Simulador de relé de sobrecorrente 50/51 — veja a curva, injete a falta e assista ao trip

Como ler a curva de tempo inverso

O gráfico do meio do simulador é um coordenograma: o mesmo gráfico log-log que aparece no manual de qualquer relé de proteção e que muita gente de campo nunca aprendeu a ler com segurança. Ele relaciona duas grandezas. No eixo horizontal está a corrente — quanto mais à direita, maior a corrente de falta que o relé enxerga. No eixo vertical está o tempo de operação — quanto mais para baixo, mais rápido o relé atua. Os dois eixos são logarítmicos, e há um bom motivo para isso: as correntes de falta variam de centenas a milhares de amperes, e os tempos vão de centésimos de segundo a dezenas de segundos. Só uma escala logarítmica cabe tudo isso num gráfico legível.

A linha azul grossa é a curva da função 51. Ela desce da esquerda para a direita: em correntes baixas, perto do pickup, o tempo de operação é longo; em correntes altas, o tempo despenca. É exatamente o comportamento que você quer numa proteção — uma falta franca, violenta, precisa ser cortada rápido; uma sobrecarga leve pode esperar um pouco, para não desligar a planta à toa. Esse formato que cai conforme a corrente sobe é o que se chama de tempo inverso: o tempo é inversamente relacionado à corrente.

O ponto azul que percorre a curva é o ponto de operação: ele fica na interseção da curva 51 com a linha vertical da corrente de falta que você escolheu no slider. O rótulo ao lado dele mostra o tempo que o relé levaria para atuar naquela corrente. Mova o slider de corrente de falta e veja o ponto deslizar pela curva, com o tempo mudando junto — sem precisar injetar nada. Essa leitura, sozinha, já resolve a dúvida mais comum de quem regula proteção: quanto tempo o relé vai demorar nesta corrente, com este ajuste?

À esquerda da linha de pickup, o fundo fica levemente rosado. Essa é a zona morta: qualquer corrente abaixo do pickup não faz o relé operar, por mais que o tempo passe. É uma região importante de entender, porque um pickup ajustado alto demais cria uma zona morta larga — e faltas reais, de corrente moderada, ficam sem proteção.

O que faz o pickup, o TMS e a família de curva

Três ajustes governam a curva da função 51, e o simulador foi desenhado justamente para você ver o efeito de cada um antes de girar o botão no relé real. Entender essa relação causa-efeito é o que separa quem decora valores de quem realmente entende a proteção.

Pickup (Is) — onde a proteção começa

O pickup, ou corrente de partida Is, é a corrente a partir da qual o relé passa a contar o tempo para atuar. Abaixo de Is, nada acontece. Ao girar o knob de pickup no simulador, a curva inteira desliza horizontalmente: aumentar Is empurra a proteção para correntes maiores, diminuir Is a traz para correntes menores. O pickup deve ficar acima da maior corrente de carga normal — senão o relé desligaria a instalação em operação rotineira — e abaixo da menor corrente de falta que se quer detectar. Esse aperto entre carga e falta é uma das primeiras contas de qualquer ajuste de sobrecorrente.

TMS (dial) — o ajuste de coordenação

O TMS (Time Multiplier Setting), também chamado de dial nos relés eletromecânicos, é o multiplicador de tempo. Ele escala a curva inteira para cima ou para baixo, sem mudar a forma: dobrar o TMS dobra o tempo de operação em qualquer corrente. Experimente no simulador — gire o dial de 0,30 para 0,60 e veja a curva subir, com o tempo do ponto de operação dobrando na hora. É com o TMS que se faz a coordenação: dar ao relé de jusante um tempo menor que o de montante, para que o mais próximo da falta atue primeiro e só desligue o trecho com problema. O dial é, na prática, o botão da seletividade.

Família de curva — a forma da resposta

A família de curva define o formato da resposta tempo×corrente. A norma IEC 60255-151 padroniza quatro famílias, e cada uma cai de um jeito diferente conforme a corrente sobe. Girar o seletor de família no simulador troca a forma da curva de maneira radical — e é aí que mora um dos conceitos mais sutis e importantes da proteção, que a próxima seção destrincha.

SI, VI, EI e LTI: por que a família muda tudo

As quatro famílias de curva da norma IEC 60255-151 diferem em quão íngreme é a queda do tempo conforme a corrente cresce. Conhecer o caráter de cada uma é decisivo para escolher a proteção certa:

• SI — Standard Inverse: a mais plana. O tempo cai devagar conforme a corrente sobe. É uma curva de uso geral, comum em alimentadores onde não se exige uma resposta muito agressiva nas correntes altas.
• VI — Very Inverse: declínio acentuado. É a família mais usada no Brasil em proteção de média tensão, porque oferece um bom compromisso: espera nas correntes baixas e corta rápido nas altas. É a curva padrão do simulador.
• EI — Extremely Inverse: a mais íngreme das quatro. O tempo despenca muito rápido com o aumento da corrente. É excelente para coordenar com fusíveis e para seguir a curva de dano de um transformador, porque acompanha o formato dessas curvas.
• LTI — Long Time Inverse: uma curva lenta e longa. Mantém tempos altos por uma faixa ampla de corrente. É usada onde a carga tem arranque demorado — um motor grande, por exemplo — e a proteção precisa tolerar a corrente de partida sem atuar à toa.

Agora o ponto que o simulador revela melhor que qualquer texto: a hierarquia entre as famílias se inverte conforme a corrente muda. Em corrente baixa, perto de duas vezes o pickup, a EI é a mais lenta das quatro; em corrente alta, dez ou vinte vezes o pickup, a EI vira a mais rápida. As curvas se cruzam. Por isso não existe família universalmente melhor: a escolha depende da faixa de corrente em que você precisa de seletividade. Gire o seletor de família no simulador, com a corrente de falta fixa, e veja o tempo de operação saltar para cima ou para baixo dependendo de onde você está na escala. Esse cruzamento é o coração da coordenação entre dispositivos.

A função 50 e a função 51 na mesma tela

Os dois números — 50 e 51 — vêm da tabela de funções de proteção da norma ANSI/IEEE, e descrevem duas formas de proteção de sobrecorrente que convivem no mesmo relé moderno.

A função 51 é a sobrecorrente temporizada. É a curva azul que você vem ajustando: ela introduz um retardo proposital, dependente da corrente, para permitir seletividade. Graças a esse tempo, o dispositivo mais próximo da falta atua primeiro, e só o trecho com problema sai de operação — o resto da planta segue energizado.

A função 50 é a sobrecorrente instantânea. Acima de um pickup próprio, chamado de Im e normalmente ajustado bem alto, ela dispara quase sem retardo, em poucos centésimos de segundo. A ideia é cortar imediatamente as faltas mais violentas, tipicamente perto da barra, onde a corrente é tão alta que não faz sentido esperar — cada ciclo a mais é energia destrutiva passando pelo equipamento.

Ative a função 50 no simulador, com o toggle da Zona A, e observe o que aparece no coordenograma: um L invertido vermelho, sobreposto à curva 51. A perna vertical desse L marca o pickup Im — à direita dele, qualquer falta cai na função 50; a perna horizontal marca o tempo instantâneo. Quando você injeta uma falta acima de Im, o relé não espera a curva 51: a função 50 atua na frente, e o resultado vem em âmbar para sinalizar o trip instantâneo. Abaixo de Im, vale a curva 51 temporizada. Ver as duas proteções juntas, na mesma tela, deixa claro como elas se complementam: a 51 cuida da seletividade na faixa intermediária, a 50 corta na hora o que é grave demais para esperar.

Um detalhe de honestidade técnica: o tempo da função 50 varia conforme o relé e o fabricante — relés digitais modernos atuam mais rápido, eletromecânicos antigos um pouco mais devagar. Por isso o simulador mostra esse tempo como uma faixa representativa (0,02 a 0,05 s), com o carimbo “a verificar no manual do relé”. Não é um valor normativo: é uma referência didática. O número real está no datasheet do seu relé.

O que este simulador não faz (e o que faz o estudo de coordenação)

Ser honesto sobre o escopo é parte de uma boa ferramenta de engenharia. Este simulador é um modelo didático de um único relé 50/51, com as quatro famílias de curva da norma IEC 60255-151. Ele é ótimo para entender o efeito de cada ajuste e treinar a leitura do coordenograma. Mas ele deliberadamente não trata:

• a coordenação entre dois ou mais relés em série, com a margem de tempo entre eles (o intervalo de coordenação);
• a proteção de terra restrito (funções 50N e 51N), com pickup e dial próprios;
• a sobrecorrente com restrição ou controle de tensão (função 51V);
• as faltas assimétricas — fase-terra, bifásica — e a componente de sequência zero;
• a curva de dano do transformador e do cabo, que limita por cima o tempo aceitável.

A decisão de qual ajuste é seletivo e adequado para uma instalação específica é projeto de engenharia. Ela exige o levantamento das correntes de curto-circuito em cada barra, as curvas de todos os dispositivos da cadeia, as curvas de dano dos equipamentos, e uma memória de cálculo que justifique cada pickup e cada TMS — tudo consolidado num laudo com responsável técnico e ART. Esse é o estudo de coordenação e seletividade de proteção, e é o serviço que a ferramenta gratuita prepara você para conversar de igual para igual. A Token Engenharia executa estudos de coordenação de proteção, com coordenograma completo da planta e laudo assinado, em todo o Brasil.

Como o simulador calcula o tempo de operação

O tempo da função 51 sai de uma equação fechada da norma IEC 60255-151, a mesma usada no motor de cálculo interno da Token (validado em centenas de casos de teste). O tempo de operação é o produto do TMS por uma constante k da família, dividido por (M elevado a α, menos 1), onde M é a razão entre a corrente de falta e o pickup. Cada família tem o seu par de constantes k e α:

Veja com o exemplo de escola que o simulador já traz carregado: a curva Very Inverse, com pickup Is = 100 A, dial TMS = 0,30 e uma falta de 600 A. A razão M vale 600 dividido por 100, ou seja, 6. O tempo é 0,30 × 13,5 dividido por (6 menos 1), que dá 4,05 dividido por 5, igual a 0,81 segundo. É exatamente esse o valor que aparece no ponto de operação do coordenograma e no card de resultado quando você injeta a falta. Dobre o TMS para 0,60 e o tempo dobra para 1,62 segundo — a prova visual de que o dial é um multiplicador puro de tempo.

A equação tem um cuidado importante: quando a corrente de falta é igual ou menor que o pickup (M menor ou igual a 1), o denominador zera ou fica negativo e o tempo tende ao infinito — ou seja, o relé não opera. É a zona morta. O simulador trata esse caso explicitamente: em vez de mostrar um número absurdo, ele avisa que a falta está abaixo do pickup e não seria detectada.

Perguntas frequentes

O que é a função 50 e a função 51 de um relé de sobrecorrente?

São duas proteções de sobrecorrente no mesmo relé. A 51 é temporizada: atua depois de um tempo que depende da corrente, seguindo uma curva de tempo inverso — quanto maior a falta, mais rápido o trip. A 50 é instantânea: acima de um pickup alto (Im), dispara em poucos centésimos de segundo. A 51 dá seletividade nas faltas moderadas; a 50 corta na hora as faltas muito altas, perto da barra.

O que é o pickup (Is) de um relé de sobrecorrente?

É a corrente a partir da qual o relé enxerga a falta. Abaixo de Is o relé fica na zona morta e não opera; acima de Is a função 51 começa a temporizar. Mover o pickup desloca a curva horizontalmente. Is baixo demais faz o relé atuar na carga normal; alto demais deixa faltas reais passarem.

O que faz o TMS (dial) de um relé 51?

O TMS, ou dial, é o multiplicador de tempo da curva. Ele escala o tempo de operação para cima ou para baixo sem mudar a forma: dobrar o TMS dobra o tempo em qualquer corrente. É o ajuste de coordenação por excelência — é com ele que se faz o relé de jusante atuar antes do de montante.

Qual a diferença entre as curvas SI, VI, EI e LTI?

São as quatro famílias da norma IEC 60255-151 e mudam o quanto o tempo cai com a corrente. SI é quase plana; VI tem declínio acentuado e é a mais usada no Brasil; EI é a mais íngreme, ótima para fusível e curva de dano de trafo; LTI é lenta e longa, para cargas de arranque demorado. Em corrente baixa a ordem dos tempos é uma; em corrente alta ela se inverte.

Como se calcula o tempo de operação de um relé 51?

Pela equação de tempo inverso da norma IEC 60255-151: o tempo é o TMS vezes a constante k da família, dividido por (M elevado a α, menos 1), com M igual à corrente de falta dividida pelo pickup. Exemplo VI com Is = 100 A, TMS = 0,30 e falta de 600 A: M = 6, e o tempo dá 0,30 × 13,5 / (6 − 1) = 0,81 s.

O que é a zona morta da proteção de sobrecorrente?

É a faixa de corrente abaixo do pickup Is, onde o relé não opera. Se a corrente de falta for menor que Is, a equação tende ao infinito: nunca há trip. No simulador, ao levar a corrente de falta para a esquerda do pickup, o ponto de operação some e o resultado avisa que a falta não seria detectada — um erro clássico de pickup alto demais.

Este simulador substitui o estudo de coordenação de proteção?

Não. É um modelo didático de um relé 50/51 com as quatro famílias, para ver o efeito de cada ajuste. Não trata coordenação entre relés, terra (50N/51N), tensão controlada (51V) nem faltas assimétricas, e o tempo da função 50 é faixa representativa, a verificar no manual. A decisão do ajuste seletivo é projeto com memória de cálculo, curva de dano e ART. A Token Engenharia executa esse estudo em todo o Brasil.