9 - Proteção_de_sistema_elétricos_de_potência_Geraldo_Kindermann_vol2

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PBOIE'tiO DE mmms 
BÍIBIC0.5 DE POTÊNCIA 
Volume 
• 
CONTEÚDO 
Zona de Proteção 
Proteção Diferencial 
Teleproteção 
Proteção de Transformador 
Nomenclatura ANSl/IEC 
ISBN 85-900853-6-8 
9 788590 085362 
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Geraldo Kindermann 
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Agradecimentos 
O autor agradece em especial 
•!• Ao Professor Rubipiara Cavalcante Fernandes, por ler 
cuidadosamente e dar importantíssimas contribuições ao texto. 
•!• Aos engenheiros Everton Pizolatti Medeiros e Giovanni 
Baptista Fabris da ELETROSUL, pelas discussões e 
contribuições técnicas. ' 
•!• Marcos Fischborn, pela elaboração da capa e Maurício 
Sperandio pelo assessoramento de informática. 
•!• Aos inúmeros alunos, da Graduação e Pós-graduação, que 
contribuíram com desenhos. 
Agradecimento em especial ao LABPLAN, principalmente aos 
professores, técnicos, analistas, mestrandos e doutorandos, que de um modo 
ou de outro sempre estiveram presentes na motivação, contribuição e 
assessoramento na elaboração do livro. 
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Apresentação 
O Laboratório de Planejamento de Si~temas de Energia Elétrica -
LabPlan, do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal 
de Santa Catarina, tem por objetivos realizar e promover o desenvolvimento 
de atividades de pesquisa, ensino e extensão na área de Sistemas de Energia 
Elétrica (SEE) com ênfase nos aspectos de planejamento e análise, nos 
segmentos de geração, transmissão e distribuição. 
A atuação dos professores do LabPlan, desde a sua constituição 
em 1992, têm envolvido uma diversidade de atividades e contribuições à 
sociedade que extrapolam em muito o escopo de atividades regulares nos 
cursos de graduação e pós-graduação em Engenharia Elétrica. Um aspecto 
de destaque nesta atuação tem sido a intensa interação com os diversos 
agentes do setor elétrico brasileiro, realizada por meio de projetos de 
pesquisa e desenvolvimento, de consultorias especializadas, cLrrsos de 
aperfeiçoamento e de especialização, e publicação de livros e artigos 
técnicos. 
O presente livro representa mais uma contribuição do Professor 
Geraldo KiJ1dermann para a sua extensa obra que inclui livros técnicos 
envolvendo publicações específicas nas áreas engenharia de segurança, 
projetos elétricos e proteção de sistemas elétricos de potência. 
Especificamente, esta obra aborda dois temas de grande relevância, 
teleproteção e proteção de transformadores, devendo contribuir tanto para 
fins acadêmicos como para profissionais técnicos e engenheiros. 
Seguindo a tradição de suas publicações anteriores, o Professor 
Kindermann apresenta o desenvolvimento dos temas coin grande riqueza 
didática, sustentada por sua extensa experiência acadêmica e prática. 
Tndubitavelmente, contribuíram para esse resu.lfado os inúmeros cursos 
mi1ústrados cm universidades e empresas no Brasil, e em diversos países da 
América Latina e Áfríca, bem como os diversos trabalhos de consultoria 
técnica prestados à Agência Nacional de Energia Elétrica. 
lldemar Cassana Dccker 
Supervisor do LabPlan - U FSC 
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Prefácio 
Tendo recebido nos cursos e palestras várias manifestações de apoio 
e receptividade de alunos, professores, técnicos e engenheiros, no que diz 
respeito à aceitação dos meus livros, e devido principalmente a carência de 
bibliografia, foi o que me motivou a escrever esse livro de PROTEÇÃO 
DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA- Volume 2. 
Cre.io ser este livro mais uma contribuição, principalmente para a 
graduação da Engenharia Elétrica e de técnicos que queiram se aprofundar e 
conhecer a arte e a filosofia de proteção. 
O livro foi escrito numa seqüência lógica, em linguagem simples e 
técnica, de modo a ser uma fonte de consulta acessível aos técnicos da área 
da Engenharia Elétrica. Todos os capítulos têm abra11gência que cobre e 
atende os requisitos para proporcionar um bom conhecimento na área de 
proteção. O conteúdo desse volume 2 está focado na Teleproteção e 
Proteção de Transformadores. 
Devido à complt:xidade da proteção de sistemas elétricos de 
potência, este livro cobre somente uma parte. Portanto, pretende-se dar 
continuidade do conteúdo no livro de Proteção de Sistemas Elétricos de 
Potência, 32 volume, nos assuntos referentes a Proteção <le Barras, de 
Reatores, de Capacitores, e de Máquinas Síncronas. 
O Autor 
·-------- - - --
Índice Geral 
Capítulo 1 - ZONA DE PROTEÇÃO 
1.1 Zona de Proteção .... ........................... ............... ... ... : .... .......... ..... .......... l 
1.2 Relé de Sobretensão ................... ... ................... ... .... ....................... ..... .. 7 
1.3 Relé de Sub tensão ............................................. ........ ............... ........... 12 
1.4 Proteção de Sobretensão para a Terra de Sistemas Isolados ...... .. ...... 17 
Capítulo II - RELÉ DIFERENCIAL 
2.1 Relé Diferencial ............................... ~ ............. .... .. ....... .. ........ ... ..... .. .... 19 
2.2 Relé Diferencial Comum .................................................................... 20 
2.3 Relé Diferencial Percentual ...... ........................ .. ...... ............. ......... .... 22 
Capítulo III - TELEPROTEÇ.4.0 
3.1 Telcproteção .. .. ............... .................... ............................. ..... ....... ........ 32 
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3.2 Fio Piloto ............................................................................................ 33 4.3 Proteção Diferencial no Transfo1mador Monofásico ......................... 97 
3.3 Fibra Óptica ........................................................................................ 37 4.4 Transformador Trifásico ................................................................... 103 
3.4 Cabo OPGW ......................................................................... : ............. 40 4.5 Proteção Diferencial do Transformador Trifásico 6 - Y ................. 104 
3.5 Onda Portadora ................................................................................... 43 4.6 Regra de Ligação dos TCs nos Transformadores Trifásicos ............ 106 
3.6 Ivficroondas ......................................................................................... 45 4.7 Transformador Trifásico sem Rotação de Fase ................................ 107 
3.7 Tipos de Sistemas de Teleproteção .................................................... 46 4.8 Transformador 6 - Y ...................................................................... 109 
3.8 Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional... ........................... 47 4.9 Ajuste do Relé Diferencial Percentual na Proteção do 
3.9 Sistema de Desbloqueio por Comparação Direcional ........................ 5 l Transformador .................................................................................. 121 
3.10 Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional. Variante ............. 54 4.10 Energização de Transformador ........................................................ 132 
3.1. l Transferência de Disparo Direto por Subalcance ............................... 58 4.10.1 Bloqueio da Proteção Diferencial ................................................... 135 
3.12 Transferência de Disparo Permissivo por Subalcance ....................... 59 4.10.2 Proteção Diferencial com Atenuadoresde Transitórios .............. .. .. 135 
3.13 Transferência de Disparo Permissivo por Subalcance com Aceleração 
de Zona ............................................................................... ................ 61 
4.10.3 Relé Diferencial com Retenção por Harmônicas ........................... 137 
4.10.4 Relé Diferencial com uma Unidade de Bloqueio de Ham1ônicas ... 139 
3.14 Transferência de Disparo Permissivo por Sobrealcance .................... 62 4.1O.5 Relé Diferencial Digital para Transformador ................................. 141 
3.15 Lógica de Eco ............................................................... ...................... 62 4.11 Transformador com Impedância de Aterramento ............................. 142 
3.16 Proteção de Linha Morta .................................................................... 66 4.12 Proteção Diferencial de Terra Restrita ............................................. 142 
3.17 FracaAJimentação .............................................................................. 68 4.13 Proteção do Transformador de Aterramento .......... ~ ......................... 144 
3.18 Proteção por Seqüência Negativa ....................................................... 70 4.14 Proteção de Carcaça do Transformador ............................................ 148 
3.19 Falha de Disjuntor .............................................................................. 74 4.15 Relé Buchholz .................................................................................. 150 
3.20 Fontes Intermediárias ......................................................................... 78 4.15.1 Relé Buchholz do Comutador .................................................. ....... 155 
3.21 Relé de Freqüência ............................................................................. 82 4.16 Termô1netro ...................................................................................... 156 
3.22 Sistemas Especiais de Proteção ........................................... ............... . 85 4.17 Relé de Imagem Ténnica .................................................................. 160 
3.23 Esquema Regional de Alívio de Carga (ERAC) ......................... :-:: .... 87 4.18 Transformador Hermeticamente fechado ................................... ..... 165 
3.24 .Esquema de Controle de Emergência ................. : ..................... .......... 91 4.19 Relé de Súbita Pressão .................. .................................................... 165 
4.20 Válvula de Alívio de Prcssão ............................................................ 167 
Capítulo IV - PROTEÇÃO DE TRANSFORMADOR 4.21 Nível do Óleo ................................................................ .................... 169 
4 . .1 introdução ................. ..................... ....................................... , ............. 94 4.22 Relé de Sobre·Excitaçâo ................................................................... 170 
4.2 Transformador Monofásico ............................ .................................... 95 4.23 Proteção Contra Falha de Disjuntor de Transformador .................... 173 
4.24 Desumifícador de Ar ........................................................................ 174 
.. 
iv 
4.25 Proteção do Transformador .............................................................. 176 
APÊNDICE A 
NOMENCLATUR..A. DA PROTEÇÃ0 .... ...................... .................. 178 
BIBLIOGRAFIA ................................................................................. 202 
l 
ZONA DE PROTEÇÃO 
[ 1.1 Zona de Proteção 
Conforme apresentado no item 3.33 da referência [46], a proteção de 
primeira defesa é feita peia proteção principal (primária) e em segunda instància 
pela proteção secundária, que pode ser local por meio da proteção cm réplica ou 
remotamente por meio da proteção de retaguarda (back-up). 
Dependendo da impórtância e do porte do sistema elétrico, pode-se 
constituir a proteção principal em réplica (redundância), ou seja, classificada em 
proteção primária e alternativa. Neste caso as proteções são idênticas, ou seja, 
existem duas proteções desempenhando funções idênticas com hierarquias igLmis, 
trabalhando com teleproteção. Os equipamentos da proteção primária e da 
alternativa podem ser em réplica do mesmo fabricante ou de fabricantes diferentes. 
No caso de haver duas proteções, em que não há redundância, ou seja, uma 
trabalha com teleproteçào (proteção primária) e a outra com escalonamento pur 
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2 Capítulo I 
zonas (proteção secundária), por exemplo. Neste caso, a proteção principal e a lª 
zona da proteção secundária podem ser inclusive concorrentes. 
Os relês de proteção primária constituem a primeira linha de élefcsa, caso 
esta falhar, os relés da proteção alternativa, devem atuar, assim constituindo a 
segunda linha de defesa do sistema elétrico. 
Cada proteção principal e alternativa é efetuada cobrindo linhas ou 
trechos de linhas ou equipamentos do sistema, cuja cobertura é denominada 
de zona de atuação ou zona de seletividade da proteção. 
Em relação à proteção principal, deve-se efetuar a proteção 
considerando: 
• que haja superposição nas zonas de atuação dos relês da proteção 
principal; 
• cada disjuntor esteja coberto (contido) em pelo menos por duas 
zonas de atuação dos relés da proteção principal; 
• sempre entre cada elemento ou coruunto de equipamentos deve 
existir pelo menos um disjuntor. 
Para exemplificar a figura 1.1.1 mostra a zona de atuação das proteções 
principais de partes de um sistema elétrico. 
Note que quando ocorre um defeito dentro de uma determinada zona, 
os relés que constituem a proteção principal, devem desligar todos os 
disjuntores dentro de sua receptiva zona de atuação. Deste modo, para um 
defeito localizado dentro da superposição de duas zonas, todos os 
disjuntores das duas zonas devem ser desligados. Este esquema funciona 
adequadamente, mas tem um inconveniente que ocorre quando existir um 
defeito dentro da superposição de duas zonas, e num local onde a abertura 
de alguns disjuntores é desnecessária. Por exemplo, se um defeito ocorrer no 
ponto k do esquema da figura 1.1.1, desligaria os disjuntores l, 2, 3, 4 e 5, 
enquanto que somente o desligamento do disjuntor 1 da barra A seria o 
suficiente. 
O inconveniente desse desligamento seria retirar um elemento não 
defeituoso do sistema elétrico. Entretanto a probabilidade da ocorrência 
desse defeito é muito pequena dado que a zona de superposição é muito 
pequena e está próxima do disjuntor. 
Zona de Proteção 3 
4 Capítulo I 
Na prática a zona de atuação da proteção principal se inicia no local 
da instalação do TC ou dos TCs do circuito elétrico. Nos disjuntores 
pertencentes à superposição os TCs estão entrelaçados, isto é, os ·TCs estão 
posicionados de modo que o disjuntor fique no meio, confonne ilustrado na 
figura 1.1.2. 
67 
P rotação 
D i ferenc ial do 
Gera dor e 
Transfotmador 
Barra A 
Proteção 
O ife ren eia 1 
d& Barra 
~7 
Proteção 
Diferencial 
do Gerador 
C7 
[ 
Figura 1.1.2 - Localização dos TCs 
G 
Cada conjunto de TCs alimenta relés de sistemas de proteção diferentes. 
Por exemplo, o disjuntor 1 está coberto pelos TCs x e y. O TC y pertence ao 
esquema diferencial (87) do conjunto (transformador e gerador síncrono), o TC x 
pertence a proteção diferencial (87) da Barra A. 
Salienta-se que os posicionamentos dos TCs apresentados na figura 
1.1.2 seria o ideal em termos de entrelaçamentos de zonas de proteção, mas 
na prática é de alto custo e as empresas por motivos econômicos utílizam o 
esquema apresentado na figura 1.1.5. 
Algumas vezes, como variante do esquema apresentado na figura 
1.1.2, é também utilizados a instalação dos TCs como mostrado na figura 
1.1.3. 
. 1 Zona~ 
t- 1'---+-J - ... 
Zona B 1 
LT .. 
Figura 1.1.3 - Cruzamento de TCs sem Abraçaro Disjuntor 
Neste caso os TCs não cobrem o disjuntor, isto é, o disjuntor está 
coberto só pela proteção da zona B. Note que no esquema da figura 1.1.3 
está apresentado, também, 2 TCs separados, a que constitui em uma 
alternativa de alto custo. Na realidade, as empresas u[ilizam apenas um TC 
com vários enrolamentos independentes no secundário, assim nesse caso 
bastaria um enrolamento primário e 2 emolamentos secundários. Para este 
propósito, convenciona-se que o símbolo apresentado na figura 1.1.4 
corresponde a um TC com l enrolamento primário e 2 enrolamentos 
secundários. 
· I·-Zona A ... 
j•···--·-··~···-···; LT 
·-- ·-·-·-· ..••. J 
Zoná 9-I 
Figura 1.1.4 - TC com um Enrolamento Primário e 2 Enrolamentos 
Secundári·os ) 
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6 Capítulo l 
A fim de reduzir os custos e a quantidade de TCs utilizados na 
conjugação dos entrelaçamentos das proteções de barras, as empresas 
adotam esquemas de proteções em que as ligações ficariam· como as 
apresentadas na figura 1. 1.5. 
87 
Proteção 
Diferencial do 
Gerador e 
Transformador 
f'l'ol~O 
O.ferencial 
do Bmra 
87 61 
Figurn 1.1.5 - TCs com 2 Enrolamentos no Secun<lúrios no Entrelaçamento 
das Zonas <le Proteção com a Proteção de Barras. 
Zona de Proteção 7 
Note que com esta configuração economizou-se 7 TCs. 
1.2 Relé de Sobretensão 
Os relês de sobretensão operam quando a tensão elétrica ultrapassa 
um valor pré-ajustado. Recebe a denominação de função 59 pela 
nomenclatura ANSI. Ver apêndice A. 
Os relés de sobretensão podem ser classificados em: 
a) Aspectos construtivos 
• Eletromecânico; 
+ Eletrônico; 
+ Digital. 
b) Tempo de al11ação 
• Instantâneo; 
+ Temporizado. 
o Definido; 
o Tempo inverso. 
O relé de sobretensão eletromecânico, em relação ao aspecto 
constmtivo, é idêntico ao relé de sobrecorrente tanto para a unidade 
instantânea quanto para a unidade temporizada. A unidade instantânea e a 
temporizada de tempo inverso estão apresentadas respectivamente nas 
figuras l.2.1 e 1.2.2. 
O conjugado (torque) do relé de sobretensão é dado pela expressão 
1.2. 1. 
't'Torque = kV 2 - kMola (1.2.1) 
Em que: 
V -+ é a tensfLo elétrica na bobina magnetizante do relé de 
sobretensão. 
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TP ---, _....;.. ___ __,r 
1 + 
1 
Vs 
1 
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Taps 
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espiras 
Capítulo I 
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/Ir-" /. 
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11 "":--.· Bobina I 
..).~ Magnetizante // 
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Figura 1.2. l - Relé de Sobretensão Instantâneo ( 591) 
TP 
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-.....1.. ___ __.,.,.. 
1 + 
1 
1 
I Vs 
1 
1 
1 
l ______ J 
Bobina 
Magnetizante 
do Relé 59T 
Figura 1.2.2-Rclé de Sobretensão Temporizado (59T) 
1 Eixo 
1 
1 
Disco 
As unidades têm taps para possibilitar a escolha do ajuste mais 
indicado para a respectiva proteção instantânea e temporizada a ser adotada 
para o sistema elétrico em estudo. No relé de sobretensão temporizado de 
tempo inverso escolhe-se uma curva Tempo x Tensão, conforme família de 
curvas disponibilizadas pelo fabricante apresentadas, na figura 1.2.3, por 
exemplo. 
Dependendo do porte e da importância do sistema elétrico a proteção 
de elevação de tensão pode ser efetuada utilizando-se um ou mais relês de 
sobretensão. Por exemplo, num sistema de grande porte, pode-se utilizar 3 
relés de sobretensão, conectados entre fases ou entre fase e terra. A figura 
1.2.4 mostra uma ligação com relés de sobretensão (59) entre fase e terra. 
J 
Zona de Proteção 
1 1 1 - 1 1 Relé de Sobretensão -.. -
-
• 
1 -\ , \ Curva de Tempo \ , \' y, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 •n .\ ' I 1/ I ' II I -\ \ \. \. 1/ / 1/ J J ' \ ~ \. I I I I I , I I - \ '" \.' 'l( I II II \ \ ~ " I J 11 ' "' ... .. li I I .. \ \.. '- J... ~ 'I.. 'L '/.... f / I 
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110 llD IJO MO IM - f10 1eo IM too 
Porcento do valer do Tap ajustado no 59 
Figura l .2.3 - Curva Tempo x Tensão do relé de Sobretensão 
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Figura 1.2.4 - Ligação dos Relés de Sobretensão Instantâneos e 
Temporizados 
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10 Capítulo I 
O diagrama funcional de proteção de sobretensão está apresentado 
na figura t.2.5. 
+ 
S9l ~ A 1 S9T =r;: 59T 1 S9T 
591 :r: B 
S9l e 
52 
BA 
figura 1.2.5 - Diagrama Funcional da Proteção de Sobretensão 
Pelo esquema apresentado na figura 1.2.5, a proteção de sobretensão 
só provoca o disparo no disjuntor quando: 
~ Ocorre uma sobretensão nas 3 fases com a conseqüente operação 
das 3 unidades instantâneas. Os contatos das unidades 
instantâneas estão em série, portanto, somente com os 
fechamentos dos 3 contatos dos relés o disparo do disjuntor é 
efetuado. Se ocorrer, por exemplo, uma sobretensão em uma só 
fase a w1idade instantânea da fase correspondente fecha o seu ) 
contato, porém não ocorre a operação do disjuntor. 
~ Ocorre uma sobretensão em 1 ou 2 fases que se mantém por 
certo tempo provocando a operação da unidade de sobretensão 
temporizada. Note que os contatos das unidades temporizadas 
estão em paralelo, portanto qualquer unidade que atua provoca o 
disparo do disjuntor. 
Os TPs podem também serem conectados cm ó. para a liga,ção dos 
relés entre fases. 
Apresentou-se aqui a proteção de sobretensão utilizando-~c relés de 
sobrdensão eletromecânicos para possibilitar um melhor entendimento do 
funcionamento tisico do equipamento, mas atualmente utilizam-se relés 
Zona de Proteção 1 1 
digitais multifunção, em que a função 59 já está incorporada. Geralmente, a 
função 59 no relé digital é de tempo definido. 
Num relé de sobretensão eletromecânico é interessante obter a 
relação de tensão de atuação (pick-up) e a tensão de desoperação (drop-ow), 
conforme expressão 1.2.2. 
Rel ick- u (%) = te~são de atuação_ x 100 
P P tensao de desoperaçao 
drop- out 
(1.2 .2) 
Note que a expressão 1.2.2, deve-se principalmente ao relé 
eletromecânico, em que o fluxo magnético mínimo gerado pela sobretensão 
que é suficiente para acionar a alavanca fechando os contatos é bem maior 
que o fluxo magnético gerado por uma tensão menqr que consegue soltar a 
alavanca do relé, abrindo-se os seus contatos. Pela expressão 1.2.2 este valor 
é sempre maior que 100%. Note que este problema intrínseco do relé 
eletromecânico leva a um valor bem superior a l 00%. 
Quando ocorre uma sobretensão temporária que provoca a operação 
do relé de sobretensão instantâneo, pode muitas vezes permanecer o contato 
fechado mesmo com o retorno da tensão nominal do sistema. Por isso, deve-
se sempre ter o cuidado para que a tensão de desoperação seja maior que a 
tensão nominal do sistema, assim garante-se o restabelecimento do relé de 
sobretensão instantâneo. O relé de sobretensão digital não tem este 
problema, porque a relação de tensão do pick-up e drop-out é praticamente 
100%. 
A sobretensão no sistema clétiico pode provocar os seguintes 
problemas: 
® Arcos elétricos entre condutores de uma linha transmissão; 
® Arcos elétricos nos isoladores; 
® Aumento d<t corrente de fuga nos pára-raios; 
® Esforços maiores na isolação dos transformadores; 
® Esforços maiores na isolação dos geradores síncronos; 
® Aumento dos esforços na isolação elétrica dos equipamentos. 
i 
12 Capítulo I 
l 1.3 Relé de Subtensão 
O relé de subtensão, função de proteção 27, opera quando a tensão 
diminui abaixo de um valor pré-ajustado. Construtivamente é idêntico ao 
relé de sobretensão, mas sua operação ocorre somente quando há uma 
redução da tensão elétrica no circuito no qlial está instalado. 
As características e esquemas de ligação são os mesmos da proteção 
de sobretensão. A curva de temporização desse relé é mostrada na figura 
1.3. 1. 
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5 
a. 
~ 
Pigw-a 1.3.1 - Curva de Temporização do Relé de Subtensão 
Os relés de subtcnsão são idênticos aos relés de sobretensão, 
mostrado na figura 1.2.1, com bobina magnetizante com vários faps para 
possibilitar a escolha do percentual (%) da tensão ajustada para a qtral o relé 
irá atuar. A atuação é por ação da desoperação (drop-out) da alavanca. Na 
operação normal do sistema, a tensão nominal produz um fluxo magnético 
Zona de Proteção 13 
que mantém atraída a alavanca (armadura) do relé, conforme ilustrado na 
figura 1.3.2. 
TP 
L-...-----, 
Figura 1.3.2 - Relé de Subtensão Instantâneo (271) não Operado 
A mola neste caso se mantém permanentemente tracionada. Quando 
a tensão elétrica do circuito diminui abaixo de um valor ajustado, o fluxo 
magnético diminui e solta a alavanca. A mola que está tracionada puxa a 
alavanca de volta fechando o contado do relé, isto é, concretizando a 
operação propriamente dita do relé de subtensão 27. Ver figura 1.3.3. 
TP , T•p• • ;:= º' 
+'.r------; +--)\{~l "Pk" /;///~ 
V-p ':i 1 1:
1 
Vs \__ "'...~Bobina . 
t:f do Relê 271 avanca · " Magnetizante(/ AI 
[ _______ J 
I 
~-----4 
Eixo 
Figura 1 .3.3 - Relé de Subtensão Instantâneo (27I) Operado 
O relé de subtensão (27) é utilizado em várias situações na proteção 
do sistema elétrico, muitas vezes combinado com outros relés. Por exemplo, 
utiliza-se o relé de sobrecorrente com monitoramento (pennissivo) por 
subtcnsão. Isto significa qtie a atuação da proteção é combinada, isto é, o 
disjuntor só receberá disparo se houver atuação dupla, do relé de 
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l 
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14 Capítulo l 
sobrecorrente 51 e do relé de subtensão 27I. O esquema apresentado na 
figura 1.3.4 mostra como se realiza a operação desta proteção. 
DJ TC 
'\·.-·--@ BARRA 
LT 
TP \ 
(--@) 
Figura 1.3.4- Diagrama Unifilar e Esquemático cm DC da Proteção de 
Sobrecorrente com Supervisão do Relé de Subtensão (51/27) 
O esquemático em DC está apresentado na figura 1.3.5. 
+ I ,, 
I27I 
:~I 
Figura 1.3.5 -Esquemático em DC da Proteção de Sobrecorrente com 
Supervisão do Relé de Subtcnsão (51127) 
Na representação numérica da ANSI (apêndice A), o relé de 
sobrecorrcnte temporizado com monitoramento de subtensâo é denominado 
por 51127. 
Outra variaote, muito utilizada é a denominada de proteção por relé 
de sobrecorrente com restrição de tensão. Neste caso, o torque de atuação no 
relé de sobrecorrente eletromecânico é dependente da tensão, que pode ser 
por subtensão ou sobretensão. Por exemplo, a figura 1 .3.6-.. mostra o 
diagrama uni filar desta configuração por restrição de subtensão. 
Zona de Proteção 15 
BARRA ou 51 
Figura l.3.6- Relé de Sobrecorrente com Restrição de Subtensão 
O esquemático em DC está apresentado na figura 1.3. 7. 
+ I 
52
I 50ou51 
I3A 
T52a 
Figura 1.3.7 - Esquemático em DC 
O torque no relé de sobrecorrente eletromecânico, ou seja, a sua 
corrente de atuação depende do tap escolhido e varia cm função do valor da 
tensão elétrica aplicada. após atuação do relé 27. Isto é, a corrente de ajuste 
do relé de sobrecorrente varia de acordo com a tensão elétrica aplicada e 
pode ser dada pela expressão 1.3.l. 
Iajusre 50 ou 51 = Tap50 ou 51 · f (V27) (1.3.1) 
Para o relé digital ou eletrônico, a corrente de ajuste varia de acordo 
com a expressão 1.3.2. 
Iajusce 50 oa 51 == Iaj"statlo no 50 ou SI · f (V27) ( 1.3 .2) 
Em que: 
i 
. ! 
1 
1 
1 
~ 
i 
! 
- 1 
16 Capítulo I 
f(V
27
) .... Representa uma função que varia de acordo com o valor da 
tensão sobre o relé 27. 
A corrente de ajuste do relé de sobrecorrente 50 ou 51 pode ser 
visualizada, por exemplo, na figura 1.3.8. 
lajuste do relé de sobrecor1ente 
Tap Ajustado 
V 
Tensão Nominal 
Figura 1.3.8 - Curva do lajuste versus tensão V 
Note-se que com o abaixamento da tensão aumenta-se a 
sensibilidade do relé de sobrecorrente, esta característica é útil em vários 
esquemas de proteção, principalmente os utilizados na partidas de máquinas 
rotativas. 
A proteção por relé de sobrecorrente com restrição (dependência) de 
tensão é denominada de SOV ou 51 V. 
O relé digital de multifunção contém várias funções incorporadas, 
inclusive a de subtensão 27 e a de sobretensão 59 . .A característica de 
atuação com respeito à tensão e à temporização são mostradas na figura 
1.3.9. 
Neste caso o relé opera quando a tensão sai da faixa de operação 
mostrada na figura l .3.9, inclusive as temporizações podem ser diferentes 
para as funções 27 e 59. 
r· 
\ 
Zona de Proteção 
l Tempo 
·------------------------------ -----·------------
Tempo 1' 
de 
Atuação J, 
L 
Tensão 
Figura l.3.9 -Característica de Atuação do Relé de Tensão 27 e 59 
17 
) 
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) 
) 
) 
1.4 Proteção de Sobretensão para a Terra de Sistemas 1 ) 
lsofados j ) 
Num sistema isolado ou aten-ado com uma alta impedância, 
geralmente para a proteção de defeito à terra, utiliza-se a tensão de 
seqüência zero obtida por 3 TPs ligados em ti aberto. A figura l.4.1. ilustra 
esse esquema de ligação. 
A B C 
R 
+ Função 
3v0 59 64 
Figura 1.4.1 -- Relé de Sobretensão Conectados nos Terminais do ti Aberto 
Neste tipo de sistema c1étrico, quando ocorre um defeito crn relação 
à terra, haverá um desequilíbrio de tensão com a conseqüente geração de 
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1 1 
18 Capítulo l 
tensão de seqüência zero. Assim, conforme descrito na referência [5}, na 
ligação em D. aberto aparecerá uma tensão de seqüência zero com o valor de 
3V0 que ativa o relé de sobretensão 59. Apesar de o relé ser de sobretensão 
esta função de proteção é denominada de 64 pela ANSI, dita também de 
proteção de terra ou de contato à terra. 
Por exemplo, no circuito de 13,8 kV dos serviços auxiliares de uma 
subestação, proveniente do terciário ligado em /1 do transformador de 
potência de 3 enrolamentos, utiliza-se a proteção de sobretensão mostrada 
na figura 1.4.1. Note que neste caso, em funcionamento normal, a tensão no 
secundário dos TPs é de 115 / .,/3 = 66,4 V. 
Em termos fasoriais, tem-se: 
Vª = 66,4LOº V 
Vb = 66,4L -120º V 
Vc = 66,4.L - 240º V 
A tensão sobre o relé 59 é: 
VRelé59 = Va + Vb + Vc =zero 
Portanto em ft.mcionamento normal do sistema elétrico a tensão no 
relé 59 é nula. Havendo um defeito à terra, no sistema elétrico isolado, as 
tensões desequilibradas geram tensões de seqüência zero iguais e em fase no 
secundário dos TPs, e o relé 59 ficará submetido a 
VRclé59 = 3V0 =3x66,4=199,2 V 
Desse modo o relé 59 deve ser ajustado com uma tensão bem menor, 
por exemplo: 
VAjuste do Relé 59 =V nominal < 3Vo 
Na prática, na .figura 1.4.1, é necessário colocar em paralelo com o 
relé 59 uma resistência elétrica (R) de estabilização, principalmente para 
minimizar as sobretensões advindasda própria operação do relé e também 
para atenuar possíveis problemas de ferro-ressonância tão comum neste tipo 
de circuito. 
19 
RELÉ DIFERENCIAL 
[ii Relé Diferencial 
O relé diferencial é um dispositivo de proteção de um equipamento 
que se baseia no princípio da comparação de corrente elét:tica de entrada e 
saída, podendo haver vanas possibilidades de conexões, sendo 
simboHcamente representada pela figura 2.1.1. 
Elemento 
Protegido 
Figura 2.1.1 - Princípio da Proteção Diferencial 
A função de proteção fundamenta-se na l ªLei de Kirchhoff aplicada 
ao equipamento, isto é 
20 Capítulo 11 
i == i,d + i 1· entrada sa• a re e 
(2.Ll) 
O dispositivo de -proteção vai atuar do seguinte modo: 
a) Se i = i . a corrente Í ~i· = O, e o relé não atua, isto é, o entrada ~a1da ' r .... e 
elemento protegido não apresenta defeito. 
b) Se í - i < 1 . . a proteção não atua porque a l!ntrada salda - 3JUSIC:: do rele ' 
diferença de corrente é menor que a corrente de ajuste do relé. 
C) Se I. - i . > I . . . a proteção arua porque a diferença entrada satda a.1uste do rele , . 
de corrente é maior que o ajuste no relé. Neste caso há um 
defeito no elemento protegido. 
A comparação das correntes elétricas é feita por meio de TCs. 
A proteção diferencial é largamente empregada na: 
+ Proteção de transfo1madores de potência 
+ Proteção de cabos subterrâneos 
+ Proteção de máquinas síncronas 
+ Proteção de barras 
+ Proteção de cubículos metálicos 
+ Proteção de linhas de transmissão curta 
A proteção diferencial é denotada pelo número de função 87. 
Apresentam-se a seguir várias possibilidades do emprego da 
proteção utilizando o relé 87. 
lii: Relé Diferencial Comum 
É uma proteção cm que se uti ! iza um relé de sobrecorrcnt~ ?? ou ~ 1, 
1 fazendo a função 87. A figura 2.2.1 mostra o esquema genenco desta , 
proteção, em que os TCs têm relação 1: 1. 
Relé Diferencial 
• 
Íentrada 
(secundário) 
Elemento 
Protegido 
Relé 
• 
Ísafda 
(secundário) 
Figura 2.2. l - Proteção Diferencial Comum na Operação Normal do 
Sistema Elétrico 
21 
No caso da figur.a 2.2.1 em que o sistema elétrico está operando 
normalmente, isto é, alimentando uma carga, as con-entes de entrada e saída 
são iguais é o relé não opera. Note que a proteção diferencial pode ser 
empregada em sistemas elétricos radiais e em anéis, sendo que sua zona 
seletiva de atuação é entre os dois TCs. 
A figura 2.2.2 apresenta o caso de um curto-circuito fora da zona 
protegida pelos dois TCs. 
Elemento 
Protegido 
lre~ 1· 1· 
Bobinaue 2 = 1 
magnetização dõ 
....__ relé de 
sobrecorrente 
Figura 2.2.2 - Defeito fora ela Zona Protegida 
i, 
deíeito 
Supondo o sistema em anel, as correntes que suprem o curto-circuito 
vêm dos dois lados como mostra figura 2.2.2, mas como o defeito ocorreu 
fora da zona protegida pela proteção diferencial, os dois TCs vêm a mesina 
corrente Í 1 , e o relé não opera. 
Já a figura 2.2.3 apresenta um curto-circuito interno à ligação 
diferencial. 
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t 
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i 
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1 
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1 ! 
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) 
22 
1: 1 
Elemento 
Protegido 
Írelé = i1 + Í2 
Í2 
• 
Figura 2.2.3 - Defeito Dentro da Zona Protegida 
Capítulo TI 
Se o sistema for radial a corrente L ;: O, e se for em anel a corrente 
<-
Í 2 será uma corrente de curto-circuito. A corrente que passa pela bobina 
magnetizante do relé será j 1 + i 2 e a proteção atuará. 
É importante observar que o uso das ligações anteriores é freqüente. Apesar 
das ligações anteriores serem usadas, elas apresentam problemas na 
ocorrência de elevado curto-circuito fora da zona seletiva, mas muito 
próximo ao TC. Isto se dá devido a: 
+ não ser perfeito o casamento dos TCs; 
+ saturação dos TCs; 
+ carregamento (burden) nos secundários dos TCs, que causam 
saturação no núcleo; 
+ outros p roblemas inerentes ao equipamento protegido. 
As situações acima produzem erros nos TCs, podendo provocar a 
atuação indevida do relé de sobrecorrente que está fazendo a função de 
proteção 87. 
Para contornar esses problemas é melhor utilizar o relé diferencial 
percentual. 
1 2.3 Relé Diferencial Percentual 
.. 
Relé Diferencial 23 
Este esquema de proteção utiliza um relé diferencial percentual 
apresentado na figura 2.3 .1. 
TC 
BOBINA DF, 
RESTRJÇÀO N2 
Elemento 
Protegido 
TC 
Í2 
N1 BOBTNAD!l 
OPERAÇÃO 
Figura 2.3.l - Relé Diferencial Percentual 
Note-se que: 
+ Se o elemento protegido for um cabo subterrâneo, uma máquina 
síncrona ou uma linha de transmissão curta, as correntes Í
1 
e 
i 2 serão iguais. 
+ Se o elemento protegido for um transformador, as correntes Í
1 
e 
i 2 serão determinadas pelas relações de transfonnação do 
transformad<Jr e que deverão ser compensadas pelas relações de 
transformação dos TCs e, se necessário, pelo emprego de TCs 
auxiliares. 
_ O esque1:na de ~roteção diferencial percentual apresentado pela 
figura 2.3 . l baseia-se na interação de duas bobinas, que são: 
+ Bobina de restrição, que tem uma derivação central. O campo 
magnético gerado nesta bobina de restrição atua atraindo um 
êmbolo produzindo um torque negativo, isto é, contrário ao 
torque de operação. 
i 
1 
24 Capítulo TI 
• Bobina de operação, cujo campo magnético atrai um êmbolo que 
produz o torque positivo. 
O relé 87 irá operar se o torque positivo ( r +) for superior ao torque 
negativo (r _). 
O funcionamento básico do relé diferencial percentual da figura 
2.3. l baseia-se nos torques gerados nas bobinas de restrições e de operação. 
Para analisar melhor o funcionamento, apresentam-se os itens a seguir. 
a) Operação normal do sistema elétrico ou defeito fora da zona 
protegida. 
Este é o caso em que as correntes secundá1ias nos TCs do esquema 
da figura 2.3.1 são iguais (i 1 = Í 2 ). Nota-se que a bobina de restrição é 
composta de duas partes enroladas no mesmo sentido, portanto as correntes 
Í
1 
e Í
2 
produzem um campo magnético concordante que atrai com bastante 
força o êmbolo, produzindo um forte torque negativo. Já na bobina de 
operação, a corrente resultante é i 1 - Í 2 =O, ou seja, o torque será nulo. 
Assim, o forte torque negativo (restrição) garantirá a não operação do relé 
87. 
b) Defeito interno entre os dois TCs. 
Quando o defeito (curto-circuito) é interno, ou seja, dentro da zona 
limitada pelos dois TCs, as correntes i 1 e i 2 dirigem-se ao ponto do 
defeito. Neste caso, tem-se a inversão da corrente 12 como mostra a figura 
2.3.2. 
Para dar ênfase ao funcionamento deste relé, supõe-se que a corrente 
i-' tenha o mesmo valor em módulo da corrente Í 1 , deste modo, o campo 
magnético gerado pela corrente i 2 , na meia bobina de restrição, tem sentido 
oposto ao campo criado pela corrente 11, assim, o campo magnético de 
restrição resultante é nulo, conseqüentemente não existe torque de restrição. 
Já a corrente resultante i
1 
+ i 2 == 2i 1 , passa totalmente pela bobina de 
operação, produzindo um elevado torque positivo. Note que neste caso, o 
Relé Diferencial 25 
torque de operação é grande e o torque de restrição é nulo, ficando desse 
modo, garantida a operação do relé. 
Figura 2.3.2 - Defeito Interno 
Rsta é grande vantagem desse relé, que se traduz em: 
+ Defeitos externos, o re.lé fortifica a restrição e enfraquece a 
operação, garantindo a não atuação elo relé. 
+ Defeitos internos, o relé enfraquece a restrição e fortifica a 
operação, garantindo a atuação do relé. 
O relé diferencial percentual (87) apresentado na figura 2.3.1 é 
representado pelo esquema da figura 2.3.3, em que aparece a bobina de 
operação e a bobina de restrição separada em duas partes. 
Passa-se a obter a expressão analítica de operação do rei.é díforencial 
percentual, considerando que as correntes Í 1 e i 2 estão referenciadas de 
acordo com as figuras 2.3.l e 2.3.3. 
• Na bobina de restrição, age a corrente resultante que é dada por 
I -1Í1+i21 corrcme de rc~tdç:lo - 2 
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26 
• 
Elemento 
Protegido • 
i -i 1 2 Bobina de 
~~· operação 
~> > i2 
B _<:__d ,. -obmas e res nçoes 
Figura 2.3 .3 - Relé Diferencial Percentual (87) 
Para simplificar, utiliza-se apenas a média dos módulos individuais, 
isto é 
TL + 12 
J corTente de restriç-ão = --
2
-
cujo torque de restrição será dado por 
2 r1 + 12 
( )
2 
T r.Striç.'io CC ( cD resirição) CC --2-
• Na bobina de operação, a corrente resultante é, 
lowação = 1 i i - Í2I 
e para simplificar utilíza-se 
1 operação :::::: I , -12 
cujo torque de operação é dado por 
r ºPº'"''º cc ( <t> operação ) 
2 
oc ( I 1 - I 2 )2 
Portanto, desprezando-se a restrição da mola restauradora, o torque 
resultante que age no balancim do relé diferencial percentual é dado pela 
expressão 2.3.1. 
Relé Diferencial 
'r re!é 87 = Z' operação - Z' restrição 
'""" ~ K,(I, - I,)' - K,(1' : I, )' 
No limiar (.,.,é 87 ~ O) do relé 87, tem-se: 
O - K (1 - I )1 -K (11 + 12 )2 
- 1 L 2 2 
2 
I -I ==ff<2 -~ 
L 2 K 2 
l 
Fazendo-se, a ::::: {i(.; , tem-se vKi 
11 - I, =a. 11 + 12 
- 2 
27 
(2.3.1) 
(2.3.2) 
(2.3.3) 
Fazendo-se, y = I , - I2 e 
I, + l, _ 
2
,., ... 
x = ---- , tem-se a expressao . .) . .), 
2 
reescrita como sendo a expressão 2.3.4, que é uma equação de uma reta que 
passa pela origem dos eixos cartesian0s y _/x. 
y=ax (2.3.4) 
I 
Fazendo-se o gráfico da expressão 2.3.3 de T1 - 12 em função de 
I +I 
-
1
--
2 
, tem-se a figura 2.3.4. 
2 
Em que: 
a= taga = {&,que é chamado de inclinação, ou declividade (slope) da 
· ~~ 
reta do limiar de operação do relé 87. 
O efeito da mola de restauração do relé só aparecerá para pequenas 
correntes ele defeito, neste caso, sua ação está representada na figura 2.3 .4, em que 
a reta não passa pela origem, mas tem um pequeno desvio. 
28 
Devido ao 
efeito da 
mola 
OPERA 
Capítulo IT 
~miar de operação 
NÃO OPERA 
Figura 2.3.4 - Curva de Operação do Relé Diferencial Percentual 
Para o relé diferencial percentual, devem-se fazer dois ajustes: 
a) Ajuste da declividade (slope), que pode ser: 
+ 5 a 25% para máquinas síncronas; 
+ lO a 45% para transformadores de potência . 
Deve-se observar que se a declividade for de 25%, que 
corresponde a taga = 0,25 e a = arctag0,25=14,04°. Quanto 
maior for a dec lividade, menor é a sensibilidade do relé. 
b) Ajuste do valor inicial ou pick-up do relé para compensar o efeito 
da mola de restauração, seu valor mínimo é limitado por ~, vK: 
em que K3 representa o efeito da mola. Por exemplo, o ajuste do 
pick-up ou corrente mínima de atuação do relé, pode ser 0,1 A ou 
0,2A, ou o valor recomendado pelo fabricante do relé. 
Pode-se tcunbém representar o relé diferencial percentual, em um 
gráfico da COffCnte de retenção r1 em função da corrente de retenção 12 • 
Relé Diferencial 
' 
29 ) 
Para isso é definido outro termo que é a percentagem da corrente 
diferencial I1 -12 em relação à menor das correntes de retenção I1 ou 12 . 
por: 
Supondo-se que 12 < I1 , assim a percentagem diferencial "p" é dada 
Desenvolvendo-se, tem-se: 
I = 100+ p. I 
1 100 2 
Supondo-se que 11 < 12 , tem-se 
Desenvolvendo, tem-se 
I == 100 . I, 
! 100+ p • 
(2.3.5) 
(2.3.6) 
Usando-se no relé diferencial percentual, o percentual "p" de 10% e 
25%, o gráfico da zona de atuação do relé é apresentado na figura 2.3.5. 
Nota-se que a reta superior da gravata é dada pela expressão 2.3.5 e a 
reta inferior pela expressão 2.3.6. 
Assim, para qualquer operação que produza um ponto dentro da 1 
rt!gião hachurada o relé 87 não atua. 
Qualquer ponto de operação fora da gravata representa uma corrente 
diferencial além do ajustado no relé 87 e a proteção atua. 
De uma maneira geral na proteção de transformadores ou máquinas 
síncronas o relé 87 não atua diretamente no dispositivo de abertura do 
disjuntor. O relé alua ativando o relé auxiliar de bloqueio (86), que 
providencia uma série de comandos, sendo um deles o disparo da abertura 
do disjuntor ou disjuntores, conforme pode ser visualizado na figura 2.3.6. 
) 
J 
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) 
30 Capítulo II 
11 =-1ºº 12 
100 + a 
1 2 4 6 8 1 o 12 14 16 18 20 22 24 
{Ampére~ retençao) 
12 
26 
Figura 2.3.5 - Zona de Atuação do Relé Diferencial Percentual em Fonna de 
Gravata 
. . 
' . . 
Transformador ou 
Gerador Síncrono 
. . : 0 : ~.......... ....... 86 .............. ~ 
l . 
Figura 2.3.6 - Diagrama Esquemático da Proteção Diferencial 
A figura 2.3.7 apresenta o diagrama esquemático simplificado cm 
DC da atuação <la proteção. 
Relé Diferencial 31 
+ - s-2A__,I_s1-A r..,..--SIS-1-s-, l-.--r---,2s__,I-jz-o 1--
, b 
69 
86 a b 
125V~ 
S2A 
BA 
Figura 2.3.7 - Esquemático em DC da Proteção Diferencial Percentual 
Em que: 
VM -+ lâmpada vcnnelha, indicando disjuntor fechado. 
VD-+ lâmpada ver<le, indicando disjuntor abe110. 
As notações numéricas são identificadas no apêndice A. 
Note que na proteção de linhas de transmissão com relês 50, 51, 21, 
67, 32, utilizam-se TCs com fator de sobrecorrente de 20, com classe de 
exatidão de 10%. Os TCs utilizados na proteção diferencial, os erros dos 
mesmos influenciam no ajuste do relé, portanto esses TCs devem ter 
precisão analisada para cada caso. e podem ser de classe de exatidão de 
2,5%, de 5% ou de 10%. Desse modo, em alguns casos, os TCs da proteção 
diferencial devem ser melhores do que os T Cs das outras proteções. 
. ', 
32 
TELEPROTEÇÃO 
\ 3 .1 Tele proteção 
A proteção que utiliza comunicação entre os relés das barras 
adjacentes de uma 1 inha ele transmissão é denominada de teleproteção. O 
principio básico da teleprorcção é a utilização da proteção diferencial (87) a 
distâncía, em que a tra.nsmissão do sinal de um relé ao outro é feita pelas 
vias de comunicação. Do mesmo modo da proteção diferencial, o trecho 
supervisionado (selecionado) para a proteção é o compreendido entre os 2 
relés. A figura 3.1.1 mostra simplíficada e esquematicamente a proteção da 
linha de transmissão utilizando a teleproteção. 
Barra A Barra B 
- - - ------- -- - -- (~~\ _____ } 
Via de Comunicação \'.~,; 
Figura 3.1.1 - Teleprotcção 
Teleproteção 33 
A filosofia da teleproteção é a mesma da proteção utilizada no 
sistema de energia elétrica, com o adicional que a confiabilidade da 
tecnologia da comunicação é fundamental. 
A teleproteção basicamente utiltza ~ processos para a ação de 
desligamento do trecho em defeito. Os 2 processos são: 
+ comunicação efetiva ou não entre os relês, para o bloqueio do 
desligamento do disjuntor; 
+ comunicação entre os 2 rclés. para o desligamento efetivo dos 
disjuntores. 
Na teleproteção a necessidade de se utilizar a proteção principal e 
alternativa é impo1tante, possibilitando a garantia de seletividade de 100% 
da linha de transmissão. 
Na teleproteção as vias de comunicação, conhecida como canais 
piloto, podem ser de vários tipos: 
+ fio piloto; 
+ onda portadora (Carrier); 
+ microondas; 
• fibras ópticas do tipo: 
7 cabo dielétrico de fibra óptica; 
7 cabo OPGW. 
Na teleproteção é imprescindível que o meio de comunicação tenha 
alta confiabilidade e alta velocidade. Isto porque a teleproteção é um 
componente incorporado ao sistema de proteção. Desse modo é importante 
considerar a segurança do meio de comunicação, principalmente quanto à 
sua exposição física. Geralmente em linhas de transmissão, o sistema de 
comunicação abrange todo o comprimento da lir:ha, ficando exposto a toda 
sorte de riscos, inclusive o de vandalismo. 
Os mecanismos das vias de comunicação são resumidamente 
apresentados a seguir. 
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J ·, 
34 Capítulo TU 
Fio piloto é um condmor fisico utilizado para conduzir (transmitir) o 
sinal de comunicação entre os sistemas de proteção instalados em cada 
terminal do elemento protegido. 
O condutor, meio de propagação,pode dependendo do tipo de 
proteção, ser: 
o Fios telefônicos; 
o Cabos elétricos; 
o Fios nus. 
A comunicação por fio piloto é feita por um par de condutores, em 
que o sinal de transmissão pode ser efetivado (transmitido) por: 
• Corrente continua (DC) 
• Corrente alternada (AC) em 60 Hz; 
• AC em sinal de áudio. 
O esquema de proteção utilizando fio piloto é mais indicado quando 
o elemento protegido for de pequenas dimensões, tab como: 
~ Transfonnador; 
~ Gerador síncrono; 
~ Cabos elétricos, principalmente os subterrâneos; 
~ Linha de transmissão curta. 
Pode-se utilizar o fio piloto para proteção de linha de transmissão 
cu1ta de até 30 km, mas na prática não é muito usado. 
No tipo de proteção por fio piloto, por exemplo, utiliza-se a mesma 
filosofia do relé diferencial (87) adotada no transformador de potência, 
sendo que neste caso a proteção diferencial é feita por 2 equipamentos de 
prott::ção instalados em cada terminal da linha de transmissão. A figura 3.2.1 
mostra a proteção diferencial (87) de um transformador de potência. 
Substitu indo o transfom1ador por uma linha de transmissão e 
uti li7.anclo a proteção diferencial com o emprego de 2 relês em cada 
terminal, tem-se a figura 3.2.2. 
Note que ao se unirem os 2 relés da extremidade da linha de 
transmissão, têm-se a constituição do relé diferencial tradicional. 
Teleproteção 
Restrição 1 
Transformador 
- Bobina de 
Operação 
\ Bobina de 
Restrição 2 
Figura 3.2. 1 - Proteção Diferencial do Transformador 
Barra A 
.. 
Bobin~ do .> 
Restrição 1 
Linha de Transmissão 
s- Bcbina de 
~ OptiraçAo 1 
\ ;, 
Fio Piloto 
Bobina de ~­
Operação 2---\ 
.. 
Figura 3.2.2 - Proteção com tio Piloto 
Barra B 
8obir.ade 
Resltiçào 2 
35 
Identicamente à proteção diferencial comum, nos relés da figura 
3.2.2 as bobinas de restrições produzem ação para a não operação e as 
bobinas de operação produ7.em ação para a operação da proteção 
provocando o desligamento dos disjuntores. 
Simbolicamente a tclcproteção, com vias de comunicação através do 
canal piloto com o uso de rclés 87 em cada terminal da linha de transmissão, 
é representada pelo esquema da figura 3.2.3. 
Barra A Barra 8 
Linha ele Transmissão 
-.-·-·- Vl1:1 de Comunicação _ ........ 
C;;r11:1I Piloto 
Figura 3.2.3 - Esquema Básico da Teleproteção com Canal Piloto 
36 Capítulo III 
No esquema da figura 3.2.2, com o sistema elétrico operando em 
condição nonnal, as correntes no circuito secundários dos 2 TCs. são 
apresentadas na figura 3.2.4, que é o mesmo caso para um curto-circuito no 
ponto 1. 
Barra A Barra B 
Linha de Transmissão 
Fío Piloto 
Figura 3.2.4 - Operação Normal 
Nesse caso, com não há defeito na linha de transmissão, a coITcnte é 
a mesma no início e no final, desse modo, as correntes secm1dárias nos TCs 
são as mesmas e não passa correntes pelas bobinas de operação nos 2 relés 
das extremidades. As correntes passam somente pelas bobinas de restrições 
garantindo a não operação dos relês. Urna característica deste tipo de 
esquema de proteção é que na operação normal do sistema elétrico sempre 
circula corrente pela cablagem do canal piloto. Assim, quando ocorre um 
defeito na cablagem do canal piloto, devidamente a proteção pode provocar 
o desligamento do elemento protegido. 
A figura 3.2.5 mostra o sentido das correntes elétricas para o caso de 
curto-circuito na linha de transmissão. 
Barra A Barra B 
• 
Linha de Transmissão i' 
• Curto-circu ito 
Fio Piloto 
Figura 3.2.5 - Curto-circuito na Linha de Transmissão 
Nesse caso de cmto-circuito na linha de transmissão, a título de 
exemplo, supõe-se que as correntes I e I' são iguais em módulo. Assim, 
deduz-se que não passa corrente pela cablagem do fio piloto e toda a 
corrente passa na bobina de operação de cada relé com o conseqüente 
disparo dos disjuntores, em cada extremo da linha de transmissão. Na 
T eleproteção 37 
realjdade as correntes de curto-circuito proveniente das barras A e B não são 
iguais e pela cablagem do canal piloto passa a diferença das correntes. 
Pode-se, também, efetuar o mesmo tipo de proteção utilizando o 
esquema de proteção por oposição de correntes. Neste tipo de proteção, em 
operação normal do sistema elétrico, não passa corrente pela cablagem do 
fio piloto, corno mostra a figura 3.2.6. 
Barra A 
• 
• 
,/ 
Bobina de 
restrição 
Linha de Transmissão 
"~Bobina de 
operação 
Barra B 
Figura 3.2.6 ·· Proteção por Canal Piloto em Oposição na Operação No1mal 
Havendo um defeito na linha de transmissão, uma das correntes de 
curto-circuito inverte-se na extremidade, o que, por sua vez, determina a 
condução de corrente pela cablagem do canal piloto, com mostra a figura 
3.2.7. 
Barra 8 
• Linha de Transmissão • 
• • 
i' =i 
restrição 
"-.;~ Bobina de 
operação 
87 
Figura 3.2.7 - Defeito na Linha de Transmissão 
Neste exemplo da figura 3.2.7, foi considerado que Í = i 1 . 
1 3 .3 Fibra Óptic~ 
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38 Capítulo IIl 
No esquema apresentado na figura 3.2.3 o canal de comunicação 
pode ser feito por um cabo dielétrico de fibra óptica, como está representado 
na figura 3.3.1 . 
Barra A Barra B 
Linha de Transmissão • • 
·_d)I 1-0--J 
1 l 
Transdutor -":.. ____ e~~ Fi~~~ Ó~i~ __ --0 
Fotoelétrico ...-· ~ 
Figura 3.3.1 - Teleproteção com Cabo de Fibra Óptica 
Este esquema de teleproteçào é similar ao de fio piloto, em que o 
meio fisico da via de transmissão é constituído por um cabo de fibra óptica. 
Neste tipo de teleproteção, o sinal elétrico obtido no relé 87 é dirigido ao 
transdutor fotoelétrico, que o transforma em um sinal luminoso equivalente. 
O sinal luminoso, que tem uma freqüência dentro do espectro cio 
infravermelho, é transmitido pela fibra óptica ao outro terminal, assim se 
estabelece à comunicação entre os rclés dos te1minais da linha de 
transmissão. 
Com a informação das conentes nos 2 terminais da linha de 
transmissão, e de acordo com o esquema de proteção adotado, os rclés 
podem: 
rP não operar; 
{/> operar; 
{/> bloquear a ação de desligamento do disjuntor remoto; 
{/> permitir o desligamento de um disjuntor remoto; 
{/> bloquear o religamento. 
As vantagens da utilização da fibra óptica no esquema de proteção 
da figura 3.3.1 são: 
© O cabo de fibra óptica não está sttjeito à interferência 
eletromagnética e eletrostática; 
Teleproteção 
© Rapidez na transmissão do sinal luminoso; 
© Precisão nos dados transmitidos; 
39 
© Disponibilização de vários canais de comunicação possibilitando 
as realizações de outras funções, tais como: telefonia, medição, 
supervisão e controle, transmissão de sinal de áudio e de vídeo, 
principalmente para ações de segurança do monitoramento do 
pátio das subestações; 
© Mudança de ajustes de relés; 
© Possibilidade de ações de autodiagnose na integridade do sistema 
de proteção com respeito aos relês e das fibras ópticas e 
transmissão do sinal; 
© Canal de comunicação dedicado e seguro para as ações de 
transferência de sinal objetivando o bloqueio ou o disparo do 
disjuntor remoto; 
© Pequena atenuação do sina] transmitido cobrindo grandes 
distâncias de comunicação; 
© Separação galvànica entre os circuitos elétricos do sistema de 
proteção com o sistema de fibras ópticas; 
© Grande largura de banda; 
© Extremamente leves. 
A fibra óptica é constituída de um núcleo de sílica, revestido com 
uma camada de silicone. Para con.finm ainda mais os raios luminosos dentro 
do núcleo de sílica da fibra óptica, há necessidade de aumentar o índice de 
refração. Com esse propósito dopa-se a fibra com Ge02 (dióxido de 
germânio) e Si02 (dióxido de silício). 
As fibras ópticas de acordo com o tipo de transmissão e índice de 
refração podem ser: 
• Fibra óptica monomodo, que utiliza diâmetros de 9 ~tm. e 10 
µm, com comp1imento de onda (Ã.) de 131 nm e 1550 nm, 
tem menor atenuação no sinal, é empregada para grandes 
distânciasde transmissão; 
• Fibra óptica multimodo que se divide em: 
40 Capítulo IU 
~índice degrau que tem dois índices de refração, um 
para o núcleo e outro para a casca. São fibras grossas 
com diâmetro de 100 µma 850 µm. Sãó empregadas 
em distâncias curtas. 
~Índice gradual que apresenta índice de refração 
variável, a dimensão do núcleo é de 50 µm, 62,5 µm e 
100 µm, e da casca de 125 ~tm e 140 ~tm. Podem ser 
usadas em maiores distâncias com atenuações de l a 
6 dBíkm. 
A fibra óptica multimodo, tem diftmctro do núcleo de 50 ~Lm, 62,5 
µm e 200 ~Lm, com comprimento de onda da luz emitida na ordem de 650, 
820 e 1300 nm. 
Os transdutores (conversores) fotoelétricos dos relés em cada 
te1minal da linha de transmissão devem ser compatíveis, isto é, devem gerar 
sinais luminosos com o mesmo comprimento de 011da. Os cabos de fibra 
óptica podem ser simples ou acompanhados de um cabo (gu ia) de aço. O 
cabo de fibra óptica com guia de aço possibilita lançar o cabo em maiores 
vãos entre torres de transmissão e resguarda de tensiona.mcntos mecânicos 
nas fibras. 
A perda de sinal na fibra óptica é medida em dB. Deve-se considerar 
as perdas cm dB em todo o sistema de transmissão do sinal de fibra óptica, 
concernentes às emendas, às conexõe.s e os cabos propriamente dito. 
Por exemplo, o cabo de fibra óptica de 9,3 µm cem perdas de: 
• 0,4 dB/km para/,:::: 131 O nm; 
+ conector, perdas de 2 dl3iconeccor; 
+ emenda, perda de 0,4 dB/emcnda. 
A distância de comunicação direta entre relés fica limitada pela 
geração de sinal no conversor e pelas atenuações de s inal no sistema de 
comllnicação. Estas limitações restringem a operação direta entre relés cm 
tomo de 50 km. 
l 3 .4 Cabo OPG\V J 
-
Teleproteção 41 
Cabo OPGW (Optical Grottnd Wires) é um cabo condutor metálico, 
onde coaxialmente estão instalados os cabos de fibra óptica. Ver figura 
3.4. l. 
...S-- Fibra Ótica 
Figura 3.4.1 - Cabo OPGW 
O cabo OPGW é utilizado como cabo de cobertura (cabo pára-raios 
ou cabo guarda) ele uma linha de transmissão. Ver figura 3.4.2. 
Figura 3.4.2 - Cabo de Cobertura do tipo OPGW 
O cabo de cobertura está aterrado n.a tone de transmissão. Assim, na 
ocorrência de uma descarga atmosférica, o raio será captado pela patie 
metálica do cabo de cobertura, será conduz ido até à torre mais próxima, e 
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1 
42 Capítulo IH 
será escoado a terra pelo aterramento (contrapeso) do pé da torre. Esta 
condução do raio não afeta a transmissão do sinal luminoso dentro do 
núcleo da fibra óptica. 
O esquema da teleproteção e da via de comunicação é apresentado 
simbolicamente pela figura 3.4.3. 
Barra A 
TC1 • Linha de Transmissão 
• 
CaboOPGW 
- Trans:issor 1 
Receptor i==========I 
de 
Sinal 
Canal de comunicação 
• 
• 
Transmissor 
e 
Receptor 
de 
Sinal 
Figura 3.4.3 - Teleproteção com Cabo OPGW 
Barra 8 
Neste tipo de teleproteção a comunicação entre os relés é feita pela 
transmissão do sinal pelas fibras ópticas contidas no cabo OPGW, 
possibilitando efetuar vários esquemas de proteção. Apenas para ilustração, 
por exemplo, o cabo OPGW com 18 pares de fibras ópticas pode trafegar 
cm cada par, 7560 canais, perfazendo no total 136.080 canais de 
comunicação. 
A transmissão com OPGW pode cobrir grandes distâncias com a 
introdução de repetidora de sinal. 
Desse modo, pode-se utilizar a transmissão de sinal pela fibra óptica, 
para o uso da: 
© Proteção; 
© Comunicação telefônica; 
© Transmissão de sinal de TV; 
© Comunicação via Internet; 
© Comunicação do sistema de supervisão e controle; 
l 
Teleproteção 43 
© Serviços para companhias telefünicas ou de TVs não 
pertencentes à empresa. Isto é, podem-se comercializar os canais 
excedentes para empresas particulares. 
[ 3 .5 Onda Portadora 
A transmissão por onda portadora é feita utilizando o meio físico, 
isto é, o próprio cabo condutor da linha de transmissão para a propagação do 
sinal de comunicação. O sinal a ser transferido é modulado na onda 
portadora, é injetado na extremidade da linha de transmissão e é recebido na 
outra extremidade onde é demodulado, isto é, o sinal é separado da onda 
portadora. Este sistema é conhecido por OPLAT - Onda Portadora sobre 
Linha de Alta Tensão. O esquema da figura 3.5.1 mostra os elementos 
básicos da teleproteção com onda portadora (Sistema Carrier). 
Bobina de 
Barra 
Bloqueio 
TC de Carrier 
J--0 1 'ãOOô' l L_y Í} c, 
l 
i 
J 
' i 
Transmissor 
e 
Receptor 
Carrier 
r } ~ 
9 
Chave 
Canal de 
Comunicação 
Linha de 
Transmissão 
L TP 
.__ ___ _.r...;·-;-;.....·~ ...... ,- _;·· ..... ; ---...., 
li 
:•o••••• ., • ••••..,•; 
Figura 3 .5.1 - Teleproteçâo Onda Portadora (Carrier) 
O sinal é transmitido por urna onda prntadora de alta freqüência na 
ordem de 20 a 400 kH7., que se superpõe à corrente elétrica {60 Hz) da 1inha 
de transmissão. Cada sinal, com sua respectiva freqüência, propaga-se 
independentemente como se o outro sinal não existisse, apenas seus efeitos 
são somados. O receptor, no outro extremo da linha de transmissão, que está 
·' 
44 Capítulo m 
sintonizado na freqüência Carrier, absorve apenas o sinal da onda portadora, 
sendo que a con-espondente demodulação extrai o sinal da informação: 
Para a finalidade de usar o sistema Carrier por onda portadora na 
teleproteção, há necessidade de apenas apresentar a figura 3.5. l de modo 
mais simplificado, como mostra o desenho da figura 3.5.2. 
Bobina de 
Bloqueto de canal de 
Barra A TC Carrlar Comcnicação TC 1-0 e~ n rnõO'ó''--"T"'""--------.--'rnõO'ó' -•,/"'"', · l Linha ce Transmissão 1 j_-e Capacitor _,__ 8 
! 
l_ ..... . T R R T 
figura 3.5.2 - Sistema Carrier 
Barra B 
D--1 
l 
Em que T representa o transmissor e R o receptor da onda portadora 
Carrier. 
Os equipamentos que constituem o sistema de transmissão por onda 
po1tadora podem utilizar a tecnologia digital, porém a transmissão da onda 
portadora pda linha de transmissão é feita sempre no modo analógico. 
O sistema complclo da transmissão por onda portadora (Carrier), 
sucintamente é composto pelos seguintes equipamentos: 
• Bobina de bloqueio do Carrier; 
• Divisor Capacitivo de Potencial (DCl>s); 
• Equipamento de sintonia; 
• Transmissor Carrier; 
• Receptor Carrier; 
• Filtro da ouda. 
O capítulo 2 da referencia [5] foi dedicado ao equipamento DCPs 
contendo o seu funcionamento e utilização. 
A faixa de freqüência utilizada para a propagação de sinal confinada 
na linha de transmissão, cm comparação com outras freqüências, é mostrada 
na figura 3.5.3. 
Teleproteção 45 
20kHz 3DkHz 
Rádio Navegação 
400kHz 535kHz 
~+-~f---+~~~~~~~~~~+,~~·~~-+----1-~~~-1-
16kHz 200kHz 405kHz 
., __ - ---------- Faixa Carrier -- ---- - ------+-
Figura 3.5.3 - Faixa de Freqüência Carrier 
-Rádio Difusão 
Freqüências menores que 20 kHz prejudicam o acoplamento com os 
DCPs, e para freqüências maiores que 400 kHz as perdas de transmissão do 
sinal são mais acentuadas e também começa a haver interferências com os 
serviços de rádio. 
O sistema de proteção que utiliza onda portadora (Carrier) depende 
muito da incegridade dos condutores da linha de transmissão. Scmdo 
prejudicados nos seguintes casos: 
® Abertura dos condutores da linha de transmissão; 
® Curtos-circuitos; 
® yfanobras de disjuntores; 
® Interferências eletromagnéticas; 
® lnterferência eletrostática. 
l 3.6 Microondas 
Na transmissão por microondas o meio de propagação do sinal é pelo 
ar. O sinal é transmitido numa freqüência de 900 kHz a 20 MHz. O sinal de 
alta freqüência da microonda é dirigido por antenas parabólicas de ponta a 
ponta. Por este motivo as antenas parabólicas devem estar colocadas em 
torres de comunicação para que sua visada tenha longo a.lcance. Ver figura 
3.6.l. 
A faixa de freqüência deste sistema de comunicação é: 
+ UHF de 300 MHz a 3 GHz; 
• Microondas de 3 GHz a 30 GHz. 
O sistema de comunicação por microondas é muito complexoe caro. 
As antenas parnbólicas devem estar direcionadas umas em relação às 
outras, de modo que o sinal seja transmitido entre as torres de comunicação 
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46 Capítulo III 
até o seu destino final. Em condições favoráveis a máxima distância entre 
duas torres pode ser de até 60 km. 
Antena 
Parabólica 
Cabo Guia ........ -.-_ 
-~ -- de 
Microondas 
Equipamento de 
Transmissão e 
Recepção 
Figura 3.6.1 - Torre de Comunicação de Microondas 
Este sistema sofre inf1uência das condições atmosféricas, sendo um 
problema para a fidelidade desse sistema de transmissão, principalmente 
para a teleproteção. A vantagem desse sistema é que a comunicação 
independente dos efeitos das correntes de curtos-circuitos na linha de 
transmissão e das interferências eletromagnéticas geradas na subestação. 
Ll3_._7_T_i~p_o_s_d_e_S_'i_st_e_1n~as~d_e_T_e_le~p~r_o_t_eç~ã_o~-.,.-~~~~~~-- J 
Os sistemas complexos de proteção que utilizam a técnica de 
comunicação entre subsistemas de proteções são conhecidos genericamente 
por teleproteção. As proteções e as comunicações enh·e relés podem ser 
efetuadas com o emprego de várias técnicas, denominadas: 
a) Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional ou Sistema de 
Comparação Direcional por Bloqueio - CDB - (Blocking); 
b) Sistema de Comparação Direcional por Desbloqueio - CDD -
(Unblocking); 
Teleproteção 47 
c) Sistema de Transferência de Disparo Direto por Subalcance (Direct 
Underreach Transfer Trip-DUTT); 
d) Sistema de Transferência de Disparo Permissivo Por Subalcance 
(Permissive Underreach Transfer Trip -: PUTT); 
e) Sistema de Transferência de Disparo por Sobreakance (Permissive 
Overreach Transfer Trip- POTT). 
Existem vários sistemas de proteção que utilizam os esquemas 
anteriores ou suas variantes, sendo que alguns serão apresentados nos itens a 
seguir. Neste tipo de esquema qualquer relé pode ser utilizado, sendo os 
mais usuais os relês 21, 67, 50, 51 . 
._3_._8_S_i_s_te_rn_a_d_e_B_l_o....'!q'-u_e_io'""'p!Lo_r_C_o_m.....Jp[_a_1_:-.1.::_!ç~ã....::.o-=D=-1=· r....::.e..:.ci:..:o:..::n:.:a:.:..l ___ _J 
O sistema de bloqueio por comparação direcional (CDB), conhecido 
também por Blocking, utiliza o sistema de comunicação para enviar um sinal 
para bloquear, isto é, para não permitir a operação de abertura do disjuntor 
remoto adjacente. Por este motivo, o sinal enviado pelo canal de 
comunicação será utilizado para impedir a operação de àesligarncnto do 
disjuntor, mesmo que a proteção local queira abrir o disjuntor. O sinal é de 
bloqueio ela abertura do disjuntor, daí advindo o nome sistema de bloqueio 
por comparação direcional. 
Para o caso de proteção principal e alternativa, quando se têm 2 
sistemas de proteção separados e independentes por terminal da linha de 
transmissão, é garantida a atuação da proteção local, sem preocupação com 
a obrigatoriedade da atuação da proteção de retaguarda remota. 
Pode-se utilizar o sistema ele bloqueio por compm·ação direcional 
(CBD), apresentado a seguir, Cltjo diagrama unifüar é mostrado na figura 
3.8.1. 
Figura 3.8. l - Diagrama Unifilar do Sistema Elétrico para a Proteção C.DB 
48 Capítulo m 
No diagrama uni filar da figura 3 .8.1 está apresentado somente à 
proteção primária da l T AB de uma configuração em anel. 
Na barra A, o relé 21P está direcionado no sentido ·da linha de 
transmissão LT AB e sobrealcança a barra remota B e vai até, por exemplo, a 
40% da próxima linha de transmissão, LTsc, e o relé 21S (instantâneo) está 
direcionado ao sentido contrárío (reverso) e alcança a bana adjacente, ban-a 
D, como mostrado no esquema da figura 3.8.1. 
A filosofia do CDB é que sempre que o relé 21 S vê o defeito, um 
sinal de comunicação é enviado para a outra barra para não deixar que o 
disjuntor abra, isto é, o sinal é enviado para BLOQCEAR a abertura do 
disjuntor da barra remota. Na proteção da figura 3.8. l, as zonas de atuação 
do relé 21 são designadas por P e S, em que P significa proteção piloto ou 
principal e S significa Scart, ou seja, partida (disparo) do transmissor que 
envia um sinal pelo sistema de telecomunicação para a outra barra. 
O diagrama funcional em DC do sistema de bloqueio por 
comparação direcional aplicado ao diagrama unitilar da figura 3.8.1 está 
mostrado na figura 3.8.2. 
+ Relé de 
Tempo 
Relé de 
~ 
Tempo 
- -Q---1 
! RC 1 21P 
-~~-L-=i 
BA T 1 
D 1 
• _J_ 
- I RC 1 
218 
+ 
.! TR-r--j f--
Figura 3.8.2 - Diagrama Funcional em DC do CDB 
Em que: 
21 -+ relé de distância. Poder-se-ia utilizar um outro relé no lugar do 
relé 21, por exemplo, o relé 50 ou o relé 67; 
21P -+ contato do relé 21P; 
Teleproteção 49 
21S-+ contato do relé 218; 
BA -+bobina de abertura do disjuntor; 
IR -+ transmissor, equípamento que envia o sinal de comunicação para 
a barra remota; . 
RC -+ receptor, equipamento que está sintonizado para receber o sinal 
de comunicação enviado pelo transmissor da barra remota. Quando o 
receptor RC recebe o sinal de comunicação, o seu contato RC abre; 
Relé de Tempo-+ fecha o seu contato To quando transcorre o seu tempo 
ajustado. O tempo de ajuste T 0 = 6 a 20 ms. O tempo de ajuste T 0 é um 
tempo muito baixo, mas deve ser maior que o tempo da propagação do 
sinal de transmissão de uma barra a outra. Ou seja, To > Tempo de 
propagação do sinal pelo sistema de telecomunicação. Este tempo To 
muitas vezes já vem incorporado no equipamento fornecido pelo 
fabrícante, e está fixado entre 15 a 20 ms. 
Passa-se a seguir a analisar a atuação da proteção para os defeitos 
assinalados no diagrama unifilar da figura 3.8.1. 
a) Defeito no ponto F 1 da linha LT_.\B· 
As proteções das barras A e B, atuarão com ·o acionamento dos 
seguintes contatos. 
Terminal A 
• Fecha o contato 21P que energiza o relé de tempo; 
• Transcorrido o tempo To, o relé de tempo fecha o seu contato T0: 
• O disjuntor A é desligado. 
Terminal B 
• Fecha o contato 21P que energiza o relé de tempo; 
• Transcorrido o tempo T 0, o relé de tempo fecha o seu contato T 0; 
• O disjuntor B é desligado. 
Note que neste caso, nenhuma proteção 218 viu o defeito, portanto 
nenhum sinal de comunicação foi enviado. 
b) Defeito no ponto F2• 
) 
) 
), ~"· 
) 
) 
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1 
·[ 
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1 
1 
l 
l 
1 
l ' 
• 1 
l 
! 
50 Capítulo III 
Este defeito é fora da LT AB, portanto nenhum disjuntor deve ser 
desligado. 
A seqüência de atuação da proteção é a que segue: 
Terminal B 
• Fecha instantaneamente o contato 21S; 
• Ativa-se o transmissor B, que envia um sinal pelo sistema de 
telecomunicação para o receptor A da barra A. 
Terminal A 
• Fecha instantaneamente o contato do relé 21P; 
• O receptor A recebe o sinal do transmissor B e abre o seu contato 
RC. Note que o contato RC estando agora aberto, não será mais 
possível efetuar a operação de abertura do disjuntor A, isto é, o 
disjuntor A está bloqueado; 
+ O relé de tempo fecha o seu contato To no tempo To. Note que o 
tempo To> tempo da propagação do sinal de comunicação entre 
as barras; 
• O disjuntor A permanece fochado, em operação normal. 
O probiema neste tipo de sistema de proteção de bloqueio por 
comparação direcional é que: 
® Se houver um defeito no sistema de telecomunicação, de modo 
que o sinal seja emitido indevidamente, a abertura do disjuntor 
fica bloqueada, independente da atuação da proteção local. 
® Se houver uma falha no sístema de telecomunicação, de modo 
que o sinal transmitido não chegar no receptor remoto, poderá 
haver atuação indevida da proteção local para defeito fora da 
linha de transmissão. Fato este que geralmente ocorre neste tipo 
de esquema de proteção. 
Como não se sabe se há defeito no sistema de telecomunicação, há 
necessidade de uma constante vigilância no sistema para garantir o seu 
desempenho. 
O esquema funcional apresentado na figura 3.8.2 é simplificado, narealidade o esquema é mais complexo e, pode-se citar que o receptor não 
Telep1·oteção 51 
promove a abertura do contato RC. Esta função é feita por um relé 85 
auxiliar. O funcionamento baseia-se no esquema mostrado na figura 3.8.3. 
RC 
--~~-
l 
é 
~-~ 
~/ 
Sistema de 
Telecomunicação 
Figura 3.8.3 - Relé 85 
Quando o receptor recebe um sinal de comunicação, ativa o relé 85 
que promove a abertura do contato RC. O relé 85 tem também outros 
contatos auxiliares NA e Nf, para realizar outras funções. Geralmente, 
provoca-se um retardo intencional no tempo de rearme do relé 85, a fim de 
evitar problemas na proteção de linhas operando em paral~lo. 
No esquema de proteção apresentado, a seletividade é de 100% da 
linha de transmissão com um tempo de atuação de To. 
l 3.9 Sistema de Desbloqueio por Comparação Direcional 
Sistema ele proteção de desbloqueio por comparação direcional 
(Unblocking) será analisado em relação ao diagrama unifüar da figura 3.9.1. 
D A -' F, p .._._ B F 2,. C 
..-ofo~~~~~~=~~~~5~6~+~~~~~~r 
0 é ~ ~ ~- é 
p 
fiaura 3.9.1 - Diagrama Unifilar o 
Os relés de proteção de cada barra têm direcional idade para a linha 
de transmissão com sobrealcance da linha adjacente. 
l 
1 
1 
1 
1 
52 Capítulo III 
A filosofia do sistema de proteção de desbloqueio por 
comparação direcional (CDD) é manter um canal de comunicação sempre 
ativo e mantido numa freqüência chamada de guarda Portanto, o sinal 
permanente no canal é indicativo que o canal de transmissão de 
telecomunicação está funcionando cm perfeito estado, isto é importante 
porque é uma garantia de que quando houver defeito no sistema elétrico o 
canal de comunicação está pronto para enviar um novo sinal de desbloqueio 
em uma nova freqüência, diferente da freqüência do canal guarda. O sinal de 
desbloqueio é sempre no sentido de promover o desligamento do disjuntor. 
Na operação normal do sistema elétrico, no sistema de proteção 
CDD, é sempre enviado. permanentemente, um sinal de guarda (na 
freqüência guarda) entre os sistemas de proteção da barra A e B, que 
mantém aberto o contato que está em série com a bobina de abertura do 
disjuntor. Havendo defeito no sistema elétrico a proteção troca a freqüência 
do canal de comunicação para freqüência de desbloqueio, que será enviada 
para a outra barra, no sentido de permitir o desligamento do disjuntor 
remoto. 
Portanto a lógica do CDD é: 
7 Freqüência de guarda significa operação normal do sistema e os 
disjuntores devem pem1anecem fechados; 
7 Freqüência de desbloqueio significa defeito no sistema elétrico e 
os disjuntores devem ser desligados. 
O esquema funcional do diagrama unitilar apresentado na figura 
3.9.1 está mostrado na figura 3.9.2. 
+ 
P BA 
~~ ~ oRCo--· 
· ~ 
Sistema de 
Telecomunicação 
BA P 
--"PllY'- -O RC ~ .. ~ 
.,-4r 1 
"'-~I 
Figura 3.9.2 - Funcional cm DC do CDD 
+ 
) 
_T_e_l~ep~r_o_te_ç_ã_o ________________________________________ ~~S::.::.,3 ' 
Se o sinal guarda está em funcionamento é porque o sistema de 
telecomunicação está em funcionamento normal. 
A seguir apresenta-se a atuação das proteções para os defeitos 
assinai ades no diagrama w1ifilar da figura 3. 9 .1 . 
a) Defeito no ponto 1?1 dentro da L TA.B. 
Os relés operam na seguinte seqüência: 
Terminal A 
• Fecha o contato P do relé da barra A; 
• Ativa-se o transmissor A, que muda a freqüência do sinal de 
comunicação transmitido. A freqü~ncia do sinal é comutada da 
freqüência de guarda para a freqüência de desbloqueio; 
• O receptor A recebe o sinal de comunicação na freqüência de 
desbloqueio que foi enviada pelo transmissor B. O receptor A 
fecha o seu contato RC; 
• Ariva-se a bobina de abertura BA que promove o desligamento 
do disjuntor A . 
Terminal B 
Seqüência igual a do terminal A. 
Observa-se que o sinal na freqüência de desbloqueio provoca o 
desbloqueio (permissão) de operação de des ligamento do disjuntor. 
b) Defeito no ponto F 2 fora da LT All· 
A seqüência de atuação dos relés é: 
Terminal B 
A proteção deste terminal não vê o defeito em F2, portanto nada 
acontece. 
• O receptor B recebe o sinal do transmissor A na freqüência ele 
desbloqueio e fecha o seu contato RC, mas não há operação do 
disjun tor B porque o contato P permanece ahe1to. 
Te1minal A 
A proteção deste terminal vê o defeito F2 e: 
) 
-
) 
) 
) 
) 
) 1 
1 
) 
) 1 1 
J 
) ! 
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) 
) 
54 Capítulo HI 
• Fecha o contato P do relé A; 
+ Ativa-se o transmissor A, que permuta a freqüência do sinal que 
é enviado para a bana B. 
Note que não há operação do disjuntor A. porque o receptor A não 
recebe sinal na freqüência de desbloqueio. 
Observação: Este sistema de proteção de desbloqueio por 
comparação direcional (CDD) é mais simples que o CDB, é mais confiável 
devido à existência pcmmnente do sinal guarda. Normalmente o tempo de 
comutação do sinal de comunicação dá-se em 5 ms. 
3 .1 O Sistema de Bloqueio por Comparação Direcional -
Variante 
Este esquema é utilizado na proteção tradicional com relés de 
distância que usufmi do sistema de comunicação. 
Para assimilar com mais propriedade estes fundamentos, o diagrama 
unifilar da figura 3.10.1 mostra as zonas de atuação do sistema de proteção 
instalado nas barras A e B com sentido direcional para dentro da linha de 
transmissão, isto é, como indicado pelas setas sobre os TCs. 
FD Direcional 67 A 
ZR 
z, 
A -+ F F ,.. ~ B F C 
'A_'C> l r-.cA; 21 1 1 ,y-, (~~' ,1.~fu----+ 
50% \::.) - -J L' - 0' ZO% s. 80% é ' 03150% ~ 
z, 1 
------ - - - ------
FD Direcional 67B 
-
1 
ZR 
Figura 3.10.1 - Alcance das Zonas dos Relés 21 
Neste esquema os relés de distancia 21 têm seus ajustes de zonas de 
atuação e suas correspondes temporizações indicadas no item 5.8 da 
referencia [46]. Alimentado pelo mesmo TC, há um relé de distância 
l 
1 
i 
i 
j 
Teleproteção 55 
reverso que deverá cobrir todo o circuito da linha de transmissão reversa 
(anterior). O esquema füncional em DC de cada sistema de proteção está 
apresentado na figura 3.10.2. 
+ 
FD 
Relé de 
Tempo 
_ Relé de 
:Figura 3.10.2 - Esquema Funciona em DC do Sistema de Proteção por 
Bloqueio por Comparação Direcional 
+ 
Em que: 
Z1 _.contatos NA e ~F da 1ª zona (instantânea) do relé de distância 21; 
Z2 _. contato da 2ª zona (temporizada = T 2) do relé de distância 21; 
Z3 _. contato da 3ª zona (temporizada= T3) do relé de distância 21; 
ZR - contato da zona reversa de atuação (instantânea) do relé de 
d.istância 21R; 
TR -+ Transmissor do sinal Carrier para a barra remota; 
RC -+ Receptor do sinal Carrier proveniente da barra remota. Quando o 
Receptor RC recebe um sinal Carrier o seu contato RC abre 
instantaneamente; 
FD-+ contato da unidade direcional 67; 
To -+ é um tempo mui to baixo, porém maior que o tempo da propagação 
do sinal de transmissão Carrier de uma barra a outra. Ou seja, Tu > 
Tempo de propagação do sinal Carrier; 
T2 = 0,4 a O,Ss-+ temporização da 2ª zona do relé de distância 21; 
1 
1 
1 
! 1 
1 
1 
· 1 
· 1 
1 
i 
'1 
56 Capítulo lil -
T 3 = ls-+ temporização da 3ª zona do relé de distância 21. 
Passa-se a analisar o funcionamento da proccção de açordo com seu 
diagrama funcional para alguns pontos assinalados na figura 3.10.1. 
a) Defeito no ponto F 1 do diagrama unifilar da figura 3.10.1. 
Os relés de proteção atuam do seguinte modo: 
Terminal A: 
7 Fecham simultaneamente os contatos FD, Z1, Z2 e Z3 e o contato 
z, NF abre-se; 
7 Através dos fechamentos dos contatos FD e 2 1 ocorre a ativação 
da bobina de abertura BA e o desligamento do disjuncor A. 
Jerminal B: 
7 Fecham simultaneamente os contatos FD, Zi, Z2 e Z3 e o contato 
Z1 NF abre-se; 
7 Através dos fechamentos dos contatos fD e z, ocorre a acivação 
da bobina de abertura BA e o desligamento do disjuntor B. 
Neste