3 Aula Teleprot

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A fibra-óptica está se tornando cada vez mais acessível. Um canal dedicado de fibra-óptica 
pode consistir de uma conexão direta de fibra-óptica ponto a ponto ou de um link de fibra-
óptica multiplexado. SONET, “Synchronous Optical �etwork”, pode ser parte de um 
amplo sistema de comunicação local, para transmissão de dados e voz, que forneça um 
link de comunicação não-dedicado.
A preocupação com um canal de teleproteção não-dedicado é que as temporizações do 
canal podem mudar à medida que o sistema é reconfigurado para uma falha no link. Os 
efeitos dos atrasos do canal nos diversos esquemas serão discutidos.
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A fibra-óptica está se tornando cada vez mais acessível. Um canal dedicado de fibra-óptica 
pode consistir de uma conexão direta de fibra-óptica ponto a ponto ou de um link de fibra-
óptica multiplexado. SONET, “Synchronous Optical �etwork”, pode ser parte de um amplo 
sistema de comunicação local, para transmissão de dados e voz, que forneça um link de 
comunicação não-dedicado.
A preocupação com um canal de teleproteção não-dedicado é que as temporizações do canal 
podem mudar à medida que o sistema é reconfigurado para uma falha no link. Os efeitos dos 
atrasos do canal nos diversos esquemas serão discutidos.
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Os sistemas de microondas podem ser digitais ou analógicos. Eles também são 
freqüentemente parte de um amplo sistema de comunicação local para transmissão de 
dados e voz. Os sistemas analógicos geralmente usam equipamentos de tons de áudio 
para inserir as informações de teleproteção em um canal de voz. As temporizações do 
canal para equipamentos de tons de áudio no microondas analógico podem ser de 8-20 
milissegundos. O microondas digital pode propiciar tempos do canal na faixa de 3-4 
milissegundos. 
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O sistema OPLAT propicia um caminho confiável ponto a ponto para o envio de 
informações da teleproteção. O equipamento para acoplar o sinal a linha de 
transmissão de alta tensão pode ser muito caro. Além disso, o esquema de teleproteção 
usado tem de ser projetado para funcionar se houver perda do canal durante uma falta 
interna que curte-circuite o canal de comunicação. 
O equipamento do canal do OPLAT normalmente pode ser de dois tipos, On/Off e 
FSK (“Frequency Shift Keyed”). O tipo usado depende das necessidades do esquema 
de teleproteção.
O equipamento carrier ON/OFF passa um bit de informações. As unidades, ou 
transmitem um sinal, ou não transmitem.
O sistema carrier por Chaveamento de Freqüência (“Frequency Shift Keyed” – FSK) 
sempre transmite alguma coisa. Sob condições normais, ele transmite um tom de 
Guarda. Quando chaveado, ele chaveia a freqüência de transmissão para o tom de 
Trip. O equipamento freqüentemente inclui medidas de segurança, tais como o “Trip 
After Guard” e “Guard Before Trip” para assegurar a integridade do canal de 
comunicação.
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Sistemas OPLAT (ou Power Line Carrier -PLC) operam na faixa de freqüência de 
28 a 500 Khz. O equipamento do canal do OPLAT normalmente pode ser de dois 
tipos, On/Off e FSK (“Frequency Shift Keyed”).
O equipamento carrier ON/OFF passa um bit de informações. As unidades, ou 
transmitem um sinal, ou não transmitem.
O sistema carrier por Chaveamento de Freqüência (“Frequency Shift Keyed” –
FSK) sempre transmite alguma coisa. Sob condições normais, ele transmite um 
tom de Guarda. Quando chaveado, ele chaveia a freqüência de transmissão para o 
tom de Trip. O equipamento freqüentemente inclui medidas de segurança, tais 
como o “Trip After Guard” e “Guard Before Trip” para assegurar a integridade do 
canal de comunicação.
O sintonizador tem o objetivo de evitar as reflexões que podem ocorrer devido ao
não casamento de impedâncias.
O capacitor de acoplamento (coupling capacitor) provê o caminho de baixa
impedância para o sinal de alta freqüência acessar a linha de transmissão.
As bobinas de bloqueio (line trap) são usados para confinar o sinal de alta
freqüência na linha, não permitindo que o mesmo seja difundido parao sistema de 
potência.
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Os relés de proteção modernos possuem várias zonas de proteção, que podem ser 
utilizados nos esqauemas de teleproteção e nos esquemas de proteção de distância 
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utilizados nos esqauemas de teleproteção e nos esquemas de proteção de distância 
escalonados.
A decisão de quais zonas habilitar e quais ajustes implementar dependem do esquema de 
teleproteção escolhidos.
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Proteção piloto (ou teleproteção) é um nome genérico para o projeto de diferentes 
alternativas de proteção de linhas de transmissão que usam um canal de comunicação. A 
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alternativas de proteção de linhas de transmissão que usam um canal de comunicação. A 
vantagem mais importante da proteção piloto é a de proporcionar o trip de alta velocidade 
em todos os terminais para faltas em qualquer ponto da linha. Sem a proteção piloto, o 
trip de alta velocidade em todos os terminais somente vai ocorrer para faltas que 
estiverem dentro da área em que os elementos da Zona 1 se sobrepõe. A proteção piloto é 
normalmente aplicada a linhas de transmissão com níveis de tensão nominal de 115 kV e 
maiores.
Para os propósitos de comparação, a proteção piloto pode ser dividida em dois grupos: 
sistemas com comparação direcional e sistemas baseados somente na corrente.
A proteção com comparação direcional usa o canal para troca de informações sobre o 
status dos elementos de distância ou direcionais de ambos os terminais. Se ambos os 
elementos operarem, existe uma falta interna. Se um dos elementos operar e o outro 
restringir, a falta é fora da linha protegida. O sistema de proteção piloto mais usado é o de 
comparação direcional. As principais razões para esta grande aceitação são os poucos 
requisitos do canal, e o backup e redundância inerentes dos sistemas de comparação 
direcional. Por outro lado, esses sistemas têm problemas associados à perda de potencial 
quando de queima de fusíveis do TP, ferrorresonância de TPs com secundário enrolado e 
problemas relacionados à resposta aos transitórios dos CCVTs. 
Os sistemas de comparação de fases e diferencial de corrente usam as informações de 
corrente para efetuar uma decisão de trip. Portanto, esses sistemas requerem um canal de 
comunicação confiável e de alta capacidade. Os sistemas baseados somente na corrente 
apresentam boa performance diante de problemas de proteção complexos tais como 
linhas com compensação série, linhas curtas, faltas evolutivas, faltas cross-country, 
indução mútua, oscilações de potência e desbalanço das impedâncias série. Os modernos 
canais de comunicação digital de fibra óptica preenchem os requisitos dos sistemas de 
proteção piloto baseados somente na corrente. 
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No mínimo, um esquema POTT requer um elemento de sobrealcance, na direção à frente, 
em cada extremidade da linha. Isto é normalmente fornecido por um elemento da Zona 2 
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em cada extremidade da linha. Isto é normalmente fornecido por um elemento da Zona 2 
ajustado para alcançar aproximadamente 120%-150% do comprimento da linha. Se cada 
relé ver a falta na direção à frente, então a falta pode ser determinada como uma falta 
interna à linha protegida.
O Relé 3 vai transmitir o sinal de permissão se ele estiver vendo a falta na direção à 
frente. O Relé 4 vai poder dar trip se ele estiver vendo a falta na direção à frente E se ele 
receber o sinal de permissão do Relé 3. 
Um elemento reverso é necessário por razões que iremos descrever brevemente. Isto é 
normalmente fornecido por um elemento da Zona 3 ajustado na direção reversa. É 
importante que o alcance do elemento da Zona 3 reversa seja ajustado para sempre atuar 
para faltas que possam ser vistas pelo elemento de sobrealcance da Zona 2 remota.
É importante observarque em todos esses esquemas, um elemento de subalcance da Zona 
1 é normalmente usado para dar trip independentemente do esquema de proteção piloto.
A comunicação do POTT pode ser efetuada através dos sistemas ON/OFF ou FSK. 
Entretanto, FSK é o protocolo mais comum.
A lógica básica para um esquema POTT está mostrada neste slide. 
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Um trip requer a atuação dos elementos de sobrealcance da Zona 2 E a recepção do sinal 
de permissão (RX) da extremidade remota. 
A atuação dos elementos de sobrealcance da Zona 2 transmite um sinal de permissão de 
trip (TX) para a extremidade remota. 
Algumas complicações do esquema POTT requerem uma lógica adicional.
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• Se o terminal remoto estiver aberto, o relé daquele terminal não vai ver a falta e, 
conseqüentemente, não poderá enviar a permissão de trip para o terminal local. Este 
problema é resolvido pela lógica eco. O relé do terminal aberto envia um sinal 
permissivo de volta (“ecoa o sinal”) para o terminal fechado, permitindo que este 
dê trip.
• Se um terminal tiver uma fonte de corrente de falta muito mais fraca do que o 
outro, ou se sua fonte normal estiver fora de serviço, ele pode não ter corrente 
suficiente para partir para a falta. Neste caso, o terminal fraco não vai dar 
permissão para o terminal forte dar trip. Este problema é resolvido de forma similar 
à lógica eco do terminal aberto; porém, o esquema inclui os elementos 27P & 59N 
para detectar a condição de alimentação fraca.
• Se o canal falhar completamente, a permissão para o trip não pode ser enviada. 
Para lidar com esta incapacidade de enviar a permissão, o elemento de sobrealcance 
da Zona 2 parte também um temporizador da Zona 2 para fornecer o modo de 
operação de backup do distância em caso de falha do canal, possibilitando um trip 
de backup após um intervalo de tempo de coordenação.
• As reversões de corrente durante a falta podem provocar o trip de linhas que não 
estejam sob defeito.
Reversões de Corrente
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Nas aplicações de linhas de circuito duplo, faltas próximas a uma das extremidades da 
linha podem resultar numa operação de trip seqüencial. Este trip seqüencial acontece 
quando os elementos instantâneos do relé dão trip no disjuntor mais próximo da 
localização da falta (este trip é independente do esquema de abertura por teleproteção). O 
disjuntor mais longe da falta tem de esperar pelo sinal permissivo. O principal problema 
desta eliminação seqüencial da corrente de falta é que ela gera uma reversão de corrente 
na linha paralela que não está sob defeito. Se a proteção da linha sem defeito não for 
equipada para enfrentar esta reversão, um dos seus terminais vai dar trip incorretamente. 
A figura mostra o status do início da falta. O sistema de proteção do Disjuntor 3 detecta a 
falta como sendo dentro das Zonas 1 e 2. O elemento instantâneo da Zona 1 emite um 
sinal de trip para o disjuntor independentemente do esquema de abertura por teleproteção. 
São os elementos da Zona 2 do Disjuntor 3 que emitem um sinal permissivo para a 
proteção do Disjuntor 4. A proteção do Disjuntor 4 detecta a falta na Zona 2 mas tem de 
esperar pelo sinal permissivo do Disjuntor 3 antes de emitir uma saída do trip permissivo. 
No caso de o sinal de trip permissivo nunca chegar e a falta persistir, o Disjuntor 4 é 
aberto pela proteção temporizada da Zona 2.
O elemento da Zona 2 do Disjuntor 2 também parte no início da falta e emite um sinal 
permissivo para o esquema de proteção do Disjuntor 1. Neste instante, os elementos da 
Zona 3 do Disjuntor 1 também partem e identificam a falta como sendo reversa (ou fora 
da seção) à sua localização.
Após a abertura do Disjuntor 3, as correntes de falta são redistribuídas. Quando ocorre 
esta redistribuição, o elemento da Zona 2 do Disjuntor 2 e o elemento da Zona 3 do 
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esta redistribuição, o elemento da Zona 2 do Disjuntor 2 e o elemento da Zona 3 do 
Disjuntor 1 começam a resetar (“dropout”). Se o elemento da Zona 2 do Disjuntor 1 
atuar antes que o sinal permissivo recebido resete, o Disjuntor 1 vai ser aberto devido a 
esta reversão de corrente.
Este cenário pode ocorrer facilmente se os relés de sobrecorrente direcionais de terra 
estiverem sendo usados, uma vez que eles podem, quase sempre, ver uma falta no fim da 
zona de uma linha adjacente. Esta condição, porém, se torna irrelevante se forem usados 
relés de distância. 
Um outro fator que contribuiu para isto é o fato de que o torque de fechamento de um 
elemento eletromecânico é muito maior do que o torque de abertura da mola resultando 
em uma grande disparidade dos tempos de pickup versus dropout. Essa disparidade é 
também verdadeira com os relés numéricos, porém num nível muito menor. 
Para solução deste fato, um elemento reverso (Zona 3) é usado para detectar quando a 
falta for vista, inicialmente, atrás do relé. Um dropout temporizado evita que o relé 
transmita o sinal de permissão na transição de direção reversa para “à frente”. A 
temporização permite que o elemento para faltas à frente do terminal remoto dê dropout.
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Como no esquema POTT, o esquema DCUB requer que os relés de ambas as 
extremidades da linha enxerguem a falta dentro da seção e transmitam um sinal de trip 
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extremidades da linha enxerguem a falta dentro da seção e transmitam um sinal de trip 
para a outra extremidade através de um canal de comunicação. Os elementos de 
sobrealcance da Zona 2 têm, então, a permissão de dar trip com a recepção de um sinal 
de desbloqueio (“Unblocking”). Normalmente, faltas dentro do alcance da Zona 1 são 
eliminadas pelos elementos instantâneos sem levar em consideração a recepção do sinal 
de trip proveniente da outra extremidade. Faltas fora da Zona 1, porém dentro da Zona 2, 
têm de receber um sinal de desbloqueio do relé remoto para abrir em alta velocidade ou 
esperar pelo tempo ajustado no temporizador da Zona 2.
Muitos meios de comunicação podem ser usados para transmitir o sinal de trip para a 
outra extremidade. Esses meios incluem canais de fibra-óptica, linhas telefônicas privadas 
ou adquiridas por leasing, e sistema carrier de linhas de transmissão. Quando estiver 
usando o sistema carrier de linhas de transmissão em um esquema permissivo, pode haver 
dificuldade na transmissão do sinal de trip para a extremidade remota. Em várias 
situações, o sinal é transmitido pela mesma linha que está sob defeito. Isto pode atenuar o 
sinal a tal ponto que a extremidade remota não receba o sinal. É neste caso que um 
Esquema de Comparação Direcional Unblocking pode fornecer os meios de eliminação 
rápida da falta através de sua lógica de Perda do Sinal de Guarda (“Loss of Guard”).
O equipamento do canal do tipo FSK envia um sinal de guarda continuamente. 
Normalmente, um sinal de trip se segue à perda do sinal de guarda. A lógica Loss of 
Guard cria um sinal virtual de Desbloqueio (“Unblock”) que dá permissão para o trip de 
alta velocidade durante um curto período de tempo. Logo, se a perda do canal for causada 
por uma falta, a eliminação rápida da falta ainda é efetuada.
Se uma falta externa causar uma falha do canal de comunicação, a lógica Loss of Guard
vai permitir a abertura rápida do terminal que vê a falta na direção à frente.
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A mesma lógica básica do POTT, porém pode ser até mais segura. Os elementos de 
subalcance são usados para transmitir o trip permissivo para o terminal remoto.
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subalcance são usados para transmitir o trip permissivo para o terminal remoto.
Uma vez que os elementos de transmissão são ajustados com um alcance menor, você 
tem uma operação mais lenta e uma menor cobertura para resistência de falta.
Como os elementosde transmissão do trip permissivo podem somente ver faltas dentro da 
linha protegida, não há risco de operação incorreta em situações de reversão de corrente. 
O terminal remoto é liberado para dar trip se ele ver a falta na direção à frente, através de 
seu elemento de sobrealcance, e a extremidade remota ver a falta através de seu elemento 
de subalcance.
Este esquema não deve ser usado nas aplicações onde haja a probabilidade de condições 
de alimentação fraca em um dos terminais.
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Esta figura mostra a lógica fundamental envolvida. A abertura através do esquema piloto 
ocorre para uma falta interna se o elemento de sobrealcance local da Zona 2, que está 
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ocorre para uma falta interna se o elemento de sobrealcance local da Zona 2, que está 
olhando para frente, operar, e o elemento de alcance reverso da Zona 3 remota não enviar 
um sinal de bloqueio dentro de um tempo ajustável. 
A temporização de coordenação do canal tem de dar tempo para que o sinal de bloqueio 
seja recebido antes que o elemento de trip possa operar. Se o bloqueio não chegar, ou 
estiver atrasado, o esquema DCB pode dar trip por sobrealcance. Este esquema é 
freqüentemente usado com o sistema carrier de linha de transmissão e um transmissor 
ON/OFF, pois a única condição em que se necessita da transmissão do sinal é quando a 
falta não está na linha protegida. 
Uma outra forma de agilizar a emissão do sinal de bloqueio é usar uma partida não-
direcional do carrier. Neste caso, um elemento de sobrecorrente de alta velocidade 
detecta a falta e aciona o transmissor. Em seguida, o elemento direcional mais lento vai 
parar o sinal se a falta for à frente. Se o elemento direcional detectar que a falta é reversa 
(fora da zona), o sinal de bloqueio já foi enviado. Isto pode reduzir a temporização 
necessária de coordenação do carrier, resultando em aumento da segurança.
Esta figura mostra a lógica fundamental envolvida. A abertura através do esquema piloto 
ocorre para uma falta interna se o elemento de sobrealcance local da Zona 2, que está 
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ocorre para uma falta interna se o elemento de sobrealcance local da Zona 2, que está 
olhando para frente, operar, e o elemento de alcance reverso da Zona 3 remota não enviar 
um sinal de bloqueio dentro de um tempo ajustável. 
A temporização de coordenação do canal tem de dar tempo para que o sinal de bloqueio 
seja recebido antes que o elemento de trip possa operar. Se o bloqueio não chegar, ou 
estiver atrasado, o esquema DCB pode dar trip por sobrealcance. Este esquema é 
freqüentemente usado com o sistema carrier de linha de transmissão e um transmissor 
ON/OFF, pois a única condição em que se necessita da transmissão do sinal é quando a 
falta não está na linha protegida. 
Uma outra forma de agilizar a emissão do sinal de bloqueio é usar uma partida não-
direcional do carrier. Neste caso, um elemento de sobrecorrente de alta velocidade 
detecta a falta e aciona o transmissor. Em seguida, o elemento direcional mais lento vai 
parar o sinal se a falta for à frente. Se o elemento direcional detectar que a falta é reversa 
(fora da zona), o sinal de bloqueio já foi enviado. Isto pode reduzir a temporização 
necessária de coordenação do carrier, resultando em aumento da segurança.
pickup delay individually by setting EICIS:=Y or set all input delays to zero by setting 
GIND:=0.
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Esta figura mostra os tempos de operação (pickup) das zonas 2 e 3 para uma função de 
proteção tipo MHO. Os tempos mostrados representammédias de 20 atuações, cada linha
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proteção tipo MHO. Os tempos mostrados representammédias de 20 atuações, cada linha
representa o tempo de operação para diferentes valores de SIR (Source Impedance Ratio).
Esta figura compara os tempos de operação da zona 2 e zone 3, para o sistema mostrado
abaixo:
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abaixo:
A zona 2 é ajustada para alcançar 125% da impedância da linha A zona 3 (terminal 
oposto) é ajustada para 150% do valor resultante da diferença entre o alcance da zona 2 
e a impedência da LT [(Alcance Zona 2) – (Z linha)]. Os valores de SIR são:
Zona 2 SIR = Z1S/(Alcance Zona 2) = 1/1.25 = 0.8
Zona 3 SIR = (Z1S+Z1L)/(Alcance Zona 3) = (1+1)/0.375 = 5.33
Observe que nestas condições a zona 3 opera mais rápido que a zona 2 remota , em
média 0.05 ciclos mais rápido. Esta condição é favorável ao esquema DCB
Relay Relay
ZL = 1 ohmZS = 1 ohm ZR = 10 ohms
Esta figura compara os tempos de operação da zona 2 e zone 3, para o sistema mostrado
abaixo:
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abaixo:
A zona 2 é ajustada para alcançar 125% da impedância da linha A zona 3 (terminal oposto) 
é ajustada para 150% do valor resultante da diferença entre o alcance da zona 2 e a 
impedência da LT [(Alcance Zona 2) – (Z linha)]. Os valores de SIR são:
Zona 2 SIR = Z1S/(Alcance Zona 2) = 1/12.5 = 0.08
Zona 3 SIR = (Z1S+Z1L)/(Alcance Zona 3) = (1+10)/3.75 = 2.9
Observe que nestas condições a zona 3 opera mais lentamente que a zona 2 remota , em
média 0.1 ciclos mais lento. Esta condição é desfavorável ao esquema DCB
Relay Relay
ZL = 10 ohmsZS = 1 ohm ZR = 10 ohms
Esta figura compara os tempos de operação da zona 2 e zone 3, para o sistema mostrado
abaixo:
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abaixo:
A zona 2 é ajustada para alcançar 125% da impedância da linha A zona 3 (terminal 
oposto) é ajustada com valor igual ao alcance da zona 2 remota. Os valores de SIR são:
Zona 2 SIR = Z1S/(Alcance Zona 2) = 1/12.5 = 0.08
Zona 3 SIR = (Z1S+Z1L)/(Alcance Zona 3) = (1+10)/12.5 = 0.88
Observe que nestas condições a zona 3 opera mais rápido que a zona 2 remota , em
média 0.13 ciclos mais rápido. Esta condição é favorável ao esquema DCB.
Somente com a alteração do ajuste do alcance da zona 3 foi possível reverter a situação
mostrada anteriormente.
Relay Relay
ZL = 1 ohmZS = 1 ohm ZR = 10 ohms
Seção 22 - Proteção Piloto de Linhas
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Os esquemas POTT e PUTT podem ser menos confiáveis pois eles vão falhar para dar 
trip em alta velocidade durante uma falha do canal. De modo oposto, os esquemas 
DCB vão dar trip por sobrealcance se houver falha do canal ou se houver elevação da 
temporização do canal. 
Os esquemas de comparação direcional unblocking combinam a confiabilidade dos 
esquemas DCB com a segurança dos esquemas POTT, porém permitem a abertura 
durante um período de tempo para acomodar a falha do canal durante uma falta. Os 
esquemas DCUB são atrativos quando a linha de transmissão de potência for usada 
como meio de comunicação.
Seção 22 - Proteção Piloto de Linhas
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Os esquemas DCB não devem ser usados com canais de comunicação do tipo SONET, 
onde a temporização do canal pode variar. Para estes casos, você vai precisar de um 
canal de alta velocidade tal como o canal On/Off do sistema carrier de linhas de 
transmissão. 
Os esquemas POTT e DCUB não vão dar trip até que o sinal de permissão (ou 
desbloqueio) seja recebido, portanto não existem preocupações quanto ao atraso do 
canal no item segurança. O atraso do canal não afeta o tempo máximo de trip.
Se uma falta na linha de transmissão puder afetar o canal de teleproteção, deve ser 
usado um esquema DCB ou DCUB. Exemplos onde a falta na linha pode afetar o 
canal de teleproteção incluem o sistema carrier de linhas de transmissão ou linhas de 
comunicação compartilhando o meio de transmissão do sinal com a linha de 
transmissão protegida.
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Seção 22 - Proteção Piloto de Linhas
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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 
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 necessáriauma 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.