CAP5 relés de distancia

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CAPÍTULO 5 
 
RELÉS DE DISTÂNCIA 
 
Prof. José Wilson Resende 
Ph.D em Sistemas de Energia Elétrica (University of Aberdeen-Escócia) 
Professor titular da Faculdade de Engenharia Elétrica 
Universidade Federal de Uberlândia 
 
 
5.1 – Introdução 
 
Os relés de distância recebem esse nome devido ao fato de serem usados 
efetivamente para determinar a distância da falta em uma linha de transmissão. 
Quando uma linha é submetida a condições de falta, a corrente que flui por 
ela aumenta, provocando uma grande queda de tensão. O relé de distância recebe 
então estas informações e traduz isso como uma impedância, dividindo V por I. 
Como a impedância da linha é diretamente proporcional ao seu comprimento, fica 
pois determinada a distância entre a falta e terminal onde se encontra o relé que 
operou. 
Ajustando-se o relé para desenvolver conjugado positivo para níveis de 
impedância abaixo de um valor especificado, e conjugado negativo para níveis de 
impedância acima desse mesmo valor; o relé pode ser usado para atuar para faltas 
no trecho por ele protegido e não atuar para faltas em outros trechos. 
 
Conexão de um relé de distância 
 
Esses relés geralmente usam uma estrutura de alta velocidade, tal como uma 
unidade tipo tambor de indução, para prover operação instantânea. Qualquer 
temporização introduzida é feita por temporizadores externos ao relé. 
 
• PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO: Compara V e I no local do relé (Por ex. no início 
da linha): 
Ex.: Na rede monofásica abaixo, a tensão no local do relé (pto.P) para um curto no 
ponto D será: 
VP = VP1 – VP2 = (VP1 – VD1) + (VD1- VD2) + (VD2 – VP2) = z.I + r.I + z.I 
 
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Princípio de medição dos relés de distância
 
Para um curto sólido, r = 0 ⇒ VP = 2.z.I ou I
Vz2 P= 
∴ A impedância aparente em P, para um curto em D, é igual à impedância do anel 
P1D1D2P2. 
Sendo z = p.l/s ⇒ “z” é proporcional ao comprimento “l” da linha. 
 
 
5.2 – Causas Perturbadoras na Medição 
 
a) Inexistência ou insuficiência de transposição das linhas. (5% a 10% do erro 
total). 
b) Variação da impedância das linhas paralelas (refletindo mais nas componentes 
de seqüência (0)) 
c) Erros dos TP’s e TC’s (pela saturação, nas faltas) (> 3% do erro total). 
d) Variação da temperatura (o resfriamento dos condutores altera suas 
resistências). 
e) A construção do relé. 
 
 
5.3 – Equações e Curvas Características: 
 
No relé de distância: 
• a CORRENTE fornece o conjugado de operação 
• a TENSÃO fornece o conjugado de restrição 
 
O relé “vê” a impedância aparente Z, entre ele e o ponto de falta: 
I
VZ ↑
↓=↓ 
Há diversas maneiras de se obter Z: 
• Relé de impedância ou OHM; 
• relé de reatância; 
• relé MHO ou de admitância 
• e o relé de impedância modificado. 
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5.3.1. Relé de Impedância ou OHM 
 
Esse tipo de relé geralmente não é muito utilizado, pois além de ocupar um 
espaço muito grande no diagrama R-X, não possui direcionalidade, necessitando, 
portanto, de uma unidade direcional externa. 
 
• É um relé de sobrecorrente com restrição por tensão 
• Indicado para proteção de fase, em linhas médias (até 138 KV). 
• São sensíveis às oscilações do sistema. 
 
Constituição de um relé de impedância monofásico: 
 
a) Unidade de partida direcional (D) 
b) Três unidades de medida de impedância (Z1 – Z2 – Z3) de alta velocidade, 
reguláveis independentemente (T1 – T2 – T3). 
c) Unidade de temporização. 
d) Unidades auxiliares de sinalização (bandeirola B), de selo (S), etc. 
 
 
Seja: Z1 
VÊ→ < 80%; T1 = 0 
 Z2 
VÊ→ < 120%; T2 = 0,5 seg. 
 
 Z3 
VÊ→ < 200%; T3 = 1,0 seg. 
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FALTA NA 1A ZONA: as 3 unidades de medida “vêm”: 
 ⇒ fecham-se os contatos Z1, Z2 e Z3; energizam-se as bobinas de temporização, 
das bandeirolas, de selo e de disparo do disjuntor. 
OBS: Z2 e Z3 são proteção de retaguarda. 
 
FALTA NA 2A ZONA: somente as unidade Z3 e Z2 “vêm”: Sendo T2 < T3, o 
disjuntor é aberto pelo caminho dos contatos Z2 e T2. 
OBS: Z3 é a proteção de retaguarda. 
FALTA NA 3A ZONA: Apenas Z3 “vê” a falta: o caminho para o disparo do 
disjuntor é via Z3. 
 
 
5.3.2. Relé de Reatância 
 
O relé tipo reatância basea-se na componente reativa da impedância, 
independendo do valor da resistência ou do arco produzido nos curtos. Por essa 
característica de operação é que esse relé é adequado na proteção de linhas curtas, 
onde a resistência tem valor alto, se comparada com o comprimento da linha. 
 O ponto de equilíbrio do relé ocorre quando a reatância VISTA pelo relé é 
:
K
KX
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1= Para C(+) (torque positivo):
2
1
K
KX < : O relé atua. 
 Para C(-) (torque negativo): 
2
1
K
KX > : O relé não atua. 
 
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5.3.2.1. Relé de Ângulo de Impedância 
 
• É semelhante ao relé de reatância, exceto que o ângulo de conjugado máximo 
não é para 90o 
• Este relé, em geral, não é usado como relé de distância, porém forma uma parte 
importante de muitos esquemas de relés de distância. 
• Ele evita desligamentos indevidos: sua característica angular bloqueia a 
atuação do relé de distância em certas oscilações mas não sob uma real 
condição de curto circuito. 
 
 
 
5.3.3. Relé MHO ou de Admitância 
 
Este é o relé mais utilizado na proteção de linhas. Possui duas vantagens em 
relação ao tipo Impedância. A primeira é que possui característica direcional 
inerente ao funcionamento do relé, pois para proteger um mesmo comprimento de 
linha (em relação ao anterior), abrange uma área menor do diagrama R-X. A 
segunda vantagem reside na sua menor sensibilidade quando da ocorrência de uma 
oscilação. 
A suas principais características são: 
 
• São pouco afetados pelas oscilações do sistema. 
• São os relés mais afetados pela resistência de arco voltaico. 
• São indicados na proteção de fase em linhas longas e de altas tensões (que são 
mais sujeitas a oscilações perigosas). 
• São os mais seletivos entre os relés de distância. 
 
Vantagens deste relé: 
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1a ): todo o círculo está na região de 
operação do relé (isso não acontece no 
relé de impedância). 
 
fig. 5.4.a 
 
2a): Para proteger um mesmo 
comprimento de linha, este relé 
abrange uma menor área do plano 
R – X ⇒ menor sensibilidade às 
oscilações do sistema. 
 
 
 
5.3.4. Relé de impedância modificado 
 
É um caso particular do relé de impedância. É um relé intermediário, entre o relé 
MHO e o relé de impedância.