Proteção e medição aula3

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Dispositivos de proteção
Prof. Felipe Laure e Profa. Isabela Oliveira
Descrição
Você irá conhecer as características e o dimensionamento de
transformadores de instrumento, os tipos de relés de proteção e as
características dos relés de sobrecorrente e de distância.
Propósito
O conhecimento de equipamentos, como os transformadores de
instrumento, é essencial para que o profissional de engenharia elétrica
possa medir grandezas e transformá-las em valores que sejam
passíveis de diagnósticos por dispositivos que operam em baixas
tensões e correntes, como os relés de proteção, garantindo assim a
proteção do sistema elétrico de potência e a qualidade do serviço
prestado.
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Objetivos
Módulo 1
Transformadores de instrumentos
Reconhecer as características e o dimensionamento de
transformadores de instrumento.
Módulo 2
Relé de proteção
Identificar os tipos de relés de proteção.
Módulo 3
Relé de sobrecorrente
Reconhecer as características dos relés de sobrecorrente.
Módulo 4
Relé de distância
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Relé de distância
Reconhecer as características dos relés de distância.
Introdução
Vamos começar apresentando os instrumentos de medição e
proteção utilizados no sistema elétrico.
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1 - Transformadores de instrumentos
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer as características e o dimensionamento
de transformadores de instrumento.
Transformadores de instrumentos
para medição
Neste vídeo, abordaremos os aspectos operativos dos transformadores
de instrumentos, sendo eles o TC e o TP.
Considerações sobre os
transformadores de instrumentos
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Os sistemas elétricos de potência e suas instalações têm o princípio
básico de disponibilidade de fornecimento de energia de modo contínuo,
garantindo qualidade de atendimento aos consumidores conectados.
A qualidade do serviço oferecido está relacionada às características de
tensão, corrente e frequência disponíveis no ponto de consumo, que
devem sempre obedecer a rigorosos limites para garantir o correto
funcionamento de equipamentos elétricos. No entanto, todo sistema
elétrico está sujeito a falhas por motivos diversos como os curtos-
circuitos, problemas de variação de tensão, entre outros.
A proteção dos equipamentos torna-se essencial para
manter a integridade dos equipamentos e de seus
usuários.
Um sistema de proteção bem dimensionado deve ser capaz de detectar
anomalias e aplicar medidas corretivas de modo a suprimir a falha.
Os principais dispositivos utilizados nos esquemas de proteção do
sistema elétrico como os relés, capazes de se sensibilizar com as
grandezas de defeito (ex.: tensão e correntes nos curtos-circuitos), não
são capazes de operar com as grandes magnitudes de corrente
solicitadas ou mesmo com as tensões nominais de sistemas de
transmissão.
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Relé de proteção.
Para que sejam possíveis as medições dessas grandezas, o sistema é
constantemente monitorado pelos transformadores de instrumentos,
que são necessários para reduzir tensões e correntes para níveis
nominais dos relés. Vejamos:
O transformador de
corrente (TC) e o
transformador de
potencial (TP) reduzem
correntes e tensões,
respectivamente, para
alimentar um sistema
de decisões lógicas dos
relés de proteção.
Assim, ocorrerá uma
atuação do sistema de
proteção sempre que
esses equipamentos
identificarem, com base
nas medições
realizadas, valores que
excedam um valor de
ajuste, atuando na
abertura de disjuntores
de potência.
As principais funções dos transformadores de instrumentos para os
esquemas de proteção dos sistemas elétricos são:
• Transformar os altos valores de corrente e tensão do sistema
elétrico para valores baixos, padronizados para conexão dos relés
de medição.
• Isolar galvanicamente os instrumentos a eles conectados em seus
secundários do sistema de alta tensão.
Os valores secundários dos transformadores de instrumentos são

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padronizados por normas, de modo que relés de proteção de quaisquer
fabricantes possam ser utilizados nas medições. Em diversos países, os
enrolamentos e as tensões secundárias são padronizados.
• Os enrolamentos secundários dos TCs são padronizados para
oferecerem uma corrente nominal de 5ª no Brasil (na Europa utiliza-
se correntes secundárias de 1 A).
• As tensões secundárias dos TPs são padronizadas em 120 V
(tensão de linha) ou 69,3 V (tensão de fase) no Brasil.
Independentemente do equipamento, esses transformadores devem ser
fabricados de modo a suportar, por um instante de tempo, elevadas
correntes de curto-circuito que muitas vezes podem ser até 50 vezes
maiores que as correntes nominais dos sistemas. As tensões podem
atingir valores dinâmicos na ordem de 20% superior à tensão nominal.
Agora veremos as principais características construtivas e de operação
desses transformadores de instrumento.
Transformador de corrente
Neste vídeo, apresentaremos o transformador de corrente, suas
características e seu funcionamento.
Os transformadores de corrente (TCs) são instrumentos que permitem
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Os transformadores de corrente (TCs) são instrumentos que permitem
que equipamentos como relés façam a medição, e são fundamentais
para que os sistemas de proteção funcionem adequadamente sem que
as correntes de carga (ou de curto-circuito) circulem pelo equipamento.
O TC é um transformador com características e aspectos construtivos
semelhantes a um transformador convencional, possuindo um
enrolamento primário, normalmente com poucas espiras, e um
enrolamento secundário, no qual será conectado o instrumento de
medição em que irão circular correntes padronizadas, como 5 A para os
TCs no Brasil.
No fenômeno de conversão eletromagnética, correntes elevadas que
circulam no primário, como as de carga e as de curto-circuito, serão
transformadas via relação de espiras (relação de transformação) para
se adequarem a valores que são suportados pelos relés.
Exemplo
Se nos terminais de um TC, cuja relação de transformação é 20, ou seja,
possui uma RTC (relação de transformação de corrente) igual a 20, ao
circular uma corrente de 100 A no primário, obtém-se no secundário
uma corrente igual a 5 A, ou seja, 100/20 = 5 A. Por ser um instrumento
de medição de corrente, o TC é conectado diretamente em série com a
linha do sistema e deve apresentar uma impedância interna mínima de
modo a apresentar alta precisão de medidas. Essa característica é
semelhante a dos amperímetros.
Tipos construtivos de transformador de corrente
Os transformadores de corrente podem ser construídos em função de
sua aplicação, podendo ser de diferentes formas e tamanhos. Vamos
conhecê-los!
TC tipo barra
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Possui o enrolamento primário constituído por uma barra fixada através
do núcleo do transformador, conforme podemos observar na imagem.
Esses transformadores são, geralmente, empregados em painéis de
comando, tanto para uso em proteção quanto para medição, confira:
Representação de um TC tipo barra.
Observe um modelo de TC do tipo barra fabricado pela Kron Medidores.
No Brasil,devem ser avaliadas.
O relé de admitância é um tipo de relé de distância (Função 21), de
modo que as grandezas de operação e restrição são exatamente as
mesmas. Entretanto, o lugar geométrico que representa a zona de
atuação do relé de admitância é uma circunferência como a ilustrada na
imagem a seguir.
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Lugar geométrico de atuação do relé de admitância.
Essa circunferência possui seu centro em Zmáx/2 e, essencialmente,
tem característica direcional, uma vez que a região de operação é
delimitada apenas para valores positivos da relação R-X, sendo essa sua
grande vantagem em relação ao relé de impedância. O relé de
admitância só atua para defeitos cuja impedância esteja dentro do
círculo e na frente do ponto de instalação do relé.
Regulagem do relé de admitância
Considerando ainda como exemplo uma linha de transmissão composta
por 3 trechos, a regulagem do relé de admitância será:
Regulagem Temporização
1ª zona de Sem temporização
2ª zona
 de de
3ª zona
 de
de 
Tabela: Regulagem de um relé de admitância.
Isabela Oliveira e Felipe Laure.
Ou seja, temos o mesmo princípio de regulagem do relé de impedância.
No entanto, uma correção deve ser feita, uma vez que o ângulo de
80% LT
1
100% LT
1
+ (50 − 60%)
LT
2
100%
LT
1
+ 100%LT
2
+ (20 − 30%)
LT
3
T
2
+
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inclinação do diâmetro (ângulo r) referente ao máximo torque do relé
não coincide com o ângulo natural da impedância da linha de
transmissão. Assim, o ajuste correto do relé de admitância deve ser
feito conforme mostra a imagem.
Ajuste correto de atuação do relé de admitância.
O ajuste do relé de admitância é feito de modo semelhante ao relé de
impedância, a partir do percentual requerido de proteção da linha de
transmissão, tomadas as relações de transformação RTC e RTP.
Relé de reatância
Esse relé também é um tipo de relé de distância, que possui como
característica a sensibilidade na reatância do sistema. O lugar
geométrico de atuação do relé de reatância é ilustrado na imagem. Veja!
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Lugar geométrico de atuação do relé de reatância.
O relé de reatância é bastante útil na presença de arcos elétricos em
defeitos do sistema elétrico. Esse fenômeno tem características
puramente resistivas, de modo que a impedância vista por um relé de
proteção, nesse caso, é dada pela impedância da linha somada à
resistência do arco elétrico. Isso faz com que o ponto da impedância
vista pelos relés do tipo impedância e admitância fique fora da zona de
atuação devida, provocando uma redução de alcance na proteção,
conforme vemos na imagem.
Redução de alcance dos relés de impedância e admitância.
Esse problema é resolvido pelo relé de reatância, que é imune à
influência da resistência de arco elétrico.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
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Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Os relés de distância possuem grande aplicação na proteção de
linhas de transmissão. Sobre os relés de distância é correto afirmar
que
Parabéns! A alternativa B está correta.
Em razão do lugar geométrico delimitado pela zona de atuação do
A
os relés de distância possuem somente uma bobina
de atuação para corrente.
B
o relé de admitância possui naturalmente
característica direcional.
C
o relé de admitância é imune à resistência de arco
elétrico.
D
o relé de distância mede a relação entre corrente de
curto-circuito e o comprimento da linha de
transmissão protegida.
E
o relé de impedância é identificado pela ANSI pelo
número 67.
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Em razão do lugar geométrico delimitado pela zona de atuação do
relé de admitância, cujo centro da circunferência possui seu centro
na metade da máxima impedância da linha, esse dispositivo
apresenta características essencialmente direcionais.
Questão 2
Uma linha de transmissão possui uma impedância de . Um
relé de impedância é instalado para proteção de uma linha de
transmissão por transformadores de instrumento cujas relações
são RTC = 100 e RTP = 1200. O ajuste do relé para 80% da linha de
transmissão deve ser de, aproximadamente
Parabéns! A alternativa D está correta.
Considerando a regulagem para o relé de impedância de uma linha
50∠80
∘
Ω
A .4, 6Ω
B .5, 4Ω
C .3, 8Ω
D .3, 3Ω
E .2, 6Ω
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de transmissão com um único trecho, tem-se:
Considerações �nais
A proteção do sistema elétrico de potência deve ser garantida pelos
princípios básicos da filosofia da proteção. Para isso, os conceitos de
seletividade e coordenação devem estar alinhados para que requisitos
mínimos de segurança de operação do sistema sejam garantidos.
Neste conteúdo, apresentamos os principais e mais elementares
dispositivos utilizados na proteção do sistema elétrico para medição de
grandezas, com o estudo dos transformadores de corrente e potencial,
além da averiguação e comparação dessas grandezas pelos relés de
proteção, que têm a função básica de sensor dessas grandezas.
Com base nas características dos relés de sobrecorrente e de distância,
abordamos os requisitos de ajuste e temporização dos relés na
proteção de linhas de transmissão.
Z
relé  = 0, 8 × Z
LT
×
RTC
RTP
Z
relé  = 0, 8 × 50 ×
100
1200
= 3, 33Ω
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Podcast
Agora, abordaremos os aspectos construtivos do TC e do TP, bem como
a sua importância para o sistema de proteção, e vamos falar também
das formas de operação dos relés.

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Para conhecer melhor os instrumentos de proteção utilizados na
proteção do sistema, leia o livro Introdução à Proteção dos Sistemas
Elétricos, de Amadeu C. Caminha, publicado pela editora Blücher, em
1977.
Referências
BLACKBURN, J. L.; DOMIN, T. J. Protective relaying: principles and
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BLACKBURN, J. L.; DOMIN, T. J. Protective relaying: principles and
applications. Boca Raton, FL: CRC press, 2015.
FRAZÃO, R. J. A. Proteção do Sistema Elétrico. São Paulo: Editora e
Distribuidora Educacional, 2019.
KINDERMANN, G. Proteção de sistemas elétricos de Potência.
Florianópolis: Editora da UFSC, v. 1, 2005.
KINDERMANN, G. Proteção de sistemas elétricos de Potência.
Florianópolis: Editora da UFSC, v. 2, 2006.
MAMEDE FILHO, J. Manual de Equipamentos Elétricos. Rio de Janeiro:
Grupo Gen-LTC, 2000.
MAMEDE FILHO, J.; MAMEDE, D. R. Proteção de sistemas elétricos de
potência. Rio de Janeiro: Grupo Gen-LTC, 2000.
SATO, F.; FREITAS, W. Análise de curto-circuito e princípios de proteção
em sistemas de energia elétrica. Rio de Janeiro: Elsevier, 2015.
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82 of 82 09/08/2024, 21:14diversos fabricantes produzem TCs dos mais diversos tipos e
modelos.
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TC tipo barra da Kron Medidores.
Em sistemas de potência, os TCs do tipo barra são os mais utilizados
em subestações de média e alta tensões. Na imagem a seguir, vejamos
um TC do tipo barra em uma subestação de energia. Por ser um
medidor de corrente, seu primário é ligado em série com o alimentador.
TC em uma subestação de energia.
Em geral, os TCs de subestações podem acomodar até quatro núcleos,
sendo de formato toroidal, enrolado com tiras de aço-silício de grãos
orientados. O enrolamento secundário consiste em um fio esmaltado e
isolado com tecido de algodão, uniformemente distribuído em volta do
núcleo.
TC do tipo enrolado
Nesses transformadores de corrente, o primário é constituído de uma ou
mais espiras envolvendo o núcleo do transformador. Confira o esquema
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desse TC na imagem a seguir.
Representação de um TC tipo enrolado.
TC do tipo janela
Esse TC não possui um primário fixo no transformador, sendo
constituído de uma abertura através do núcleo por onde será inserido o
condutor elétrico que servirá como primário.
Representação de um TC tipo janela.
Veja agora um modelo de TC tipo janela, fabricado pela Kron Medidores,
no qual se destaca a abertura por onde será inserido o condutor.
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TC tipo barra da Kron Medidores.
TC do tipo bucha
São semelhantes ao TC do tipo barra, mas sua instalação é feita
diretamente na bucha dos equipamentos, como transformadores e
disjuntores, que funcionam como enrolamento primário. Esses TCs são,
normalmente, empregados em esquemas de proteção diferencial
quando se deseja restringir a proteção a um equipamento específico.
Confira:
TC do tipo bucha da Pólux.
TC do tipo núcleo dividido
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TC do tipo núcleo dividido
Possui características semelhantes ao TC do tipo janela, em que o
núcleo pode ser separado para que o condutor seja envolvido e funcione
como enrolamento primário. São basicamente utilizados na fabricação
de equipamentos de medição de corrente e potência ativa ou reativa
(multimedidores de corrente alternada).
TC do tipo núcleo dividido série AcuCT.
Além dos tipos construtivos citados, os transformadores de corrente
podem ser fabricados para ter mais de um primário ou mais de um
secundário, podendo ser ligados a diversos instrumentos de medição e
proteção.
Características elétricas dos transformadores de corrente
A bobina primária do TC (quando o tipo de TC possui bobina no
primário) é ligada em série com a carga, ou seja, com o instrumento
medidor. Veja na imagem!
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Ligação do TC no sistema.
A corrente de carga (ou de curto-circuito) passa pela bobina do primário.
Assim, de modo que não haja queda de tensão interna e seu consumo
de energia seja mínimo, a bobina do primário deve possuir poucas
espiras para que sua reatância seja a menor possível, além de fios
grossos, para que a resistência elétrica seja pequena.
Como a bobina do primário está em série com o circuito, sua corrente
varia de acordo com as solicitações do sistema. Por esse motivo, o TC
deve ser corretamente dimensionado para obter alto desempenho em
sua operação.
Em diagramas unifilares, o TC possui uma simbologia própria que
facilita sua identificação. Confira essa simbologia na imagem.
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Simbologia do TC.
Relação de transformação do transformador de corrente
Considerando a precisão requerida por sua aplicação, o TC é
basicamente um transformador que opera com características ideais.
Dessa forma, tem-se:
Em que:
• produto do número de espiras e corrente no primário.
• produto do número de espiras e corrente no secundário.
• corrente no enrolamento primário.
• corrente no enrolamento secundário.
Como na fórmula a seguir:
Portanto, a relação de transformação do TC é definida como:
N
P
I
P
− N
S
I
S
= 0
N
P
I
P
=
N
S
I
S
=
I
R
=
I
s
=
N
P
I
P
= N
S
I
S
I
P
=
N
P
N
S
I
S
I
P
=
1
N
S
N
P
I
S
RTC =
N
S
N
P
I
S
=
I
P
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No Brasil, esses equipamentos são fabricados para oferecer 5 A no
secundário em condições nominais. No entanto, o dimensionamento do
primário é feito conforme aplicações.
Atenção!
Segundo a ABNT, as correntes primárias de dispositivos fabricados no
país podem ser: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75, 100, 150, 200, 250,
300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000,
6000 e 8000 A.
Carga nominal do transformador de corrente
Os transformadores de corrente são especificados, ou seja, têm sua
relação de transformação definida, de acordo com a carga que será
conectada em seu secundário. A NBR-6856 padroniza as cargas para o
secundário, de acordo com a potência aparente (VA) consumida pelo
instrumento considerando uma corrente nominal de 5 A.
Confira agora os valores padrões de carga para os TCs fabricados e
utilizados no Brasil.
Designação Resistência Indutância
Potência
nominal
Ω mH VA
C2,5 0,09 0,116 2,5
C5,0 0,18 0,232 5,0
C12,5 0,45 0,580 12,5
I
S
=
RTC
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C25 0,5 2,300 25,0
C50 1,00 4,600 50,0
C100 2,00 9,200 100,0
C200 4,00 18,400 200,0
Tabela: Cargas nominais dos TCs.
Isabela Oliveira e Felipe Laure.
A carga secundária nominal é a impedância ligada aos terminais do TC,
cujo valor corresponde à potência que garante a exatidão de
medição sob corrente nominal. Por exemplo, um TC C200, no qual a
corrente secundária padronizada seja de 5 A, possui a seguinte
impedância:
Fator de sobrecorrente
Conhecido também como fator de segurança, refere-se ao fator pelo
qual se deve multiplicar a corrente nominal primária do TC, de modo a
se obter a máxima corrente que pode circular em seu circuito primário
sem que se perca suas características de exatidão para a classe
definida. No Brasil, a NBR-6856 estabelece um fator de sobrecorrente de
20 vezes a corrente nominal.
Exemplo
Um sistema elétrico alimenta uma carga cuja corrente nominal é de 100
A. Qual deve ser a RTC para um TC utilizado para proteção dessa carga?
Solução:
(P
c
)
I
s
Z
S
=
P
c
I
2
S
= 8Ω
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Considerando um fator de sobrecorrente de 20, tem-se:
De acordo com os valores padronizados pela ABNT, para medição de
correntes superiores a 400 A, a RTC deverá ser de 500-5.
Transformador de potencial
Neste vídeo, apresentaremos o transformador de potencial, suas
características e sua operação.
Os transformadores de potencial (TPs) permitem que os instrumentos
de medição e proteção funcionem adequadamente, sem necessidade de
tensões de isolamento, ou seja, operem com tensões de baixo valor,
diferentemente das tensões nominais nos sistemas elétricos de alta
tensão.
De forma simplificada, os transformadores de potencial possuem um
RTC =
N
S
N
P
I
S
=
I
P
RTC
RTC =
I
P
I
S
=
20 × 100
5
= 400
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18como os relés sejam capazes de aferir grandezas
dentro de valores admissíveis de tensão e corrente sem a
necessidade de altos níveis de isolação. Por serem equipamentos
de medição, é correto afirmar que
A
os equipamentos de medição são conectados no
primário dos transformadores de instrumentos.
B
os valores secundários dos TCs e TPs são definidos
pelo fabricante do equipamento.
C
os TCs de medição apresentam baixo percentual de
exatidão.
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Parabéns! A alternativa E está correta.
O TC pode ser considerado um equipamento semelhante a um
amperímetro, portanto, deve ser ligado em série com a linha ou
alimentador do sistema. Já o TP é equiparado a um voltímetro,
sendo, portanto, ligado em paralelo no sistema.
Questão 2
O dimensionamento de um transformador de corrente deve ser feito
considerando um fator de sobrecorrente no circuito. Levando em
conta o fator de sobrecorrente, a RTC ideal para um sistema cuja
máxima corrente seja de 8 KA será de
D
os TPs são definidos em função de seu nível de
tensão de isolação.
E
os TCs são ligados em série com o sistema e os
TPs são ligados em paralelo entre a linha e um
ponto de referência.
A 200/5.
B 400/5.
C 300/5.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
A partir da máxima corrente no circuito, o dimensionamento do TC
deve ser feito de acordo com seu fator de sobrecorrente. No Brasil,
esse fator é de 20, logo:
A corrente é a corrente de primário, referente ao curto-circuito e
 é a corrente no secundário do TC. Para um valor padrão de 5 A
nominal, tem-se:
Portanto, a RTC deve ser 400/5.
D 800/5.
E 1000/5.
FS =
I
P
I
S
I
P
I
S
20 =
8KA
I
S
I
S
= 400A
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2 - Relé de proteção
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os tipos de relés de proteção.
Relés de proteção do sistema elétrico
Neste vídeo, abordaremos os relés de proteção, os fundamentos
operativos do equipamento e os tipos de relés existentes.
Conceitos fundamentais de relés
Neste vídeo, apresentaremos os princípios fundamentais que regem a
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operação dos relés.
A principal função de um sistema de proteção é detectar condições
anormais de operação do sistema elétrico e dar início a algum tipo de
ação corretiva de maneira rápida e eficiente, de modo que o sistema,
seus equipamentos e os envolvidos estejam em segurança.
Os equipamentos de proteção devem ser rápidos (na ordem de
milissegundos) para eliminação de defeitos para que o efeito térmico
relacionado às altas correntes elétricas envolvidas não danifique a
integridade dos dispositivos protegidos. Um dos principais
equipamentos de proteção é o relé, utilizado em conjunto com outros
equipamentos, como os transformadores de instrumento para
identificação de falhas.
Engenheiro eletricista trabalhando no sistema de proteção de relé.
Os relés são elementos sensores dos mais variados tipos e aplicações,
utilizados para identificar uma condição de defeito e realizar operações
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utilizados para identificar uma condição de defeito e realizar operações
lógicas de operação ou bloqueio para o isolamento de equipamentos
por meio de outros dispositivos de potência, como os disjuntores. Cada
relé de proteção possui características técnicas que definem suas
funções básicas, dentro de limites e exigências de seletividade e
coordenação para cada sistema elétrico específico.
Os relés são elementos fundamentais na proteção de sistemas
elétricos, pois permitem a combinação de lógicas no comando, bem
como a isolação de circuitos de potência e comando.
Curiosidade
A tecnologia por trás dos relés de proteção evoluiu bastante ao longo
dos anos, desde os primeiros relés do tipo eletromecânicos,
desenvolvidos nos anos 1900, até os modernos relés digitais utilizados
em sistemas atuais baseados em microeletrônica. Essas tecnologias
permitiram que os esquemas de proteção atingissem altos níveis de
confiabilidade, trazendo mais conforto e comodidade aos usuários dos
sistemas.
Características funcionais de relés de proteção
O bom desempenho de relés de proteção necessita de alguns requisitos
fundamentais, atrelados à filosofia da proteção de um sistema elétrico.
Vamos ver quais são!
É o grau de certeza para atuação correta de um dispositivo, de
modo que se considere:
• Recusa de atuação – não atuar quando deveria.
• Atuação incorreta – atuar quando não deveria.
Confiabilidade 
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É a medida de certeza de que o relé irá operar corretamente para
todos os tipos de falta para as quais foi projetado.
É a medida de certeza de que o relé não irá atuar incorretamente
para qualquer falta.
A segurança dos relés de proteção é definida em termos das
regiões de um sistema de potência – denominadas zonas de
proteção – como sendo as regiões delimitadas pela capacidade
de reconhecimento de cada relé. Um relé somente é considerado
seguro se responder às faltas dentro de sua zona de proteção.
As entradas de grandezas dos relés são alimentadas pelos TCs e
TPs.
É relacionada ao tempo de atuação do relé em determinada falta.
Geralmente, é desejável que a parte do sistema em falha seja
isolada o mais rápido possível, de modo a limitar os danos
causados pelas correntes de curto-circuito. No entanto, os relés
de proteção podem ser classificados em relação ao seu tempo
de atuação como:
Fidedignidade 
Segurança 
Velocidade 
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• Instantâneo: Nenhuma temporização é considerada.
Atuação entre 17 e 100 ms.
• Temporizado: Um tempo de atuação é programado entre o
tempo de decisão e início da ação de desligamento.
• Alta velocidade: Operação em menos de 50 ms.
• Ultra alta velocidade: Operação em menos de 4 ms.
Confira uma curva de temporização típica para um relé de proteção do
tipo de retardo independente, conhecida como curva de tempo inverso,
em que se pode observar que quanto maior a corrente de falta, menor é
o tempo de atuação, e vice-versa.
Característica de tempo inverso.
Grandezas elétricas nos relés de proteção
Basicamente, um relé é sensibilizado por três grandezas que permitem
distinguir entre as correntes de carga e curto-circuito ou faltas diversas:
tensão, corrente e a frequência a que está submetido. No entanto, como
veremos posteriormente, os relés são ajustados para outros parâmetros
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elétricos da rede, como impedância, potência ou relação entre essas
grandezas. De modo geral, os relés podem ser classificados como:
Os relés de tensão utilizam a própria tensão do sistema e comparam
seu valor com aquele previamente ajustado para operação. Como esse
valor pode estar abaixo ou acima do valor de referência, esses relés
podem ser de subtensão ou de sobretensão.
 Relés de tensão
 Relés de corrente
 Relés de frequência
 Relés direcionais
 Relés de impedância
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Os relés de corrente são muito comuns e obrigatórios em praticamente
todos os sistemas elétricos, uma vez que são utilizados para identificar
as correntes defalta muito superiores às correntes nominais,
denominado, portanto, como de sobrecorrente. As sobrecorrentes
podem ser extremamente danosas ao sistema devido aos efeitos
térmicos que ocorrem, provocando a depreciação total ou parcial dos
equipamentos envolvidos.
Os relés de frequência são baseados nessa grandeza do sistema, que
assume valores que devem ser muito precisos, necessitando, portanto,
de proteções específicas.
Características de acionamento dos relés de proteção
Os relés de proteção podem estar associados aos equipamentos de
interrupção, como disjuntores, de duas formas, o que permite diferenciá-
los como relés primários e secundários. Confira:
Relés primários
Também denominados relés de ação direta, são muito utilizados na
proteção de pequenas e médias instalações industriais. Sua grande
vantagem é que não necessitam de transformadores de instrumentos,
uma vez que são diretamente ligados ao sistema protegido e não
necessitam de fonte auxiliar para o disparo do disjuntor.
Relés secundários
Também conhecidos por relés de ação indireta, são amplamente
utilizados em instalações industriais de médio e grande porte. São
equipamentos com maior valor agregado e necessitam de
transformadores de instrumento para o fornecimento das grandezas
elétricas para comparação. Em geral, relés de ação indireta são mais
confiáveis e possuem ajustes mais precisos, com curvas de
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temporização mais bem definidas.
Princípios de operação de relés de
proteção
Neste vídeo, apresentaremos o princípio de operação dos relés,
destacando as principais avaliações feitas durante a identificação da
falta.
Detecção de faltas
Em razão do princípio básico de um sistema de proteção, que é detectar
defeitos e condições anormais de operação, os relés de proteção devem
ser capazes de averiguar uma grande quantidade de parâmetros, de
modo a estabelecer a correta atuação dos dispositivos.
Como dito, os parâmetros mais comuns na detecção de ocorrências são
as tensões e correntes nos terminais dos equipamentos protegidos.
Atenção!
Os relés de proteção são específicos para cada aplicação, ou seja, são
alimentados por entradas apropriadas para o processamento da lógica
de identificação de anormalidades. A principal questão é, então, a
definição das quantidades (magnitude) das grandezas que caracterizam
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definição das quantidades (magnitude) das grandezas que caracterizam
uma condição anormal.
Quando ocorre uma falta no sistema elétrico de potência, como um
curto-circuito, normalmente, as correntes têm um aumento substancial e
quase instantâneo e, como efeito, as tensões decaem rapidamente.
Além desses distúrbios, outras mudanças de condição de operação
podem ocorrer em parâmetros, como a defasagem angular entre tensão
e corrente, componentes harmônicos, potência ativa e reativa,
frequência, entre outros. Os relés de proteção funcionam baseados nas
mudanças dessas grandezas, podendo ser divididos em relação às
grandezas de atuação. Vamos entender!
Detecção de nível excedido
A operação de relés de proteção baseada na detecção da extrapolação
de nível para determinada grandeza é um dos mais simples princípios
de proteção.
Exemplo
Um sistema elétrico protegido por um esquema de proteção.
Considerando que a corrente nominal desse sistema seja de 100 A e
admite-se uma sobrecarga de 25% em situação de emergência, uma
corrente de até 125 A circulante pode ser considerada como uma
condição normal de operação. O sistema de proteção, composto pelo
TC, relé e disjuntor, é ajustado para uma máxima corrente admissível de
130 A. Assim, para qualquer corrente superior a essa medida pelo TC é
considerada uma falta ou uma condição anormal, que fará com que o
relé de proteção se sensibilize e envie um sinal de atuação para que o
disjuntor abra o circuito de alimentação, protegendo assim o sistema à
frente.
Observe a imagem:
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Esquema de proteção por relé.
O valor de ajuste (ou nível) para o qual o relé de proteção envia um sinal
de atuação é denominado ajuste de pick-up do relé. Assim, para todas
as correntes identificadas pelo TC que sejam superiores à corrente de
pick-up, o relé deve operar. De modo análogo, para todas as correntes
menores que a corrente de pick-up, o relé necessariamente não deve
operar. Existem relés em que a operação ocorre para valores baixos de
corrente de pick-up, como o caso dos relés de subtensão.
No exemplo dado, como a grandeza de análise é a corrente elétrica,
trata-se de um relé de sobrecorrente e sua característica de operação
pode ser representada por uma relação tempo × corrente, como
ilustrada anteriormente na imagem “Característica de tempo inverso”.
Comparação de magnitudes
É possível que a operação de relés de proteção seja baseada na
comparação de magnitudes. Normalmente, em equipamentos
conectados em paralelo, como linhas de transmissão, é necessário
verificar e comparar as magnitudes de correntes em ambos os
equipamentos para que, caso as correntes sejam discrepantes de um
valor predeterminado, os relés enviem sinais de atuação para
isolamento da falha.
Comparação diferencial
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A comparação diferencial é um dos mais sensíveis e eficientes
esquemas de proteção contra faltas. Bastante utilizado na proteção de
transformadores e geradores, o princípio básico de proteção para um
relé de proteção baseado na comparação diferencial é ilustrado na
imagem a seguir.
Proteção diferencial.
Como o elemento protegido está em série com a corrente de entrada,
ela deve ser igual à corrente de saída em condições normais de
operação. Considerando que os TCs na entrada e saída são idênticos, a
corrente de diferença resultante que passa pelo relé será praticamente
nula. Na ocorrência de uma falta no elemento protegido, as correntes
resultantes no relé terão um valor considerável, fazendo com que o relé
opere.
Esse esquema de proteção utiliza relés específicos e é conhecido como
proteção diferencial, sendo capaz de detectar correntes de falta de
valores muito pequenos em transformadores, geradores e outros
equipamentos cujos terminais de entrada e saída são acessíveis e
próximos.
Comparação de ângulo de fase
Alguns tipos de relés de proteção têm como característica de operação
a comparação entre ângulos de fase entre duas grandezas elétricas (ex.:
tensão e corrente). Essa comparação é bastante utilizada para
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determinar o sentido de fluxo da corrente em relação a uma tensão,
utilizada como referência. Essa característica de operação é conhecida
como direcionalidade, o que denomina o relé do tipo direcional.
Medida de distância
Relés de proteção têm a característica de medição de distância, ou seja,
a identificação do local de ocorrência de uma falta, pela relação entre
tensão e corrente no terminal do equipamento protegido. Como,
normalmente, relés com essa característica são utilizados na proteção
de equipamentos, como linhas de transmissão, basicamente, é feita
uma análise da impedância dessa linha, que é proporcional a seu
comprimento. Esses relés são denominados relés de distância.
A proteção de linhas de transmissão pode ainda ser auxiliada por
informações medidas por relés instalados em suas extremidades que se
comunicam remotamente por meio de algum sinal de comunicação.
Esses esquemas de proteção são denominados teleproteção e
normalmente utilizam um canal de comunicação baseadoem onda
portadora, micro-ondas, fibra ótica para que os relés de proteção se
comuniquem.
Linhas de transmissão de energia elétrica.
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Tipos de relés de proteção
Neste vídeo, apresentaremos os tipos existentes de relés de proteção,
como os eletromecânicos, eletrônicos e digitais.
Os relés de proteção passaram por muitas mudanças estruturais e de
tecnologia ao longo dos anos. Apesar das melhorias de sensibilidade,
confiabilidade e segurança, o princípio básico de operação se mantém,
independentemente do tipo de relé ou da sua época de construção.
Dessa forma, é possível dividir os relés de proteção, a partir de seu tipo
construtivo, como veremos a seguir.
Relés eletromecânicos
Os relés eletromecânicos são dispositivos cujo funcionamento é
baseado no princípio da indução eletromagnética. Estes dispositivos
são dotados de bobinas e um disco de indução, além de molas e
contatos que auxiliam no princípio de medição de grandezas elétricas.
Dado seu mecanismo de operação, são equipamentos de manutenção
cara, uma vez que possuem diversas partes constituintes sujeitas a
falhas. No entanto, têm fácil ajuste de parâmetros de atuação.
As forças de atuação em relés eletromecânicos são criadas pela
combinação de sinais de entrada, energia armazenada nas molas e de
dispositivos amortecedores de força mecânica (torque). Observe na
imagem um conjunto de relés eletromecânicos do tipo sobrecorrente,
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imagem um conjunto de relés eletromecânicos do tipo sobrecorrente,
que já foi e ainda é utilizado em muitos sistemas de proteção.
Relés de indução.
Os relés de indução se baseiam no princípio de operação de um motor
monofásico, sendo utilizados apenas em corrente alternada. Existem
duas variantes do relé de indução: disco de indução e copo de indução.
Nestes dois tipos, o elemento móvel é feito de cobre ou alumínio
(equivalente ao rotor do motor). No relé com disco de indução podem
ser utilizados dois métodos de movimento:
Polo sombreado
Parte da face polar do núcleo é envolvida por um anel curto-circuitado,
que produz uma defasagem do fluxo em relação a outra parte (não
sombreada).
Wattimétrico
Utiliza um conjunto de bobinas acima do disco e outro conjunto abaixo
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do disco.
Relés eletrônicos
Também conhecidos como relés estáticos, são constituídos de circuitos
integrados dedicados a cada função desempenhada.
Seus ajustes são realizados por pontos na parte frontal do relé, que
regulam diferentes funções no relé, como corrente, tempo, tensão etc.
Esse sistema, apesar de ter o princípio de funcionamento diferente do
relé eletromecânico, também possui sinais contínuos em sua entrada,
que são processados de modo a produzir um sinal binário de decisão.
Relé eletrônico.
Esse processamento é feito por meio de uma série de dispositivos
semicondutores, que emulam as mesmas características de relés
eletromecânicos.
Relés digitais
Atualmente, os relés digitais são os equipamentos de maior avanço
tecnológico no ramo da proteção de sistemas elétricos. São
equipamentos detentores de alta tecnologia, que conferem alta
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equipamentos detentores de alta tecnologia, que conferem alta
confiabilidade e segurança às operações de proteção por circuitos
integrados de comparação de sinais de entrada, processamento de
sinais analógicos e sua conversão para digital. Além disso, possuem
canais de comunicação que permitem a integração de equipamentos e
armazenamento de dados para verificação das características de falha
dos equipamentos. Veja um relé digital fabricado pela SEL para proteção
de alimentadores:
Datasheet do relé digital SEL-751ª.
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Os relés digitais possuem, além das funções básicas atribuídas também
aos relés eletromecânicos e eletrônicos, funções de comunicação,
medidas elétricas, controle, sinalização remota etc. Esses equipamentos
são largamente empregados nos projetos de proteção de subestações
de potência.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Os relés de proteção são equipamentos essenciais para a proteção
de sistemas elétricos. Sua função básica é se sensibilizar com a
mudança de grandezas elétricas e enviar sinais de atuação para
que a falha seja isolada. As principais características funcionais de
operação dos relés de proteção são
A velocidade, custo-benefício e segurança.
B redundância, confiabilidade e velocidade.
C
confiabilidade, fidedignidade, segurança e
velocidade.
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Parabéns! A alternativa C está correta.
Os requisitos funcionais de um relé de proteção baseados na
filosofia da proteção são a confiabilidade, fidedignidade, segurança
e velocidade de atuação.
Questão 2
Os relés de proteção passaram por diversas mudanças ao longo
dos anos. A respeito dos aspectos construtivos de relés é correto
afirmar que
D custo-benefício, segurança e velocidade.
E confiabilidade, custo-benefício e redundância.
A
os relés eletromecânicos se baseiam no princípio da
indução eletromagnética.
B
os relés digitais funcionam essencialmente com a
utilização de dispositivos semicondutores que
fazem combinações lógicas entre as grandezas
elétricas.
C
relés eletromecânicos não são mais utilizados em
sistemas elétricos por estarem defasados para as
tecnologias atuais.
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Parabéns! A alternativa A está correta.
Os relés eletromecânicos se baseiam na iteração eletromagnética
entre correntes e fluxos magnéticos. As forças de atuação são
criadas pela combinação de sinais de entrada e outros dispositivos
constituintes como molas e amortecedores.
tecnologias atuais.
D
relés eletrônicos não necessitam de dispositivos
redutores de grandezas (TC e TP), pois suas
medidas são feitas eletronicamente.
E
os relés digitais possuem unicamente função de
proteção, mas podem ser aplicados a diversas
grandezas elétricas.
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3 - Relé de sobrecorrente
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer as características dos relés de
sobrecorrente.
O relé de sobrecorrente na proteção
do sistema elétrico
Neste vídeo, apresentaremos o relé de sobrecorrente, uma das
principais funções de proteção do sistema.
Características básicas do relé de
sobrecorrente
Neste vídeo, apresentaremos as características do relé de sobrecorrente
e suas principais funções.
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A proteção dos sistemas elétricos é esquematizada com a utilização de
diversos dispositivos que operam em conjunto. Esses dispositivos
operam segundo lógicas de comando estabelecidas pelos relés de
proteção, que têm as funções básicas de identificar as falhas dos
equipamentos, localizar o ponto de defeito de maneira precisa e enviar
um sinal de alerta para que o local seja isolado ou alguma medida
corretiva seja executada.
É possível dizer que o relé de proteção é o elemento
mais importante em um esquema de proteção, pois
são sensores que estão constantemente monitorando
as grandezas elétricas do sistema.
Uma das grandezasmais observadas pelos operadores é a corrente de
curto-circuito, que normalmente atinge valores muito superiores à
corrente nominal, podendo danificar equipamentos e colocar em risco a
vida dos envolvidos. As sobrecorrentes do sistema são mensuradas por
um tipo específico de relé, denominado relé de sobrecorrente.
Os relés de sobrecorrente têm a função de atuar sempre que a corrente
no sistema ultrapassar determinado valor de ajuste, seja de forma
instantânea ou a partir de uma temporização definida por curvas tempo
× corrente. Geralmente, isso abrange todos os segmentos do sistema
elétrico, uma vez que é a proteção mínima a ser garantida.
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Relé de sobrecorrente da Clip.
Muitos tipos de relés operam a função de sobrecorrente e os principais
empregados no sistema elétrico são:
Todos esses tipos de relés podem ser construídos como equipamentos
 Relés de sobrecorrente não direcionais
 Relés de corrente direcionais
 Relés de sobrecorrente diferenciais
 Relés de sobrecorrente de distância
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Todos esses tipos de relés podem ser construídos como equipamentos
eletromecânicos, eletrônicos ou digitais. As proteções com relés de
sobrecorrente são utilizadas em alimentadores de média tensão, linhas
de transmissão, geradores, motores ou capacitores, todos esquemas
nos quais são necessários tempos de operação inversamente
proporcionais às correntes que circulam no sistema.
Princípio de funcionamento dos relés de sobrecorrente
Cada tipo de relé possui suas características e tecnologias aplicadas.
No entanto, todos devem ter a função básica de identificar um aumento
abrupto de corrente. O funcionamento do relé eletromecânico é bastante
simples e ilustra facilmente as características que esse equipamento
deve ter para identificação de falhas de curto-circuito. Observe um
esquema de proteção baseado em sobrecorrente, com elemento
eletromecânico com as seguintes partes, ilustradas na imagem.
Configuração básica do relé de sobrecorrente.
O relé de sobrecorrente é, portanto, um dispositivo que funciona como
sensor de corrente para prover a abertura do disjuntor e eliminar o
defeito. No elemento eletromecânico, pode ser representado por uma
bobina que é atraída magneticamente na presença dessas altas
correntes. Quando o relé opera, seus contatos são fechados, o que
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energiza um circuito CC responsável pela abertura do disjuntor. Essa
ação ocorre tanto em relés eletromecânicos quanto em relés eletrônicos
e digitais. Os elementos de um relé de sobrecorrente são:
É o dispositivo de potência capaz de promover a abertura ou o
fechamento dos circuitos em carga ou em condições de curto-
circuito. Sua ação de operação é sempre comandada pelo relé.
Dependendo do local e grau de importância da instalação, a
abertura ou o fechamento dos contatos do disjuntor pode ser
feita por:
• Solenoide (alimentado por tensão CC)
• Molas
• Pneumático (ar comprimido)
• Hidráulico (óleo comprimido)
• Ar
• Vácuo
• Óleo
• Gás SF6 (hexafluoreto de enxofre)
É a bobina projetada para que, quando energizada, promova de
forma segura o destravamento do dispositivo de liberação da
abertura do disjuntor. Essa liberação pode ser feita por
Disjuntor 
Bobina de disparo 
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abertura do disjuntor. Essa liberação pode ser feita por
engrenagens e alavancas nos relés eletromecânicos.
O sistema de proteção é composto por diversos outros contatos
com objetivos secundários, como sinalização luminosa,
mecânica e sonora, intertravamento para bloqueio de outras
operações, energização de outros dispositivos, como chaves
magnéticas, relés auxiliares e relés de temporização.
Os sinais de comando para abertura do disjuntor podem ser
obtidos de forma manual por meio da ação de botoeiras em
paralelo com os contatos normalmente aberto (NA) do relé de
sobrecorrente, por computador, que produz no terminal de saída
uma corrente elétrica que auxilia um relé auxiliar ou via comando
unidade terminal remota (UTR) e unidade de aquisição de dados
e controle (UACs), telecomandadas remotamente.
Ajuste de corrente do relé de
sobrecorrente
Neste vídeo, apresentaremos os critérios de ajuste de um relé de
sobrecorrente.
Contatos auxiliares 
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Ajuste do relé de sobrecorrente de tempo inverso
O ajuste de operação dos relés de sobrecorrente pode ser feito em
função do seu tempo inverso de atuação, em função da amplitude da
corrente de curto-circuito, ou em função de um valor predeterminado
para uma operação instantânea. No primeiro caso, deve-se considerar
as curvas de tempo inverso para dimensionamento.
No relé de tempo inverso não se define um tempo específico para
atuação e sim uma curva tempo × corrente para tal. Em relés
eletromecânicos, a escolha dessa curva é feita fisicamente por meio de
um dial de tempo no próprio equipamento. A curva é escolhida em
função das características e condições de coordenação de todos os
relés presentes no sistema.
Os fabricantes, normalmente, demarcam as curvas de atuação por
valores percentuais ou na base 10, podendo ser assim representadas:
• Curva – 0,5 – 1- 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 – 8 -9 – 10
• Curva – 5% - 10% - 20% - 30% - 40% - 50% - 60% - 70% - 80% - 90% -
100%
Obviamente, todas as curvas são referenciadas à curva máxima de
100%, ou seja, para um respectivo curto-circuito, o tempo de atuação do
relé corresponde ao percentual em relação à curva de 100%.
Exemplo
O tempo de atuação do relé na curva de 10% é de 0,6s, que corresponde
a 10% do tempo da curva de 100% que é 6s.
Veja uma curva de tempo inverso para o relé de sobrecorrente.
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Veja uma curva de tempo inverso para o relé de sobrecorrente.
Curva de tempo inverso para relé de sobrecorrente.
A curva ilustra as condições mínimas para atuação do relé (limiar de
operação), bem como a relação de tempo e corrente garantida pelo
fabricante.
O relé de sobrecorrente de tempo inverso pode ter diferentes inclinações
em suas curvas, podendo ser:

Inversa

Muito inversa
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
Extremamente inversa
O melhor cenário para esquemas de proteção é que os relés
coordenados tenham a mesma característica de tempo × corrente para
facilitar a coordenação. No entanto, em sistemas elétricos reais isso
não é possível devido a razões como:
Para uma proteção adequada e para que o relé tenha sensibilidade para
 Diversidade de equipamentos diferentes.
 Diferentes fabricantes.
 Diferentes comprimentos de linhas de transmissão.
 Relés, religadores e fusíveis utilizados em sistemas
de distribuição.
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detectar todas as possíveis condições de curto-circuito no trecho
protegido, o ajuste deve ser feito da seguinte maneira:
Em que:
• Corrente nominal de carga do elemento protegido.
• Corrente de ajuste do relé .
• Corrente mínima de curto-circuito no elemento protegido.
• se relé eletromecânico, 1,1 se relé digital.
A escolha da corrente de ajuste deve sempre ser o mais próximo
possível da limitação inferior para que o relé tenha maior sensibilidade e
alcance além do final do trecho protegido.Ajuste do relé de sobrecorrente instantâneo e temporizado
Vamos conferir detalhadamente a seguir:
Relé de sobrecorrente instantâneo
Atua instantaneamente para qualquer corrente maior que seu ajuste.
Essa função não possui qualquer temporização e, segundo a American
National Standart Institute (ANSI), são conhecidos pelo número 50.
Relé de sobrecorrente temporizado
Possui atuação delimitada por um tempo predeterminado, ou seja, só
atua após um tempo específico ajustado. Esse relé pode ser de tempo
definido e tempo inverso e é identificado segundo a ANSI pelo número
(1, 4a1, 5)I
Nominal 
≤ I
ajuste
≤
I
cc−min
a
I
Nominal 
=
I
ajuste
=
I
cc−min
=
a = 1, 5
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definido e tempo inverso e é identificado segundo a ANSI pelo número
51.
O relé de sobrecorrente instantâneo para linhas de transmissão,
geralmente, ajusta-se a função instantânea para uma corrente de curto-
circuito trifásico a 85% de seu comprimento.
Normalmente, as funções 50 e 51 estão presentes no mesmo relé, cujo
desempenho pode ser ilustrado na imagem a seguir.
Curva tempo × corrente do relé 50/51.
A corrente de ajuste instantâneo é determinada diretamente em
ampères ou feita em relação a um Tap escolhido do relé temporizado
(eletromecânico), representado por X na equação a seguir:
A unidade temporizada irá atuar, de acordo com sua curva, se a seguinte
situação ocorrer:
I
(
ajuste − instantâneo) = X ⋅ I
(
ajuste − relé)
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Coordenação de relés de
sobrecorrente
Neste vídeo, apresentaremos os principais aspectos da coordenação de
relés de sobrecorrente, enfatizando a função desse tipo de ação na
proteção do sistema.
Esquemas de proteção com base na coordenação de relés
Os relés de sobrecorrente devem operar o mais rápido possível e de
acordo com suas características de seletividade. Um sistema elétrico
normalmente possui vários relés de sobrecorrente ao longo de sua
extensão e seus equipamentos, de modo que tais dispositivos devem
ser coordenados para uma operação efetiva e segura. Essa sequência
correta de atuação das proteções é baseada em uma escada de tempos
sucessivos para os relés, garantindo assim as proteções de retaguarda.
A coordenação é uma estratégia de proteção em que,
para qualquer corrente de curto-circuito, haverá um
conjunto de tempos de atuação dos relés em relação
aos dispositivos de retaguarda.
 1,5I I
ajuste-relé  ≤ I
cc
≤ I
ajuste−instantâneo 
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aos dispositivos de retaguarda.
A coordenação dos dispositivos de proteção é uma ação necessária
pois o próprio sistema de proteção está sujeito a falhas. O esquema de
proteção com base na coordenação pode ser de dois tipos:
Proteção normal
Neste tipo de proteção, o dispositivo de retaguarda encontra-se na
subestação a montante – no caso de falha da proteção local, a proteção
a montante mais próxima irá atuar.
Proteção duplicada
Formada por um sistema de proteção principal (primário) e um sistema
de proteção alternativo (secundário) – existem dois sistemas de
proteção no local para o mesmo equipamento. Não há coordenação e a
retaguarda é feita pela redundância da proteção.
Tempo de coordenação
O tempo de coordenação é definido como a mínima diferença de
tempo que dois relés mais próximos devem ter para garantir a
coordenação dos dispositivos. A garantia de coordenação significa que
a proteção mais próxima do defeito deve atuar sem que o dispositivo
relé a montante atue desnecessariamente. Normalmente, são adotados
os seguintes tempos de coordenação entre relés de sobrecorrente:
(Δt)
⎧
⎨
⎩
0, 4 a 0,5s  −  relés eletromecânicos 
 0,35s - relés eletrônicos 
0, 30s −  relés digitais 
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Os relés de proteção são os elementos mais importantes nos
esquemas de proteção do sistema elétrico. A função de
sobrecorrente permite a identificação de correntes de curto-circuito
que podem danificar componentes do sistema e perigo aos
envolvidos. Essa proteção pode ser do tipo instantânea ou
temporizada. De acordo com a ANSI, essas funções são
identificadas respectivamente por
Parabéns! A alternativa D está correta.
A 20/21.
B 35/36.
C 48/49.
D 50/51.
E 58/59.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
As funções de sobrecorrente podem ser ajustadas de acordo com a
corrente de atuação ou de acordo com o tempo. Para a função de
ajuste pela corrente predeterminada é feita a identificação pelo
número 50, denominada função instantânea. Já o ajuste pelo
tempo, ou seja, pela curva de tempo x corrente, a função é
identificada pelo número 51, denominada função temporizada.
Questão 2
Em uma linha de transmissão, a menor corrente de curto-circuito
calculada é de 3500 A, enquanto a corrente nominal de carga é de
250 A. Qual o valor de ajuste de corrente de relé eletromecânico de
tempo inverso para proteção dessa linha? Considerar um TC cuja
RTC seja 400/5.
A 3,96 A.
B 4,68 A.
C 5,32 A.
D 7,96 A.
E 2,36 A.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
Com base na expressão para ajuste do relé de tempo inverso e
considerando um relé do tipo eletromecânico, tem-se:
As correntes são divididas pela RTC do TC, uma vez que são os
valores disponíveis para o relé de sobrecorrente. Como o ajuste
deve ser feito para o mínimo suportado, tem-se que:
4 - Relé de distância
(1, 5)250
400/5
≤ I
ajuste
≤
3500
400
5
1, 5
I
ajuste
= 4, 68A
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Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer as características dos relés de
distância.
O relé de distância na proteção do
sistema elétrico
Neste vídeo, apresentaremos os relés de distância, suas características
e funções.
Considerações sobre o relé de
distância
As linhas de transmissão dos sistemas elétricos são tradicionalmente
protegidas por relés de sobrecorrente com funções instantânea e
temporizada (50/51). No entanto, esses dispositivos têm a capacidade
de se sensibilizar apenas com as correntes de curto-circuito que podem
ocorrer no sistema, de modo que seu desempenho pode ser bastante
limitado em equipamentos com um grande comprimento, como é o
caso das linhas de transmissão. As principais restrições da proteção de
sobrecorrente em linhas de transmissão são:
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 Os relés de sobrecorrente são afetados por
variação na geração e mudança de configuração do
sistema.
 Os tempos de atuação são diferentes em vários
pontos do sistema.
 Os tempos de atuação são elevados em função da
necessidade de coordenação.
 Os relés de sobrecorrente não são capazes de
detectar o sentido de fluxo das correntes de defeito.
 Os tempos de atuação devem ser reajustados
periodicamente em virtude das mudanças do
sistema.
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De modo a aprimorar os esquemas de proteção, principalmente para
linhas de transmissão, os relés de distância são mais apropriados e
possuem características que permitem uma proteção mais segura e
eficiente paraesses equipamentos.
Características dos relés de distância
Neste vídeo, apresentaremos as características dos relés de distância,
seus princípios de funcionamento e as principais vantagens em utilizá-
lo.
Princípio de funcionamento dos relés de distância
Devido às características específicas das linhas de transmissão e das
restrições dos relés de sobrecorrente, o emprego dos relés de distância
pode ser mais apropriado na proteção desses equipamentos, uma vez
que o tempo de atuação é proporcional, não à corrente, mas à distância
entre o ponto de instalação do relé e o ponto de ocorrência da falha.
Esses relés operam alimentados tanto por corrente quanto por tensão,
de modo que TCs e TPs são necessários para que o processamento de
atuação seja feito.
Evidentemente que, na ocorrência de uma falha grave como um curto-
circuito, a tensão nesse ponto tende a um valor nulo. No entanto, à
medida que se afasta do ponto de defeito no sentido da fonte, essa
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medida que se afasta do ponto de defeito no sentido da fonte, essa
tensão tende a aumentar em virtude da queda de tensão na linha.
Resumindo
Os relés de distância são capazes de processar uma relação entre
tensão e corrente (V/I), que necessariamente dá informações a respeito
da impedância unitária de um trecho. Se a impedância medida pelo relé
for menor que a impedância de ajuste, ocorrerá a atuação e o envio de
sinal para abertura do disjuntor.
O relé de distância é formado por duas bobinas distintas, vejamos:
Bobina de operação
Está ligada aos
terminais do TC, de
modo que deverá se
sensibilizar com o
módulo da corrente que
circula no sistema,
produzindo uma força
magnética de atração
do contato móvel.
Bobina de restrição
Está conectada aos
terminais do TP,
medindo uma tensão
que será proporcional
ao produto da corrente
de curto-circuito e a
impedância no ponto de
defeito, produzindo uma
força magnética
contrária à da bobina de
operação, para abrir o
contato (por isso é uma
bobina de restrição).
Assim, se a força gerada pela bobina de operação for maior que a
gerada pela bobina de restrição, haverá atuação do relé. Caso contrário,
haverá um bloqueio de operação.
O princípio de funcionamento de um relé de distância é ilustrado na

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O princípio de funcionamento de um relé de distância é ilustrado na
imagem a seguir:
Princípio de funcionamento do relé de distância.
Vantagens do uso de relés de distância
Uma das vantagens dos relés de distância é que seu alcance é
constante e praticamente independe do valor da corrente de curto-
circuito, de maneira que suas características não dependem das
variações ocorridas na geração ou qualquer mudança na configuração
do sistema.
Os relés de distância apresentam características bem conhecidas no
plano R-X (resistência x reatância), ilustrada na imagem a seguir. A
impedância é representada por um lugar geométrico circular com centro
na origem. Para valores de relação tensão e corrente, cuja extremidade
seja no interior do círculo, haverá atuação do relé, ou seja, sua região de
operação é delimitada por esse círculo, ou sua zona de proteção.
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Lugar geométrico de atuação do relé de distância.
É importante ressaltar que os relés de distância operam baseados na
relação entre tensão e corrente, ou seja, a impedância, podendo atuar
em qualquer sentido de corrente. Como o objetivo é a identificação do
sentido do fluxo da corrente de defeito, os relés de distância possuem
unidades direcionais, que delimitam ainda mais sua região de operação
para a identificação de um único sentido de fluxo. Assim, o relé de
distância pode se apresentar com variações, como será demonstrado
na sequência.
Relé de impedância
Neste vídeo, apresentaremos as características de impedância do relé.
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Operação do relé de impedância
As características apresentadas do relé de distância são
necessariamente relacionadas ao relé de impedância, uma vez que essa
grandeza é a relação direta entre tensão e corrente no ponto de defeito.
Portanto, a operação do relé de impedância é baseada na geração de
forças magnéticas nas bobinas de atuação (corrente) e restrição
(tensão), cujos valores são de entrada no relé, lidas pelos
transformadores de instrumento. Portanto, sobre o relé de impedância é
possível dizer que:
Tensão
É a grandeza de restrição e produz torque negativo no contato móvel do
relé (a favor da abertura).
Corrente
É a grandeza de operação e produz torque positivo no contato móvel do
relé (a favor do fechamento).
O relé de impedância é identificado pela ANSI pelo número 21. No
entanto, para sua operação em linhas de transmissão, é necessária
instalação conjunta de uma unidade direcional (Função ANSI 67). Assim,
seu lugar geométrico ou sua zona de proteção fica delimitada conforme
ilustrado na imagem.
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Lugar geométrico de atuação do relé de impedância.
É possível observar que a presença da unidade direcional faz com que a
região de operação fique delimitada não apenas pelo círculo de relação
R-X (limiar do relé de impedância), mas também por um segmento que
divide os 2º e 4º quadrantes, passando pela origem (limiar do relé
direcional).
O relé de impedância é ajustado para uma impedância que corresponde
a 80% da linha de transmissão, de modo a garantir atuação para linhas
interligadas. Assim, os círculos de delimitação da zona de atuação terão
trechos comuns e ambos os relés de cada trecho atuariam
instantaneamente. A unidade direcional impede essa atuação indevida.
Regulagem e temporização do relé de impedância
Para exemplificação da regulagem de um relé de impedância, veja uma
configuração para atuação em 3 zonas. A filosofia de proteção para
esse relé, de acordo com seus ajustes de tempo e coordenação entre
zonas, será de:
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Regulagem Temporização
1ª zona de Sem temporização
2ª zona
 de de
3ª zona
 de
de 
Tabela: Ajuste de um relé de impedância considerando três zonas de proteção.
Isabela Oliveira e Felipe Laure.
O relé de impedância só opera quando o torque produzido pela corrente
de curto-circuito for superior ao torque produzido pela bobina de
restrição. Para que isso ocorra, a impedância de ajuste é igual ao raio da
circunferência, que ilustra o lugar geométrico de atuação do relé.
Exemplo
Um relé de impedância deve proteger 80% de uma linha de transmissão
com impedância de 85 Ω. Calcular qual deve ser a impedância
equivalente para um relé de impedância utilizado nesse esquema de
proteção. São utilizados um TC e um TP, cujas relações de
transformação de corrente e potencial sejam de 500-5 e 13.800-115,
respectivamente.
Confira a solução:
80% LT
1
100% LT
1
+ (50 − 60%)
LT
2
100%
LT
1
+ 100%LT
2
+ (20 − 30%)
LT
3
T
2
+
Z
relé  = 0, 8 × Z
LT
×
RTC
RTP
Z
relé  = 0, 8 × 85 ×
500
5
13800
115
= 56, 66Ω
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Relés de admitância e reatância
Neste vídeo, apresentaremos as características de admitância e
reatância dos relés.
Relé de admitância
Os relés de admitância e reatância seguem as mesmas características
de relação entre tensão e corrente no ponto de defeito. No entanto,
possuem nuances específicas, quedevem ser avaliadas.
O relé de admitância é um tipo de relé de distância (Função 21), de
modo que as grandezas de operação e restrição são exatamente as
mesmas. Entretanto, o lugar geométrico que representa a zona de
atuação do relé de admitância é uma circunferência como a ilustrada na
imagem a seguir.
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Lugar geométrico de atuação do relé de admitância.
Essa circunferência possui seu centro em Zmáx/2 e, essencialmente,
tem característica direcional, uma vez que a região de operação é
delimitada apenas para valores positivos da relação R-X, sendo essa sua
grande vantagem em relação ao relé de impedância. O relé de
admitância só atua para defeitos cuja impedância esteja dentro do
círculo e na frente do ponto de instalação do relé.
Regulagem do relé de admitância
Considerando ainda como exemplo uma linha de transmissão composta
por 3 trechos, a regulagem do relé de admitância será:
Regulagem Temporização
1ª zona de Sem temporização
2ª zona
 de de
3ª zona
 de
de 
Tabela: Regulagem de um relé de admitância.
Isabela Oliveira e Felipe Laure.
Ou seja, temos o mesmo princípio de regulagem do relé de impedância.
No entanto, uma correção deve ser feita, uma vez que o ângulo de
80% LT
1
100% LT
1
+ (50 − 60%)
LT
2
100%
LT
1
+ 100%LT
2
+ (20 − 30%)
LT
3
T
2
+
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inclinação do diâmetro (ângulo r) referente ao máximo torque do relé
não coincide com o ângulo natural da impedância da linha de
transmissão. Assim, o ajuste correto do relé de admitância deve ser
feito conforme mostra a imagem.
Ajuste correto de atuação do relé de admitância.
O ajuste do relé de admitância é feito de modo semelhante ao relé de
impedância, a partir do percentual requerido de proteção da linha de
transmissão, tomadas as relações de transformação RTC e RTP.
Relé de reatância
Esse relé também é um tipo de relé de distância, que possui como
característica a sensibilidade na reatância do sistema. O lugar
geométrico de atuação do relé de reatância é ilustrado na imagem. Veja!
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Lugar geométrico de atuação do relé de reatância.
O relé de reatância é bastante útil na presença de arcos elétricos em
defeitos do sistema elétrico. Esse fenômeno tem características
puramente resistivas, de modo que a impedância vista por um relé de
proteção, nesse caso, é dada pela impedância da linha somada à
resistência do arco elétrico. Isso faz com que o ponto da impedância
vista pelos relés do tipo impedância e admitância fique fora da zona de
atuação devida, provocando uma redução de alcance na proteção,
conforme vemos na imagem.
Redução de alcance dos relés de impedância e admitância.
Esse problema é resolvido pelo relé de reatância, que é imune à
influência da resistência de arco elétrico.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
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Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Os relés de distância possuem grande aplicação na proteção de
linhas de transmissão. Sobre os relés de distância é correto afirmar
que
Parabéns! A alternativa B está correta.
Em razão do lugar geométrico delimitado pela zona de atuação do
A
os relés de distância possuem somente uma bobina
de atuação para corrente.
B
o relé de admitância possui naturalmente
característica direcional.
C
o relé de admitância é imune à resistência de arco
elétrico.
D
o relé de distância mede a relação entre corrente de
curto-circuito e o comprimento da linha de
transmissão protegida.
E
o relé de impedância é identificado pela ANSI pelo
número 67.
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Em razão do lugar geométrico delimitado pela zona de atuação do
relé de admitância, cujo centro da circunferência possui seu centro
na metade da máxima impedância da linha, esse dispositivo
apresenta características essencialmente direcionais.
Questão 2
Uma linha de transmissão possui uma impedância de . Um
relé de impedância é instalado para proteção de uma linha de
transmissão por transformadores de instrumento cujas relações
são RTC = 100 e RTP = 1200. O ajuste do relé para 80% da linha de
transmissão deve ser de, aproximadamente
Parabéns! A alternativa D está correta.
Considerando a regulagem para o relé de impedância de uma linha
50∠80
∘
Ω
A .4, 6Ω
B .5, 4Ω
C .3, 8Ω
D .3, 3Ω
E .2, 6Ω
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de transmissão com um único trecho, tem-se:
Considerações �nais
A proteção do sistema elétrico de potência deve ser garantida pelos
princípios básicos da filosofia da proteção. Para isso, os conceitos de
seletividade e coordenação devem estar alinhados para que requisitos
mínimos de segurança de operação do sistema sejam garantidos.
Neste conteúdo, apresentamos os principais e mais elementares
dispositivos utilizados na proteção do sistema elétrico para medição de
grandezas, com o estudo dos transformadores de corrente e potencial,
além da averiguação e comparação dessas grandezas pelos relés de
proteção, que têm a função básica de sensor dessas grandezas.
Com base nas características dos relés de sobrecorrente e de distância,
abordamos os requisitos de ajuste e temporização dos relés na
proteção de linhas de transmissão.
Z
relé  = 0, 8 × Z
LT
×
RTC
RTP
Z
relé  = 0, 8 × 50 ×
100
1200
= 3, 33Ω
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Podcast
Agora, abordaremos os aspectos construtivos do TC e do TP, bem como
a sua importância para o sistema de proteção, e vamos falar também
das formas de operação dos relés.

Explore +
Para conhecer melhor os instrumentos de proteção utilizados na
proteção do sistema, leia o livro Introdução à Proteção dos Sistemas
Elétricos, de Amadeu C. Caminha, publicado pela editora Blücher, em
1977.
Referências
BLACKBURN, J. L.; DOMIN, T. J. Protective relaying: principles and
Dispositivos de proteção https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/07113/index.html?br...
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BLACKBURN, J. L.; DOMIN, T. J. Protective relaying: principles and
applications. Boca Raton, FL: CRC press, 2015.
FRAZÃO, R. J. A. Proteção do Sistema Elétrico. São Paulo: Editora e
Distribuidora Educacional, 2019.
KINDERMANN, G. Proteção de sistemas elétricos de Potência.
Florianópolis: Editora da UFSC, v. 1, 2005.
KINDERMANN, G. Proteção de sistemas elétricos de Potência.
Florianópolis: Editora da UFSC, v. 2, 2006.
MAMEDE FILHO, J. Manual de Equipamentos Elétricos. Rio de Janeiro:
Grupo Gen-LTC, 2000.
MAMEDE FILHO, J.; MAMEDE, D. R. Proteção de sistemas elétricos de
potência. Rio de Janeiro: Grupo Gen-LTC, 2000.
SATO, F.; FREITAS, W. Análise de curto-circuito e princípios de proteção
em sistemas de energia elétrica. Rio de Janeiro: Elsevier, 2015.
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