Proteção de Sistemas Elétricos Apostila 2

Prévia do material em texto

AAssssoocciiaaççããoo ddee EEnnssiinnoo ee CCuullttuurraa PPiiooddéécciimmoo 
Departamento de engenharia elétrica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PPRROOTTEEÇÇÃÃOO DDEE 
SSIISSTTEEMMAASS EELLÉÉTTRRIICCOOSS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURSO: ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
PPrrooff.. EElleenniillttoonn TTeeooddoorroo DDoommiinngguueess 
e-mail: elenilton@piodecimo.com.br 
 
 
 
 
Ano – 2003 
ÍNDICE 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
i 
 
ÍNDICE 
 
1 - INTRODUÇÃO DA PROTEÇÃO .................................................................................. 01 
1.1 - FILOSOFIA DA PROTEÇÃO ........................................................................................ 02 
1.1.1 - PROGRAMAS DE GERAÇÃO................................................................................... 02 
1.1.2 - ESQUEMAS DE INTERCONEXÃO .......................................................................... 02 
1.1.3 - CONJUNTO COERENTE DE PROTEÇÕES ............................................................. 02 
1.2 - PROVÁVEIS CAUSAS DE FALHAS OU DEFEITOS NA OPERAÇÃO ................... 03 
1.2.1- ISOLAÇÃO DO AR...................................................................................................... 03 
1.2.2 - ISOLAÇÃO DE MATERIAIS DE ALTA RESISTIVIDADE .................................... 03 
1.3 - PRINCIPAIS GRUPOS DE FALTAS............................................................................. 04 
1.4 - TRATAMENTO ESTATÍSTICO DOS DEFEITOS....................................................... 05 
1.5 – ANÁLISE DA PROTEÇÃO........................................................................................... 06 
1.6 - CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO ................ 07 
1.6.1 - ZONAS DE PROTEÇÃO............................................................................................. 08 
1.7 - CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS DO RELEAMENTO......................................... 09 
1.8 - SUBSISTEMAS DE PROTEÇÃO...................................................................................11 
1.8.1 - RELÉS .......................................................................................................................... 12 
1.8.2 - BANCO DE BATERIAS.............................................................................................. 12 
1.8.3 - DISJUNTOR................................................................................................................. 12 
1.8.4 - REDUTORES DE MEDIDAS (TRANSDUTORES) ................................................. 13 
1.9 - ESQUEMA FUNCIONAL EM CA DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO .................... 14 
1.9 - ESQUEMA FUNCIONAL EM DC DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO .................... 14 
 
 
2 - REDUTORES DE MEDIDAS ......................................................................................... 17 
2.1 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE ......................................................................... 17 
2.1.1 – INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 17 
2.1.2 - FINALIDADES DO TRANSFORMADOR DE CORRENTE (TC) .......................... 18 
2.1.3 - LIGAÇÃO DO TRANSFORMADOR DE CORRENTE............................................. 18 
2.1.4 - SÍMBOLO E MARCA DE POLARIDADE................................................................. 19 
2.1.5 - RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO DO TC (RTC) ............................................... 20 
ÍNDICE 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
ii
 
2.1.6 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE DE ALTA RELUTÂNCIA.......................... 21 
2.1.7 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE DE BAIXA RELUTÂNCIA........................ 22 
2.1.8 - CIRCUITO EQUIVALENTE DO TRANSFORMADOR DE CORRENTE............... 23 
2.1.9 - ERRO DO TRANSFORMADOR DE CORRENTE.................................................... 24 
2.1.10 - FATOR DE SOBRECORRENTE TC (F.S) .............................................................. 25 
2.1.11 - CLASSE DE EXATIDÃO DO TC PELA ASA......................................................... 26 
2.1.12 - CARGA NO SECUNDÁRIO DO TC ........................................................................ 28 
2.1.13 - CLASSE DE EXATIDÃO DO TC PELA ABNT...................................................... 28 
2.1.14 - CLASSE DE EXATIDÃO EQUIVALENTE EM ASA E ABNT ............................. 29 
2.1.15 - DIFERENÇA ENTRE TC DE MEDIÇÃO E PROTEÇÃO....................................... 30 
2.1.16 - FATOR TÉRMICO DE UM TC................................................................................. 32 
2.1.17 - LIMITE TÉRMICO DE UM TC ................................................................................ 32 
2.1.18 - IMPEDÂNCIA DA FIAÇÃO..................................................................................... 33 
2.1.19 - CARGAS TÍPICAS DA MEDIÇÃO.......................................................................... 34 
2.1.20 - CARGAS DOS RELÉS .............................................................................................. 35 
2.1.21 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE EM ABERTO ............................................ 37 
2.2 - TRANSFORMADOR DE POTENCIAL (TP) ............................................................... 43 
2.2.1 - CARGA NOMINAL DO TP ........................................................................................ 44 
2.2.2 - FREQÜÊNCIA NOMINAL ......................................................................................... 44 
2.2.3 - CLASSE DE TENSÃO DE ISOLAMENTO ............................................................... 45 
2.2.4 - POTÊNCIA TÉRMICA DO TP ................................................................................... 45 
2.2.5 - DIFERENÇA ENTRE TRANSFO DE FORÇA E TRANSFO DE POTENCIAL ..45 
2.2.6 - DIVISOR CAPACITIVO DE POTENCIAL................................................................ 45 
2.2.7 - TRANSMISSOR E RECEPTOR “CARRIER” .......................................................... .46 
 
 
3 - PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DOS RELÉS............................................................ 47 
3.1 - DEFINIÇÃO DE RELÉ................................................................................................... 47 
3.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS RELÉS .................................................................................... 47 
3.3 - O RELÉ ELEMENTAR .................................................................................................. 50 
3.4 - QUALIDADES REQUERIDAS DE UM RELÉ. ........................................................... 52 
3.5 - CRITÉRIOS DE EXISTÊNCIA DE FALTA E SEUS EFEITOS................................... 52 
ÍNDICE 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
iii
 
 
4 - RELÉS DE SOBRECORRENTE.................................................................................... 55 
4.1 - RELÉ DE SOBRECORRENTE ...................................................................................... 55 
4.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS RELÉS DE SOBRECORRENTE........................................... 56 
4.3 - RELÉS ELETRO-MECÂNICOS .................................................................................... 57 
4.3.1 - INDUÇÃO ELETROMAGNÉTICA............................................................................ 57 
4.3.2 - AJUSTE DE TEMPO DO RELÉ DE SOBRECORRENTE DE TEMPO 
 INVERSO..................................................................................................................... 64 
4.3.3 - AJUSTE DA CORRENTE DE ATUAÇÃO DO RELÉ DE 
 SOBRECORRENTE DE TEMPO INVERSO............................................................. 68 
4.3.4- RELÉ DE SOBRECORRENTE INSTANTÂNEO...................................................... 71 
4.3.5 - RELÉ DE SOBRECORRENTE TEMPORIZADO...................................................... 72 
4.3.6 - RELÉ DE SOBRECORRENTE TEMPORIZADO 
 COM ELEMENTO INSTANTÂNEO .......................................................................... 72 
4.3.7 - RELÉ DE SOBRECORRENTE DE NEUTRO............................................................ 75 
4.3.8 - TEMPO DE RESTABELECIMENTO DO RELÉ DE SOBRECORRENTE.............. 78 
4.3.9 – RELIGAMENTO ......................................................................................................... 80 
4.3.10 - RELÉ DE RELIGAMENTO ...................................................................................... 81 
4.3.11 - SISTEMA ELÉTRICO RADIAL............................................................................... 83 
4.3.12 - SISTEMA ELÉTRICO EM ANEL RADIAL ............................................................ 84 
4.3.13 - COORDENAÇÃO DE RELÉS DE SOBRECORRENTE......................................... 86 
4.3.14 - TEMPO DE COORDENAÇÃO................................................................................. 86 
4.3.15 - COORDENAÇÃO DE RELÉ DE SOBRECORRENTE DE TEMPO DEFINIDO .. 90 
4.3.16 - COORDENAÇÃO DE RELÉ DE SOBRECORRENTE DE TEMPO 
 DEFINIDO COM ELEMENTO INSTANTÂNEO ................................................... 93 
4.3.17 - COORDENAÇÃO DE RELÉ DE SOBRECORRENTE DE TEMPO 
 INVERSO.................................................................................................................... 95 
4.3.18 - COORDENAÇÃO DE RELÉ DE SOBRECORRENTE DE TEMPO 
 INVERSO COM ELEMENTO INSTANTÂNEO...................................................... 99 
 
 
5 – BIBLIOGRAFIA............................................................................................................ 105 
 
 
Capítulo 1 
 
 
1 - Introdução à proteção 
 
 
 Neste capítulo apresenta-se uma introdução sobre a proteção dos Sistemas Elétricos de 
Potência. 
 
1.1 - FILOSOFIA DA PROTEÇÃO 
 
 Os objetivos de um Sistema Elétrico de Potência são suprir a demanda com qualidade e 
confiabilidade. Para isto deve-se ter: 
 • Tensão constante; 
• Freqüência constante; 
• Continuidade de serviço; 
 
 Em oposição ao intento de garantir economicamente a qualidade e a continuidade do 
serviço e assegurar uma vida razoável às instalações, as concessionárias dos Sistemas de 
Energia E1étrica defrontam-se com as perturbações e anomalias de funcionamento que afetam 
as redes e1étricas e seus órgãos de controle. 
 Se admitirmos, que, na fixação do equipamento global, já foi considerada a previsão de 
crescimento do consumo, três outras preocupações persistem para o concessionário: 
 • Elaboração de programas ótimos de geração; 
 • Constituição de esquemas de interconexão apropriados; 
 • Utilização de um conjunto coerente de proteções; 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
2 
 
1.1.1 - PROGRAMAS DE GERAÇÃO 
 
 Devem realizar o compromisso ótimo entre: 
 a) a utilização mais econômica dos grupos geradores disponíveis; 
 b) a repartição geográfica dos grupos em serviço, evitando as sobrecargas permanentes 
de transformadores e linhas de transmissão, e assegurando, nos principais nós de consumo 
uma produção local suficiente ao atendimento dos usuários prioritários, na hipótese de um 
grave incidente sobre a rede. 
 
1.1.2 - ESQUEMAS DE INTERCONEXÃO 
 
 Mesmo fugindo, por vezes, á condição ideal de realizar da rede em malha, devido a 
razões como a extensão territorial e o custo, deve-se tentar atingir os objetivos seguintes: 
 a) limitação do valor da corrente de curto-circuito entre fases a um valor compatível 
com a salvaguarda do material constitutivo da rede; por exemplo, 40 kA em 380 kV, 30 kA 
em 220 kV, etc.; 
 b) evitar, em caso de incidente, inadmissível transferência de carga sobre as linhas ou 
instalações que permanecerem em serviço, impedindo-se com isso: 
 • Sobreaquecimento; 
 • Funcionamento anárquico das proteções; 
 • Ruptura de sincronismo entre as regiões ou sistemas interligados. 
 
1.1.3 - CONJUNTO COERENTE DE PROTEÇÕES 
 
 Para atenuar os efeitos das perturbações, o sistema de proteção deve: 
 a) assegurar, o melhor possível, a continuidade de alimentação dos usuários; 
 b) salvaguardar o material e as instalações da rede. No cumprimento dessas missões ele 
deve: 
 • Tanto alertar os operadores em caso de perigo não imediato, 
 • Como retirar de serviço a instalação se há, por exemplo, um curto-circuito, que 
arriscaria deteriorar um equipamento ou afetar toda a rede. 
 Verifica-se, assim, que ha necessidade de dispositivos de proteção distintos para: 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
3 
 
 a) as situações anormais de funcionamento, do conjunto, interconectado, ou de 
elementos isolados da rede (perdas de sincronismo, por exemplo); 
 b) os curto-circuitos e os defeitos de isolamento. 
 
1.2 - PROVÁVEIS CAUSAS DE FALHAS OU DEFEITOS NA OPERAÇÃO 
 
 A isolação confina o percurso das correntes e pode ser danificada, tendo como causas 
mais comuns às relacionadas a seguir. 
 
1.2.1 - ISOLAÇÃO DO AR 
 
 •••• Acidentes físicos provocados por: 
 Animais (cobras, pássaros, etc ..) 
 Vegetais (galhos de arvores, etc ..) 
 •••• Redução da resistência por ionização 
 Descargas atmosféricas 
 Fogo (queimadas) 
 
1.2.2 - ISOLAÇÃO DE MATERIAIS DE ALTA RESISTIVIDADE 
 
1.2.2.1 - MATERIAL ORGÂNICO 
 
 •••• Acidentes físicos provocados por: 
 Animais (roedores) 
 •••• Envelhecimento e elevação de temperatura: 
 Sobrecarga 
 •••• Descargas atmosféricas: 
 Sobretensões 
 
1.2.2.2 - PORCELANA E/OU VIDRO (ISOLADORES) 
 
 •••• Umidade; 
 •••• Deposição de sujeira e/ou material condutor; 
 •••• Quebras ou rachaduras de isoladores. 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
4 
 
1.3 - PRINCIPAIS GRUPOS DE FALTAS 
 
 As causas descritas anteriormente e possivelmente outras não citadas podem provocar 
faltas e estão contidas em cinco grupos principais: 
 • Sobrecarga; 
 • Retorno de corrente; 
 • Subtensão; 
 • Sobretensão; 
 • Curto-circuito. 
 
 O curto-circuito é um dos mais comuns dos tipos de faltas e alguns dos seus efeitos 
indesejáveis causados, são citados abaixo: 
 • Redução da margem de estabilidade; 
 • Danos aos equipamentos vizinhos à falta; 
 • Explosões; 
 • Efeito cascata. 
 Pode-se prevenir o Sistema Elétrico de Potência de alguns defeitos tomando-se algumas 
medidas de precaução, como: 
 
 • Manutenção preventiva e operação adequada; 
 • Isolação adequada; 
 • Uso de cabo pára-raios e baixa resistência de pé de torre; 
 • Apropriadas instruções de operação e manutenção; 
 • Coordenação adequada dos pára-raios; 
 • Proteger da ação destruidora de animais, lixo , etc... 
 
 Pode-se diminuir a ação dos defeitos no Sistema Elétrico de Potência através de: 
 • Limitando a magnitude da corrente de curto-circuito (Reatores); 
 • Protegendo elementos dos circuitos mais resistentes; 
 • Isolando com presteza o elemento defeituoso; 
 • Aumentando a estabilidade do sistema; 
 • Analise do funcionamento sistema e estatísticas. 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
5 
 
1.4 - TRATAMENTO ESTATÍSTICO DOS DEFEITOS 
 
 As estatísticas conhecidas nem sempre são completamente coerentes, segundo as 
diversas fontes consultadas. No entanto, algumas informações são particularmente úteis, por 
exemplo, nas fases de planejamento. No entanto,deve-se ter cuidado de lembrar nas análises, 
por exemplo, que a incidência de certos tipos particulares de defeito dependem da localização, 
assim, em lugares extremamente secos, como áreas desérticas, as faltas à terra são mais raras, 
ao passo que em outros locais elas constituem maioria. 
 É fácil verificar-se que para um sistema com boa coleta de dados estatísticos, 
devidamente tratados, pode-se prever um sistema de proteção adequado, dentro de riscos 
razoáveis. 
 A titulo de ilustração alguns resultados da compilação de dados são mostrados a seguir 
nas tabelas a seguir: 
 
Tabela 1.1- Tipos de falta 
 
Tipo da falta % do total 
Fase-terra 83,0 
Fase-fase 9,0 
Dupla fase terra 5,0 
Trifásica terra 1,5 
Trifásica 1,5 
 
Tabela 1.2- Tipos de equipamento 
 
Equipamento % do total 
Linhas aéreas e cabos 70,0 
Transformadores de potência 20,0 
Geradores/ transformadores 6,5 
Mecanismo de chaveamento e barramentos 3,5 
 
 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
6 
 
A Tabela 1.3 Ocorrências de faltas sobre os componentes através de um levantamento 
estatístico ocorrido na Central Electricity Generating Board – Inglaterra 
 
Equipamento Defeito % do total 
Linhas aéreas 31,3 
Proteção 18,7 
Transformadores 13,0 
Cabos 12,0 
Seccionadores 11,7 
Geradores 2,1 
Diversos 2,1 
TC’s e TP’s 1,8 
Equipamento de controle 1,4 
 
 Deve ser notado que a maior ocorrência de defeitos ocorreu nas Linhas de 
transmissão. 
 
 
A Tabela 1.4 - Llevantamento dos tipos de faltas sobre linhas de transmissão fornecido 
pela Boneville Power Association (BPA) e Swedish State Power Boord (1951 – 1975) 
 
Tipo dos defeitos BPA SSPB 
 500KV 400 KV 200 KV 
Fase - Terra 93% 70% 56% 
Fase - Fase 4% 23% 27% 
Fase – Fase - Terra 2% 
Trifásico 1% 
}7% }17% 
 
1.5 - ANALISE DA PROTEÇÃO 
 
Na analise da proteção devem ser levadas em contas as seguintes considerações: 
• Elétricas: características do sistema de potência; 
• Econômicas: custo do equipamento principal versus custo relativo do sistema de 
proteção; 
• Físicas: facilidades de manutenção, distância entre os pontos de ação dos relés, etc. 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
7 
 
1.6 - CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO 
 
Os relés de proteção devem provocar, sem demora, o desligamento total do elemento 
defeituoso. Porém, há dois princípios gerais a serem obedecidos, em seqüência: 
 1. Em nenhum caso a proteção deve dar ordens, se não existe defeito na sua zona de 
controle (desligamentos intempestivos podem ser piores que a falha de atuação); 
 2. Se existe defeito nessa zona, as ordens devem corresponder exatamente àquilo que se 
espera, considerada que seja a forma, intensidade e localização do defeito. 
 Disso resulta que a proteção por meio de re1és, ou o releamento, tem duas funções: 
 
 a) Função principal - que é a de promover uma rápida, retirada de serviço de um 
elemento do sistema, quando esse sofre um curto-circuito, ou quando ele começa a operar de 
modo anormal que possa causar danos ou, de outro modo, interferir com a correta operação do 
resto do sistema. 
 
 b) Função secundária - promovendo a indicação da localização do tipo do defeito, 
visando mais rápida reparação e possibilidade de análise da eficiência e características de 
mitigação da proteção adotada. 
 
 Dentro dessa idéia geral, os chamados princípios fundamentais do releamento 
compreendem (Fig. 1.1 e Fig. 1.2): 
 
 • Releamento primário ou de primeira linha; 
 • Releamento de retaguarda ou de socorro; 
 • Releamento auxiliar. 
 
 a) O releamento primário é aquele em que: uma zona de proteção separada é 
estabelecida ao redor de cada elemento do sistema, com vistas à seletividade, pelo que 
disjuntores são colocados na conexão de cada dois elementos; há uma superposição das zonas, 
em torno dos disjuntores, visando ao socorro em caso, de falha da proteção principal; se isso 
de fato ocorre, obviamente, prejudica-se a seletividade, mas esse é o mal menor. 
 
 b) O releamento de retaguarda, cuja finalidade é a de atuar na manutenção do 
releamento primário ou falha deste, só é usado, por motivos econômicos, para determinados 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
8 
 
elementos do circuito e somente contra curto-circuito. No entanto, sua previsão deve-se a 
probabilidade de ocorrer falhas, seja, na corrente ou tensão fornecida ao re1é; ou na fonte de 
corrente de acionamento do disjuntor; ou no circuito de disparo ou no mecanismo do 
disjuntor; ou no próprio re1é, etc. 
 Nestas condições, é desejável que o releamento de retaguarda seja arranjado 
independentemente das possíveis razões de falha do releamento primário. Uma observação 
importante é que o releamento de retaguarda não substitui uma boa manutenção, ou vice-
versa. 
 
 c) O releamento auxiliar tem função como multiplicador de contatos, sinalizador ou 
temporizador, etc. 
 
1.6.1 - ZONAS DE PROTEÇÃO 
 
A responsabilidade de proteção de uma porção do SEP é definida por uma linha 
pontilhada limite chamado de zona de proteção. 
Usualmente as zonas de proteção são definidas por disjuntores. Em casos especiais o 
sistema abre um disjuntor remoto. 
 
IMPORTANTE: As zonas de proteção se interpõem (Eliminação de pontos cegos). 
 
Exemplo – 01 
 
Fig. 1.1 - Zoneamento da proteção do SEP-1 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
9 
 
Exemplo – 02 
 
 
 
Fig. 1.2 - Zoneamento da proteção do SEP-2 
 
1.7 - CARACTERÍSTICAS FUNCIONAIS DO RELEAMENTO 
 
Sensibilidade, seletividade, velocidade e confiabilidade são termos comumente usados 
para descrever as características funcionais do releamento. 
Por vezes há certas contradições na aplicação conjunta desses termos; assim, por 
exemplo, a velocidade de operação dos relés pode ter que ser controlada devido a razões de 
coordenação com a velocidade de operação de outros relés em cascata, etc. 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
10 
 
a) A velocidade ou rapidez de ação, na ocorrência de um curto-circuito, visa a: 
 • Diminuir a extensão do dano ocorrido (proporcional a RI2 t); 
 • Auxiliar a manutenção da estabilidade das máquinas operando em paralelo; 
 • Melhorar as condições para re-sincronização dos motores; 
 • Assegurar a manutenção de condições normais de operação nas partes sadias do 
sistema; 
 • Diminuir o tempo total de paralização dos consumidores de energia; 
 • Diminuir o tempo total de não liberação de potência, durante a verificação de dano, 
etc. 
 Evidentemente, relés rápidos devem ser associados a disjuntores rápidos, de modo a dar 
tempo de operação total pequeno. De fato, com o aumento da velocidade do releamento, mais 
carga pode ser transportada sobre um sistema, do que resulta economia global aumentada 
(evita-se, ás vezes, a necessidade de duplicar certas linhas: ver Fig. 1.3). 
 
 
 
Fig. 1.3 - Relacionamento da potencia transmitida e velocidade do releamento 
 
b) Por sensibilidade entende-se a capacidade da proteção responder às anormalidades nas 
condições de operação, e aos curto-circuitos para os quais foi projetada. 
 É apreciado por um fator de sensibilidade, da forma: 
 
 
Ipp
(min)IccK = ................................................................................................(1.1) 
 
onde, e por exemplo: 
 
 Icc(min)→ calculada para o curto-circuito franco no extremo mais afastado da seção da 
linha, e sob condição de geração mínima. 
INTRODUÇÃO 
FaculdadePio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
11 
 
 Ipp → Corrente primária de atuação da proteção (valor mínimo da corrente de 
acionamento ou de picape, exigida pelos fabricantes do relé). 
 O valor de K ≥ 1,5 a 2,0, é usual. 
 
c) Define-se por confiabilidade com a probabilidade de um componente, um equipamento ou 
um sistema satisfazer a função prevista, sob dadas circunstâncias. 
 A longa inatividade, seguida de operação em condições difíceis, exige do equipamento 
de proteção simplicidade e robustez, e isso traduz-se em fabricação empregando matéria 
prima adequada com mão-de-obra não só altamente capaz, mas também experimentada. 
 
d) Por seletividade entende-se a propriedade da proteção em reconhecer e selecionar entre 
aquelas condições para as quais uma imediata operação é requerida, e aquelas para as quais 
nenhuma operação ou um retardo de atuação é exigido. 
 
1.8 - SUBSISTEMAS DE PROTEÇÃO 
 
 A seguir, na Fig. 1.4, esta apresentada de modo geral à configuração geral dos 
subsistemas da proteção de um Sistema Elétrico. 
 
 
 
Fig. 1.4 - Subsistemas da proteção 
 
 Os elementos que compõem o esquema da Fig 1.4 tem cada um uma função bem 
especifica. Os elementos são sinoptamente, descritos a seguir: 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
12 
 
1.8.1 - RELÉS 
 
 Relés são elementos lógicos do sistema de proteção. Normalmente respondem a tensão 
(V) e corrente (I) e determinam ou não da abertura de disjuntores. Um re1é é provido de um 
ou mais contatos. Quando o re1é opera, fecha o seu contato, energizando o circuito DC que 
irá comandar a operação de abertura do disjuntor. 
 
1.8.2 - BANCO DE BATERIAS 
 
 Consiste de várias baterias formando uma associação até chegar à tensão nominal de 
operação do circuito de corrente contínua (DC). Esta tensão é geralmente de 115 Volts. O 
circuito de comando de abertura ou fechamento do disjuntor é feito em corrente contínua. Isto 
torna o controle independente das tensões e correntes do sistema e1étrico que estão sofrendo 
constantemente variações e mudança no seu estado. 
 Carregador de Bateria: Consiste de uma ponte retificadora projetada especialmente 
para carregar a bateria do banco. 
 
1.8.3 - DISJUNTOR 
 
 Disjuntor é o dispositivo projetado e especializado em providenciar o fechamento ou 
abertura do circuito em carga ou em curto circuito. Na proteção, o comando do disjuntor é 
feito pelo relé. O re1é supervisiona o circuito e o disjuntor comandado pelo re1é opera 
abrindo ou fechando o circuito. O disjuntor, dependendo do local e da importância do sistema 
e1étrico, pode ter a abertura dos seus contatos feita por ação de mola ou ar comprimido. A sua 
abertura é feita em uma câmara de extinção do arco e1étrico que pode ser de: 
 
 • Ar 
 • Vácuo 
 • Óleo 
 • Gás SF6 
 
Obs: O disjuntor isola o circuito faltoso interrompendo uma corrente de ordem de até 100 kA 
e 800 kV. 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
13 
 
1.8.3.1 - BOBINA DE DISPARO DO DISJUNTOR 
 
 É a bobina projetada adequadamente para que quando, energizada produza com garantia 
o destravamento do dispositivo de liberação da abertura do disjuntor. A liberação do 
destravamento, pode ser de diversos tipos, tais como a produzida por um jogo de engrenagem 
e alavancas que liberam a ação: 
 
 • Da mola; 
 • Da válvula do ar comprimido. 
 
1.8.3.2 - CONTATOS AUXILIARES 
 
 Todo o sistema é provido de um conjunto de contatos, objetivando secundariamente 
outras funções tais como: 
 
 • Sinalização luminosa, mecânica e sonora; 
 • Intertravamento para bloquear outras operações; 
 • Caracterização do estado atual; 
 • Energizar outros dispositivos, tais como chaves magnéticas, re1és auxiliares, relés de 
temporização, etc. 
 • Transferir comandos, etc. 
 
1.8.4 - REDUTORES DE MEDIDAS (TRANSDUTORES) 
 
 Os redutores de medidas tem a finalidade de reduzir fielmente a magnitude do sinal de 
tensão e de corrente. Os redutores de medidas são: 
 
 a) Transformadores de corrente (TCs): destinados a fornecer o sinal de corrente a 
instrumentos de medição, controle e proteção. Padrão secundário do TC: 5 A ou 1 A 
(Europa). 
 b) Transformadores de potencial (TPs): destinados a fornecer o sinal de tensão a 
instrumentos de medição, controle e proteção. Padrão secundário do TP: 67 volts (Fase-
neutro). 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
14 
 
1.9 - ESQUEMA FUNCIONAL EM CA DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO 
 
 Esquema funcional ou esquemático em C.A. de um sistema de proteção, é uma 
representação onde se apresenta somente os circuitos percorridos por corrente alternada 
(C.A.) em representação trifásica. 
 Por exemplo, no caso do esquema da Fig. 1.4, isolando-se apenas o circuito de em C.A., 
obtém-se o circuito trifásico, conforme mostra a Fig. 1.5. 
 
 
Fig. 1.5 - Diagrama funcional em CA 
 
1.10 - ESQUEMA FUNCIONAL EM DC DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO 
 
 Esquema funcional ou esquemático DC, é uma representação do sistema de proteção, 
onde se apresenta somente os circuitos envolvidos por corrente contínua (DC), juntamente 
com os contatos dos relés. 
 Nesta apresentação os barramentos + e -, são sustentados pelo banco de bateria. 
 Nas configurações, as representações dos contatos dos relés seguem a notação como 
indicado a seguir: 
INTRODUÇÃO 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
15 
 
 
 Contato normalmente aberto (NA) com relé desenergizado; 
 
Contato normalmente fechado (NF) com relé desenergizado; 
 
 Deste modo, por exemplo, o esquema funcional em DC da configuração proposta da 
Fig. 1.4 é o da Fig. 1.6. 
 
 
Fig. 1.6 - Diagrama funcional em DC 
 
 
 
 
 
Capítulo 2 
 
 
2 - Redutores de medidas 
 
 
 Neste capítulo apresenta-se os redutores de medidas: transformadores de corrente e 
transformadores de potencial. 
 
2.11 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE 
 
2.11.1 - INTRODUÇÃO 
 
 A proteção de Sistemas E1étricos de Potência é feita pelos relés. Os relés são sensores 
que, estrategicamente colocados no sistema, efetuam a proteção do mesmo. Quando há urna 
perturbação ou defeito no sistema que sensibilize o relé, o mesmo atua, isolando o defeito do 
resto do sistema. 
 Como os níveis de tensões e de correntes em um sistema e1étrico são grandes, os relés 
operam com mais segurança quando energizados por transformadores de tensão e de corrente. 
 Os transformadores de potencial e de corrente são transformadores destinados apenas a 
alimentar os equipamentos de medição, controle e proteção. 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
18 
2.11.2 - FINALIDADES DO TRANSFORMADOR DE CORRENTE (TC) 
 
 Um transformador destinado a reproduzir proporcionalmente em seu circuito secundário 
a corrente de seu circuito primário com sua posição fasorial mantida, conhecida e adequada 
para uso em instrumentos de medição, controle e proteção. 
 Isto é, o transformador de corrente (TC) deve reproduzir, no seu secundário, uma 
corrente que é uma réplica em escala reduzida da corrente do primário do sistema. 
 O transformador de corrente tem basicamente três finalidades, que são: 
 
 • Isolar os equipamentos de medições, controle e re1és do circuito de Alta Tensão. 
 • Fornecer no seu secundário uma corrente proporcional á do primário. 
 • Fornecer no secundário uma corrente de dimensões adequadas para serem usadas 
pelos medidores e pelos re1és. 
 
 Por exemplo, o TC fornece no seu secundário uma corrente nominal de 5A, com o 
objetivo de padronizaros equipamentos de medição e proteção (relés). Na Europa a corrente 
secundária é normalizada em 1A. 
 
2.11.3 - LIGAÇÃO DO TRANSFORMADOR DE CORRENTE 
 
 A bobina primária do TC é ligada em série com a carga, exatamente como está 
apresentado na Fig. 2.1. 
 
 
Fig. 2.1 - Ligação do Transformador de corrente 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
19 
 A corrente de carga passa pela bobina primária do TC. Portanto para que o TC não 
produza queda de tensão e seu consumo de energia seja insignificante, sua bobina primária 
deve ter: 
 
 • Fios grossos, para que sua resistência e1étrica seja bem pequena; 
 • Poucas espiras, para que sua reatância seja a menor possível. 
 
 Note que, como a bobina primária do TC esta em série com a carga, sua corrente varia 
de acordo com a solicitação da mesma. Por isso, o TC deve ser dimensionado para ter bom 
desempenho para um grau bem variado no valor da corrente. Esta corrente varia desde zero 
até a máxima corrente de curto-circuito no local da instalação do TC. 
 Os instrumentos ligados no secundário do TC estão todos em série. 
 
2.11.4 - SÍMBOLO E MARCA DE POLARIDADE: 
 
 Para simplificar evitar o núcleo magnético e os enrolamentos primários e secundários do 
TC, adota-se convencionalmente o símbolo da Fig. 2.2. 
 
 
Fig. 2.2 - Símbolo do TC 
 
 O modo como as bobinas primárias e secundárias estão enroladas no núcleo magnético, 
são simbolicamente expressas pelas marcas de polaridade como indicado na Fig. 2.3. 
 
 
Fig. 2.3 - Marca de polaridade e sentido das correntes 
•
Ip e 
•
Is 
 
REGRA: A: corrente primária 
•
Ip entra pela marca de po1aridade e a corrente 
secundária 
•
Is sai pela marca de polaridade; assim, 
•
Ip e 
•
Is estão em FASE. 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
20 
2.11.5 - RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO DO TC (RTC) 
 
 Dentro da precisão adequada requerida, considera-ser o TC um transformador operando 
dentro das características ideais. Deste modo, vale a Lei similar à Lei de Ohm, aplicada a 
circuitos eletromagnéticos: 
 
φℜ=−
••
Fs Fp (2.1) 
 
Onde: 
•
 Fp → Força magnetomotriz da bobina primária do TC 
 
•
 Fs → Força magnetomotriz da bobina secundária do TC 
 ℜ → Relutância do circuito magnético do TC 
 φ → Fluxo magnético no núcleo do TC 
 
 Desenvolvendo a eq.(2.1), tem-se: 
 
φℜ=−
••
IsNs IpNp (2.2) 
 
Supondo transformador ideal, a sua relutância magnética vale zero (ℜ =0). Então: 
 
 0IsNs IpNp =−
••
 
 
 
••
= IsNs IpNp 
 
 
••
= Ip
Ns
NpIs 
 
 
••
= Ip
Np
Ns
1Is (2.3) 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
21 
Define-se a relação de transformação do TC, como sendo o termo designado pela expressão: 
 
 
Np
NsRTC = (2.4) 
 
 
RTC
 IpIs
•
•
= (2.5) 
 
 Como os equipamentos de proteção são padronizados pa ra 5A, as relações de 
transformação do TC são convencionalmente denotadas por X/5A, como mostra a Fig. 2.4. 
 
 
Fig. 2.4 - Relação de transformação 
5
x
 
 
 Assim pela P-EB-251 da ABNT, as correntes primárias do TC são de: 
 
5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400,500, 600, 800, 
1000, 1200, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000 e 8000 A. 
 
 E pela ASA (American Standard Association) são de: 
 
 10, 15, 25, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1200, 3000 e 4000 A. 
 
2.11.6 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE DE ALTA RELUTÂNCIA 
 
 São transformadores de corrente que tem a bobina primária enrolada sobre o seu núcleo 
magnético. Ver Fig. 2.5. 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
22 
 
 
Fig. 2.5 – TC de alta relutância 
 
 Para melhorar a sensibilidade e qualidade do TC, a sua bobina primária é enrolada sobre 
o seu núcleo magnético. Isto aumenta a sua força magnetomotriz. 
 Pelas normas, o TC de alta relutância de dispersão é conhecido como: 
 
 • Tipo A pela ABNT, norma P-EB-251. A letra A vem da palavra Alta do TC de alta 
relutância de dispersão. 
 • Tipo H pela ASA (American Standard Association). A letra H vem da designação de 
High. 
 
2.11.7 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE DE BAIXA RELUTÂNCIA 
 
 Devido a alta corrente primária, a bitola do cabo (fio) é grande, ficando impraticável 
construtivamente fazer espiras no núcleo magnético do TC. Deste modo, o primário é apenas 
uma barra que transpassa o núcleo do TC. Ver Fig. 2.6. 
 
 
 
Fig. 2.6 – TC de baixa relutância 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
23 
 Este TC é também conhecido como tipo bucha. É o mesmo princípio usado no TC de 
medição tipo alicate. Neste caso, a relação de transformação vale Ns/1. 
 O secundário é enrolado com muitas espiras para produzir o máximo acoplamento 
possível, diminuindo consideravelmente a reatância de dispersão. 
 Pelas normas sua designação é feita por: 
 
 • Tipo B: ABNT - norma P-EB-251, a letra B é abreviatura de Baixa. 
 • Tipo L: ASA, a letra L vem de Low. 
 
2.11.8 - CIRCUITO EQUIVALENTE DO TRANSFORMADOR DE CORRENTE 
 
 Do ponto de vista eletromagnético, o TC é um transformador comum. Portanto o seu 
circuito equivalente é apresentado na Fig. 2.7. 
 
 
 
Fig. 2.7 – Circuito Equivalente do TC 
 
Onde: 
�PZ� Impedância do primário referida ao secundário 
�PI� Corrente no primário 
�SI� Corrente no secundário do TC, isto é, a que passa pela carga (geralmente relés) 
�eI� Corrente de magnetização do núcleo do TC. É a corrente necessária para suprir a 
magnetização do núcleo do TC. 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
24 
�fR Resistência equivalente às perdas no ferro do núcleo do TC. Estas perdas são 
devidas às correntes parasitas e as do laço de histerese no núcleo do TC. 
�mX Reatância equivalente à magnetização do núcleo do TC. Esta é a reatância 
equivalente que produz o mesmo fluxo magnético de núcleo do TC. 
 
 Pela Fig. 2.7 o transformador de corrente real é em termos de circuito equivalente, 
composto por um transformador ideal associado a um circuito. Portanto, o transformador real 
tem o seu circuito e1étrico equivalente representado pelo circuito tracejado mostrado na 
figura acima. 
 
2.11.9 - ERRO DO TRANSFORMADOR DE CORRENTE 
 
 As correntes verdadeiras do primário e secundário do TC são as apresentadas na 
Fig. 2.7. A corrente que passa pela carga (equipamentos e re1é conectados no secundário do 
TC), é a corrente sI� da Fig. 2.7. 
 Portanto, aplicando a Lei de Kirchhoff do nó na Fig. 2.7, obtém-se a expressão: 
 
 eIIs
RTC
 Ip
�+=
•
•
 (2.6) 
 
 eI
RTC
 IpIs �−=
•
•
 (2.7) 
 
 Deste modoeI� , é a corrente responsável pelo erro causado pelo TC. Ou seja, erro de 
relação e ângulo de fase. O TC para proteção deve mandar ao seu secundário uma corrente sI� 
com bastante fidelidade, principalmente durante os curtos-circuitos. 
 Os re1és de sobrecorrente devem atuar adequadamente para correntes de curtos-
circuitos. Não há necessidade de obter precisão absoluta na corrente secundária sI� do re1é, 
mas apenas ter um valor aproximado de sua grandeza. 
 A proteção atua para correntes de curto-circuito elevadas e estas podem levar à 
saturação o núcleo magnético do TC. A curva de magnetização do TC é apresentada na Fig. 
2.8. 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
25 
 
Fig. 2.8 – Curva de magnetização do núcleo do TC: 
 
 Na operação normal do sistema a corrente de carga é pequena, e o fluxo magnético do 
núcleo do Transformador de Corrente opera com valor pequeno, dentro da região linear da 
curva de magnetização. Neste caso, o erro do TC é pequeno, compatível com os equipamentos 
de medição do sistema. 
 Durante o defeito, isto é, durante o período onde a corrente de curto-circuito e alta, a 
preocupação não é fazer medições, mas sim, fazer a proteção atuar adequadamente o mais 
rápido possível dentro das limitações operativas e de coordenação. Portanto, neste caso, o 
importante é a rapidez e não a precisão. Usa-se na proteção durante os curtos-circuitos erros 
de 2,5% ou 10% nas correntes secundários do TC. 
Admite-se uma corrente máxima de curto- circuito, de modo que o fluxo magnético 
fique 2,5 ou 10 % dentro da região não linear da curva de magnetização do TC. Este limite é 
definido no item seguinte. 
 
2.11.10 - FATOR DE SOBRECORRENTE TC (F.S) 
 
 O fator de sobrecorrente (F.S.) do TC é definido pela relação da máxima corrente de 
curto-circuito que pode passar pelo primário do TC e a sua corrente primária nominal, para 
que o erro de sua classe seja mantido. 
 
 
 Ip
Ip
.S.F
TC NOMINAL
CIRCUITO- CURTO MÁX
= (2.8) 
 
 Os erros do Transformador de Corrente para proteção são 2,5% ou de 10%. O valor 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
26 
mais comumente utilizado é o de 10%. 
 Os valores máximos das correntes de curto-circuito que podem passar pelo primário do 
TC para que o seu erro seja mantido é padronizado de acordo com as normas do país ao qual o 
sistema e1étrico pertence. Os valores do fator de sobrecorrente (F.S.), padronizados são: 
 
 • Pela ASA � F.S. = 20 
 • Pela ABNT � F.S. = 5, 10, 15 e 20 
 
 Por exemplo, um TC com relação de Transformação de 600/5, só pode ser usado em um 
sistema e1étrico, se a máxima corrente de curto-circuito no local da instalação do TC não 
ultrapassar o valor de: 
 
 12kA60020Ip CIRCUITO- CURTO MÁX =×= 
 
 Isto significa que para corrente de curto-circuito menor que 12 kA o erro que o TC 
envia ao seu secundário é menor ou igual que 10%. 
 Construtivamente, o F.S. produz uma limitação no TC quanto ao seu erro produzido 
pela não linearidade da curva de magnetização do núcleo. Esta limitação é dada pela 
expressão 2.9: 
 
 TC DO NOMINAL CIRCUITO- CURTO Ip .S.FI ×≤ (2.9) 
 
 A limitação acima é a garantia do TC de não ultrapassar o seu erro de sua classe de 
exatidão. Os erros do TC são expressos por classe de exatidão definidos de varias maneiras de 
acordo com a norma empregada. 
 
2.11.11 - CLASSE DE EXATIDÃO DO TC PELA ASA 
 
 Pela ASA, define-se o erro do TC, pela limitação da máxima tensão que pode aparecer 
no secundário do TC no instante da máxima corrente de curto-circuito, de acordo com o seu 
fator de sobrecorrente. Ou seja, é a máxima tensão no secundário do TC para uma corrente no 
primário de NOMINALIp 20 × para que o erro não ultrapasse 2,5 ou 10%. A Fig. 2.9 mostra os 
termos desta classe de exatidão do TC. 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
27 
 
Fig. 2.9 - Classe de exatidão do TC pela ASA 
 
 Note pela Fig. 2.9 que quando o curto-circuito no primário for 20X, no secundário do 
TC a corrente é de 20 x 5=100A. Portanto no secundário do TC a corrente não pode 
ultrapassar 100 A, sob pena de exceder o erro de sua classe de exatidão. 
 Pela ASA, as combinações possíveis das classes de exatidão dos TC são dadas pela 
expressão abaixo. 
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
800
400
200
100
50
20
10
 
H
L
 
10
5,2
 (2.10) 
Por exemplo um TC-Classe 10H400 é um TC de alta relutância, tal que quando 
ocorrer um curto-circuito cuja corrente secundária for 20 x 5A=100A, no máximo poderá ter 
no secundário 400 Volts, para que o erro devido a saturação do núcleo não ultrapasse 10%. 
Ver Fig. 2.10. 
 
 
Fig. 2.10 – TC classe 10 H 400 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
28 
2.11.12 - CARGA NO SECUNDÁRIO DO TC 
 
 É a máxima carga que se pode conectar no secundário do TC, de modo a não ultrapassar 
a máxima tensão dada pela sua classe de exatidão. 
 A carga deve ser limitada pela eq.(2.9) e também pela máxima tensão de sua classe de 
exatidão. 
 A carga no secundário do TC de acordo com a Fig. (2.9) é dada pela expressão: 
 
 SaargCMÁX IZV ∗= �� (2.11) 
 
2.11.13 - CLASSE DE EXATIDÃO DO TC PELA ABNT 
 
 A ABNT define a classe de exatidão do TC, como sendo a máxima potencia 
aparente (VA) consumida pela carga conectada no secundário para uma corrente nominal no 
secundário de 5A. Ver Fig. 2.11. 
 
 
Fig. 2.11 - Classe de exatidão do TC pela ABNT 
 
 Ou seja, é a máxima potência aparente (VA) que se pode conectar em regime 
permanente no secundário do TC, para que durante o máximo curto-circuito limitado pelo seu 
fator de sobrecarga, o seu erro não ultrapasse o da sua classe de exatidão. 
 As combinações possíveis da classe de exatidão do TC pela ABNT, são dadas pela 
expressão (2.12). 
 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
29 
 { } { }
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
800
400
200
100
50
25
5,12
 C 
20
15
10
5
 F 
10
2,5
 
B
A
 (2.12) 
 
 POR EXEMPLO, A NOMENCLATURA DO TC - CLASSE A10F20C50, É 
EXPLICITAMENTE COMO SEGUE: 
 
 A � TC Alta Relutância; 
 10 � Erro admissível da sua classe de exatidão (10%); 
 F � Fator de sobrecorrente; 
 20 � 20*IN = 20*5 = 100 A no secundário; 
 C � Carga no secundário do TC em VA definido para a IN = 5A do TC; 
 50 � 50VA, carga do TC para uma IN = 5A do TC. 
 
 Examinando a Fig. (2.11) pode-se explicitar diversas combinações expressas pela 
eq.(2.13). 
 
 SS
2
SCARGACARGA IVIZS ∗=∗= (2.13) 
 CARGA
2
CARGACARGA Z255ZS ∗=∗= (2.14) 
 
2.11.14 - CLASSE DE EXATIDÃO EQUIVALENTE EM ASA E ABNT 
 
 Pode se analisar as equivalênciaspela Fig. 2.12. 
 
 
Fig. 2.12 – Equivalência entre ASA e ABNT 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
30 
 Pela ASA tem se a eq.(2.15): 
 
 100ZV CARGAMÁX ∗= (2.15) 
 
 
100
V
Z MÁXCARGA = (2.16) 
 
 Pela ABNT tem se a eq.(2.17): 
 
 
2
CARGACARGA 5ZS ∗= (2.17) 
 
 CARGACARGA Z25S ∗= (2.18) 
 
 Substituindo a eq.(2.16) na eq.(2.18), tem-se: 
 
 
100
V
25S MÁXCARGA = (2.19) 
 
 CARGAMÁX S*4V = (2.20) 
 
 Note-se que, MÁXV foi definido para A100IS = e CARGAS para A5IS = . A eq.(2.20), 
faz a equivalência de TC classe de exatidão ASA para ABNT e vice-versa. A equivalência só 
é compatível se estiver dentro das combinações possíveis dadas pelas eqs.(2.10 e 2.12). 
 
2.11.15 - DIFERENÇA ENTRE TC DE MEDIÇÃO E PROTEÇÃO 
 
 Os TC's de medição devem manter o seu erro de sua classe de exatidão para correntes 
de carga na faixa indicada pela expressão abaixo: 
 
 TC NOMINALCARGANOMINAL I I I1,0 ≤≤∗ (2.21) 
 
 Suas classes mais usuais são de 0,3; 0,6 e 1,1%. 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
31 
 Isto é, os TC's de medição devem manter sua precisão para correntes de carga nominal. 
Já os TC's de proteção devem ser precisos até o seu erro aceitável para corrente de curto-
circuito de 20 x IN. Portanto o núcleo magnético do TC de proteção deve ter seção transversal 
grande, para não saturar no instante do curto circuito. 
 Os núcleos magnéticos dos TC's de medição são de seção menor que os de proteção, 
para propositadamente saturarem durante o curto-circuito. Isto é benigno, porque a saturação 
limita o valor da sobretensão aplicada nos equipamentos de medição. 
 Portanto, a saturação é uma proteção evitando a perfuração por tensão da isolação dos 
TC's de medição. 
 Então, para o TC poder complementar estas duas características, o braço do núcleo 
magnético da bobina secundária de medição deve ser fino, e o braço da bobina de proteção 
deve ser grosso. Para atender esse propósito, pode-se: 
 
 • Usar dois TC's, um para medição e outro para a proteção, ou 
 • Usar Um TC com 3 enrolamentos, com braço de medição fino e o braço do 
enrolamento de proteção grosso, exatamente como está na Fig. 2.13. 
 
 
 
 
Fig. 2.13 – TC com 3 enrolamentos 
 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
32 
2.11.16 - FATOR TÉRMICO DE UM TC 
 
 Definido como sendo a relação entre a máxima corrente primária admissível em regime 
permanente e a sua corrente nominal 
 
 
 Ip 
Ip
.T.F
 NOMINAL
 MÁX
= (2.22) 
 
 Valores usuais do transformador de corrente são: 1,0; 1,3; 1,5; e 2,0. 
 Um transformador de corrente pode operar carregado plenamente e permanentemente 
até o limite térmico sem prejuízo no desempenho, vida útil e nível de isolação. 
 
2.11.17 - LIMITE TÉRMICO DE UM TC 
 
Limite Térmico (L.T.) é a máxima corrente de curto circuito simétrica que o transformador de 
corrente pode suportar durante o tempo de 1s com o secundário em curto. Ver Fig. 2.14. 
 
 
 
Fig. 2.14 – Ensaio do Limite Térmico do TC 
 
 Esta limitação é causada pela máxima limitação de temperatura dada pela sua Classe de 
Isolação. Neste ensaio, durante o curto, os esforços eletromecânicos e de aquecimento não 
deverão de nenhum modo comprometer a integridade do TC. 
 Se a proteção juntamente com o disjuntor demorar um tempo maior que 1s para 
eliminar o curto-circuito, a sua corrente limite fica determinada pela eq.(2.23): 
 
 θ=∗ DEFEITOCURTO2 TI (2.23) 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
33 
 Onde: 
 
 DEFEITOT � tempo de abertura do disjuntor; 
 CURTOI � Corrente limite de curto-circuito que persiste durante o tempo defeitoT ; 
 θ � Constante que depende das características construtivas. 
 
2.11.18 - IMPEDÂNCIA DA FIAÇÃO 
 
 Os TC´s estão instalados na subestação e os equipamentos de medição, controle e relés 
estão na sala de operação, como mostra a Fig. 2.15. 
 
 
Fig. 2.15 – Instalação dos TC´s e relés 
 
 Como a distância do Transformador de Corrente aos equipamentos da sala de proteção é 
grande, deve-se considerar a carga adicional da fiação no carregamento do TC. 
 Portanto a impedância dos fios de cobres é dada por: 
 
 [ ]Ωρ=
COBRE
cobreFIAÇÃO S
Z � (2.24) 
 
 Onde: 
 
 � � Comprimento total da fiação de cobre (m); 
 COBRES � Seção da fiação de cobre (mm2); 
 
m
mm
82,58
1 2
COBRE
Ω
=ρ � Resistividade do cobre. 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
34 
 Carga total conectada no secundário do TC é dada pela eq.(2.25). 
 
 	+ρ= RELÉS
COBRE
cobreTC DO CARGA Z S
Z � (2.25) 
 
 A fiação que interliga os TC's aos equipamentos na sala de operação percorre um 
caminho longo, passando e compartilhando os mesmos dutos e canaletas com fiações de 
outros circuitos. Deste modo, a fiação dos TC's sofre várias perturbações e efeitos assim 
discriminados: 
 
 • Resistência e reatância considerável devido ao seu comprimento; 
 • Aquecimento proveniente dos outros circuitos; 
 • Acoplamento com outros circuitos, canalizando transitórios, harmônicos, induções e 
quaisquer outras perturbações; 
 
 Estes elementos acima podem interferir no desempenho do re1é, comprometendo a 
qualidade da proteção. 
 Atualmente, para atenuar o problema acima referido, utiliza-se de acordo com a 
tendência tecnológica mundial, o "Sistema de Proteção Distribuído". Ou seja, os re1é e outros 
equipamentos de proteção devem estar localizados fisicamente próximos aos TC's e TP's que 
os alimentam. Para a sala de comando da subestação, vão apenas os dados dos estados dos 
relés, através de um sistemas de fibras óticas. Esta situação é mais imperativa em subestações 
de EAT (Extra Alta Tensão), principalmente no que se refere as induções eletromagnéticas 
 
2.11.19 - CARGAS TÍPICAS DA MEDIÇÃO 
 
 Algumas cargas típicas dos aparelhos de medição são apresentadas na tabela 2.1. As 
potências estão de acordo com a ABNT, isto é, quando passam 5A no secundário do TC e nos 
aparelhos de medição. 
 
 
 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
35 
Tabela 2.1 – Cargas típicas dos aparelhos de medição da G.E. (General Eletric) 
para 5A no secundário do TC 
 
TIPO Imped. 
Z (ohms) 
Resist. 
R (ohms) 
Indut. 
L(mH) 
VA W VAR cos φφφφ 
AmperímetrosCD-3, CD-4, 
CD-27, CD-28 
 
AB-10, AB-12, 
AB-13 
 
AH-11 
 
0,515 
 
 
0,116 
 
0,090 
 
0,140 
 
 
0,055 
 
0,085 
 
1,310 
 
 
270 
 
92 
 
12,8 
 
 
2,9 
 
2,3 
 
3,5 
 
 
1,4 
 
2,1 
 
12,3 
 
 
2,5 
 
0,9 
 
0,27 
 
 
0,48 
 
0,92 
Wattímetros 
AB-10, AB-12, 
AB-13 
 
AB-15, AB-16, 
AB-18 
 
P-3 
 
0,102 
 
 
0,063 
 
0,160 
 
0,023 
 
 
0,019 
 
0,145 
 
260 
 
 
160 
 
150 
 
2,5 
 
 
1,6 
 
4,0 
 
0,6 
 
 
0,5 
 
3,6 
 
2,5 
 
 
1,5 
 
1,5 
 
0,22 
 
 
0,30 
 
0,92 
Medidores de watt-hora 
I-30 
V-65 
IB-10 
0,106 
0,007 
0,042 
0,052 
0,005 
0,030 
245 
13 
80 
2,60 
0,17 
1,10 
1,30 
0,12 
0,80 
2,30 
0,12 
0,80 
0,50 
0,69 
0,70 
Fasímetros 
AB-10, AB-12, 
AB13 
 
P-3 
 
0,144 
 
0,100 
 
0,100 
 
0,090 
 
260 
 
110 
 
3,6 
 
2,5 
 
2,6 
 
2,2 
 
2,5 
 
1,0 
 
0,72 
 
0,90 
 
2.11.20 - CARGAS DOS RELÉS 
 
 Os relés são os principais elementos da proteção. Estes representam uma carga 
considerável no carregamento do TC. Eles estão assim distribuídos: 
 
 • Relés de carga fixa: São os re1és em que o ajuste não é feito através de derivações da 
sua bobina magnetizante. Sua impedância conectada no secundário do TC é fixa, isto é, não 
varia com a mudança no ajuste do re1é. 
 Estes relés são do tipo armadura atraída, na qual o ajuste pode ser feito do seguinte 
modo: 
 - Mudança no entreferro do seu circuito magnético; 
 - Tracionamento na mola de braço móvel do relé. 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
36 
 • Relés de carga variável: são os relés em que o ajuste é feito, pela mudança do Tap na 
sua bobina de magnetização. O estudo e análise destes re1és será visto adiante. Como a 
impedância do re1é depende do Tap escolhido e para facilitar a obtenção deste valor, o 
fabricante publica sempre a maior impedância do re1é correspondente ao menor Tap. Os 
valores da impedância do re1é correspondentes ao menor Tap, são apresentados na tabela 2.2. 
 
Tabela 2.2 – Cargas dos relés 
 
Modelo do Relé Faixa der Tap´s (A) Imped. do menor Tap (ΩΩΩΩ) 
IAC51A101A 4 – 16 0,35 
IAC51A2A 1,5 - 6 2,40 
IAC51A3A 0,5 – 2 22,0 
IAC51B101A 4 – 16 0,38 
IAC51B2A 1,5 - 6 2,43 
IAC51B3A 0,5 - 2 22,2 
IAC51B22A 0,5 - 2 23,0 
IAC52B3A 0,5 - 2 22,2 
IAC52B101A 4 – 16 0,38 
IAC53101A 4 – 16 0,12 
IAC53B33A 1,5 - 6 4,62 
IAC53B3A 0,5 - 2 4,19 
IAC53B35A 0,5 - 2 16,8 
IAC53B32A 0,1 – 0,4 107,5 
IAC55B18A 0,5 - 2 54,2 
IAC53B3A 0,5 - 2 54,4 
IAC77A3A 0,5 - 2 1,60 
IAC77A2A 1,5 - 6 0,20 
CO2 0,5 - 2 19,2 
CO2 2 - 6 1,26 
CO2 4 – 12 0,30 
CO5 0,5 - 2 15,68 
CO5 2 - 6 0,97 
CO8 0,5 - 2 9,52 
CO8 2 - 6 0,60 
CO8 4 – 12 0,15 
CO9 0,5 - 2 9,52 
CO9 2 - 6 0,60 
CO9 4 – 12 0,15 
CO11 0,5 - 2 2,88 
CO11 2 - 6 0,18 
CO11 4 – 12 0,05 
ICM2 0,5 - 2 16,4 
CM2 4 – 16 0,25 
 
 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
37 
 O menor Tap representa a maior impedância do re1é. Em outro Tap a impedância 
diminui, tendo o seu menor valor no Tap máximo. Se foi utilizado o menor Tap do re1é no 
cálculo do carregamento do TC, o mesmo está bem dimensionado em relação a sua classe de 
exatidão. Qualquer mudança de Tap do re1é corresponde a um alivio de carga do TC. 
 A potência aparente do re1é relativa ao seu Tap é sempre a mesma. Está afirmativa só 
será esclarecida mais adiante. 
 Para achar a impedância do re1é, correspondente a outro Tap, basta usar a equação de 
equivalência da potência aparente. A equivalência é feita pela eq.(2.26). 
 
 )(I Z)(I Z 2MÍN TAPMÍN TAP2TAPTAP = (2.26) 
 
Onde: 
 
 MIN TAPZ � Impedância do Tap de menor corrente; 
 MIN TAPI � Corrente do menor do Tap; 
 
 TAPZ � Impedância do novo Tap; 
 
 TAPI � Corrente do novo Tap; 
 
 Na proteção por re1és, é praxe confundir o termo Tap como corrente de Tap ou corrente 
de ajuste do re1é. Deste modo a eq.(2.26) fica sendo a eq.(2.27). 
 
 
I
I
 Z Z
2
TAP
MÍN TAP
MÍN TAPTAP 
�
�
�
�
= (2.28) 
 
 
2.11.21 - TRANSFORMADOR DE CORRENTE EM ABERTO 
 
 Para verificar o comportamento do TC com o secundário aberto, vamos fazer a seguinte 
análise obtida da operação em regime permanente do TC e Transformadores de Potencial 
(TP), como mostra a Fig. 2.16. 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
38 
 
Fig. 2.16 - TC e TP em operação normal 
 
 A equação que rege o comportamento do TC e do TP é idêntica. Este comportamento é 
de acordo, com a eq.(2.29), que está novamente reescrita abaixo: 
 
φℜ=−
••
Fs Fp (2.29) 
 
Onde: 
 
•
 F → Força magnetomotriz na respectiva bobina; 
 ℜ → Relutância do circuito magnético do TC; 
 φ → Fluxo magnético no núcleo do TC; 
 
Logo: 
 
 φℜ=−
••
IsNs IpNp (2.30) 
 
 A força magnetomotriz de ação (
••
= IpNp Fp ) sofre reação da força magnetomotriz 
(
••
= IsNs Fs ), cuja diferença, isto é, a resultante é contra balanceada pelo φℜ . O diagrama 
fasorial que expressa a eq.(2.30), está na Fig. 2.17. 
 
 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
39 
 
 
Fig. 2.17 - Diagrama fasorial do TC e TP 
 
 O φℜ do TC e TP é na verdade bem pequeno, apenas o necessário e suficiente para 
contra balancear a força magnetomotriz resultante dentre, do núcleo magnético. 
 Utilizando a eq.(2.30) no circuito eletromagnético do TP, da Fig. 2.17, tem-se: 
 
 φℜ=−
••
)TP(IsNs )TP(IpNp (2.31) 
 
 Abrindo o secundário do TP da Fig. 2.16, a corrente secundária é zero (Is=0). Levando 
este valor na eq.(2.31), tem-se: 
 
 φℜ=−
•
0 . Ns )TP(IpNp 
 φℜ=
•
 )TP(IpNp (2.32) 
 
 Na eq.(2.32), o termo φℜ permanece praticamente com o mesmo valor indicado na 
Fig. 2.17. Ou seja, a Ip(TP) diminui rapidamente, adaptando-se ao novo valor 
φℜ=
•
 )TP(IpNp . Ver diagrama fasorial da Fig. 2.18. 
 
 
Fig. 2.18 - Diagrama fasorial do TP com secundário em aberto 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
40 
 Isto acontece porque o TP está conectado em paralelo com a carga. No TP com carga no 
seu secundário ou com o seu secundário aberto, a sua tensão primária permanece fixa 
(constante). 
 Obs: A explicação é a mesma para o TP ou para o transformador de força. 
 
2.11.21.1 - ABRINDO O SECUNDÁRIO DO TC 
 
 No TC é a carga do circuito que impõe a Icarga que passa pelo primário do TC. Com o 
TC funcionando normalmente com carga, ou com o seu secundário em curto-circuito, vale a 
equação geral (2.30), cujo diagrama fasorial é o da Fig. 2.16. A equação geral aplicada ao TC 
fica: 
 
 φℜ=−
••
)TC(IsNs)TC(pINp (2.33)Onde: 
 
 aargcI)TC(pI �� = (2.34) 
 
 Quando o secundário abre, 0)TC(sI =� , e a eq.(2.33) fica: 
 
 φℜ=−
•
0 . Ns)TC(pINp 
 
 φℜ=
•
aargcI Np (2.35) 
 
 Note que neste caso o termo aargcI Np
•
 fica fixo (constante), porque a carga no 
circuito não mudou. Assim o valor φ′ℜ′ aumenta para ficar com o mesmo valor. Ver 
diagrama fasorial na Fig. 2.19 . 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
41 
 
 
Fig. 2.19 - Diagrama fasorial do TC com secundário em aberto 
 
 Assim o fluxo magnético ( φ′ ) dentro do núcleo é enorme, entrando na região de 
saturação do TC, provocando distorção na sua forma de onda de fluxo. 
 A relutância ( ℜ ) também muda, porque ela dependa da permeabilidade do material do 
núcleo, como indica a eq.(2.36). 
 
 
A µ
=ℜ � (2.36) 
 
 � → Comprimento médio do núcleo do material ferromagnético do TC; 
 A →Área da secção transversal do núcleo do TC. 
 µ → Permeabilidade do material ferromagnético do TC. 
 
Neste caso, a permeabilidade ( µ ) é obtida na região de saturação do núcleo do TC. Ver Fig. 
2.20. 
 
 
Fig. 2.20 - Saturação do núcleo do TC 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
42 
 Neste caso, a permeabilidade ( µ ) é obtida na região de saturação com um valor muito 
pequeno, fazendo aumentar o valor da relutância ( ℜ ). Deste modo o fluxo magnético φ′ 
cresce para satisfazer a expressão (2.35). 
 O fluxo magnético )t(φ , a corrente primaria Ip(t) e a tensão es(t) induzida no secundário 
do TC estão na Fig. 2.21 . 
 
 
Fig. 2.21 - Diagrama de ondas de )t(φ , Ip(t) e es(t) do TC 
 
 Este excessivo aumento do fluxo magnético no núcleo do TC, causa os seguintes 
efeitos: 
 a) Excessivas perdas por histerese e correntes parasitas no núcleo do TC, aquecendo-o 
rapidamente e queimando o TC; 
 b) Produção de elevadas tensões no terminal secundário do TC perfurando sua isolação 
e produzindo elevados riscos no sistema e na segurança humana. 
 
 A tensão induzida no secundário do TC depende da taxa de variação do fluxo magnético 
concatenado. Seu valor é obtido pela eq.(2.37). 
 
 
dt
)t(dNs)t(es
Φ
= (2.37) 
 
 Pela Fig. 2.21, verifica-se que o fluxo magnético devido a saturação não é senoidal, 
produzindo deste modo uma onda de tensão es(t) distorcida. No ponto de alternância, a 
variação do fluxo magnético )t(φ é grande, produzido tensões elevadas no secundário do TC. 
Estas tensões induzidas geralmente são maiores que o nível de isolamento do TC, perfurando-
o. 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
43 
2.12 - TRANSFORMADOR DE POTENCIAL (TP) 
 
 É um transformador destinado apenas a transmitir o sinal de tensão a instrumentos de 
medição, controle e proteção. 
 O TP deve reproduzir no seu secundário uma tensão com o menor erro possível. A 
tensão no secundário do TP deverá ser urna réplica da tensão na linha do sistema elétrico. 
 Os TP's são unidades monofásicas. Seus agrupamentos podem produzir as mais diversas 
configurações. Uma configuração bastante utilizada é da Fig. 2.22. 
 
 
 
Fig. 2.22 - TP´s ligados em Y-Y 
 
 A Alta Tensão (AT) será a tensão nominal do barramento da linha de transmissão ou 
outro alimentador no qual o TP está conectado. Já a rede 3φ, formada pelas saídas secundárias 
do TP, são geralmente normalizadas na tensão de 115 Volts. 
 O cálculo da relação de transformação do TP (RTP) do esquema da Fig. 2.22 é dado 
por: 
 
neutro-fase de nominal Vs
neutro-fase de nominal Vp
Ns
NpRTP == (2.38) 
 
onde: 
 
 Vp - Tensão nominal do barramento; 
 Vs – Geralmente normalizadas na tensão de 115V; 
 Np – Número de espiras do enrolamento primário; 
 Vs – Número de espiras do enrolamento secundário. 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
44 
2.12.1 - CARGA NOMINAL DO TP 
 
 Carga nominal do TP é definida como sendo a máxima potencia aparente em VA que se 
pode conectar no seu secundário, para que o TP não ultrapasse o erro de relação de sua classe 
de exatidão. 
 A soma das potências aparentes em VA solicitadas pelos diversos instrumentos ligados 
em paralelo ao secundário do TP, não deve ultrapassar a carga nominal de placa do TP, sob 
pena de exceder o erro admissível de sua classe de exatidão. 
 As classes de exatidão para os TP's são: 0,3; 0,6 e 1,2%. 
 As classes 0,3 e 0,6% destinam-se a aparelhos de medição e faturamento. 
 A classe 1,2%, é usada para proteção. 
 A tabela 2.3 dá as cargas nominais (de placa) mais comuns de TP, pela ABNT e ASA. 
 
Tabela 2.3 – Cargas nominais dos TP´s 
 
ABNT ASA Carga Nominal em VA do TP 
P 12,5 W 12,5 
P 25 X 25 
P 50 - 50 
- Y 75 
P 100 - 100 
P 200 Z 200 
P 400 ZZ 400 
- ZZZ 800 
 
 
 Os instrumentos alimentados pelo TP são de altíssima impedância e baixa corrente. 
Portanto, é baixo o consumo em VA. 
 O consumo do equipamento, conectado em paralelo no secundário do TP, é pequeno. 
Esta limitação de consumo se deve ao erro admissível e não a queima do TP. 
 
2.12.2 - FREQÜÊNCIA NOMINAL 
 
 Os TP’s são fabricados para 50 e/ou 60 Hz 
 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
45 
2.12.3 - CLASSE DE TENSÃO DE ISOLAMENTO 
 
 A seleção da classe de tensão de isolamento de um TP depende da máxima tensão de 
linha do circuito ao qual será ligado. 
 
2.12.4 - POTÊNCIA TÉRMICA DO TP 
 
 É a máxima potência aparente que o TP pode fornecer em regime permanente, sob 
tensão e freqüência nominais, sem exceder os limites de elevação de temperatura especificado 
pela sua isolação. Por exemplo, a Potência Térmica comum de TP é de 3000 VA. 
 Este dado só é útil quando se utiliza o TP para serviços rápidos de emergência, tais 
como iluminação, furadeiras, esmerilhos, pequenos motores, carregadores de bateria, 
alimentação de rádios transmissores, etc. 
 Ou então, quando o TP não está sendo utilizado na medição, proteção ou controle e o 
mesmo está operando como um precário transformador de forca com limitação na sua 
potência, porque construtivamente objetivou-se a conversão fiel do sinal de tensão. 
 Em principio, a potencia térmica nominal não deve ser inferior a 1,33 vezes a carga 
mais alta referente á exatidão do TP. 
 
2.12.5 - DIFERENÇA FUNDAMENTAL ENTRE TRANSFORMADORES DE FORÇA 
E TRANSFORMADOR DE POTENCIAL 
 
 O que limita a máxima potência que se pode transferir por um transformador de força é 
o seu aquecimento, que é fixado pela classe isolação do material empregado na sua 
fabricação. Colocando ventiladores no radiador pode-se aumentar a capacidade de 
transmissão de potência pelo transformador. 
 Já no TP o que limita a sua máxima potência é o seu erro de transformação dado pela 
sua classe de exatidão. 
 
2.12.6 - DIVISOR CAPACITIVO DE POTENCIAL 
 
 No sistema E1étrico com tensões elevadas, a utilização do TP eletromagnético fica 
construtivamente proibitivo devido a classe de isolação, que torna o TP muito grande e 
pesado. 
REDUTORES DE MEDIDAS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
46 
 Em linhas de transmissão comtensão de até 69 kV, o TP comum eletromagnético pode 
ser utilizado. Com o aumento do nível da tensão já compensa usar um dispositivo auxiliar. 
 Este dispositivo auxiliar é o Divisor Capacitivo de Potencial (DCP'S), como mostra a 
Fig. 2.23. 
 
Fig. 2.23 - DCP´s e TP eletromagnético 
 
 O Divisor Capacitivo de Potencial (DCP´s) é um banco de capacitores em serie usado 
com dupla finalidade: 
 a) Divisor de tensão, para usar um TP eletromagnético com tensão primária menor que a 
tensão da L.T. em relação à terra. 
 b) Acoplamento do transmissor e receptor “CARRIER” para a transmissão e 
recebimento de dados informativos do sistema elétrico 
 
2.12.7 - TRANSMISSOR E RECEPTOR “CARRIER” 
 
 É um aparelho transmissor receptor que utiliza um pequeno sinal com freqüência na 
faixa de 10kHz à 20kHz. O sinal é transmitido pelo próprio condutor da linha de transmissão. 
A energia elétrica do sistema é transmitida na freqüência de 60 Hz. O sinal Carrier é 
transmitido numa freqüência bem maior. O receptor, no outro lado da linha de transmissão 
recebe somente o sinal Carrier. 
 
 
 
 
Capítulo 3 
 
 
3 - Princípios fundamentais dos relés 
 
 
 Neste capítulo apresenta-se os princípios fundamentais dos relés: definição, 
classificação, qualidades, etc... 
 
3.13 - DEFINIÇÃO DE RELÉ 
 
 Segundo a ABNT, o relé é um dispositivo por meio do qual um equipamento elétrico 
é operado quando se produzem variação nas condições deste equipamento ou do circuito 
em que ele esta ligado, ou em outro, equipamento ou circuito associado. 
 Outras normas definem o relé como um dispositivo cuja função é detectar nas linhas 
ou aparelhos faltosos, perigosas ou indesejáveis condições do sistema, e iniciar 
convenientes manobras de chaveamento ou dar aviso adequado. 
 
3.14 - CLASSIFICAÇÃO DOS RELÉS: 
 
 Há uma grande variedade de relés, atendendo as diversas aplicações, porém eles 
podem ser reduzidos a um pequeno número de tipos. Assim, podemos classificar os relés 
como: 
 
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DOS RELÉS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
48 
 
a) Quanto a grandezas físicas de atuação: 
 1 - Elétricas; 
 2 - Mecânicas 
 3 - Térmicas; 
 4 - Óticas; 
 5 - Etc. 
 
b) Quanto ao tipo da grandeza de atuação: 
 1 - Corrente; 
 2 - Tensão; 
 3 - Potência; 
 4- Freqüência; 
 5 - Pressão; 
 6 - Temperatura; 
 7 - Etc. 
 
c) Quanto ao tipo construtivo: 
 1 - Eletromecânicos (indução); 
 2 - Mecânicos (centrífugos); 
 3 - Eletrônicos (fotoelétricos); 
 4 - Estáticos (efeito Hall); 
 5 - Etc. 
 
d) Quanto à função: 
 1 - Sobre e subcorrente; 
 2 - Tensão ou potência; 
 3 - Direcional de corrente ou potência; 
 4 - Diferencial; 
 5- Distância; 
 6 - Etc. 
 
 
 
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DOS RELÉS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
49 
 
e) Quanto à forma de conexão do elemento sensor 
 1 - Direto no circuito primário; 
 2 - Através de redutores de medida. 
 
f) Quanto ao tipo de fonte para atuação do elemento de controle: 
 1 - Corrente alternada; 
 2 - Corrente continua. 
 
g) Quanto ao grau de importância: 
 1 - Principal (51 ASA); 
 2 - Intermediário (86 ASA). 
 
h) Quanto ao posicionamento dos contatos (com circuito desenergizado): 
 1 - Normalmente aberto (NA); 
 2 - Normalmente fechado (NF). 
 
i) Quanto à aplicação: 
 1 - Máquinas rotativas (gerador); 
 2 - Máquinas estáticas (transformadores); 
 3 - Linhas aéreas ou subterrâneas; 
 4 - Aparelhos em geral. 
 
j) Quanto ao tempo de atuação: 
 1 - Instantâneos (sem retardo proposital); 
2 - Temporizados (mecânica, elétrica ou eletronicamente). 
 
k) Quanto ao principio de funcionamento: 
 1 - Atração eletromagnética; 
2 - Indução eletromagnética. 
 
 
 
 
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DOS RELÉS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
50 
 
3.15 - O RELÉ ELEMENTAR 
 
 Seja um circuito monofásico, contendo uma fonte de tensão (U) alimentando uma 
carga (Z), do que resulta uma corrente circulante (I).Ver Fig. 3.1) 
 
 
Fig. 3.1 - Relé elementar 
 
 Nesse circuito foi introduzido, um relé elementar, do tipo eletromecânico: uma 
estrutura em charneira, composta de um núcleo fixo e uma armadura móvel à qual estão 
solidários o contato móvel e uma mola, o que obriga o circuito magnético ficar aberto em 
uma posição regulável. O núcleo é percorrido, por um fluxo, proporcional à corrente do 
circuito, circulando na bobina do relé, e isso faz com que seja possível que o contato móvel 
feche um circuito operativo, auxiliar. (fonte de corrente continua, nesse caso), alimentando 
um alarme (lâmpada) e/ou o disparador do disjuntor colocado no circuito principal sempre 
que FmFe > . 
 Por motivos de projeto, o valor I deve ser limitado e assim, sempre que excede um 
valor prefixado aI (denominado, corrente de atuação, de picape, de acionamento ou de 
operação do relé), o circuito deve ser interrompido, por exemplo, pelo fornecimento de um 
impulso de operação ( opI ) enviado, à bobina do disparador do disjuntor, ou pelo menos, 
ser assinalada aquela ultrapassagem por um alarme (lâmpada, buzina). 
 Sabemos dos princípios da conversão eletromecânica que a força eletromagnética 
( Fe ) desenvolvida através do entreferro (δ) pelo fluxo do núcleo, é provocada pela 
corrente I na bobina do re1é, segundo a formula de Picou, neste tipo de estrutura, é: 
 
 
2I KFe ≅ (3.1) 
 
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DOS RELÉS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
51 
 
 Onde K leva em conta a taxa de variação da permeância do entreferro, o número de 
espiras e ajusta as unidades convenientes. 
 Por outro lado, a força da mola ( Fm ) opondo-se ao deslocamento da armadura. 
 No relé há: 
 -Órgãos motores (bobina); 
 -Órgãos antagonistas (mola, gravidade); 
 -Órgãos auxiliares (contatos, amortecedores) do que resulta, no releamento, a 
presença de: 
 a) Elemento sensor - ou detetor - Às vezes chamado elemento de medida que 
responde as variações da grandeza atuante (I); 
 b) Elemento comparador - entre a grandeza atuante (F.) e um comportamento pré-
determinado (Fm); 
 c) Elemento de controle - efetuando uma brusca mudança na grandeza de controle, 
por exemplo, fechando os contatos do circuito da bobina de disparo do disjuntor. 
 
 Graficamente, uma função I(t) pode mostrar o funcionamento do relé. Ver Fig. 3.2. 
 
 
Fig. 3.2 - Gráfico auxiliar 
 
 A partir de um instante (t1) em que a corrente de carga inicial (Ii) começa a crescer, 
atingindo após certo tempo (t2) o valor da corrente de acionamento (Ia). Durante um 
intervalo de tempo (t3-t2) o disjuntor atua abrindo o circuito, com o que em (t3) a corrente 
começa a decrescer; ao passar por (t4) onde Fe < Fm, o re1é abre seu circuito magnético. 
 
 
 
 
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DOS RELÉS 
Faculdade Pio Décimo – Proteção de Sistemas Elétricos -Elenilton T. Domingues 
52 
 
3.16 - QUALIDADES REQUERIDAS DE UM RELÉ 
 
 Para cumprir sua finalidade, os relés devem: 
 
a) Ser tão simples (confiabilidade) e robustos (efeitos dinâmicos da corrente de 
defeito) o quanto possível; 
b) Ser tão rápidos (razões de estabilidade do sistema) o quanto possível, 
independentemente do valor, natureza e localização do defeito; 
c) Ter baixo consumo próprio (especificação dos redutores de medida); 
d) Ter alta sensibilidade e poder de discriminação (a corrente de defeito pode ser 
inferior à nominal e a tensão quase anular-se); 
e) Realizar contatos firmes (evitando centelhamento e ricochetes que conduzem a