10 - PROTEÇÃO DIRECIONAL (1)

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Proteção Direcional 
 
 
 
Objetivos
Compreender o conceito básico de proteção direcional (Cn);
Compreender o funcionamento de um relé direcional (Cn);
Identificar os tipos de dispositivos que permitem a proteção direcional (Cn);
Identificar os esquemas de ligação dos diferentes tipos de relés direcionais (Cn).
Roteiro
Introdução
Equação característica de um relé direcional
Tipos de relés direcionais
Esquemas de ligação
Questões
Conclusão
Introdução
As redes de distribuição e as linhas de transmissão radiais são normalmente protegidas por relés de sobrecorrente temporizados. Entretanto, quando esses sistemas são alimentados pelas duas extremidades, ou apresentam configuração em anel, há necessidade de implementar relés de sobrecorrente temporizados incorporados a elementos direcionais, isto é, que são sensibilizados ou não pelo sentido em flui a corrente (relés direcionais de corrente) ou a potência (relés direcionais de potência).
A proteção com relé direcional tem a finalidade de reconhecer em que sentido está fluindo a corrente ou a potência numa determinada parte do sistema. Caso a corrente esteja fluindo num sentido inverso ao normal, o relé direcional deve ser capaz de enviar ao disjuntor um sinal de disparo, proporcionando uma proteção seletiva de extrema utilidade nos sistemas de potência.
Introdução
Indicação de proteção direcional em quatro linhas de transmissão 
Diagrama unifilar de um circuito em anel fechado 
Relés direcionais são aplicados normalmente para defeitos entre fases ou entre fase e terra, além de sua utilização em máquinas geradoras, controle do fluxo excessivo de potência. 
Tipos
Relé direcional de sobrecorrente de fase
Relé direcional de sobrecorrente de terra
Relé direcional de potência
Os relés direcionais caracterizam-se por duas grandezas de entrada: uma de operação ou atuação e outra de polarização ou referência. A identificação da direção de atuação é feita utilizando o ângulo de defasagem da grandeza de operação em relação à grandeza de polarização.
Equação característica de um relé direcional
H: medida de sensibilidade do relé;
θ: ângulo entre os sinais de entrada E1 e E2, que podem ser: duas correntes, duas tensões ou uma tensão e uma corrente;
τ: ângulo de sensibilidade máxima
RELÉ DO TIPO CORRENTE - CORRENTE
É alimentado por duas correntes retiradas do sistema protegido através de TCs uma será tomada como grandeza de referência e a outra como grandeza de atuação.
Tipicamente é aplicado na proteção de neutro ou terra de linhas de transmissão ou alimentadores com múltiplas fontes de corrente de sequência zero.
Fig. 2 – Esquema de alimentação de um relé direcional monofásico tipo corrente-corrente
RELÉ DO TIPO CORRENTE - CORRENTE
De acordo com a equação (1): E1= Ipol e E2= Iop. A Fig. 3 exibe o diagrama fasorial de atuação do relé.
Fig. 3 – Diagrama fasorial funcional de um relé corrente-corrente
RELÉ DO TIPO TENSÃO - CORRENTE
Este é o tipo de relé direcional mais comum. É conectado ao sistema protegido por meio de TPs e TCs (Fig.4) A corrente é a grandeza de operação e a tensão, a grandeza de polarização. Geralmente é empregado para a proteção de faltas envolvendo somente as fases.
Fig. 4 – Diagrama fasorial funcional de um relé direcional monofásico tensão-corrente
RELÉ DO TIPO TENSÃO - CORRENTE
De acordo com a equação (1): E1= Vpol e E2= Iop. A Fig. 5 exibe o diagrama fasorial de atuação do relé.
Fig. 5 – Diagrama fasorial funcional de um relé tensão-corrente
CONEXÕES DE RELÉS DIRECIONAIS
As polaridades dos circuitos de corrente e potencial, através dos correspondentes TCs e TPs determinam as condições de operação dos relés direcionais. Por exemplo, os relés direcionais tensão-corrente podem ser conectados a um sistema elétrico trifásico de diversos maneiras. Isto é, o ângulo entre a tensão e a corrente no relé define a tipo de ligação do mesmo.
“O tipo de conexão ou ligação é determinado pelo ângulo entre a tensão aplicada ao circuito de potencial e a corrente ao circuito de corrente, considerando o sistema com fator de potência unitário e sequência direta”.
As conexões mais usuais são: 90°, 30°, 60° e 0°, estão mostradas nas Figs. 6 a 9, dadas a seguir:
Fig. 6 – Conexão 0°
CONEXÕES DE RELÉS DIRECIONAIS
Fig. 7 – Conexão 90°
Fig. 8 – Conexão 30°
CONEXÕES DE RELÉS DIRECIONAIS
Fig. 9 – Conexão 60°
CONEXÕES DE RELÉS DIRECIONAIS
Os relés de sobrecorrente direcionais ( 67 ), têm ângulos de sensibilidade máxima que podem ser ajustados numa faixa que varia geralmente entre 20° e 80°, entretanto, as faixas de atuação
vão de aproximadamente -120° a +120°, em relação a reta de máxima sensibilidade.
Procura-se ajustar este ângulo em conjunto com o ângulo de ligação do mesmo, a fim de que se
possa obter o melhor desempenho possível na operação do relé.
A título de exemplo, considere-se o diagrama fasorial da Fig. 10, onde estão representadas a característica de um relé 67, com τ = 45°, ligação 90° e as correntes de curtos-circuitos de um sistema trifásico aterrado.
Fig. 10 – Características de um relé 67 e correntes de curtos-circuitos
ESQUEMA DE LIGAÇÃO DE UM RELÉ DE SOBRECORRENTE DIRECIONAL (PROTEÇÃO DE FASE)
A Fig. 11 mostra o esquema de ligação de um relé de sobrecorrente direcional para proteção de curto-circuito que envolve a terra, onde as grandezas de polarização e atuação são 3V0 e 3I0 , respectivamente. 
Fig. 11 – Esquema de ligação de um relé direcional de terra
ESQUEMA DE LIGAÇÃO DE UM RELÉ DE SOBRECORRENTE DIRECIONAL (PROTEÇÃO DE FASE)
Fig. 12 – Esquema de ligação de um relé direcional de fase
ESQUEMA DE LIGAÇÃO DE UM RELÉ DE SOBRECORRENTE DIRECIONAL (PROTEÇÃO DE FASE)
Fig. 13 – Esquema de ligação de um relé de sobrecorrente direcional
PERGUNTAS:
1) Qual a função da proteção com relé direcional?
reconhecer em que sentido está fluindo a corrente ou a potência numa determinada parte do sistema.
B) permitir que a corrente ou a potência flua em qualquer sentido.
C) bloquear o fluxo de corrente ou de potência em todos os sentidos.
D) fornecer potência ao sistema.
E) não tem aplicação nos sistemas atuais.
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PERGUNTAS:
1) Qual a função da proteção com relé direcional?
reconhecer em que sentido está fluindo a corrente ou a potência numa determinada parte do sistema.
B) permitir que a corrente ou a potência flua em qualquer sentido.
C) bloquear o fluxo de corrente ou de potência em todos os sentidos.
D) fornecer potência ao sistema.
E) não tem aplicação nos sistemas atuais.
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2) Sobre a proteção com relé direcional é correto afirmar que:
proporciona seletividade.
B) não proporciona seletividade.
C) não proporciona maior robustez.
D) não proporciona robustez nem seletividade.
E) não é usual.
2) Sobre a proteção com relé direcional é correto afirmar que:
proporciona seletividade.
B) não proporciona seletividade.
C) não proporciona maior robustez.
D) não proporciona robustez nem seletividade.
E) não é usual.
3) Com relação à proteção com relé direcional é correto afirmar que: 
atua em conjunto com relés de sobrecorrente temporizados quando em sistemas que são alimentados pelas duas extremidades ou que apresentam configuração em anel. 
B) não atua em conjunto com relés de sobrecorrente temporizados quando em sistemas que são alimentados pelas duas extremidades ou que apresentam configuração em anel. 
C) somente atua em conjunto com relés de sobrecorrente temporizados quando em sistemas que são alimentados pelas duas extremidades. 
D) atua em conjunto com relés de sobrecorrentetemporizados quando em sistemas que apresentam configuração em anel. 
E) aplica-se a qualquer sistema exceto os alimentados pelas duas extremidades ou que apresentam configuração em anel.
3) Com relação à proteção com relé direcional é correto afirmar que: 
atua em conjunto com relés de sobrecorrente temporizados quando em sistemas que são alimentados pelas duas extremidades ou que apresentam configuração em anel. 
B) não atua em conjunto com relés de sobrecorrente temporizados quando em sistemas que são alimentados pelas duas extremidades ou que apresentam configuração em anel. 
C) somente atua em conjunto com relés de sobrecorrente temporizados quando em sistemas que são alimentados pelas duas extremidades. 
D) atua em conjunto com relés de sobrecorrente temporizados quando em sistemas que apresentam configuração em anel. 
E) aplica-se a qualquer sistema exceto os alimentados pelas duas extremidades ou que apresentam configuração em anel.
4) São exemplos de tipos de relés direcionais:
relé direcional de sobrecorrente de enrolamento.
B) relé direcional de sobrecorrente de linha.
C) relé direcional de potência, de sobrecorrente de fase, de sobrecorrente de terra.
D) qualquer relé pode fazer a função direcional.
E) NRA.
4) São exemplos de tipos de relés direcionais:
relé direcional de sobrecorrente de enrolamento.
B) relé direcional de sobrecorrente de linha.
C) relé direcional de potência, de sobrecorrente de fase, de sobrecorrente de terra.
D) qualquer relé pode fazer a função direcional.
E) NRA.
5) Quando são empregados relés de potência?
em unidades geradoras, quando um fluxo de potência flui num sentido não desejado, denominado de potência reversa, ou quando se deseja limitar o fluxo de potência num determinado sentido.
B) não são empregados em sistemas de potência.
C) para proteção de linhas de transmissão contra defeitos de fase e terra.
D) para proteção em linhas de transmissão.
E) para medir a impedância da linha de distribuição.
5) Quando são empregados relés de potência?
em unidades geradoras, quando um fluxo de potência flui num sentido não desejado, denominado de potência reversa, ou quando se deseja limitar o fluxo de potência num determinado sentido.
B) não são empregados em sistemas de potência.
C) para proteção de linhas de transmissão contra defeitos de fase e terra.
D) para proteção em linhas de transmissão.
E) para medir a impedância da linha de distribuição.
Gabarito
1- A
2- A
3- A
4- C
5- A
Obrigado!