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Os sistemas de comparação de fases e diferencial de corrente usam somente as 
informações de corrente. A figura detalha um diagrama esquemático dos sistemas 
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informações de corrente. A figura detalha um diagrama esquemático dos sistemas 
baseados só na corrente. Os sistemas de comparação de fases comparam a fase das 
correntes dos terminais da linha. Para falta internas, essas correntes estão em fase. Para 
faltas externas, as correntes estão aproximadamente 180 graus fora de fase.
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O sistema detecta a passagem da corrente pelo zero em cada terminal da linha e forma um sinal 
de onda quadrada. A extremidade local recebe um sinal de onda quadrada da extremidade de onda quadrada. A extremidade local recebe um sinal de onda quadrada da extremidade 
remota após uma determinada temporização do canal, CD. Uma temporização, LD, é 
introduzida no sinal local para compensar o atraso do canal do sinal recebido. Para falta 
internas, as correntes iL e iR estão em fase, a saída da porta E (AND) dura meio ciclo, o 
temporizador conta o tempo ajustado e emite um trip. Para faltas externas, iL e iR estão 180 
graus fora de fase, a saída da porta E (AND) é zero e o temporizador não faz nada.
Se LD = CD, a porta E (AND) atua como um detector de simultaneidade do meio ciclo positivo 
das correntes iL e iR. O temporizador de simultaneidade emite uma saída de trip quando o 
tempo de coincidência de SL e SR for igual a, ou maior do que, o tempo de pickup ∆T. O 
ajuste de ∆T determina a amplitude angular da característica do comparador de fases. Para 
∆T= um quarto de ciclo, a característica é 90° de largura. Isto é, a lógica vai permitir o trip se 
as correntes estiverem fora de fase em até 90°. O ajuste do temporizador de dropout ∆T′
propicia o selo da saída de trip e deve ser maior do que t–∆T, onde t é o período da freqüência 
fundamental.
Os sinais SL e SR nunca estão exatamente em fase ou 180 graus fora de fase. As principais 
fontes de erro do ângulo de fase para faltas externas são a corrente de carregamento, saturação 
de TCs e erros de compensação da temporização. Para faltas internas, existe um defasamento 
devido à não-homogeneidade entre as fontes e a impedância da linha.
O sistema, como descrito, vai falhar para dar trip para uma falta interna durante uma falha do 
canal de comunicação. Alternativamente, uma lógica de inversão pode ser introduzida na onda 
quadrada que é enviada para o terminal remoto da linha. Da mesma forma, o sinal recebido é 
invertido antes da comparação de fases. Esta lógica melhora a confiabilidade e permite o trip 
quando não houver sinal recebido, mas pode operar incorretamente para uma falta externa 
durante uma falha do canal de comunicação.
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O sistema detalhado no slide anterior é um esquema de comparação de fases simples 
ou de meia onda. Ele executa a comparação somente para o meio ciclo positivo. Isto 
introduz uma latência de meio ciclo na decisão de trip. Alternativamente, um sistema 
de comparação de fases dual, ou de onda completa, pode ser usado. Dois grupos de 
ondas quadradas são formados em cada terminal da linha e comparados 
independentemente. A porta E 1 (AND 1) detecta o tempo de coincidência das ondas 
quadradas do meio ciclo positivo SL+ e SR+. A porta E 2 (AND 2) detecta o tempo 
de coincidência das ondas quadradas do meio ciclo negativo SL- e SR-. O sistema 
pode efetuar uma decisão de trip em qualquer meio ciclo, propiciando, dessa forma, 
uma operação mais rápida. 
Por simplicidade, as temporizações do canal e local não foram mostradas na figura.
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O sistema de comparação de fases mais usado é um esquema não-segregado. O pulso 
gerado em cada terminal da linha é um sinal composto que combina as correntes de 
fase para formar uma tensão monofásica única. Um sinal composto típico, VF, é uma 
combinação expressiva das componentes simétricas das correntes.
A ampla largura da faixa dos modernos canais de comunicação digital permite a 
implementação dos sistemas de comparação de fase segregada. Esses sistemas efetuam 
uma comparação de fases independente para cada corrente de fase. Este é um esquema 
mais caro, porém ele fornece a identificação da fase em falta para o trip monopolar e 
melhora o comportamento da proteção para faltas evolutivas, faltas cross country 
(faltas simultâneas nos dois circuitos), faltas entre circuitos e linhas com compensação 
série.
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O princípio do diferencial porcentual, originalmente desenvolvido para proteção de 
transformadores e geradores, foi estendido para proteção de linhas de transmissão 
curtas na década de 30. O sistema tradicional usa um canal de fio piloto do tipo 
telefone para trocar informações analógicas entre os terminais da linha. Os diagramas 
de seqüência compostos formam sinais de tensão que contêm informações de 
magnitude e fase das correntes dos terminais da linha. Os relés diferenciais porcentuais 
de cada extremidade respondem às correntes derivadas da comparação dessas tensões 
através do fio piloto. O sistema opera como um relé diferencial porcentual para níveis 
menores da corrente de falta. Para correntes maiores, o sistema se torna um sistema de 
comparação de fases devido ao efeito do transformador de saturação incluído no 
esquema. O transformador tem a função de fornecer isolação para a elevação do 
potencial de terra no canal do condutor de cobre. A introdução de canais de fibra-
óptica permitiu o uso da característica diferencial porcentual para todos os níveis de 
corrente de falta.
A figura detalha duas características típicas do diferencial porcentual. Um relé 
diferencial compara a magnitude de uma corrente de operação com a magnitude de 
uma corrente de restrição. O relé está no limite de operação quando a equação que 
define a característica é atendida. A região de operação é a região acima da 
característica de operação. Uma característica com inclinação dual ou porcentual 
variável (linhas tracejadas nas figuras) aumenta a segurança do relé para níveis 
maiores de faltas. 
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Os elementos diferenciais porcentuais comparam uma corrente de operação (também 
chamada de corrente diferencial) com uma corrente de restrição. A corrente de operação, 
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chamada de corrente diferencial) com uma corrente de restrição. A corrente de operação, 
IOP, é a magnitude da soma fasorial das correntes entrando no elemento protegido.
IOP é proporcional à corrente de falta para faltas internas e se aproxima de zero para 
outras condições de operação (ideal).
O slide mostra as alternativas mais comuns para obtenção da corrente de restrição, IRT.
Os sistemas de proteção de linhas baseados em corrente podem efetuar a comparação de 
fases ou a comparação da amplitude das grandezas derivadas das correntes dos terminais 
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fases ou a comparação da amplitude das grandezas derivadas das correntes dos terminais 
da linha. É habitual o uso de um diagrama polar para representar a característica de 
operação dos sistemas de comparação de fases. Um diagrama escalar mostrando a 
corrente de operação como uma função da corrente de restrição é uma forma típica de 
representação das características de operação do relé diferencial.
Levando em consideração que os sinais de entrada do relé são grandezas complexas, a 
forma mais abrangente de representar as características do relé é usando um plano 
complexo definido pela relação dos sinais de entrada do relé. Para relés com sinais de 
entrada de corrente e tensão, o plano complexo pode ser um plano de impedâncias ou de 
admitâncias. Para relés com entradas somente de corrente ou tensão, o plano complexo é 
um plano da relação das correntes ou da relação das tensões, respectivamente.
Para um relé diferencial, podemos definir uma variável complexa determinada pela 
relação da corrente remota pela corrente local. A equação mostrada neste slide éa base 
para as versões das coordenadas Cartesianas ou polares do plano de relação de correntes. 
Warrington introduziu o termo plano alfa para designar este plano. 
Esta figura mostra uma família das características de operação do relé diferencial 
porcentual para diferentes valores da inclinação, m. Essas características correspondem ao 
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porcentual para diferentes valores da inclinação, m. Essas características correspondem ao 
relé tendo uma característica de inclinação que cruza a origem das coordenadas. A 
grandeza de restrição do relé é a diferença das correntes de entrada. As características do 
relé são circulares.
A região de operação é a área fora do círculo, e a região de restrição está dentro do 
círculo. Observe que o 
ponto –1 + j0 correspondente a uma condição de corrente passante ideal está dentro da 
região de restrição do relé.
Esta figura detalha uma outra família das características correspondentes a um relé com 
uma característica de inclinação que cruza a origem das coordenadas. A grandeza de 
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uma característica de inclinação que cruza a origem das coordenadas. A grandeza de 
restrição do relé para este caso é a soma dos valores absolutos das correntes de entrada. 
As características do relé não são circulares. Observe que o valor da inclinação, m, 
determina não apenas o tamanho, mas também o formato da característica do relé. 
Os relés diferenciais com inclinação dual podem ter dois tipos diferentes de 
características de inclinação. A primeira característica de inclinação pode ser uma linha 
reta cruzando a origem das coordenadas ou pode cortar o eixo da corrente de restrição. A 
segunda característica de inclinação sempre tem uma interseção com o eixo da corrente 
de restrição. 
Logo, o relé diferencial com inclinação dual têm duas características diferentes no plano 
de relação de correntes. O valor da corrente de restrição determina a característica que 
está ativa para uma determinada condição de operação do sistema de potência.
Para faltas externas, a relação entre correntes remota (IR) e local (IL) vale -1, ou seja, 
dentro da região de restrição.
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dentro da região de restrição.
Para faltas internas, a relação entre correntes remota (IR) e local (IL) é possitiva, ou seja, 
for a da região de restrição. Neste exemplo é mostrado um caso particular em que as 
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for a da região de restrição. Neste exemplo é mostrado um caso particular em que as 
contribuições dos dois terminais são idênticas.
A corrente diferencial não é exatamente zero para faltas externas. As causas mais 
comuns da falsa corrente diferencial nos relés diferenciais de linhas de transmissão são as 
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comuns da falsa corrente diferencial nos relés diferenciais de linhas de transmissão são as 
seguintes:
· Corrente de carregamento da linha
· Derivação de carga
· Erros na compensação da temporização do canal
· Saturação do transformador de corrente
A corrente de carregamento da linha é significativa em cabos subterrâneos ou linhas 
aéreas longas.
A falsa corrente diferencial criada pelas cargas em derivação pode ser o resultado da 
corrente de carga, faltas do lado de baixa ou corrente de inrush no transformador em 
derivação. 
O efeito da corrente de carregamento da linha e da corrente de carga pode ser eliminado 
usando um elemento diferencial de seqüência-negativa ou seqüência-zero.
Os erros de compensação da temporização do canal e a saturação do transformador de 
corrente contribuem para a falsa corrente diferencial em todos os tipos de elementos 
diferenciais. Para solucionar estas duas fontes de erro, a característica de operação do 
elemento diferencial precisa ser cuidadosamente projetada.
O plano da relação de correntes é uma excelente ferramenta para análise da resposta dos 
sistemas de proteção, baseados só em corrente, às diferentes condições do sistema de 
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sistemas de proteção, baseados só em corrente, às diferentes condições do sistema de 
potência e à alteração do sinal resultante dos elementos do esquema de proteção. O 
método para análise da operação do relé é o de superpor, no mesmo plano de relação de 
correntes, a característica do relé e a trajetória da relação de correntes resultante de uma 
falta ou de uma condição anormal no sistema de potência. Este método é equivalente à 
análise da operação dos relés de distância no plano de impedâncias.
Para as condições de regime do sistema de potência e esquema de proteção, a trajetória da 
relação de correntes é reduzida a um ponto. Sob condições transitórias, a trajetória vai 
convergir para um ponto final, referente ao estado de regime, no plano da relação de 
correntes. Esta figura detalha as regiões do plano da relação de correntes para condições 
de falta e carga em regime. Se não considerarmos todas as possíveis fontes de erros, o 
ponto representando a condição do sistema cai ao longo do eixo a ou verdadeiro. Para 
condições ideais de corrente passante (cargas normais ou faltas externas), a = –1. Para 
faltas internas com infeed de ambas as extremidades da linha, a > 0. Para faltas internas 
com outfeed em um terminal, a < 0. Observe que a característica do relé deve ter o ponto 
a = –1 na zona de restrição e todas as regiões de falta na zona de operação.
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For this example the delay for a DS0 signal from relay A to Relay B is around 1 ms.
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(Assume 1mile between each node OC-3 and T-1.)
Delay from Relay A to Relay B through SONET Nodes 1 and 12 (assuming RFL & 
DDM 2000)
Fiber delay 1 miles (8.2 x 1) 8.2 µs
T-1 insert delay node 1 375 µs
T-1 through delays - None 0 µs
T-1 to SONET delay T1 node 1 to SONET 1 100 µs
SONET through delay - None 0 µs
SONET to T-1 delay SONET node 12 to T1 2 100 µs
T-1 insert delay node 1 375 µs
958.2 µs
The delay for a DS0 signal from relay B to Relay A is around 1.5 ms.
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(Assume 1mile between each node OC-3 and T-1.)
Delay from Relay A to Relay B through SONET Nodes 1 through 9
(assuming RFL & DDM 2000)
Fiber delay 11 miles (8.2 x 11) 90.2 µs
T-1 insert delay node 2 375 µs
T-1 to SONET delay T1 node 2 to SONET 12 100 µs
SONET through delay nodes 11 through 2 (10 x 50) 500 µs
SONET to T-1 delay SONET node 1 to T1 1 100 µs
T-1 insert delay node 1 375 µs
1540.2 µs
O efeito dos erros da compensação da temporização do canal é o de criar uma rotação das 
regiões ideais de falta e carga no plano da relação de correntes. O ângulo da rotação é 
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regiões ideais de falta e carga no plano da relação de correntes. O ângulo da rotação é 
igual ao erro do ângulo θ criado pela assimetria do canal.
Os fatores essenciais a serem considerados na definição da forma necessária de uma 
característica do relé diferencial de linhas, no plano de relação de correntes, são os erros 
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característica do relé diferencial de linhas, no plano de relação de correntes, são os erros 
de compensação da temporização do canal, a não-homogeneidade das impedâncias do 
sistema de potência, saturação de TCs e pequenas oscilações de freqüência nas linhas 
com compensação série. O efeito da corrente de carregamento da linha e do ângulo do 
sistema de potência pode ser virtualmente eliminado usando correntes de seqüência-
negativa ou seqüência-zero. Adicionalmente, existem soluções de projeto para abordar o 
problema da carga em derivação. Portanto, não é necessário considerar estes três fatores 
para definir a forma da característica do relé.
O efeito dos erros da compensação da temporização do canal é o de criar uma rotação das 
regiões ideais de falta e carga no plano da relação de correntes. O ângulo da rotação é 
igual ao erro do ângulo θ criado pela assimetria do canal. O efeito da não-
homogeneidade das impedâncias do sistema é o de produzir uma rotação da região de 
falta interna ideal no plano derelação de correntes. No cenário do pior caso, o erro do 
ângulo é adicionado àquele produzido pela assimetria do canal. Esta figura mostra o 
efeito combinado da assimetria do canal e da não-homogeneidade das impedâncias do 
sistema.
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A corrente de carregamento da linha flui na direção da linha, em ambos os terminais da 
linha, e cria uma falsa corrente diferencial. Esta figura representa as componentes da 
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linha, e cria uma falsa corrente diferencial. Esta figura representa as componentes da 
corrente que existem na linha para uma condição normal de carga.
A figura também detalha o lugar geométrico da relação de correntes para valores 
diferentes de ICARGA. De forma geral, a trajetória não é circular. Observe que, para 
correntes pequenas de carga, o valor da relação de correntes encontra-se no semi-plano da 
direita. A única forma de evitar a operação incorreta do relé é ajustar a corrente de 
pickup mínima do relé maior do que o valor da corrente de carregamento da linha. Para 
elementos diferenciais respondendo às correntes de fase, esta limitação da sensibilidade 
afeta a cobertura do relé para resistências de falta, para faltas internas. As componentes 
de seqüência-negativa ou seqüência-zero da corrente de carregamento são muito baixas 
quando comparadas aos valores de fase ou seqüência-positiva. Logo, um elemento 
diferencial de seqüência-negativa ou seqüência-zero pode ser ajustado com muito mais 
sensibilidade do que um elemento de fase.
Considere uma linha de dois terminais com 5 A de corrente de carga. Ao ocorrer uma
falta monofáica na fase A com alta impedância , que vai produzir uma corrente de falta
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falta monofáica na fase A com alta impedância , que vai produzir uma corrente de falta
de 2 A, em um dos terminais a corrente vai aumentrar para 6 A e no outro vai diminuir
para 4 A, a relação de correntes será 0.66 ∠180°.
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O ponto 0.66 ∠180° está dentro da região de restrição, portanto o elemento 87L de fase
não irá atuar para esta falta monofásica interna.
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não irá atuar para esta falta monofásica interna.
A alternativa é diminuir o ajuste do pickup do elemento diferencial e também a 
inclinação da curva, mas estas opções também diminuem a segurança do esquema.
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O elemento 87L atua quando a relação IR/IL está fora da região de restrição no plano
alfa e quando a corrente diferencial ( ) está acima do pikup ajustado. ILIR +
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alfa e quando a corrente diferencial ( ) está acima do pikup ajustado. 
Para esta falta, o elemento diferencial de seq negativa vai operar se o ajsute do pickup for 
menor que 1 A. 
O elemento 87L de seq negativa se mostra muito mais sensível para a detecção de faltas
de alta impedância, sendo comparável ao elemento 67N.
ILIR +
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É possível a aplicação de relés diferenciais de linha com canais de comunicação dual, 
implementando uma lógica de hot-standby. Os dois canais estão enviando e recebendo
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implementando uma lógica de hot-standby. Os dois canais estão enviando e recebendo
dados simultaneamente. Quando um canal falha, a proteção não é afetada enão há atrasos
na comutação de um canal para outro.
As vantagens dos sistemas de comparação direcional estão resumidas neste slide. Em 
particular, os poucos requisitos do canal explicam por que mais de 80% das linhas de 
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particular, os poucos requisitos do canal explicam por que mais de 80% das linhas de 
transmissão dos Estados Unidos usam sistemas de proteção de comparação direcional.
Uma vez que somente 1 bit de informações é passado através do canal, é necessária uma 
largura da banda muito baixa.
Se o canal estiver inoperante, a falta é geralmente eliminada em tempo de 2º Zona.
Se forem usados relés microprocessados, os algoritmos de localização de faltas são 
usados para ajudar na localização do defeito. Os sistemas baseados somente em corrente 
não têm informações suficientes para poder fornecer qualquer estimativa da localização 
da falta.
Algumas vantagens dos sistemas baseados em corrente com fase segregada são:
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· Eles não requerem informações de tensão (isto evita problemas tais como perda de 
potencial para faltas muito próximas, queima de fusíveis do TP, ferrorresonância em 
TPs e transitórios de TPCs.)
· Eles são imunes a:
Efeitos da indução mútua. 
Oscilações de potência.
Desbalanço de impedâncias série (condições de pólo aberto, disparo desigual dos 
gaps em linhas com compensação série, etc.).
Reversões de corrente em configurações de linhas paralelas.
Outras vantagens dos sistemas baseados em corrente com fase segregada são:
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Outras vantagens dos sistemas baseados em corrente com fase segregada são:
· Eles têm boa performance diante de faltas evolutivas, faltas cross-country e entre-
circuitos.
· Eles são facilmente aplicados a linhas de transmissão curtas.
· Eles toleram elevado carregamento da linha.
· Dependendo da característica de operação, os sistemas baseados só em corrente 
podem lidar com as condições de outfeed durante faltas com alta resistência e em 
linhas com compensação série e três terminais.
As limitações básicas dos sistemas baseados só em corrente estão relacionadas ao 
canal de comunicação: eles precisam de um canal confiável e de alta capacidade. Estas 
limitações estão desaparecendo rapidamente com os modernos canais de comunicação 
digital via fibra-óptica. Além disso, a tecnologia digital permite a inclusão de muitas 
funções de proteção em uma unidade do relé. Dessa forma, é possível combinar um 
sistema piloto de comparação direcional e um baseado em corrente no mesmo relé. 
Esta diversidade de princípios de operação na mesma unidade pode melhorar a 
performance como um todo sem um aumento significativo nos custos. Nas aplicações 
onde a confiabilidade também demanda duplicação de hardware, você pode instalar 
duas destas unidades do relé e obter quatro funções de proteção independentes 
operando em duas plataformas de hardware separadas.
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