LIVRO PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA

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PROTEÇÃO DE SISTEMAS 
ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
PROF. MARCO ANTONIO ITABORAHY FILHO
Reitor: 
Dr. Roberto Cezar de Oliveira
Pró-Reitoria Acadêmica
Maria Albertina Ferreira do 
Nascimento
Diretoria EAD:
Prof.a Dra. Gisele Caroline
Novakowski
PRODUÇÃO DE MATERIAIS
Diagramação:
Edson Dias Vieira
Thiago Bruno Peraro
Revisão Textual:
Camila Cristiane Moreschi
Danielly de Oliveira Nascimento
Fernando Sachetti Bomfim
Luana Luciano de Oliveira
Patrícia Garcia Costa
Renata Rafaela de Oliveira
Produção Audiovisual:
Adriano Vieira Marques
Márcio Alexandre Júnior Lara
Osmar da Conceição Calisto
Gestão de Produção: 
Cristiane Alves
© Direitos reservados à UNINGÁ - Reprodução Proibida. - Rodovia PR 317 (Av. Morangueira), n° 6114
Prezado (a) Acadêmico (a), bem-vindo (a) à 
UNINGÁ – Centro Universitário Ingá.
Primeiramente, deixo uma frase de Sócrates 
para reflexão: “a vida sem desafios não vale a 
pena ser vivida.”
Cada um de nós tem uma grande 
responsabilidade sobre as escolhas que 
fazemos, e essas nos guiarão por toda a vida 
acadêmica e profissional, refletindo diretamente 
em nossa vida pessoal e em nossas relações 
com a sociedade. Hoje em dia, essa sociedade 
é exigente e busca por tecnologia, informação 
e conhecimento advindos de profissionais que 
possuam novas habilidades para liderança e 
sobrevivência no mercado de trabalho.
De fato, a tecnologia e a comunicação têm 
nos aproximado cada vez mais de pessoas, 
diminuindo distâncias, rompendo fronteiras e 
nos proporcionando momentos inesquecíveis. 
Assim, a UNINGÁ se dispõe, através do Ensino a 
Distância, a proporcionar um ensino de qualidade, 
capaz de formar cidadãos integrantes de uma 
sociedade justa, preparados para o mercado de 
trabalho, como planejadores e líderes atuantes.
Que esta nova caminhada lhes traga muita 
experiência, conhecimento e sucesso. 
Dr. Roberto Cezar de Oliveira
REITOR
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01
SUMÁRIO DA UNIDADE
INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................................4
1. CURTOS-CIRCUITOS ................................................................................................................................................5
1.1 TIPOS DE CURTOS-CIRCUITOS .............................................................................................................................5
1.2 CONSEQUÊNCIAS DOS CURTOS-CIRCUITOS .....................................................................................................8
1.3 CAUSAS DAS FALHAS ELÉTRICAS ........................................................................................................................8
1.4 CONDIÇÕES ANORMAIS DE OPERAÇÃO ..............................................................................................................9
2. PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS ................................................................................................................. 10
2.1 ESTRUTURA BÁSICA DOS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO................................................................................. 11
2.2 REQUISITOS BÁSICOS DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO ................................................................................. 14
2.3 FUNÇÕES DE PROTEÇÃO ..................................................................................................................................... 15
CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................................................... 18
CURTOS-CIRCUITOS E PROTEÇÃO 
DE SISTEMAS ELÉTRICOS
PROF. MARCO ANTONIO ITABORAHY FILHO
ENSINO A DISTÂNCIA
DISCIPLINA:
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS D
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INTRODUÇÃO
Os sistemas de potência estão, a todo tempo, sujeitos a perturbações com potencial de 
alterar seu funcionamento nominal, modificando os valores de corrente, tensão, frequência, 
potência etc. Essas perturbações podem ser consideradas sérios riscos à integridade dos 
equipamentos desses sistemas.
Nesta unidade, iremos, primeiramente, apresentar algumas ferramentas úteis para a 
análise de curtos-circuitos em sistemas trifásicos e, em seguida, as características dos curtos-
circuitos e os tipos de perturbações mais comuns e severas contra os quais um sistema elétrico 
de potência deve ser protegido.
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1. CURTOS-CIRCUITOS
Os curtos-circuitos ocorrem quando acontece um rompimento do isolamento entre fases 
ou fase e terra, e sua corrente depende de fatores, como o tipo de curto-circuito, a capacidade de 
geração, a topologia da rede, o tipo de aterramento dos equipamentos e outros.
1.1 Tipos de Curtos-Circuitos
O tipo mais comum de curto-circuito é o Fase-Terra, também chamado de monofásico, 
representando, aproximadamente, 70% de todas as ocorrências de curto-circuito. A segunda 
maior frequência de curto é a Fase-Fase, ou Bifásica, com 15% da ocorrências, seguida pela 
Bifásico-Terra, com 10%, e pelo curto-circuito trifásico, com apenas 5% dos casos.
Apesar de ser o menos comum, o circuito trifásico é amplamente estudado por, em geral, 
ser o caso mais severo a que um circuito pode ser submetido e, portanto, o sistema deve ser 
projetado com esse tipo de curto em mente. Já o curto-circuito monofásico pode ter um valor de 
corrente de 25% a 125% da corrente de curto trifásico, sendo, na maioria dos casos, o caso menos 
severo desse tipo de perturbação de um sistema elétrico de potência. Dessa forma, muitos dos 
estudos de cálculo de curtos-circuitos levam em conta apenas o estudo dos curtos monofásicos 
e trifásicos.
As Tabelas 1 e 2, a seguir, apresentam os valores de corrente de curto-circuito monofásico 
e trifásico nos barramentos de diferentes subestações de transmissão em alta tensão para 
comparação.
Tabela 1 - Correntes de curtos-circuitos monofásicos (A).
Subestação V (kV) 2008 2009 2010 2011
Joiram 69 4,7 4,7 5,0 5,0
Piracicaba 138 8,6 9,3 9,4 9,4
Nova Aparecida 138 19,8 20,2 20,2 21,9
Conselheiro Pena 138 12,8 12,8 12,9 12,9
Volta Redonda 138 15,6 15,6 15,7 7,5
Guarulhos 345 8,9 9,8 9,9 29,7
Itaipu 500 38,7 38,8 38,8 42,0
Ivaiporã 525 26,1 26,5 26,5 26,7
Ivaiporã 765 17,8 18,0 18,0 18,1
Fonte: Fujio e Freitas (2014).
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Tabela 2 - Correntes de curtos-circuitos trifásicos (A).
Subestação V (kV) 2008 2009 2010 2011
Joiram 69 14,4 14,7 20,4 20,4
Piracicaba 138 15,2 17,4 17,7 17,8
Nova Aparecida 138 30,4 31,7 32,0 35,1
Conselheiro Pena 138 9,9 9,9 9,9 9,9
Volta Redonda 138 24,4 24,5 24,6 16,2
Guarulhos 345 31,5 15,8 15,8 33,4
Itaipu 500 28,9 31,6 31,7 34,7
Ivaiporã 525 29,4 29,4 29,4 29,9
Ivaiporã 765 21,2 21,7 21,7 21,9
Fonte: Fujio e Freitas (2014).
Analisando as Tabelas 1 e 2, podemos notar alguns pontos, como o fato de que, na 
subestação Joiram, a corrente de curto-circuito monofásica variou de 24,5% a 32,6% da corrente 
de curto-circuito trifásica, enquanto, na subestação Conselheiro Pena, essa magnitude é de 
129,3% a 130,3%.
A Figura 1 demonstra o comportamento das tensões e correntes dos diferentes tipos de 
curto-circuito como diagramas fasoriais.
Figura 1 - Fasores de tensão e corrente de curto-circuito. Fonte: Fujio e Freitas (2014).
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Os curtos-circuitos também podem ser classificados pelo setor onde eles ocorrem. Pela 
natureza do sistema de transmissão elétrica, é nas linhas de transmissão onde ocorre a maior 
parte dos curtos-circuitos, representando cerca de 89% de todosos curtos que ocorrem em um 
determinado sistema. Isso ocorre pelo fato de que as linhas de transmissão elétrica se estendem 
por grandes distâncias, abrangendo uma série de terrenos e climas diferentes. Além disso, o fato 
de todo o sistema de transmissão se encontrar em série diminui a confiabilidade desses circuitos.
Temos, então, os curtos que ocorrem na geração elétrica, representando cerca de 6% 
das falhas de um sistema e 5% nas subestações. Os curtos-circuitos nos sistemas de distribuição 
podem ser desconsiderados nesse caso, pois eles não colocam em risco o sistema elétrico como 
um todo, tal quais as linhas de transmissão.
Os curtos-circuitos também podem ser classificados como permanentes, que representam 
cerca de 4% das falhas, que são os curtos que não se revertem espontaneamente, havendo 
a necessidade de manutenção, incluindo a abertura dos disjuntores, o conserto e, então, o 
restabelecimento do funcionamento.
Já os curtos-circuitos temporários (96%) são aqueles que ocorrem sem que existam 
defeitos permanentes na rede. Após a atuação dos disjuntores de proteção, o sistema pode ser 
restabelecido normalmente. Estes podem ocorrer por sobretensão causando arcos elétricos, 
chuva, galhos de árvore, pássaros, vento etc.
A distribuição das falhas pela duração das interrupções (T em minutos) é:
• 1 < T ≤ 3: 57%
• 3 < T ≤ 15: 21%
• 15 < T ≤ 30: 6%
• 30 < T ≤ 60: 4%
• 60 < T ≤ 120: 3%
• T > 120: 9%
O arco elétrico ocorre com o enfraquecimento do isolamento de parte do circuito, 
permitindo a ionização do ar e formando o arco elétrico. O arco é mantido pela tensão do sistema 
e, com a atuação do sistema de proteção, ele é extinto.
Figura 2 - Exemplo de arco elétrico em subestação. Fonte: Portal Educadora (2020).
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1.2 Consequências dos Curtos-Circuitos
Podemos escrever o trabalho dissipado por efeito Joule (aquecimento) em um equipamento 
utilizando a fórmula:
Nela, é a resistência do equipamento em Ω, é a corrente que passa por esse equipamento 
em A, e é o tempo.
Como sabemos que as correntes de curtos-circuitos são muito elevadas se comparadas às 
correntes nominais, temos, então, a geração de grandes quantidades de calor, capazes de causar 
diversos tipos de danos em condutores, motores, transformadores etc. Sendo assim, é necessário 
que o período de tempo em que essa corrente percorre os circuitos minimize os possíveis danos.
A queda de tensão provocada no momento de curto-circuito também pode gerar transtorno 
para consumidores. Muitos sistemas elétricos (como iluminação, sistemas computacionais 
e sistema de controle) são sensíveis às quedas de tensão, assim como motores, cujo torque é 
proporcional ao quadrado da tensão, o que pode comprometer o equipamento.
O desequilíbrio entre geração e cargas, após retirar circuitos faltosos, causa rápidas 
mudanças do sistema elétrico, podendo desencadear falhas, como sobretensões, sub ou 
sobrefrequências ou sobrecarga - que são consideradas condições anormais de operação.
1.3 Causas das Falhas Elétricas
Ao projetar um sistema, é necessário entender as principais causas de falhas em sistemas 
elétricos e onde essas falhas geralmente ocorrem, de forma que o projetista possa antecipá-las e, 
possivelmente, evitá-las com um projeto adequado.
A primeira origem de falhas são os problemas de isolação. Eles podem ocorrer por 
desenho da isolação dos equipamentos, estruturas ou isoladores, má qualidade dos materiais 
empregados, problemas de fabricação ou pelo envelhecimento natural dos materiais.
A segunda fonte de falhas são os problemas mecânicos provocados por elementos da 
natureza, como vento, neve, contaminação, árvores etc.
Também há os problemas elétricos intrínsecos da operação do sistema, como descargas 
atmosféricas, surtos de manobra ou sobretensão no sistema.
As falhas elétricas também podem ocorrer por problemas térmicos que podem prejudicar 
a isolação do sistema, como a sobrecorrente e a sobretensão do sistema.
A manutenção inadequada, como a substituição inadequada de peças e equipamentos, 
uso de pessoal não qualificado e inspeção não adequada também são fontes de falhas elétricas.
E, por último, temos problemas pontuais de outra natureza que podem ocorrer, como 
atos de vandalismo, queimadas, inundações, desmoronamentos ou acidentes.
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1.4 Condições Anormais de Operação
A primeira situação de anormalidade que será estudada é a sobrecarga. Ela é causada pela 
passagem de corrente elétrica acima do nominal, ou seja, da esperada. Essa condição de operação 
pode causar a deterioração de equipamentos e isolamentos elétricos.
A Figura 3 representa o tempo máximo admitido para cargas em estado de sobrecargas, 
em relação à corrente do circuito.
Figura 3 - Curva de sobrecarga do transformador de potência. Fonte: Fujio e Freitas (2014).
A sobretensão é causada pela retirada da carga após uma falha, principalmente em 
hidrelétricas. A tensão do gerador dispara, alcançando valores capazes de comprometer os 
isolamentos dos enrolamentos. Em sistemas de extra-alta tensão, a sobretensão pode também 
surgir graças ao efeito capacitivo das linhas de transmissão.
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A Figura 4 apresenta uma curva de sobre-excitação permitida em transformadores de 
potência.
Figura 4 - Curva de sobre-excitação do transformador de potência. Fonte: Fujio e Freitas (2014).
2. PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
De forma geral, a proteção de um sistema elétrico é feita com base em fusíveis e relés 
incorporados a um dispositivo disjuntor, que é a parte mecânica responsável pela abertura do 
circuito, desconectando a parte afetada pela falha da fonte de alimentação.
Os fusíveis são dispositivos que se baseiam na fusão de elementos metálicos de proteção. 
Eles são utilizados em sistemas de média tensão e raramente em redes de alta tensão, por sua 
baixa confiabilidade. 
Já os relés são dispositivos com as mais diferentes formas de construção e funções 
incorporadas para diversas aplicações, como os relés sobre o disjuntor ou religador, que são 
responsáveis pela desconexão do circuito elétrico.
Leia o material Curtos-Circuitos Trifásicos no Sistema Elétrico, 
escrito pelo professor Carlos Medeiros, da PUC-Goiás, dispo-
nível em http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/
arquivosUpload/18795/material/05)SistEletricosCap05-Cur-
toTrif.pdf.
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A detecção de defeitos em sistemas elétricos pode ser feita medindo-se uma série de 
características, como:
• Elevação da corrente elétrica do circuito;
• Elevação ou redução da tensão elétrica;
• Inversão do sentido da corrente elétrica;
• Alteração da impedância do sistema;
• Comparação de módulo e ângulo de fase na entrada e saída do sistema.
Algumas características de um sistema elétrico, às quais um projetista deve estar ciente ao 
desenvolver certo projeto de proteção, são:
• Corrente nominal: o valor de corrente que pode circular permanentemente no relé;
• Corrente de ajuste: o valor da corrente ajustada no relé; acima dela, o relé atuará;
• Corrente de acionamento: valor de corrente que provoca a atuação do relé de proteção;
• Corrente máxima admissível: o valor máximo da corrente que pode suportar os 
componentes do relé durante um tempo especificado (por exemplo: bobinas, contatos, 
elementos eletrônicos etc.);
• Consumo: o valor da energia solicitada pelo relé aos equipamentos de medida, aos quais 
está conectado durante o seu funcionamento;
• Potência nominal: o valor de potência que é requerido pelo relé e fornecido pelos 
transformadores depotencial e de corrente;
• Tensão nominal: o valor da tensão para o qual foi isolado o dispositivo;
• Tensão de serviço: a tensão do sistema ao qual o relé está conectado;
• Tensão máxima admissível: o valor de tensão máxima a que pode ficar submetido o relé 
em operação;
• Temporização: o valor do tempo, normalmente em segundos, ajustado no relé, para o 
qual o mesmo atuará.
2.1 Estrutura Básica dos Dispositivos de Proteção
De forma geral, o funcionamento básico de um relé de proteção pode ser descrito pelos 
seus componentes:
• Unidade de entrada: corresponde aos equipamentos que fazem as medidas dos distúrbios 
do sistema elétrico (como os transformadores de corrente e de potencial) e enviam esses 
sinais às unidades de conversão de sinal do relé de proteção. Elas também oferecem um 
isolamento elétrico entre o sistema e os dispositivos de proteção, evitando que tensões e 
correntes elevadas sejam conduzidas a esses dispositivos.
• Unidade de conversão de sinal: é um elemento interno dos relés, que recebe os sinais 
dos transformadores de corrente e potencial e os modula para um formato adequado 
para o funcionamento dos relés. Na proteção com relés primários, a corrente e tensão da 
rede são aplicadas diretamente sobre a unidade de disparo do disjuntor e, portanto, não 
utilizam a unidade de conversão.
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• Unidade de medida: faz a comparação das características dos sinais da unidade de 
conversão com os valores de referência de operação. Caso esses sinais ultrapassem os 
valores preestabelecidos, a unidade de medida envia um sinal à unidade de saída.
• Fonte de tensão auxiliar: é a unidade que fornece energia às unidades de medida para o 
processamento de informações e à unidade de saída. Também fornece energia à unidade 
de acionamento. Em geral, a fonte de tensão auxiliar é uma bateria, porém, em alguns 
casos, ela pode ser um circuito interno, que converte a corrente que chega da unidade de 
entrada em uma baixa tensão apropriada para os dispositivos de proteção.
• Unidade de saída: em geral, é uma bobina que aciona um contato auxiliar ou uma chave 
semicondutora.
• Unidade de acionamento: normalmente, é uma bobina montada no corpo do elemento 
de desconexão do sistema, que pode ser um disjuntor ou interruptor. A unidade de 
acionamento é característica dos sistemas de proteção com relés secundários. Na proteção 
com relés primários, a unidade de acionamento é ativada diretamente pelas unidades de 
entrada
A Figura 5 descreve a estrutura dos diferentes componentes de um relé de proteção.
Figura 5 - Esquema básico de funcionamento de um relé de proteção. Fonte: Fujio e Freitas (2014).
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A Figura 6 apresenta uma visão geral de um sistema de proteção detalhada.
Figura 6 - Estrutura básica de um esquema de proteção. Fonte: Fujio e Freitas (2014).
Os dispositivos são:
 
• TC: Transformador de corrente, equipamento que irá prover a corrente que será avaliada 
pelo sistema.
• TP: Transformador de potencial, equipamento responsável pela transformação da tensão 
que se quer controlar a valores mais adequados.
• D: Interruptor ou disjuntor responsável pela abertura do circuito.
• F: Fonte auxiliar de corrente que alimenta os demais elementos de proteção. Em geral, é 
uma fonte de corrente contínua.
• A: Elemento de avaliação de corrente e tensão, que tem a função de gerenciar os 
componentes elétricos protegidos e decidir, a partir dos valores medidos, se há a 
necessidade de interrupção do sistema.
• B: Elemento lógico da estrutura de proteção. Recebe as informações do elemento de 
avaliação, procede à comparação com os valores ajustados e libera o sinal de atuação para 
o interruptor ou disjuntor.
• C: Elemento que modula o sinal de disparo do interruptor ou disjuntor.
• S: Elemento de sinalização ótica ou sonora de todas as operações realizadas na estrutura 
básica de proteção.
• K: Elemento responsável pela recepção de sinais de comandos, originados ou não de 
pontos distantes da parte do sistema sob proteção. Pode ser a própria régua de borne dos 
condutores dos circuitos de proteção.
 
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2.2 Requisitos Básicos de um Sistema de Proteção
Um projeto de proteção deve ter algumas propriedades fundamentais para que seu 
desempenho seja considerado adequado, quais sejam:
a. Seletividade
Técnica na qual somente o elemento mais próximo do defeito desconecta a parte defeituosa 
do sistema elétrico, evitando que áreas com funcionamento normal sejam desconectadas sem 
necessidade.
b. Zonas de atuação
Durante uma falha no sistema elétrico, a proteção deve ser capaz de detectar se a falha 
está nos limites da zona protegida. Se estiver, o elemento de proteção deve atuar e realizar a 
abertura do disjuntor associado. Caso a ocorrência esteja fora do limite da zona protegida, o relé 
não deve se sensibilizar pelo defeito elétrico.
c. Velocidade
Desde que seja definido um tempo mínimo de operação para um elemento de proteção, a 
velocidade de atuação deve ser a menor possível a fim de propiciar as seguintes condições:
• Reduzir ou eliminar as avarias no sistema;
• Reduzir o tempo de variação de tensão durante falhas;
• Permitir ressincronização de motores.
d. Sensibilidade
É a capacidade de o elemento de proteção reconhecer com precisão as faixas de valores 
de operação e de não operação.
e. Confiabilidade
É a propriedade do elemento de garantir que suas funções desejadas sejam cumpridas 
com exatidão.
f. Automação
É a propriedade de um elemento de proteção de operar automaticamente quando 
necessário, podendo abrir e fechar o circuito sem necessidade de intervenção humana, se 
conveniente.
Além dessas propriedades, os sistemas de bom desempenho devem:
• Não se sensibilizar com sobrecargas e sobretensões momentâneas;
• Não se sensibilizar com oscilações naturais do sistema de tensão, corrente e frequência;
• Devem ter um pequeno consumo de energia;
• Devem ter suas características inalteradas para diferentes configurações do sistema 
elétrico.
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2.3 Funções de Proteção
As funções de proteção e manobra em sistemas elétricos são caracterizadas por um 
código numérico que indica o tipo de proteção à qual aquele relé se dedica. Alguns exemplos das 
funções mais comuns são a função 50, que é a feita por uma unidade instantânea, e a 51, que é 
uma unidade temporizada.
Essa numeração de funções foi padronizada pela American National Standards Institute 
(ANSI) e é aplicada em projetos de proteção no Brasil e em vários países. O Quadro 1 apresenta 
os códigos numéricos das funções de proteção e manobra.
Código Função Código Função
1 Elemento principal 50 Relé de sobrecorrente instantâneo
2 Relé de partida ou fechamento 
temporizado 51 Relé de sobrecorrente-tempo
3 Relé de verificação ou interbloqueio 52 Disjuntor e corrente alternada
4 Contactor principal 53 Relé para excitatriz ou gerador em 
corrente contínua
5 Dispositivo de interrupção 54 Disjuntor de corrente contínua, alta 
velocidade
6 Disjuntor de partida 55 Relé de fator de potência
7 Disjuntor de anodo 56 Relé de aplicação de campo
8 Dispositivo de desconexão da energia 
de controle 57 Dispositivo para aterramento ou curto-
circuito
9 Dispositivo de reversão 58 Relé de falha de retificação
10 Chave de sequência das unidades 59 Relé de sobretensão
11 Reservada para futura aplicação 60 Relé de balanço de tensão/queima de 
fusíveis
12 Dispositivo de sobrevelocidade 61 Relé de balanço de corrente
13 Dispositivo de rotação 62 Relé de abertura temporizada
14 Dispositivode subvelocidade 63 Relé de pressão de nível ou de fluxo, de 
líquido ou gás
15 Dispositivo de ajuste de velocidade ou 
frequência 64 Relé de proteção de terra
16 Reservado para futura aplicação 65 Regulador
17 Chave de derivação ou de descarga 66 Dispositivo de supervisão do número 
de partidas
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18 Dispositivo de aceleração ou 
desaceleração 67 Relé direcional de sobrecorrente em 
corrente alternada
19 Contactor de transição partida-marcha 68 Relé de bloqueio
20 Válvula operada eletricamente 69 Dispositivo de controle permissivo
21 Relé de distância 70 Reostato eletricamente operado
22 Disjuntor equalizador 71 Dispositivo de detecção de nível
23 Dispositivo de controle de temperatura 72 Disjuntor de corrente contínua
24 Relé contra sobre-excitação 73 Contactor de resistência de carga
25 Dispositivo de sincronização/
conferência de sincronismo 74 Relé de alarme
26 Dispositivo térmico do equipamento 75 Mecanismo de mudança de posição
27 Relé de subtensão 76 Relé de sobrecorrente de corrente 
contínua
28 Reservado para futura aplicação 77 Transmissor de impulsos
29 Contactor de isolamento 78 Relé de medição ângulo fase/proteção 
falta de sincronismo
30 Relé anunciador 79 Relé de religamento em corrente 
alternada
31 Dispositivo de excitação em separado 80 Reservado para futura aplicação
32 Relé direcional de potência 81 Relé de frequência
33 Chave de posicionamento 82 Relé de religamento em corrente 
contínua
34 Chave de sequência, operada por 
motor 83 Relé de seleção de controle/
transferência automática
35 Dispositivo para operação das escovas 84 Mecanismo de operação
36 Dispositivo de polaridade 85 Relé receptor de onda portadora ou fio 
piloto
37 Relés de subcorrente ou subpotência 86 Relé auxiliar de bloqueio de segurança
38 Dispositivo de proteção de mancal 87 Relé de proteção diferencial
39 Reservado para futura aplicação 88 Motor auxiliar ou motor gerador
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40 Relé de campo 89 Chave seccionadora
41 Disjuntor ou chave de campo 90 Dispositivo de regulação
42 Disjuntor ou chave de operação normal 91 Relé direcional de tensão
43 Dispositivo ou seletor de transferência 
manual 92 Relé direcional de tensão e potência
44 Relé de sequência de partida das 
unidades 93 Contactor de variação de campo
45 Reservado para futuras aplicações 94 Relé de desligamento ou de livre 
atuação
46 Relés de reversão ou balanceamento de 
corrente de fase 95 Empregado em aplicações não 
definidas
47 Relé de sequência de fase de tensão 96 Empregado em aplicações não 
definidas
48 Relé de sequência incompleta/partida 
longa 97 Empregado em aplicações não 
definidas
49 Relé térmico para máquina ou 
transformador 98 Empregado em aplicações não 
definidas
Quadro 1 - Códigos numéricos das funções ANSI. Fonte: Fujio e Freitas (2014).
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta unidade, estudamos brevemente os curtos-circuitos e os diferentes tipos de curtos-
circuitos possíveis: monofásico, bifásico, bifásico-terra e trifásico, permanente e temporário. 
Vimos suas consequências, possíveis causas e as condições anormais de operação que podem 
ocorrer durante um curto-circuito.
Vimos também como é a estrutura básica dos dispositivos de proteção em um sistema de 
proteção de sistemas elétricos de potência, os requisitos básicos que um sistema de proteção deve 
atingir e, finalmente, vimos as funções de proteção às quais os dispositivos de proteção podem 
servir.
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02
SUMÁRIO DA UNIDADE
INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................................... 21
1. TRANSFORMADORES DE MEDIDA ........................................................................................................................22
1.1 TRANSFORMADORES DE CORRENTE ..................................................................................................................22
1.2 TRANSFORMADOR DE POTENCIAL .....................................................................................................................23
2. RELÉS DE PROTEÇÃO .............................................................................................................................................25
2.1 RELÉS DE SOBRECORRENTE (50/51) .................................................................................................................25
2.2 RELÉS DE SOBRECORRENTE NÃO DIRECIONAIS .............................................................................................27
2.3 RELÉS DE SOBRECORRENTE SECUNDÁRIOS ...................................................................................................30
2.4 RELÉS DE SOBRECORRENTE DIFERENCIAL (87) ............................................................................................. 31
TRANSFORMADORES DE MEDIDA 
E RELÉS DE PROTEÇÃO
PROF. MARCO ANTONIO ITABORAHY FILHO
ENSINO A DISTÂNCIA
DISCIPLINA:
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS D
E POTÊNCIA
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EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA
2.5 RELÉS DIRECIONAIS (67) .................................................................................................................................... 31
2.6 RELÉS DE SOBRETENSÃO (59) ........................................................................................................................... 31
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...........................................................................................................................................32
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INTRODUÇÃO
Nesta unidade, você será exposto aos conceitos de transformadores de medidas, que são 
utilizados para facilitar a medição de altos valores de tensão e corrente de sistemas de potência, 
assim como os conceitos de relés de proteção, dispositivos feitos para proteção de um sistema 
elétrico de potência contra falhas elétricas, como sobrecorrente, sobretensão e inversão de fluxo 
de potência.
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1. TRANSFORMADORES DE MEDIDA
Quando falamos em sistemas elétricos de potência, estamos falando em sistemas de alta 
e média tensões, de forma que os equipamentos utilizados nessas redes devem ser projetados 
para suportar os altos valores de tensão e corrente desses circuitos, o que muitas vezes encarece a 
criação e manutenção dos equipamentos.
Os transformadores de medida são equipamentos que permitem que as medidas 
elétricas de um sistema de alta ou média tensão sejam feitas com instrumentos de baixa tensão e, 
consequentemente, mais baratos. Isso é feito com a utilização dos chamados Transformadores de 
Corrente (TC) e Transformadores de Potencial (TP).
1.1 Transformadores de Corrente
Os transformadores de corrente operam com tensão variável e possuem, em geral, poucas 
espiras em sua bobina primária e um secundário, que padroniza a corrente nominal do sistema 
para um valor equivalente a 5 A, diminuindo os valores de corrente necessários de medição. A 
corrente real do primário pode ser calculada multiplicando-se a corrente nominal do circuito 
pela razão entre a corrente medida e 5 A.
Em alguns casos, o primário do transformador pode ser substituído por um barramento, 
no TC tipo barra ou, até mesmo, o próprio condutor do sistema elétrico, no TC tipo janela.
Figura 1 - TC tipo Barra. Fonte: Mamede Filho (1997).
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Figura 2 - Transformador de corrente de janela. Fonte: Mamede Filho (1997).
Exemplo: Um amperímetro conectado em série com um determinado transformador de 
corrente apresenta uma medição de 8 A. Sabendo que a corrente nominal do primário do circuito 
é igual a 150 A, qual a corrente atual no primário do transformador?
Resposta: 
1.2 Transformador de Potencial
Similarmente ao que acontece com os TCs, os Transformadores de Potencial são utilizados 
para a medição segura da tensão de um sistema elétrico de potência, utilizando valores mais 
baixos de tensão e possibilitando o uso de técnicas mais baratas de medição, com componentes 
menores e de baixo isolamento.
De forma simplificada, os TPs possuem um enrolamento primário com várias espiras e 
um enrolamento secundário projetado de forma que a tensão nominal do sistema refletida nos 
terminais do secundário seja igual a 115 V ou 115/√3 V. 
A tensão do sistema elétrico é calculada a partir da tensão nominal, multiplicada pela 
razão entre tensão medida no secundário e a tensão nominal do secundário.
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Exemplo: Uma determinada subestação possui um TP de tensão nominal de 230 kV. 
Sabendo-se que a tensão, de normalmente 115 V, do secundário foi aferida como sendo uma 
tensão de 185 V, qual a tensão que seria medida no primário neste momento?
Resposta:
Figura 3 - Instalação de conjunto de TCs e TPs em uma subestação elétrica. Fonte: Mamede Filho (1997).
Podemos fazer um paralelo entre o uso de transformadores de medida e o 
sistema Por Unidade (PU). Ambos os sistemas utilizam maneiras de facilitar a 
medição em sistemas elétricos de potência. O sistema PU transforma os valores 
nominais de tensão e corrente em 1 PU e os transformadores nos valores descritos 
anteriormente. Podemos, então, por exemplo, dizer que a base PU de corrente 
medida é 5 A.
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Os transformadores de potencial podem ser do tipo indutivo, um tipo mais simples de 
transformador. Eles são utilizados para valores de tensão de até 138 kV. Esses transformadores são 
um enrolamento primário envolvendo um núcleo de ferro-silício, que é comum ao enrolamento 
do secundário.
O segundo tipo de transformador de potencial são os transformadores capacitivos. Nesse 
tipo de transformadores, a tensão de entrada do primário é reduzida utilizando um conjunto 
de capacitores em série. Esses capacitores agem como divisores de tensão e são conectados 
entre a fase e a terra. Uma derivação intermediária desse divisor alimenta, então, o primário do 
transformador, como se pode observar na Figura 4.
Figura 4 - Esquemático de um TP Capacitivo. Fonte: Mamede Filho (1997).
2. RELÉS DE PROTEÇÃO
2.1 Relés de Sobrecorrente (50/51)
Um relé de sobrecorrente é um dispositivo de proteção que responde à corrente que flui 
no elemento do sistema que se quer proteger, agindo quando o valor de corrente supera um valor 
predeterminado.
Todos os segmentos de um sistema elétrico de potência são normalmente protegidos por 
relés de sobrecorrente, que são considerados a proteção mínima que deve ser garantida. Sendo 
assim, os relés de sobrecorrente são os mais simples e comuns dispositivos de proteção utilizados.
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Apesar de se esperar que a proteção de um sistema aja instantaneamente, por questões de 
seletividade entre os vários elementos de proteção, é necessário permitir uma temporização dos 
relés. Logo, eles podem ser considerados instantâneos ou temporizados.
Os relés instantâneos não apresentam nenhum tipo de atraso intencional, apenas aquele 
causado pelas características físicas e construtivas do mecanismo de proteção. Portanto, não se 
qualificam para esquemas seletivos em que os valores de corrente de curto-circuito em diferentes 
pontos do circuito são similares.
Já os relés temporizados podem ser classificados como sendo dependentes ou 
independentes. Os dependentes são os mais utilizados em sistemas elétricos em geral e apresentam 
uma curva de tempo de atuação inversamente proporcional à corrente, ou seja, quanto maior a 
corrente medida, mais rápido o relé irá agir na proteção do circuito, como se pode observar na 
Figura 5.
Figura 5 - Exemplo de curva de temporização com retardo dependente. Fonte: Mamede Filho (1997).
Já os relés temporizados com retardo independente são caracterizados pelo tempo de 
atuação constante, independentemente da magnitude da falha de operação do sistema elétrico. O 
tempo de atuação é ajustado de acordo com as necessidades do projeto.
Os relés de proteção de sobrecorrente são utilizados em alimentadores de média tensão, 
linhas de transmissão, geradores, motores, reatores e capacitores, podendo ser divididos em 
quatro categorias:
• Relés de sobrecorrente não direcionais;
• Relés diferenciais de sobrecorrente;
• Relés direcionais de sobrecorrente;
• Relés de sobrecorrente de distância.
Os primeiros relés de proteção de sistemas de alta e média tensão utilizavam a tecnologia 
dos relés indutores, em que uma bobina funcionava como um eletro-ímã, abrindo o circuito em 
situações de alta corrente. Mais recentemente, a tecnologia dos relés estáticos foi introduzida, 
porém, ambas essas técnicas se encontram obsoletas e não são mais utilizadas em grande 
escala. Atualmente, os disjuntores microprocessados trazem uma maior confiabilidade, com 
a possibilidade de facilmente modificarem as curvas de atuação desses equipamentos apenas 
modificando sua programação interna.
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Para a função temporizada, são normalmente definidas nove famílias de curvas de 
atuação, que são utilizadas em diferentes situações a depender do projeto:
• Curva de tempo definido;
• Curva de tempo inverso;
• Curva de tempo normalmente inverso;
• Curva de tempo muito inverso;
• Curva de tempo extremamente inverso;
• Curva de tempo inverso longo;
• Curva de tempo ultrainverso;
• Curva de tempo I x T;
• Curva de tempo I2 x T.
2.2 Relés de Sobrecorrente Não Direcionais
Chamados também apenas de relés de sobrecorrente, podem ser classificados como relés 
primários, que atuam mecanicamente sobre o disjuntor por meio de hastes isolantes, ou como 
relés secundários, que acionam os disjuntores por meio do fechamento de um contato interno, 
inserindo uma fonte externa, normalmente um banco de baterias, sobre a bobina de abertura do 
disjuntor.
Os relés de sobrecorrente primários não são aceitos pela norma brasileira NBR 14039 
para a proteção geral de unidades consumidoras alimentadas em média tensão; porém, eles são 
utilizados nas demais partes dos sistemas de média tensão, internos à unidade consumidora.
Os relés primários são utilizados pela sua simplicidade e economia, não havendo 
necessidade da utilização de fontes externas de alimentação do sistema de proteção. Sua principal 
desvantagem é a impossibilidade da utilização desses relés na proteção de neutro utilizado na 
proteção contra curtos-circuitos fase-terra.
Os relés primários podem ser dos tipos fluidodinâmicos, eletromagnéticos e estáticos.
• Relés fluidodinâmicos: são aqueles que utilizam líquidos, como o óleo de vaselina, como 
um elemento temporizador. Eles possuem um êmbolo móvel, que se desloca no interior 
de um recipiente onde está presente uma quantidade de óleo. O êmbolo se desloca pela 
ação do campo magnético gerado por uma bobina ligada diretamente ao circuito que 
está sendo protegido. Esse tipo de relé não é mais utilizado, de acordo com a norma NBR 
14039.
O equivalente dos relés 50/51 em um circuitoresidencial seriam os relés 
termomagnéticos presentes no painel elétrico desta casa. Em caso de acidentes 
com curto-circuito, a proteção instantânea age pela ação da parte eletromagnética 
do relé. Já em casos de sobrecarga, como o uso de muitos equipamentos de alta 
potência simultaneamente por longos períodos de tempo, a parte térmica do relé 
irá proteger o sistema.
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Figura 6 - Componentes de um relé fluidodinâmico. Fonte: Mamede Filho (1997).
• Relés eletromagnéticos: utilizam o princípio de eletromagnetismo. Sua construção básica 
é a de uma bobina envolvendo um núcleo magnético, com uma peça móvel que atua 
sobre um contato fixo, permitindo a continuidade do circuito elétrico. Altos níveis de 
corrente na bobina são, então, capazes de mover esse elemento móvel, interrompendo a 
ligação do circuito elétrico.
Figura 7 - Esquemático de um relé eletromagnético. Fonte: Mamede Filho (1997).
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• Relés de sobrecorrente estáticos: também chamados de relés eletrônicos, são fabricados 
de componentes estáticos em uma caixa metálica blindada de interferências e instalados 
nos terminais de fonte dos disjuntores. Estes relés não necessitam de alimentação auxiliar, 
tornando-os mais convenientes em subestações de pequeno e médio portes, com tensões 
inferiores a 38 kV.
Eles são formados por três módulos: o transformador de corrente, que determina 
a corrente nominal do relé; os circuitos eletrônicos, que fazem o processamento da lógica de 
atuação do relé; e os dispositivos de saída, que são um sistema mecânico que age de acordo com 
um sinal enviado pelo processador lógico do relé.
As curvas de atuação desse tipo de relé podem ser facilmente ajustadas utilizando uma 
série de seletores em seu painel frontal, fazendo com que esse tipo de relé facilite a coordenação 
das proteções de diferentes setores do circuito elétrico.
Figura 8 - Exemplo de um relé estático. Fonte: Mamede Filho (1997).
Assista ao vídeo Relés! O que são e como funcionam!, disponível em 
https://www.youtube.com/watch?v=StBCiTJfG4k.
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Atualmente, pelo avanço tecnológico, apenas os relés estáticos ainda são produzidos e 
instalados, embora muitas instalações ainda possuam essas tecnologias mais antigas. Portanto, é 
importante que o profissional tenha uma noção básica de seu conhecimento. Para o estudo dos 
próximos tipos de relés, iremos nos focar apenas nas suas versões estáticas.
2.3 Relés de Sobrecorrente Secundários
Os relés de ação indireta, ou secundários, trifásicos são dotados das funções de proteção 
instantânea (50/50N) e temporizada (51/51N), agindo quando pelo menos uma de suas fases 
atinge o valor ajustado para aquela função em particular. Atualmente, os relés de sobrecorrente 
secundários estáticos trazem uma série de vantagens sobre suas contrapartes indutivas, como o 
baixo consumo, a compatibilidade e a precisão de suas medições.
Os relés de sobrecorrente normalmente oferecem proteção ao transformador para faltas 
externas. Para casos de transformadores de potência acima de 5 MVA, é necessário o uso de 
relés diferenciais para proteção, enquanto os relés de sobrecorrente protegem o restante dos 
componentes da instalação.
Figura 9 - Diagrama de bloco de um relé estático. Fonte: Mamede Filho (1997).
Leia o texto Aplicações e características de relés de proteção 
de sobrecorrente (ANSI 50, 51), disponível em https://
crushtymks.com/pt/energy-and-power/613-applications-and-
characteristics-of-overcurrent-potection-relays-ansi-50-51.
html.
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2.4 Relés de Sobrecorrente Diferencial (87)
A proteção diferencial de sistemas elétricos funciona baseada na comparação entre as 
correntes elétricas entre dois terminais de um equipamento que se queira proteger. Em casos nos 
quais existem diferenças de módulos entre essas correntes (o que significa falha em algum ponto 
do circuito), o relé envia um sinal de atuação para o disjuntor, fazendo a proteção do sistema.
De maneira geral, as correntes entre os terminais dessas medidas são feitas através de 
transformadores de corrente. A seção do sistema compreendida entre esses dois terminais é 
chamada de zona protegida, ou seja, qualquer defeito que ocorrer entre aqueles terminais irá 
causar a atuação do disjuntor.
2.5 Relés Direcionais (67)
As redes de distribuição e as linhas de transmissão radiais são, em geral, protegidas 
por relés de sobrecorrente temporizados, porém, em configurações de rede em que o sistema é 
alimentado pelas duas extremidades ou em anel, é necessário o uso de relés sensibilizados pelo 
sentido em que a corrente flui.
Portanto, os relés direcionais são capazes de reconhecer o fluxo de corrente ou potência 
de um sistema e agir em casos em que essa direção está inversa à direção normal. O sentido 
normal de corrente é na direção fonte-carga. Em casos de falhas, como na Figura 10, é possível 
que o fluxo seja invertido em um ponto do sistema.
Figura 10 - Indicação de proteção direcional de sobrecorrente em quatro linhas de transmissão. Fonte: Mamede 
Filho (1997).
 
2.6 Relés de Sobretensão (59)
Os relés de sobretensão são aparelhos de proteção de componentes e sistemas a valores de 
tensão superiores à tensão máxima admitida, a fim de garantir a integridade dos mesmos.
Os relés de sobretensão não devem ser ajustados com valores inferiores a 115% da tensão 
de operação para a unidade temporizada e a 120% para a unidade instantânea, podendo ser 
utilizada em ambos os sistemas, monofásicos e trifásicos.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta unidade, fomos apresentados aos conceitos necessários para o entendimento dos 
principais dispositivos utilizados para proteção de equipamentos elétricos, os transformadores de 
corrente e potencial e os relés de proteção, com suas funções de proteção contra sobrecorrente, 
sobrecorrente diferencial, direcionais, sobretensão etc.
Com essa base de conhecimento, podemos agora estudar os esquemas de proteção que 
são utilizados nas diferentes partes de um sistema elétrico de potência.
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03
SUMÁRIO DA UNIDADE
INTRODUÇÃO ...............................................................................................................................................................35
1. PROTEÇÃO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO ..........................................................................................................36
1.1 PROTEÇÃO DE SOBRECORRENTE ........................................................................................................................37
1.2 AJUSTE DA UNIDADE TEMPORIZADA .................................................................................................................37
1.2.1 UNIDADE TEMPORIZADA DE FASE ....................................................................................................................37
1.2.2 UNIDADE DE TEMPO DEFINIDO DE NEUTRO..................................................................................................38
1.3 AJUSTE DA UNIDADE DE TEMPO DEFINIDO ......................................................................................................38
1.3.1 UNIDADE DE TEMPO DEFINIDO DE FASE .........................................................................................................38
1.3.2 UNIDADE DE TEMPO DEFINIDO DE NEUTRO..................................................................................................38PROTEÇÃO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO 
E TRANSFORMADORES
PROF. MARCO ANTONIO ITABORAHY FILHO
ENSINO A DISTÂNCIA
DISCIPLINA:
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS D
E POTÊNCIA
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EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA
1.4 SELEÇÃO DA CURVA DE ATUAÇÃO DOS RELÉS ..................................................................................................39
1.5 PROTEÇÃO DIRECIONAL DE SOBRECORRENTE ................................................................................................39
1.6 PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA ...................................................................................................................................39
1.7 PROTEÇÃO DE SOBRETENSÃO ............................................................................................................................40
2. PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES ...................................................................................................................40
2.1 AJUSTES DE RELÉS ................................................................................................................................................ 41
2.2 PROTEÇÃO POR FUSÍVEL ....................................................................................................................................43
2.3 PROTEÇÃO POR RELÉS DE SOBRECORRENTE .................................................................................................44
2.4 PROTEÇÃO POR RELÉ DIFERENCIAL DE SOBRECORRENTE ...........................................................................45
2.5 PROTEÇÕES INTRÍNSECAS DE UM TRANSFORMADOR ..................................................................................45
2.5.1 PROTEÇÃO INTRÍNSECA TÉRMICA ..................................................................................................................45
2.5.2 PROTEÇÕES INTRÍNSECAS MECÂNICAS .......................................................................................................46
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...........................................................................................................................................48
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INTRODUÇÃO
Dois dos principais componentes de um sistema elétrico de potência são as linhas de 
transmissão e os transformadores de alta potência. Sendo assim, é importante o estudo de como 
a proteção desses dispositivos deve ser realizada.
Nesta unidade, iremos estudar quais as funções comumente utilizadas, os tipos de relés 
usados e como são feitos os ajustes desses relés com vistas à proteção das linhas de transmissão e 
transformadores.
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EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA
1. PROTEÇÃO DE LINHAS DE TRANSMISSÃO
As linhas de transmissão são os elementos de um sistema elétrico de potência de maior 
suscetibilidade a incidentes como curtos-circuitos. Isso se dá pelas grandes distâncias percorridas 
por esses elementos e sua exposição a eventos significativos, como vandalismos, descargas 
atmosféricas, queimadas, ventos fortes e outros.
Para proteção das linhas de transmissão de média e alta tensão, são utilizadas três 
principais medidas de proteção ao longo de seu percurso:
• Cabos-guarda, condutores posicionados acima dos condutores para a proteção de 
descargas atmosféricas.
• Para-raios de sobretensão contra picos de corrente originados de descargas atmosféricas 
ou surtos de manobra.
• Disjuntores e relés de proteção contra sobrecorrente e sobretensão.
As linhas de transmissão podem ser classificadas de acordo com os diferentes níveis de 
tensão. As redes de 230, 345, 500 kV e acima são consideradas linhas de transmissão, enquanto as 
linhas de tensão 69, 88 e 138 kV são classificadas como de distribuição. As linhas também podem 
ser classificadas como urbanas ou rurais.
A proteção de linhas de transmissão devem utilizar relés de atuação rápida, porém, a 
utilização desses relés depende da comunicação entre terminais a quilômetros de distância entre 
si, elevando o custo de proteção. Esses custos do sistema diminuíram com a utilização de novas 
tecnologias como as fibras óticas, permitindo a coordenação de sistemas complexos, como o 
apresentado na Figura 1.
 
Figura 1 - Sistema de transmissão com subestações e linhas de transmissão. Fonte: Mamede Filho (1997).
Um dos motivos pelos quais a proteção de linhas de transmissão é tão importante 
é porque é a parte do Sistema Elétrico de Potência mais suscetível a curtos-
circuitos e outras falhas elétricas, dado que estes podem se estender por centenas 
de quilômetros.
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As funções de proteção mais utilizadas nos terminais de linhas de transmissão são:
•Função 21: proteção de distância.
•Função 21N: proteção de distância de neutro.
•Função 27: proteção contra subtensão.
•Função 32P: direcional de potência ativa.
•Função 46: desbalanço de corrente de sequência negativa.
•Funções 50: proteção instantânea de fase.
•Funções 50N: proteção instantânea de neutro.
•Função 50BF: proteção contra falha de disjuntor.
•Função 51: proteção temporizada de fase.
•Função 51N: proteção de tempo definido de neutro.
•Função 59: proteção contra sobretensão.
•Função 67: proteção direcional de fase.
•Função 67N: proteção direcional de neutro.
•Função 79: religamento.
•Função 85: proteção auxiliar de carrie (bloqueio de abertura do disjuntor).
•Função 86: bloqueio de segurança.
•Função 87L: proteção diferencial de linha. 
1.1 Proteção de Sobrecorrente
A proteção de sobrecorrente de uma linha de transmissão é considerada a proteção básica 
e é empregada em praticamente todos os níveis de tensão, desde que associada a outros tipos de 
proteção de primeira linha, como as proteções de distância, direcional e diferencial.
 
1.2 Ajuste da Unidade Temporizada
O ajuste da corrente de tape (valor do ajuste do relé) da unidade temporizada deve ser 
feito utilizando as seguintes regras:
 
1.2.1 Unidade temporizada de fase
 
A corrente de tape da unidade temporizada de fase é:
Onde:
 é o fator de multiplicação da sobrecorrente admitida, que pode variar entre 1,2 e 1,5.
é a corrente de carga em A.
E é a relação de transformação de corrente.
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1.2.2 Unidade de tempo definido de neutro
A corrente de tape da Unidade de tempo definido de neutro é ajustada de acordo com a 
equação:
Onde é o fator de multiplicação da corrente de desequilíbrio admitida, que pode variar 
entre 0,1 e 0,3.
1.3 Ajuste da Unidade de Tempo Definido
Os ajustes da unidade de tempo definido do relé de sobrecorrente devem ser efetuados 
como descrito a seguir.
1.3.1 Unidade de tempo definido de fase
A corrente de tape da unidade de tempo definido de fase deve ser ajustada de acordo com 
a equação:
Onde:
Iccf – corrente de curto-circuito trifásica, valor eficaz, em A;
Fa – fator de assimetria da corrente de curto-circuito trifásica;
Ff – fator de multiplicação de ajuste da corrente de fase: pode ser utilizado um valor entre 
0,60 e 0,80;
Iatf – corrente de acionamento da unidade temporizada de fase, em A.
1.3.2 Unidade de tempo definido de neutro
A corrente de tape da unidade de tempo definido de neutro deve ser ajustada de acordo 
com a equação:
Onde:
Icft – corrente de curto-circuito fase e terra, valor eficaz, em A;
Fn – fator de multiplicação de ajuste da corrente de neutro: pode ser utilizado um valor 
entre 0,60 e 0,80;
Fa – fator de assimetria;
Iatn – corrente de acionamento da unidade de tempo definido de neutro, em A.
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EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA1.4 Seleção da Curva de Atuação dos Relés
A seleção da curva de atuação do relé é feita com base no múltiplo da corrente de 
acionamento e no tempo requerido para o disparo do disjuntor, como na equação:
Onde:
M – múltiplo da corrente de acionamento.
Im – corrente máxima admitida no circuito, que pode ser uma corrente de sobrecarga ou 
de curto-circuito.
1.5 Proteção Direcional de Sobrecorrente
Quando uma linha de transmissão conecta duas subestações em que a fonte de geração é 
aplicada em apenas uma dessas subestações, a corrente flui somente no sentido da geração para 
a carga; porém, quando se tem na outra subestação uma segunda fonte de geração, é obrigatório 
o uso de relés direcionais de sobrecorrente (função 67) nas duas extremidades da linha de 
transmissão, já que o fluxo de corrente pode ocorrer nos dois sentidos.
Essa proteção também é obrigatória em sistemas de anel fechado, independentemente 
do número de subestações, e também quando duas subestações são conectadas por duas ou mais 
linhas de transmissão.
Os critérios de proteção direcional de sobrecorrente são:
• Proteção instantânea: quando a corrente inversa for superior a 80% da corrente nominal 
no sentido normal.
• Proteção temporizada: quando a corrente inversa for superior a 25% da corrente nominal 
no sentido normal.
1.6 Proteção de Distância
O ajuste de proteção de sobrecorrente depende das condições operacionais do sistema. 
Essas condições sofrem alterações ao longo do tempo, o que pode afetar a eficiência dos relés de 
sobrecorrente, dado que a impedância de uma linha de proteção pode mudar. Sendo assim, para 
realizar a proteção de uma linha de transmissão até um determinado ponto do seu comprimento, 
é utilizada a proteção de distância (função 21).
A proteção de distância possibilita a coordenação da proteção desejada em uma linha de 
transmissão, independentemente da condição operacional. Esse sistema de proteção funciona a 
partir da comparação de fase entre as duas extremidades da linha de transmissão.
A proteção de distância é feita através do cálculo da impedância do circuito. Isso é feito 
através das medições de tensão e corrente dos TCs e TPs, através da lei de Ohm. Enquanto a 
impedância medida estiver acima do valor ajustado, o relé não atuará; quando a medição 
indicar uma impedância abaixo da ajustada, o relé de distância irá atuar, protegendo as linhas de 
transmissão.
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1.7 Proteção de Sobretensão
Os sistemas de potência estão sujeitos a níveis de sobretensão elevados, em geral, 
resultantes do desequilíbrio entre a quantidade de energia gerada e a quantidade de energia 
consumida. Isso ocorre pela abertura de um disjuntor, retirando uma grande carga do circuito e 
causando um excesso de energia.
A proteção das linhas de transmissão à sobretensão (função 59) é feita, então, por relés 
com os seguintes ajustes:
• Proteção instantânea: 125% da tensão nominal;
• Proteção temporizada: 120% da tensão nominal.
2. PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES
O transformador de alta potência é o principal componente de uma subestação de um 
SEP, sendo assim, a proteção desses equipamentos contra surtos e faltas é de grande importância.
As proteções necessárias a um transformador dependem de sua capacidade nominal e 
da importância da carga que ele alimenta. Os transformadores de distribuição são normalmente 
protegidos por chaves fusíveis. Já os transformadores de força de instalações industriais de 
até 300 kVA são, em geral, protegidos por chaves seccionadoras, acionadas por fusíveis. Os 
transformadores industriais de capacidade de até 2000 kVA são protegidos por relés digitais, com 
as funções 50/51 e 50/51N.
Para transformadores acima de 2000 kVA de potência, além da proteção 50/51 e 50/51N, é 
também conveniente o uso de proteção com relés diferenciais de sobrecorrente e imagem térmica. 
Essas proteções são utilizadas em conjunto com as proteções intrínsecas de um transformador 
(como relés de gás, nível de óleo, pressão etc.) e podem ser instaladas tanto no lado do primário 
quanto no secundário do transformador.
Assista ao vídeo Proteção de linhas de transmissão, disponível em 
https://www.youtube.com/watch?v=11ONpoT_h24.
Quais as vantagens e desvantagens da utilização de relés do lado da bobina de 
maior e de menor tensão? Há alguma diferença no ajuste do relé que precisaria 
ser feita?
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2.1 Ajustes de Relés
O ajuste dos relés de sobrecorrente de fase para transformadores deve se comprometer 
entre a proteção completa do sistema e o fornecimento de energia elétrica. Caso o relé seja 
ajustado próximo aos valores nominais de funcionamento, o transformador irá vivenciar um 
maior nível de proteção, porém, o risco de descontinuidade de fornecimento de energia por 
pequenas sobrecargas (fenômeno normal em qualquer sistema elétrico) aumenta. Já os ajustes 
muito acima dos valores nominais irão garantir uma maior leniência com pequenas falhas, mas 
com a desvantagem de uma maior chance de danificação dos transformadores.
Os valores utilizados na maior das situações situam-se entre 110% e 130% da capacidade 
nominal do transformador, porém, valores superiores a esses podem ser utilizados em certos 
casos, principalmente quando existem outras proteções adicionais instaladas simultaneamente.
Os ajustes de tempo normalmente são escolhidos considerando a coordenação com outros 
elementos de proteção instalados no circuito, sendo limitados pela curva máxima de tempo x 
corrente fornecida pelo fabricante, que garantem que o aquecimento excessivo das bobinas cause 
algum dano ao equipamento, como na Figura 2.
Figura 2 - Curva máxima de corrente x tempo de um transformador. Fonte: Mamede Filho (1997).
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Neste exemplo, uma sobrecorrente de 10 vezes a corrente nominal do transformador é 
suportável por até 18 segundos, como é possível observar na curva.
De forma geral, os transformadores de potência devem ser protegidos contra:
• Sobrecarga;
• Curtos-circuitos entre fases e fase-terra;
• Sub e sobretensões;
• Presença de gás (relé de Buchholz);
• Sobrepressão de óleo e gás;
• Temperatura do ponto mais quente e do topo do óleo.
As funções mais adequadas para proteção de um transformador de potência são:
• Função 23: dispositivo de controle de temperatura.
• Função 26: proteção térmica.
• Função 27: proteção contra subtensão.
• Função 30: dispositivo anunciador de eventos.
• Função 49RMS: proteção de sobrecarga por imagem térmica.
• Função 50: proteção de sobrecorrente instantânea de fase.
• Função 50N: proteção de sobrecorrente instantânea de neutro.
• Função 51: proteção de sobrecorrente temporizada de fase.
• Função 51N: proteção de sobrecorrente temporizada de neutro.
• Função 51 NS: proteção de neutro sensível.
• Função 51G: proteção contra sobrecorrente de terra temporizada.
• Função 59: proteção contra sobretensão.
• Função 63: proteção contra a presença de gás (relé de Buchholz).
• Função 63A: proteção contra sobrepressão de gás do transformador.
• Função 63C: proteção contra a presença de gás no comutador de derivação.
• Função 63A/C: proteção contra sobrepressão de gás no comutador de derivação.
• Função 64: proteção de terra.
• Função 71: detector de nível de óleo do transformador.
• Função 71C: detector de nível de óleo do comutador de derivação.
• Função 80: proteção para fluxo de óleo do comutador de derivação do regulador de tensão.
• Função 81: proteção contra subfrequência e sobrefrequência (dispensada quando 
instalada na geração).
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EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA• Função 87T: proteção diferencial de sobrecorrente.
• Função 90: regulação de tensão.
A Tabela 1 apresenta recomendações de ajustes das proteções de sobrecarga e de curto-
circuito de um transformador de potência.
Tabela 1 - Recomendações de ajuste das proteções de sobrecarga e curto-circuito.
Tipo de Evento Dispositivo de Proteção Código de 
Função Ajuste Recomendado
Sobrecarga
Termostato
26 Alarme: 95º C 
Atuação: 100º C
49T Alarme: 150º C 
Atuação: 160º C
49RMS
Alarme: 100% C 
Atuação: 120% C
Constante de tempo: 10 a 30 
minutos
Relé Térmico - Atuação: superior a In
Curto-Circuito
Fusível - NBR 5410
Relé de fase instantâneo 50 Inferior ao valor de ICC
Relé de fase de tempo 
definido 51 Inferior a 5xIn
Relé de fase de tempo inverso 51
Temporização: igual ou superior 
ao tempo ajustante + intervalo de 
coordenação
Relé diferencial 87T Curva: igual ou superior a 15%
Relé de Buchhzolz 63 -
Fonte: Mamede Filho (1997).
2.2 Proteção por Fusível
Os fusíveis são o elemento de proteção mais simples que pode ser empregado na proteção 
de um transformador, normalmente utilizados para proteção de curto-circuito de natureza 
externa, pois eles não são capazes de detectar faltas internas em um transformador.
Em geral, eles são utilizados em transformadores de até 7,5 MVA e tensão de até 138 kV. 
Como eles são elementos de atuação monopolar e sua fusão não ocorre simultaneamente, pode-
se ter uma condição de operação em que a corrente de curto-circuito pode passar pelos trafos 
do transformador, causando danos irreparáveis. Por esse motivo, as concessionárias costumam 
utilizar os fusíveis para proteção do lado de tensão superior e associam a esse esquema uma chave 
de aterramento rápido, acionada pelos demais relés de proteção, como os relés de gás, pressão etc. 
e também a proteção diferencial de sobrecorrente.
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Para a proteção de transformadores de redes aéreas de distribuição, os fusíveis são, em 
geral, limitados pelas concessionárias a redes de potência e tensão nominal de 225 kVA e 13,8 kV, 
respectivamente. A Figura 3 apresenta uma estrutura de transformação e proteção em uma dessas 
redes aéreas.
Figura 3 - Estrutura de transformação de uma rede de distribuição aérea. Fonte: Mamede Filho (1997).
Já em sistema de transformação em subestações de consumidor, como as presentes em 
prédios residenciais, comerciais e industriais acima de 300 kVA, a utilização de fusíveis é proibida 
pela NBR 14039 e, além disso, a utilização de fusíveis em subestações de consumidores pode 
causar uma série de danos a equipamentos e pessoas devido aos arcos elétricos resultantes da 
abertura do circuito.
2.3 Proteção por Relés de Sobrecorrente
Relés de sobrecorrente são, em geral, dispositivos de proteção baratos, porém, pouco 
confiáveis. Eles possuem limitações quanto à sensibilidade dos ajustes para faltas internas dos 
transformadores, oferecendo, então, um baixo nível de proteção.
Os relés de sobrecorrente são muito utilizados como proteção de retaguarda ou no sistema 
secundário para faltas externas, principalmente em conjunto com proteções diferenciais.
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Para transformadores de 7,5 MVA de potência e 138 kV ou menos, os relés de sobrecorrente 
são muitas vezes empregados como a única proteção tanto para faltas internas quanto externas.
 
2.4 Proteção por Relé Diferencial de Sobrecorrente
Os relés de proteção diferencial de sobrecorrente podem ser utilizados em uma série de 
sistemas de proteção, desde que existam dois ou mais conjuntos de transformadores de corrente 
limitando a zona de proteção desejada.
Os principais tipos de falhas, e também os mais difíceis de serem eliminados, são aqueles 
que afetam apenas uma espira do enrolamento cuja corrente resultante é muito inferior à corrente 
de carga nominal do equipamento.
Para restringir os danos no transformador, é comum o uso de relés diferenciais de 
sobrecorrente nos lados de maior e menor tensões do transformador, protegendo-o de falhas 
internas, que, normalmente, não seriam facilmente detectadas por relés de sobrecorrente 50/51.
2.5 Proteções Intrínsecas de um Transformador
As proteções intrínsecas são as proteções inseridas no interior do transformador durante 
a fabricação, podendo ser solicitadas pelo comprador ou vindas de projeto do fabricante.
A quantidade de proteções intrínsecas está diretamente relacionada com a potência e 
a importância da carga alimentada, uma vez que, por exemplo, um relé de Buchholz não seria 
economicamente viável para proteção de um transformador de 150 kVA. Normalmente, os 
transformadores de distribuição não possuem proteções intrínsecas devido ao custo da proteção.
2.5.1 Proteção intrínseca térmica
Possuem o objetivo de não permitir que a temperatura interna do transformador alcance 
níveis à temperatura máxima dos enrolamentos, normalmente guardando uma diferença mínima 
de 10º C de segurança. Os ventiladores primários de resfriamento, quando existirem, devem ser 
ligados quando a carga atingir entre 50% e 60% do carregamento nominal do transformador. Já os 
ventiladores de segundo estágio devem ligar com a temperatura entre 70% e 80% do carregamento 
nominal.
Um desses dispositivos é o indicador de temperatura no topo do óleo (função 26): uma 
ampola ou bulbo conectado ao medidor visual de temperatura. O equipamento é cheio de um 
líquido específico, que aumenta e diminui de volume de acordo com a temperatura e, assim, é 
medida a temperatura através de capilares conectados ao medidor. Um exemplo está presente na 
Figura 4.
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Figura 4 - Exemplo de um indicador de temperatura de topo de óleo. Fonte: Mamede Filho (1997).
Outro dispositivo de segurança térmico é o indicador de temperatura de enrolamento, 
realizando a função 49. É uma sonda térmica embutida no interior dos enrolamentos do 
transformador e conectada por capilares a um medidor de temperatura.
O relé de temperatura do tanque é montado diretamente com o tanque do transformador 
de forma a medir a sua temperatura e é dotado de contatos elétricos capazes de fazer os disjuntores 
atuarem. Eles são muito utilizados em transformadores com enrolamentos ligados somente em 
estrela com núcleo envolvido, nos quais o fluxo magnético pode induzir correntes parasitas na 
carcaça do transformador, criando aquecimento.
2.5.2 Proteções intrínsecas mecânicas
São dispositivos de ação mecânica, capazes de controlar os disjuntores de proteção das 
bobinas do transformador, e são normalmente utilizados contra a presença de gás no interior do 
transformador, sobrepressões e temperaturas elevadas.
O relé por acumulação de gás, ou relé de Buchholz (função 63), é aplicado em 
transformadores com reservas de óleo e sem espaço de gás dentro do tanque do equipamento. O 
relé é instalado no tubo que liga o tanque principal ao vaso conservador de óleo.
Em casos de falhas nas espiras do transformador, núcleo etc. com geração de arcos elétricos, 
gases são gerados no óleo de refrigeração. O relé Buchholz é capaz de detectar pequena presença 
de gases, concluir que há uma falha interna ocorrendo e é capaz de ativar o funcionamento do 
disjuntor de proteção.
A proteção por relé detector de gás é instalada na tampa do transformador de potência 
com a finalidade de detectar a presença de gás decorrente de arcos elétricos provenientes de falhas. 
O relé é caracterizado por um medidor de nível de líquido magnético, provido de uma câmara 
contendo óleo do próprio transformador e capaz de detectar um aumento da concentração de 
gases no óleo.
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A proteção por relé de súbita pressão se divide entre os de pressão de gás e os de 
pressão de óleo. Ambos têm a finalidade de detectar aumento de pressão na câmara interna dos 
transformadores decorrente da liberação de gases e/ou expansão do óleo por aquecimento, sendo 
capazes de acionar os disjuntores para proteção do sistema.
Em casos de extrema pressão, as válvulas de alívio de pressão e as válvulas de explosão 
são capazes de liberar parte dessa pressão a fim de proteger os componentes internos e qualquer 
objeto ou pessoa próximos.
Leia o material Revista O Setor Elétrico, volume Proteção e 
seletividade, Capítulo IX: Proteção dos transformadores - Parte 
I, 2010, disponível em https://www.osetoreletrico.com.br/wp-
content/uploads/2010/10/ed56_fasc_protecao_capIX.pdf.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Nesta unidade, estudamos as principais funções que os relés de proteção devem realizar a 
fim de manter a integridade dos sistemas de linhas de transmissão, assim como os transformadores 
de potência. Vimos também, brevemente, como são feitos os ajustes desses relés a fim de projetar 
um sistema seguro, sem interrupções de ligação desnecessárias.
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04
SUMÁRIO DA UNIDADE
INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................................... 51
1. PROTEÇÃO DE GERADORES ...................................................................................................................................52
1.1 FUNÇÕES DE PROTEÇÃO .......................................................................................................................................52
1.2 PROTEÇÃO DIFERENCIAL DE CORRENTE (87) ..................................................................................................53
1.3 PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA DE FASE (21) ............................................................................................................54
1.4 PROTEÇÃO CONTRA FALTAS NA REDE ELÉTRICA .............................................................................................55
1.5 PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA ....................................................................................................................56
1.6 PROTEÇÃO CONTRA SUB E SOBRETENSÕES (27/59) .....................................................................................57
2. PROTEÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS .................................................................................................................57
PROTEÇÃO DE GERADORES E MOTORES 
ELÉTRICOS
PROF. MARCO ANTONIO ITABORAHY FILHO
ENSINO A DISTÂNCIA
DISCIPLINA:
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS D
E POTÊNCIA
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EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA
2.1 FALHAS DOS MOTORES ELÉTRICOS ...................................................................................................................58
2.2 FUNÇÕES DE PROTEÇÃO DOS MOTORES ELÉTRICOS .....................................................................................58
2.3 PROTEÇÃO CONTRA SOBRECORRENTES ..........................................................................................................59
2.4 RELÉS DIFERENCIAIS DE SOBRECORRENTE .................................................................................................... 61
2.5 PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA ................................................................................................................................... 61
2.6 DETECTORES TÉRMICOS ....................................................................................................................................62
2.7 PROTEÇÃO CONTRA SUB E SOBRETENSÃO ......................................................................................................62
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...........................................................................................................................................63
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INTRODUÇÃO
Nesta unidade, vamos estudar as técnicas de proteção de dois tipos de equipamentos de 
grande importância em sistemas elétricos de potência: o gerador e o motor elétrico.
Os geradores são as fontes de energia elétrica de um SEP, sendo assim, sua proteção é 
imprescindível, pois avarias nesse equipamento podem causar graves problemas no funcionamento 
geral do sistema elétrico.
Já os motores elétricos são a principal carga em sistemas elétricos industriais, além de 
serem equipamentos caros e que devem receber a proteção devida.
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1. PROTEÇÃO DE GERADORES
Os geradores são de suma importância dentro de um sistema elétrico de potência, visto 
que sua falha ou interrompimento de funcionamento provoca graves consequências em todo o 
sistema, caso não esteja disponível outro gerador para sua substituição.
Consequentemente, o esquema de proteção de um gerador é o mais robusto de um SEP, 
cobrindo um grande número de possíveis falhas, muitas vezes tornando o sistema de proteção 
complexo.
Os dispositivos de proteção de um gerador síncrono devem atender a dois requisitos 
básicos: evitar a ocorrência de defeitos e, caso eles aconteçam, minimizar os danos decorrentes. 
Por exemplo, em um caso de defeito entre duas espiras de um enrolamento, os danos devem ficar 
limitados a apenas aquela bobina, com o funcionamento adequado dos elementos de proteção, 
evitando, assim, novos danos em outras partes do gerador.
As principais fontes de falhas nas unidades geradoras de energia são:
• Falhas construtivas e de materiais, como falha nos materiais isolantes ou introdução de 
corpos estranhos no interior do gerador.
• Origem externa, como sobrecargas, curtos-circuitos, sobretensões, sobrevelocidade, 
sobreaquecimento.
• Origem interna, como curtos-circuitos no rotor, estator ou terminais.
• Origem nos equipamentos agregados, como curtos nos transformadores de corrente e 
potencial, nos transformadores etc.
1.1 Funções de Proteção
É necessário explicar que não existem relés e esquemas que sejam capazes de proporcionar 
proteção total ao gerador. O número de funções de proteção adotadas em cada caso é uma 
questão técnica e econômica. Deve haver um balanço entre custos e o nível de proteção adequado, 
dependendo da importância do gerador e carga.
As funções de proteção que podem ser empregadas nos geradores são:
Função 12: proteção contra sobrevelocidade.
Função 21: proteção de distância.
Função 24: proteção contra sobre-excitação.
Função 25: dispositivo de sincronização.
Função 26: proteção térmica.
Função 27: proteção contra subtensão.
Função 30: dispositivo anunciador.
Função 32G: proteção direcional contra potência ativa: antimotorização.
Função 32Q: proteção direcional contra potência reativa.
Função 37: proteção contra perda de excitação.
Função 40: proteção por perda de campo.
Função 46: proteção contra desequilíbrio de corrente, também conhecida como proteção 
de sequência negativa.
Função 49: proteção de imagem térmica.
Função 50: proteção instantânea de fase.
Função 50N: proteção instantânea de neutro.
Função 50IE: proteção contra energização involuntária.
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EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA
Função 51: proteção temporizada de fase.
Função 51N: proteção temporizada de neutro.
Função 51G: proteção contra sobrecorrente temporizada de terra.
Função 59: proteção contra sobretensão.
Função 60: proteção contra desequilíbrio de tensão.
Função 61: defeitos entre espiras do estator.
Função 64R: proteção de terra do rotor.
Função 64G: proteção