Aula_06 - Relé de distância

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Relé de Distância (21)
Prof. Tarcísio Oliveira de Moraes Júnior
Aula_06
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Relé de Distância
Definições
Inicialmente os sistemas de transmissão são 
tradicionalmente protegidos por relés de 
sobrecorrente temporizados, funções 50/51.
No entanto, o desempenho desse tipo de proteção é 
sofrível, quando se sabe que esses relés respondem
apenas pela grandeza da corrente
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Relé de Distância
Definições
❑ As restrições às proteções de sobrecorrentes, 
funções 50/51 são:
✓ Os relés de sobrecorrente são significativamente afetados por 
variações na geração e configuração do sistema.
✓ Os tempos de atuação são variáveis para diferentes pontos de 
curto-circuito.
✓ Os tempos de atuação são elevados devido à necessidade de 
coordenação com outros relés a montante e a jusante.
✓ São necessários estudos continuados e detalhados das correntes de 
curto-circuito para que possam ser reajustados periodicamente
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Relé de Distância
Definições
❑ Algumas considerações sobre falta em linha de 
transmissão
✓ Tensão no ponto de defeito é praticamente nula
✓ A medida que se afasta do ponto de defeito no sentido da fonte, 
esta tensão tende a aumentar devido à queda de tensão na linha de 
transmissão.
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Relé de Distância
Definições
❑ Dessa forma...
...os relés de distância processam a tensão aplicada em seus 
terminais, ligados por meio de TP ao sistema de potência, e a 
corrente, ligados por meio de TC, de defeito que circula no 
mesmo ponto, resultando na conhecida expressão V/I.
Essa grandeza permite determinar a distância de um trecho 
qualquer de um alimentador a partir da impedância unitária do 
condutor utilizado. Se a impedância medida no relé for inferior ao 
seu valor ajustado ocorrerá a sua operação.
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Relé de Distância
Definições
Princípio básico 
de 
funcionamento 
de um relé de 
distância 
eletromecânico 
formado por uma 
bobina de 
operação e uma 
bobina de 
restrição.
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Relé de Distância
Definições
O relé age sob efeito da impedância da linha de transmissão 
que é proporcional à distância, e por isso esses relés são 
denominados relés de distância, que é um nome genérico dado 
aos aparelhos que de um modo ou de outro utilizam este 
princípio para proteção do sistema.
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Relé de Distância
Definições
O alcance desse relé é constante e 
independente das variações ocorridas 
na geração ou nas alterações da 
configuração do sistema elétrico.
Considerando que num determinado 
ponto da linha de transmissão ocorram 
vários defeitos com correntes 
variáveis em função de variações da 
geração ou alteração na configuração 
do sistema, as quedas de tensão 
também são variáveis na mesma 
proporção da corrente e, 
consequentemente, a impedância 
vista pelo relé será a mesma.
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Relé de Distância
Definições
É importante saber que os relés 
de distância que operam com 
base na impedância do sistema 
podem atuar para qualquer 
sentido da corrente, isto é, para 
curtos-circuitos a montante ou 
jusante do seu ponto de 
instalação.
Como isso não é desejável, todo 
relé de distância porta uma 
unidade direcional que faz com 
que opere para correntes de 
defeito no sentido que for 
ajustado nesta unidade.
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Relé de Distância
Plano R-X
O ajuste do relé de distância 
eletromecânico deverá ser realizado de 
forma a se obter torque positivo para 
valores de impedância abaixo do valor 
ajustado, normalmente tomado como 
percentagem do comprimento da linha 
de transmissão.
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Relé de Distância
Plano R-X
❑ O lugar geométrico de uma impedância
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Relé de Distância
Funcionamento do relé de distância
O sistema elétrico principal é constituído de:
• Seis linhas de transmissão (L1 a L6);
• Quatro relés de distância (R1, R2, R3 e R4) associado aos seus disjuntores.
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Relé de Distância
Funcionamento do relé de distância
Para um defeito no ponto P da 
linha L2:
• No momento do defeito a 
tensão no ponto P é nula;
• As correntes I1 e I2 que 
circulam nas linhas L1 e L2 
podem ser consideradas 
constantes ao longo das 
respectivas linhas.
• A tensão cresce a partir do 
ponto de defeito na direção 
das fontes G1 e G2 
considerando desprezível a 
resistência do arco.
• A impedância cresce a partir 
do ponto de defeito na direção 
das fontes G1 e G2, tal como 
ocorre com a tensão.
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Relé de Distância
Funcionamento do relé de distância
Os relés indicados reagirão da seguinte forma:
• Início da contagem do tempo de acordo com o esquema de proteção 
utilizado.
• A unidade de seleção aciona as unidades direcionais e de medida.
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Relé de Distância
Funcionamento do relé de distância
Os relés indicados reagirão da seguinte forma:
• A unidades direcional e de medida recebem da unidade de seleção os 
valores da corrente de defeito e da tensão de polarização; a partir dessas 
informações a unidade direcional abre ou fecha seus contatos, liberando o 
relé para operação.
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Relé de Distância
Funcionamento do relé de distância
A lógica de atuação dos relés:
• O relé R3 deverá operar primeiramente, pois a impedância vista por ele é 
menor do que a impedância vista pelos demais.
• Em seguida irá operar o relé R4, obedecendo o valor da impedância.
• O relé R1 é considerado relé de segunda contingência, isto é, na falha de 
operação do conjunto disjuntor da barra B mais relé R3 o relé R1 operaria.
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Relé de Distância
Funcionamento do relé de distância
Alógica de atuação dos relés:
• Os relés R2 e R3 “veem” a impedância de defeito com praticamente o 
mesmo valor; devem ser ajustados de forma a atuar somente o relé R3, já 
que a atuação do relé R2 implicará a desenergização da linha L1.
• Para que os relés R2 e R3 sejam coordenados nesse tipo de evento é 
necessário que sejam equipados com unidades direcionais.
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Relé de Distância
Zonas de atuação
O ajuste dos relés de distância com atuação por distância escalonada
deve ser precedido de alguns critérios básicos, descritos a seguir.
• Proteção de 1ª zona
• Proteção de 2ª zona
• Proteção de 3ª zona
• Proteção de 4ª zona
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Relé de Distância
Zonas de atuação
Proteção de 1ª zona
Ajuste da proteção de 1ª zona para defeito entre fases deve ser feito 
considerando a impedância da linha de transmissão correspondente de 80 a 
90% do seu comprimento.
Para defeitos monopolares toma-se a impedância da linha de transmissão 
correspondente a 80% do seu comprimento.
A proteção deve disparar a qualquer defeito com tempo de retardo definido 
pela inercia do dispositivo.
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Relé de Distância
Zonas de atuação
Proteção de 1ª zona
Z1
Z2
Z3
T1
T2
T3
0,80 0,20 0,50 0,50
L1 L2 L3
Distância
Tempo
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Relé de Distância
Zonas de atuação
Deve-se entender por comprimento de uma linha de 
transmissão a distância entre duas barras consecutivas. Nesse 
caso, para o limite da 1ª zona deve ser considerada a barra 
mais próxima onde está instalada a proteção de distância a ser 
ajustada.
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Relé de Distância
Zonas de atuação
Proteção de 2ª zona
Deve proteger o restante da linha a partir do ponto anterior e mais 50% da 
linha seguinte.
Tempo de disparo entre 0,25 a 0,4 s.
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Relé de Distância
Zonas de atuação
Proteção de 2ª zona
Z1
Z2
Z3
T1
T2
T3
0,80 0,20 0,50 0,50
L1 L2 L3
Distância
Tempo
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Relé de Distância
Zonas de atuação
Proteção de 3ª zona
A proteção de 3ª zona tem por finalidade garantir a proteção das zonas 1 e 2 
e mais 50% da linha seguinte.
É necessário verificar se o alcance da 3ª zona deve atingir o secundário dos 
transformadores de potência das subestações remotas. Se essa condição 
ocorrer, deve-se limitar oalcance da proteção de 3ª zona a 90% da 
impedância de sequência positiva para defeitos bifásicos e trifásicos e a 80% 
para defeitos monopolares.
Tempo de disparo entre 0,6 a 1 s.
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Relé de Distância
Zonas de atuação
Proteção de 1ª, 2ª e 3ª zonas
Z1
Z2
Z3
T1
T2
T3
0,80 0,20 0,50 0,50
L1 L2 L3
Distância
Tempo
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Relé de Distância
Zonas de atuação
Proteção de 4ª zona
Em geral, a 4ª zona tem a sua supervisão voltada para o sentido contrário 
das demais proteções do sistema elétrico. Isso quer dizer que a proteção de 
4ª zona deve ser sensível aos defeitos para trás, considerando a barra onde 
está instalado o relé de distância.
Deve ser ajustada para proteger a barra da subestação, considerando a 
resistência de arco.
Tempo de disparo 1s.
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Relé de Distância
Zonas de atuação
Proteção de 1ª, 2ª e 3ª zonas
Z1
Z2
Z3
T1
T2
T3
0,80 0,20 0,50 0,50
L1 L2 L3
Distância
Tempo
Z4
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção
Entendem-se por esquemas de proteção os meios utilizados para 
acelerar a atuação dos relés de distância quando da ocorrência de 
uma falta fora do alcance da 1ª zona.
Para isso são empregados sistemas de telecomunicação através dos 
quais são transferidos sinais de disparo dos relés para os disjuntores 
localizados nas extremidades da linha de transmissão que se quer 
proteger, obedecendo a uma lógica de decisão com base nas 
informações locais e remota.
Em geral, são empregados seis tipos de esquemas de proteção.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (distância 
escalonada)
❑ Atuação por distância escalonada
Esse esquema funciona aplicando um dispositivo temporizador ajustável 
a cada zona de proteção para a geração dos sinais de atuação do relé. 
Não é utilizado sistema de teleproteção.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (comparação por 
fase)
❑ Esquema de comparação de fase
Esse sistema se caracteriza pela comparação do ângulo de fase entre as 
correntes nos dois terminais consecutivos de uma linha de transmissão.
Casso aconteça uma falta nos pontos F, a fase da corrente em 52B é
invertida.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (comparação por 
fase)
❑ Esquema de comparação de fase
Em geral, a aplicação da proteção por comparação de fase
normalmente ocorre diante da dificuldade de se utilizar a proteção de
distância por distância escalonada nos seguintes casos:
• Nas linhas de transmissão onde a resistência de contato para a terra 
é muito elevada;
• Nas linhas de transmissão de pequeno comprimento que resultam em 
baixa impedância;
• Nas linhas de transmissão com compensação série (banco capacitor).
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (DUTT)
❑ Transferência de atuação direta com subalcance (DUTT –
direct underreach transfer trip)
Os disjuntores de cada terminal são desligados diretamente pelo sinal
recebido pelo sistema de teleproteção e emitido a partir de cada
terminal, mesmo que em algumas situações isso não seja necessário.
Esse tipo de esquema de proteção é empregado nas linhas de
transmissão de comprimento médio e longo.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (DUTT)
50/51
67
Falta no ponto F3:
O relé de sobrecorrente 50/51 associado ao disjuntor 52C instalado no
terminal B, detecta a falta, enquanto o relé de distância 21A, instalado
no terminal A, detecta a mesma falta na 2ª ou 3ª zona.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (DUTT)
50/51
67
Falta no ponto F3:
O relé 21A poderá atuar na 2ª ou 3ª zona de forma temporizada, como
proteção de retaguarda. Já o relé de distância 21B, por ser direcional,
não deverá operar, e o defeito em primeira contingência será eliminado
pelo relé de sobrecorrente associado ao disjuntor 52C, atuando sobre o
mesmo.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (DUTT)
50/51
67
Falta no ponto F1:
A falta está dentro da 1ª zona de proteção do relé 21A, haverá atuação
normal dos relés de distância 21A e 21B. Nesse caso, não haverá
interferência do sistema de teleproteção.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (DUTT)
50/51
67
Falta no ponto F1:
No entanto, por motivos de segurança, o sistema de teleproteção irá
atuar ocorrendo a recepção e a transmissão de sinal entre os terminais
A e B. O sinal da teleproteção recebido em cada terminal é o
responsável pela atuação direta dos disjuntores 52A e 52B.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (DUTT)
50/51
67
Falta no ponto F2:
A falta está fora da 1ª zona de proteção do relé 21A, atuará o disjuntor
52B ordenado pelo relé de distância 21B; e por transferência de sinal
atuará o disjuntor 52A do terminal A.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (POTT)
❑ Transferência de atuação permissiva com sobrealcance 
(POTT – permissive overreach transfer trip)
O ajuste dos relés de distância na 1ª zona em linhas de transmissão
curtas podem apresentar deficiência de atuação por imprecisão nos
valores ajustados. Para evitar atuações intempestivas do sistema, pode
ser aplicado o esquema de proteção de transferência de atuação
permissiva com sobrealcance.
Nesse caso, a atuação local do disjuntor somente será efetuada com a
permissão recebida da outra extremidade da linha de transmissão
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (POTT)
50/51
67
Falta no ponto F3:
O relé 21A será sensibilizado, mas não o relé 21B, devido à sua
direcionalidade, não ocorrendo o desligamento do disjuntor 52A do
terminal A por não ter recebido o sinal emitido do terminal B.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (POTT)
50/51
67
Falta no ponto F1:
A falta está dentro da 1ª zona de proteção do relé 21A e do relé 21B.
Haverá o desligamento das duas extremidades da linha de transmissão
por meio da emissão dos respectivos sinais de atuação e transferidos
pelo sistema de teleproteção.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (DUTT)
50/51
67
Falta no ponto F2:
Da mesma forma como ocorreu anteriormente, haverá desligamento
dos disjuntores 52A e 52B, pois o relé 21A está sobre alcançado e o
defeito está dentro da zona de proteção do relé 21B.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (direcional com 
bloqueio)
❑ Atuação por comparação direcional com bloqueio
Os relés de proteção 21TA e 21TB indicados na Figura são conectados
com a finalidade de detectar os defeitos ocorridos “atrás”.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (direcional com 
bloqueio)
Falta no ponto F3:
fora da linha de transmissão que se quer proteger, o relé 21TB é
sensibilizado ativando o transmissor localizado no terminal B, que
enviará um sinal de comunicação para o receptor do terminal A.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (direcional com 
bloqueio)
Falta no ponto F3:
O relé 21FA também detecta o defeito em F3, mas seu temporizador
ajustado em aproximadamente 15 ms espera primeiro a recepção do
sinal transmitido do terminal B, que corresponde a um sinal de bloqueio
do disjuntor.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (direcional com 
bloqueio)
Falta no ponto F3:
Se houver falha no sistema de comunicação, o disjuntor 52A atuará
intempestivamente.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (direcional com 
bloqueio)
Falta no ponto F1:
São desligados tanto o disjuntor 52A quanto o disjuntor 52B através dos
relés 21FA e 21FB. Não haverá atuação dos relés 21TA e 21TB, porque
eles “veem” os defeitos “atrás”.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (direcional com 
bloqueio)
Falta no ponto F2:
Será aplicada a mesma lógica para curtos circuitos no ponto F1.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (direcional com 
desbloqueio)
❑ Atuação por comparação direcional com desbloqueio
Falta nos pontos F1 ou F2:
São ativados os transmissores instalados nos terminais A e B.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção(direcional com 
desbloqueio)
Falta nos pontos F1 ou F2:
O transmissor no terminal A envia para o receptor do terminal B o sinal
de comunicação de desbloqueio que corresponde uma permissão de
atuação do disjuntor 52B, ocorrendo o mesmo procedimento no
terminal B, o que desliga o disjuntor 52A.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (direcional com 
desbloqueio)
Falta no ponto F3:
O transmissor do terminal A é ativado e envia um sinal para o terminal
B, enquanto a proteção do terminal A é sensibilizada, mas não ordena a
abertura do disjuntor 52A por não ter o receptor do terminal A recebido
do transmissor do terminal B o sinal de desbloqueio.
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Relé de Distância
Esquemas Lógicos de proteção (direcional com 
desbloqueio)
Falta no ponto F3:
O relé 21B tem função direcional e portanto não é sensibilizado. A
proteção de sobrecorrente não direcional, funções 50 ou 51, do
disjuntor 52C, é a responsável pelo desligamento deste ou um relé de
distância atuando na 1ª zona.
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Ondas Viajantes
A falta está a uma distância m (km ou 
mi) do Terminal Local, L, e a uma 
distância LL – m (km ou mi) do 
Terminal Remoto, R. Considere a Barra 
B atrás do Terminal Local, L, como 
sendo uma barra de terminação de 
uma linha conectada ao Terminal 
Local, L. Uma onda viajante de 
corrente gerada no ponto da falta F 
chega no Terminal Local, L, no instante 
t1. Uma parcela da mesma é refletida, 
trafega de volta para a falta, reflete de 
volta na falta e, então, retorna para o 
Terminal Local, L, no instante t4. 
Durante o intervalo de tempo t4 – t1, a 
onda viajante percorreu uma distância 
de 2m.
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Ondas Viajantes
O método funciona bem se identificar 
corretamente o primeiro retorno da 
falta (instante t4, neste exemplo). O 
desafio é encontrar a onda viajante 
que seja a primeira reflexão da falta 
entre todas as outras ondas viajantes 
que podem chegar no terminal local, 
incluindo as ondas viajantes que são 
provenientes de trás do relé (t2) ou de 
barramentos a frente do relé (t3 e t6).
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Ondas Viajantes
Utilizando como referência a figura,
que mostra um exemplo de falta em
uma configuração do sistema de
potência pode-se descrever o sistema
da seguinte forma:
- t1 é o instante de chegada da
primeira onda viajante incidente
proveniente da falta.
- t2 é o instante de chegada de uma
onda viajante proveniente de trás do
relé e, portanto, não é o primeiro
retorno da falta devido a diferença de
polaridade.
- t3 é o instante de chegada de uma
onda viajante que trafegou desde a
falta até o terminal remoto e do
terminal remoto até o terminal local.
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Ondas Viajantes
- t4 é o instante de chegada da
primeira onda viajante refletida da
falta. Este é o tempo que o algoritmo
tem de usar para obter uma estimação
correta da localização de falta.
- t6 é o instante de chegada de uma
onda viajante que trafegou desde a
falta até o terminal local, do terminal
local até terminal remoto, e do
terminal remoto de volta até o
terminal local.