06 Relés direcionais e diferenciais(impressão)

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Relé direcional
Definição
• O relé de sobrecorrente direcional (67) tem sensibilidade para perceber o sentido do fluxo
de energia que trafega pelo sistema;
• É utilizado para coordenar a proteção de sistemas em anel;
• Geralmente, este relé funciona como uma “característica” dos relés de sobrecorrente, ou
seja, é uma unidade, incorporada no relé de sobrecorrente, utilizada apenas para
monitoração do sentido do fluxo e permitir ou não a atuação das funções 50/51;
• Há três tipos de relés direcionais:
� Direcional de sobrecorrente de fase;
� Direcional de sobrecorrente de neutro;
� Direcional de potência.
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Relé direcional
Princípio de funcionamento
• Os relés de sobrecorrente direcionais necessitam de duas grandezas de atuação:
� Uma grandeza de polarização (em geral utiliza-se a tensão)
� Uma grandeza de operação (corrente elétrica)
� � �������� �
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Relé direcional
Princípio de funcionamento
Φpolarização 
r
Ipolarização
ϕa
Ia
β
θ
normal
Van
Vpolarização = Vbc
α
� � ���	��
�� � 
 �
� � �������	�
���çã���� �
� � �������� �
� : ângulo de torque máximo (característica do relé direcional);
�: ângulo da impedância da bobina de polarização (ajuste de �, ângulo de projeto);
�: ângulo relacionado com a corrente de defeito.
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Relé direcional
Princípio de funcionamento
• No limiar de operação: ���	��
�� � 
 � 
	���	� � 0
• Se considerarmos que V
bc
permanece constante para um curto na fase a, teremos:
��
�� � 
 � �
���	�
�	��
��: corrente de pick-up, isto é, menor corrente que deixa o relé no seu limiar de operação.
��
�� � 
 � � ��
r
Im
normal
Van
Vpolarização = Vbc
Limiar de operação
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Relé direcional
Tipos de polarização por tensão
• Nos relés eletromecânicos existe basicamente três tipos de polarização por tensão:
� Conexão 30º
- Esboce a tensão de polarização para as demais fases
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Relé direcional
Tipos de polarização por tensão
• Nos relés eletromecânicos existe basicamente três tipos de polarização por tensão:
� Conexão 60º
- Esboce a tensão de polarização para as demais fases
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Relé direcional
Tipos de polarização por tensão
• Nos relés eletromecânicos existe basicamente três tipos de polarização por tensão:
� Conexão 90º
- Esboce a tensão de polarização para as demais fases
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Relé direcional
Atuação do relé direcional
O relé direcional funciona como um relé de monitoração de sentido de fluxo e atua na unidade
de sobrecorrente para permitir ou não sua atuação.
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Relé direcional
Atuação do relé direcional
• Existe três possibilidades de inversão do plano de operação:
� Troca do contato normalmente aberto por normalmente fechado
� Inversão da polaridade da bobina de potencial
� Inversão da polaridade da bobina de corrente
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Relé direcional
Aplicação
• Seja a linha paralela abaixo, em condição normal de operação.
���51)� t=0,6 s
���51)� t=0,6 s ���51)� t=0,3 s
���51)� t=0,3 s
���67)� t=0 s
���67)� t=0 s
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Relé direcional
Aplicação
• Seja a linha paralela abaixo, em condição normal de operação.
���51)� t=0,6 s
���51)� t=0,6 s 
atua 
���51)� t=0,3 s atua
���51)� t=0,3 s
���67)� t=0 s atua
���67)� t=0 s
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Relé direcional
Exemplo livro caminha – página 32
• Seja um subestação recebedora de uma grande indústria, conforme apresentada no
diagrama trifilar, cujo sistema de proteção utiliza o relé JBC-GE ( com ângulo de conjugado
máximo igual a 45º)
� Verificar a condição do esquema de proteção para um curto-circuito que produz uma
corrente atrasada de 45º da tensão e fazer mudanças caso seja necessário.
� Verificar o comportamento do sistema de proteção para uma carga com fator de
potência 0,8 indutivo.
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Relé direcional
Exemplo livro caminha – página 34
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Relé direcional
Exemplo livro caminha – página 36
15
Relé direcional
Exemplo livro caminha – página 36
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Relé direcional
Relé direcional de Neutro
• São utilizados para a proteção de defeitos fase-terra (desequilibrados) em que seja
necessária a informação de direção da corrente de neutro;
• São sensibilizados para as mesmas condições do relé de Neutro (não direcional).
Polaridade da tensão invertida 
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Relé direcional
Relé direcional de Neutro
Condição normal Curto 1� – fase a Polarização relé r=-60º
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Relé direcional
Coordenação de sistemas em anel com relés direcionais e de sobrecorrente
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Relé direcional de potência
Definição
O relé direcional de potência (código 32) apresenta conjugado máximo na direção da tensão da
barra a ser protegida.
Aplicação: proteção contra motorização de geradores (gerador próprio)
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Definição
• O relé de sobrecorrente diferencial (87) tem a função de comparar a corrente elétrica na
entrada e na saída do equipamento a ser protegido;
• Tal função é baseada na 1ª lei de Kirchhoff aplicada à área protegida;
• Atuação
� Se ����
��� � ���í�� � relé não atua
� Se ����
��� 
 ���í�� � ������� � relé não atua
� Se ����
��� 
 ���í�� � ������� � relé atua
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Tipos de relé diferencial
• Há dois tipos de relés diferenciais:
Relé Diferencial PercentualRelé Diferencial Comum
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Princípio de funcionamento do relé diferencial comum
Defeito fora da área de proteção:
As correntes que entram e que saem 
somam zero e o relé não atua.
Defeito dentro da área de proteção:
A diferença entre as correntes que 
entram e saem da área protegida 
sensibilizam o relé.
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Princípio de funcionamento do relé diferencial percentual
Defeito fora da área de proteção:
Com a diferença das correntes somando 
zero, o torque de operação é zero. Enquanto 
o torque de restrição é máximo.
Defeito dentro da área de proteção:
Se considerarmos �� � ��, temos torque de 
operação máximo e torque de restrição 
mínimo.
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Princípio de funcionamento do relé diferencial percentual
Torque de operação: �� �� 
 ��
�
Torque de restrição: ��
�����
�
�
Fazendo: 				y � �� 
 �� ; x �
�����
�
; � �
��
��
, temos � � ��
� No limiar de operação:	�� �� 
 ��
� � ��
�����
�
�
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Curvas de declividade do relé diferencial percentual
As declividades são obtidas por:
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Exemplo de ligação trifilar da proteção diferencial de um transformador
Como regra geral tem-se:
� Transformador de força ligado em delta� TC ligado em estrela
� Transformador de força liga em estrela� TC ligado em delta
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Ajuste de tapes do relé diferencial
• As RTC’s do início e fim de uma área protegida podem ser diferentes, devido as diferenças 
de correntes nominal e curto-circuito (fator de sobrecorrente) nesses pontos.
• Ao se ajustar os tapes do início e fim de uma área protegida deve se tomar o cuidado de 
fazer o balanço de corrente para compensar o erro em função das RTC’s.
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Uso de TC’s auxiliares para ajustar o balanço de corrente
Quando houver uma diferença de 10% a 15% entre as correntes do secundário dos TC’s em
condições normais de operação, é necessário o uso de TC’s auxiliares para fazer o ajuste de
balanço de corrente.
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Restrição do relé diferencial percentual a componentes harmônicas
• Os relés diferenciais são sensíveis às correntes de carregamento do sistema;
• Por exemplo, quando um transformador de potência é energizado, sua corrente demagnetização pode provocar a atuação indevida do relé;
• Contudo, a elevada percentagem de correntes harmônicas contidas nas correntes de
magnetização são meios eficientes para evitar a atuação indevida dos relés.
• Restrição:
� 2ª harmônica: inibe atuação do disjuntor durante a energização do transformador;
� 3ª e 5ª harmônicas: inibe atuação durante uma situação de sobre-excitação (carga
capacitiva).
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Relé de sobrecorrente – diferencial
Exemplo aplicação
Determinar os parâmetros principais dos TC’s e os ajustes necessários do relé diferencial para a
proteção de um transformador de potência de 56 MVA, na tensão de 138/13.8 kV, ligado em
triângulo no primário e estrela no secundário.
Curto-circuito primário do transformador: ����� � 2,8	��	
Curto-circuito no secundário do transformador: ����� � 3,7	��				�					����� � 17	��
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Interseção de zonas de proteção:
As definições de início e término de cada zona pode ser estabelecida de duas maneiras
diferentes (em função do custo) que dependem do particular arranjo da subestação bem
como da localização física dos TC’s.
No primeiro caso, a confiabilidade do sistema de proteção é maior, no entanto, a 
seletividade estará comprometida em caso de uma falta no disjuntor sobreposto. 
As duas zonas são desligadas
Apenas a zona A é desligada
Relé de sobrecorrente – diferencial
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Exercício: Descubra os possíveis curtos ocorridos no sistema. Pode ocorrer mais de uma
situação de curto e também pode ser considerada a falha de proteção de uma zona, sendo
a proteção de retaguarda a responsável pela abertura do disjuntor. Disjuntores abertos:
A) 4, 5 e 8 B) 3, 7 e 8 C) 3, 4, 5 e 6
D) 1, 4, 5 e 6 E) 4, 5, 7 e 8 F) 4, 5 e 6
Relé de sobrecorrente – diferencial
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Exercício: Descubra os possíveis curtos ocorridos no sistema. Pode ocorrer mais de uma
situação de curto e também pode ser considerada a falha de proteção de uma zona, sendo
a proteção de retaguarda a responsável pela abertura do disjuntor. Disjuntores abertos:
A) 4, 5 e 8 B) 3, 7 e 8 C) 3, 4, 5 e 6
D) 1, 4, 5 e 6 E) 4, 5, 7 e 8 F) 4, 5 e 6
Relé de sobrecorrente – diferencial
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Exercício: Descubra os possíveis curtos ocorridos no sistema. Pode ocorrer mais de uma
situação de curto e também pode ser considerada a falha de proteção de uma zona, sendo
a proteção de retaguarda a responsável pela abertura do disjuntor. Disjuntores abertos:
A) 4, 5 e 8 B) 3, 7 e 8 C) 3, 4, 5 e 6
D) 1, 4, 5 e 6 E) 4, 5, 7 e 8 F) 4, 5 e 6
I Curto Barra � falha do disjuntor 6
II Curto na região de interseção do disjuntor 6 � falha do disjuntor 6
Relé de sobrecorrente – diferencial
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Exercício: Descubra os possíveis curtos ocorridos no sistema. Pode ocorrer mais de uma
situação de curto e também pode ser considerada a falha de proteção de uma zona, sendo
a proteção de retaguarda a responsável pela abertura do disjuntor. Disjuntores abertos:
A) 4, 5 e 8 B) 3, 7 e 8 C) 3, 4, 5 e 6
D) 1, 4, 5 e 6 E) 4, 5, 7 e 8 F) 4, 5 e 6
I, III e IV Curto de Linha � falha do disjuntor 4, 6 e 5 respectivamente 
II Curto de Barra � falha da proteção da barra
Relé de sobrecorrente – diferencial
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Exercício: Descubra os possíveis curtos ocorridos no sistema. Pode ocorrer mais de uma
situação de curto e também pode ser considerada a falha de proteção de uma zona, sendo
a proteção de retaguarda a responsável pela abertura do disjuntor. Disjuntores abertos:
A) 4, 5 e 8 B) 3, 7 e 8 C) 3, 4, 5 e 6
D) 1, 4, 5 e 6 E) 4, 5, 7 e 8 F) 4, 5 e 6
I Curto na região de superposição do disjuntor 4 � nada falhou
Relé de sobrecorrente – diferencial
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Exercício: Descubra os possíveis curtos ocorridos no sistema. Pode ocorrer mais de uma
situação de curto e também pode ser considerada a falha de proteção de uma zona, sendo
a proteção de retaguarda a responsável pela abertura do disjuntor. Disjuntores abertos:
A) 4, 5 e 8 B) 3, 7 e 8 C) 3, 4, 5 e 6
D) 1, 4, 5 e 6 E) 4, 5, 7 e 8 F) 4, 5 e 6
I Curto na região de superposição do disjuntor 4 � falha do disjuntor 3
Relé de sobrecorrente – diferencial
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Exercício: Descubra os possíveis curtos ocorridos no sistema. Pode ocorrer mais de uma
situação de curto e também pode ser considerada a falha de proteção de uma zona, sendo
a proteção de retaguarda a responsável pela abertura do disjuntor. Disjuntores abertos:
A) 4, 5 e 8 B) 3, 7 e 8 C) 3, 4, 5 e 6
D) 1, 4, 5 e 6 E) 4, 5, 7 e 8 F) 4, 5 e 6
I Curto na região de superposição do disjuntor 5 � falha do disjuntor 6
Relé de sobrecorrente – diferencial
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Exercício: Descubra os possíveis curtos ocorridos no sistema. Pode ocorrer mais de uma
situação de curto e também pode ser considerada a falha de proteção de uma zona, sendo
a proteção de retaguarda a responsável pela abertura do disjuntor. Disjuntores abertos:
A) 4, 5 e 8 B) 3, 7 e 8 C) 3, 4, 5 e 6
D) 1, 4, 5 e 6 E) 4, 5, 7 e 8 F) 4, 5 e 6
I Curto na Barra � nada falhou
Relé de sobrecorrente – diferencial
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Estudar no livro do Amadeu Caminha
Capítulo 1: Exercício 1
Relé de sobrecorrente – diferencial