cap6 Introd Proteção de distância

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6-1 
Capítulo 6 INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DE DISTÂNCIA 
 
6.1 Introdução 
 
 A proteção de distância é feita por relés de distância. Geralmente são classificados em três 
tipos básicos: 
 
� Impedância ; 
� Mho ou admitância ; 
� Reatância 
 
O relé de distância é alimentado por duas grandezas de entrada, tensão (V) e corrente 
(I), amostradas por TPs e TCs conectados ao sistema elétrico (Fig. 6.1) . A razão V/I=Z , é a 
impedância "vista" ou "medida" pelo relé. 
 
 
 
 
21
F
d
52
 
 
 Fig. 6.1- Relé de distância (21) , conectado a um sistema elétrico através de TP e TC 
 
Quando ocorrer uma falta (curto-circuito), a tensão V e a corrente I serão a tensão de falta 
VF e a corrente de falta IF , respectivamente. Portanto, a impedância de falta medida ou vista 
pelo mesmo, é dada pela razão entre a tensão e a corente de falta no seu ponto de instalação: 
 
 
 ZF = VF / IF (6.1) 
 
No caso da proteção de fase, pode-se demonstrar que estando o relé alimentado por 
tensões de linha (tensões compostas) e correntes de linha (correntes compostas) de um sistema 
trifásico (Fig. 6.2), a impedância de curto-circuito trifásico ou bifásico medida pelo mesmo, 
será igual à impedância de sequência positiva (Z1) do trecho de linha de transmissão que vai 
desde o ponto de instalação do relé até o ponto de falta (F). Isto é: 
 
 ZF = Z1 = z1 x d (6.2)
 
 
Onde : d = comprimento do trecho da linha (km); 
 
Z1= impedância de sequência positiva da linha por unidade de comprimento (ohm/km) 
 
Como z1 (ohm/km) é constante para cada linha de transmissão, então o relé mede a 
distância d (km) do seu ponto de instalação à falta. Daí o nome RELÉ DE DISTÂNCIA. 
 
 6-2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fig. 6.2- Esquema de ligação de um relé de distância de proteção de fase 
 
 
Como os relés de distância são indiretos (Fig. 6.2), medem portanto impedâncias 
secundárias, isto é, referidas aos secundários de TCs e TPs (equação 3) : 
 
 Z
V
I
V
RTP
I
RTC
V
I
RTC
RTP
Z RTC
RTPs
s
s
p
p
p
p
p= = = = (6.3) 
 
Onde: ZS : impedância secundária medida pelo relé 
 ZP : impedância primária 
 Vs : tensão secundária dos TPs ; 
 Is : corrente secundária dos TCs ; 
 Ip : corrente primária dos TCs ; 
 Vp : tensão primária dos TPs ; 
 RTP : relação de espiras dos TPs ; 
 RTC : relação de espiras dos TCs 
 
 
Uma vez que os relés de distância "enxergam" impedâncias, é importante que suas 
características de operação sejam traçadas no plano R-X . Essa providência facilita bastante as 
discursões relativas à aplicação e à seletividade desses relés. 
 
Nos ítens apresentados a seguir serão traçadas no plano R-X , as características de 
operação dos relés de distância básicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 21 
a 
b 
c 
 6-3 
6.2 Plano R-X 
 
As características de atuação dos relés de distância são representadas no plano R-X (plano 
de impedâncias). Isto é importante tendo em vista que medem uma impedância, facilitando, 
portanto, na hora em que se está se ajustando os alcances (zonas de atuação) dos mesmos. 
 
Os ângulos das impedâncias medidas por esses relés dependem dos sentidos (sinais) dos 
fluxos de potências ativas e reativas nas linhas protegidas. Isto é, de acordo com as equações 4 e 5 
, as impedâncias medidas se apresentarão em um dos quadrantes do plano R-X (Fig. 6.3). 
 
 
(6.5) 
I
VZ
(6.4) 
V
SI
••••
••••
••••
••••
••••
∗∗∗∗••••
====
====
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.3 Relé de distância tipo impedância 
 
No plano R-X, a sua característica é representada por uma circunferência cuja a origem 
coincide com centro do sistema de eixos (Fig. 6.4.a). 
 
S=P+jQ 
Z 
R 
X 
Z S=-P+jQ 
S=-P-jQ S=P-jQ 
Z Z 
Fig. 6.3 – Localização de Z no plano R-X de acordo com o fluxo de potência 
 6-4 
R
X
T=0
T>0
T<0
(FRONTEIRA)
(DENTRO DO CÍRCULO)
(FORA DO CÍRCULO)
: Região de Não-Operação
: Região de Operação
: Região de Não-OperaçãoZ
k1
k2
RAIO = Z =
 
 
Fig. 6.4.a - Característica do relé impedância 
 
Geralmente os relés de distância possuem três zonas de atuação: 1a , 2a e 3a zona , 
conforme pode-se observar na Fig. 6.4.b . 
 
 
R
X
Z1
Z2
Z3
2 ZONA DE ATUAÇÃOa
3 ZONA DE ATUAÇÃOa
1 ZONA DE ATUAÇÃOa
 
 
 Fig. 6.4.b - Características das 3 zonas de atuação do relé impedância 
 
De acordo com a Fig. 6.4, pode-se observar que o relé é não-direcional, pois poderá 
“ver” falta em qualquer direção (impedância situada em qualquer quadrante do plano R-X). Por 
exemplo, considere-se dois casos de curtos-circuitos: um “na frente” e outro “atrás” do relé 
(corrente reversa): 
 
a) Para o curto “na frente”: IF=I∠∠∠∠-80o e VF=V∠∠∠∠0o (tensão e corrente no relé, no momento da 
falta) 
 
A impedância medida pelo relé será : ZF =VF/IF = Z∠∠∠∠80o (1o quadrante ; se o módulo de Z cair 
dentro de uma das zonas de atuação, o relé atuará). 
 
b) Para o curto “atrás” (corrente reversa) : I’F=I’∠-260o e VF=V∠0o 
 
Neste caso, a impedância medidida pelo relé será: ZF =VF/I’F = Z’∠∠∠∠260o (3o quadrante ; se o 
módulo de Z’ cair dentro de uma das zonas de atuação, o relé atuará). 
 
 
 
 
 
 6-5 
Para a operação seletiva, os relés de distância necessitam da função direcional, portanto, 
relé que não a tem, como é o caso do relé impedância, necessitará do acoplamento de uma unidade 
direcional (Fig. 6.5). 
 
 
R
X
Característica da 
Unidade Direcional
T=0
T>0
T<0
A OPERAÇÃO DO RELÉ
FICA RESTRITA À
REGIÃO HACHURIADA
OBS.:
τ
(Reta de Torque Máximo)
 
 
 
 Fig. 6.5- Características do relé impedância acoplado com uma unidade direcional 
 
Cada zona de atuação possui uma temporização. Valores típicos estão mostrados na tabela 
a seguir: 
 
 
 
 
 
 
 
A tabela a seguir fornece valores típicos, em percentagem, para o alcance de cada zona: 
 
 
 
 
 
 
As zonas de atuação "cobrem" trechos previamente ajustados (Fig. 6.6) . O alcance 
máximo de cada zona é determinado ajustando-se a impedância limite que se deseja que cada zona 
"veja". 
 
21
A B C DZ1
Z2
Z2
 
 
 Fig. 6.6- Alcances das zonas de atuação de um relé de distância 
ZONA TEMPO 
(s) 
1a Inst. 
2a 0,15 a 0,5 
3a 0,40 a 1,0 
ZONA ALCANCE 
1
a
 80% a 90% de AB 
2
a
 AB+( 20% a 75% de BC) 
3
a
 AB+BC+CD 
Fronteira 
Opera 
Não 
opera 
(Reta de máxima sensibilidade) 
 6-6 
 
6.4 Relé de distância tipo mho 
 
A representação da característica de atuação deste relé no plano R-X , é uma 
circunferência que tangencia a origem do sistema de eixos (Fig. 6.7). Observar que esta 
característica é inerentemente direcional, podendo ser representada pela equação 6.6 : 
 
 )cos(IVH ττττ−−−−θθθθ××××==== (6.6) 
Onde: 
H: medida de sensibilidade do relé; 
θθθθ : ângulo entre os sinais de entrada V e I ;
 
ττττ : ângulo de sensibilidade máxima 
 
R
X
T=0(FRONTEIRA): Região de Não-Operação
T>0(DENTRO DO CÍRCULO): Região de Operação
T<0(FORA DO CÍRCULO): Região de Não-Operação
Z
DIÂMETRO = Z =
k1
k2
 
 
Fig. 6.7 - Característica do relé mho 
 
De maneira semelhanteao relé impedância, possui três zonas de atuação (Z1 , Z2 e Z3) 
com os respectivos tempos de atuação e alcances. 
Na Fig. 6.8 , estão representadas as características de atuação das três zonas do relé. 
Observar que a SENSIBILIDADE será MÁXIMA quando o ângulo de impedância de linha 
coincidir com o ângulo de máxima sensibilidade (ττττ) do relé. Nesta situação, o módulo da 
impedância de linha é representada sobre a reta de máxima sensibilidade. 
 
 
R
X
Z1
Z2
Z3
τ
RETA DE TORQUE MÁXIMO
 
 Fig. 6.8 - Características das 3 zonas de atuação do relé mho 
 
 
ττττ 
 
 
 
Reta de máxima sensibilidade 
 6-7 
6.5 Relé de distância tipo reatância 
 
No plano R-X , a sua característica é representada por uma reta paralela ao eixo das 
resistências (Fig. 6.9). 
 
 
R
X
T=0(FRONTEIRA): Região de Não-Operação
T<0 : Região de Não-Operação(ACIMA DA RETA)
T>0 : Região de Operação(ABAIXO DA RETA)
k1
k2
 
 
 Fig. 6.9 - Característica do relé reatância 
 
Este relé é não-inerentemente direcional, portanto necessita de uma unidade 
direcional. Na prática, é comum a utilização de uma unidade mho para proporcionar 
direcionalidade ao relé e formar a 3a zona (Fig. 6.10). Neste caso, a unidade mho é conhecida 
como unidade de partida. 
 
Os alcances e temporizações das zonas são semelhantes aos valores típicos dados para o 
relé impedância . 
 
 
 
 
 
R
X
Tmax
Z1
Z2
Z3
τ
 
 
Fig. 6.10 - Características das 2 zonas de atuação do relé reatância e da unidade de partida mho 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reta de máxima sensibilidade 
 
 6-8 
6.6 Outras características de relés de distância 
 
 
Atualmente com a utilização de microprocessadores, os relés de distância podem trabalhar 
com as mais diversas características: losângulo, trapézio, retângulo, etc. (Figs. 6.11 e 6.12). 
 
De acordo com as características de operação de cada sistema elétrico, será escolhida a 
característica mais conveniente para o relé, de modo otimizar o seu desempenho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Impedância da L.T. 
R 
X 
Fig. 6.11- Característica poligonal 
Opera 
Não opera 
Impedância da L.T. 
R 
X 
Fig. 6.12- Característica na forma de um losângulo 
Opera Não opera