Cap 5 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DIRECIONAL

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5-1 
Capítulo 5 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DIRECIONAL 
 
5.1 Introdução 
 
A proteção direcional é feita com relés que só "enxergam" as correntes de falta em um 
determinado sentido previamente ajustado (sentido de atuação do relé) . Se a falta provocar uma 
corrente no sentido contrário (corrente inversa ou reversa), estes não "vêem" , portanto não atuará. 
 
Alguns relés são inerentementes direcionais, isto é, são projetados e fabricados para 
desenvolverem esta característica. Outros não são, portanto necessitam que unidades direcinonais 
sejam acopladas. 
 
A característica direcional é necessária em relés de sistema que permite a inversão de 
corrente de falta, como é o caso de linhas em anel (Fig. 5.1). Esta inversão cria dificuldade de 
seletividade entre os relés não direcionais, impossibilitando a eliminação sequencial de faltas. Os 
relés direcionais inibem as medições de corrente reversas, evitando atuações indevidas. 
 
 
1 2
G
45 a b 3
c2de
F1
 
 
 Fig. 5.1 - Circuito em anel protegido por relés de sobrecorrente direcionais, com excessão de e 
 
Na Fig. 5.1, considerando-se os relés com os sentidos de atuação dados pelas setas e com a 
temporização: t5 > t4 > t3 > t2 > t1 (sentido horário) e te > td > tc > tb > ta (sentido anti-
horário), pode-se observar que o sistema de proteção é seletivo, pois uma falta em qualquer trecho 
será eliminada pela ação de dois relés mais próximos desta. Uma falta em F1, por exemplo, será 
limpa pela atuação dos relés de 4 e b . 
 
Os relés direcionais caracterizam-se por duas grandezas de entrada, uma de operação ou 
atuação e outra de polarização ou referência. 
 
A identificação da "direção de atuação" é feita utilizando o ângulo de defasagem da 
grandeza de operação em relação à grandeza de polarização. 
 
As unidades direcionais mais comuns são do tipo corrente-corrente (as grandezas de 
polarização e atuação são duas correntes) e tensão-corrente (a grandeza de polarização é a tensão 
e a de atuação é a corrente). 
 
Nos parágrafos seguintes serão estudados mais detalhadamente os conceitos aquí 
introduzidos de forma genérica. 
 
 
 
 
e 5 
 5-2 
 
5.2 Equação característica de um relé direcional 
 
O funcionamento de um relé direcional pode ser representado pela seguinte equação 
característica 5.1 : 
)cos(EEH 21 ττττ−−−−θθθθ==== ( 5.1) 
Onde: 
H: medida de sensibilidade do relé; 
θθθθ : ângulo entre os sinais de entrada E1 e E2 , que podem ser: duas correntes, duas tensões ou 
uma tensão e uma corrente; 
ττττ : ângulo de sensibilidade máxima 
 
Essa equação fornece a MEDIDA DE SENSIBILIDADE MÁXIMA H de um RELË 
DIRECIONAL, que será utilizada para traçar as suas características funcionamento. 
5.3 Relé do tipo corrente-corrente 
 
 É alimentado por duas correntes retiradas do sistema protegito através de TCs (Fig. 5.2.a). 
Uma será tomada como grandeza de referência e a outra como grandeza de atuação (Fig. 5.2.b). 
Tipicamente é aplicado na proteção de neutro ou terra de linhas de transmissão ou alimentadores 
com múltiplas fontes de corrente de sequência zero. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 5.2.a - Esquema de alimentação de um relé direcional monofásico tipo corrente-corrente 
 
 De acordo com a equação (5.1): E1=Ipol e E2=Iop . A Fig. 5.2.b exibe o diagrama 
fasorial de atuação do relé. 
 
 
POSITIVO
CONJUGADO
CONJUGADO
NEGATIVO
Iop
Ipol
α
θ
τ
LUGAR GEOMÉTRICO
LUGAR GEOMÉTRICO
DE CONJ. ZERO
DE CONJ. MÁXIMO
 
 
 Fig. 5.2.b - Diagrama fasorial funcional de um relé corrente-corrente 
 
 
Relé 
corrente-corrente 
Iop 
Ipol 
Sensibilidade 
ZERO 
Região de 
ATUAÇÃO 
 
Sensibilidade 
MÄXIMA 
Região de NÃO 
ATUAÇÃO 
 5-3 
 
5.4 Relé do tipo tensão-corrente 
 
Este é o tipo de relé direcional mais comum. É conectado ao sistema protegido por meio de 
TPs e TCs (Fig. 5.3.a). A corrente é a grandeza de operação e a tensão, a grandeza de 
polarização. Geralmente é empregado para a proteção de faltas envolvendo somente as fases. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 5.3.a - Esquema de alimentação de um relé direcional monofásico tipo tensão-corrente 
 
 
Em conformidade com a equação ( 5.1) : E1=Vpol e E2 =Iop . Na Fig. 5.3.b tem-se o 
diagrama fasorial de operação do relé. 
 
 
 
 
POSITIVO
CONJUGADO
CONJUGADO
NEGATIVO
Iop
α
θ
τ
LUGAR GEOMÉTRICO
LUGAR GEOMÉTRICO
V
DE CONJ. ZERO
DE CONJ. MÁXIMO
 
 
 Fig. 5.3.b - Diagrama fasorial funcional de um relé tensão-corrente 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relé 
tensão-corrente 
Iop 
Vpol 
Sensibilidade 
MÄXIMA 
Sensibilidade 
ZERO 
Região de 
ATUAÇÃO 
Região de NÃO 
ATUAÇÃO Vpol 
 5-4 
 
5.5 Conexões de relés direcionais 
 
As polaridades dos circuitos de corrente e potencial, através dos correspondentes TCs e 
TPs determinam as condições de operação dos relés direcionais.Por exemplo, os relés direcionais 
tensão-corrente podem ser conectados a um sistema elétrico trifásico de diversos maneiras. Isto é, o 
ângulo entre a tensão e a corrente no relé define a tipo de ligação do mesmo. 
 
“O tipo de conexão ou ligação é determinado pelo ângulo entre a tensão aplicada ao circuito 
de potencial e a corrente ao circuito de corrente, considerando o sistema com fator de 
potência unitário e sequência direta”. 
 
As conexões mais usuais são: 90o , 30o , 60o e 0o , estão mostradas nas Figs. 5.4 a 5.7, 
dadas a seguir. 
 
 
V1
I 1
V2
I2
V3
I3
RELÉ
V1
I1
1
2
3
 
 
 
 Fig. 5.4 - Conexão 0o 
 
 
 
 
V1
I1
V2V3
V23
1
2
3
V
I
RELÉ
23
1
 
 
 Fig. 5.5 - Conexão 90o 
 
 
 
 
 5-5 
 
 
V
I
RELÉ
1
2
3
1
13
V1
I1
V2V3
-V 330o
V13
 
 Fig. 5.6 - Conexão 30o 
 
 
I
RELÉ
1
2
3
1
V1
I1
V2V3
V
23
V13 V23
V13 +
60o
 
 
 Fig. 5.7 - Conexão 60° 
 
 
 
Os relés de sobrecorrente direcionais ( 67 ), têm ângulos de sensibilidade máxima que 
podem ser ajustados numa faixa que varia geralmente entre 20°°°° e 80°°°°, entretanto, as faixas de 
atuação vão de aproximadamente -120o a +120o , em relação a reta de máxima sensibilidade. 
Procura-se ajustar este ângulo em conjunto com o ângulo de ligação do mesmo, a fim de que se 
possa obter o melhor desempenho possível na operação do relé. 
 
A título de exemplo, considere-se o diagrama fasorial da Fig. 5.8, onde estão representadas 
a característica de um relé 67, com ττττ = 45o , ligação 90o e as correntes de curtos-circuitos de um 
sistema trifásico aterrado. 
 
 
 
 5-6 
 
I
V23
Tmax
T>0
T<0
T=0
1
Icc φ φ
φ
φ
3− 1
Icc3
Icc 1 - T
φ φIcc 1- 2
τ =45o
 
 
 Fig. 5.8 - Característica de um relé 67 e correntes de curtos-circuitos 
 
 
Observando-se a Fig. 5.8 , concluí-se que o relé apresenta melhor desempenho para o curto 
bifásico envolvendo as fases 1 e 2 e para o curto fase1-terra (correntes próximas da reta de 
máxima sensibilidade). No caso do curto bifásico entre as fases 1 e 3, não terá uma boa 
perfórmance (corrente mais afastada da reta de máxima sensibilidade). 
 
5.6 Esquema de ligação de um relé de sobrecorrente direcional (proteção de fase) 
 
A Fig. 5.9 mostra o esquema de ligação de um relé de sobrecorrente direcional para 
proteção de curto-circuito que envolve a terra, onde as grandezas de polarização e atuação são 3V0 
e 3I0 , respectivamente. 
 
 
 
1
2
3
RELÉ3IoV
3Vo
1V 2 V3
I3 I2 I1
DE
TERRA
 
 
 Fig. 5.9 - Esquema de ligação de um relé direcional de terra 
 
 
A Fig. 5.10.a apresenta o esquema de ligação típico de um relé de sobrecorrente 
direcional de proteção de fase. Já na Fig. 5.10.b , está mostrado o esquema de contatos, por fase, 
deste relé. 
 
H MAX 
Atua 
H=0 
Não 
atua 
Direção 
de 
 5-7 
I3 I2 I1
3 2 1
67-
67- 67-
67-
67-
67-
DIR DIR DIR
67-
DIR
OC OC OC
1
1
2
2
3
3
1
2
3
67-
DIR
1
3
67-
DIR
2
V23
V12
V13
5
6
7
8
Sentido de atuação
 
 
 Fig. 5.10.a - Esquema de ligação de um relé direcional de fase 
 
 
+
-
Bobina de disparo do 52
Bobina da unidade de sinalização e selo 
OC
S
DIR
Contato NF do 52
67
67
 
 
 Fig. 5.10.b - Diagrama de contatos do relé de sobrecorrente direcional 
 
Exercícios: 
 
1) Identifique o tipo de conexão da Fig. 5.10.a e trace o diagrama fasorial. Anlise o desempenho 
do relé para o caso das correntes de curtos-circuitos representadas na Fig. 5.8. Para isso, considere 
o relé ajustado, primeiramente, com ττττ=45o , depois com ττττ=30o 
 
2) Ligue o relé na conexão 30o e repita a questão anterior. 
 
Circuito de sinalização 
Circuito de disparo do disjuntor 
Contato NF do disjuntor 
 Direção de 
atuação