3031 Protecao I

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SÉRIE TREINAMENTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 APOSTILA 3031 
 
 
 
 Revisão: Ângelo Aparecido Doimo 
 
 
 
 2º REVISÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 PROTEÇÃO I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Três Irmãos 
2001 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
p. 
 
 
Introdução ...............................................................................................................................03 
 
1. Relés de Proteção ................................................................................................................04 
 
2. O Curto-circuito ..................................................................................................................09 
 
3. Proteção de Redes ...............................................................................................................17 
 
4. Proteção de Transformadores ..............................................................................................29 
 
5. Coordenação da Proteção .....................................................................................................39 
 
6. Proteção de Linhas ...............................................................................................................45 
 
Bibliografia ..............................................................................................................................51 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
 
 
Esta apostila destina-se a fornecer conhecimentos básicos elementares sobre proteção elétrica 
aplicada em usinas e subestações. 
 
01. RELÉS DE PROTEÇÃO 
 
Introdução 
 
 
Quando se fala em proteção de uma rede elétrica, de um gerador, de um transformador ou de 
uma linha de transmissão, ocorre-nos, de imediato, a imagem de um relé de proteção. 
Quando entramos em uma sala de comando vemos, juntamente com os amperímetros, 
voltímetros, medidores etc., diversos tipos de relés. 
 
 
 
Fig. 01 
 
 
 
. Qual é o papel do relé ? 
 
O Papel do Relé 
 
O relé é instalado para proteger um determinado circuito (ou equipamento) contra condições 
anormais (defeitos). 
Para proteger um circuito (ou equipamento) o relé deve: 
 
a. Ficar sentindo a grandeza que sofrerá alteração com o defeito. Por exemplo: um curto-
circuito é percebido pelo aumento da corrente. 
 
b. Ficar comparando o valor desta grandeza com um valor de ajuste e; 
 
c. Comandar, se este valor ultrapassar o valor de ajuste, as operações de: 
 
 . desligamento de disjuntores; 
 . sinalização acústica e ótica (visual); 
 . acionamento de dispositivos contra incêndios; 
 . etc. 
 
O relé poderá fazer um, alguns, ou todos estes comandos, conforme seja o caso. 
 
 
 
14
12
10
4
5
6
8
3.2
2.4
2.0
0.8
1.8
1.2
1.6
14
12
10
4
5
6
8
 
 
 
 
Fig. 02 
 
 
 
 
 
* Para um relé de sobre, e para um relé de sub (subtensão, por ex.), a grandeza controlada deve 
 ficar abaixo do valor de ajuste para que haja comandos. 
 
. Para sentir, comparar e comandar, qual deve ser a constituição básica do relé ? 
 
Constituição Básica do Relé 
 
Basicamente todos relés têm 3 elementos: 
 
a. Elemento sensível: fica “sentindo” a grandeza controlada; 
 
b. Elemento de comparação: compara a grandeza controlada com o valor de ajuste; 
 
c. Elemento de comando: executa os comandos citados na página anterior: abertura de 
 disjuntores, sinalizações etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 03 
Observações: 
 
Os elementos (ou órgãos) constituintes básicos dos relés têm os seguintes sinônimos: 
. Elemento sensível ou elemento motor; 
. Elemento de comparação ou elemento antagônico; 
. Elemento de comando ou contato. 
 
Um Relé Elementar 
 
 
 
Fig. 04 
 
O relé de sobretensão, no circuito acima, atua quando a tensão ultrapassa o valor de ajuste 
provocando: 
 
a. Sinalização sonora; 
 
b. Sinalização luminosa. 
200 V-
150 V-
120 V-
100 V-
 
QUESTIONÁRIO 
 
01. Quais são os elementos básicos de um relé ? 
 Dê a função de cada um. 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
02. Identifique na figura abaixo os elementos básicos do relé. 
 
 
 
Fig. 05 
 
 
03. Qual é a grandeza controlada pelo relé da figura 4 ? 
_____________________________________________________________________________ 
 
04. Quais os comandos executados pela atuação do relé na figura 4 ? 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
~
 
Classificação dos Relés: 
 
Os relés são classificados em função da grandeza física para qual o elemento sensível é 
influenciado: relés elétricos, mecânicos, óticos, pneumático , etc 
Para cada uma dessas categorias de relé, podemos subdividir a classificação que como exemplo 
pegaremos os relés elétricos pois estão mais ligados à nossas atividades. 
 
Relés Elétricos: 
 
São os relés que utilizam de grandezas elétricas para o seu funcionamento: tensão, corrente, 
potência, reatância, freqüência, ângulo de fase. 
Cada um destes ainda pode ser diferenciado pelo prefixo 
 
- Sobre - Relé que opera quando a grandeza atuante ultrapassa o valor pré 
determinado; 
- Sub - Relé que opera quando a grandeza atuante cai abaixo de um valor pré 
determinado; 
- Diferencial - Relé que opera quando a diferença de duas grandezas ultrapassar um valor 
pré determinado; 
- Direcional - Relé que opera quando a grandeza atuante circula num sentido pré 
determinado. 
 
Pelo princípio de funcionamento do elemento sensor: 
 
 
 
Ferro Magnético: Uma bobina fixa, percorrida 
por uma corrente elétrica produzirá um fluxo que 
atrairá uma peça metálica móvel que estará sobre 
a influência deste fluxo. 
 
 
 
 
 
 
 
Eletro Magnético: Uma bobina móvel, percorrida 
por uma corrente elétrica produzirá um fluxo que irá 
interagir com o fluxo magnético de um imã 
permanente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Eletro dinâmico: Duas bobinas sendo uma 
fixa e a outra móvel ambas percorridas por 
corrente elétrica produzirão fluxos 
magnéticos que irão se interagir. 
 
 
 
 
 
 
Indução : Utilizam forças 
eletrodinâmicas de circuitos 
indutores fixos sobre as 
correntes induzidas sobre 
peças móveis ( discos ou 
tambores ). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Térmicos : Utiliza as diferenças de 
dilatação de metais que estão 
intimamente unidos ( princípio da 
bilâmina ). 
 
 
 
 
 
 
Meio sólido : Utilização de circuitos eletrônicos. 
 
 
 
 
Quanto ao elemento que produz a força de restrição: 
 
• Mola espiral 
 
• Mola helicoidal 
 
• Peso ( ação da gravidade ) 
 
 
Pelo tipo de conecção do elemento sensor: 
 
- Relés primários : o elemento sensor é conectado diretamente na rede a ser protegida 
ficando o relé no potencial da mesma. 
 
- Relé secundário : O elemento sensor é conectado indiretamente na rede a ser protegida 
ficando o relé ligado no secundário de um transformador ( TC ou TP ) 
 
Pela atuação do elemento de 
comando: 
 
- Atuação direta : O elemento de comando do reléé ligado diretamente ao equipamento a 
ser operado ( comando mecânico). 
 
- Atuação indireta : O elemento de comando do relé é ligado indiretamente ao equipamento 
a ser operado ( comando elétrico por relé auxiliar). 
 
Quanto ao tempo de atuação: 
 
- Instantâneo : Para qualquer valor da grandeza controlada que ultrapasse o valor de ajuste 
não existirá temporização intencional do relé; 
 
- Temporizado : Para qualquer valor da grandeza controlada que ultrapasse o valor de ajuste 
haverá uma temporização intencional para atuação do mesmo. 
 
02. O CURTO-CIRCUITO 
 
 
Introdução 
 
Quase sempre, quando falamos em anormalidades em um circuito ou em equipamento elétrico, 
associamos a tais anormalidades a existência (ou possibilidade de existir) de curto-circuito. 
 
Como exemplos comuns de anormalidades podemos citar: 
 
a. Ruptura de cabos com conseqüentes quedas; 
b. Choque acidental entre duas fases; 
c. Animais (isto é bastante comum em cubículos de 13,8 kV, onde raposas, gambás, pássaros e 
 outros, eventualmente provocam contatos entre duas fases ou entre fase e terra). 
 
As anormalidades acima citadas, bem como tantas outras, comuns na vida do operador, resultam 
em curto-circuito. 
No capítulo anterior vimos que a proteção nos lembra relés, mas na realidade, proteção lembra 
relés e curto-circuitos. 
 
 
 
. Mas, o que vem a ser exatamente curto-circuito ? 
 
 
Fig. 06 
 
Conceito de Curto-circuito 
 
 
 
Experiência: 
 
 
 
 
 
V
AF
N
Fig. 07 
 
 
 
Na experiência, temos um transformador alimentando uma carga e a bobina B representa certo 
comprimento de linha. 
A impedância* , calculada a partir dos valores de tensão e de corrente, é: 
 
 
 
Z = V 
 I 
 
 
 
Z = = 
 
 
 
 
 
* Em corrente alternada, ao quociente V / I dá-se o nome de impedância (e não resistência); sua 
 unidade é a mesma da resistência e também representa uma “dificuldade” à passagem da 
 corrente. 
Fig. 07 
B 
 
Uma diminuição brusca na impedância, pela colocação de um condutor em paralelo com a carga, 
resulta num curto-circuito. 
 
 
 
V
F
N
B
A
 
 
 
 
 
Observamos: 
 
a. um aumento acentuado da corrente; 
 
 
b. uma queda de tensão. 
 
 
 
 
V = 
 
 
 
 
 
I = 
 
 
 
 
 
 “Curto-circuito é a diminuição brusca da impedância do circuito com conseqüente 
aumento da corrente e queda de tensão” 
 
Esta corrente elevada provoca aquecimento excessivo nos condutores e equipamentos. 
O aquecimento poderá danificar os equipamentos. Dois fatores devem ser considerados: 
 
a. O valor atingido pela corrente de curto-circuito; 
b. O tempo que este curto fica alimentado (a duração do curto). 
 
. Quais são os tipos de curto-circuito que podem ocorrer num sistema trifásico de 
 neutro aterrado ?* 
 
 
Tipos de Curto-circuito Num Sistema Trifásico de Neutro Aterrado: 
 
a. Curto Fase e Terra 
 
 1o) Há aumento na corrente da fase em curto; 
 
 2o) Há corrente de terra. 
 
Fig. 09 
 
 
 
 
* Os sistemas elétricos trifásicos normalmente são de neutro aterrado. 
 
b. Curto Fase e Fase 
 
 1o) Há aumento nas correntes das fases envolvidas; 
 
 2o) Não há corrente de terra 
 
 
 
 
 
IA 
 IB
FASE A
FASE B
 
 
 
 
Fig. 10 
 
 
 
c. Curto duas Fases e Terra 
 
 1o) Há aumento nas correntes das fases envolvidas; 
 
 2o) Há corrente de terra. 
 
 
 
IA 
 IB
FASE A
FASE B
IN
FASE V
 
 
 
d. Curto-circuito Trifásico Balanceado* 
 
 1o) As três correntes se elevam a um mesmo valor; 
 
 2o) Não há corrente de terra. 
 
 
 
 
IA 
FASE A
FASE B
IC
IB
Fig. 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
* Para efeito de estudo, os curtos-circuitos trifásicos são, sempre, considerados balanceados 
 (equilibrados), ou seja, as três correntes são consideradas de mesmo valor. 
 
Causas dos Curtos-circuitos 
 
 
Os curtos-circuitos podem ser originados pelas mais diversas causas. Dentre elas relacionamos 
algumas: 
 
a. Fogo sob a linha de transmissão: o fogo provoca dilatação dos cabos e diminuição nas 
propriedades isolantes do ar. Com a dilatação, a distância entre os cabos pode diminuir; isto, 
aliado à diminuição da resistência do ar, pode resultar em curto-circuito; 
 
 
 
Fig. 13 
 
 
b. Contato entre fases ou entre fase neutro; 
 
c. Energização de uma linha com chave terra fechada; 
 
d. Animais; 
 
e. Deterioração da isolação de um equipamento devido a sobreaquecimento ou produto 
químico; 
 
f. Descargas atmosféricas: a descarga atmosférica provoca uma sobretensão na linha, que pode 
vencer a isolação entre a fase e a torre (que está aterrada), caracterizando um curto-circuito 
fase terra. 
 
 
QUESTIONÁRIO 
 
 
01. Conceitue curto-circuito. 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
02. Cite dois fatores que determinarão o sobreaquecimento sofrido por um equipamento quando 
de um curto-circuito, além das condições de refrigeração*. 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
03. quais os tipos de curtos que podem ocorrer num sistema trifásico de neutro aterrado? 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
04. Dos tipos de curtos acima, quais têm corrente de terra ? 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
05. Cite quatro causas de curto-circuito. 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
* Condições de refrigeração: ter ou não refrigeração forçada; estar ao ar livre ou ambiente 
 fechado. 
 
05. COORDENAÇÃO DA PROTEÇÃO 
 
 
Introdução 
 
 
Num sistema elétrico, quando ocorre um curto-circuito, os equipamentos são submetidos a 
elevadas correntes que podem danificá-los ou diminuir-lhes a vida útil. 
O dano para o equipamento será tanto menor quanto mais rápido for interrompida a corrente de 
curto-circuito. 
Uma característica altamente desejada no sistema de proteção é a rapidez. 
No sistema da figura abaixo ocorre um curto-circuito na saída I: 
 
 
 
 
 R2
1 2 R3
R4
3
4
Saída I
Saída II
 
 
 
 
Fig.29 
 
 
.Qual relé deve atuar para eliminar a corrente de curto ? 
 
. O ajuste do R2 pode comandar um desligamento instantâneo do disjuntor para este defeito ? 
 
Para um curto-circuito na saída I, deverá der desligadoo disjuntor 3, pela atuação do relé 3. 
Desta forma, apenas os consumidores da saída I ficarão desenergizados. 
Num bom sistema de proteção, quando da ocorrência de um defeito, deve ser desconectado do 
sistema apenas o trecho (o menor possível) necessário para a eliminação desse defeito. 
A essa característica chamamos Seletividade. 
 
Coordenação 
 
 
 
Na figura 29, para qualquer curto, em qualquer uma das saídas, o disjuntor desligado pela 
proteção deve ser o da saída defeituosa. 
Sendo assim, o R2 não terá atuação instantânea para curtos nas saídas, pois teríamos, no caso do 
nosso exemplo, aberturas simultâneas dos disjuntores 2 e 3, o que não seria seletivo. 
Chama-se coordenação acerto das diversas proteções para se conseguir seletividade. 
Comentamos que o relé R2 (figura 29) não pode ter atuação instantânea, pois ficaria 
descoordenado com as proteções dos alimentadores. Por outro lado, se ocorrer um curto-circuito 
na barra, é o R2 que deverá atuar. Esta atuação não será instantânea, devido à necessidade de 
coordenarmos este relé com os dos alimentadores. 
Tivemos que sacrificar o tempo. 
Quase sempre há sacrifício da rapidez para se conseguir seletividade. 
 
Proteção Principal 
 
 
 
 R2
1 2 R3
R4
3
4
Alimentador I
Alimentador II
Fig. 29
138 /13,8 kV
13,8 kV P 1Vejamos o sistema:
 
 
 
 
 
Estando as proteções coordenadas, para um curto em p1 atuará o r3 e desligar-se-á o disjuntor 3. 
Dizemos que o r3 é a proteção principal para defeitos no alimentador I. 
Da mesma forma, R4 é a proteção principal para o alimentador II. 
Ocorrendo um curto-circuito no barramento de 13,8 kV, a proteção principal é o R2, que 
desligará o disjuntor 2. A propósito, o R2 não pode ter atuação instantânea. 
 
 
Falhas que Podem Ocorrer na Proteção Principal 
 
Consideramos novamente a figura 30. muitas vezes ocorre um curto-circuito no alimentador e a 
proteção principal não desliga o disjuntor (ou disjuntores) por ela comandado. 
Neste caso, dizemos que a proteção principal falhou. 
Algumas possíveis causas de falhas na proteção principal : 
. Defeito mecânico no relé; 
 . Defeito na fiação do relé; 
 *. Falta de corrente contínua para comando do disjuntor; 
 . Defeito na fiação do secundário do TC; 
 . Erro nos ajustes do relé; 
 *. Defeito do disjuntor. 
 
* 1. Essas Falhas, apesar de não serem do relé, consideramos como falhas do sistema de 
proteção. 
* 2. Existem muitas outras falhas possíveis, além das listadas. 
Fig. 30 
 
 
 . Falhando a proteção principal, como ficará o curto-circuito? 
 . Colocará todos os equipamentos em risco? 
 
 
 
 
 
Proteção de Retaguarda 
 
 
 R2
1 2 R3
R4
3
4
13,8 kV
P 
Fig. 32 
 
Ocorrendo um curto-circuito em P1 e falhando a proteção principal, R3, então a corrente de 
curto-circuito será mantida até que dê o tempo de atuação de R2. O relé R2 atua desligando o 
disjuntor 4, eliminando o curto-circuito. 
Para o esquema acima, o relé R2 é proteção de retaguarda das proteções dos alimentadores. 
 
Notas: 
 
 
1. Sempre que houver a atuação da proteção de retaguarda, haverá alguma perda de seletividade 
e de rapidez; 
 
2. Sempre que um defeito sensibilizar a proteção principal, a proteção de retaguarda será 
também sensibilizada, mas face ao tempo de atuação, será a principal que atuará, eliminando 
o defeito. A proteção de retaguarda se rearma; 
3. Na figura 32, R2 é retaguarda para curtos nos alimentadores e é proteção principal para 
curtos na barra de 13,8 kV. 
 
 
QUESTIONÁRIO 
 
 
 R2
1 2 R3
R4
3
4
R5
5
13,8 kV
 
 
 
 
01. No sistema acima, para defeitos nos alimentadores, R3, 
R4 e R5 são proteções_________________________________________________________ 
e R2 é proteção______________________________________________________________ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
02. Para um curto no barramento de 13,8 kV, R2 é a 
proteção___________________________________________________________________ 
__________________________________________________________________________ 
Fig. 33 
 
PROTEÇÃO DE GERADORES 
 
 O gerador por ser uma máquina eletromagnética dinâmica pois possui parte girante 
necessitando de uma maior quantidade de proteções visto as variantes ao qual ela está sujeita e o 
seu grau de importância para o sistema elétrico de potência sem contar com seu elevado custo. 
 As proteções para o gerador serão determinadas levando em conta suas características 
elétricas e construtivas. 
Tipo de aterramento: 
 O neutro do gerador ( centro estrela ) pode ser isolado, rigidamente aterrado ou aterrado 
através de resistência, indutância ou transformador de distribuição com resistência conectada em 
seu secundário. tais artifícios tem por objetivo limitar o valor da corrente que circularia, em caso 
de um curto circuito, em valor não superior a 12 ª 
Corrente de curto circuito: 
 Defeitos do lado de baixa tensão ( BT- Gerador ) 
 Fase terra – Embora os valores de corrente de curto circuito para este defeito seja 
limitada pela inserção de uma impedância no aterramento do centro estrela do gerador, os 
valores das tensões para as fases que não estão em curto circuito assumirão valores elevados, 
submetendo assim os enrolamentos a situações que poderão romper o isolamento do estator. 
 Bifásico ou trifásico – Os valores das correntes de curto para estes defeitos serão de valor 
muito elevado sendo as mesmas altamente danosas para o gerador. 
 Defeitos no lado de alta tensão – ( AT – Sistema ) 
 Para qualquer defeito do lado de alta tensão do transformador os valores de corrente de 
curto circuito no lado do gerador serão altos e são considerados danosos para o mesmo. 
 As anormalidades que afetam, o funcionamento do gerador podem ser classificadas em 
anormalidades de origem externa as quais suas origens vem do sistema elétrico e de origem 
interna cujas origens vem do próprio gerador e ou equipamentos associados. 
 
Origem externa ( Sistema ) 
- Sobretensões 
- Transitórios de chaveamento 
- Rejeição de carga 
- Sobrecargas 
- Oscilação de potência 
- Curto circuito em LT’s e equipamentos 
- Desbalanço de carga 
 
Origem interna ( Gerador ) 
- Curto circuito: 
- Rotor 
- Estator 
- TC’s 
- TP’s 
- Transformador elevador 
- Barras e cabos 
- Serviço auxiliar 
- Turbina 
- Excitação 
- Regulador de tensão 
- Regulador de velocidade 
 
- Retorno de energia 
Existindo qualquer das anormalidades mencionadas deverá ocorrer a operação de uma ou mais 
proteções para que haja a retirada do gerador do sistema. 
O quadro relaciona as anormalidades com as referidas proteções: 
 
 
ANORMALIDADES PROTEÇÃO 
Curto circuito no estator (fases), transformador e 
equipamentos Diferencial – 87 
Curto circuito para terra no estator Terra estator - 64 
Curto circuito do rotor a massa Terra rotor – 64R 
Alimentação de carga assimétrica Seqüência negativa – 46 
Sobretensão Sobretensão – 59 
Curto circuito no estator, transformador, equipamentos e 
barramentos. Impedância – 21 ( subimpedância ) 
Sobrecargas Térmico – 49 
Curto circuito Sobrecorrente – 51 ( retaguarda ) 
Oscilação de potência, falha na excitação Perda de excitação – 40 
Retorno de energia ( motorização ) Direcional de potência – 32 
Sobre excitação Volt / Hertz - 24 
 
 
 
 
04. PROTEÇÃO DE TRANSFORMADORES 
 
 
A Proteção de Sobrecorrente do Transformador 
 
 
 
Ocorrendo um curto-circuito interno num transformador, é altamente desejável que haja 
desenergização do transformador, o mais rápido possível. 
Em princípio, poderíamos usar relés de sobrecorrente para proteger o transformador contra 
curtos-circuitos internos. 
Observando a figura abaixo, podemos concluir que, se os relés de sobrecorrentedo 
transformador (os que atuam sobre os disjuntores 1 e 2) tiverem atuação instantânea, os 
disjuntores 1 e 2 poderão ser desligados para curto-circuitos ocorridos nos alimentadores. Isto 
não é conveniente, conforme veremos no capítulo a seguir. 
Regra geral, estes relés não têm atuação instantânea por estarem coordenados com os relés dos 
alimentadores. 
Dizemos que os relés de sobrecorrente do transformador o protegem contra curtos-circuitos 
externos e são retaguarda dos relés dos alimentadores. 
No capítulo a seguir; falaremos em coordenação da proteção e proteção de retaguarda. 
 
 
 
50
51
50
51
3
1 51N
1 2
Fig. 22 
N
50
51
50
51
 2
 1N
50
51
50
51
 2
 1N
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 22 
 
Precisamos de um relé que proteja o transformador contra curtos-circuitos internos. Estes relé 
deverá atuar instantaneamente para curtos internos e não ser sensibilizados para curtos externos. 
 
 
 
.Qual será este relé ? 
 
 
 
 
A Proteção Diferencial Para Transformador 
 
 
Consideramos o seguinte sistema: 
 
 
 
 
Ip
1
138/13,8 kV Is
2
3
Alimentador I
4 Alimentador IIFig. 23
 
 
 
Fig. 23 
 
 
 
 
Havendo uma corrente de, por exemplo, 2000 A no secundário, a corrente primária será de 200 
A. Você sabe por quê ? 
Se a corrente secundária passar para 1000 A, a corrente primária será de 100 A. 
 
 
 
 
 
 
 
Observe que, para o transformador da fig. 23, a corrente secundária será sempre 10 vezes maior 
que a primária. 
 
 
“Há uma relação constante entre as correntes secundária e primária do transformador. 
Esta relação é inversa à (relação) existente entre as tensões primária e secundária”. 
Isto vale, inclusive, para situações de curtos externos ao transformador. 
Ainda considerando a fig. 23, ocorrendo um curto-circuito na barra de 13,8 kV, que determine 
por exemplo, 10.000 A no secundário do transformador, a corrente primária será de 1.000 A. 
Colocando TC de alta e TC de baixa, com relação adequada, podemos fazer com que, em 
situação de carga normal, ou em casos de curtos externos aos Tcs, as correntes secundárias (dos 
Tcs) i1 e i2 sejam iguais. 
 
 
 
 
i1 i2
100 / 5A
138 kV 13,8 kV
1000 / 5A
Fig. 24
 
 
 
 
 
 
 
Ocorrendo um curto-circuito interno ao trafo (ou em qualquer ponto entre os TCs de AT e os 
TCs de BT), i1 e i2 continuarão iguais ? 
Ocorrendo um curto-circuito interno (qualquer ponto entre os TCs), haverá uma diferença entre 
i1 e i2, e um relé colocado segundo o esquema a seguir detectará este desequilíbrio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 24 
 
 87
Fig. 25
i1 i2
1000/5A
i1 i2
100/5A
138 kV 13,8 kV
 
 
 
O relé diferencial (87) detecta a diferença entre i1 e i2 (corrente diferencial). Esta diferença só 
ocorre quando de curtos internos. 
 
. Quais as grandes vantagens da proteção diferencial ? 
 
 
A proteção diferencial é altamente seletiva, isto é, atua apenas para curtos internos. 
Quando de um curto-circuito externo, num alimentador, por exemplo, o relé 87 não será 
sensibilizado. Este curto será eliminado pelos relés de sobrecorrente. 
Já que não há risco do relé diferencial atuar para curtos externos, ele é construído de forma a ter 
uma atuação muito rápida para os curtos internos. 
Em síntese, a proteção diferencial é rápida e seletiva. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 25 
 
Proteção BUCHHOLZ (63) 
 
As faltas nos transformadores imersos em óleo podem ser ocasionadas pela má conexão entre os 
condutores, por curto-circuito entre espiras, por falha no isolamento do enrolamento para terra e 
por curto-circuito entre espiras de diferentes fases. 
Estas faltas dão origem à formação de arco voltaico sob o óleo ou uma elevação de temperatura 
acima da permissível por normas, mesmo que o transformador não esteja trabalhando a plena 
carga. 
Para a proteção do transformador contra estes defeitos, M. Buchholz idealizou o relé de gás. O 
relé possui dois flutuadores (bóias) ou um flutuador e uma lâmina de pressão, conforme o 
modelo. 
O relé é instalado entre o tanque principal do transformador e o tanque de expansão, ligados por 
um tubo inclinado de 1,5 a 2o, para permitir o fácil deslocamento do gás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A seta no corpo do relé deve ser dirigida para o tanque de expansão. 
A 350oC há decomposição do óleo isolante e, consequentemente, produção de gases. 
Na ocorrência de faltas menores, internas ao transformador, haverá fraca formação de gases. 
Por efeito da gravidade, estes gases tenderão a subir no sentido do tanque de expansão através do 
óleo e ocupar o topo do relé. Com isso haverá o abaixamento do nível do óleo no relé, fazendo 
com que a bóia F abaixe-se e feche um contato solidário a ela; este contato fará soar o alarme. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na ocorrência de faltas mais graves, internas, do transformador, haverá um intenso aquecimento 
e formação de gases que serão forçados para o tanque de expansão. A lâmina V (ou bóia), por 
 
 
Fig. 26 
 
pressão que depende da velocidade do óleo e gás, fecha um contato solidário a ela. O contato 
desliga todas as fontes de energia ligadas ao transformador. 
Ressaltamos a importância da atuação do relé Buchholz para faltas incipientes (defeitos 
iniciantes, pequenos faiscamentos). Estes efeitos não oferecem riscos imediatos, mas tendem 
aumentar. O relé apenas sinalizando, possibilita que se programe a desenergização do 
transformador, em momento adequado, conforme as condições de carga. 
 
 
 
Relés Térmicos 
 
 
 
Temperatura do óleo (26) 
 
 
Uma sobrecarga prolongada ou defeito no sistema de refrigeração podem determinar 
aquecimento excessivo do transformador. 
Usam-se relés termométricos que detectam a temperatura do óleo com as funções abaixo. 
A título de ilustração, damos valores de ajustes. Estes ajustes são exemplos, podendo ser maiores 
ou menores, conforme o transformador em questão: 
 
a. Um ponteiro indica a temperatura instantânea do óleo; 
 
b. Um ponteiro “bobo” indica a temperatura máxima num período; 
 
c. Um contato ajustado em 70oC sinaliza (alarme sonoro e luminoso ou apenas luminoso) 
quando o óleo atinge essa temperatura. É a atuação do primeiro estágio do relé. 
 
d. Um contato ajustado em 85oC desenergiza o transformador quando o óleo atinge essa 
 temperatura. É a atuação do 2o estágio do relé. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Temperatura do Enrolamento (49) 
 
 
 
 
Quando de uma sobrecarga, há, primeiramente, aquecimento dos enrolamentos do transformador 
e isto provoca aquecimento do óleo. 
Observe que o aquecimento do óleo, face ao seu volume, ocorre com lentidão. 
Muitas vezes, cessa uma sobrecarga que, embora tenha causado aquecimento excessivo dos 
enrolamentos, não chega a aquecer em demasia o óleo. 
Com a finalidade principal de proteger o transformador contra sobrecargas, são utilizados 
relés térmicos para o enrolamento. 
O relé térmico do transformador recebe o nome de imagem térmica, pois ele não detecta 
diretamente a temperatura do enrolamento e sim a temperatura determinada, num bulbo de óleo, 
por uma resistência alimentada pelo secundário de um TC de bucha (figura 26). 
A temperatura do enrolamento depende da corrente de carga, logo, uma “imagem” desta corrente 
nos fornecerá uma “imagem” da temperatura do enrolamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
QUESTIONÁRIO 
 
01. Qual é a função dos relés de sobrecorrente instalados para proteção do transformador ? 
 
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 
 
 
02. Qual é a função da proteção diferencial dos transformadores ? 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
03. Dado o esquema: 
 87
P
 
 
Fig. 28 
 
Ocorrendo um curto-circuito em P, a proteção diferencial: 
a. ( ) deve operar; 
b. ( ) não deve operar. 
 
04. Qual é a proteção do transformador que detecta faltas incipientes (faltas “iniciantes”) ? 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
05. Qual é o princípio de funcionamento do relé Buchholz ? 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
06. Qual é a proteção do transformador contra sobrecarga prolongada ? 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
07. Por que o relé de temperatura do enrolamento leva o nome de relé térmico ? 
_____________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________ 
 
 
Bucha
Tampa do Transformador
Tubo Capilar
Bolsa do Termômetro 
Termômetro 
Elemento Aquecedor
Bulbo Cilíndrico
ÓLEO DO TRANSFORMADOR
TC
 
 
 
Fig. 27 
 
 
A imagem térmica possui: 
 
a. Um ponteiro para indicação da temperatura instantânea do enrolamento; 
 
b. Um ponteiro “bobo” (ponteiro de arrasto) para indicar a máxima temperatura num período; 
 
c. Um contato para ligar a ventilação forçada, se houver, ajustado geralmente em torno de 75oC; 
 
d. Um contato de primeiro estágio, ajustado geralmente em 80 ou 85oC, provocando apenas 
 sinalização; 
 
e. Um contato de 2o estágio, geralmente ajustado em 95oC, que provoca desenergização do 
 transformador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
05. COORDENAÇÃO DA PROTEÇÃO 
 
 
Introdução 
 
 
Num sistema elétrico, quando ocorre um curto-circuito, os equipamentos são submetidos a 
elevadas correntes que podem danificá-los ou diminuir-lhes a vida útil. 
O dano para o equipamento será tanto menor quanto mais rápido for interrompida a corrente de 
curto-circuito. 
Uma característica altamente desejada no sistema de proteção é a rapidez. 
No sistema da figura abaixo ocorre um curto-circuito na saída I: 
 
 
 
 
 R2
1 2 R3
R4
3
4
Saída I
Saída II
 
 
 
 
Fig.29 
 
 
 
.Qual relé deve atuar para eliminar a corrente de curto ? 
 
. O ajuste do R2 pode comandar um desligamento instantâneo do disjuntor para este defeito ? 
 
 
 
 
 
 
Para um curto-circuito na saída I, deverá der desligado o disjuntor 3, pela atuação do relé 3. 
 
Desta forma, apenas os consumidores da saída I ficarão desenergizados. 
Num bom sistema de proteção, quando da ocorrência de um defeito, deve ser desconectado do 
sistema apenas o trecho (o menor possível) necessário para a eliminação desse defeito. 
A essa característica chamamos Seletividade. 
 
 
 
Coordenação 
 
 
 
Na figura 29, para qualquer curto, em qualquer uma das saídas, o disjuntor desligado pela 
proteção deve ser o da saída defeituosa. 
Sendo assim, o R2 não terá atuação instantânea para curtos nas saídas, pois teríamos, no caso do 
nosso exemplo, aberturas simultâneas dos disjuntores 2 e 3, o que não seria seletivo. 
Chama-se coordenação acerto das diversas proteções para se conseguir seletividade. 
Comentamos que o relé R2 (figura 29) não pode ter atuação instantânea, pois ficaria 
descoordenado com as proteções dos alimentadores. Por outro lado, se ocorrer um curto-circuito 
na barra, é o R2 que deverá atuar. Esta atuação não será instantânea, devido à necessidade de 
coordenarmos este relé com os dos alimentadores. 
Tivemos que sacrificar o tempo. 
Quase sempre há sacrifício da rapidez para se conseguir seletividade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Proteção Principal 
 
 
 
 
 
 R2
1 2 R3
R4
3
4
Alimentador I
Alimentador II
Fig. 29
138 /13,8 kV
13,8 kV P 1Vejamos o sistema:
 
 
 
 
 
 
Estando as proteções coordenadas, para um curto em p1 atuará o r3 e desligar-se-á o disjuntor 3. 
Dizemos que o r3 é a proteção principal para defeitos no alimentador I. 
Da mesma forma, R4 é a proteção principal para o alimentador II. 
Ocorrendo um curto-circuito no barramento de 13,8 kV, a proteção principal é o R2, que 
desligará o disjuntor 2. A propósito, o R2 não pode ter atuação instantânea. Você sabe por quê ? 
Se não souber, releia o capítulo 5 desde o início. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Falhas que Podem Ocorrer na Proteção Principal 
 
Fig. 30 
 
 
Consideramos novamente a figura 30. muitas vezes ocorre um curto-circuito no alimentador e a 
proteção principal não desliga o disjuntor (ou disjuntores) por ela comandado. 
Neste caso, dizemos que a proteção principal falhou. 
Você saberia relacionar algumas possíveis causas de falhas na proteção principal ? 
Vejamos se você se lembrou destas: 
 . Defeito mecânico no relé; 
 . Defeito na fiação do relé; 
 *. Falta de corrente contínua para comando do disjuntor; 
 . Defeito na fiação do secundário do TC; 
 . Erro nos ajustes do relé; 
 *. Defeito do disjuntor. 
 
 
 . Falhando a proteção principal, como ficará o curto-circuito? 
 . Colocará todos os equipamentos em risco? 
 
 
 
 
* 1. Essas Falhas, apesar de não serem do relé, consideramos como falhas do sistema de 
proteção. 
* 2. Existem muitas outras falhas possíveis, além das listadas. 
 
QUESTIONÁRIO 
 
Fig. 32 
 
 
 
 R2
1 2 R3
R4
3
4
R5
5
13,8 kV
 
 
 
 
01. No sistema acima, para defeitos nos alimentadores, R3, 
 R4 e R5 são proteções_________________________________________________________ 
 e R2 é proteção______________________________________________________________ 
 __________________________________________________________________________ 
 
 
 
02. Para um curto no barramento de 13,8 kV, R2 é a 
 proteção___________________________________________________________________ 
 __________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Proteção de Retaguarda 
Fig. 33 
 
 
 
 
 R2
1 2 R3
R4
3
4
13,8 kV
P 
Fig. 32 
 
Ocorrendo um curto-circuito em P1 e falhando a proteção principal, R3, então a corrente de 
curto-circuito será mantida até que dê o tempo de atuação de R2. O relé R2 atua desligando o 
disjuntor 4, eliminando o curto-circuito. 
Para o esquema acima, o relé R2 é proteção de retaguarda das proteções dos alimentadores. 
 
Notas: 
 
 
1. Sempre que houver a atuação da proteção de retaguarda, haverá alguma perda de seletividade 
 e de rapidez; 
 
2. Sempre que um defeito sensibilizar a proteção principal, a proteção de retaguarda será 
também 
 sensibilizada, mas face ao tempo de atuação, será a principal que atuará, eliminando o defeito. 
 A proteção de retaguarda se rearma; 
 
3. Na figura 32, R2 é retaguarda para curtos nos alimentadores e é proteção principal para 
curtos na barra de 13,8 kV. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 32 
 
06. PROTEÇÃO DE LINHAS 
 
 
 
Relé Direcional de Sobrecorrente 
Filosofia 
 
 
 
 
 
P 1 P2
R 1 R 2 R 3R 4
t1 = 0,6 s t2 = 0,3 s t3 = 0,3 s t4 = 0,6 s
1 2 3 4
 
 
Fig. 34 
 
 
 
 
Para um curto em P1 devem ser desligados os disjuntores 1 e 2. 
Observe que os relés R1 , R2 , R3 e R4 são direcionais de sobrecorrente e, para que atuem, devem 
ocorrer duas condições: 
 
 
a. A corrente ultrapassar o valor de ajuste e, 
 
b. A corrente estar na direcionalidade correta (da barra para a linha). 
 
 
Assim, para um curto em P1, tanto R1 como R2 atuarão por haver direcionalidade e 
sobrecorrente. 
R3 não atuará por não haver direcionalidade 
R4 não atuará devido à coordenação entre R2 e R4, isto é, 
R2 atuará em um tempo menor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Princípio de Funcionamento do Elemento Direcional 
Experiência: 
 
1º) Curto entre A e B: os dois “relés”(wattímetros) “vêem”; 
 
 
2º) Curto à direita de B: o relé A “vê”, o relé B bloqueia ( o defeito foi às suas “costas”); 
 
 
3º) Curto à esquerda de A: o relé B “vê”, o relé A bloqueia. 
 
 
Relé de Distância 
 
 
Introdução 
 
 
Torna-se difícil, e por vezes impossível, conseguirmos coordenação apenas com relés direcionais 
de sobrecorrente quando temos sistema com diversos pontos de interligação e diversas fontes. 
Vimos pelos exemplos que, em sistemas relativamente simples, já era grande o sacrifício do 
tempo. 
 
 
 
 
 
 
Impedâncias Vistas de Pontos Diferentes, Para um Mesmo 
Fig. 35 
 
Curto - (Num Mesmo Ponto) 
 
 
 
 
 
A V (tensão)
Icc
B Curto 
Circuito
Franco
V
Z
I
0,0 
 
 
 
. A tensão no ponto de curto é 0 e aumenta conforme se aproxima da fonte; 
 
 
. A corrente é a mesma ao longo da linha; 
 
 
. Em cada ponto da linha, a impedância será dada por: 
 
 
Zp = V no ponto 
 Icc 
 
. Longo, Zp será máximo próximo à fonte e zero no ponto de curto. 
 
 
 
O Elemento Direcional no Relé de Distância 
Fig. 36 
 
 
 
 
 
 
21 21
1 2
P 2
R 1 R 2 
A B 
3 4
C
R3 R 4
21 21
P1
 
 
 
 
 
R1 - “Só enxerga até B” 
 
R2 - “Só enxerga até A” 
 
R3 - “Só enxerga até C” 
 
R4 - “Só enxerga até B” 
 
 
 
 
Suponhamos um curto em P1: 
 
R1 - Não atua, direcionalidade correta, mas não há 
 subimpedância suficiente; 
 
R2 - Não atua, direcionalidade oposta; 
 
R3 - Atua; 
 
R4 - Atua. 
 
 
Agora, analise você um curto em P2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relé de Mínima Impedância 
 
Fig. 39 
 
 
 
Para que o relé atue, há necessidade de: 
 
 
a. Elevação da corrente Diminuição 
 ⇒ da 
b. Diminuição da tensão Impedância 
 
 
 
Z = V , z = v 
 I I 
 
Nota - Usando o princípio acima, um mesmo relé poderia atuar se estivesse na barra B e não 
atuar se estivesse mais longe do curto, isto é, se estivesse em A. (Fig. 37) 
 
. Como poderíamos usar o relé de mínima impedância para uma proteção eficaz no sistema 
abaixo? 
 
A B C 
1 2 3 4
 
 
Filosofia da Proteção de Distância 
 
Fig. 38 
Fig. 37 
 
 
A B C 
P2 P1
R1 R2 
 
 
 
 
Em princípio, o relé R1 deve “enxergar” apenas faltas na linha AB. Se o ajustarmos conforme a 
figura acima, conforme as características da faltas. o relé poderá não “ver” o curto em P2, ou 
poderá “ver” um curto em P1 . De todo jeito, dois comportamentos indesejáveis. Na realidade, o 
relé é dotado de 4 unidades de mínima impedância, definindo o que chamamos de I zona, II 
zona, III zona e IV zona. 
 
 
 
1 2 3 4 5 6 7
 
 
 
 
Zona I - Ajustada para “ver” 85% da linha, com atuação instantânea; 
 
Zona II - Ajustada para cobrir parte da linha adjacente, temporizada; 
 
Zona III - Tempo maior que da zona II; 
 
Zona IV - Tempo maior que da zona III, não é direcional . 
 
 
 
Esquema Simplificado ( 1 Fase) 
 
 
Fig. 40 
 
 
Fig. 41 
 
 
Contato do Elemento 
Direcional
I II III 
IV 
T I T II T III T IV 
X T 
+
-
 
 
Fig. 42 
 
- I, II, III e IV: contatos dos relés de mínima impedância; 
 
- TI, TII, TIII e TIV: contatos do relé de tempo 
 (TI normalmente já fica fechado); 
 
- X : relé auxiliar para desligamento; 
 
- T: relé de tempo (cronométrico). 
 
 
Vantagens da Proteção de Distância 
 
 
a. Fornece proteção de retaguarda remota; 
 
b. Maior sensibilidade; 
 
c. Maior rapidez na eliminação do defeito; 
 
d. Melhor seletividade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
 
 
 
CAMINHA, A.C. Introdução à proteção dos sistemas elétricos. 
 São Paulo, Edgard Blucher, 1977. 211p. 
 
HOJO,T. & ANHESINI, W.J. Proteção de linhas - Curso PGT. 
 CESP / OPE. 49p. 
 
MAEZONO, P.K., RIBEIRO,L.S. & ISHII,K. Proteção de 
 transformadores - Curso PGT. CESP/OPE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Impressa na ADGGI - Seção de Reprografia 
Ilha Solteira/1997 
 
 
Tiragem = exemplares.