Sistemas Elétricos de Potência: Proteção e Funcionamento de Relés

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Amauri Luengo Figueira
Sistemas Elétricos de Potência 
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Pró-Reitor de Educação a Distância
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Editoração
Produção de Materiais Didáticos
Capa
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Edição
Universidade de Uberaba
Av. Nenê Sabino, 1801 – Bairro Universitário
Catalogação elaborada pelo Setor de Referência da Biblioteca Central UNIUBE
Amauri Luengo Figueira
Introdução
Introdução à proteção 
de sistemas elétricos de 
potência: tipos, requisitos e 
princípio de funcionamento 
de relés de proteção
Capítulo
1
A proteção de sistemas elétricos de potência se dá 
principalmente através dos relés de proteção, os quais 
são dispositivos que, por meio de ações elétricas, realizam 
operações em sua estrutura, apresentando variações físicas 
em seu estado quando ocorrem variações nas condições 
do equipamento ou do sistema ao que está conectado para 
proteção.
Pode-se ainda definir relé de proteção como um dispositivo 
que é capaz de detectar falhas ou faltas elétricas nos circuitos 
elétricos de alimentação ou de equipamentos, através de 
condições indesejáveis ao funcionamento desses iniciando 
temporização ou atuando em tempo definido através de 
manobras, quando as grandezas elétricas ultrapassam 
valores preestabelecidos. 
Os relés são equipamentos normalizados e devem apresentar 
funcionamento dentro de padrões estabelecidos em normas 
brasileiras ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas 
– nas suas últimas revisões, com referência às Normas IEC 
– International Eletrotechical Comission e ANSI – American 
National Standards Institute.
10 UNIUBE
• Apresentar principais tipos de relés de proteção digital.
• Apresentar principais requisitos a serem atendidos por 
relés de proteção.
• Apresentar princípios de funcionamentos dos principais 
relés de proteção.
• Principais tipos de relés de proteção elétrica
• Principais requisitos de relés de proteção elétrica 
• Princípios de funcionamento dos principais relés de 
proteção
Objetivos
Esquema
Principais tipos de relés de proteção elétrica1.1
Os relés de proteção digital apresentam necessidade de atuação 
em função das grandezas elétricas, assim a criação de tecnologia 
de equipamentos está associada às grandezas a serem avaliadas.
Dessa forma, temos relés de tensão, de frequência, de corrente, 
entre outros, que, em função dos seus valores e associação, po-
dem ser classificados como relés de sobrecorrente direcionais ou 
não, diferenciais e de avaliação da distância de ocorrência de uma 
falta elétrica através da avaliação da impedância associada.
A avaliação da grandeza elétrica e da função de proteção a ser 
avaliada foi classificada em “funções de proteção” e atualmente 
apresenta uma classificação através da TABELA ANSI, na qual, 
para cada tipo de ação de equipamento ou de uma função, foi dado 
 UNIUBE 11
um número, como a função ANSI 52, que caracteriza equipamento 
tipo disjuntor capaz de seccionar potência elétrica de curto circuito; 
ou então funções que caracterizam atuações em função de gran-
dezas elétricas, tais como as funções 51 e 50, que apresentam 
comportamento de corrente elétrica com temporização ou não para 
atuação do equipamento de proteção; a função 67, que dá direcio-
nalidade de atuação; a função 86, que dá proteção por diferencia-
ção, e a função 21, que avalia proteção a distância em linhas de 
transmissão.
Assim, nos relés para avaliação de correntes, normalmente deno-
minados relés de sobrecorrente, temos atuação em tempo inverso 
ao crescimento da grandeza corrente elétrica, atuação de ação ins-
tantânea para as fases, e neutro do sistema elétrico ou de corrente 
à terra. Podem ser direcionais ou não, da mesma forma, podemos 
ter relés de tensão (sub e sobretensão), de frequência (sub e sobre-
frequência), de fluxo de potência, normalmente direcionais. Podem 
avaliar a impedância associada às redes elétricas avaliando assim 
a distância de ocorrência de faltas.
É importante salientar que relés de proteção de sistemas elétricos 
de potência podem se diferenciar de outros equipamentos também 
denominados relés, estes podem ser ou não de proteção, como os 
relés térmicos (associados a contatores em acionamento de moto-
res elétricos), ou ainda os relés de nível, de pressão, de tempera-
tura, entre outros, que têm funções específicas de atuação, porém 
não são avaliados como relés de proteção de sistemas elétricos 
de potência e estão mais voltados a acionamentos, automação e 
operação de sistemas elétricos.
12 UNIUBE
Figura 01 - Principais funcionalidades do relé de proteção de motores
Fonte: Rocha e Bernardes (2010) 
1.2 Principais requisitos de relés de proteção elétrica
Relés foram introduzidos em sistemas de proteção visando prin-
cipalmente à confiabilidade de proteção, seletividade entre equi-
pamentos de proteção, sensibilidade e velocidade de atuação de 
funções específicas, suportabilidade às solicitações térmicas e 
suportabilidade às solicitações dinâmicas, sempre avaliando bai-
xo custo de implantação, operação e manutenção e, inicialmente, 
eram equipamentos tipicamente eletromecânicos.
Atualmente, com a evolução da eletrônica e a introdução de equi-
pamentos digitais, além dos requisitos básicos, é desejável que 
possuam ainda:
- Breaker failure: após ser definido o tempo, em parametrização, de 
uma determinada função, envia-se um sinal a uma saída para que 
ele possa ser enviado a outro equipamento de proteção associado 
 UNIUBE 13
em rede, este, por sua vez, visa identificar a falha de atuação no 
equipamento e permitir que outro faça a função de proteção.
- Autocheck: é uma verificação própria que examina se todas as 
funções do relé estão operando de forma correta, o que dá ao relé 
digital extrema confiabilidade, uma vez que eles devem estar sem-
pre em condições de operar.
- Watchdog: dispositivo do relé com função de disparar um reset 
ao sistema em condição de erro no programa de rotina principal.
- Seletividade lógica: permite em relés digitais que os equipamen-
tos de proteção situados mais próximos do local de ocorrência da 
falta possam atuar, eliminado-a em tempo muito pequeno, variando 
entre 50 ms a 100 ms.
- Oscilografia: possibilidade de se colher eventos na memória de 
massa dos relés para transformação de dados do sistema elétrico 
em informações gráficas, possibilitando melhor visualização e aná-
lise de ocorrências.
- Quantidade de entradas e saídas digitais (E/S digitais): quanti-
dade de entradas analógicas de corrente e/ou tensão.
- Possibilidade de se conectar em rede – com protocolo de fa-
bricante ou protocolos abertos como padrões IEC existentes e de 
automação, comando, controle, medição, supervisão etc.
14 UNIUBE
Figura 02 - Evolução dos relés ao longo dos anos
Fonte: Souza (2013, p. 18)
1.3 Princípios de funcionamento dos 
principais relés de proteção
Para entender o princípio de funcionamento dos relés, principal-
mente a sobrecorrente, vamos voltar no tempo e avaliar o princípio 
de funcionamento dos antigos relés eletromecânicos. Estes dispo-
sitivos apresentavam semelhança com os medidores de energia 
elétrica, que possuem um disco de indução rotativo, discos estes 
acionados por forças mecânicas provocadas por circuitos magné-
ticos com bobinas alimentadas por corrente de carga e por uma 
tensão de referência, ou seja, mede-se energia (energia no tempo 
é potência com composição V x I).
No caso de relé a sobrecorrente, não importa a tensão de referên-
cia, mas a corrente real que circula na bobina e que traz a corrente 
que circula no circuito de alimentação a ser protegido;sendo que 
o disco somente entrará em movimento caso as forças induzidas 
 UNIUBE 15
nele pelo circuito magnético principal vença as forças das molas de 
restrição e do imã de restrição. Entrando em movimento, o disco 
provocará o fechamento do contato móvel preso ao disco a um 
contato fixo, após decorrido um determinado tempo (este a ser ava-
liado), emitirá um “TRIP”, ou seja, o fechamento de um contato NA 
para ser usado em um circuito de comando, para que este possa 
abrir um disjuntor ou um equipamento de proteção.
Figura 03 - Relé de disco de indução para análise do princípio de funcionamento
Fonte: Mardegan (2010, p. 30)
Assim, um relé de proteção à sobrecorrente não abre a grandeza 
de falta “corrente”, cabendo essa função para equipamento espe-
cífico, normalmente disjuntores de média e alta tensão que, pela 
sua robustez e câmara de abertura, extinção e arco, são capazes 
de interromper grandes potências de curto circuito, mas falta a eles 
inteligência, necessitando assim de um relé auxiliar, que são clas-
sificados de relé secundários.
16 UNIUBE
 
Figura 4a - Lei de Faraday-Lenz – regra da mão direita. 
Figura 4b - Mecanismo de formação das forças motoras do disco de indução
Fonte: Mardegan (2010, pp. 30-31)
Para circuitos magnéticos, temos
Assim:
Também,
 UNIUBE 17
A resultante das forças será dada por:
Com base nesse princípio de funcionamento, os antigos e obso-
letos relés eletromecânicos apresentavam uma unidade indepen-
dente para cada grandeza (um relé por fase, um para neutro, um 
para corrente à terra. Com a evolução e o desenvolvimento da ele-
trônica, os relés também evoluíram, surgiram então relés estáticos, 
relés numéricos digitais e hoje temos relés digitais microprocessa-
dos, que podem ser associados em redes de comunicação de pro-
teção, podendo ser equipamentos IED que atuam independentes 
ou em redes com protocolos adequados, que através de algoritmos 
e portas lógicas permitem parametrizações, adequação via IHM lo-
cal ou softwares de parametrização e programação complexa.
Considerações finais
Considerando que os relés fazem parte de um sistema de proteção 
que abrange diversos equipamentos e diversas localizações em 
um sistema elétrico simples ou complexo, eles estão inclusos em 
associações com diversos equipamentos de proteção tais como fu-
síveis e disjuntores e, para tanto, devem apresentar parametriza-
ção variável em cada utilização e devem apresentar coordenação e 
seletividade com os demais equipamentos de pleno funcionamento 
e de proteção.
18 UNIUBE
Cada relé possui uma aplicação específica e opera segundo es-
pecificações para as quais foram projetados. Veremos nos pró-
ximos capítulos as especificidades e aplicações para os princi-
pais tipos de relé, são eles: SOBRECORRENTE; DIRECIONAIS; 
DIFERENCIAIS; PROTEÇÃO A DISTÂNCIA.
Amauri Luengo Figueira
Introdução
Princípios operacionais 
de relés de sobrecorrente 
e direcionais
Capítulo
2
Neste capítulo, serão abordados aspectos referentes 
aos relés de proteção de sistemas elétricos de potência, 
equipamentos imprescindíveis para garantir integridade de 
instalações elétricas e proteção de vidas humanas e de 
animais.
Quando os relés eram de disco de indução, isto há muito tempo, 
a escolha da característica do relé era realizada junto com o 
pedido de compra, sendo essa estática e inalterável. Hoje em 
dia, os relés digitais possuem características diversas, sendo 
que a parametrização (inserção de grandezas aferidas, por 
exemplo) é que definirá a propriedade deles. Alterando-se 
parâmetros no relé, podemos mudar sua função.
A característica dos relés de sobrecorrente é representada 
pelas suas curvas tempo versus corrente. Essas curvas 
variam em função do tipo do relé (disco de indução, estático, 
digital), as quais vamos analisar com detalhes a seguir.
• Dimensionar e especificar relés de sobrecorrente e 
diferencial.
• Determinar as parametrizações de funcionamento 
desses relés.
• Avaliar a eficiência e a eficácia da proposição de 
parametrização desses relés.
• Avaliar principais grandezas elétricas envolvidas.
• Modular apresentação de estudos de proteção.
• Princípios de Funcionamento
• Relés de Sobrecorrente
• Relés Direcionais
• Especificações e Parametrização
Objetivos
Esquema
Principais tipos de relés de proteção elétrica2.1
As normas vigentes da ABNT e as referências utilizadas IEC e ANSI 
especificam que os relés devem apresentar funcionamento de tem-
porização que precisam obedecer a curvas de funções específicas 
e padronizadas, ou seja, a velocidade de movimento do disco de 
indução de um relé eletromecânico, até o encontro dos contatos 
móvel e fixo para a efetivação do trip de atuação, ou trip no contato 
digital de saída de um relé microprocessado, deve apresentar uma 
temporização parametrizável que possa ser avaliada dentro de pa-
drões preestabelecidos e reconhecidos pela comunidade técnica 
internacional. Para chegarmos nos padrões, temos as chamadas 
curvas padrões.
 UNIUBE 21
Assim, são estabelecidas algumas curvas padrões, nesse senti-
do, todos os fabricantes devem produzir essa tecnologia que ga-
ranta acesso e funcionamento conforme essas curvas, tendo sido 
estabelecidas algumas curvas normalizadas de tempo inverso ao 
aumento da corrente: curva normal inversa, curva muito inversa e 
curva extremamente inversa (entre outras), além da possibilidade 
de se definir um tempo fixo para atuação do relé a partir de uma 
determinada corrente (tempo definido).
Figura 05 - Curvas de atuação de relé sobrecorrente – padrão
Fonte: Mardegan (2010, p. 34)
Além do tempo de atuação em função da curva adotada, que de-
penderá agora apenas da corrente vista pelo relé, e considerando 
que a função do relé é permitir pleno funcionamento de uma ins-
talação e alguma sobrecarga, bem como prever o crescimento na-
tural da carga (o bom funcionamento de uma instalação não deve 
22 UNIUBE
ser interrompido, pois sua finalidade é produzir algum trabalho ou 
algum conforto), o início da temporização, que se denomina cor-
rente de pickup (partida ou início da curva de temporização), tam-
bém deve ser determinado e informado na parametrização do relé. 
Dessa forma, qualquer corrente abaixo desse valor, ou seja, abaixo 
do valor da corrente vista pelo relé, não deve permitir o início da 
temporização ou ação por tempo definido, permitindo assim que as 
instalações cumpram sua função, que é atender cargas elétricas 
com bom funcionamento.
Como um relé deve atender uma enorme gama de possibilidade 
de parametrização para que essas curvas possam expressar a 
condição específica de uma determinada instalação elétrica com 
características individuais, ou seja, as grandezas elétricas a serem 
avaliadas são específicas ao dimensionamento da instalação para 
determinado uso de cargas e determinado ponto de conexão ao 
sistema elétrico, esse relé deverá apresentar uma grande gama de 
curvas que possam ser parametrizadas.
Assim, os relés atuais, microprocessados, que possuem famílias 
de curvas e são dependentes de especificação de parâmetros es-
pecíficos, são chamados de “famílias de curvas” e apresentam di-
ferenciação para as normas IEC e ANSI, sendo:
- Normas IEC:
Para cada uma das curvas padronizadas, existe uma equação que 
relaciona t x I, em que:
- t = é o tempo e atuação de trip do relé de sobrecorrente;
- I = corrente real de atuação que circula no relé.
 UNIUBE 23
Para que se tenha uma família de curva, para cada tipo de curva 
(inversa, muito inversa ou extremamente inversa), deve-se especi-
ficar um valor de DT = Dial de tempo.
Assim, para uma determinada característica de circuito elétrico a 
ser protegido, podemos escolher apenas uma curva de atuação do 
relé, adotando-se um tipo de curva e um dial de tempo, definindo 
apenas uma curva da família disponível.
Figura 06: Famílias de curvas de atuação de relé sobrecorrente – padrão IEC
Fonte: Mardegan (2010, p. 34)
 
- Normas ANSI:
Da mesma forma, para cadauma das curvas, existe uma equação 
que relaciona t x I, porém com características específicas, de modo 
que, quando da parametrização, devem-se informar ao relé qual 
dos padrões será adotado, IEC ou ANSI, além do tipo de curva e o 
valor utilizado.
Pela norma ANSI, o tempo de atuação do relé também dependerá 
do tipo de curva, que será dado pela relação:
24 UNIUBE
Tabela 01: Temporização de curvas de atuação de relé sobrecorrente – padrão ANSI
Constantes das Curvas ANSI
A B C D E
Extremamente Inversa 0.0399 0.2294 0.5000 3.0094 0.7222
Muito Inversa 0.0615 0.7989 0.3400 -0.2840 4.0505
Normalmente Inversa 0.0274 2.2614 0.3000 -4.1899 9.1272
Moderadamente Inversa 0.1735 0.6791 0.8000 -0.0800 0.1271
Fonte: adaptado de Mardegan (2010) 
Assim, temos as seguintes equações curvas padronizadas pela 
norma ANSI:
Moderadamente Inversa 
Muito Inversa 
Extremamente Inversa 
Um vez escolhida a curva de atuação t x I, o relé ficará dependente 
apenas da corrente elétrica a ser avaliada.
O relé não é de ação direta, pois nesse caso teríamos circuitos elétri-
cos internos ao relé, os quais teriam que suportar altas correntes (da 
ordem de dezenas de KA) com necessidade de dissipação térmica 
 UNIUBE 25
e suportabilidade dinâmica a essas correntes, inviabilizando tecnica-
mente e limitando a eletrônica parametrizável. Dessa forma, os relés 
são de ação indireta, ou seja, relés denominados secundários, em 
que a corrente real do circuito elétrico a ser avaliada deve ser infor-
mada ao relé indiretamente através de “transformadores de corren-
te”, aos quais vão executar a relação de transformação em questão.
Esses equipamentos são transformadores eletromagnéticos de 
uma corrente primária dada pela corrente real que circula no circui-
to elétrico a ser protegido e que não deve saturar o sistema eletro-
magnético do equipamento, e uma corrente secundária de 1 A ou 
de 5 A, ou seja, a corrente primária variando até a corrente nominal 
do equipamento, apresentará em sua secundária correntes de 0 a 
1 A ou de 0 a 5 A.
A seguir, temos um exemplo de um TC e 200/5A, no qual está circu-
lando uma corrente de 100 A, a qual, passando pelo relé, demons-
trará o valor da corrente elétrica que passa pelo mesmo, indicado 
com a função ANSI 50/51 – relé de função de ação instantânea tipo 
50 e ação temporizada t x I tipo 51.
Figura 07 - TC com indicação de passagem de corrente
Fonte: Mardegan (2010, p. 33)
26 UNIUBE
Assim, através de uma relação de transformação RTC = Ip / Ts (Ip 
– corrente primária e Ts – corrente secundária), pode-se obter, com 
uma margem de erro, a corrente real no relé proporcional à corren-
te primária real do circuito elétrico. No exemplo, RTC = 200/5 = 40. 
Dessa forma, quando circular 100A no primário, teremos uma cor-
rente de 100/40 = 2,5 A no relé (podemos ter um erro para proteção 
de até 10% a ser considerado).
Para que se possa avaliar, proteger, coordenar e efetivar seleti-
vidade entre equipamentos de proteção e, considerando que as 
principais faltas em sistemas elétricos, além de sobrecorrente de 
sobrecargas de uso do sistema elétrico em funcionamento, ou va-
riações das grandezas elétricas associadas, variações estas vincu-
ladas à qualidade do fornecimento de energia (afundamentos e e 
elevações de tensões, variações na corrente da carga em função 
da variação da tensão e sobrecargas de usos etc.) deve-se avaliar 
as correntes são provadas por curto circuitos que possam ocorrer, 
onde em sistemas elétricos tem-se:
• Faltas trifásicas (5% de incidência), mais severo, maior cor-
rente de curto.
• Faltas fase-terra (75% dos casos).
• Faltas fase-fase (10% dos casos), ionização do ar entre fases.
• Faltas fase-fase-terra (75% dos casos), a mais comum.
Como as correntes de curto circuito podem ocorrer individualmente 
em cada uma das fases R, S, T e no Neutro, ou em associação 
entre essas, o relé deve se sensibilizar com qualquer composição 
dessas correntes. Assim, usualmente, têm-se vários TCs implan-
tados nas fases, utilizando-os também para avaliação de faltas no 
neutro, conforme o esquema de ligação a seguir:
 UNIUBE 27
Figura 08 - Implantação de TCs nas fases 
Fonte: Eletropaulo (2004)
Figura 09: Exemplo de aplicação de instalação de relé de 
sobrecorrente e circuito de comando funcional
Fonte: Pextron (s/d)
28 UNIUBE
Figura 10 - Exemplo de aplicação de instalação de relé de sobrecorrente 
- coordenograma com associação de diversas proteções - Curvas de fase 
(50/51) de todos os equipamentos de proteção da SE Morungaba 
Fonte: adaptado de Gentile et al. (2013) 
2.5 Relés de proteção direcionais
Na proteção direcional, os relés são habilitados para atuarem em 
grandezas elétricas somente em um sentido pré-ajustado (sentido 
de atuação do relé) e, caso ocorra em sentido contrário, a atuação 
é bloqueada, ficando o relé inativo.
Os relés direcionais são caracterizados pela necessidade de po-
larização por 02 (duas) grandezas elétricas associadas para me-
lhor efetuar as forças sobre o disco de indução, proporcionando um 
 UNIUBE 29
melhor entendimento de seu funcionamento, bem como do funcio-
namento de relés microprocessados.
Figura 11a: Esquemático 
de corrente de atuação 
(relé corrente-corrente)
Figura 11b: Esquemático corrente de 
atuação (relé tensão-corrente)
Fonte: Miguel (2011) 
 
Essas grandezas de atuação e polarização podem ser corrente/
corrente, tensão/tensão e corrente/tensão (mais utilizados), e sua 
composição apresenta forças de acionamento que dependem das 
grandezas de acionamento de polarização e de defasagem, sendo 
dada por:
Em que:
H – média da sensibilidade de relé;
E1 e E2 – grandezas (duas correntes, duas tensões ou tensão e 
corrente);
 – ângulo entre as grandezas de referência;
30 UNIUBE
 – ângulo de sensibilidade máxima (máximo torque);
α – ângulo característico de região de direcionalidade em relação à 
grandeza de polarização.
Figura 12 - Visão geral direcional
Fonte: Miguel (2011)
Obtendo-se a grandeza elétrica na qual queremos ter proteção e 
atuação, por exemplo, Iop, polarizando-se corretamente a referên-
cia, por exemplo, Ipol, avaliando-se a configuração dessa polariza-
ção em posição adequada em relação a Iop (ver figuras 13, 14, 15 
e 16), fornecendo-se ao relé o ângulo α (alfa), com o qual o relé 
automaticamente adotará uma reta de separação das regiões de 
atuação e de não atuação, automaticamente será adotada uma re-
gião perpendicular a essa reta de sensibilidade, na qual teremos o 
maior torque de atuação do relé direcional eletromecânico, sendo 
que devemos posicionar a grandeza elétrica a operar, por exemplo, 
Iop, nessa região de maior torque.
Adequação de polarização por tensão: as conexões mais usuais 
são 90º, 60º, 30º e 0º.
 UNIUBE 31
Figura 13 - Conexão 0º
Fonte: Figueira (2011)
Figura 14 - Conexão 30º
Fonte: Figueira (2011)
Figura 15 - Conexão 60º
Fonte: Figueira (2011)
32 UNIUBE
Figura 16 - Conexão 90º
Fonte: Figueira (2011)
Considerações finais
Vimos neste capítulo relés com características de sobrecorrente e 
direcionais.
Existem três tipos de relés direcionais, cujo emprego depende da 
grandeza elétrica que se quer controlar:
• relé direcional de sobrecorrente de fase e de terra;
• relé direcional de sobrecorrente de terra;
• relé direcional de potência.
Essas características serão abordadas nos próximos capítulos, nos 
quais também estudaremos relés com outras características.
Profissionais qualificados em Proteção de Sistemas Elétricos vêm 
sendo bastante requisitados no mercado de energia elétrica, sendo 
assim, o domínio do assunto se dá de forma setorial, nessa pers-
pectiva, abrangem-se desde os sistemas elétricos em instalações 
residenciais até em sistemas industriais complexos, bem como em 
sistemas de distribuição, transmissão e geração de energia elétrica.
Amauri Luengo Figueira
Introdução
Princípios operacionais 
de relés direcional de 
sobrecorrente, direcional 
de potência, diferencial ea distância
Capítulo
3
Continuaremos a estudar os relés direcionais nesta unidade, 
analisando aqueles com características de sobrecorrente e de 
potência. As muitas possibilidades dos sistemas de proteção 
permitem que haja uma gama de características de relés, assim, 
abordam-se neste livro as principais formas de atuação, sendo 
que um estudo chamado de seletividade é que definirá, de acordo 
com uma série de variáveis, quais as proteções que um sistema 
de potência deverá possuir.
Neste capítulo, ainda analisaremos os relés de proteção:
• Diferencial.
• A Distância.
O relé de Proteção Diferencial atua principalmente sobre 
transformadores de potência, sendo que a atuação do disjuntor 
de forma indesejada pode estar relacionada a correntes de 
magnetização transitória do transformador, ângulos defasados, 
diferenças de corrente em função dos erros oriundos dos 
transformadores de corrente, diferenças de correntes no circuito de 
conexão do relé em função dos tapes do transformador de potência.
O relé de proteção a distância atua sobre linhas de transmissão 
e possuem esse nome por utilizarem um princípio que leva em 
• Dimensionar e especificar relés de proteção direcional 
de sobrecorrente, direcional de potência, diferencial e a 
distância.
• Determinar as parametrizações de funcionamento 
desses relés.
• Avaliar a eficiência e a eficácia da proposição de 
parametrização desses relés.
• Avaliar principais grandezas elétricas envolvidas.
• Modular apresentação de estudos de proteção.
• Princípios de Funcionamento de relés de proteção
- direcional sobrecorrente
- direcional de potência
- diferencial
- à distância
• Especificações e Parametrização
Objetivos
Esquema
consideração a distância entre o local de instalação do relé até o 
local de defeito na linha, sendo que impedância (Z) é proporcional a 
essa distância. Outros relés também se baseiam nesse princípio: relé 
de impedância (OHM), relé de reatância, relé de admitância (MHO).
 UNIUBE 35
Relés de proteção direcionais de 
sobrecorrente - função ansi 673.1
São relés normalmente polarizados por tensão, nas configurações 
de conexão 0º, 30º. 60º ou 90º, que internamente apresentam ele-
mento a ser habilitado na parametrização de atuação função ANSI 
67 em série com elemento de atuação função ANSI 50/51, dando 
assim uma direcionalidade ao um relé comum de sobrecorrente.
As formas de ligações dos TCs de alimentação das correntes elé-
tricas a serem avaliadas seguem como em um relé comum, igual-
mente a escolha da curva de atuação em uma família de curvas 
pelas normas IEC ou ANSI e demais parametrizações também 
são as mesmas de um relé de sobrecorrente, e a direcionalidade 
é dada pela habilitação da função ANSI 67 e a polarização corre-
ta da tensão de referência conforme conexões de polarização dos 
TPs (Transformadores de Potencial ou Tensão) combinadas com 
base na tabela a seguir e, na parametrização, há a necessidade da 
indicação do ângulo Ʈ ( ou α ) – ângulo de sensibilidade máxima 
(máximo torque) em relação à grandeza de polarização.
Tabela 02: Combinação de tensão de polarização de relés direcionais
Fase Sinal Conexão 30º Conexão 60º Conexão 90º
A Atuação IA IA IA
Polarização VAC VAC + VBC VBC
B Atuação IB IB IB
Polarização VBA VBA + VCA VCA
C Atuação IC IC IC
Polarização VCB VCB + VAB VAB
Fonte: o autor
36 UNIUBE
Como o relé normalmente faz parte de sistemas trifásicos e sujei-
tos a faltas de curto circuito, deve-se avaliar vetorialmente todas 
as faltas possíveis em relação à referência adotada. Na figura a 
seguir, temos a avaliação das correntes de curto trifásica de faltas 
entre fase e terra para a fase 01 com polarização de tensão 90º, ou 
seja, tensão entre as fases 02 e 03 (V23).
Figura 15 - Visão de ações de atuação de relé dire-
cional da fase 01 com polarização 90º
Fonte: Natal (2000)
 UNIUBE 37
Figura 16 - Visão de TCs de corrente de atuação, TPs de polarização e elementos 
de atuação direcionais e de sobrecorrente de um relé funções ANSI 67 e 50/51
Fonte: Natal (2000)
 
3.2 Relés de proteção direcionais de 
potência - função ansi 32
O relé direcional de potência visa reconhecer e atuar com direcio-
nalidade no sentido do fluxo de potência elétrica do sistema num 
determinado momento.
Normalmente são empregados em instalações elétricas com uni-
dades geradoras, visando impedir que o fluxo de potência flua em 
sentido não desejado. O relé é parametrizado para atuar se esse 
fluxo de potência continuar por um período de tempo além do valor 
definido e acima de uma porcentagem da potência nominal de fluxo 
38 UNIUBE
direto (que deve fluir normalmente e sem restrições), atuando em 
contato de Trip, para fazer operar o disjuntor de proteção principal.
Visam bloquear motorização de geradores e evitar fluxo de potência 
que alimente faltas em sistemas elétricos que não estão previstos 
para terem essa nova fonte de energia, por exemplo, em sistemas 
de geração própria com possibilidade de transferência em rampa 
durante alguns segundos, como é o grande número de gerações 
em horário de ponta de consumo de energia elétrica.
 Figura 17 - a) Ligação do relé com o sistema
Figura 17 - b) Diagrama de ligação 
Esquemas básicos de relés direcionais de potência
Fonte: Natal (2000)
 
A proteção de potência direcional em sentido reverso é calculada 
pelo relé, que após o fornecimento da potência nominal de gera-
ção em avaliação, da tensão de operação e da sequência de fa-
ses (normalmente sequência positiva), calcula a potência ativa das 
 UNIUBE 39
componentes simétricas positivas de tensões e correntes e deter-
mina a da potência reversa sem considerar assimetrias de corrente 
e de tensão.
Uma vez informadas as características nominais, basta habilitar 
a função de potência reversa (função ANSI 67), normalmente em 
10% da potência nominal, e os tempos de atuação, por exemplo, 
0,5 seg, sendo que a correta ligação dos TCs e TPs (ver indicação 
de polarização dos equipamentos – ponto de marcação que acom-
panha o equipamento) dará o sentido de fluxo direto.
Figura 18 - Polarização de TC e TPs
Fonte: Natal (2000)
 
3.3 Relés de proteção diferencial – função ansi 87
Os relés de proteção diferencial visam atuar para controle de fal-
tas internas de equipamentos, barramentos ou parte de sistemas 
elétricos que se quer proteger dentro de uma área delimitada por 
transformadores de correntes.
40 UNIUBE
Figura 19 - Esquemático de proteção diferencial de equipamentos
Fonte: Natal (2000)
 
A diferencial é dada pela corrente no elemento R ou RC, calculada 
pela diferença entre as correntes que circulam nos TCs de ambos 
os lados do equipamento a ser protegido.
A condição de atuação do relé é: deve ter as correntes i1 – i2 que 
apresentam a mesma magnitude, sendo que a corrente diferencial 
de atuação id será dada por id = i1 – i2 quando ultrapassar determi-
nado valor predeterminado, sendo nula em condições normais de 
operação. Fora da região delimitada pelo TCs, não são sensibili-
zadas pelo relé diferencial e devem ser protegidas por associação 
com outros relés.
 UNIUBE 41
Figura 20 - Proteção diferenciada no elemento de atuação R
Fonte: Natal (2000)
 
O relé diferencial pode apresentar o elemento diferencial com es-
quema percentual, apresentando circuitos de restrição (ou reten-
ção) e circuitos de operação (ou atuação), as bobinas de retenção 
ou de “restrição” serão percorridas por uma média das correntes 
passantes.
Figura 21 - Proteção diferenciada percentual O (operação) com restrições R
Fonte: Natal (2000)
42 UNIUBE
O relé proteção diferencial percentual deve avaliar ainda possíveis 
erros de transformação dos TCs, erros das funções construtivas, 
correntes sequenciais de componentes simétricas e outras varian-
tes que podem fazer com que o relé atue indevidamente.
Para mitigar esses erros, adota-se um valor de corrente de pickup 
de atuação Ipu visando a não atuação a pequenas correntes e de er-
ros de transformação.Na ocorrência de variantes, como saturação 
dos TCs, faltas externas, sobre-excitação etc., pode ser necessário 
deslocamento do patamar para evitar operação indevida.
Para determinação da faixa de atuação/não atuação um fator “K” 
para determinar a inclinação (declividade) da curva de operação, 
utilizamos a seguinte fórmula.
 UNIUBE 43
Figura 22 - Visão de ações de atuação e bloqueio de relés diferenciais
Fonte: Natal (2000)
A definição da declividade determina qual o ajuste percentual do 
relé, ou seja, o nível de corrente no qual o relé irá atuar através 
de porcentagem da corrente na bobina de operação para vencer 
o conjugado resistente das restrições (mecânicas e magnéticas). 
44 UNIUBE
Essas inclinações são dadas em porcentagens, com valores que 
variam de 15% a 50%, sendo adotado normalmente 10%, 20% e 
40% de modo que, quanto menor essa porcentagem, mais sensível 
será o relé, pois será maior área de atuação (trip). 
Figura 23 - Operação diferencial e ajustes percentuais de declividade
Fonte: Natal (2000)
 
Os relés direcionais permitem mais de um ajuste de declividade, 
normalmente são utilizados dois numa mesma parametrização, 
em que se adota a porcentagem de menores correntes, com maior 
sensibilidade, sendo a porcentagem maior usada para altas corren-
tes, adotando assim menor sensibilidade.
Outra condição típica a ser evitada em acionamento indevido é a ocor-
rência de corrente e magnetização, devendo o relé distinguir de cor-
rente de falta, sendo que os relés microprocessados permitem habilitar 
 UNIUBE 45
funções específicas de bloqueio, isso ocorre por reconhecimento da 
forma das correntes de magnetização, que são ricas correntes de har-
mônicas de 2ª ordem, que podem normalmente ultrapassar 16% da 
corrente fundamental de 60 Hz, podendo atingir até 70%
A bobina de restrição normalmente apresenta porcentagem à cor-
rente harmônica, sendo da ordem de 25% para 2ª harmônica, vi-
sando bloquear atuação de energização; de 23% para 3ª harmô-
nica; de 22% para 5ª harmônica, visando bloquear atuações de 
sobre-excitação do transformador a cargas capacitivas; de 21% 
para 7ª harmônica.
Tabela 03: Conteúdo harmônico das correntes de energização 
Fonte: INEPAR (PIOVESAN, 1997)
Tabela 04: Conteúdo das harmônicas da corrente de excitação durante a sobre-excita-
ção do banco de transformadores 
Fonte: Guzmán et al. (2001)
46 UNIUBE
Em função do defasamento angular entre os enrolamentos primário 
e secundário dos transformadores e da relação de transformado 
(dada pelos números de espiras), deve-se avaliar não só a relação 
de transformação dos TCs (a RTC), mas também a forma de liga-
ção dos mesmos, considerando que, para o elemento diferencial 
percentual, as correntes devem ter valor de mesma ordem de gran-
deza em funcionamento normal. Os TCs devem apresentar ligação 
em delta quando os enrolamentos dos transformadores estiverem 
em estrela e em estrela quando os transformadores apresentarem 
ligação em delta.
Figura 24 - Ligações de TCs em função de liga-
ção dos enrolamentos de transformadores
Fonte: Natal (2000)
3.4 Relés de proteção a distância – função ansi 21
O relé de proteção a distância, bastante utilizado em proteção de 
linhas de transmissão, relaciona a corrente elétrica que circula pelo 
relé com a tensão no ponto de instalação, resultando em uma impe-
dância. Como a impedância de linhas de transmissão está associa-
da ao seu comprimento, ou seja, a distância, resulta a convenção 
 UNIUBE 47
dada a esse tipo de proteção, visando determinar a corrente que 
circula no relé pelo ponto de falta “F” distante “d” do relé.
Figura 25 - Proteção função 21 – a distância
Fonte: Natal (2000)
 
Normalmente,são classificados em três tipos:
• Impedâncias
• MHO ou admitância
• Reatância
Para que haja a composição de tensão e corrente, o relé deve apre-
sentar sinal de corrente proporcional à potência transmitida sem 
atuar, e atuar em correntes de falta e ser polarizado (por tensão).
Figura 26 - Proteção a distância: corrente de atuação e polarização
Fonte: Natal (2000)
48 UNIUBE
Considerações Finais
Percebe-se que os relés devem apresentar uma gama de parame-
trização possível para se adaptarem às características específicas 
das condições de implantação local do equipamento.
Essa gama de variações e avaliação específica com necessidade 
de eficiência e eficácia de atuação de equipamentos de proteção é 
que carece de profissionais qualificados e capazes de propor solu-
ções adequadas e que atendam a demanda do mercado de ener-
gia elétrica.
Como citado por Cláudio Mardegan, na Revista O Setor Elétrico:
O objetivo maior de um estudo de seletividade é determinar os 
ajustes dos dispositivos de proteção, de forma que, na ocorrên-
cia de um curto-circuito, opere apenas o dispositivo mais próximo 
da falta, isolando a menor porção do sistema elétrico, no menor 
tempo possível e ainda protegendo os equipamentos e o sistema 
(MARDEGAN, s.d., p. 30).
Perceba o quão importante é para um profissional da área de sis-
temas de potência compreender e entender adequadamente todos 
dispositivos dos sistemas de proteção. Este estudo, no âmbito da 
graduação, pretende oferecer ao graduando informações relevan-
tes, as quais poderão ser aprimoradas com cursos específicos em 
empresas ou através dos diversos cursos de pós-graduação em 
sistemas de proteção existentes no Brasil e no mundo.
Amauri Luengo Figueira
Introdução
Princípios operacionais 
de relés de impedância, 
a distância tipo mho e à 
reatância
Capítulo
4
Como estudamos anteriormente, os relés de proteção com 
as características de atuação por impedância (OHM), de 
reatância e de admitância (MHO) baseiam-se no princípio da 
distância do ponto de defeito na Linha de Transmissão, e 
esses serão alvo de nossa análise neste capítulo.
É de fundamental importância enfatizarmos as características 
físicas de todos esses tipos de relés, tornando compreensíveis 
o conhecimento delas no que diz respeito às faixas de 
ajustes e ao conhecimento de curvas e grandezas nominais 
envolvidas.
O relé de impedância é um tipo de relé de sobrecorrente, 
com restrição à tensão. Já o relé de admitância é um relé 
direcional, com restrição de tensão. Finalizamos o estudo dos 
relés com o relé de reatância, tipo de relé de sobrecorrente 
com restrição direcional.
De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas 
(ABNT), definimos relé como sendo um dispositivo por meio 
do qual um equipamento elétrico é operado quando se 
produzem variações nas condições deste ou do circuito ao 
qual ele está ligado, ou em outro equipamento ou circuito a 
ele associado.
• Dimensionar e especificar relés de proteção de 
impedância (OHM), de reatância e de admitância 
(MHO).
• Determinar as parametrizações de funcionamento 
desses relés.
• Avaliar a eficiência e a eficácia da proposição de 
parametrização desses relés.
• Avaliar as principais grandezas elétricas envolvidas.
• Modular a apresentação de estudos de proteção.
• Princípios de funcionamento de relés de proteção
- impedância (OHM)
- reatância
- admitância (MHO)
• Especificações e parametrização
Objetivos
Esquema
A aplicabilidade de todos os relés acima mencionados é a 
detecção, nas linhas de transmissão ou aparelhos faltosos, 
de condições indesejáveis do sistema e consequente início de 
manobras convenientes de chaveamento ou, quando dessa 
impossibilidade, envio dos respectivos avisos adequados.
 UNIUBE 51
Relés de impedância4.1
Características dos relés de impedância.
Figura 27 - Características de atuação
Fonte: Sena (2011)
Como as linhas de transmissão têm comprimento finito, os relés 
devem apresentar valores de impedância limitados ao comprimen-
to das mesmas. Dessa forma, a atuação do relé deve estar limitada 
a uma área de atuação e de não atuação, sendo a atuação dada 
por um círculo de impedância complexa (R +jX) com origem no 
início da linha.
52 UNIUBE
(FRONTEIRA): Região 
de não operação.(DENTRO DO CÍRCULO): 
Região de operação. 
(FORA DO CÍRCULO): 
Região de não operação.
Figura 28 - Área de atuação e restrição
Fonte: Sena (2011)
 
As características do relé de impedância são representadas em um 
plano R-X, haja vista que medem impedâncias, permitindo assim 
ajustes em função da distância “d” de seu alcance ou do que é de-
finido como zonas de atuação.
Localização de X, no plano R-X, de acordo com o fluxo de potência 
que circula na linha:
Figura 29 – Visualização de quadrantes de fluxo de potência operacional
Fonte: Sena (2011)
 UNIUBE 53
Os relés permitem ainda parametrização em mais de uma zona de 
atuação:
Figura 30 – Zonas de atuação parametrizáveis
Fonte: Sena (2011)
Observando-se as zonas de atuação, conclui-se que, nessa condi-
ção, o relé é tipicamente não direcional, pois pode atuar em qual-
quer sentido de fluxo de potência (ou de corrente), assim, um relé 
instalado no início de uma linha pode enxergar impedâncias asso-
ciadas antes das linhas. Para operação seletiva, há a necessidade 
de se incorporar elemento direcional ao elemento de atuação por 
impedância.
54 UNIUBE
Figura 31 - Direcionalidade aplicada a relés a distância por impedância
Fonte: Sena (2011)
Como o sistema elétrico de potência apresenta subestações ali-
mentadas por linhas de transmissão, e o sistema quanto mais in-
terligado mais robusto e redundante fica, e considerando ainda que 
sistemas de proteção apresentam zonas de proteção principal e de 
retaguarda, podendo um mesmo equipamento de proteção atuar 
de forma integrada, coordenada e seletiva, em proteção a distân-
cia, usam-se as áreas de atuação com essa função.
Figura 32 - Zonas de atuação com visão em rela-
ção ao comprimento das linhas de transmissão
Fonte: Sena (2011)
 UNIUBE 55
Cada área de atuação apresenta uma temporização para permitir 
que outros equipamentos de proteção (que também podem ser re-
lés a distância) atuem como proteção principal, ficando a tempori-
zação para permitir proteção de retaguarda.
Tabela 05: Temporização aplicada a relés a distância
Zona Tempo (s)
1ª Inst.
2ª 0,15 a 0,5
3ª 0,40 a 1,0
Fonte: Sena (2011)
Para permitir essa seletividade e coordenação, a abrangência das 
áreas de proteção são proporcionais aos comprimentos das linhas 
nos trechos, por exemplo, AB, BC e CD.
Tabela 06: Porcentagem de comprimentos de linhas de transmissão aplicadas às zonas 
de atuação
Zona Alcance
1ª 80% a 90% de AB
2ª AB + (20% a 75% de BC)
3ª AB + BC + CD
Fonte: Sena (2011)
56 UNIUBE
Na localização da falta, conhecendo as impedâncias dadas pelos 
comprimentos de cada linha, considerando que linhas são conec-
tadas a duas subestações, deve-se considerar a possibilidade de 
ambas subestações alimentarem a falta no ponto F pelas correntes 
I e I’. A impedância de localização de falta no ponto F é dada por:
Figura 33 - Determinação da impedância de localização de falta no ponto F
Fonte: Sena (2011)
 
Avaliando a equação, na caracterização da falta no ponto F, po-
demos ter as condições limites de Rf – resistência de conexão do 
ponto de falta F à terra – iguais a zero (curto-circuito sólido sem 
impedância de contato), ou temos a corrente I’ = 0 ou, I’ assume 
qualquer valor, em que temos:
 UNIUBE 57
Figura 34 - Influência na impedância em função do ponto de falta F
Fonte: Sena (2011)
E em operação normal, ou seja, quando fluir a potência nominal de 
transporte da linha, na qual a proteção não deve atuar, temos:
• tensão de operação = tensão entre fases
• Potência = de 0 até S nominal máxima
• Fator de potência: variando de indutivo a capacitivo
Figura 35 – Impedância de não operação em função de fun-
cionamento normal da linha de transmissão
Fonte: Sena (2011)
 
58 UNIUBE
Dessa forma, deve-se informar ao relé a impedância de não opera-
ção e em função dos tipos falta comum em SEP – Sistemas Elétrico 
de Potência; falta trifásica, bifásicas, bifásicas com contato de terra 
e monofásica à terra, avaliando o valor dessas correntes de falta, 
normalmente com o uso da teoria de componentes simétricas, ob-
têm-se os valores de impedâncias associadas.
- Faltas Fase à terra: são necessárias parametrização de três uni-
dades de faltas para cada fase para possibilidades de faltas entre 
as fases AT, BT e CT.
Figura 36 - Composição dos diagramas sequenciais para 
avaliação de corrente de falta fase à terra
Fonte: Sena (2011)
 UNIUBE 59
- Faltas Fase a Fase: são necessárias parametrização de três uni-
dades de faltas para cada fase para possibilidade de faltas entre as 
fases AB, BC e CA.
Figura 37 - Composição dos diagramas sequenciais para 
avaliação de corrente de falta fase a fase
Fonte: Sena (2011)
60 UNIUBE
- Faltas Fase-Fase à terra: 
Figura 38 - Composição dos diagramas sequenciais para ava-
liação de corrente de falta fase-fase à terra
Fonte: Sena (2011)
Uma falta dupla fase à terra é vista pela unidade de proteção como 
uma falta de fase, sendo assim, é de se esperar que as unidades 
de falta de terra também enxerguem essa falta. Dessa forma, não 
é necessário mais nenhum tipo adicional de unidade de falta para 
as faltas do tipo fase-fase-terra.
- Faltas Trifásicas: considerando a independência dos diagramas 
sequenciais, nas quais somente temos sequência positiva:
Figura 39 - Composição dos diagramas sequen-
ciais para avaliação de corrente de falta trifásica
Fonte: Sena (2011)
 UNIUBE 61
As unidades de proteção fase a fase e de fase à terra enxergam 
faltas trifásicas (com ou sem terra). Dessa forma, as seis unidades 
antes descritas, três de fase e três de terra, são suficientes para 
enxergar todos os onze tipos de faltas possíveis.
 
4.2 Relés de distância tipo MHO
A representação da característica de atuação desse relé, também 
em plano R-X, considerando-se admitância e não impedância, é 
dada por:
Figura 40 - Visualização de proteção a distância por relé MHO
Fonte: Sena (2011)
A característica é direcional, pois parte do início da linha e, da mes-
ma forma que o relé de impedância, apresenta zonas de atuação:
62 UNIUBE
Figura 41 - Zonas de proteção a distância por relé MHO
Fonte: Sena (2011)
A sensibilidade desses relés é dada pelo ângulo característico, 
sendo que se representa sobre essa linha de máxima sensibilidade 
(reta) a impedância da linha avaliada da mesma forma, conforme 
processo avaliado em relé por impedância.
4.3 Relés de distância à reatância
Neste relé, a representação da característica de atuação no plano 
R-X, é uma reta traçada paralelamente ao eixo de resistência
 UNIUBE 63
Figura 42 - Visualização de proteção a distância por relé a reatância
Fonte: Sena (2011)
Assim como o relé de impedância necessita de uma unidade di-
recional a ser habilitada, também apresenta zonas de atuação e 
apresenta reta de máxima sensibilidade, sobre as quais deve-se 
estudar as impedâncias da linha.
Figura 43 - Sensibilidade de proteção a distância por relé à reatância
Fonte: Sena (2011)
64 UNIUBE
Com o advento dos relés microprocessados, os relés apresentam 
composições de atuação, apresentando regiões de operação e não 
atuação dada por áreas formadas por losango, retângulo, trapézio etc.
Figura 44 - Regiões de atuação parametrizáveis em relés microprocessados
Fonte: Sena (2011)
Assim, nos relés a distância microprocessados, utilizam-se as com-
posições de direcionalidade impedância, reatância e admitância, 
otimizando-se o máximo a parametrização, visando à melhor per-
formance da proteção.
 UNIUBE 65
Considerações finais
Pela análise dos assuntos neste capítulo elencados, verificamos o 
alto grau de complexidade quando tratamos de assuntos referentes 
aos relés de proteção com as características de atuação por impe-
dância (OHM), reatância e admitância (MHO).
O conhecimento de todos os seus princípios de funcionamento, 
de critérios de funcionamento de grandezas elétricas, curvas de 
atuação e consequentes parametrizações nos remete a profissio-
nais extremamentequalificados para o seu dimensionamento, bem 
como seu manuseio.
Esses relés são disponibilizados nas linhas de transmissão e inte-
ragem como dispositivos de segurança. Portanto, o perfeito conhe-
cimento de seus parâmetros de funcionamento é essencial para 
que o sistema elétrico de potência funcione adequadamente, tendo 
características de segurança e parâmetros de controle ativados e 
monitorados por tais relés.