GRA1653 - PROTECAO E ESTABILIDADE DE SISTEMAS ELETRICOS - UNIDADE 3

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Introdução
Olá, estudante! Você sabia que uma das áreas da engenharia elétrica responsável por resguardar o
sistema de energia é denominada Proteção de Sistemas Elétricos de Potência? Isso mesmo! A sua
�nalidade é garantir o efetivo fornecimento de energia, estabelecendo, de forma coordenada e
seletiva, a proteção elétrica contra as possíveis faltas que possam ocorrer no sistema elétrico.
PROTEÇÃO E ESTABILIDADE DEPROTEÇÃO E ESTABILIDADE DE
SISTEMAS ELÉTRICOSSISTEMAS ELÉTRICOS
RELÉS DE PROTEÇÃORELÉS DE PROTEÇÃO
Au to r ( a ) : D r. N i va l d o C a r l e to
R ev i s o r : J u l i a n a G u e d e s A r ve l o s B a r b o s a
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Devido à sua importância, torna-se necessário conhecer, compreender e identi�car os dispositivos
básicos que contemplam a proteção dos sistemas de energia. Diante do exposto, conheceremos,
nesta unidade de ensino, os relés de proteção, sobretudo, os relés dos tipos mecânico, estático e
digital. Além disso, estudaremos os tipos de proteção de um relé digital, os conceitos de proteção
primária e de retaguarda, bem como a importância de se conhecer a zona de proteção de um relé.
Por �m, podemos dizer que o escopo de nossos estudos é entender a �loso�a e a relevância dos
sistemas de proteção. Está preparado para mais esta fascinante jornada de conhecimento? Então,
vamos aos estudos!
Caro estudante! Você sabe o que é um relé de proteção utilizado em sistemas de potência? Já ouviu
falar sobre este dispositivo? Caso a sua resposta seja não, �que tranquilo! Estamos aqui para juntos
estudarmos este dispositivo! Vamos lá?
Relés de proteção
Diante dos estudos já realizados, sabemos que os SEP estão sujeitos a faltas, as quais resultam em
interrupções no fornecimento de energia aos consumidores �nais. Essas faltas, como os curtos-
circuitos, geram picos de corrente de grande intensidade, resultando, com isso, em danos materiais
(que também podem envolver pessoas) ao SEP e às instalações elétricas consumidoras
(residências, indústrias e lojas comerciais, por exemplo). Vale lembrar que sobrecarga no sistema,
manobras de circuitos e descargas atmosféricas são anomalias que também podem causar danos
irreparáveis nos sistemas elétricos (MAMEDE FILHO, 2020).
De forma geral, a função de um sistema de proteção, na ocorrência de uma falta, é desconectar o
equipamento ou circuito afetado de todo o SEP. Além disso, é importante que o sistema de proteção
Relés de proteção – tipos:
mecânicos, estáticos e
digitais
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forneça informações aos responsáveis pelo seu controle e operação, facilitando, nessas condições,
a identi�cação da ocorrência do evento (FRAZÃO, 2019; MAMEDE FILHO, 2020).
O relé de proteção tem a função de detectar anormalidades que ocorrem em uma zona
preestabelecida de um SEP e, consequentemente, isolar a parte afetada pelo comando da abertura
do disjuntor (desconectar o circuito afetado do restante do SEP) ou mesmo pela atuação do
religador (para restabelecer a integridade do fornecimento de energia elétrica). Geralmente, os relés
atuam logo após a ocorrência do evento (descarga atmosférica ou curto-circuito, por exemplo), o
que torna o tempo de resposta um fator relevante no momento de sua escolha. Ou seja, devido à
rapidez de atuação, o relé de proteção permite que os equipamentos envolvidos no evento sejam
isolados, evitando, com isso, possíveis danos materiais e/ou acidentes fatais (SATO; FREITAS,
2015).
Os principais critérios adotados na detecção de um defeito em um SEP estão relacionados aos
seguintes fatores: aumento da intensidade de corrente elétrica, oscilações na tensão elétrica,
alterações na impedância do sistema e modi�cações entre os módulos e ângulos de fase (tensão,
corrente, potência e impedância) (FRAZÃO, 2019; MAMEDE FILHO, 2020). Diante disso, é importante
conhecer algumas de�nições/grandezas elétricas utilizadas na operação de um sistema de
proteção. Para isso, vamos interagir com o infográ�co a seguir (MAMEDE FILHO, 2020):
#PraCegoVer: o infográ�co apresenta o título “De�nições e grandezas elétricas utilizadas na operação de
um sistema de proteção”. Abaixo dele, há dez botões clicáveis horizontais, um sobre o outro. O primeiro,
Fusíveis
Disjuntores
Relés de proteção
Chaves seccionadoras
Fonte: VG Stock.
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de cima para baixo, apresenta o subtítulo “Corrente nominal”, e, ao ser clicado, o texto é “o valor da
corrente elétrica que circula no relé”. O segundo apresenta o subtítulo “Corrente de ajuste”, e, ao ser
clicado, o texto é “o valor da corrente elétrica acima do qual o relé irá atuar”. O terceiro apresenta o
subtítulo “Corrente de acionamento”, e, ao ser clicado, o texto é “o valor da corrente elétrica que ocasiona a
ação do relé”. O quarto apresenta o subtítulo “Corrente máxima admissível”, e, ao ser clicado, o texto é “o
valor máximo de corrente que os componentes do relé suportam durante seu período de atuação (que
pode ser da ordem de milissegundos)”. O quinto apresenta o subtítulo “Consumo”, e, ao ser clicado, o texto
é “o valor da energia elétrica requerida pelo relé dos equipamentos de medição aos quais está conectado”.
O sexto apresenta o subtítulo “Potência nominal”, e, ao ser clicado, o texto é “o valor da potência
demandada pelo relé e fornecida pelo Transformador de Potencial (TPS) e pelo Transformador de Corrente
(TCs)”. O sétimo apresenta o subtítulo “Tensão nominal”, e, ao ser clicado, o texto é “o valor da tensão para
o qual o dispositivo foi isolado”. O oitavo apresenta o subtítulo “Tensão de serviço”, e, ao ser clicado, o
texto é “o valor da tensão do sistema em que o relé está conectado”. O nono apresenta o subtítulo “Tensão
máxima admissível”, e, ao ser clicado, o texto é “o valor máximo da tensão ao qual o relé pode �car
submetido no momento de sua atuação/operação”. E o décimo botão apresenta o subtítulo
“Temporização”, e, ao ser clicado, o texto é “o valor do tempo para o qual o relé irá atuar”.
Na próxima subseção, iremos conhecer um pouco sobre o esquema básico de operação de um relé
de proteção! Vamos juntos conferir?
Esquema básico de operação de um relé de proteção
Prezado(a) estudante, a Figura 3.1 apresenta o esquema básico de funcionamento de um relé de
proteção. Observe!
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Figura 3.1: Esquema básico de operação de um relé de proteção
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 02).
#PraCegoVer: a �gura apresenta o esquema básico de operação de um relé de proteção. Da esquerda para
a direita, temos uma linha sólida cinza representando o sistema de energia, onde também é representada,
por meio de um retângulo, a unidade de entrada. Esta, por sua vez, emite um sinal, o qual é representado
por uma seta da esquerda para a direita, para a unidade de conversão, também representada por um
retângulo. Esta, por sua vez, emite um sinal, o qual é representado por uma seta da esquerda para a direita,
para a unidade de medida, também representada por um retângulo. Em seguida, a unidade de medida
emite um sinal (seta da esquerda para a direita) para a unidade de saída, representada por um retângulo.
Por �m, a unidade de saída emite um sinal para a unidade de acionamento do circuito, localizado na parte
externa da estrutura do relé de proteção. Tanto a unidade de medida quanto as unidadesde saída e de
acionamento do circuito (as quais fazem parte da estrutura do relé) recebem sinais de uma fonte de
tensão auxiliar, também localizada na parte externa do relé.
Conforme observamos na Figura 3.1, é possível notar alguns componentes importantes que
pertencem ao funcionamento de um relé de proteção. A seguir, apresenta-se uma breve descrição
de cada componente (GLOVER; SARMA; OVERBYE, 2012; MAMEDE FILHO, 2020). Con�ra!
Unidade de entrada: corresponde aos equipamentos (tais como os TPs e os TPCs) que
recebem as informações/sinais das faltas do sistema elétrico e enviam para a unidade de
conversão do relé de proteção. As unidades de entrada devem ter uma isolação elétrica
necessária entre o sistema (SEP) e os dispositivos de proteção, evitando, desta forma, que
tensões e correntes elevadas sejam direcionadas tanto para o relé quanto para os próprios
transformadores de potencial e de corrente.
Unidade de conversão de sinal: é o elemento interno aos relés que recebe os sinais dos TPs
e dos TCs e os transforma em sinais compatíveis ao nível operacional dos relés.
Unidade de medida: a unidade de medida compara os sinais recebidos da unidade de
conversão (frequência, módulos da tensão e da corrente elétrica, por exemplo) com os
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valores previamente armazenados como referência. Porém, caso os sinais de entrada
apresentem valores superiores aos valores armazenados previamente, a unidade de medida
envia um sinal à unidade de saída.
Fonte de tensão auxiliar: a fonte de tensão auxiliar fornece energia para as unidades de
medida e de saída (internas ao relé), bem como à unidade de acionamento do circuito.
Unidade de saída: pode ser constituída por uma pequena bobina, a qual aciona um contato
auxiliar, ou por uma chave semicondutora.
Unidade de acionamento do circuito: esta unidade é constituída por uma bobina montada no
corpo do elemento de desconexão do sistema, que pode ser um disjuntor ou um interruptor.
Olá, prezado estudante! Está gostando dos assuntos referentes aos relés de proteção? Espero que
sim! Na próxima subseção, iremos entender como é a estrutura básica de um típico esquema de
proteção! Então, vamos aos estudos?
Estrutura básica de um esquema de proteção
Após conhecermos o esquema básico de operação de um relé, bem como alguns de seus principais
componentes, é o momento de apresentar uma visão geral de uma estrutura de proteção, a qual
pode ser observada na Figura 3.2 (GLOVER; SARMA; OVERBYE, 2012; MAMEDE FILHO, 2020).
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Figura 3.2: Estrutura básica de um esquema de proteção.
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 03).
#PraCegoVer: a �gura apresenta a estrutura básica de um esquema de proteção. Na parte superior da
�gura, existe uma linha sólida cinza horizontal representando o barramento de carga. Conectado a este
barramento, estão o disjuntor dê maiúsculo e o transformador de potencial tê pê maiúsculos. Na
sequência de conexão do disjuntor, encontra-se conectado um transformador de corrente tê cê
maiúsculos, sendo que esta conexão é representada por um linha sólida vertical (de cima para baixo do
barramento de carga) com uma seta em sua extremidade inferior em direção a carga. O disjuntor é
conectado no elemento cê maiúsculo que modula o sinal do seu disparo. O elemento a maiúsculo, que
recebe os sinais do transformador de corrente e do transformador de potencial, está conectado por meio
de linhas sólidas e tracejadas aos elementos bê, efe e k maiúsculos. O elemento bê maiúsculo, por sua
vez, está conectado aos elementos cê, ésse e efe maiúsculos por meio de linhas sólidas. O elemento k
maiúsculo recebe sinais (representados por linhas tracejadas) de outras partes do SEP e os envia para o
elementos a maiúsculo, o qual está recebendo os sinais dos transformadores de corrente e de tensão, e
para o elemento bê maiúsculo, responsável por receber as informações, comprar os valores e, dependendo
do resultado, habilitar a atuação do disjuntor no sistema de proteção.
Com base na Figura 3.2, vamos identi�car cada componente e/ou elemento de circuito, bem como
descrever, brevemente, a sua função no esquema de proteção (CARLETO, 2017; MAMEDE FILHO,
2020; STEVENSON, 1986). Con�ra a seguir!
Transformador de corrente (TC): é muito utilizado em subestações de energia elétrica
(aplicações de alta tensão). Sua principal função é fornecer correntes reduzidas para
possibilitar seu uso por equipamentos de medição, controle e proteção.
Transformador de potencial (TP): assim como o TC, o TP é muito utilizado em subestações
de energia elétrica (aplicações de alta tensão). Sua principal função é reduzir a tensão do
SEP para níveis de tensões compatíveis de medida para o circuito desejado.
Interruptor ou disjuntor (D): responsável pela desconexão do sistema.
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Fonte auxiliar de corrente (F): tem a função de suprir os diversos elementos envolvidos na
proteção. Geralmente, é uma fonte de corrente contínua.
Elemento de avaliação das medições de corrente e de tensão (A): elemento que possui as
seguintes funções:
gerenciar as condições operacionais do componente elétrico protegido, tais como a linha de
transmissão e o transformador de potência; e
decidir, a partir dos valores recebidos de corrente e de tensão, as condições para
desconectar o SEP dos demais componentes.
Elemento lógico da estrutura de proteção (B): recebe as informações do elemento de
avaliação, compara com os valores ajustados e, dependendo do resultado, habilita o sinal
para a atuação do interruptor ou disjuntor.
Elemento (C): elemento que modula o sinal de disparo do interruptor ou disjuntor.
Elemento (S): responsável pela sinalização óptica ou sonora de todas as operações
realizadas no esquema de proteção.
Elemento (K): responsável pela recepção de sinais de comando originados ou não de outros
setores/pontos distantes do sistema protegido.
Todo sistema de proteção deve apresentar alguns requisitos básicos, que são fundamentais para
garantir um desempenho operacional satisfatório. A seguir, apresenta-se alguns destes requisitos
(MAMEDE FILHO, 2020). Vamos conferir?
a) Seletividade
A seletividade é uma técnica operacional utilizada para proteção e coordenação de circuito. Ela
permite que apenas o elemento de proteção mais próximo da ocorrência da falha (ou mesmo da
falta) desconecte a parte afetada do sistema elétrico de potência.
b) Zonas de atuação
Durante a ocorrência de uma falha (ou mesmo falta), o elemento de proteção deve identi�car se a
ocorrência (evento) é interna ou externa à zona de proteção. Caso a ocorrência esteja dentro dos
limites da zona protegida, o elemento de proteção entra em operação, acionando a abertura do
disjuntor associado. Este intervalo de tempo entre a ocorrência e a ação do sistema de proteção é
de�nido no estudo de proteção de sistemas elétricos. Se, porventura, a ocorrência estiver fora dos
limites da zona de proteção, o relé não está dimensionado para atender a ocorrência (evento).
c) Velocidade
Outro requisito muito importante no sistema de proteção é a velocidade! Ou seja, é importante
de�nir o tempo mínimo de operação para um elemento de proteção, sendo que a velocidade de
atuação deve apresentar o menor valor possível. Essa condição é necessária, uma vez que é
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fundamental reduzir ou até mesmo eliminar os danos no sistema protegido, bem como diminuir o
tempo de afundamento da tensão durante as faltas nos sistemas de potência.
d) SensibilidadeA sensibilidade é a capacidade que um dispositivo de proteção tem em reconhecer a sua faixa
operacional. Nesse sentido, para avaliar numericamente o nível de sensibilidade de um determinado
dispositivo, é possível utilizar a seguinte expressão:
 (1)
Onde é o nível de sensibilidade do dispositivo de proteção, é a corrente de curto-circuito em
seu valor máximo, tomado no ponto mais extremo da zona de proteção e é a corrente elétrica de
acionamento do dispositivo de proteção.
Para �ns de análise e projeto de sistemas de proteção, um nível de sensibilidade adequado deve
atender ao seguinte intervalo: .
e) Con�abilidade
A con�abilidade é a propriedade que todo dispositivo de proteção deve ter, a �m de cumprir com
segurança e exatidão as funções quando for solicitado.
f) Automação
O dispositivo de proteção deve operar automaticamente quando for solicitado em razão de uma
falta, retornando ao seu estado original (se de fato for conveniente para o SEP) sem a intervenção
humana (pro�ssional habilitado). Normalmente, o dispositivo é sensibilizado em razão de algumas
grandezas elétricas, como, por exemplo, tensão, corrente ou frequência.
Em tempo, é importante ressaltar que existem outras propriedades fundamentais que os
dispositivos de proteção devem atender com segurança. Observe os tópicos a seguir!
Os relés não devem atuar em condições de sobrecargas e sobretensões instantâneas.
Os relés não devem atuar em razão das oscilações de corrente, tensão e frequência que
normalmente ocorrem no SEP.
Os relés devem consumir pouca energia.
Os relés devem manter suas características técnicas e operacionais, independentemente da
con�guração do sistema elétrico (sistema radial ou reticulado, por exemplo).
A �m de padronizar e universalizar as funções dos relés de proteção, a American National Standards
Institute (ANSI) disponibiliza uma tabela com as funções de proteção e o código numérico
correspondente. Vale a pena uma pesquisa para conhecer as respectivas funções dos relés.
Estudante, está gostando deste assunto? Você percebeu a importância que um dispositivo de
proteção tem em um sistema elétrico de potência? Espero que sim! Continuando nossos estudos,
vamos agora conhecer um pouco sobre os relés de proteção mecânicos. Vamos lá!
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Relés de proteção mecânicos
Também conhecidos como relés de proteção eletromecânicos, os relés mecânicos são constituídos
por bobinas, disco de indução, molas e contatos �xos e móveis. Considerados con�áveis, de fácil
manutenção, robustos e de simples ajuste dos parâmetros elétricos, seu princípio básico de
operação utiliza o fenômeno da indução eletromagnética de Faraday (lei de Faraday) para realizar os
movimentos de suas partes (contatos) móveis. Ou seja, uma bobina eletromagnética é energizada
por meio de uma corrente elétrica para abrir ou fechar o circuito que se deseja proteger dentro de
uma zona de proteção (CAMINHA, 1977; MAMEDE FILHO, 2020).
A Figura 3.3 apresenta a estrutura básica interna de um relé eletromecânico de indução. A estrutura
é constituída por contatos móveis e �xos, eixo, disco magnético, núcleo e bobina, formando um
transformador e um anel de defasagem de tensão e corrente elétrica (CAMINHA, 1977). Observe!
Figura 3.3: Estrutura básica interna de um relé eletromecânico de indução
Fonte: Caminha (1977, p. 32).
#PraCegoVer: a �gura apresenta a estrutura básica interna de um relé eletromagnético. A estrutura possui
um contato físico representado por um retângulo e um conector em forma de bastão, um contato móvel
em forma de bastão conectado ao eixo do disco no centro, um núcleo laminado quadrado onde uma
bobina está enrolada. Entre o disco e a região de ar do núcleo do transformador, há um anel de defasagem
em forma de pastilha.
Uma informação técnica que não podemos deixar de mencionar é a padronização das dimensões
dos relés de proteção. Ou seja, normalmente, as dimensões externas dos relés são padronizadas
entre os fabricantes, facilitando, assim, sua reposição nos painéis elétricos. Um exemplo de
padronização é o relé de sobrecorrente da General Electric Company, que pode ser substituído pelo
relé de sobrecorrente da Westinghouse sem a necessidade de realizar adaptações no painel ou no
sistema de instalação (MAMEDE FILHO, 2020). Interessante, não é, caro estudante!
Embora os relés eletromecânicos de indução não sejam mais fabricados, ainda existem inúmeros
desses dispositivos instalados nas subestações de energia elétrica e em algumas indústrias, devido
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à sua longa vida útil e robustez. Nesse sentido, mesmo com a obsolescência tecnológica, justi�ca-
se seu estudo sob o ponto de vista didático (MAMEDE FILHO, 2020).
A Figura 3.4 mostra uma imagem real de um relé de sobrecorrente eletromecânico de indução.
Observe sua estrutura interna, seus componentes e seus mecanismos de operação.
Figura 3.3: Estrutura básica interna de um relé eletromecânico de indução.
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 07).
#PraCegoVer: a �gura apresenta a estrutura básica interna de um relé eletromecânico de indução. O relé é
uma caixa retangular com quatro encaixes em suas extremidades. Esses encaixes servem para �xar o relé
de proteção aos painéis das subestações e/ou aos painéis das salas de controle de uma usina
hidroelétrica, por exemplo. Internamente, de forma análoga a um relógio mecânico, o relé é constituído por
inúmeras partes (peças) móveis e �xas, que fazem parte do seu mecanismo de operação. Além disso,
apresenta um contato físico representado por um retângulo e um conector em forma de bastão, um
contato móvel em forma de bastão conectado ao eixo do disco em sua região central, um núcleo laminado
quadrado onde se encontra enrolada uma bobina. Entre o disco e a região da bobina de unidade
temporizadora, existe um anel de defasagem em forma de pastilha.
Os relés de proteção eletromecânicos são uma das categorias de relés de sobrecorrente
secundários de indução, também conhecidos como relés de sobrecorrente de ação indireta ou
simplesmente relés de proteção secundários. Eles são fabricados em unidades monofásicas e
alimentados por transformadores de corrente conectados ao circuito que se deseja proteger. Esses
tipos de relés são empregados na proteção de subestações industriais de médio e grande porte, na
proteção de geradores e motores elétricos, bancos de capacitores de potência, bem como na
proteção de subestações de energia elétrica (MAMEDE FILHO, 2020).
As Figuras 3.4 e 3.5 apresentam, respectivamente, o esquema básico de proteção de sobrecorrente
utilizando relés secundários do tipo indução. Observe!
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Figura 3.4: Esquema elétrico de ligação dos relés de proteção secundários: conexão residual.
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 91).
#PraCegoVer: a �gura apresenta o esquema elétrico de ligação dos relés de proteção secundários com
conexão residual. Na parte superior da �gura, existem três linhas sólidas na cor cinza representando as
conexões entre o disjuntor e três transformadores de corrente (TCs). O disjuntor é representado por um
quadrado com um círculo em seu interior. Internamente a este círculo, existe a indicação da letra "D"
maiúscula. Os TCs são representados por espirais, e em cada um circulam correntes elétricas das fases
ou barramentos do sistema elétrico. Essas correntes são representadas por setas e pela letra "i"
maiúscula subscrita em minúsculo. Após serem monitoradas pelos TCs, essas correntes são
representadas pela letra "i" maiúscula subscrita em "s" minúsculo. Cada TC está conectado por linhas
sólidas na cor cinza ao disjuntore a cada relé de proteção. Os relés de proteção são representados por
pequenos círculos com um símbolo semelhante à letra "Z" no interior. Também, em cada relé, há os
números 50 e 51, que representam as funções de proteção e o código numérico correspondente (padrão
ANSI). Os relés estão conectados ao disjuntor por linhas tracejadas na cor cinza (conexão residual do
neutro), e os TCs encontram-se aterrados ao sistema, sendo que esses aterramentos podem ser
identi�cados pela simbologia do terra, representada por pequenos traços que formam uma pirâmide
invertida.
Analisando a Figura 3.4, nota-se que a proteção para as faltas entre fase e terra baseia-se na
conexão residual do neutro (linhas tracejadas que conectam os relés ao disjuntor). Além disso,
existem três relés monofásicos de fase, função 50 (relé de proteção de sobrecorrente instantâneo)
e função 51 (relé de proteção de sobrecorrente temporizado), e um relé monofásico conectado ao
ponto neutro do esquema de proteção, função 50 (relé de proteção de sobrecorrente instantâneo) e
função 51N (relé de proteção de sobrecorrente temporizado de neutro) (MAMEDE FILHO, 2020).
Analisando a Figura 3.5, observa-se que a proteção contra defeitos monopolares é baseada na
corrente de desequilíbrio entre as fases, utilizando para isso um TC tipo toroidal. Ademais, existem
três relés monofásicos de fase, função 50 (relé de proteção de sobrecorrente instantâneo) e função
51 (relé de proteção de sobrecorrente temporizado), e um relé monofásico conectado ao ponto
neutro do esquema de proteção, função 50 (relé de proteção de sobrecorrente instantâneo) e
função 51N (relé de proteção de sobrecorrente temporizado de neutro) (MAMEDE FILHO, 2020).
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Figura 3.5: Esquema elétrico de ligação dos relés de proteção secundários: conexão com TC tipo
toroidal
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 91).
#PraCegoVer: a �gura apresenta o esquema elétrico de ligação dos relés de proteção secundários com
conexão com TC tipo toroidal. Na parte superior da �gura, existem três linhas sólidas na cor cinza
representando as conexões entre o disjuntor, um transformador de corrente (TC) tipo toroidal conectado
entre o próprio disjuntor e três transformadores de corrente (TCs). O disjuntor é representado por um
quadrado e um círculo em seu interior. Internamente a este círculo, existe a indicação da letra "D"
maiúscula. O TC tipo toroidal é representado por uma espiral e os três TCs também são representados por
espirais, sendo que em cada um circula corrente elétrica das fases ou barramentos do sistema elétrico.
Essas correntes são representadas por setas e pelas letras "I" maiúscula subscrito "p" minúsculo. Essas
correntes, após monitoradas pelos TCs, são representadas pelas letras "I" maiúscula subscrito "s"
minúsculo. Cada TC está conectado por linhas sólidas na cor cinza ao disjuntor e a cada relé de proteção.
Estes, por sua vez, são representados por pequenos círculos onde em seu interior tem um símbolo que se
parece com a letra "Z" do alfabeto. Também, em cada relé há os números cinquenta e cinquenta e um, os
quais representam as funções de proteção e o código numérico correspondente (padrão ANSI). Os relés
estão conectados ao disjuntor por uma única linha tracejada cinza e os TCs encontram-se aterrados ao
sistema juntamente com os próprios relés, onde esses aterramentos podem ser identi�cados pela
simbologia do terra (são pequenos traços que representam uma pirâmide invertida).
Por �m, é importante salientar que os relés de sobrecorrente secundários de indução possuem boa
precisão, apresentam sensibilidade às faltas e permitem que sua manutenção seja realizada sem
desligar o disjuntor do circuito que ele (o relé) está protegendo. Entretanto, devido à evolução
tecnológica na área de sistemas de potência, esses relés foram substituídos pelos relés digitais
(MAMEDE FILHO, 2020).
Relés de proteção estáticos
Os relés de proteção estáticos surgiram na década de 1960. O seu projeto inicial utilizava
dispositivos eletrônicos (como transistores e diodos), resistores, capacitores e indutores. Porém,
em razão dos avanços da microeletrônica, as novas versões contemplavam circuitos integrados
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para o processamento de sinais digitais. Em termos simples, os relés estáticos podem ser vistos
como uma evolução e substituição dos relés eletromecânicos (RUSH, 2011).
Corroborando com Rush (2011), Mamede Filho (2020) complementa que, em razão do
desenvolvimento de componentes estáticos de alta con�abilidade, foi possível a fabricação dos
relés de sobrecorrente eletrônicos. A simplicidade de suas partes mecânicas e elétricas permite
facilidade em sua instalação, bem como a possibilidade de manutenção mesmo quando estão em
plena operação. Diante dessas características, esses relés estáticos apresentam algumas
vantagens sobre os relés eletromecânicos de indução: baixo consumo de energia, compacidade e
precisão nas medidas.
Devido à sua compacidade, o relé de sobrecorrente estático possui, em uma única unidade, todas as
funções 50/51 e 50/51N relativas às fases e ao neutro, de acordo com o modelo utilizado.
Basicamente, esses relés de proteção integram três circuitos básicos (MAMEDE FILHO, 2020):
Circuito 1: Neste circuito, existem os conversores, os potenciômetros de ajuste da corrente
elétrica temporizada de fase e de neutro, a sinalização e o botão de rearme.
Circuito 2: Este circuito contempla os potenciômetros de ajuste da corrente instantânea e os
comparadores de tensão.
Circuito 3: Este circuito contém os geradores de função independentes para a fase e para o
neutro, o que permite de�nir as curvas V×I de temporização inversa, muito inversa e
extremamente inversa.
As Figuras 3.6, 3.7 e 3.8 mostram, respectivamente, as curvas V×I de temporização inversa, muito
inversa e extremamente inversa do relé RSAS de fabricação Schlumberger (MAMEDE FILHO, 2020).
Con�ra!
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Figura 3.6: Curvas inversas do relé de sobrecorrente estático RSAS.
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 105).
#PraCegoVer: a �gura apresenta as curvas inversas do relé de sobrecorrente estático RSAS. As curvas são
representadas em escala logarítmica devido as correntes e tensões elétricas serem extremamente altas e,
os tempos de atuação dos relés de proteção, serem extremamente baixos. Elas iniciam no valor 10 do eixo
ípsilon e decaem em direção ao valor 20 do eixo xis. Isso se repete até o valor 1 do eixo ípsilon, mantendo
o valor 20 do eixo xis. Os valores do início (eixo ípsilon) e do �nal de cada curva se repetem na outra
extremidade do grá�co, já que o plano cartesiano é fechado representando um retângulo.
As curvas V×I de temporização inversa, apresentadas na Figura 3.6, são geralmente utilizadas em
sistemas elétricos em que o valor da corrente de curto-circuito circulando no relé depende muito da
capacidade do sistema de geração (MAMEDE FILHO, 2020).
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Figura 3.7: Curvas muito inversas do relé de sobrecorrente estático RSAS.  
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 106).
#PraCegoVer: a �gura apresenta as curvas muito inversas do relé de sobrecorrente estático RSAS. As
curvas são representadas em escala logarítmica devido as correntes e tensões elétricas serem
extremamente altas e, os tempos de atuação dos relés de proteção, serem extremamente baixos. Elas
iniciam aproximadamente no valor 15 eixo ípsilon e decaem em direção ao valor 20 do eixo xis. Isto se
repete até o valor 3 do eixo ípsilon, mantendo o valor 20 do eixoxis. Os valores do início (eixo ípsilon) e do
�nal de cada curva se repetem na outra extremidade do grá�co, já que o plano cartesiano é fechado
representando um retângulo. Quando comparadas com as curvas inversas, apresentadas na Figura 3.6,
nota-se um decaimento mais acentuado.
As curvas V×I de temporização muito inversa, apresentadas na Figura 3.7, são empregadas nos
sistemas elétricos em que o valor da corrente de curto-circuito circulando no relé depende da
localização do ponto onde ocorreu o defeito, variando muito pouco em relação à capacidade do
sistema de geração.
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Figura 3.8: Curvas extremamente inversas do relé de sobrecorrente estático RSAS.
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 106).
#PraCegoVer: a �gura apresenta as curvas extremamente inversas do relé de sobrecorrente estático
RSAS. As curvas são representadas em escala logarítmica devido às correntes e tensões elétricas serem
extremamente altas e os tempos de atuação dos relés de proteção serem extremamente baixos. Elas
iniciam aproximadamente no valor 20 eixo ípsilon e decaem em direção ao valor 20 do eixo xis. Isso se
repete até o valor 1,8 do eixo ípsilon, mantendo o valor 20 do eixo xis. Os valores do início (eixo ípsilon) e
do �nal de cada curva se repetem na outra extremidade do grá�co, já que o plano cartesiano é fechado
representando um retângulo. Porém, essa repetição não está relacionada proporcionalmente, como
acontece nas curvas da Figura 3.6 (curvas inversas). Quando comparadas com as curvas inversas (Figura
3.6) e muito inversas (Figura 3.7), nota-se um decaimento bem acentuado nas curvas da Figura 3.8 (curvas
extremamente inversas).
As curvas V×I de temporização extremamente inversas, apresentadas na Figura 3.8, são aplicadas
na proteção de alimentadores de distribuição primária, onde são utilizados elos fusíveis e
religadores no sistema de distribuição de energia.
Em resumo, com base nas Figuras 3.6, 3.7 e 3.8, nota-se que a curva extremamente inversa é muito
rápida para altas correntes e lenta para baixas correntes. Por outro lado, as curvas inversas são
muito lentas para correntes elevadas e rápidas para baixas correntes ou situações de sobrecarga.
No entanto, as curvas muito inversas são adequadas tanto para baixas correntes quanto para altas
correntes.
A Figura 3.9 mostra a parte frontal de um relé de proteção de sobrecorrente estático (MAMEDE
FILHO, 2020). Observe!
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Figura 3.9: Vista frontal de um relé de sobrecorrente estático
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 107).
#PraCegoVer: a �gura apresenta a vista frontal de um relé de sobrecorrente estático. O relé é um caixa
retangular com quatro encaixes em suas extremidades. Esses encaixes servem para �xar o relé de
proteção aos painéis das subestações e/ou aos painéis das salas de controle de uma usina hidroelétrica,
por exemplo. Na parte da frente existem diversos botões de ajustes e um tampa frontal para facilitar a sua
instalação.
Por �m, vale ressaltar que os relés estáticos (eletrônicos) não introduziram novas técnicas de
proteção, uma vez que suas funções são idênticas às dos relés eletromecânicos de indução. Exceto
pelas facilidades de ajuste proporcionadas pela eletrônica, os relés estáticos são semelhantes aos
relés de indução, ao contrário do que ocorre com os relés digitais. Estes, por sua vez, além de
incorporarem as facilidades de ajuste no painel (como o relé estático), oferecem inúmeras
vantagens da tecnologia da informação (MAMEDE FILHO, 2020).
Relés de proteção digitais
As pesquisas com relés de proteção digitais tiveram início na década de 1960. Nesse período, o
computador estava sendo utilizado para otimizar cálculos analíticos aplicados em diversas áreas do
conhecimento, principalmente nas áreas da física e da engenharia. Nesse sentido, os modelos
matemáticos que tratavam de faltas, �uxo de carga e estabilidade de sistemas estavam sendo
codi�cados com o auxílio de linguagens de programação/algoritmos computacionais. Como
resultado, devido à evolução dos computadores, hardwares, softwares, técnicas de desenvolvimento
de sistemas e tecnologias dos relés de proteção, pode-se dizer que os relés digitais são uma
solução viável (econômica e técnica) para as questões relacionadas aos sistemas de proteção de
um SEP (PHADKE; THORP, 2009).
Arquitetura de um relé de proteção digital
O relé digital é constituído por um sistema eletrônico microprocessado. Esse sistema permite
armazenar, analisar e processar inúmeras informações dos parâmetros da rede de energia elétrica,
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como, por exemplo, a tensão e a intensidade de corrente elétrica devido a uma falta (PHADKE;
THORP, 2009).
A Figura 3.10 apresenta a arquitetura e os subsistemas microprocessados de um relé digital para
proteção de uma subestação de energia elétrica (PHADKE; THORP, 2009). Observe!
Figura 3.10: Arquitetura e subsistemas microprocessados de um relé de proteção digital.
Fonte: adaptado de Phadke e Thorp (2009, p. 07).
#PraCegoVer: a �gura apresenta a arquitetura e os subsistemas microprocessados de um relé de
proteção digital. A parte superior é a subestação de energia, a qual tem comunicação direta por meio das
tensões e das correntes analógicas, bem como através de chaves de entrada e saída digitais (liga e
desliga). Todos os componentes da arquitetura são representados por blocos em forma de retângulo. As
tensões e as correntes comunicam-se com �ltro de surto que, por sua vez, comunica-se com o
condicionamento de sinal, que também se comunica com o conversor AD. O conversor tem comunicação
direta com o processador e com o clock de amostragem. Novamente, analisando a partir da subestação, a
chave de entrada digital comunica-se com o �ltro de surto, que também se comunica com outro
condicionamento de sinal (do �ltro de surto), o qual se comunica diretamente com o processador. O
processador emite um sinal de saída digital, o qual se comunica com o mesmo condicionamento de sinal
do �ltro de surto que dá entrada à chave de saída digital. O processador também tem comunicação direta
com as memórias RAM, ROM, PROM, EPROM e memória de massa, bem como com as portas serial e
paralela, as quais permitem a comunicação com os periféricos externos (computador e/ou impressora,
por exemplo). Tudo isso é suprido por uma fonte de energia interna ao relé de proteção digital. Ela
consiste em um banco de baterias provido de um reti�cador. Em geral, essas fontes de energia são da
ordem de 24V, 48V, 125V e 220V.
Analisando a Figura 3.10, nota-se que, para entender a existência ou não de ocorrência de um curto-
circuito, o relé digital processa os sinais analógicos de tensão (fornecidos pelos TPs) e de corrente
(fornecidos pelos TCs) extraídos da subestação elétrica. Esses sinais, por sua vez, são enviados
para a etapa de condicionamento de sinais, a qual estabelece a compatibilidade dos níveis de
tensão com a placa eletrônica do relé. Uma vez condicionados, os sinais analógicos são
convertidos em sinais digitais pelo conversor analógico-digital (CAD), o qual utiliza o processo de
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amostragem (aquisição de amostras do sinal analógico), sendo este processo sincronizado por um
clock de amostragem (PHADKE; THORP, 2009).
Antes do processo de amostragem, o sinal analógico deve ser �ltrado por um �ltro especial
denominado �ltro anti-aliasing, cujo objetivo é evitar ou minimizar o efeito aliasing, conhecido como
recobrimento de frequência. Vale lembrar que, além de sinais analógicos, os reléstambém
processam entradas digitais, as quais integram dispositivos eletrônicos que operam como chaves
(como exemplo, pode-se mencionar o transistor operando como chave) para atender outros
dispositivos de proteção ou equipamentos que integram a subestação (PHADKE; THORP, 2009).
Em tempo, temos ainda o processador: chip de alta velocidade de processamento, responsável por
executar os algoritmos e por se comunicar com outros elementos, como por exemplo, as memórias
RAM (Random-Access Memory), ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only
Memory), EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) e a própria memória de massa, bem
como com as portas serial e paralela. A memória de massa, por sua vez, armazena grande
quantidade de dados, haja vista que é a responsável pelo registro de faltas, histórico de medidas,
registro de falhas de comunicação e de alterações realizadas na con�guração do relé (PHADKE;
THORP, 2009). Esta con�guração é realizada na parte frontal do relé por meio de teclas ou através
de um microcomputador conectado ao relé por meio de uma porta serial (MAMEDE FILHO, 2020).
A Figura 3.11 apresenta a parte frontal de um relé de distância digital. Observe a porta serial no
canto inferior esquerdo e as teclas de membrana para a sua con�guração junto aos sistemas de
proteção (MAMEDE FILHO, 2020).
Figura 3.11: Vista frontal de um relé de proteção digital
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 08).
#PraCegoVer: a �gura apresenta a vista frontal de um relé de proteção digital. O relé é um módulo
metálico constituído de três botões de ajustes, um visor e várias teclas de membrana para �ns de
con�guração. No canto inferior esquerdo existe uma porta de comunicação serial. Em suas laterais
existem puxadores para encaixe e desencaixe nos racks dos painéis de controle das subestações de
energia elétrica.
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Caro(a) estudante, está gostando deste assunto? Percebeu a importância dos relés de proteção
digital em um SEP? Agora vamos conhecer um pouco mais sobre este tipo de relé com o auxílio do
elemento interativo apresentado a seguir. Vamos lá!
Caro estudante, vamos agora realizar uma atividade para �xar com os conceitos estudados? Então,
vamos lá!
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Os relés de proteção utilizados em sistemas elétricos de potência possuem várias con�gurações e
sistemas distintos de funcionamento. Dependendo da aplicação e do tipo, um relé pode atender a
uma determinada falta com maior e�cácia em comparação com outro relé. Essa condição é
determinada pelo manual do fabricante e pelas suas características técnicas, operacionais e
construtivas.
Relés digitais
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MAMEDE FILHO, J. Proteção de sistemas elétricos de potência. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2020.
Disponível em: https://shre.ink/lZAO. Acesso em: 16 mai. 2023.
De acordo com o exposto, assinale a alternativa que apresenta o tipo de relé e suas características
construtivas e operacionais:
a) O relé de proteção mecânico ou estático tem como princípio básico de funcionamento
campos elétricos e magnéticos, envolvendo assim atração e indução eletromagnética. Por
outro lado, o relé eletrônico possui uma eletrônica embarcada, constituída de circuitos
transistorizados. Já o relé digital integra sistemas microprocessados em conjunto com
uma eletrônica embarcada.
b) O relé de proteção mecânico possui bobinas, resistores e capacitores para sua
operação. Por outro lado, o relé estático possui um indutor conectado a um disco
magnético controlado por uma eletrônica embarcada. Já o relé digital integra sistemas
microprocessados em conjunto com uma eletrônica embarcada.
c) O relé de proteção eletromecânico opera por meio de atração e indução
eletromagnética. Por outro lado, o relé estático possui uma eletrônica embarcada,
constituindo-se de circuitos transistorizados que desempenham com precisão as funções
lógicas de proteção e temporização. Já o relé digital integra sistemas microprocessados
em conjunto com uma eletrônica embarcada.
d) O relé de proteção eletromecânico possui, em seu processo operacional, campos
elétricos e magnéticos, caracterizados pela atração e indução eletromagnética. Por outro
lado, o relé estático possui uma eletrônica embarcada, constituída por circuitos
transistorizados. Já o relé digital integra os dois tipos de relés conhecidos anteriormente,
ou seja, possui uma parte eletromagnética e um sistema microprocessado.
e) O relé de proteção eletromecânico tem como princípio básico de funcionamento a
indução eletromagnética de Faraday. Por outro lado, o relé estático possui uma eletrônica
embarcada, constituída por circuitos transistorizados. Já o relé eletrônico integra sistemas
microprocessados em conjunto com uma eletrônica embarcada.
Tipos de proteção de um
relé digital
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Olá, estudante! Nesta seção, iremos conhecer um pouco sobre os tipos de proteção de um relé
digital. Iremos restringir nossos estudos aos relés de sobrecorrente diferenciais digitais, tendo em
vista sua ampla utilização em diversos tipos de proteção. Então, mãos à obra!
Relés de proteção de sobrecorrente diferenciais
digitais
Os relés de sobrecorrente diferenciais digitais apresentam, nas devidas proporções, os mesmos
princípios fundamentais dos relés eletromecânicos e dos relés estáticos (eletrônicos). Porém, em
razão da tecnologia digital microprocessada, os relés diferenciais digitais são essenciais para a
proteção de transformadores, motores e geradores elétricos. Nessas condições, os relés de
sobrecorrente diferenciais digitais oferecem os seguintes tipos de proteção:
proteção contra curto-circuito para transformadores (dois e três enrolamentos);
proteção contra curto-circuito para motores e geradores elétricos;
proteção de sobrecarga com característica térmica;
proteção de sobrecorrente de retaguarda de tempo de�nido e/ou inverso.
A Figura 3.12 apresenta a parte frontal de um relé de proteção de sobrecorrente diferencial digital.
Observe que os parâmetros de ajuste podem ser introduzidos pelo painel frontal com display
integrado ou via computador pela porta de comunicação. Os parâmetros, como níveis de tensão ou
corrente, por exemplo, são armazenados em memória não volátil (PROM / EPROM), evitando assim
que as informações sejam deletadas durante a ausência de energia (ausência de tensão de
alimentação do relé).
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Figura 3.12: Vista frontal de um relé de proteção de sobrecorrente diferencial digital
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 155).
#PraCegoVer: a �gura apresenta a vista frontal de um relé de proteção de sobrecorrente diferencial digital.
O relé é caracterizado por um módulo constituído de teclado alfanumérico, porta de comunicação,
sinalizadores óticos e visualizador alfanumérico. O teclado possui várias teclas de membrana para �ns de
con�guração. No canto inferior direito está localizada a porta de comunicação. Logo acima, estão os
sinalizadores ópticos de LEDs. Na parte superior encontra-se o visualizador alfanumérico e, logo abaixo,
está o teclado alfanumérico.
Como o relé é do tipo digital, é possível monitorar continuamente as faltas, indicando quaisquer
irregularidades detectadas. Também, em razão das técnicas digitais e computacionais de medida,
os parâmetros medidos não são in�uenciados pelos transitórios de alta frequência, pela saturação
do núcleo dos TCs, tampouco pelas correntes de chaveamento.
Olá, estudante! Chegou omomento do nosso Saiba Mais! Vamos conferir juntos? Então, vamos lá!
SAIBA MAIS
O vídeo apresenta uma aula sobre o funcionamento de relé de
média tensão em subestações elétricas. A aula é dividida em duas
partes: uma parte teórica e outra parte prática. Na parte teórica,
são abordadas as funções do relé e suas características técnicas e
operacionais. Já na parte prática, é apresentada a substituição de
disjuntores e de relés de proteção realizada em uma subestação
de energia elétrica. Vale a pena conferir!
Fonte: Universidade Da Elétrica - IPT Engenharia | YouTube (2021).
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Vamos agora conhecer um pouco mais sobre os relés de proteção de sobrecorrente digital? Vamos
juntos para mais este aprendizado!
Espero que esteja gostando deste assunto! Na próxima seção, iremos conhecer um pouco sobre
proteção primária e proteção de retaguarda! Então, vamos aos estudos?
Mas antes, caro(a) estudante! Chegou o momento de realizarmos mais uma atividade. Esta, por sua
vez, consiste nas memórias computacionais que contemplam os sistemas microprocessados do
relé digital! Vamos conferir juntos?
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Os relés digitais possuem sistemas microprocessados para efetuar a proteção de um SEP. Além
disso, esses sistemas atuam de forma sincronizada com a eletrônica e com algumas memórias,
A S S I S T I R
Relés de sobrecorrente digitais
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pois os dados e as informações processadas devem ser armazenados para serem analisados pelo
próprio relé.
PHADKE, A. G.; THORP, J. S. Computer relaying for power systems. 2. ed. Hoboken, New Jersey:
John Wiley and Sons, Ltd., 2009.
De acordo com as considerações apresentadas, assinale a alternativa que melhor representa os
signi�cados das memórias ROM e PROM no sistema microprocessado do relé de proteção digital:
a) A memória ROM (Read-Only Memory) permite apenas a leitura dos dados armazenados
pelo relé digital. Já a memória PROM (Programmable Read-Only Memory), além de permitir
a leitura dos dados do relé, também possibilita a programação para a atuação correta do
relé de proteção.
b) A memória ROM (Read-Only Memory) permite apenas a leitura dos dados armazenados
pelo relé digital. Já a memória PROM (Programmable Read-Only Memory), além de permitir
a leitura dos dados do relé, permite também a programação para a atuação correta do
relé de proteção.
c) A memória ROM (Read-Only Memory) permite apenas a leitura dos dados armazenados
pelo relé digital. Já a memória PROM (Programmable Read-Only Memory), além de permitir
a leitura dos dados do relé, permite também a programação para a atuação correta do
relé de proteção.
d) A memória ROM (Read-Only Memory) permite apenas a leitura dos dados armazenados
pelo relé digital. Já, a memória PROM (Programmable Read-Only Memory), além de permitir
a leitura dos dados do relé, permite também a programação para a atuação correta do
relé de proteção.
e) A memória ROM (Read-Only Memory) permite apenas a leitura dos dados armazenados
pelo relé digital. Já, a memória PROM (Programmable Read-Only Memory), além de permitir
a leitura dos dados do relé, permite também a programação, já que ela é programável.
Proteção primária e
retaguarda
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O estudo da proteção primária e de retaguarda de um dispositivo de proteção está relacionado à
seletividade. Nesse sentido, podemos dizer que a "seletividade é a característica que um sistema de
proteção deve ter para que, ao ser submetido a correntes anormais, faça os dispositivos de
proteção atuarem de maneira a desenergizar somente a parte do circuito afetada" (MAMEDE FILHO,
2020, p. 27).
Os dispositivos de proteção permitem uma certa abrangência de atuação na proteção de um SEP, de
uma subestação de energia ou mesmo na proteção de uma linha de transmissão. Essa abrangência
é caracterizada como zona de proteção. Em termos gerais, existem dois casos de abrangência que
devem ser considerados, são eles (MAMEDE FILHO, 2020):
a) Proteção de primeira linha ou proteção primária
A proteção primária refere-se ao elemento de proteção para o qual a zona de proteção é de�nida
dentro de limites prede�nidos, atuando em um intervalo de tempo ajustado na ocorrência de uma
falta nessa zona.
b) Proteção de segunda linha ou proteção de retaguarda
A proteção de retaguarda refere-se ao elemento de proteção responsável pela desconexão do
sistema, caso exista uma falha na proteção primária, atuando em um intervalo de tempo de�nido no
projeto de coordenação da proteção elétrica.
A Figura 3.13 mostra um exemplo de zona de proteção para vários elementos de proteção primária
em um sistema elétrico de potência. Observe!
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Figura 3.13: Zonas de proteção de um sistema elétrico de potência
Fonte: Mamede Filho (2020, p. 27).
#PraCegoVer: a �gura apresenta um esquema com várias ligações representando as zonas de proteção
de um sistema elétrico de potência. Este esquema é constituído de quatro geradores G um maiúsculo, G
dois maiúsculo, G três maiúsculo e G quatro maiúsculo identi�cados por círculos, vinte e três disjuntores
representados numericamente por pequenos quadrados de um a vinte e três, quatro barramentos B um
maiúsculo, B dois maiúsculo, B três maiúsculo e B quatro maiúsculo (os quais são representados por
quatro traços largos verticais) da subestação, cinco transformadores, identi�cados por T um maiúsculo, T
dois maiúsculo, T três maiúsculo, T quatro maiúsculo e T cinco maiúsculo, seis linhas elétricas
responsáveis pela abertura do sistemas, caracterizadas como L um maiúsculo, L dois maiúsculo, L três
maiúsculo, L quatro maiúsculo, L cinco maiúsculo e L seis maiúsculo e, por �m, sete cargas, identi�cadas
por C um maiúsculo, C dois maiúsculo, C três maiúsculo, C quatro maiúsculo, C cinco maiúsculo, C seis
maiúsculo e C sete maiúsculo. O defeito para análise destas zonas de proteção é representado pela letra K
maiúsculo, o qual encontra-se indicado entre os disjuntores dez e doze na linha elétrica três e entre os
barramentos dois e três.
Analisando a Figura 3.13, nota-se que,
para um defeito no ponto K, as proteções dos disjuntores 10 e 12 são os elementos de
primeira linha responsáveis pela abertura do sistema. Se houver falha na operação do
disjuntor 10, por exemplo, as proteções dos disjuntores 7 e 8 são chamadas a operar
como proteção de segunda linha, responsáveis pela abertura do referido sistema. Se
houver falha na proteção do disjuntor 8, as proteções dos disjuntores 9 e 11 devem atuar
desconectando os sistema e permitindo a continuidade do serviço (MAMEDE FILHO,
2020, p. 27).
Chegou o momento de re�etirmos um pouco sobre alguns dos assuntos discutidos até o momento!
Neste caso, escolhemos falar sobre subestação de energia. Vamos lá!
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Neste momento, estudante, vamos analisar as informações do elemento interativo a seguir? Ele vai
enfatizar a importância das proteções primária e de retaguarda! Vamos conferir?
Olá, estudante! Agora chegou o momento de realizar uma atividade prática sobre os assuntos
estudados até o momento. Vamos juntos conferir?
praticar
Vamos Praticar
Muitos técnicos e engenheiros eletricistas são frequentemente escalados para elaborar projetos
que envolvem sistemas de proteção, seja na execução ou mesmo na avaliação desses sistemas.Nesse sentido, esses pro�ssionais devem possuir o conhecimento necessário para analisar as
condições do relé, bem como escolher qual é o mais indicado para o esquema que está sendo
projetado.
REFLITA
Prezado estudante, quando você encontra uma subestação de
energia elétrica e observa aquela quantidade signi�cativa de
dispositivos instalados e conectados de forma integrada, não
imagina a complexidade operacional e a quantidade de
informações que circulam naquele ambiente, não é? Diante disso,
podemos perceber a importância da manutenção desse sistema,
já que qualquer distúrbio de energia pode provocar um apagão em
um município ou em uma região.
Fonte: Carleto (2017, p. 20).
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Zona de proteção primária: A zona de proteção primária pode ser de�nida como a área delimitada pela
localização dos transformadores de corrente e dos disjuntores em um sistema elétrico de potência.
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Analisando a situação apresentada, imagine que você é um pro�ssional da área elétrica, com
especialidade em sistemas elétricos de potência, e foi contratado para realizar uma consultoria
sobre avaliação e proteção de uma linha de transmissão, envolvendo principalmente subestações
de energia. Diante disso, apresente alguns relés que poderiam ser utilizados no esquema de
proteção solicitado.
O que achou da atividade prática? Espero que tenha assimilado os conceitos de aplicação! Agora,
para �nalizarmos essa unidade, iremos conhecer um pouco sobre as zonas de proteção de um relé
digital de distância. Vamos lá?
Em geral, os relés digitais de proteção à distância integram quatro zonas de proteção temporizadas,
possuindo cinco esquemas de proteção. Esses esquemas, por sua vez, podem funcionar com ou
sem teleproteção. Quando o relé está operando sem teleproteção, a atuação de qualquer uma das
zonas é realizada sob supervisão dos detectores de oscilação de potência e devido à ruptura do
fusível do secundário do TP. Por outro lado, quando o relé opera com o esquema de teleproteção, os
sinais dos eventos ocorridos no SEP são transferidos pelo canal de comunicação para os terminais
da linha de transmissão (MAMEDE FILHO, 2020).
Conforme mencionado, os relés digitais dispõem de quatro zonas de proteção independentes, e
suas principais características são, de acordo com Mamede Filho (2020, p. 240):
Zonas de proteção
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A Figura 3.14 apresenta os ajustes típicos de alcance e de tempo de atuação para três zonas de
proteção à distância. É importante ressaltar que os ajustes de alcance e de tempo de atuação
permitem a correta coordenação entre os relés de proteção à distância em um SEP (RUSH, 2011).
Figura 3.14: Ajustes típicos de tempo e de distância para três zonas de proteção à distância.
Fonte: RUSH (2011, p. 181).
#PraCegoVer: a �gura apresenta um sistema elétrico de potência (representado por um traço horizontal
escuro) com os ajustes típicos de tempo e de distância para três zonas de proteção de relés à distância.
Em cada extremidade do SEP, há um gerador. Cada gerador é representado por um círculo, indicando que
ambos são de tensão alternada. Ao longo da linha, estão posicionados os disjuntores, coordenados com
os relés de distância digitais instalados nos painéis da subestação de energia. Os disjuntores são
representados por dois traços pequenos abertos e, entre eles, existem dois "xis" escuros interligados por
outro traço com um ponto escuro no centro. Há 4 disjuntores com essa mesma descrição ao longo da
linha do SEP. Na extremidade da esquerda, há um traço vertical com setas em ambas as extremidades.
Tendo em vista que a Figura 3.14 pode ser utilizada como referência para �ns de con�guração das
zonas de proteção para vários tipos de relés à distância, é necessário entender alguns ajustes
típicos. Observe a seguir (RUSH, 2011):
Relés eletromecânicos / estáticos normalmente são ajustados para um alcance de até
80% da impedância da linha para a proteção instantânea da Zona 1. Para relés de
distância digitais/numéricos, ajustes de até 85% podem ser seguros. A margem de
segurança de 15%-20% resultante desses ajustes assegura que não haja nenhum risco
de ultrapassar o limite de alcance na proteção da Zona 1 devido a erros nos
Características de impedância: são utilizadas pelos relés para realizar a medição de
distância das faltas. "A impedância do sistema é ajustada por meio da resistência e da
reatância, desde o ponto de instalação do relé até o ponto onde ocorreu a falha". 
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transformadores de corrente e de tensão, imprecisões nos dados de impedância da linha
para ajustes no relé, erros de medição e de ajustes no relé. Caso contrário, haveria uma
perda de seletividade com uma rápida atuação da proteção na seção seguinte da linha. A
proteção de distância da Zona 2 deve cobrir os restantes 15%-20% da linha (RUSH, 2011,
p. 181).
Para os ajustes da Zona 2, o autor ressalta que:
Para assegurar uma cobertura total da linha, levando em consideração as fontes de erros
já listadas na seção anterior, o ajuste de alcance para a proteção da Zona 2 deve ser, pelo
menos, 120% da impedância da linha protegida. Em muitas aplicações é prática comum
ajustar o alcance da Zona 2 para ser igual a seção da linha protegida mais 50% da linha
adjacente mais curta. Onde isso é possível, assegura que o alcance máximo resultante
da Zona 2 não ultrapasse o alcance e�caz mínimo da proteção da Zona 1 da linha
adjacente. Isso evita a necessidade de ajustar o tempo de atuação para Zona 2 entre os
tempos de atuação dos relés à montante e a jusante (RUSH, 2011, p.181).
E, para os ajustes da Zona 3, o autor complementa que:
A proteção remota de retaguarda para todas as faltas em linhas adjacentes pode ser
fornecida por uma terceira zona de proteção cujo tempo de atraso deve prover a
seletividade da proteção da Zona 2 mais o tempo de atuação do disjuntor para a linha
adjacente. O alcance da Zona 3 deverá ser ajustado para pelo menos 1,2 vezes a
impedância vista pelo relé para uma falta localizada no �nal da segunda seção da linha.
Em sistemas de potência interconectados, o efeito da alimentação corrente de falta na
barra fará com que o relé veja uma impedância muito maior que a impedância real para a
falta e isso deve ser levado em conta na con�guração dos parâmetros para a Zona 3
(RUSH, 2011, p. 181).
Em tempo, é importante dizer que os relés de distância digitais podem ter até cinco zonas de
proteção. Neste sentido, para estabelecer os ajustes necessários em um projeto de proteção
elétrica/teleproteção, o qual envolve o processamento e a comunicação de sinais digitais, é
essencial consultar o manual e as instruções do fabricante do relé (RUSH, 2011).
Olá, estudante! Gostou do assunto sobre zonas de proteção? Percebeu a sua importância? Agora,
conheça mais algumas particularidades da coordenação entre os relés de proteção e o SEP:
Estudante, para �nalizarmos esta unidade, que tal realizarmos mais uma atividade prática? Está
preparado para este desa�o? Mãos à obra!
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O tempo de coordenação é o intervalo entre os comandos/comunicação do relé de proteção e a
abertura dos disjuntores de potência.
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praticar
Vamos Praticar
Sabemos que a proteção de um SEP é essencial para garantir a con�abilidade no fornecimento de
energia elétrica. Por exemplo, a proteção de retaguarda é muito importante em um sistema
elétrico, já que é responsável por desligar o setor com falta em caso de uma possível falha do
equipamentoda proteção principal. Nesse sentido, é importante que a zona de proteção do
dispositivo atenda aos requisitos do sistema, protegendo a subestação, uma linha de transmissão
ou mesmo um gerador de energia. Além disso, monitorar as possíveis localizações de ocorrências
de faltas em um SEP é essencial para a correta coordenação de retaguarda entre os dispositivos
de proteção, como relés e disjuntores.
Supondo que você, engenheiro eletricista responsável pela manutenção e monitoramento de duas
linhas de transmissão, foi selecionado para analisar as ocorrências de curtos-circuitos próximos e
distantes do relé de proteção de ajuste, conforme mostra a Figura 3.15 a seguir. Observe!
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Figura 3.15: Sistema elétrico de potência com quatro relés de proteção e duas linhas de
transmissão.
Fonte: Frazão (2019, p. 22).
#PraCegoVer: a �gura apresenta um sistema elétrico de potência com quatro relés de proteção
e duas linhas de transmissão. O �uxo de energia nas linhas de transmissão um e dois é da
esquerda para a direita, sendo representado por uma seta larga rosa. O �uxo passa por um
setor a maiúsculo representado por um traço vertical escuro. Este setor é a linha de
transmissão um, indicada por l maiúsculo t maiúsculo e o número 1. Em seguida, para pelo
primeiro relé de proteção, chamado na �gura de relé de ajuste e representado por um pequeno
quadrado com a letra d maiúsculo em seu interior. Depois, tem o próximo relé de proteção,
também representado por um pequeno quadrado com a letra d maiúsculo em seu interior,
�nalizando a extensão da linha de transmissão um. Em seguida, o �uxo passa pelo setor b
maiúsculo, representado por um traço vertical escuro, e pelo relé de proteção três. Este setor é
a linha de transmissão dois, indicada por l maiúsculo t maiúsculo e o número 2. Em seguida,
passa pelo quarto e último relé de proteção, representado por um pequeno quadrado com a
letra d maiúsculo em seu interior. Este último setor é �nalizado com a letra c maiúscula. Tanto
na linha de transmissão 1 quanto na linha de transmissão 2 existem, respectivamente, duas
informações de impedância de linha; é a impedância zê maiúsculo subscrito éle maiúsculo e tê
maiúsculo um e, a impedância zê maiúsculo subscrito éle maiúsculo e tê maiúsculo dois.
De acordo com as condições apresentadas, determine as zonas primárias de proteção
redesenhando o SEP e as suas representatividades nas linhas de transmissão (LT1 e LT2). Além
disso, realize uma análise interpretativa na ocorrência de um curto-circuito na LT1 (linha de
transmissão 1) e na LT2 (linha de transmissão 2).
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Material
Complementar
F I L M E
Qual a função do relé de proteção em uma
subestação?
Ano: 2022
Comentário: O vídeo apresenta sobre a proteção de subestações de energia
elétrica, enfatizando o relé de proteção como principal dispositivo utilizado
neste ambiente. Com uma explicação simples e objetiva, é possível entender
os conceitos envolvidos e as aplicações práticas dos relés na proteção de
uma subestação. Vamos juntos conferir?
TRA I LER
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L I V R O
Introdução à Proteção dos Sistemas Elétricos
Autor: Amadeu C. Caminha
Editora: Blücher.
Capítulos: 3, 4 e 5
Ano: 1977
ISBN: 9788521217589
Comentário: O autor divide o conteúdo em três partes. Na primeira parte, ele
aborda uma introdução à proteção elétrica, apresentando a �loso�a da
proteção dos sistemas. Na segunda parte, é apresentada uma descrição
sistemática dos relés de proteção. Por �m, na terceira parte, são mostradas
as aplicações dos relés aos elementos do sistema, como, por exemplo,
proteções aplicadas em máquinas elétricas rotativas, transformadores,
barramentos de subestações e linhas de transmissão. Vale a pena conferir!
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Conclusão
Prezado estudante, nesta unidade tivemos a oportunidade de conhecer os relés de proteção. Observamos
que existem inúmeros tipos de relés para os mais diversos tipos de aplicação, incluindo a proteção de
motores e geradores elétricos, bem como a proteção de linhas de transmissão de energia. Entre os relés
estudados, conhecemos o relé de proteção digital, o qual integra diversos circuitos microprocessados,
dispositivos eletrônicos e inúmeras memórias, como é o caso das memórias RAM, ROM e EPROM.
Também tivemos a possibilidade de estudar as principais diferenças entre uma proteção primária e uma
proteção de retaguarda, as quais atuam em determinadas zonas de proteção de um sistema elétrico de
potência. Espero que tenha aproveitado os estudos! Até a próxima!
Referências
CAMINHA, A. C. Introdução à proteção dos
sistemas elétricos. São Paulo: Blücher, 1977.
Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books
/9788521217589/. Acesso em: 17 mai. 2023.
CARLETO, N. Subestações elétricas. Brasília: NT Editora, 2017.
FRAZÃO, R. J. A. Proteção do sistema elétrico de potência. Londrina, PR: Editora e Distribuidora
Educacional S.A., 2019.
GLOVER, J. D.; SARMA, M. S. OVERBYE, T. J. Power system analysis and design. 5. ed. Boston: Cengage
Learning, 2012.
MAMEDE FILHO, J. Proteção de sistemas elétricos de potência. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2020.
Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637219/. Acesso em: 16 mai.
2023.
PHADKE, A. G.; THORP, J. S. Computer relaying for power systems. 2. ed. Hoboken, New Jersey: John
Wiley and Sons, Ltd., 2009.
QUAL A função do Rele de proteção em uma subestação?. [S. l.: s. n.], 2022. 1 vídeo (4 min.). Publicado
pelo canal SE em Foco. Disponível em: https://youtu.be/48fQrvn3HJU. Acesso em: 20 jun. 2023.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521217589/
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637219/
https://youtu.be/48fQrvn3HJU
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RELE DE proteção! Na prática para média tensão! Imperdível! [S. l.: s. n.], 2021. 1 vídeo (13 min.). Publicado
pelo canal Universidade da Elétrica - IPT Engenharia. Disponível em: https://youtu.be/6mnCygJtdTY.
Acesso em: 20 jun. 2023.
RUSH, P. Proteção e automação de redes: conceito e aplicação. São Paulo: Blücher: Schneider, 2011.
SATO, F. FREITAS, W. Análise de curto-circuito e princípios de proteção em sistemas de energia elétrica.
Rio de Janeiro: Elsevier, 2015.
STEVENSON, W. D. Elementos de análise de sistemas de potência. 2. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986.
https://youtu.be/6mnCygJtdTY
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14/08/2023, 09:11 E-book
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