Explique o funcionamento do relé de distância. Descreva os tipos de relés de distância e como agem as grandezas de atuação e restrição na sensibilização do relé.

Passo 1

O enunciado pede que a gente entenda como funciona um relé de distância usado em proteção de sistemas de potência, que se baseia na medição do “comprimento” de falta visto pela subestação. Para isso, vamos recorrer aos conceitos de impedância aparente, torque de atuação e torque de restrição (nas versões eletromecânicas) ou, em relés estáticos/digitais, às grandezas que geram o sinal de operação versus o de trava. Também veremos os principais tipos de característica de alcance do relé.

Passo 2

O princípio básico de um relé de distância é medir a impedância aparente entre o ponto de instalação e o ponto de falta, calculada por
Z_{\rm medido} \;=\;\frac{V}{I}
onde \!V é a tensão medida no barramento do relé e \!I a corrente de falta. Se essa impedância fica dentro de um “alcance” pré-definido (ou seja, abaixo de uma certa barreira), o relé entende que a falta está dentro de sua zona de atuação e dispara o comando de trip.

Passo 3

Os tipos mais comuns de característica de alcance são:
  • Característica mho (ou impedância): região circular centrada na origem, com ângulo de admissão igual ao do sistema.
  • Característica de reactância: medida só da parte imaginária de Z, sensível a faltas próximas à zona de fase-terra.
  • Característica offset-mho: como o mho, mas deslocada para aumentar a seletividade em uma das extremidades do trecho protegido.
  • Característica quadrilátero: retângulo em coordenadas (\Re\{Z\},\Im\{Z\}) que permite ajustar separadamente alcance em resistivo e reativo.
  • Característica elíptica: elipse customizável em (\Re\{Z\},\Im\{Z\}) para uma melhor aproximação do comportamento real da linha.

Passo 4

Nas versões eletromecânicas, temos dois torques internos:
T_{\rm op} = k_1\,V^2 + k_2\,V\,I\cos\varphi \quad\text{e}\quad T_{\rm res} = k_3\,I^2
onde T_{\rm op} tende a fechar o contato (tripar) e T_{\rm res} a mantê-lo aberto. Em relés estáticos ou digitais, esses “torques” viram grandezas:
  • Grandeza de atuação: normalmente a razão \tfrac{V}{I} (impedância) ou alguma combinação dos módulos |V|, |I| e do ângulo entre eles.
  • Grandeza de restrição: sinal de polarização (direcionalidade), derivado da tensão em um outro ponto ou de um componente específico da corrente, para evitar operação em federações de barra ou em outros trechos.

Passo 5

A sensibilização do relé — ou seja, até que ponto ele é seletivo e não se dispara em faltas fora de zona — depende da relação entre essas grandezas de atuação e restrição. Ajusta-se um “bias” de corrente (ou tensão polarizante) de modo que o relé só dispare quando
\bigl|\tfrac{V}{I}\bigr|\;\le\;Z_{\rm alcance} \quad\text{e simultaneamente}\quad \text{direcionalidade favorável.}á
Se a corrente de restrição for muito alta, o relé fica mais “duro” e pode não operar em faltas internas a zonas longas; se for muito baixa, pode operar em falta externa.

Resposta

  • Funcionamento: o relé de distância mede a impedância aparente \bigl(Z=V/I\bigr) até o ponto de falta e dispara se ela estiver dentro de uma região característica pré-definida.
  • Tipos de relés de distância:
    • mho (impedância circular centrada na origem)
    • reactância (só parte imaginária de Z)
    • offset-mho (mho deslocado para ajustar seletividade)
    • quadrilátero (região retangular em \Re\{Z\}\times\Im\{Z\})
    • elíptico (região elíptica em \Re\{Z\}\times\Im\{Z\})
  • Grandezas de atuação e restrição:
    • atuação: impedância \tfrac{V}{I}, módulos |V|, |I| e ângulo de fase
    • restrição: polarização direcional (tensão ou componente de corrente) que garante seletividade e evita disparos indevidos.

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