Universidade do Estado de Mato GrossoCampus Sinop

Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas

ROGÉRIO LÚCIO LIMA

Sinop – Outubro de 2016

PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS

Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 2

Princípios Fundamentais do Relés

Definição pela ABNT:“ Relé - é um dispositivo por meio do qual um equipamento elétrico é operado quando seproduzem variações nas condições deste equipamento (ou no circuito ou equipamento aele associado).”

Classificação dos Relés

a) Quanto às grandezas físicas de atuação: Mecânicas, térmicas, óticas, etc.

b) Quanto à natureza da grandeza a que respondem: corrente, tensão, potência,frequência, pressão, temperatura, etc.

c) Quanto ao tipo construtivo: eletromecânicos (indução), mecânicos, eletrônicos,estáticos, etc.

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Princípios Fundamentais do Relés

Classificação dos Relés

d) Quanto à função: sobre e subcorrente, tensão, potência, direcional de corrente oupotência, diferencial, distância.

Os relés são classificados segundo uma numeração que se normalizou para simbolizaras funções particulares dos relés, conforme listagem a seguir:

02 – Relé de partida ou fechamento temporizado (time-delay) starting, or closing-relay).03 – Relé de verificação ou interbloqueio (checking ou interlocking relay).21 – Relé de distância (distance relay).27 – Relé de subtensão (under voltage relay).30 – Relé anunciador (annunciator relay).32 – Relé direcional de potência (diretional power device).

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Princípios Fundamentais do Relés

Classificação dos Relés

d) Quanto à função: sobre e subcorrente, tensão, potência, direcional de corrente oupotência, diferencial, distância.

37 – Relé de subcorrente ou subpotência (undercurrent or under power relay)40 – Relé de campo (field relay).44 – Relé de sequência de partida das unidades (unit sequence starting relay).46 – Relé de reversão ou balanceamento corrente de fase (reverse phase or phase-balance, current relay)47 – Relé de sequência de fase de tensão (phase-sequence voltage relay).48 – Relé de sequência incompleta (uncomplete sequence relay)49 – Relé térmico para máquina ou transformador (machine, or transformer, thermalrelay).

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Princípios Fundamentais do Relés

Classificação dos Relés

d) Quanto à função: sobre e subcorrente, tensão, potência, direcional de corrente oupotência, diferencial, distância.

50 – Relé de sobrecorrente instantâneo (instantaneous over current relay).51 – Relé de sobrecorrente-tempo CA (ac time over current relay).53 – Relé para excitatriz ou gerador CC (exciter or dc generator relay).55 – Relé de fator de potência (power factor relay).56 – Relé de aplicação de campo (field application relay).58 – Relé de falha de retificação (power rectifier misfire relay).59 – Relé de sobretensão (overvoltage relay).60 – Relé de balanço de tensão (voltage balance relay).61 – Relé de balanço de corrente (current balance relay).

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Princípios Fundamentais do Relés

Classificação dos Relés

d) Quanto à função: sobre e subcorrente, tensão, potência, direcional de corrente oupotência, diferencial, distância.

62 – Relé de interrupção ou abertura temporizada (time-delay stopping or opening, relay)63 – Relé de pressão de nível ou de fluxo, de líquido ou gás (liquid or gaz presure, level, orflow relay).64 – Relé de proteção de terra(ground protective relay).67 – Relé direcional de sobrecorrente CA (ac directional overcurrent delay).68 – Relé de bloqueio (blocking relay) ou de oscilação do sistema.74 – Relé de alarme (alarm relay).76 – Relé de sobrecorrente CC (dc overcurrent relay).

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Princípios Fundamentais do Relés

Classificação dos Relés

d) Quanto à função: sobre e subcorrente, tensão, potência, direcional de corrente oupotência, diferencial, distância.

78 – Relé de medição de ângulo de fase, ou de proteção contra falta de sincronismo(phase angle measuring or out-of-step protective relay).79 – Relé de religamento CA(ac reclosing relay).81 – Relé de religamento (frequency relay).82 – Relé de religamento CC (dc reclosing relay).83 – Relé de seleção de controle ou de transferência automática (automatic selectivecontrol, or transfer relay).

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Princípios Fundamentais do Relés

Classificação dos Relés

d) Quanto à função: sobre e subcorrente, tensão, potência, direcional de corrente oupotência, diferencial, distância.

85 – Relé receptor de onda portadora ou fio-piloto(carrier, or pilot-wire, receiver relay)86 – Relé de bloqueio (blocking-out relay).87 – Relé de proteção diferencial (differential protective relay).91 – Relé direcional de tensão (voltage directional relay).92 – Relé direcional de tensão e potência (voltage and power directional relay).94– Relé de desligamento, ou de disparo livre (tripping relay).

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Princípios Fundamentais do Relés

Classificação dos Relése) Quanto à forma de conexão do elemento sensor: direto no circuito primário ou

através de redutores de medida (TP e TC).

f) Quanto ao tipo de fonte para atuação do elemento de controle: CA ou CC.

g) Quanto ao grau de importância: principal (51 ASA) ou intermediário (relé quebloqueia ⇒86 ASA).

h) Quanto ao posicionamento dos contatos(quando desenergizado): normalmenteaberto ou fechado.

i) Quanto à aplicação: em geradores, transformadores, linhas de transmissão, aparelhosem geral.

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Classificação dos Relés

j) Quanto à temporização.• Instantâneo.• Temporizado:

• Tempo definido.• Tempo inverso.• Tempo muito inverso.• Tempo extremamente inverso.

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Relé ElementarSabe-se que a força eletromotriz (Fe) através do entreferro (δ) pode ser dada por:

𝐹𝑒 = 𝐾𝐼2 =1

2𝐼2𝑛2

𝑑𝐺

𝑑𝛿Onde: I = corrente circulando na bobina do relé.

n = número de espiras da bobina do relé.dG/dδ = variação da permanência G do entreferro, com relação à mudança do

enteferro (δ). Têm-se, em oposição:

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Princípios Fundamentais do Relés

Relé Elementar

A força elétrica (𝐹𝑒) desenvolvida através do entreferro (𝛿) pelo fluxo no núcleo, eprovocada pela corrente I na bobina do relé, segundo a fórmula de Picou, neste tipo deestrutura, é

𝐹𝑒 ≅ 𝐾𝐼2

Onde K leva em consideração a taxa de variação de permeância do entreferro, o númerode espiras, e ajusta as unidades convenientemente.

Por outro lado, existe a força da mola (𝐹𝑚), opondo-se ao deslocamento da armadura:

𝐹𝑚 ≈ 𝐾. 𝑥

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Princípios Fundamentais do Relés

Relé Elementar

1) O relé possui:• Orgãos motores (bobinas).• Orgãos antagonistas (mola, gravidade).• Orgãos auxiliares ( contatos, amortecedores).

2) Na operação Releamento tem-se:• Elementos sensores ou detectores (ou elemento de medida de I).• Elemento comparador (entre 𝐹𝑒 e 𝐹𝑚).• Elemento de controle (que abre o disjuntor).

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Princípios Fundamentais do Relés

Relé Elementar

Conclusões:

1) Na operação Releamento tem-se:A curva ao lado mostra a variação da corrente nabobina do relé, quando a IMPEDÂNCIA 𝒁𝑳 DECRESCE(isto é, quando a carga aumenta). EMCONSEQUÊNCIA:• O relé atua e fecha o circuito operativo, abrindo o

disjuntor e acendendo a lâmpada de sinalização(𝒕𝟐) ⇒Ia (corrente de atuação).

• Diminuindo a corrente, com o aumento de𝒁𝑳 (em 𝒕𝟑), alcança-se em 𝒕𝟒, a corrente “𝑰𝒅”,onde a armadura do relé rearma:

𝑰𝒅 = corrente de rearmar.

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Relé Elementar

Conclusões:

2) Na operação Releamento tem-se:

À relação 𝐾𝑑 =𝐼𝑑

𝐼𝑎denominamos: relação de recomposição, ou de rearme, de

relaxamento dropante, e, percentagem de retorno.

Em geral, 𝐾𝑑, varia entre 0,75 e 0,95.Para o relé atual: 𝐹𝑟 = 𝐹𝑒 − 𝐹𝑚 > 0𝐹𝑒 - característica eletromecânica da bobina ≅ 𝐾𝐼2;𝐹𝑚- característica mecânica da mola de restrição ≅ 𝐾𝑥;

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Princípios Fundamentais do Relés

Qualidades requeridas de um relé

a) Serem o mais simples e robustos o quanto possível.b) Serem rápidos (estabilidade), com qualquer valor, natureza e local do defeito.c) Terem baixo consumo de energia.d) Terem alta sensibilidade.e) Realizar contatos firmes (evitando-se centelhamento).f) Manter sua regulagem (mesmo com alterações climáticas, vibrações, frequência, etc).g) Serem baratos.

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Princípios Fundamentais do Relés

Critérios de existência de falta e seus efeitos

Por definição, defeito ou falta é o termo usado para denotar um acidental afastamentodas condições normais de operação. Assim, um curto-circuito ou um condutor,interrompido constituem uma falta.

De fato, um curto circuito traduz-se por

a) Altas correntes e quedas de tensão;b) Variação da impedância aparente;c) Aparecimento das componentes inversas (sequência negativa) e homopolar

(sequência zero);d) Acentuadas diferenças de fase e/ou amplitude entre a corrente de entrada e corrente

de saída de um da rede;

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Princípios Fundamentais do Relés

Características comuns dos relés

Regime de contatosOs contatos do relé que fecham ou abrem circuitos externos para atuar os disjuntores,energizar relés auxiliares, acionar alarmes, etc., devem ser adequados para o nível decorrente que eles podem ser requeridos.

Contato normalmente aberto – tipo a (NA).Contato normalmente fechado – tipo b (NF).

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Características comuns dos relés

Bandeirola e Contato de Selo

A maioria dos relés terá indicador de operação, como uma bandeirola e pode sercombinado com um elemento de selo. Uma vez que o relé opere, a bandeirola muda parauma posição que é facilmente detectada pelo operador. A bandeirola geralmente érecomposta manualmente, uma vez que o operador deve tomar conhecimento daoperação do relé.

Para proteger o contato principal do relé contra danos resultantes de uma interrupçãoacidental da corrente da bobina de disparo do disjuntor, alguns relés são equipados combobina e contato selo.

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Referência Bibliográfica

CAMINHA, A. C. Introdução à proteção de Sistemas Elétricos, Editora Edgard Blucher, 1ª Edição, 1977, 9ª Reimpressão.

KINDERMANN, G. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência. Volume 1, Florianópolis: 2ª Edição, 2005.

HEWITSON, L.; BROWN, M.; RAMESH, B. Practical Power Systems Protection. Elsevier, Oxford, 2004.