Unidade 04 -Relés de proteção

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SISTEMAS DE PROTEÇÃO E 
MEDIÇÃO
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PROFª. MSC. KÉSIA ALVES COELHO LOUBACK
kes ia. louback@professoes.estacio.br
Unidade 4 – Relés de proteção
4.1 – INTRODUÇÃO
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▪ Os relés são os elementos mais importantes do sistema de proteção, vigiando
diuturnamente as condições de operação do sistema elétrico;
▪ O relé é um dispositivo sensor que comanda a abertura do disjuntor quando surgem,
no sistema protegido, condições anormais de funcionamento.
4.1 – INTRODUÇÃO
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▪ Havendo por exemplo um curto-circuito, a corrente de curto sensibiliza o relé. Este
opera enviando um sinal para a abertura do disjuntor. Com a abertura, o trecho
defeituoso é desconectado do sistema. O sistema continua a operar, porém,
desfalcado do trecho defeituoso;
▪ Assim, as funções primordiais dos relés são:
• identificar os defeitos;
• localizá-los o mais exato possível;
• alertar a quem opera o sistema;
• enviar um sinal para abertura de disjuntores se for o caso.
4.1 – INTRODUÇÃO
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▪ O nome tem origem do inglês “relayed” que significa retransmitida, pois o comando
detectado no transformador de instrumento é retransmitido ao disjuntor pelo relé.
4.1 – INTRODUÇÃO
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Classificação dos relés
Podemos classificar os relés, basicamente:
a) quanto às grandezas físicas de atuação
b) quanto à natureza da grandeza a que respondem
c) quanto ao tipo construtivo
d) quanto à função
e) quanto à forma de conexão do elemento sensor
f) quanto ao tipo de fonte para atuação do elemento de controle
g) quanto ao grau de importância
h) quanto ao posicionamento dos contatos (circuito desenergizado)
i) quanto à aplicação
j) quanto à temporização
4.1 – INTRODUÇÃO
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▪ O princípio fundamental do funcionamento de um relé elementar, do tipo
eletromecânico está ilustrado na Figura abaixo.
▪ Para um relé atuar é preciso haver uma força residual: 𝐹𝑟 = 𝐹𝑒 − 𝐹𝑚 > 0
▪ 𝐹𝑒 = Força eletromagnética → característica eletromecânica da bobina ≅ 𝐾𝐼
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▪ 𝐹𝑚 = Força da mola → característica mecânica da mola de restrição ≅ 𝐾. 𝑥
4.1 – INTRODUÇÃO
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Múltiplo do relé
▪ A temporização associada aos relés pode ser por tempo inverso ou por tempo
definido.
▪ Verifica-se, nessa figura, que a corrente de ajuste temporizado (Iajt) corresponde ao
múltiplo M = 1,0 e a atuação do relé, de acordo com a curva, só se dará a partir do
múltiplo M = 1,5.
1,5 1,5
4.1 – INTRODUÇÃO
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Múltiplo do relé
▪ O múltiplo (M) de um relé é também denominado corrente de ajuste ou Tap (em A) e
corresponde ao valor da corrente de ajuste do relé, isto é, ao valor da corrente que
estará no limiar de atuação do relé.
▪ Normalmente aplica-se um fator de 1,5, para relés eletromecânicos (ou
eletromagnéticos) ou 1,1 (para relés digitais) a essa corrente para que se considere a
atuação do relé.
Múltiplo do relé
A corrente de ajuste de acordo com a expressão abaixo. Para o relé eletromagnético
escolhe-se o múltiplo M como igual a 1,5.
Onde:
𝐼c𝑐 = corrente de acionamento primária (= corrente de sobrecarga máxima desejada);
𝐼𝑁 = corrente nominal do circuito (ou corrente de projeto);
𝑓𝑠𝑐 = fator de sobrecarga (normalmente ↑ entre 10% e 60%);
𝑅𝑇𝐶 = relação de transformação do TC;
𝐼𝑎𝑗𝑡 = corrente de ajuste temporizado a ser determinada.
4.1 – INTRODUÇÃO
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𝑀 =
𝐼𝑐𝑐
𝑅𝑇𝐶. 𝐼𝑎𝑗𝑡
=
𝑓𝑠𝑐 . 𝐼𝑁
𝑅𝑇𝐶. 𝐼𝑎𝑗𝑡
= 1,5
Exemplo 1: Utilizando o relé IAC-51 da GE, com característica tempo x corrente apresentado abaixo,
determine o tempo de atuação do relé para o curto-circuito.
4.1 – INTRODUÇÃO
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Exemplo 2: Utilizando o relé IAC-51 da GE, com característica tempo x corrente apresentado abaixo,
determine qual curva deve ser utilizada para que o relé atue em 1 s?
4.1 – INTRODUÇÃO
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4.1 – INTRODUÇÃO
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Padronização dos dispositivos de proteção (ANSI)
4.1 – INTRODUÇÃO
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Padronização dos dispositivos de proteção (ANSI)
4.1 – INTRODUÇÃO
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Padronização dos dispositivos de proteção (ANSI)
4.1 – INTRODUÇÃO
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Padronização dos dispositivos de proteção (ANSI)
4.1 – INTRODUÇÃO
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Padronização dos dispositivos de proteção (ANSI)
4.1 – INTRODUÇÃO
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Complementação da tabela ANSI
4.2 – Relés de sobrecorrente
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4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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▪ São relés que operam quando o valor da corrente do circuito ultrapassa um valor pré-
fixado ou ajustado. Os relés de sobrecorrente podem ser instantâneos (função ANSI
50) ou temporizados (função ANSI 51).
▪ Os relés de sobrecorrente são um dos mais simples pois utilizam apenas a medida de
uma grandeza, a corrente, para realizar a sua operação.
▪ Eles supervisionam a corrente do circuito enviando um sinal de comando de abertura
para um ou mais disjuntores quando essa corrente excede um valor predefinido.
4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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Representação típica do relé de sobrecorrente no esquema unifilar
4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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Temporização dos relés de sobrecorrente
Os relés são classificados de acordo com o seu tempo de atuação:
▪ Relé de sobrecorrente de tempo definido (TD): o tempo de atuação, para esse tipo,
independe do valor da corrente. Sua aplicação é útil nos casos nos quais a corrente de
falta do sistema possui uma grande faixa de variação.
▪ Relé de sobrecorrente instantâneo: opera em um intervalo de tempo muito curto
após a ocorrência de sobrecorrentes. Não há atraso de tempo propositalmente
incluído na sequência de detecção-operação.
4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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Temporização dos relés de sobrecorrente
Os relés são classificados de acordo com o seu tempo de atuação:
▪ Relé de sobrecorrente de tempo inverso (I): o tempo de operação é inversamente
proporcional ao valor da corrente. Essa característica é interessante nos casos nos
quais há uma redução considerável na corrente de falta à medida que essa se
distancia da subestação. Coordenam melhor com fusíveis do que com os relés de
sobrecorrente TD.
4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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Temporização dos relés de sobrecorrente
Os relés são classificados de acordo com o seu tempo de atuação:
▪ Relé de sobrecorrente de tempo muito inverso (MI): são relés que apresentam
variações mais acentuadas das características do tempo de atuação com a corrente de
atuação. São uma boa escolha para coordenação com fusíveis e religadores em linhas
de distribuição e também são usados em circuitos de subtransmissão.
4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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Temporização dos relés de sobrecorrente
Os relés são classificados de acordo com o seu tempo de atuação:
▪ Relé de sobrecorrente de tempo extremamente inverso (EI): são relés que
apresentam variações muito mais acentuadas do que o de tempo MI. De forma
semelhante a característica tempo-corrente dos fusíveis, são utilizados normalmente
em alimentadores de distribuição cujas laterais e centros de carga são protegidos por
fusíveis.
4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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Temporização dos relés de sobrecorrente
▪ Os relés de sobrecorrente do tipo eletromecânicos provaram serem robustos e
confiáveis e são os favoritos pelos engenheiros de proteção para várias aplicações,
pois possuem uma performance confiável e baixo custo.
▪ O tempo de atuação desses pode ser dado através da seguinte equação:
𝑡𝑝 =
𝑇1
𝑀𝑝 − 1
+ 𝑇2
▪ Onde 𝑇1 é uma constante de tempo do design do relé; M é um múltiplo da corrente
de pick up; p é uma constante que define a forma da curva característica; e 𝑇2 é uma
constante de tempo.
4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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4.2 – RELÉS DE SOBRECORRENTE
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4.3 – Relés de tensão
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4.3 – RELÉS DE TENSÃO
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▪ São dotados das unidades de subtensão (27) e sobretensão (59);
▪ A função de proteção de sobretensão (59) tem a finalidade de detectar condições de
tensão acima de um valor aceitável para a operação do sistema.
▪ A função de proteção de subtensão (27) tem a finalidade de detectar condições de
tensão abaixo de um valor aceitável para a operação do sistema, podendo ser utilizada
para aproteção de equipamentos, tais como motores;
4.3 – RELÉS DE TENSÃO
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Relés de sobretensão
▪ Assim como os relés de sobrecorrente, os relés de sobretensão podem ser de ação
instantânea ou temporizada.
▪ Relés temporizados são geralmente ajustados para atuar em caso de sobretensão
acima de 15% da tensão de fornecimento.
▪ Relés instantâneos são ajustados para atuar em caso de sobretensão acima de 20% da
tensão de fornecimento.
▪ O ajuste é sempre relacionado à tensão secundária do TP;
𝑉59 ≥
1,15 . 𝑉𝑛
𝑅𝑇𝑃
4.3 – RELÉS DE TENSÃO
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Relés de subtensão
▪ Geralmente ajustada para 80 % da tensão nominal
𝑉27 ≤
0,8. 𝑉𝑛
𝑅𝑇𝑃
4.3 – RELÉS DE TENSÃO
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A
ju
st
e 
su
b
te
n
sã
o
A
ju
st
e 
so
b
re
te
n
sã
o
4.4 – Relés direcionais de sobrecorrente
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4.4 – RELÉS DIRECIONAIS
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▪ O relé direcional (67) tem como principal característica a sensibilidade à direção do
fluxo de potência;
▪ Quando redes de distribuição e transmissão são alimentados pelas duas
extremidades, ou apresentam configuração em anel, há necessidade de implemente
relés com a incorporação de elementos direcionais;
▪ A proteção com relé direcional tem a finalidade de reconhecer em que sentido está
fluindo a corrente ou a potência em uma determinada parte do sistema;
4.4 – RELÉS DIRECIONAIS
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Representação típica do relé direcional de sobrecorrente no esquema unifilar
▪ Veja o sistema multi alimentado a seguir:
4.4 – RELÉS DIRECIONAIS
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4.5 – Relés diferenciais
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4.5 – RELÉS DIFERENCIAIS
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▪ São relés que operam quando a diferença da corrente de entrada em relação à
corrente de saída ultrapassa um valor preestabelecido ou ajustado.
▪ Operam dentro de sua zona de proteção (entre os TCs de entrada e saída) em
qualquer direção.
▪ O número que expressa a função ANSI do relé diferencial é o 87. Pode receber uma
letra adicional como 87T (diferencial de transformador), 87B (diferencial de barra),
87G (diferencial de gerador), 87M (diferencial de motor), etc.
4.5 – RELÉS DIFERENCIAIS
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Representação típica do relé diferencial (87) no esquema unifilar
4.5 – RELÉS DIFERENCIAIS
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▪ Veja o esquema simplificado deste principio na figura:
▪ Pelo esquema da figura, vemos que a proteção diferencial tem uma zona de proteção
delimitada pelos TC;
▪ Este elemento protegido pode ser um gerador, transformador, motor ou uma linha de
transmissão;
4.6 – Relés de distância
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4.6 – RELÉS DE DISTÂNCIA
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▪ Este relé utiliza este nome visto que, quando há uma falta em uma linha, a impedância
da linha vista pelo relé muda e depende da distância onde foi a falta.
▪ O número da função ANSI que representa o relé de distância é o 21.
▪ Esses relés são alimentados por tensão e corrente do circuito protegido.
4.6 – RELÉS DE DISTÂNCIA
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▪ Compreensão:
➢ A tensão no ponto do defeito é praticamente nula;
➢ Ela aumenta à medida que se afasta do ponto de defeito no sentido da fonte;
➢ Os relés processam a tensão e corrente medida nos seus terminais e calculam o
valor de Z, através de V/I;
➢ Se a impedância medida no relé for inferior ao valor da impedância ajustada,
ocorrerá a sua operação;
➢ Podem operar para qualquer sentido da corrente, ou seja, curtos-circuitos a
montante ou a jusante.
4.6 – RELÉS DE DISTÂNCIA
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▪ Os relés de distância apresentam características bem conhecidas no plano R-X. O lugar
geométrico de uma impedância constante neste plano é representado por um círculo
com centro na origem;
▪ Se a impedância correspondente tiver sua extremidade no interior do círculo, o relé
entrará em operação. A área delimitada pelo círculo corresponde à zona de operação
do relé.
4.6 – RELÉS DE DISTÂNCIA
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PROFª. MSC. KÉSIA ALVES COELHO LOUBACK
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