 Coordenação mais complexa dos sistemas de
proteção;
 Mais caro e mais complexo;
 Maior continuidade de serviço;
 Menor quantidade de consumidores sem energia;
 Menor queda de tensão;
 Mais confiável;
 Sistema proteção mais complexo;

121
 Proteção de sobrecorrente caracterizada por operar
apenas para um sentido pré-estabelecido do fluxo de
potência.
 Quando a corrente elétrica flui no sentido oposto ao
previamente estabelecido para operação, um
conjugado de desoperação é exercido, impedindo a
atuação do relé.
 Daí a aplicação deste tipo de proteção em linhas
interligadas (não-radiais), onde o uso da proteção
não-direcional compromete sensivelmente a
seletividade.

122
Relé de Sobrecorrente não-Direcional
 Análise da proteção para faltas em um circuito em anel:

123
 Falta no Ponto A:
 Para haver seletividade deverá abrir o disjuntor 152
através do relé 152;
 Serão sensibilizados os relés 151, 251 e 351;
 Tempo 151 < Tempo 251 e Tempo 351.
 Falta no Ponto B:

124
 Falta no Ponto C:
Conclusão: A coordenação por escalonamento de tempo é
praticamente impossível já que cada relé teria que atender a
diversas situações diferentes.

125
 Análise da proteção para faltas em um circuito em anel:

126
 Falta no Ponto A:
Somente o disjuntor 152 será aberto pelo relé 167;
 Os relés 267 e 367 terão conjugado de desoperação;
 Falta no Ponto B:
 Somente o disjuntor 252 será aberto pelo relé 267;
 Falta no Ponto C:
 Somente o disjuntor 352 será aberto pelo relé 367;

127
 Constituição Básica:
 Unidade direcional (wattimétrica);
 Unidade de Sobrecorrente temporizada
 Unidade de Sobrecorrente instantânea
(opcional);
 Unidades Auxiliares (bandeirolas,
selamento, etc.).

128
Esquema Funcional

129
Conexão (Polarização)
 Em geral a unidade direcional é polarizada por tensão e
controla direcionalmente a operação da unidades
temporizada e instantânea.
 O princípio de funcionamento de como o torque é
desenvolvido pode ser comparado ao torque de um disco
de indução com elemento wattimétrico.
 As características de tempo dependente (inversa, muito
inversa, etc.) da unidade temporizada são obtidas através
da ação do imã permanente sobre o disco.

130

131
 Para que exista um torque na direção desejada o relé
direcional necessita de duas grandezas agindo no sentido
de operação:
 Grandeza de Operação – Normalmente definida
pela corrente;
 Grandeza de Polarização – Pode ser definida pela
corrente ou tensão, mas na maioria das aplicações
utiliza-se a tensão.
 A direcionalidade será determinada pela comparação
dos fasores da tensão de polarização (TP) e da corrente
(TC)

132
Onde:
K = Constante do relé
V = Tensão de polarização da unidade direcional
I = Corrente que circula na bobina de corrente do relé
 = Ângulo de Máximo Torque informado pelo fabricante
 = Ângulo de defasagem entre a tensão de polarização
(V) e a corrente (I)
T = K x V x I x cos( - )
 O torque da unidade direcional polarizada por tensão em
quadratura é dado por

133
T = K x V x I x cos( - )

134
T = K x V x I x cos( - )

135
 Na maioria dos relés direcionais a unidade direcional é
percorrida pela corrente da fase correspondente à ligação
do relé, enquanto a tensão aplicada à bobina de potencial é
referente às outras duas fases. Essa conexão é chamada
polarização em quadratura.
Relé Corrente Tensão
A Ia Vbc
B Ib Vca
C Ic Vab

Conexão dos Circuitos de Corrente e Tensão

Diagrama de Comando (cc)

138
Traçado das Faixas de Conjugado
 Conhecendo-se o ângulo de máximo torque de uma
unidade direcional pode-se, a partir da equação do
conjugado, determinar de forma gráfica as regiões de
operação e de desoperação do relé.
 Para representar graficamente as faixas de conjugado
deve-se considerar a tensão como sendo a referência.
 A partir daí traça-se uma linha pontilhada (CM+) que
dista da referência de um ângulo correspondente ao
ângulo de máximo torque (AMT).

139
 Uma perpendicular à linha do conjugado máximo
definirá a faixa de conjugado nulo.
 Um prolongamento da linha de conjugado máximo
positivo (no sentido oposto a este) definirá o conjugado
máximo negativo (CM-).
 A área correspondente ao conjugado negativo
(C<0 ou CM-) é a área de não-operação da unidade
direcional.
 A área correspondente ao conjugado positivo
(C>0 ou CM+) é a área de operação da unidade direcional.

140
Vref

141
Vref
CM+
45º.

142
Vref
C=0
45º.
CM+
C=0

143
Vref
C=0
45º.
CM+
C=0
CM-

144
Vref
C=0
45º.
CM+
C=0
CM-

145
Tipos de Polarização (Conexão)
 Conexão 90o
- Corrente de operação Ia adiantada da tensão de
polarização Vbc de um ângulo de 90o elétricos.

146
 Conexão 60o
polarização Vbc + Vab de um ângulo de 60oelétricos.

147
 Conexão 30o
polarização Vac de um ângulo de 30oelétricos.

148
Neutro (67N)
 Assim como os relés direcionais de fase, são dotados de
Unidades temporizadas e instantâneas;
 Também são dotados das mesmas curvas de operação tempo
x corrente dos relés direcionais de fase.
 Operam para defeitos envolvendo a terra, incluindo defeitos
de alta impedância, cujos valores de corrente podem ser
pequenos, próximos ou inferiores às correntes de carga.
 São polarizados com a tensão residual que aparece no
momento dos defeitos envolvendo a terra, obtida do
secundário dos TPs conectados em delta aberto.

149
Neutro (67N)

TEMPO
Filosofia de Aplicação e Ajustes

 Os ajustes devem ser revisados
 Periodicamente;
 Por elevação dos níveis de curto-circuito;
 Por variação na distribuição das correntes de
contribuição para as faltas;
 Por mudanças na topologia do sistema elétrico que
resultem em alteração nos níveis de curto-circuito
e/ou redefinição de zonas de atuação.

 Nas linhas multi-terminais:
 A UI deve ser ajustada para não alcançar o terminal
eletricamente mais próximo;
 Normalmente a UI é ajustada para um alcance entre
80% e 90% da LT.
 As UT devem coordenar com todas as UT adjacentes.
R1
R2
R3
Se o terminal de R2 for muito próximo, a UI de
R1 terá que ficar necessariamente fora de
serviço.

R1
R3
R2
R4
 Considere o sistema de fonte dupla da figura, onde as UT
dos relés R1, R2, R3 e R4 (função 67) foram coordenadas
com as proteções das fontes:
 R1 e R3 foram ajustados com baixos TDs.
 R2 e R4 foram ajustados com TDs maiores.

R1
R3
R2
R4
IR1I1 I2I3
I4
41R1 III  3R2 II  4R4 II 
 R3 não é sensibilizado devido à direcionalidade.
 R4 deve coordenar com R1  TR4  TR1
 R1 aciona o respectivo disjuntor e a corrente IR1 é
interrompida num tempo TR1

 Situação após a abertura do disjuntor de R1
R2
R3 R4
I5 I6I7
I8
7R2 II  8R3 II 
 R4 deixa de ser sensibilizado devido à direcionalidade.
 R3 deve coordenar com R2

 Situação após a abertura do disjuntor de R1
R2
R3 R4
I5 I6I7
I8
R2R2
3
INICIALR2
TAPRTC
I
MTA


R2R2
7
FINALR2
TAPRTC
I
MTA



R3
R2
R4
R6R5
R1
R8R7
SE A
SE C
SE BLT1
LT2

 Para o sistema elétrico da figura, insira em uma tabela
todos os pares de relés/disjuntores que devem ter a sua
Unidade Temporizada coordenada, indicando o local do
defeito considerado na definição desses pares de
coordenação. Todos os relés são DIRECIONAIS de
corrente...
Pares de Coordenação Local do Defeito
R1 x R4 LT2 A-B

159
Referências para Estudo
1 – Mamede Filho, J., Mamede, D. R., Proteção de
Sistemas Elétricos de Potência – GEN-LTC. (Capítulo 3)
2 – Caminha, A. C., Introdução à Proteção dos Sistemas
Elétricos – Edgard Blücher (Capítulo 3).

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