Sistema de Proteo, Controle, Medio,

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  • UIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS

    Estudo de Caso na Automao, Proteo e

    Superviso de uma Subestao de Classe

    69kV

    Diego Luz Martins

    ORIENTADOR: Ruy Alberto Corra Altafim

    So Carlos

    2012

  • i

    DIEGO LUZ MARTINS

    Estudo de Caso na Automao, Proteo e

    Superviso de uma Subestao de Classe

    69kV

    Trabalho de Concluso de Curso

    apresentado Escola de Engenharia de So

    Carlos, da Universidade de So Paulo

    Curso de Engenharia Eltrica com nfase em

    sistemas de energia e automao

    ORIENTADOR: Ruy Alberto Corra Altafim

    So Carlos

    2012

  • ii

  • iii

  • iv

  • v

    Sumrio

    RESUMO ....................................................................................................................................... XI

    ABSTRACT ................................................................................................................................ XIII

    1 INTRODUO ........................................................................................................................ 1

    2 RELS DE PROTEO ......................................................................................................... 3

    2.1 Funo de um rel de proteo ............................................................................................. 3

    2.2 Rels eletromecnicos .......................................................................................................... 3

    2.3 Rels estticos ...................................................................................................................... 6

    2.4 Rels micro processados ....................................................................................................... 6

    3 COMPARANDO PROTEO ELETROMECNICA E MICROPROCESSADA ............. 11

    3.1 Padronizao de curvas de atuao e adaptao de sistemas existentes ............................. 11

    3.2 Novos critrios de ajuste .................................................................................................... 11

    3.3 Intertravamento lgico ........................................................................................................ 11

    3.4 Automonitoramento dos componentes e circuitos .............................................................. 12

    3.5 Medio, comando e comunicao integrados a proteo. ................................................. 12

    3.6 Requisitos de instalao ..................................................................................................... 12

    3.7 Requisitos quanto a testes ................................................................................................... 13

    3.8 Modernizao e instalao de subestaes ......................................................................... 15

    4 NORMA IEC 61850 ............................................................................................................... 17

    4.1 A criao da norma ............................................................................................................. 17

    4.2 Objetivos da norma............................................................................................................. 18

  • vi

    4.3 Mensagem GOOSE ............................................................................................................ 19

    5 EQUIPAMENTOS ................................................................................................................ 23

    5.1 PCM 600 ............................................................................................................................ 23

    5.2 Mala de testes OMICRON ................................................................................................. 25

    5.2.1 Aplicaes ...................................................................................................................... 25

    5.2.2 Funcionamento ............................................................................................................... 25

    5.3 Rel de proteo ABB........................................................................................................ 27

    5.3.1 REC670 .......................................................................................................................... 27

    5.3.2 RED 670......................................................................................................................... 28

    5.3.3 RET 670 ......................................................................................................................... 29

    6 FUNES DE PROTEO ................................................................................................. 31

    6.1 Proteo diferencial de transformador (87T) ..................................................................... 31

    6.2 Funes de tenso .............................................................................................................. 36

    6.2.1 Proteo de sobretenso (59) ......................................................................................... 36

    6.2.2 Funo de subtenso (27) ............................................................................................... 37

    6.3 Funes de sobre corrente (50/51) ..................................................................................... 37

    6.3.1 Condies de operao do rel de sobrecorrente ........................................................... 39

    6.3.2 Funo de sequncia negativa ........................................................................................ 40

    6.3.3 Funo direcional ........................................................................................................... 40

    6.4 Funo de falha disjuntor (50BF) ...................................................................................... 41

    6.5 Funo de frequncia (81).................................................................................................. 43

    7 ESTUDO DE CASO .............................................................................................................. 45

    7.1 A subestao e suas pontas remotas ................................................................................... 45

    7.1.1 SUBESTAO EESC (6913,8/11,95kV) ................................................................... 45

    7.1.2 SUBESTAO IFSC - (69 kV): ................................................................................... 46

    7.1.3 SUBESTAO IQSC (69 kV): ..................................................................................... 46

    7.1.4 SUBESTAO ICMC (69 kV): .................................................................................... 46

  • vii

    7.2 Equipamentos de proteo, controle e superviso .............................................................. 46

    7.2.1 Principal - SE EESC ....................................................................................................... 46

    7.2.2 Ponta Remota SE IFSC ............................................................................................... 46

    7.2.3 Ponta Remota - SE IQSC ............................................................................................... 47

    7.2.4 Ponta Remota - ICMC .................................................................................................... 47

    7.3 Especificaes do Sistema de Proteo e Controle ............................................................ 47

    7.3.1 Proteo de Linha RED670 ............................................................................................ 47

    7.3.2 Proteo e Superviso do Transformador RET670 ........................................................ 52

    7.3.3 Controle e Proteo REC670 para Transformador ......................................................... 55

    7.3.4 Controle e Proteo REC670 Proteo do Banco de Capacitores .................................. 57

    7.3.5 Controle e Proteo REC670 Alimentadores ................................................................. 59

    7.4 Filosofia geral de Proteo e Controle ............................................................................... 62

    7.5 Sistema Supervisrio e Arquitetura de Automao ............................................................ 63

    7.5.1 Arquitetura do Sistema ................................................................................................... 63

    7.5.2 IHM ................................................................................................................................ 65

    7.5.3 Sincronismo por GPS ..................................................................................................... 66

    7.5.4 Rede de dados ................................................................................................................. 68

    7.5.5 Modelagem do Sistema (IEC 81346) ............................................................................. 71

    8 CONCLUSO ........................................................................................................................ 73

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................................... 75

    BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................ 77

  • viii

    Lista de figuras

    Figura 1 diagrama de blocos do funcionamento de um rel ....................................................... 10

    Figura 2 exemplo de rel digital ................................................................................................. 10

    Figura 3 Exemplo de comunicao horizontal entre IEDs .......................................................... 20

    Figura 4 - Fluxograma do processo de configurao das mensagens GOOSE .............................. 21

    Figura 5 - Painel convencional de proteo com reles eletromecnicos ........................................ 24

    Figura 6 - Configurao de uma proteo genrica no PCM600 ................................................... 24

    Figura 7 - Vista frontal da mala 256plus CMC do fabricante Omicron ......................................... 26

    Figura 8 - Tela do software supervisrio Quick CMC da mala Omicron ...................................... 26

    Figura 9 - Ligao ilustrativa entre TCs e IED .............................................................................. 31

    Figura 10 - Conexo interna dos TCs ao IED ................................................................................ 32

    Figura 11 - Zonas de operao da proteo 87T ............................................................................ 34

    Figura 12 - Exemplo de falha de disjuntor (50BF) ........................................................................ 42

    Figura 13 - Bay da linha IFSC ....................................................................................................... 49

    Figura 14 - Bay do transformador dois .......................................................................................... 53

    Figura 15 - Protees intrnsecas do transformador ....................................................................... 55

    Figura 16 - Bay do banco de capacitores ....................................................................................... 57

    Figura 17 - Bay do sistema de servios auxiliares ......................................................................... 58

    Figura 18 - Bay do alimentador de 13,8kV .................................................................................... 60

    Figura 19 - Bay do seccionado de barra ......................................................................................... 60

    Figura 20. - Arquitetura da SE EESC ............................................................................................ 64

    Figura 21. - Arquitetura conjunta das SEs IFSC, IQSC e ICMC ................................................... 64

    Figura 22 - Arquitetura para teste de sincronismo ......................................................................... 68

  • ix

    Lista de tabelas

    Tabela 1 - Tabela de coeficiente de operao funo de sobrecorrente ......................................... 39

    Tabela 2 - Painis de proteo da SE EESC ................................................................................... 46

    Tabela 3 - Painis de proteo da SE IFSC .................................................................................... 47

    Tabela 4 - Painis de proteo da SE IQSC ................................................................................... 47

    Tabela 5 - Painis de proteo da SE ICMC .................................................................................. 47

    Tabela 6 - Protees de linha.......................................................................................................... 50

    Tabela 7 - Protees do transformador (RET670) .......................................................................... 54

    Tabela 8 - Protees do transformador (REC670) ......................................................................... 56

    Tabela 9 - Protees do banco de capacitores (REC670) ............................................................... 58

    Tabela 10 - Protees dos alimentadores (REC670) ...................................................................... 61

    Tabela 11 - Conexes externas do switch 1 ................................................................................... 68

    Tabela 12 - Conexes externas do switch 2 ................................................................................... 69

    Tabela 13 - Conexes externas do switch 3 ................................................................................... 70

    Tabela 14 - Conexes externas do switch 4 ................................................................................... 70

    Tabela 15 - Conexes externas do switch 4 ................................................................................... 71

  • x

  • xi

    Resumo

    Neste documento apresentado um comparativo entre tecnologias de rels

    eletromecnicos e microprocessados, mostrando os benefcios que uma instalao eltrica pode

    obter a partir da digitalizao de seu sistema de proteo, controle e superviso. Sero abordados

    os requisitos e normas que norteiam a instalao de rels digitais para projetos modernos de

    proteo de sistema eltricos.

    Uma vez que todos os requisitos de instalao tenham sido abordados ser apresentado

    um projeto real de aplicao de proteo digital incluindo: projeto eltrico, descritivos dos IEDs e

    equipamentos informtica alm da arquitetura de comunicao necessria para o funcionamento

    do sistema.

    Palavras chave: rels microprocessados, rels eletromecnicos, projeto eltrico, normas,

    arquitetura de comunicao.

  • xii

  • xiii

    Abstract

    In this work it will be presented a comparison between the technologies:

    electromechanical relays and microprocessor based relays, showing the benefits that a power

    system can get from updating its protection, control and supervision. It will be discussed the

    requirements and standards that guide the installation of digital relays for modern designs of

    electrical protection system.

    Once all installation requirements have been discussed it will be presented a real

    application project application of digital protection including: electrical design, descriptive of

    IEDs and computer equipment beyond the communication architecture required for system

    operation.

    Key words: microprocessor relays, microprocessor based relays, electrical design, standards,

    communication architecture.

  • xiv

  • 1

    1 Introduo

    Rels eletromecnicos tm sido largamente utilizados pela indstria da energia eltrica

    para a proteo de seus sistemas, seja no ramo da gerao, transmisso ou distribuio, porm

    essa tecnologia apresenta limitaes e problemas inerentes ao seu funcionamento como os

    causados pela grande quantia de peas mveis e a grande quantidade de calibraes necessrias

    para o funcionamento correto do esquema de proteo projetado.

    Com o desenvolvimento da microeletrnica, os rels eletromecnicos foram substitudos

    por rels de estado slido, que desempenhavam as mesmas funes dos rels eletromecnicos,

    porm com auxlio de sistemas eletrnicos que substituram as partes mveis da tecnologia

    anterior e facilitaram a configurao dos ajustes necessrios, entretanto os rels de estado slido

    ainda possuam suas limitaes principalmente no que se diz respeito capacidade de

    processamento e armazenamento do hardware e na flexibilidade das protees.

    Hoje a tecnologia mais moderna no que se diz respeito proteo de sistemas eltricos de

    potencia so os rels microprocessados de proteo, pode-se dizer que essa a evoluo natural

    dos rels de estado solido. O rel microprocessado possui uma CPU (central processing unit)

    responsvel pelo processamento de diversas funes de proteo diferentes que podem ser

    incorporadas ao mesmo equipamento e diversos hardwares responsveis pela comunicao da

    CPU com o sistema eltrico e de superviso. Dentre as vantagens trazidas pelo rel digital pode-se

    destacar a possibilidade de integrar diversas funes de proteo em um nico equipamento alm

    de trazer para dentro do rel a funo de controle e manobras da subestao.

    Os rels digitais tambm trouxeram novos desafios para os engenheiros de proteo. O

    principal deles foi integrar os sistemas de diversos modelos e fabricantes de forma a criar uma

    soluo para as necessidades do sistema eltrico. A soluo para esse problema foi encontrada na

    criao de uma norma internacional que passaria a nortear as aplicaes de sistema de proteo,

    controle e superviso do sistema eltrico de potncia, a norma IEC61850.

    Outra rea que se beneficiou muito com o desenvolvimento tecnolgico foi a de

    superviso e controle do sistema eltrico, pois os rels digitais tambm incorporaram essas

    funes permitindo a criao de um sistema mais integrado, seguro e confivel.

    Esta monografia tem por objetivo geral mostrar um material complementar visando suprir

    uma carncia do currculo do aluno de engenharia eltrica no que diz respeito a aplicaes reais

    de sistemas de proteo, controle e superviso de uma subestao do ponto de vista dos requisitos,

    normas e necessidades, que poder ser utilizado na disciplina SEL0350 Projetos de Redes. Para

    que esse objetivo possa ser alcanado alm do conhecimento acadmico disponvel tambm sero

    utilizadas as experincias obtidas durante o estgio supervisionado na empresa ABB na diviso de

    proteo de subestaes.

  • 2

  • 3

    2 Rels de proteo

    De acordo com Elmore (2003), rels so dispositivos conectados ao sistema eltrico para

    detectar condies intolerveis indesejveis.

    2.1 Funo de um rel de proteo

    A principal funo de um rel de proteo inserido no sistema eltrico de potncia a

    remoo de servio no mais perodo de tempo mais curto possvel de qualquer elemento que

    esteja operando de forma indevida, colocando dessa forma o resto de sistema em condio de

    risco. O rel atua sobre disjuntores e religadores isolando dessa forma a poro defeituosa do

    resto do sistema.

    Geralmente os disjuntores so posicionados de forma a permitir que cada gerador, linha

    de transmisso, barra, transformador, etc. possam ser isolados completamente do resto do sistema.

    Os disjuntores tm que ter capacidade suficiente de forma que eles possam suportar o valor

    mximo momentaneamente de corrente de curto circuito que pode circular por eles e interrompe-

    la. [AIEE Commitee, 1953, p.331-333, traduo prpria].

    2.2 Rels eletromecnicos

    Estes rels utilizam propriedades magnticas dos circuitos de entrada para atuar um

    mecanismo, tal como uma armadura ou um disco de induo. So normalmente fornecidos em um

    compartimento retangular que permanentemente encaixado em um conjunto de contatos. Este

    tipo de rel inclui uma bandeirola mecnica que indica a operao do rel, ajudando na soluo de

    problemas. O corpo do rel encaixado dentro de um compartimento metlico ou plstico e pode

    ser retirado quando for conveniente, para testes de rotina e manuteno. [ELMORE, 2003,

    traduo prpria].

    Para que um rel eletromecnico possa ser aplicado propriamente a sua funo de

    proteo, ele precisa ser calibrado segundo alguns parmetros do sistema como: ngulo de fase,

    direo de atuao, polaridade das tenses e correntes, polaridade do rel e diagrama de fasores.

    Essas caractersticas variam de um sistema para outro dependendo da aplicao que desejada do

    equipamento.

    Blackburn (1979) classifica os rels em quatro tipos, conforme princpios de atuao:

  • 4

    Atrao magntica: dentro dessa classe de equipamentos possvel ainda fazer

    uma diviso em mais trs subtipos: solenoides, chocalho e polares.

    i. Solenoides: O equipamento possui uma bobina solenoide, uma estrutura

    magntica exterior e um pisto magntico no interior. Quando uma tenso ou

    corrente aplicada a bobina, excedendo o valor de pick-up, o pisto

    impulsionado para frente operando um conjunto de contatos. A fora que

    requerida para empurrar o pisto pode ser calibrada proporcionalmente ao

    valor da corrente que circula dentro da bobina. As caractersticas de operao

    desse tipo de rel so fortemente influenciadas pelo formato do pisto, o

    ncleo interno, a estrutura magntica e pela bobina solenoide. Esse tipo de

    tecnologia apresenta uma atuao instantnea e sem nenhum tipo de atraso

    proposital. Em geral o tempo de atuao pode variar de menos de um ciclo a

    quatro ciclos, sendo que os tempos mais logos para operao ocorrem

    prximos aos limiares do valor de pick-up.

    ii. Chocalho: Essas unidades possuem um quadro magntico em formato de

    ferradura com uma das extremidades fixada enquanto a outra tem seu

    movimento restrito entre um par de contatos. Na extremidade fixada

    utilizada uma bobina para forar um movimento na outra ponta. Quando a

    bobina acionada por uma corrente circulante, a ponta no fixada do quadro

    se move em direo a ela fazendo com que um conjunto de contatos sejam

    abertos ou fechados. Neste caso novamente o torque necessrio para criar um

    movimento no quadro proporcional ao valor da corrente que circula na

    bobina. Os valores de pick-up (corrente mnima necessria para sensibilizar o

    rel de proteo) e drop-out ( o maior valor de corrente para dessensibilizar

    o rel) nos rels de chocalho so menos precisos do que nos solenoides. Esse

    tipo de rel mais comumente utilizado como rel auxiliar de contatos

    reversveis.

    iii. Polares: Esse modelo de rel opera atravs da passagem de corrente contnua

    por uma bobina enrolada ao redor de uma armadura de formato anelar no

    centro de uma estrutura magntica. Um im permanente atravs da estrutura

    polariza os gaps magnticos (entreferro) da armadura. Dois espaadores no

    magnticos localizados na parte traseira do quadro so acoplados a dois ims

    shunt. Esse arranjo permite que o fluxo magntico seja ajustado para o valor

    de pick-up desejado, determinando o ponto de operao do rel. Dependendo

    do design e dos ajustes que so feitos, possvel fazer com que esse tipo de

    rel apresente uma atuao rpida ou temporizada.

  • 5

    Induo magntica: Os rels de induo magntica podem ser divididos em dois

    tipos, os de disco de induo e as unidades cilndricas:

    i. Unidade de disco de induo: Originalmente esse tipo de unidade era

    inspirada em modelos de medidores de watt/hora, no entanto as unidades de

    proteo mais modernas, apesar de se manterem utilizando os mesmo

    princpios de operao, so bastante diferentes das originais. Todos os

    modelos conservam o princpio de operarem segundo um torque decorrente

    da interao entre fluxos magnticos de um eletrom com os que so

    induzidos em um disco rotativo de alumnio. Existem diversas verses e

    configuraes possveis para os rels de disco de induo. Sua aplicao

    mais comum para protees direcionais uma vez que o sentido de giro do

    disco pode ser controlado a partir das correntes de entrada no rel.

    ii. Unidades cilndricas: O modo de operao de um rel cilndrico muito

    parecido com a operao de um motor de induo com polos salientes no

    enrolamento do estator. A unidade bsica que usada como rel de proteo

    possui um ncleo de ao no centro de um de eletrom de formato quadrado,

    envolvido com um cilindro de alumnio de paredes finas para poder rodar no

    espao vazio entre o ncleo e o eletrom. A capacidade de rotao do

    cilindro de alumnio limitada a alguns graus pelo contato, e uma mola

    responsvel por fazer com que o cilindro volte a sua posio inicial. O

    movimento do cilindro e em decorrncia a operao do rel vem da interao

    entre as correntes que circulam por duas bobinas montadas sobre o eletrom.

    Diferentes configuraes na posio das bobinas podem resultar em

    diferentes possibilidades de aplicao. Esse rel pode ser utilizado tanto para

    protees de tenso quanto de corrente.

    D`Arsonval: Esse tipo de rel de proteo utiliza uma estrutura magntica e um

    ncleo de im permanente cilndrico de dois polos. Uma bobina mvel com a

    capacidade de girar no espao vazio dentro do equipamento energizada com

    corrente contnua que gera um torque rotacional a partir do momento que o fluxo

    magntico induzido na bobina interage com o fluxo magntico proveniente do

    im do ncleo. Esse tipo de rel capaz de operar com valores de entrada muito

    pequenos como os provenientes de derivaes de corrente contnua por exemplo.

    Trmicos: Rels trmicos so construdos a partir de fatias ou bobinas bi

    metlicas que possuem uma ponta fixa e outra livre. Com o aumento da

    temperatura, os dois metais se dilatam diferentemente em decorrncia de seus

    coeficientes de dilatao linear serem diferentes, o que ocasiona um movimento

  • 6

    na ponta livre das fatias ou bobinas bi metlicas. Esse movimento pode ser

    utilizado para acionar um conjunto de contatos permitindo a atuao do

    equipamento de proteo.

    2.3 Rels estticos

    A tecnologia de rels eletromecnicos foi sucedida pelos rels estticos ou rels de

    estado slido. Esta classe de equipamentos opera com base em circuitos lgicos eletrnicos.

    Segundo Rao (1979) o desenvolvimento dos reles estticos aplicado da mesma

    maneira que aos rels eletromecnicos, entretanto, apresentam-se como equipamentos de uma

    maior operacionalidade, permitindo no somente uma melhor atuao dos sistemas de

    proteo tradicionais, mas tambm desenvolver esquemas de proteo mais avanados e

    sofisticados.

    2.4 Rels micro processados

    Os reles digitais surgiram como sucessores naturais dos rels do tipo esttico. Os

    trabalhos na rea digital comearam a surgir por volta dos anos 60, quando os computadores

    comeavam a substituir ferramentas tradicionais no campo na anlise dos sistemas de

    potncia. Uma vez resolvidos os problemas de clculo de curto-circuito, fluxo de carga e

    estabilidade dos sistemas, as atenes se voltaram para os rels de proteo micro

    processados que prometiam um vasto campo de pesquisa a frente, mas logo ficou claro que a

    tecnologia computacional disponvel na poca no seria suficiente para atender as

    necessidades impostas pelas funes de proteo. Outro problema que logo surgiu foi o custo

    dos investimentos que seriam necessrios nessa rea para que ela se desenvolvesse. O

    interesse por esse assunto ficou restrito a reas acadmicas nas quais muitos pesquisadores

    continuaram o desenvolvimento de algoritmos de proteo, at que uma oportunidade

    surgisse.

    Com o progresso na tecnologia dos computadores, os elevados requisitos dos

    algoritmos de proteo puderam comear a ser atendidos de forma rpida e economicamente

    vivel. Hoje a tecnologia digital fornece uma importante base para o desenvolvimento dos

    sistemas de potncia, sejam eles na rea da gerao transmisso ou distribuio, atuando no

    somente mais nas funes de proteo, mas tambm em reas como medio, controle e

    comunicao. Assim o rel micro processado se torna uma ferramenta extremamente

    poderosa e atraente uma vez que capaz de concentrar diversas funes dentro de um nico

    equipamento.

    Outro ponto dentro dessa classe de equipamentos que merece destaque sua

  • 7

    altssima confiabilidade, isso se deve ao fato dos rels modernos possurem algoritmos de

    autodiagnostico (auto teste). Essa funo permite ao rel fazer uma verificao contnua de

    seu hardware e software, detectando quaisquer anormalidades dentro de seus sistemas sem a

    necessidade de desligar periodicamente o rel para testes de confiabilidade. Isso, alm de

    conferir ao equipamento uma grande consistncia permite que ele trabalhe por um tempo sem

    interrupo para ajustes muito superior aos rels de tecnologias mais antigas.

    Pode-se ainda destacar algumas outra vantagens desse tipo de tecnologia, como por

    exemplo:

    Oscilografia e anlise de sequncias de eventos: os rels digitais possuem

    dentre as suas funcionalidades o registro de oscilografia. Essa funo permite que

    sejam gravados amostras dos valores de tenso e corrente antes, durante e depois

    de eventos detectados no sistema eltrico. Esses dados constituem ento uma

    importante base de estudos para o entendimento do evento ocorrido e anlise de

    aes que posam ser tomadas visando futura preveno de novos problemas.

    Localizao de defeitos: o principal benefcio obtido a reduo do nmero de

    faltas permanentes, atravs da manuteno corretiva em equipamentos em pontos

    indicados pela reincidncia de faltas transitrias, tais como as causadas por

    queimadas, descargas atmosfricas ou equipamentos danificados.

    Deteco de defeitos incipientes em transformadores: a maioria dos defeitos

    internos em transformadores comea com descargas parciais que podem ser

    detectadas atravs do monitoramento do espectro de frequncia capturados por

    transformadores de corrente (TCs) conectados ao transformador.

    Monitoramento de disjuntores: o tempo de resposta para um comande de

    abertura ou fechamento enviado a um disjuntor tambm pode ser monitorado

    pelo equipamento de proteo digital. Essa informao til para indicar

    possveis problemas nos disjuntores.

    Segundo Senger (2001) pode-se destacar ainda outras vantagens para os rels

    microprocessados.

    Melhoria na confiabilidade global: os rels digitais possuem um nmero de

    componentes muito grande, dessa forma so muitos os pontos dentro de sua

    arquitetura que podem estar sujeitos a uma falha. Apesar disso, a confiabilidade

    global do sistema de proteo digital maior que a de rels que empregam outras

  • 8

    tecnologias, uma vez que essa tecnologia possui recursos de auto checagem

    altamente desenvolvidos.

    Recurso de comunicao: Atravs de canais de comunicao normatizados, o

    rel pode se comunicar com qualquer outro equipamento transmitindo assim

    quaisquer tipos de informaes que possam ser pertinentes para o melhor

    funcionamento do sistema.

    Maior flexibilidade: Logicamente o hardware pode ser um limitante, mas toda a

    inteligncia se encontra no software (ajustes, curvas e funes de proteo so

    facilmente alterveis), que ainda pode ser expandindo por funes secundrias

    paralelas s protees principais (oscilografia, registro de eventos, religamento,

    falha de disjuntor, etc.).

    Facilidade de integrao com novas tecnologias: Os rels digitais possuem em

    sua arquitetura portas de comunicao alm de entradas e sadas de sinais que

    permitem uma conexo com outros equipamentos como: fibras ticas para

    recebimento e transmisso de dados, TCs e TPs, integrao com sistemas

    supervisrios existentes na subestao.

    Melhor estabilidade em longo prazo: Uma vez que o equipamento totalmente

    configurado e colocado em funcionamento so poucos os ajustem que podem a

    vir a ser necessrio com o tempo de operao. O desempenho do equipamento

    tambm muito pouco influenciado pelo envelhecimento dos componente, esse

    era um dos principais problemas me rels estticos e eletromecnicos, nos quais

    o envelhecimento dos diversos componentes que os compunham provocava a

    alterao da calibragem do equipamento, inferindo em atuaes indevidas. O rel

    digital ainda capaz de se auto calibrar com ajustes automticos baseados em

    dados que so recolhidos ao longo do seu tempo de operao.

    Os rels microprocessados so compostos por diversos subcomponentes de hardware

    cada qual com uma funo especfica. Geralmente os rels so configurveis quanto ao seu

    hardware dependendo da aplicao especfica que se deseja, no entanto alguns componentes

    bsicos esto sempre presentes no equipamento:

    Carto de entradas analgicas: este mdulo responsvel por fazer a leitura

    dos sinais de tenso e corrente proveniente dos equipamentos de campo (TCs e

    TPs). Ele tambm fornece ao rel um isolamento eltrico da conexo com o

    campo para prevenir danos ao hardware eletrnico sensvel dentro do rel, em

    caso de surtos.

  • 9

    Carto de entradas digitais: um canal dedicado a entradas de valor binrio no

    rel Esse tipo de sinal muito importante para que se possa criar lgicas de

    intertravamento entre os sinais de trip da subestao, saber o estado operacional

    dos equipamentos de ptio, receber dados de operao de outros rels como, por

    exemplo, a funo 50BF (falha de disjuntor segundo tabela normatizada ANSI).

    Carto de sadas digitais: um canal dedicado a sadas de valor binrio do rel.

    por ele que saem os sinais de trip, para abertura de disjuntor, comandos de tap

    para os trafos, entre outros.

    Filtro: implementado, sobretudo para evitar que haja sobreposio de espectro

    (aliasing) durante a digitalizao do sinal analgico dos TPs e TCs.

    Conversor A/D: o responsvel pela digitalizao do sinal propriamente dita.

    alimentado pela CPU do rel com a frequncia de amostragem desejada e por sua

    vez ele alimenta a CPU com os calores digitalizados de corrente e tenso obtidos

    em campo.

    CPU: dentro desse modulo so feitos todos os calculo e processamento de dados

    referente proteo e controle da subestao. A CPU tambm responsvel por

    gerenciar todos os ouros mdulos do rel, fazendo verificaes constantes do

    funcionamento do seu hardware. Caso algum dos mdulos apresente mau

    funcionamento alm do aviso ao operador, so acionadas rotinas internas do rels

    que impedem qualquer tipo de comando de abertura ou fechamento de disjuntor

    ou seccionadora de forma indevida.

    Memria de dados: dentro dessa memria que ficam armazenadas as funes

    de proteo do rel e a sua lgica de automao. Ela tambm usada pela CPU

    para guardar valores amostrados ou eventos de oscilografia quando estes so

    necessrios.

    Fonte de alimentao: apesar de ser um dos elementos mais simples do

    funcionamento do rel, esta de fundamental importncia. dentro desse bloco

    que so monitorados os valores de tenso e corrente que esto alimentando o rel.

    A prpria fonte responsvel por comutar entres os diferentes bancos de bateria

    caso um deles deixe de funcionar ou ainda acionar a proteo de retaguarda caso

    o rel perca completamente a sua alimentao.

    Na figura 1 pode-se ver um diagrama esquemtico que representa todos os principais

    blocos de um rel microprocessado e como eles se conectam entre si.

  • 10

    Figura 1 diagrama de blocos do funcionamento de um rel

    Na figura 2 est representado um exemplo de rel de proteo de barras do fabricante

    ABB. Dento desse equipamento esto alocados todos os blocos funcionais apresentados na

    figura 1.

    Figura 2 exemplo de rel digital

  • 11

    3 Comparando proteo eletromecnica e microprocessada

    3.1 Padronizao de curvas de atuao e adaptao de sistemas existentes

    Devido enorme gama de possibilidades que foi trazida para o ramo da proteo de

    sistemas eltricos pelos rels de proteo microprocessados, surgiu a necessidade da criao

    de um padro nico para as funes de proteo. Hoje em dia, qualquer equipamento vendido

    tem seu sistema de funcionamento padronizado pelas normas ANSI/IEEE e IEC. Essas

    normas abrangem no somente as funes de proteo, mas tambm as formas com que os

    equipamentos se comunicam (protocolos), permitindo dessa forma que no seja necessrio

    que a proteo de uma subestao seja feita somente com equipamentos de um nico

    fabricante.

    Alguns rels chegaram sofisticao de permitir a programao da curva de atuao

    ponto a ponto e mais atualmente possvel a incluso de curvas personalizadas no nvel de

    usurio, isto , o engenheiro de proteo tem a liberdade de desenhar a curva de tempo x

    corrente que melhor coordene com os dispositivos de proteo instalados a montante e a

    jusante do rel de proteo [RUFATO JR., 2006].

    3.2 Novos critrios de ajuste

    Com o tratamento mais refinado dos sinais recebidos pelos rels e a utilizao de

    alguns sinais lgicos adicionais possvel, por exemplo, filtrar a corrente de inrush de

    transformadores sendo conectados a linha, filtrar componentes harmnicas que podem causar

    m interpretao ao rel, filtrar componentes simtricas quando alguma delas no

    interessante para os clculos das funes de proteo, tambm possvel fazer a distino da

    corrente de partida de motores de induo. Dessa forma os rels microprocessados excluem a

    necessidade das temporizaes grosseiras que eram comumente usadas em rels

    eletromecnicos para impedir que esses atuassem de forma indevida, mas que ao mesmo

    tempo retardavam sua atuao em condies verdadeiras de falta.

    3.3 Intertravamento lgico

    Para a composio de esquemas de proteo especiais, possvel que sejam usadas as

    entradas e sadas binarias do rel digital. Atravs desse sinais possvel compor sistemas de

    variveis complexos que garantem uma maior confiabilidade ao sistema de proteo, por

    exemplo, possvel montar um esquema de seletividade lgica entre rels de sobrecorrente e

    conseguir indiretamente a proteo de um barramento.

    Com a aquisio dessa funo, os rels digitais deixaram de ser apenas equipamentos

  • 12

    de proteo e passaram a atuar tambm no controle dos equipamentos da subestao, por

    exemplo, possvel criar uma lgica simples que impea que a chave secionadora do by-pass

    de um disjuntor seja aberta enquanto seu disjuntor estiver fechado e sobrecarga, evitando

    dessa forma o risco de um operador inadvertido gerar um arco nesse secionador.

    3.4 Automonitoramento dos componentes e circuitos

    Os rels digitais possuem dentro de suas funes bsicas o auto monitoramento de

    hardware e o monitoramento dos circuitos de trip. Com essa funo, o rel capaz de

    identificar em tempo real qualquer falha em seu hardware interno e disparar um sinal para o

    operador da subestao. Dependendo da classe de tenso e da filosofia de proteo da

    subestao, o rel capaz de se retirar automaticamente do sistema de proteo e comutar os

    comandos para unidade de retaguarda. Essa classe de rels capaz de monitorar ainda todo os

    circuitos externos a ele, como a comunicao com rels auxiliares ou ainda com as bobinas

    de um disjuntor em campo. Esse monitoramento feito atravs de um circuito de corrente

    com valores inferiores a 20mA. O valor baixo utilizado para impedir que o circuito de

    monitoramento cause a operao indevidamente de algum equipamento.

    3.5 Medio, comando e comunicao integrados a proteo.

    Outra dentre as muitas funes que foram integradas dentro do rel digital de

    proteo est a medio. A partir dos valores de tenso e corrente lidos em cada fase pelos

    TCs e TPs no ptio da subestao o rel capaz de calcular qualquer valor que se ache

    interessante o conhecimento, como por exemplo, potncia ativa, reativa e aparente, ngulo de

    fase, componentes simtricas de corrente ou ainda identificar e decompor as diversas

    harmnicas presentes no sistema. Esses equipamentos ainda so capazes de se integrar com

    sistemas supervisrios na prpria subestao ou com sistemas distantes conferindo ao sistema

    a independncia de um operador.

    3.6 Requisitos de instalao

    Conforme Vasconcellos e Vieira Jr. (2003), as instalaes de sistemas eltricos de

    potencia tambm foram bastante beneficiadas, principalmente pela menor dimenso dos

    equipamentos de proteo e pelo surgimento dos rels multifuncionais.

    A seguir so citadas as principais mudana na instalao introduzidas pela proteo

    digital em sistemas de potncia:

  • 13

    Compactao e simplificao das instalaes: a menor dimenso dos rels

    digitais multifuncionais faz com que eles ocupem um espao fsico muito menor

    do que sistemas de proteo convencionais.

    Baixo consumo e menos solicitao de carga dos TCs e TPs: o circuitos de

    aquisio de variveis analgicas dos rels digitais tendem a possuir um

    baixssimo consumo de potncia, alm disso, esses rels so capazes de integrar a

    proteo junto com a medio reduzindo ainda mais a demanda de potencia. Por

    essas caractersticas, possvel que instalaes que fazem o uso de rels

    microprocessados podem utilizar TCs de ncleo reduzido e baixa corrente

    nominal mesmo em casos que a corrente de curto circuito possa ser elevada.

    Cabeamento de comunicaes: o alto grau de sofisticao da tecnologia digital

    de proteo e controle do sistema eltrico exige um sistema de comunicao

    igualmente complexo e de difcil instalao devido infraestrutura que

    demandada.

    Fontes de alimentao estvel e constante: necessria para dar suporte ao

    sistema de proteo e controle, essa fornecida por meio de um sistema de

    nobreaks de bancos de baterias que so alimentados em geral por um

    enrolamento tercirio de baixa tenso presente nos transformadores da

    subestao. Algumas instalaes contam ainda com mltiplos bancos para o caso

    da perda de um deles. Nesse caso implementado um sistema de comutao de

    alta velocidade que capaz de chavear entre as fontes antes que os equipamentos

    de proteo digital possam sentir a perda da alimentao.

    Aterramento: os rels, por serem equipamentos de alta sensibilidade e muitas

    vezes estarem conectados com equipamentos de ptio distantes requerem uma

    referncia de tenso comum e preciso com esses equipamentos. A melhor forma

    de obter esse valor utilizando a valor de referncia da terra, dessa forma se o

    aterramento da subestao no feito tomando os cuidados necessrios,

    possvel que as funes de proteo atuem de forma indevida. Apesar desse

    requisito da tecnologia microprocessada de proteo, ele no deve ser entendido

    com uma desvantagem.

    3.7 Requisitos quanto a testes

    Durante a instalao so realizados testes a fim de verificar se os rels possuem seus

    ajustes configurados corretamente e se a soluo criada ir atender aos requisitos especficos

    da instalao em particular. So trs os principais testes que so realizados:

  • 14

    Teste de comunicao: esse teste realizado com os equipamentos de campo

    em duas etapas, na primeira o rel isolado dos equipamentos de campo e recebe

    a injeo de valores desejados de tenso e corrente a fim de que sejam testadas as

    entradas e sadas binarias do rel de proteo, na segunda fase o rel

    reconectado aos equipamentos de campo para o teste da comunicao entre o rel

    e os equipamentos de ptio.

    Levantamento de curvas: nesse teste valores analgico de tenso e corrente

    simulando a leitura dos TCs e TPs so injetados no rel atravs de uma mala de

    testes para verificao dos pontos de atuao das protees implementadas. Essa

    curvas ou grfico colhidos devem ser exatamente iguais aos que foram projetados

    pelo estudo de proteo. Vale tambm ressaltar que as curvas so as mesmas

    usadas nos rels eletromecnicos, porm nesse caso elas so implementadas

    virtualmente eliminando qualquer dependncia que possa existir do hardware do

    rel.

    Comunicao com o sistema supervisrio: Devido a requisitos impostos pelos

    procedimentos de rede, as novas instalaes contendo rels digitais devem ser

    comandadas por um sistema supervisrio de pelo menos dois nveis. O primeiro

    o da prpria subestao, o segundo so as centrais regionais de comando, que

    alm de serem responsveis pela superviso das subestaes tambm so

    responsveis por enviar para o sistema do ONS (operador nacional do sistema

    eltrico) alguns sinais de superviso que so necessrios para o controle da malha

    interligada. Logicamente outros nveis de comando e superviso podem ser

    inseridos no sistema de acordo com a filosofia adotada por cada concessionria.

    Para que esse sistema funcione de forma adequada, necessrio que os pontos de

    superviso sejam reconhecidos pelo sistema supervisrio. Dessa forma testes de

    comunicao e agrupamento de pontos so realizados. O caminho contrrio

    tambm testado, todos os comandos de operao so feitos no supervisrio para

    confirmar que o rel est recebendo corretamente suas mensagens. Essa fase de

    testes nica para os rels microprocessados uma vez que as tecnologias mais

    antigas no permitem esse tipo de integrao, pois qualquer tipo de comando

    forado que fosse necessrio em rels deveria ser feito de forma mecnica no

    prprio equipamento.

    Alm dos testes de instalao dos equipamentos existe a necessidade de testes de

    rotina nos equipamentos que j esto funcionando. Esses testes precisam ser realizados em

    rels eletromecnicos com o objetivo de garantir que estes estejam operando dentro dos

  • 15

    padres especificados para seu funcionamento. recomendado que estes testes sejam

    realizados com um intervalo de um a trs anos, para que dessa forma seja possvel afirmar

    que apesar do uso contnuo o equipamento ainda se mantm operando dentro dos parmetros

    desejados. Os testes de rotina que so realizados em um rel eletromecnico so muito

    similares aos aqueles efetuados durante o processo de instalao.

    Para os rels micro processados, os mesmo testes so realizados, porm essa classe

    de equipamentos possuem a funo de auto teste (self-check routines). Essa funo permite

    que o rel mantenha uma constante verificao de seu software e hardware, para se assegurar

    de que os ajustes e circuitos crticos do rel estejam funcionando corretamente.

    Dessa forma a manuteno de rotina dos rels microprocessados significativamente

    mais fcil e barata que a de um rel eletromecnico, uma vez que na maioria dos casos o rel

    digital no precisar ser desconectado do sistema para seus testes e tampouco demanda um

    operador para realiza-los, alm do fato do auto teste ser muito mais confivel uma vez que ele

    realizado com uma frequncia muito maior. Outra vantagem da tecnologia micro

    processada o fato de sua construo no demandar peas mveis o que reduz muito o

    desgaste mecnico devido ao uso.

    3.8 Modernizao e instalao de subestaes

    Quando os rels eletromecnicos comearem a falhar ou necessitarem de manuteno

    frequente, sua substituio por um rel digital pode ser uma alternativa economicamente e

    tecnicamente adequada. Os rels microprocessados so sistemas ideais para a substituio de

    equipamentos velhos e desgastados que no atendem mais as necessidades do

    empreendimento. Painis de proteo com rels microprocessados utilizam um espao muito

    menor, dois dos principais motivos so: a possibilidade de concatenar varias funes de

    proteo e controle em um nico equipamento e os esquemas de proteo e os princpios de

    projeto eltrico so bastante parecidos. A fiao necessria para a substituio tambm

    bastante parecida e pode ser facilmente adaptada.

    Quanto construo de novas subestaes, fcil justificar a aplicao de rels

    microprocessados. Eles so muito atrativos no que se referem ao custo e podem ser

    integrados respeitando quaisquer esquemas ou filosofias de proteo. Dentre outras vantagens

    ainda pode-se citar a reduo do espao fsico usado pelos painis, a menor quantidade de

    fiao necessria para a instalao do sistema e retorno financeiro do investimento e mdio e

    longo prazo.

  • 16

  • 17

    4 Norma IEC 61850

    O estudo de caso que ser apresentado foi completamente desenvolvido tendo como

    base os critrios apresentados dentro dessa norma. Neste capitulo ser apresentada a norma, o

    motivo pelo qual foi criada, seus componentes e como ela empregada.

    A nova norma trouxe solues que padronizaram vrios requisitos no que diz respeito

    automao de sistemas de gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica. A

    introduo da norma IEC 61850 no setor de sistemas de potncia tem possibilitado o

    desenvolvimento de novos conceitos e filosofias de aplicao de sistemas de automao e

    proteo no grupo GTD (gerao, transmisso e distribuio).

    Particularmente, os recursos de comunicao disponveis atualmente oferecem novas

    solues na integrao de sistemas de proteo, controle, medio, monitoramento e

    superviso de sistemas eltricos.

    4.1 A criao da norma

    A norma IEC 61850 foi desenvolvida ao longo de um perodo de aproximadamente

    10 anos, tendo seu desenvolvimento iniciado em 1995. Foi o resultado do esforo de vrios

    especialistas em automao industrial ao redor do mundo. No incio do trabalho de

    desenvolvimento foram utilizadas duas foras de trabalho mundiais, a primeira a UCA, que

    representava o Eletric Power Research Institute, em Palo Alto (Califrnia EUA) enquanto

    na Europa os trabalhos de desenvolvimento era conduzidos pelo TC57, um grupo de trabalho

    do IEC que tem como nfase as atividades relacionadas ao gerenciamento dos sistemas de

    potencia e a troca de informaes dentro desses sistemas [Packworld, 2007].

    Este desenvolvimento tambm um marco histrico, onde dois dos mais respeitados

    institutos de eletroeletrnica do mundo uniram foras para promulgar uma norma global,

    promovendo dessa forma uma padronizao na automao de subestaes e sistemas de

    potncia.

    Cada um dos grupos foi responsvel por desenvolver uma parte distinta da nova

    norma. O UCA foi encarregado do desenvolvimento do GOMSFE, um projeto de modelar de

    dados para atender as necessidades da automao das subestaes, enquanto o TC57

    concentrou seus esforos para o desenvolvimento de um protocolo padro de comunicao e

    a tecnologia de rede que seria necessria para atender esse novo protocolo.

    O primeiro encontro entre o UCA e o TC57 foi realizado em Minneapolis (EUA) em

    1995. Nessa ocasio o TC57 aceitou a misso de desenvolver um protocolo de comunicao

    padro diferente de todos os outros vigentes at aquele momento, que compreenderia novas

  • 18

    funcionalidades at aquele momento no implementadas na rea da automao.

    Durante o segundo encontro, realizado na cidade de So Francisco (EUA), foi feito

    feita a primeira reunio entre os dois grupos com o intuito de coordenar os prximos esforos

    de desenvolvimento. Desse ponto e pelos prximos dois anos o desenvolvimento da norma

    foi feito de forma independente pelas duas entidades, at o ponto em que o grupo do IEC

    desenvolveu um esquema de modelagem de dados muito semelhante ao GOSMFE

    apresentado pelo UCA. Naquele momento, os grupos de trabalho do IEC, com mais de

    setenta especialistas, perceberam que no seria possvel continuar o desenvolvimento de

    forma independente pelas duas instituies, dessa forma foi proposto uma integrao

    completa de esforos com o UCA, no ano de 1997 o UCA foi completamente integrado ao

    TC57.

    Na fase posterior de desenvolvimento, nova metas foram propostas e aceitas por

    ambos os grupos agora fundidos em um nica entidade. O desenvolvimento da norma foi

    dividido ento entre trs grupos de trabalho, como descrito pela PACWORLD (2007):

    Grupo 10: Responsvel pela arquitetura funcional e requisitos gerais;

    Grupo 11: Responsvel pelo desenvolvimento do sistema de comunicao entre

    IEDs e as estaes (como a comunicao com o sistema MICRO SCADA ou

    SAGE, por exemplo);

    Grupo 12: Responsvel pela comunicao entre IEDs e o processo (equipamento

    de campo);

    Depois da promulgao da norma, o UCA International Users est alocado na funo

    de resolver problemas tcnicos e dar suporte as aplicaes. Os grupos de trabalho 11 e 12

    foram integrados ao WG10 e este por usa vez atualmente, o responsvel pelo IEC 61850.

    Todos os novos recursos a serem implementados, as correes de eventuais problemas so

    agora de responsabilidade do WG10.

    Particularmente, os recursos de comunicao disponveis atualmente oferecem novas

    solues na integrao de sistemas de proteo, controle, medio, monitoramento e

    superviso de sistemas eltricos.

    4.2 Objetivos da norma

    Tendo com um de seus principais objetivos a nova norma internacional IEC 61850

    visa garantir a interoperabilidade entre equipamentos eletrnicos inteligentes (IEDs da sigla

    em ingls) de diferentes modelos e fabricantes, permitindo dessa forma o uso e a troca

    irrestrita de dados a fim de que cada equipamento seja capaz de desempenhar suas funes

    individuas e coletivas sem ter a comunicao como uma barreira. Dessa forma pode-se

  • 19

    entender interoperabilidade como a capacidade de dois ou mais equipamentos de fabricantes

    iguais ou no de trocar informaes e usar estas informaes para um desempenho adequado.

    A necessidade de um sistema interopervel surge basicamente da dificuldade que era

    encontrada quando existia a necessidade da integrao entre dois sistemas diferentes e da

    necessidade da troca de dados entre esse dois sistemas, principalmente no caso dos sistemas

    serem de fabricantes diferentes. A norma IEC 61850 surge ento como um requisito de

    mercado, e baseada em fortes argumentos de funcionalidades comprovadas, evoluo

    tecnolgica, especificaes de clientes e de mtodos de engenharia disponibilizados pelos

    fabricantes. [OLIVEIRA, 2007].

    4.3 Mensagem GOOSE

    Para a automao e proteo de um sistema de potncia previsto dentro da norma

    IEC 61850 a configurao de um sistema de comunicao horizontal. Nessa arquitetura de

    sistema possvel que vrios IEDs troquem informaes entre si, garantindo dessa forma a

    atuao de funes especficas de cada um deles que requerem informaes dos outro

    equipamentos presentes no sistema. Dessa forma possvel que sejam montados esquemas de

    proteo mais inteligentes e eficazes visando garantir um sistema que opere de forma mais

    confivel e segura. Nesse contexto, a comunicao horizontal entre os equipamentos de uma

    determinada rede feita atravs das mensagens GOOSE. Esse tipo de mensagem trocada

    atravs de um sistema de trfego multicast, ou seja, dentro desse modelo as mensagens so

    lanadas diretamente nas camadas OSI (Open Systems Interconnection) mais inferiores e

    atingem de maneira mais rpida os terminais conectados rede. Os equipamentos que ento

    tm interesse na mensagem iro absorv-la enquanto o resto dos equipamentos ir rejeit-la.

    Dessa forma as informaes trafegam de forma eficiente, garantindo que lgicas de proteo

    ou intertravamento de equipamentos prioritrios possam operar de forma mais rpida e

    segura.

    Embora o conceito de comunicao horizontal no seja novo, e j venha sendo

    utilizado por alguns fabricantes de IEDs h mais de dez anos, a norma 61850 trouxe o

    benefcio de permitir que esse tipo de comunicao possa ser estabelecido entre

    equipamentos de diferente fabricantes, o que nem sempre era possvel, garantindo uma total

    integrabilidade entre os sistemas. Particularmente cada fabricante j possua seu prprio

    protocolo de comunicao antes da criao da norma IEC 61850, porm esse protocolo era

    dedicado a linhas especficas de produtos de cada fabricante. Assim pode-se destacar como

    benefcio imediato deste conhecimento prvio, a capacidade comprovada de que as solues

    que utilizam a comunicao horizontal devem apenas ser adaptadas ao novo padro.

    Em uma rede 61850 possvel que mensagens GOOSE sejam enviadas e recebidas

  • 20

    entre IEDs de diferentes marcas e modelos sem que o protocolo de comunicao seja um

    obstculo. Vale dizer que nessa mesma rede possvel que sejam trocadas mensagens

    verticais, ou seja, as mensagens que so trocadas entre os diferentes nveis de comando.

    O protocolo IEC 61850 oferece suporte a um mtodo para intercambio direto de

    dados entre dois ou mais IEDs. O conceito baseia-se em enviar um multicast atrevs da rede

    Ethernet. Quem necessita da informao detecta o telegrama por seu endereo de origem. A

    figura 3 mostra um exemplo de comunicao horizontal, no qual so mostrados trs IEDs, em

    que cada um comunica-se com todos os outros.

    Figura 3 Exemplo de comunicao horizontal entre IEDs

    Existe uma pr-condio que deve ser obedecida para o envio de mensagens

    horizontais, o IED precisa ser configurado para atender esse tipo de mensagem, a interface de

    hardware, por exemplo, a porta de comunicao tem que ser selecionada e configurada, o

    endereo da interface utilizada tem que ser definido de acordo com definies de projeto,

    alm da necessidade da prvia ativao da porta de comunicao do IED. No caso dos

    equipamentos da ABB todas essas configuraes devem ser feitas via o software PCM600,

    que utilizado pela empresa para configurar seus equipamentos de proteo e automao de

    sistemas de potncia.

    Partindo dessas condies, assim que o projeto finalizado no PCM600, necessrio

    que ele seja exportado para um software responsvel pela configurao dos endereos das

    mensagens GOOSE. Essa configurao feita a partir de mapa GOOSE, um documento que

    gerado durante a fase de projeto e serve de guia para toda a configurao desse tipo de

    comunicao.

    Para que os arquivos sejam exportados gerado um arquivo SCD (Station

    Configuration Description), que justamente o arquivo que contm todos os dados de cada

  • 21

    mensagem que pode ser enviada. No caso dos produtos da ABB, uma certa ordem de

    configurao deve ser obedecida: Primeiramente o projeto de todos os IEDs feito dentro do

    PCM600 que ir organizar todos os hardwares de acordo com a arquitetura de sistema

    definida. Uma vez que esse projeto finalizado, exportado o arquivo SCD que inserido no

    software CT 600. Nele ser gerada a lista com o sinal de valor e qualidade que pertencem ao

    conjunto de dados da mensagem GOOSE. Uma vez que o arquivo SCD configurado ele

    devolvido para o PCM600 que ir descarregar as configuraes em cada rel. Esse fluxo pode

    ser observado na figura 4.

    Figura 4 - Fluxograma do processo de configurao das mensagens GOOSE

  • 22

  • 23

    5 Equipamentos

    Neste captulo sero mostrados todos os equipamentos necessrios para criar uma

    aplicao de proteo, controle e superviso de um sistema eltrico de potencia. Esses

    equipamentos foram utilizados para o desenvolvimento do estudo de caso proposto por essa

    monografia e podem variar dependendo da aplicao que ser feita e do fabricante dos

    equipamentos de proteo.

    5.1 PCM 600

    O PCM 600 o programa utilizado pela ABB para realizar todas as funes de

    proteo lgica de projeto e parametrizao dos rels. Ele possui todos os blocos lgicos que

    so utilizados pelos rels microprocessados para substituir as funes de proteo que eram

    realizadas pelos rels eletromecnicos e ainda algumas funes novas que somente essa

    classe de equipamento capaz de realizar.

    A seguir nas figuras 5 e 6 pode-se ver como os antigos rels eletromecnicos podem

    ser substitudos por simples blocos digitais que realizam as mesmas funes. Na primeira

    figura mostrado um painel de proteo convencional com a representao fsica da

    subestao com seus barramentos. transformadores e linhas (mimico), os medidores, chaves e

    rels eletromecnicos. Na segunda figura mostrado um exemplo simples de bloco digital de

    proteo que pode substituir todas essa funes dentro de um nico equipamento.

  • 24

    Figura 5 - Painel convencional de proteo com reles eletromecnicos

    Figura 6 - Configurao de uma proteo genrica no PCM600

  • 25

    Uma vez que toda a lgica criada e testada dentro do PCM 600, ela exportada para

    dentro dos rels de proteo e controle onde, conforme j discutido, passar por uma fase de

    testes para garantir o perfeito funcionamento do equipamento e de sua lgica.

    5.2 Mala de testes OMICRON

    5.2.1 Aplicaes

    O equipamento de teste 256plus CMC ideal para aplicaes que requerem alta

    preciso. Este equipamento no til apenas para testar dispositivos de diversas classes,

    tambm uma ferramenta universal de calibrao.

    A alta preciso permite a calibrao de uma alta gama de instrumentos de medio,

    incluindo: medidores de energia classe 0.2, conversores, contatores de energia, dispositivos

    de medio de fasorial (PMU). Sua preciso e flexibilidade fazem a 256plus CMC ideal para

    fabricantes de equipamentos de proteo e medio, e tambm em seus testes de pesquisa e

    desenvolvimento. [Omicron, s.d., disponvel em ].

    5.2.2 Funcionamento

    Os sinais analgicos de teste so gerados digitalmente, utilizando tecnologia DSP.

    Isso em combinao com o uso adicional de algoritmos de correo de erros um sistema de

    amplificao de sinais voltado a preciso, resultam em um sinal de teste com um alto gral de

    preciso mesmo em pequenas amplitudes.

    A mala composta de seis canais de sada de corrente e quatro de tenso com valores

    continuamente e independentemente ajustveis em frequncia, amplitude e fase. Todos os

    canais so protegidos contra sobrecarga e curto circuito alm da proteo contra sobretenso

    transitria e temperatura.

    A interface de rede integrada permite testes completos com base na norma IEC61850

    utilizando tambm mensagens GOOSE atravs de simulaes de sistema e amostragens de

    valores em tempo real.

    Na parte traseira do equipamento de teste existem at doze canais de tenso

    independentes que pode fornecer sinais de baixa amplitude que podem ser usados

    equipamentos que possuam entradas de baixo nvel sinal ou ainda para fazer o controle de

    amplificadores externos

    Atravs do software de controle EnerLyzer possvel fazer com que as dez entradas

    binarias da mala de testes trabalhem como medidores de grandezas analgicas, dessa forma a

  • 26

    mala tambm pode ser usada como um multmetro ou gravador de transientes. Alm dessas

    vantagens o software apresenta a possibilidade do controle manual dos valores de sada de

    tenso e corrente garantindo a possibilidade da realizao de qualquer teste que possa ser

    necessrio.

    Na figura 7 mostrada a vista frontal da mala de testes 256plus CMC do fabricante

    Omicron. Na figura 8 apresentada a principal tela de trabalho no software na qual possvel

    identificar as sadas analgicas do equipamento tanto em um formato matricial quanto

    fasorial.

    Figura 7 - Vista frontal da mala 256plus CMC do fabricante Omicron

    Figura 8 - Tela do software supervisrio Quick CMC da mala Omicron

  • 27

    5.3 Rel de proteo ABB

    A linha 670 de rels de proteo e controle da ABB prov o usurio com

    funcionalidade e versatilidade, alm de uma mxima flexibilidade e desempenho para atingir

    os mais altos padres de qualidade requeridos na proteo e controle de sistemas de gerao,

    transmisso, subtransmisso e distribuio de energia eltrica.

    Essa linha de equipamentos permite ser utilizada com um software pr configurado

    ou ainda completamente customizado permitindo adaptaes especficas de cada problema.

    Se necessrio a verso pr configurada pode ser facilmente adaptada para coincidir com as

    necessidades do sistema, enquanto a verso customizada permite uma total flexibilidade em

    termos de aplicao, permitindo ao equipamento uma total adaptabilidade as necessidades

    impostas.

    Um nico IED capaz de concentrar a proteo e o controle de vrios equipamentos

    permitindo dessa forma uma integrao funcional da subestao otimizando a taxa custo

    desempenho enquanto mantem um alto gral de confiabilidade.

    O rel ainda equipado com funcionalidades de suporte para a rede de comunicao

    entre rel e estaes de trabalho, seleo de trip mono ou trifsico, controle de tenso para at

    oito transformadores em paralelo, um mdulo de oscilografia interno, um sistema de

    transferncia de dados digitas e analgicos entre IEDs alm de sistema de mensagens

    GOOSE permitindo a comunicao horizontal entre IEDs.

    5.3.1 REC670

    O rel REC 670 pode ser utilizado para controle, proteo e monitoramento de

    diversos tipos de bay em sistemas de potncia. Esse equipamento em especifico foi

    desenvolvido para aplicaes de controle de sistemas difuso, no qual cada bay apresenta o seu

    prprio rel de controle ou ainda em sistemas concentrados, no qual um nico equipamento

    capaz de gerenciar o controle de vrios bays da subestao. Este IED pode ser aplicado para

    qualquer nvel de tenso que seja necessrio. Atravs da customizao do seu software pode

    ser utilizado para subestaes de qualquer configurao.

    O rel permite o controle da comutao o tap de um transformador, alm de integrar

    em um nico equipamento avanadas lgicas de controle de tenso de sada de

    transformadores, o que elimina a necessidade de equipamentos dedicados a esse propsito na

    subestao nos casos em que o transformador no equipado com essa funcionalidade. O

  • 28

    REC 670 possui ainda uma IHM (interface homem maquina) grfica permitindo que alm do

    controle remoto atravs de sistemas supervisrios como SAGE ou MICRO SCADA, exista

    um ponto de acesso local a informaes importantes com configuraes do sistema, registros

    de eventos e informaes de eventos anormais ao funcionamento do sistema de potncia ao

    qual o rel est inserido. O controle local ou remoto do IED ativado de acordo com uma

    seleo prvia do operador para evitar que ocorram erros humanos ou operaes indevidas.

    Dessa forma o operador pode extrair diretamente no rel informaes que sejam relevantes ou

    ainda efetuar comandos de operao dos equipamentos da subestao. O contedo que

    mostrado na IHM pode ser totalmente configurado de acordo com as necessidades de

    operao de cada subestao.

    Este rel ainda capaz de receber um grande nmero de sinais analgicos

    provenientes da leitura dos transformadores de corrente e potencial instalados no ptio da

    subestao, alm disso, ele ainda capaz de receber e enviar uma grande quantidade de sinais

    digitais que podem ser utilizados para efetuar o controle dos equipamentos de ptio.

    5.3.2 RED 670

    O rel RED 670 foi criado para o propsito especfico da proteo e controle de

    linha, barramentos, geradores e transformadores de alta tenso atravs da proteo

    diferencial. Atravs da configurao de parmetros internos de proteo possvel adaptar o

    IED s diferentes necessidades de cada equipamento. Esse tipo de equipamento

    especialmente til para a proteo de linhas de mltiplos terminais nas quais a proteo por

    impedncia se torna extremamente complicada e pouco confivel.

    A proteo diferencial de corrente com segregao de fase fornece uma excelente

    sensibilidade para faltas com alta resistncia e fornece um sistema seguro para isolao das

    fases em falta. A viabilidade de usar at trs entradas de corrente por fase permite o uso do

    arranjo de multi disjuntores em linha de trs terminais ou ainda a configurao de disjuntor

    simples para linhas com at cinco terminais. Nesse tipo de proteo a comunicao entre em

    IEDs desempenha um papel fundamental. Esta feita com base no protocolo IEC C37.94 e

    pode ser duplicada em casos que exijam comunicao redundante total de acordo com os

    procedimentos de rede definidos pelo ONS ou pelas filosofias das concessionarias de energia

    eltrica. Atravs de algoritmos de compensao de corrente, possvel obter um alto grau de

    preciso mesmo linha de longa distncia.

    Apesar de todos os cuidados que so oferecidos para que se obtenha um sistema com

    mxima segurana, este sempre poder sofrer falhas. Por esse motivo, em paralelo com a

    proteo diferencial principal, so previstas protees secundarias que podero atuar caso

    uma poro do sistema sofra com alguma falha. Para esses casos so dois os principais

  • 29

    esquemas de proteo que podem ser usados. Primeiramente pode ser implementada uma

    proteo de sobre corrente seletiva em todos os terminais da linha. Outra opo a funo de

    distncia que trabalha a partir de mudanas na relao de impedncia da linha. Dessa forma

    possvel criar um sistema completamente redundante com protees principais e de

    retaguarda.

    A proteo diferencial ainda pode ser empregada para proteger outros equipamento

    como: transformadores ou geradores. Para cada equipamento so necessrios ajustes

    diferentes para evitar a atuao de uma proteo de forma indevida. No caso de um

    transformador, por exemplo, necessrio levar em considerao a disposio dos

    enrolamentos do ncleo e os transitrios aos quais o equipamento pode ser submetido mesmo

    quando operando de forma normal.

    5.3.3 RET 670

    O RET 670 oferece uma proteo e um controle rpido e seletivo para

    transformadores de dois ou trs enrolamentos, autotransformadores, transformadores de tap

    varivel ou reatores shunt. O rel capaz de atuar sobre uma larga faixa de frequncias

    possibilitando que este opere de forma correta mesmo durante distrbios do sistema eltrico,

    ou a energizao e desenergizao de transformadores e reatores.

    O equipamento customizado para possuir uma proteo diferencial (87T) de

    atuao extremamente rpida, alm da capacidade de auto adaptao s condies de leitura

    dos TCs e correo automtica de vetores. Com essas caractersticas, o RET 670 se torna a

    melhor opo para a proteo transformadores. Uma vez que este rel tem uma baixa

    demanda dos circuitos dos TCs excluda a necessidade de interposio de transformadores

    de corrente. A aplicao de sua proteo diferencial vivel mesmo em arranjo de mltiplas

    chaves de interrupo. A funo diferencial dotada de funes de excluso de segunda

    harmnica e bloqueio de corrente para evitar atuaes indevidas durante pela corrente de

    inrush presente na magnetizao de transformadores, alm de bloqueio de quinta harmnica

    visando evitar trip em transformadores sobre excitados.

    Atravs da teoria de componentes simtricas o IED capaz de apresentar uma alta

    taxa de identificao de faltas internas nos enrolamentos do transformador, mesmo quando

    essas faltas so pequenas. O IED tambm apresenta uma proteo contra faltas fase terra de

    baixa impedncia oferecendo proteo contra faltas entre os enrolamentos do transformador e

    a terra. Essa funo apresenta uma anlise direcional da corrente de sequencia zero para

    segurana extra.

    Alm da proteo eltrica oferecida ao transformador o rel ainda capaz de

    controlar todas as protees intrnsecas do transformador, como presso do leo, temperatura

  • 30

    e outros, tambm possvel fazer p controle da comutao de tap de acordo com a carga

    demandada do transformador.

  • 31

    6 Funes de proteo

    Neste capitulo sero abordadas as principais funes de proteo utilizadas para o

    desenvolvimento do projeto de proteo, controle superviso da subestao proposta.

    6.1 Proteo diferencial de transformador (87T)

    No mundo da proteo de sistema eltrico moderna, a lgica de proteo diferencial

    uma das metodologias mais aplicadas. Esta lgica utiliza uma base que a comparao entre

    as correntes que circulam na entrada e na sada de reas especficas do sistema eltrico ou de

    equipamentos que compem esse sistema. Na figura 9 representado um esquema de

    proteo diferencial de transformadores (87T). mostrado como feita a conexo entre os

    transformadores de corrente (conectados em srie ao equipamento ou ramo que se deseja

    proteger) e o equipamento de proteo digital.

    Figura 9 - Ligao ilustrativa entre TCs e IED

    Na aplicao da proteo diferencial de transformadores alguns cuidados precisam

    ser tomados visando garantir o correto funcionamento do sistema de proteo:

    Polaridade da conexo dos TCs: essa informao precisa ser inserida nos IEDs,

    caso contrrio o rel ir somar as correntes lidas com a componente direcional de

    forma incorreta causando um mau funcionamento da proteo.

    Tipo de conexo interna do transformador: no caso de transformadores com

    enrolamento em delta no primrio e estrala no secundrio, por exemplo, existe

    uma defasagem de 30 entre os ngulos das correntes lidas no primrio e

  • 32

    secundrio do transformador. Esta defasagem tambm pode implicar em uma

    soma incorreta das correntes aferidas gerando uma operao indevida na

    proteo. Nos sistemas de proteo digital, o ajuste para esses casos feito

    matematicamente dentro do prprio equipamento de proteo durante a fase de

    parametrizao dos blocos, j para os rels eletromecnicos essa compensao

    precisava ser feita fisicamente nos equipamentos de medio, ou seja, para o lado

    em estrela, os TCs eram conectados em delta e para o lado em delta do

    transformador os TCs eram conectados em estrela.

    Na figura 10 possvel observar de forma mais profunda como feita a ligao entre

    os TCs e o rel digital, e nesse caso possvel observar que a ligao dos transformadores de

    corrente foi feita de forma a compensar o sistema delta-estrela do transformador que est

    sendo protegido.

    Figura 10 - Conexo interna dos TCs ao IED

    Durante operao normal de um transformador de carga ou no caso de faltas

    externas a zona principal de proteo, as correntes medidas no secundrio dos TCs ( e

    conforme a figura 9 devem ser igual assumindo que seja igual ao valor da relao

    , porm para o caso de uma falta interna passa a existir uma corrente expressiva sobre o

    enrolamento de restrio ( + + = 0). Essa corrente o principal indicativo para o rel

    da existncia de uma falta, no entanto, o rel deve ser configurado para tolerar uma certa

    corrente de restrio, isso oferece a proteo uma maior estabilidade.

    Usualmente para a proteo diferencial de transformadores a corrente de bias (limiar

    de operao da proteo diferencial que leva em conta a corrente de operao em relao a

    corrente de restrio) definida com base no valor mximo desejado para a corrente de

    restrio circulante o sistema, esse critrio pode variar consideravelmente dependendo da

  • 33

    aplicao que est sendo feita. O segundo SLOP (conforme figura 11) tem o valor de bias

    aumentado para garantir a estabilidade do sistema de proteo sob condies de falta severa

    que podem levar a uma saturao do valor mximo de medio dos TCs gerando uma leitura

    indevida da corrente de restrio no sistema podendo causar uma operao indevida da

    proteo.

    O sistema ainda conta com um sistema de corrente mnima para operao essa

    corrente pode ser ajustada para 0,3pu do valor de corrente de operao do transformador de

    carga em aplicaes normais como valor padro de operao. Se as condies do sistema so

    conhecidas em detalhes valores maiores ou menores para a corrente mnima podem ser

    ajustados conferindo uma maior sensibilidade ao sistema. Nesses casos, a escolha do valor

    para essa corrente deve levar em considerao informaes como: classe dos transformadores

    de corrente, informaes proveniente do sistema de regulao de tenso (90), comportamento

    do sistema sob curto circuito, entre outros.

    Na figura 11 mostrado o grfico das regies de operao do rel de proteo

    diferencial de transformadores. No grfico possvel identificar trs reas distintas:

    1. Restrio: Nessa regio, a relao entre a corrente de restrio e a corrente que

    circula no secundrios dos TCs (medio) no grande o suficiente para ser

    interpretada como uma falta.

    2. Operao condicional: Nessa regio, a corrente de restrio ultrapassa o valor

    mximo determinado para operao normal do sistema, mas o trip (operao do

    disjuntor) no instantneo, o rel ainda verifica outras condies antes de isolar

    o elemento em falta, tais elementos podem variar dependendo da filosofia de

    cada aplicao.

    3. Operao incondicional: Nessa regio, a corrente de restrio est em um valor

    muito acima do determinado para uma operao normal, e a operao do rel

    instantnea. De forma padro a linha de limite de restrio posicionada para um

    valor de 10pu em relao corrente que circula no transformador de carga.

  • 34

    Figura 11 - Zonas de operao da proteo 87T

    Em algumas fases da operao do sistema eltrico falsos eventos podem ser

    detectados. Dentre as causas desses eventos pode-se destacar, por exemplo, manobras no

    transformador ou faltas nas proximidades do equipamento protegido. Essas situaes podem

    gerar elevadas correntes na bobinas de restrio causando operaes indevidas e gerando

    transtornos no sistema como um todo. Alguns dos tipos de problemas que podem ser

    encontrados e a forma como eles so corrigidos dentro dos rels de proteo digital so

    apesentados a seguir [MAEZONO, 2010]:

    Corrente de sequencia zero: A proteo diferencial pode operar de forma

    indesejada devido a faltas terra em casos quando a corrente de sequencia zero

    pode fluir somente de uma lado do transformador de carga. Essa situao ocorre

    quando a componente zero no pode ser propriamente transferida para o outro

    enrolamento do transformador (isso ocorre em transformadores com

    enrolamentos conectados em delta-estrela). Se o enrolamento em delta de um

    transformador aterrado via um transformador de aterramento dentro da zona de

    proteo diferencial, ento em caso de uma falta terra, uma corrente indesejada

    ir surgir no enrolamento de restrio do rel. Dessa forma necessrio tornar a

    proteo insensvel a faltas terra externas, isso pode ser feito suprimido a

    corrente de sequencia zero dentro do equipamento de proteo, de forma que ela

    no seja levada em considerao para o clculo da corrente diferencial.

  • 35

    Antigamente para os rels eletromecnicos esse efeito obtido interpondo

    transformadores de corrente auxiliares. Nos equipamentos digitais essa supresso

    feita inteiramente de forma numrica eliminando assim qualquer necessidade

    de equipamentos fsicos extras.

    Corrente de energizao ( ): Atravs da combinao da restrio de

    correntes da segunda harmnica possvel atingir uma proteo com alto grau de

    segurana e estabilidade mesmo durante o perodo de energizao de

    transformadores, sem abrir mo da proteo contra faltas internas no enrolamento

    mesmo no caso da saturao dos TCs. A restrio da segunda harmnica pode ser

    ajustada conforme necessidade da cada caso. Se a razo entre a segunda

    harmnica em relao a primeira na corrente diferencial for alm do limite

    operacional definido, a funo diferencial bloqueado internamente no IED e o

    sistema automaticamente passa a ser protegido pelas protees de retaguarda.

    recomentado que razo seja da ordem de 15%, podendo variar em casos

    especiais. Nos rels eletromecnicos no era possvel eliminar a componente de

    segunda harmnica durante a energizao do transformador, dessa forma para

    que o rel no operasse nesse momento era colocado um temporizador no rel ou

    este tinha seu sinal de trip desligado pra que uma atuao indevida no ocorresse,

    claro que isso deixava o transformador expostos a possveis faltas internas em

    seu enrolamento.

    Sobre excitao: Corrente de sobre excitao apresentam ondas harmnicas

    deformadas, uma vez que o formato de onda simtrico em relao ao eixo do

    tempo. Como a terceira harmnica no consegue circular em enrolamentos

    conectados em delta, a quinta harmnica se torna a harmnica de mais baixa

    ordem que pode servir como critrio de sobre excitao. A proteo diferencial

    precisa ento ser capaz de suprimir esse formato de onda para garantir que a

    proteo no opere de forma indevida quando o transformador se encontra sobre

    excitado. Se a razo entre a quinta e primeira harmnica sobe a um nvel alm do

    limite definido (recomendado 25% como valor padro) necessrio bloquear a

    funo diferencial. Transformadores suscetveis a condies de sobre tenses ou

    subfrequncias devem ser protegidos por um sistema de sobre excitao baseado

    na relao de forma que um sinal de trip possa ser gerado antes de o limite

    trmico do ncleo seja atingido (a maioria dos transformadores contam com a

    medio de temperatura do leo como proteo intrnseca do equipamento, no

    entanto a temperatura do leo pode refletir a temperatura do ncleo com um

    atraso).

  • 36

    6.2 Funes de tenso

    6.2.1 Proteo de sobretenso (59)

    Mazeono (2010) define como uma funo cuja finalidade a de detectar condies

    de tenso nas quais o valor do mdulo de tenso supera os valores normais aceitos para a

    operao de um dado sistema ou equipamento. Para o funcionamento dessa funo

    necessrio que exista um TP para medir o valor da tenso sobre o equipamento que deve ser

    protegido. Como na maioria dos casos os transformadores de potencial so instalados

    somente nas barras e entradas de linha e no sobre cada equipamento da subestao, essa

    funo atua de forma redundante sobre diversos IEDs que compartilham a mesma leitura de

    tenso.

    A funo de sobretenso pode operar de das formas distintas, e a escolha entre elas

    pode ser feita tendo como base o nvel de sobretenso esperado:

    Instantnea: no possuir um atraso proposital inserido em seu funcionamento,

    ou seja, o tempo que decorre da sensibilizao desse bloco at a partida do sinal

    de trip devido somente ao processamento interno da logica do IED, ou as

    caractersticas construtivas no caso dos rels eletromecnicos. Uma proteo

    instantnea pode ser ajustada para garantir a operao no caso de uma sobre

    tenso severa, garantindo a integridade dos equipamentos.

    Temporizada: possui um atraso proposital e ajustvel em sua operao, ou seja,

    a partir do momento que o bloco detecta a presena da falta em um ramo do

    sistema iniciada a contagem de um tempo antes que o sinal de trip seja

    disparado. Isso pode ser feito para definir, por exemplo, uma proteo em zona

    dois que s deve operar quando o rel responsvel pela proteo do vo no

    operar devidamente, outro caso que o atraso pode ser interessante quando a

    proteo 59 aplicada a sada de um transformador regulador, nesse caso o

    atraso na proteo pode ser utilizado para permitir que o regulador de tenso (90)

    tenha tempo de operar sem que seja necessrio isolar uma poro do sistema sob

    a suspeita de falta.

    Um aspecto de extrema importncia no funcionamento dessa funo a relao entre

    a tenso de pick-up e drop-out (tenso de atuao e tenso de desatuao). Em um rel de

    proteo de sobretenso feito o ajuste da tenso de pick-up para o valor mximo de tenso

    desejado no sistema, e o valor de drop-out para o valor em que a proteo pode deixar de

    atuar, esse ajuste feito para um valor inferior ao valor de saturao do transformador de

  • 37

    tenso.

    Uma relao pick-up / drop-out muito grande implica em um sistema no qual existe a

    necessidade de uma reduo grande no valor de tenso medido para que a proteo volte ao

    seu estado de no atuada, no entanto sempre existe o risco do bloco de proteo 59

    permanecer atuado aps o reestabelecimento das condies de funcionamento do sistema.

    Quanto menor a relao, mais confivel se torna a funo de sobretenso. Idealmente esta

    deve permanecer prxima de um, o que implica que para qualquer tenso inferior tenso

    mxima do sistema a funo deve deixa de atuar imediatamente. Os rels de proteo digitais

    modernos permitem que essa relao tenha valor muito prximo ao unitrio.

    Essa funo comumente utilizada para proteger equipamentos cuja isolao pode

    ser danificada caso ocorra a exposio prolongada ou repetida a condies de tenso muito

    elevadas.

    6.2.2 Funo de subtenso (27)

    Subtenses podem ocorrer em sistemas eltricos durante a ocorrncia de faltas ou

    condies anormais de operao. A funo de subtenso (27) pode ser utilizada para efetuar a

    abertura de disjuntores para preparar o sistema para sua restaurao aps uma interrupo no

    funcionamento normal ou como funo de retaguarda (temporizada) para as funes

    principais de proteo.

    A funo 27 utilizada pra detectar quedas no valor de tenso do sistema, essa

    funo apresenta duas etapas de medio do valor da tenso com temporizao entre elas. No

    caso do valor de tenso de pelo menos uma das trs fazes descer ao um nvel menor do que o

    definido como normal para operao do sistema um sinal de partida gerado. Aps a segunda

    medio se a queda de tenso for persistente enviado um sinal de trip para os disjuntores

    que devem isolar a poro defeituosa do sistema. Para evitar uma abertura de disjuntor

    indesejada devido perda da leitura do TP a funo pode ser bloqueada caso a tenso atravs

    da definio de um nvel mnimo de tenso para ativao do bloco.

    6.3 Funes de sobre corrente (50/51)

    Segundo Mazeono (2010), as funes de sobrecorrente tm por finalidade a deteco

    de nveis de corrente acima de limites pr-estabelecidos para o funcionamento adequado dos

    equipamentos inseridos no sistema e isola-los antes que danos permanentes possam ser

    causados. Existem dois tipos de corrente que podem ser detectadas:

  • 38

    Corrente de fase: apresenta um valor superior a corrente de carga e ocorre em

    funo de curtos-circuitos.

    Corrente de terra: decorrem de curtos-circuitos entra as fases e a terra.

    Essa distino importante principalmente quando estamos tratando com

    equipamentos digitais de proteo uma vez que para a maioria dos rels existem diferenas

    no bloco de funo que ir reconhecer cada um dos tipos de falta. Para a deteco de

    correntes de fase, so utilizados blocos de sobre corrente de fase (50/51), enquanto que para

    as correntes de terra so utilizados blocos de sobre corrente a terra (50/51G).

    Durante a corrente de carga, no deve ocorrer atuao desta funo. Isto , a funo

    de sobrecorrente no possui por finalidade detectar condies de sobrecarga em

    transformadores. [MAEZONO, 2010].

    Este tipo de rel conectado ao secundrio dos TCs, dessa foram so acionados com

    valores proporcionais aos valores circulantes no primrio do transformador de corrente (a

    proporo pode ser 1A ou 5A), ou seja, a corrente que circula pelo elemento protegido.

    No que diz respeito caracterstica de tempo desse tipo de funo existem duas

    opes, o rel pode ser de atuao instantnea (50) ou temporizada (51). O rel de atuao

    instantnea recebe essa denominao pois sua operao no introduz um atraso intencional a

    operao do sistema de proteo quando o limite de corrente estipulado atingido, por outro

    lado rels temporizados operam segundo uma curva tempo x corrente e podem ainda ser sub

    divididos conforme essa caracterstica:

    Rel de tempo definido

    Rel de tempo inverso

    - Normalmente inverso

    - Muito inverso

    - Extremamente inverso

    Para os rels de tempo definido, a atuao da proteo ocorre a partir da corrente do

    ponto em que a corrente de operao do sistema ultrapassa o valor mximo de curto-circuito

    estabelecido dentro de em tempo definido, enquanto para o rel de tempo inverso a atuao

    da proteo ocorre com base em uma relao inversa entre corrente e tempo, dessa forma

    quanto maior a sobre carga do sistema mais rapidamente a proteo deve atuar. Para esse tipo

    de rel pode ser definido um valor instantneo de operao, ou seja, a partir de um valor

    definido de sobre carga do sistema o rel passa a atuar de forma instantnea e no mais

    temporizada.

    No caso dos rels eletromecnicos todos os ajustes de proteo precisavam ser

    definidos mecanicamente no equipamento e uma quantidade limitada de ajustes era

    permitida. Com a introduo da tecnologia digital essa funo se tornou muito mais verstil

  • 39

    uma vez que a regio de operao pode ser definida a partir de uma grande quantidade de

    curvas normalizadas (norma IEC ou IEEE/ANSI) e definindo o tempo de atuao a partir da

    formula matemtica, a seguir [MAEZONO, 2010]:

    T mltiplo de tempo (Ajuste do elemento instantneo)

    K Coeficiente (tabela 1)

    I Corrente no rel

    Corrente de atuao ajustada no rel

    Coeficiente (tabela 1)

    L Coeficiente (tabela 1)

    Tabela 1 - Tabela de coeficiente de operao funo de sobrecorrente

    Tipo de curva Norma K L

    Inversa

    IEC

    0.14 0.02 0

    Muito inversa 13.5 1 0

    Extremamente inversa 80 2 0

    Inversa

    IEEE/ANSI

    0.0515 2 0.18

    Muito inversa 19.61 2 0.491

    Extremamente inversa 28.2 2 0.1215

    6.3.1 Condies de operao do rel de sobrecorrente

    Operao normal: Nessas condies as corrente que circulam nas trs fases do

    sistema devem estar equilibradas entre si (modulo e ngulo de fase). Quando o

    sistema opera de forma normal a corrente residual e de neutro dos equipamentos

    deve tender a zero. Outra condio que a corrente medida no secundrio do

    TCs tenha um valor mximo abaixo da sensibilidade mnima de operao da

    funo de sobre corrente (Pick-up mnimo). Se todos esses critrios forem

    obedecidos o rel deve permanecer sem nenhuma atuao.

    Curto circuito trifsico: Neste caso as correntes circulantes nas trs fases

    permanecem equilibradas, porm apresentam valores muito elevados, em geral

    muito maiores que a condio normal de carga do sistema. As correntes lidas

  • 40

    pelos TCs nesse caso sensibilizam as funes de sobrecorrente do rel que atuam

    isolando a poro do sistema com problema. Mesmo nesse caso no existe

    corrente no neutro do sistema dessa foram a funo 50/51N no ira operar.

    Curto-circuito fase-terra: Para este caso a corrente circulante apresentar um

    valore elevado apenas para as fases em curto. Neste caso ser gerado um

    desequilbrio terra, dessa forma o retorno da corrente das fases em curto se dar

    atravs do neutro do sistema. Nas condies descritas h a atuao das funes

    50/51 e 50/51N.

    6.3.2 Funo de sequncia negativa

    A funo tem por finalidade a deteco do desbalano entre as correntes que circulam

    nas trs fases do sistema, atravs da corrente de componente negativa na corrente. Essa

    condio pode ser causada por uma srie de fatores:

    Uma ou duas fase aberta;

    Desequilibro de carga (Essa condio muito comum em circuitos de

    alimentao do sistema de distribuio);

    Curtos-circuitos fase-terra;

    Curtos circuitos bifsicos e bifsicos-terra;

    Como visto esse evento pode ser causado tanto por uma fase aberta quanto por curto

    circuito mono ou bifsico envolvendo ou no a terra, e tendo como consequncia o

    surgimento de uma corrente de sequncia negativa no sistema. Para o caso da fase aberta a

    intensidade da corrente est diretamente conectada carga conectada ao sistema. Contudo

    existe uma grande dificuldade para estimar o valor da corrente de sequncia negativa que

    deve iniciar a atuao da proteo, essa dificuldade tambm se aplica ao clculo do tempo de

    atuao, em funo das variveis que envolvem esse tipo de situao como por exemplo:

    intensidade de carga conectada ao sistema no momento e da ocorrncia ou no de curto

    circuito desequilibrado externo.

    6.3.3 Funo direcional

    O funcionamento bsico da funo direcional de sobrecorrente igual ao da de

    sobrecorrente normal, a nica diferena que aquela tem associada ao seu funcionamento a

    componente direcional da corrente medida alm do valor do mdulo. Apenas o valor de

    corrente medido pelos TCs no suficiente para informar aos rels a direo do fluxo de

    corrente. Para que isso seja possvel o rel direcional precisa estar conectado tambm aos

  • 41

    transformadores de potencial do sistema.

    A considerao do fator direcional implica em alguns fatores: melhor seletividade pra

    isolar a falta uma vez que considera a direcionalidade do defeito, necessidade da leitura dos

    TPs para obteno da informao da direo.

    6.4 Funo de falha disjuntor (50BF)

    Essa funo de proteo tem por finalidade detectar a falha na abertura de um

    disjunto aps um comando de abertura ser lanado. O disjuntor parte fundamental do

    sistema de proteo seja ele eletromecnico ou digital. O disjuntor o equipamento

    responsvel pela abertura da conexo entre diferentes pores do sistema de potncia quando

    um problema detectado, isolando o equipamento ou poro do sistema com mau

    funcionamento.

    Quando mesmo aps um comando de abertura ser enviado para o disjuntor e este

    permanecer fechado, existe a necessidade de enviar um segundo comando de abertura a todos

    os disjuntores adjacentes quele com defeito. Esses disjuntores podem estar na mesma

    subestao que o equipamento defeituoso ou ainda em subestaes distantes (caso de um

    disjuntor na entrada de uma linha, por exemplo).

  • 42

    Figura 12 - Exemplo de falha de disjuntor (50BF)

    Na figura 12 est representado um exemplo de atuao da funo de falha de

    disjuntor, no qual o disjuntor indicado no teve seus contatos abertos aps o sinal de trip

    enviado pelo rel de proteo, a funo 50BF ento atua enviando um sinal de abertura para

    os demais disjuntores adjacentes quele com falha. A configurao dos disjuntores na

    subestao influi diretamente nas consequncias da atuao da funo 50BF, a disposio

    mais favorvel ao sistema para o caso da atuao dessa proteo a chamada disjuntor e

    meio pois capaz de preservar grande parte do sistema em operao.

    Para que um esquema de proteo possa incluir essa funo necessrio que o

    disjuntor possua um circuito de alta impedncia em paralelo ao contato de abertura. Por esse

    circuito circula uma corrente da ordem de mili amperes que tem a funo de monitorar o

    status do contato, esse circuito chamado de contato de falha. Aps o envio do sinal de

    abertura para um disjuntor o contato de falha monitorado por um certo tempo (em geral esse

    tempo varia de 0.25 a 0.30s), aps esse tempo se ainda houver corrente circulando pelo canto

    de falha um sinal de abertura envido aos disjuntores adjacentes como mostrado na figura

    12.

    Para a utilizao dessa funo existem duas opes de aplicao, possvel utilizar

  • 43

    um bloco de funo espec fico para esse fim (ou rel do caso eletromecnico) ou incorporar

    a funo 50BF em blocos multifuncionais de sobrecorrente ou diferenciais. Essa utilizao

    depende do modelo e fabricante do rel. Para disjuntores de extra alta tenso (345kV ou

    classe de tenso superior) costume utilizar uma proteo especfica para a falha de

    disjuntor. Para nveis de tenso de distribuio a aplicao dessa funo no comum no

    Brasil.

    6.5 Funo de frequncia (81)

    As funes de subfrequncia e sobrefrequncia so utilizadas tanto para a proteo

    do sistema eltrico de potncia quanto para a proteo de equipamentos sensveis a variaes

    de frequncia, como por exemplo:

    Rejeio de carga: a funo de subfrequncia atua na tentativa de evitar uma

    perda total do sistema e uma condio onde existe um excesso de cargas

    consumidoras e falta de gerao.

    Controle de emergncia para ilhamentos: a funo tambm atua na tentativa

    de salvar uma parte do sistema quando ocorrem perturbaes isoladas.

    Proteo de maquinrios: utilizada geralmente em indstrias e usinas de

    gerao de energia eltrica para proteger mquinas girantes (motores e geradores)

    que so sensveis a distrbios de frequncia.

    Gerao: pode servir como uma alternativa eltrica de emergncia para controle

    de velocidade dos geradores sncronos.

    No Brasil, os nveis de rejeio associados aos vrios nveis de subfrequncia so

    determinados em conjunto com o ONS Operador Nacional do Sistema Eltrico, para as

    concessionarias de servios de distribuio de energia eltrica. [MAEZONO, 2010].

  • 44

  • 45

    7 Estudo de caso

    Este captulo se destina a mostrar uma aplicao real dos equipamentos vistos na

    captulo cinco atravs da norma IEC61850 vista no capitulo quatro. Ser apresentada uma

    subestao e uma soluo para a proteo, controle e superviso de cada um de seus vos.

    7.1 A subestao e suas pontas remotas

    7.1.1 SUBESTAO EESC (6913,8/11,95kV)

    Agora que todas as ferramentas para a proteo de uma subestao foram

    apresentadas, ser apresentado como elas podem ser utilizadas em conjunto com o objetivo

    de fazer a proteo de uma subestao fictcia, que neste caso ser chamada de SE EESC.

    Setor de 69kV (Arranjo Barra Simples).

    LT1 IFSC Controle e Proteo (Diferencial de linha, sobrecorrente instantneo e

    temporizado, sobretenso, sub e sobrefrequncia, diferencial de sobrecorrente e

    religamento automtico).

    LT2 IQSC Controle e Proteo (Diferencial de linha, sobrecorrente instantneo e

    temporizado, sobretenso, sub e sobrefrequncia, diferencial de sobrecorrente e

    religamento automtico).

    LT3 ICMC Controle e Proteo (Diferencial de linha, sobrecorrente instantneo e

    temporizado, sobretenso, sub e sobrefrequncia, diferencial de sobrecorrente e

    religamento automtico).

    T1 Transformador Regulador 6913,8/11,95kV 33MVA (Proteo Diferencial

    de Trafo e Controle);

    T2 Transformador Regulador 6913,8/11,95kV 33MVA (Proteo Diferencial de

    Trafo e Controle);

    Setor de 13,8kV (Arranjo Barra Simples).

    1 (um) cubculo para interligao de barras;

    2 (dois) cubculos de sada para bancos de capacitores de 11,95kV, 3,6MVar;

    10 (dez) cubculos para sadas de alimentadores de 11,95 kV;

    Servio Auxiliar CA/CC

  • 46

    7.1.2 SUBESTAO IFSC - (69 kV):

    Ponta remota da LT1 Controle e Proteo (Diferencial de linha, sobrecorrente

    instantneo e temporizado, sobretenso, sub e sobrerequncia, Diferencial de sobre

    corrente e religamento automtico).

    7.1.3 SUBESTAO IQSC (69 kV):

    Ponta remota da LT2 Controle e Proteo (Diferencial de linha, sobrecorrente

    instantneo e temporizado, sobretenso, sub e sobrerequncia, Diferencial de sobre

    corrente e religamento automtico).

    7.1.4 SUBESTAO ICMC (69 kV):

    Ponta remota de LT3 Controle e Proteo (Diferencial de linha, sobrecorrente

    instantneo e temporizado, sobretenso, sub e sobrerequncia, Diferencial de sobre

    corrente e religamento automtico).

    7.2 Equipamentos de proteo, controle e superviso

    7.2.1 Principal - SE EESC

    Para compor o sistema de superviso, controle e proteo da SE EESC (principal)

    sero utilizados 12 painis e um total de 22 rels de proteo, na tabela 2 mostrada a

    disposio dos equipamentos dentro de cada painel e sua funo no sistema

    Tabela 2 - Painis de proteo da SE EESC

    SE EESC

    Painel Qtd de

    painis IED1 IED2 IED3 IED4 IED5 Finalidade

    Proteo das LTs +

    Controle 3 RED670

    LT1, LT2 e

    LT3

    Proteo dos

    Transformadores +

    Controle

    2 RET670 REC670 REC670 SEL2414 Medidor

    SL7000 T1 e T2

    Proteo dos bancos de

    capacitores + Controle 1 REC670 REC670 BC1 e BC2

    Setor 11,95kV 1 REC670 REC670 REC670 REC670 REC670 Cubculos

    Setor 11,95kV 1 REC670 REC670 REC670 REC670 REC670 Cubculos

    Comunicao 1 2x

    Switch

    2x

    Switch

    PC

    industrial

    PC

    industrial GPS

    7.2.2 Ponta Remota SE IFSC

    Na ponta remota da SE IFSC ser utilizado um nico painel abrigando o sistema de

  • 47

    proteo diferencial de linha (87L):

    Tabela 3 - Painis de proteo da SE IFSC

    SS IFSC

    Painel Qtd de

    painis IED1 IED2 IED3 Finalidade

    Proteo da LT 1 RED670 Switch LT1

    7.2.3 Ponta Remota - SE IQSC

    Na ponta remota da SE IQSC ser utilizado um nico painel abrigando o sistema de

    proteo diferencial de linha (87L):

    Tabela 4 - Painis de proteo da SE IQSC

    SE IQSC

    Painel Qtd de

    painis IED1 IED2 IED3 Finalidade

    Proteo da LT 1 RED670 Switch LT2

    7.2.4 Ponta Remota - ICMC

    Na ponta remota da SE ICMC ser utilizado um nico painel abrigando o sistema de

    proteo diferencial de linha (87L):

    Tabela 5 - Painis de proteo da SE ICMC

    SE ICMC

    Painel Qtd de

    painis IED1 IED2 IED3 Finalidade

    Proteo da LT 1 RED670 Switch LT3

    7.3 Especificaes do Sistema de Proteo e Controle

    Neste tpico sero mostradas as especificaes do hardware e dos blocos de proteo

    que sero inseridos em cada IED desse projeto.

    7.3.1 Proteo de Linha RED670

    O IED RED 670 um terminal numrico de medio, controle e proteo para linhas

    de transmisso de alta tenso. Ele adequado para proteo de linha como proteo

    diferencial, impedncia, sobrecorrente, entre outras funes alm de relatrios de eventos e

    oscilografia.

  • 48

    A soluo adotada para este projeto no que diz respeito ao esquema de proteo,

    composta pela proteo diferencial com comunicao rel a rel via protocolo G703 , envio

    e recepo do TDD (sinal de abertura de alta prioridade enviado via tele proteo) mantido

    para faltas que exigem o bloqueio da linha e o religamento ser tripolar.

    Os IEDs RED670 tambm tero a funo de Controle do Bay de Linha. Na figura 13

    mostrado o diagrama unifilar de proteo e controle do bay da linha IFSC-EESC.

  • 49

    Figura 13 - Bay da linha IFSC

  • 50

    Segue abaixo um resumo das funes de proteo deste tipo de IED aplicada no

    projeto:

    Funes:

    Tabela 6 - Protees de linha

    Descrio

    Medio de Corrente (A)

    Medio de Tenso Fase-Fase (V)

    Medio de Tenso Fase Neutro (V)

    Medio de Potncia Ativa (W)

    Medio de Potncia Reativa (Var)

    Avaliao de Estado de Equipamentos

    Intertravamento Disjuntores / Seccionadoras

    Comando Disjuntor

    Comando Seccionadoras (At 7)

    Bloqueio Fechamento Disjuntor (86)

    87L Proteo Diferencial de Linha

    50 Sobrecorrente Instantnea de Fase

    51 Sobrecorrente Temporizada de Fase

    67 Sobrecorrente Direcional de Fase

    50N Sobrecorrente Instantnea de Neutro

    51N Sobrecorrente Temporizada de Neutro

    67N Sobrecorrente Direcional de Neutro

    98 Oscilografia

    59I/59T Sobretenso Instantnea e Temporizada

    59N Sobretenso de Neutro

    27 Subtenso

    79 Religamento Trifsico

    Localizador de Faltas

    60 Falha de Fusvel

    50BF Falha Disjuntor

    46 Fase Aberta

    81U Proteo de Subfrequncia

    81O Proteo de Sobrefrequncia

    81df/dt Proteo de taxa de variao de frequncia

    Registros:

    - Eventos (1000 eventos com resoluo de 1ms)

    - Oscilografia

    - Sincronizao via SNTP

    Entradas analgicas:

    - 12 Entradas de medio (06 correntes + 06 tenses)

    Apesar da aplicao da funo diferencial (87) e da disponibilidade de placas no IED

    somente trs entradas de tenso e trs entradas de corrente so utilizadas conforme

  • 51

    mostrado na figura 13. Isso se deve distancia entre as duas pontas de uma linha,

    inviabilizando a troca dos sinais de corrente entre os rels das duas pontas via contato eltrico

    analgico. Dessa forma a aquisio dessa informao feita somente pelo rel instalado

    ponta da linha e transmitido via protocolo para o rel do outro lado. Vale dizer que essa

    transferncia acrescenta um erro a estampa de tempo da proteo 87, esse erro deve ser

    corrigido utilizando um GPS para sincronismo de tempo.

    Entradas/Sadas Digitais Programveis:

    - 32 Entradas digitais

    As entradas analgicas no rel de proteo diferencial de linha recebem o status de

    funcionamento e atuao de diversos equipamentos como: disjuntores, seccionadoras, TCs e

    TPs.

    - 48 Sadas digitais

    Estes sinais so responsveis por enviar comandos aos equipamentos e ptio. No caso

    dessa aplicao, por exemplo, para evitar uma sobre carga na quantidade de placas e logica

    do IED foi utilizada uma logica fsica de multiplicao de sinal para a funo de falha de

    disjuntor (50BF) como pode ser observado na figura 13 (devido ao fato do IED no possuir

    potncia suficiente para aplicar o sinal de trip diretamente na bobina dos disjuntor foi

    utilizado o rel auxiliar RXMVB2). Nesse caso o sinal de trip enviado para um rel auxiliar

    de bloqueio (86BF69) que multiplica esse sinal e distribui para todos os equipamentos.

    Comunicao:

    - 01 porta frontal RJ45 para comunicao local

    - 02 portas traseiras em fibra ptica para comunicao local/remota protocolo

    MMS/GOOSE (Norma IEC-61850).

    - 02 Mdulos de Comunicao LDCM (Proteo Diferencial)

    Essa placa responsvel por permitir ao rel a comunicao com o IED de proteo

    na ponta remota da SE. Essa comunicao pode ser feita de duas formas diferentes: na

    primeira a conexo feita de rel a rel diretamente utilizando o cabo OPGW (Optical

    Ground Wire) como meio para transmitir o sinal de proteo. Outra forma utilizando um

    equipamento de telecomunicaes (multiplexador) que pode transmitir os dados de proteo

    junto de outras informaes que precisam ser trocadas pelas SEs. A vantagem desse mtodo

    permitir que dois canais de comunicao distintos sejam utilizados sem a necessidade de

    inserir um protocolo de redundncia no IED.

    Interface local:

    - IHM para operaes locais

  • 52

    - LEDs indicadores no programveis

    - LEDs indicadores programveis

    Esses LEDs servem como forma de mostrar ao operador algum evento registrado

    pelo IED sem que este precise consultar o sistema supervisrio.

    OBS: Para os RED 670 das pontas remotas ser substituda uma porta de comunicao

    local/remota protocolo MMS/GOOSE (Norma IEC-61850) por uma porta DNP3.

    7.3.2 Proteo e Superviso do Transformador RET670

    O IED RET670 um terminal numrico de medio, controle e proteo para

    transformadores de alta tenso para transmisso, ele adequado para proteo de

    transformadores como proteo diferencial, sobre corrente, entre outras funes alm de

    relatrios de eventos e oscilografia.

    Na soluo proposta para a proteo dos transformadores da SE EESC, composta

    de proteo principal desempenhado pelo RET 670 e proteo retaguarda desempenhado por

    um IED REC 670 para alta do trafo e um REC670 para baixa.

    Na figura 14 mostrado o diagrama uni filar de proteo e controle do bay do

    transformador dois, nele constam os dois rels de controle dos disjuntores de entrada e sada

    do transformador, o rel de proteo diferencial (87T) do transformador e o equipamento de

    medio para faturamento.

  • 53

    Figura 14 - Bay do transformador dois

  • 54

    Segue abaixo um resumo das funes de proteo deste tipo de IED aplicada no

    projeto:

    Funes:

    Tabela 7 - Protees do transformador (RET670)

    Descrio

    Medio de Corrente (A)

    Medio de Tenso Fase Fase(V)

    Medio de Tenso Fase Neutro (V)

    Medio de Potncia Ativa (W)

    Medio de Potncia Reativa (Var)

    87T Proteo diferencial de Trafo (3 Enrolamentos)

    50G Sobrecorrente Instantnea de terra

    51G Sobrecorrente Temporizada de terra

    98 Oscilografia

    Registros:

    - Eventos (1000 eventos com resoluo 1ms)

    - Oscilografia

    - Sincronizao via SNTP

    Entradas analgicas:

    - 12 Entradas de medio (09 correntes + 03 tenses)

    Apesar de o rel possuir nove entradas analgicas de corrente disponveis somente

    sete dessas so utilizadas: trs na medio das correntes da alta do trafo e trs para a medio

    das correntes do lado de baixa do trafo para funes como o diferencial de trafo (87T) e sobre

    corrente (50/51) e mais um para a medio do aterramento do enrolamento estrela aterrado.

    Somente as trs tenses do lado de baixa do transformador so utilizadas nesse caso para a

    regulao de tenso (90).

    Entradas/Sadas Digitais Programveis:

    - 32 Entradas digitais

    Utilizadas para receber sinais que devem ser monitorados dentro do transformador

    como os das protees intrnsecas do transformador (figura 15) ou monitorar o estado de

    algum equipamento como chave seccionadora ou disjuntor.

    - 24 Sadas digitais

    Atravs dessas sadas so externados os sinais de trip (funes de proteo) e

    comando como, por exemplo, subida e descida de tap para regular a tenso (funo 90).

    - 6 Entradas mA

  • 55

    Essas entradas so utilizadas para fazer a leitura de valores de corrente na faixa de

    4...20mA esse um valor de sada padro para a maioria dos transdutores no mercado. Nesse

    caso em especfico essa placa faz a leitura da posio do tap atravs de um transdutor

    conectado diretamente a coroa potenciomtrica do trafo.

    Figura 15 - Protees intrnsecas do transformador

    Comunicao:

    - 01 porta frontal RJ45 para comunicao local

    - 02 portas traseiras em fibra ptica para comunicao local/remota protocolo

    MMS/GOOSE (Norma IEC-61850).

    Interface local:

    - IHM para operaes locais

    - LEDs indicadores no programveis

    - LEDs indicadores programveis

    7.3.3 Controle e Proteo REC670 para Transformador

    O REC670 um terminal numrico de controle, proteo e monitorao de diferentes

    tipos de bays em redes eltricas. Ele pode ser utilizado em aplicaes de controle e proteo

    de retaguarda de sistemas distribudos de alta tenso, sendo adequado para o controle dos

    equipamentos para qualquer tipo de arranjo.

    Para este empreendimento ser utilizado este modelo de IED para :1 REC 670 para o

    controle e proteo do lado de alta do transformador e 1 REC670 para controle e proteo do

    lado de baixa do transformador

    O diagrama unifilar de controle para os rels dos disjuntores dos lados de alta e baixa

    do transformador pode ser visto na figura 14.

    Na tabela a seguir est o resumo das funes de proteo e controle destes tipos de

    IEDs aplicadas no projeto:

  • 56

    Funes:

    Tabela 8 - Protees do transformador (REC670)

    Descrio

    Medio de Corrente (A)

    Medio de Tenso (V) Fase-Fase

    Medio de Tenso Fase Neutro (V)

    Medio de Potncia Ativa (W)

    Medio de Potncia Reativa (Var)

    Avaliao de Estado de Equipamentos

    Intertravamento Disjuntores / Seccionadoras

    Comando Disjuntor

    Comando Seccionadoras (At 7)

    Bloqueio Fechamento Disjuntor (86)

    50 Sobrecorrente Instantnea de Fase

    51 Sobrecorrente Temporizada de Fase

    50N Sobrecorrente Instantnea de Neutro

    51N Sobrecorrente Temporizada de Neutro

    46 Fase Aberta

    27 Subtenso

    59I/59T Sobretenso Instantnea e Temporizada

    81U Proteo de Subfrequncia

    81O Proteo de Sobrefrequncia

    81df/dt Proteo de taxa de variao de frequncia

    50BF Falha de Disjuntor

    60 Falha de Fusvel

    Registros:

    - Eventos (1000 eventos com resoluo 1ms)

    - Oscilografia

    - Sincronizao via SNTP

    Entradas analgicas:

    - 12 Entradas de medio (07 correntes + 05 tenses)

    Neste caso como existe a aplicao de um rel para a proteo de cada lado do

    transformador, cada IED precisa das informaes especficas somente deste lado.

    Entradas/Sadas Digitais Programveis:

    - 32 Entradas digitais

    - 24 Sadas digitais

    Comunicao:

    - 01 porta frontal RJ45 para comunicao local

    - 02 portas traseiras em fibra ptica para comunicao local/remota protocolo

    MMS/GOOSE (Norma IEC-61850).

  • 57

    Interface local:

    - IHM para operaes locais

    - LEDs indicadores no programveis

    - LEDs indicadores programveis

    7.3.4 Controle e Proteo REC670 Proteo do Banco de Capacitores

    O REC670 um terminal numrico de controle, proteo e monitorao de diferentes

    tipos de bays em redes eltricas. Ele pode ser utilizado em aplicaes de controle e proteo

    de retaguarda de sistemas distribudos de alta tenso, sendo adequado para o controle dos

    equipamentos para qualquer tipo de arranjo.

    Para este empreendimento sers utilizado este modelo de IED para: efetuar proteo

    e controle do banco de capacitores.

    O rel de proteo do banco de capacitores tambm ser responsvel por fazer o

    monitoramento dos sinais dos sistemas de servios auxiliares. Nas figuras 16 e 17 esto

    representados os diagramas unifilares de proteo e controle do bay do banco de capacitores e

    servios auxiliares respectivamente.

    Figura 16 - Bay do banco de capacitores

  • 58

    Figura 17 - Bay do sistema de servios auxiliares

    Segue abaixo um resumo das funes de proteo e controle destes tipos de IEDs

    aplicadas no projeto:

    Funes:

    Tabela 9 - Protees do banco de capacitores (REC670)

    Descrio

    Medio de Corrente (A)

    Medio de Tenso (V) Fase-Fase

    Medio de Tenso Fase Neutro (V)

    Medio de Potncia Ativa (W)

    Medio de Potncia Reativa (Var)

    Avaliao de Estado de Equipamentos

    Intertravamento Disjuntores / Seccionadoras

    Comando Disjuntor

    Comando Seccionadoras (At 7)

    Bloqueio Fechamento Disjuntor (86)

    50 Sobrecorrente Instantnea de Fase

    51 Sobrecorrente Temporizada de Fase

    50N Sobrecorrente Instantnea de Neutro

    51N Sobrecorrente Temporizada de Neutro

    61 Desbalano de Corrente

    46 Fase Aberta

    27 Subtenso

    59I/59T Sobretenso Instantnea e Temporizada

    50BF Falha de Disjuntor

    60 Falha de Fusvel

    Registros:

    - Eventos (1000 eventos com resoluo 1ms)

    - Oscilografia

    - Sincronizao via SNTP

    Entradas analgicas:

    - 12 Entradas de medio (07 correntes + 05 tenses)

  • 59

    Entradas/Sadas Digitais Programveis:

    - 32 Entradas digitais

    Uma vez que esse rel far o monitoramento de dois vo pequenos pode se pensar

    que a quantidade de entradas digitais deveria ser menor, essa quantia justificada pela

    necessidade do monitoramento de pontos dos servios auxiliares.

    - 24 Sadas digitais

    Nesse caso poucas sadas digitais so requeridas pela pequena quantidade de

    equipamentos que precisam ser comandados.

    Comunicao:

    - 01 porta frontal RJ45 para comunicao local

    - 02 portas traseiras em fibra ptica para comunicao local/remota protocolo

    MMS/GOOSE (Norma IEC-61850).

    Interface local:

    - IHM para operaes locais

    - LEDs indicadores no programveis

    - LEDs indicadores programveis

    7.3.5 Controle e Proteo REC670 Alimentadores

    Para este caso ser utilizado o IED REC670 para: efetuar proteo e controle do setor

    de mdia tenso

    Nessa SE sero utilizados onze rels para a proteo e controle nos cubculos de

    mdia tenso, dez desses IEDs sero dedicados proteo das linhas alimentadoras do

    sistema de distribuio implementado na sada da SE, enquanto um IED ser utilizado para o

    controle do disjuntor 11B1 que responsvel por controlar o secionamento da barra de

    13,8kV. Nas figuras 18 e 19 respectivamente esto representados os diagramas unifilares do

    sistema de proteo e controle dos bays dos alimentadores e do seccionador de barra

    respectivamente.

  • 60

    Figura 18 - Bay do alimentador de 13,8kV

    Figura 19 - Bay do seccionado de barra

  • 61

    Segue abaixo um resumo das funes de proteo e controle destes tipos de IEDs

    aplicadas no projeto:

    Funes:

    Tabela 10 - Protees dos alimentadores (REC670)

    Descrio

    Medio de Corrente (A)

    Medio de Tenso (V) Fase-Fase

    Medio de Tenso Fase Neutro (V)

    Medio de Potncia Ativa (W)

    Medio de Potncia Reativa (Var)

    Avaliao de Estado de Equipamentos

    Intertravamento Disjuntores / Seccionadoras

    Comando Disjuntor

    Comando Seccionadoras (At 7)

    Bloqueio Fechamento Disjuntor (86)

    50 Sobrecorrente Instantnea de Fase

    51 Sobrecorrente Temporizada de Fase

    50N Sobrecorrente Instantnea de Neutro

    51N Sobrecorrente Temporizada de Neutro

    79 Religamento Trifsico

    Localizador de Faltas

    46 Fase Aberta

    27 Subtenso

    59I/59T Sobretenso Instantnea e Temporizada

    81U Proteo de Subfrequncia

    81O Proteo de Sobrefrequncia

    81df/dt Proteo de taxa de variao de frequncia

    50BF Falha de Disjuntor

    60 Falha de Fusvel

    Registros:

    - Eventos (1000 eventos com resoluo 1ms)

    - Oscilografia

    - Sincronizao via SNTP

    Entradas analgicas:

    - 12 Entradas de medio (07 correntes + 05 tenses)

    Entradas/Sadas Digitais Programveis:

    - 32 Entradas digitais

    - 24 Sadas digitais

    Como pode ser observado na figura 19 a quantidade de sinais de trip que so

    requeridas desse IED bastante grande (principalmente devido funo de falha de

    disjuntor). Novamente nesse caso foi empregada multiplicao de sinal externa ao rel

  • 62

    utilizando um rel auxiliar de disparo. Essa aplicao somente possvel pois o trip devido

    funo 50BF deve ser feito de forma simultnea em todos os disjuntores adjacentes quele

    com falha.

    Comunicao:

    - 01 porta frontal RJ45 para comunicao local

    - 02 portas traseiras em fibra ptica para comunicao local/remota protocolo

    MMS/GOOSE (Norma IEC-61850).

    Interface local:

    - IHM para operaes locais

    - LEDs indicadores no programveis

    - LEDs indicadores programveis

    7.4 Filosofia geral de Proteo e Controle

    Proteo de Barras de 13,8 kV: Uma vez que nesse projeto no foi incluso nenhuma

    unidade de proteo de barras de qualquer tipo essa ser feita atravs de uma seletividade

    logica a ser implementada nos rels dos cubculos de alimentao, do disjuntor de

    acoplamento de barras e do disjunto do lado de baixa do transformador. Assumindo que

    as cargas que sero conectadas aos cubculos de carga sejam puramente resistivas em sua

    maioria, a contribuio de corrente para uma falta dentro da zona da barra seria zero.

    Assim caso a funo de sobrecorrente direcional do rel do disjuntor do lado de baixa do

    transformador opere com uma funo de sobrecorrente direcional (67) e no exista

    corrente circulando atravs dos alimentadores conectados a barra do lado de baixa do

    transformador (essa informao pode ser transmitida atravs de uma mensagem GOOSE

    enviada pelos IEDs dos alimentadores ao IED do trafo), o sistema ir entender que existe

    uma falta dentro da zona da barra e ir imediatamente tentar isola-la.

    O check de sincronismo (25) para o fechamento das linhas de 69 kV: Uma vez que

    nenhuma das linhas de 69kV est conectada a uma fonte de gerao de energia eltrica

    no se faz necessrio a checagem atravs da funo 25 para fechamento do disjuntor da

    linha na barra.

    Falha de disjuntor (50BF), funo de RETRIP: Em caso de ativao da falha de DJ

    das LTs de 69kV, um sinal de TDD (sinal de abertura instantnea utilizado na proteo

    de linhas) ser enviado para a ponta remota solicitando que o IED de proteo diferencial

    instalado nessa linha abra o disjuntor da ponta remota. A funo 50BF para os demais

  • 63

    bays deve operar de forma normal enviando sinal de trip direto para todos os disjuntores

    adjacentes quele com falha. No est prevista uma lgica para RETRIP (nome do sinal

    de TRIP quando este enviado via funo de falha de disjuntor).

    Bloqueio da funo 87L: a funo de proteo diferencial de linha poder ser bloqueado

    em caso de testes do painel de controle atravs de uma lmina no seu bloco de testes

    respectivo. Essa funo tambm ser bloqueada em caso de perda do cabo OPGW. Neste

    caso as funes de sobrecorrente assumem instantaneamente como proteo principal da

    linha at que as condies normais de operao sejam reestabelecidas.

    Corrente de referncia dos TCs: fica estabelecido que a corrente de referencia dos TCs

    de todas as quatro subestaes ser considerada como sendo de 5A

    Servios Auxiliares: Como no est previsto um rel para a superviso dedicada dos

    ramos de servios auxiliares da SE EESC a superviso ser realizada no REC 670 do

    Banco de Capacitor, ou seja, o Serv. Auxiliares 1 ser supervisionado pelo Banco

    Capacitor 1 e o Serv. Auxiliar 2 pelo Banco de Capacitor 2.

    7.5 Sistema Supervisrio e Arquitetura de Automao

    7.5.1 Arquitetura do Sistema

    A arquitetura simplificada tem a funo de identificar de forma simples todos os

    elementos do sistema de superviso e comunicao para o projeto de proteo e controle da

    subestao EESC, essa arquitetura composta por quatro switches que constituem duas redes

    separadas, cada IED aplicado se conecta a ambas as redes atravs de um canal de fibra tica

    visando uma redundncia do sistema de comunicao (protocolo PRP). O gateway possui

    duas interfaces de comunicao ethernet no protocolo IEC870-5-104 que so ligadas ao

    Centro de Operao Remoto. A norma utilizada para definir os protocolos entre switch e

    IEDs a IEC61850.

    Na figura 20 possvel observar a arquitetura da SE EESC (subestao principal),

    nela esto representados oito painis de proteo, sendo trs para a proteo das linhas de

    69kV, dois para a proteo dos transformadores, um para a proteo e controle dos bancos de

    capacitores e dois para a proteo dos alimentadores de carga. Est representado tambm o

    sistema de comunicao da SE (duplo anel redundante).

    Na figura 21 esto representados os painis de proteo de cada uma das pontas

    remotas (SEs IFSC, IQSC e ICMC).

  • 64

    Figura 20. - Arquitetura da SE EESC

    Figura 21. - Arquitetura conjunta das SEs IFSC, IQSC e ICMC

  • 65

    7.5.2 IHM

    7.5.2.1 Sistema de superviso

    Nessa aplicao ser empregado o sistema supervisrio SAGE (desenvolvido no

    Brasil pela empresa CEPEL). Alm de servir como sistema de superviso, o SAGE tambm

    tem a finalidade de funcionar como gateway para a troca de dados da subestao com o ONS

    e o COS (Centro De Operao Do Sistema). Conforme determinao do procedimento de

    rede, alguns dos pontos de superviso precisam ser enviados para o ONS para que esse possa

    conhecer a atual situao da malha de potncia brasileira, alguns pontos ainda so enviados e

    recebidos de um centro locais de controle (COS) permitindo que a subestao seja tele

    comandada. Esta distribuio de pontos feita atravs da norma IEC60870-5-104.

    O SAGE configurado como cliente dos IEDs que se comunicam via mensagens

    MMS (Manufacturing Message Specification). Aps a configurao de cada IED exportado

    um arquivo de formato SCD. Este arquivo ento carregado no sistema de superviso e fica

    responsvel por estabelecer a comunicao no modelo cliente servidor com reporte entre

    o SAGE (cliente) e os IEDs (servidores). Quando essa relao efetivada, o SAGE passa a

    assinar os blocos de controle de reporte dos IEDs se declarando como assinante dos dados em

    questo.

    Sero estabelecidas duas redes isoladas configuradas em anel, a primeira composta

    pelos switches um e dois enquanto a segunda ser composta pelos switches trs e quatro, na

    qual iro trafegar as mensagens GOOSE Isso feito pois a mensagem do tipo GOOSE uma

    mensagem de alta prioridade que lanada repetidas vezes na rede para garantir que o

    receptor encontre a mensagem. Por essas duas caractersticas o GOOSE pode gerar trfego

    excessivo na rede provocando congestionamentos, somente em caso da segunda rede ser

    perdida, as mensagens GOOSE sero anunciadas na primeira rede, isso permite que a rede

    um se mantenha mas segura. Essa segurana necessria pois o GPS est conectado somente

    nesta rede.

    7.5.2.2 O sistema SAGE

    O SAGE (Sistema Aberto De Superviso E Controle) foi desenvolvido pelo LASC

    (Laboratrio Avanado De Superviso E Controle), constituindo uma arquitetura aberta

    aderente a padres internacionais de software. Foi criado seguindo completamente os

    conceitos de um sistema aberto:

    Portabilidade: o sistema capaz de operar em diferentes plataformas de

    hardware e software, permitindo que ele no precise ser vinculado a nenhum

    fornecedor especfico.

  • 66

    Interconectividade: pode ser instalado e operado em equipamentos muito

    diferentes uns dos outros, no importando a configurao do sistema ou o

    fabricante de cada mquina. Essa flexibilidade viabiliza a operao em paralelo

    com sistemas j existentes sem a necessidade da adio de gateways ou trocar de

    equipamentos para expanso de plataformas j em operao.

    Expansibilidade: o sistema vendido em mdulos separados, o que permite que

    de acordo com cada aplicao ele seja configurado de uma forma. Isso evita

    gastos excessivos com funes que podem no ter serventia alguma para certa

    aplicao. Caso no futuro uma funo que no tenha sido comprada no pacote

    original seja necessria, basta adquirir somente a expanso dessa funo em

    especifico.

    Modularidade: o SAGE foi criado de forma a tornar simples a incluso de

    novos mdulos ou a eliminao de alguns j existentes ou mesmo de centros de

    controle com um mnimo impacto sobre a estrutura central do sistema. Dessa

    forma possvel alcanar uma vida til longa ao sistema atravs de atualizaes.

    Escalabilidade: ele pode ser utilizado para aplicaes em qualquer nvel das

    camadas de controle do sistema, ou seja desde centros regionais at centros

    nacionais de operao (ex: ONS).

    7.5.3 Sincronismo por GPS

    7.5.3.1 Descrio funcional

    Para algumas funes de protees como por exemplo a diferencial ou para sistemas

    de oscilografia de extrema importncia possuir uma estampa de tempo confivel associada

    aos valores de tenso e corrente medidos ao longo do tempo. Para esse fim podem ser

    empregados equipamentos GPS especialmente dedicados a fornecer um valor preciso de

    tempo que ser igual em qualquer parte do mundo. Para esse sincronismo ser utilizado um

    GPS conectado ao primeiro anel de switches e outro conectado a cada IED em cada uma das

    pontas remotas atravs de uma interface eltrica do tipo ethernet, o sincronismo ser obtido

    atravs do protocolo SNTP como previsto pela norma IEC61850.

    7.5.3.2 Protocolo SNTP

    O protocolo SNTP (Simple Network Time Protocol) uma simplificao de outro

    protocolo, o NTP (Network Time Protocol), cuja aplicao a sincronizao de

    computadores conectados a redes ethernet. Um exemplo de aplicao desse protocolo de

  • 67

    abrangncia mundial o sincronismo de tempo que fornecido a qualquer computador

    conectado a internet. Basicamente o SNTP pode ser empregado quando todas as

    funcionalidades disponveis no NTP no so necessrias para o funcionamento do sistema.

    Esse caso de sistemas de proteo eltrica pois, nessas aplicaes so utilizadas redes locais

    com uma fonte de sincronismo (GPS). Essa caracterstica prov uma grande simplificao da

    rede se sincronismo e comunicao permitindo a aplicao do protocolo SNTP. Outra

    vantagem do protocolo SNTP que uma vez que esse uma simplificao do NTP possvel

    obter um melhor desempenho no processamento do protocolo principalmente em sistema de

    arquitetura embarcada. Com a norma IEC61850 ficou consolidado o emprego de redes

    ethernet para o trafego de dados de protocolos em sistemas de proteo e controle de

    subestaes.

    A troca de mensagens dentro desse protocolo obedece a uma hierarquia do tipo

    cliente e servidor, na qual o servidor o equipamento primrio que serve como referencia de

    tempo para toda a rede. No caso de sistemas de proteo e controle de subestaes esses

    equipamentos so sempre os GPSs; j o cliente todo e qualquer equipamento que precise ter

    seu relgio interno configurado segundo uma referncia nica. A estampa de tempo fornecida

    est sempre ajustada para a zona UTC (Coordinated Universal Time), cada cliente

    responsvel por corrigir essa informao segundo o fuso no qual est inserido. Vale dizer que

    esse protocolo permite que os servidores operem em modo unicast ou multicast, porm

    somente no modo unicast possvel a correo do atraso da estampa de tempo que inserido

    devido ao tempo necessrio para transmitir uma informao dentro de uma rede ethernet.

    A correo do atraso feita atravs de sistema de eco no qual mensagens so

    trocadas entre o cliente e o servidor para medir o atraso inserido pela comunicao. Uma vez

    que o atraso medido possvel configurar o sistema para corrigir esse erro. Este processo

    repetido at que o erro mximo estipulado para a operao seja atingido, e a partir desse

    momento medies peridicas so feitas para garantir que o erro no tenha aumentado. Em

    regime constante de operao (erro mnimo atingido) as solicitaes feitas pelos cliente (IEDs

    e equipamentos dedicados de oscilografia) se torna pequena e feita apenas para garantir que

    o seu relgio permanece com o horrio correto.

    Na figura 22 possvel observar uma configurao muito utilizada para a medio do

    erro na estampa de tempo fornecida pelo GPS em testes de sincronismo.

  • 68

    Figura 22 - Arquitetura para teste de sincronismo

    .

    7.5.4 Rede de dados

    A rede de dados que ser implementada para esse projeto conta com quatro switches

    ticos formando duas redes independentes as quais os equipamentos de proteo e controle

    iro se conectar de forma redundante na configurao estrela. Segue a descrio de cada

    equipamento e a forma como sero conectados os demais IEDs da subestao

    7.5.4.1 Switch 1

    1 Switch ABB AFS 670

    16 Portas pticas 100mbps Multimodo ST 1300nm 50/125m

    2 Portas Eltricas 10/100Mbps RJ45

    Tabela 11 - Conexes externas do switch 1

    Porta Tipo da Porta Equipamento de destino

    P01 RJ45 GPS

    P02 RJ45 Reserva

    P03 100Mbps MM ST Switch 2

    P04 100Mbps MM ST RED670 IED01 IFSC

    P05 100Mbps MM ST RED670 IED01 ICMC

    P06 100Mbps MM ST RED670 IED02 IQSC

    P07 100Mbps MM ST RET670 IED03 Proteo TR1

  • 69

    P08 100Mbps MM ST REC670 IED04 Controle

    P09 100Mbps MM ST REC670 IED05 Controle

    P10 100Mbps MM ST RET670 IED06 Proteo TR2

    P11 100Mbps MM ST REC670 IED07 Controle

    P12 100Mbps MM ST REC670 IED08 Controle

    P13 100Mbps MM ST REC670 IED09 Proteo BC

    P14 100Mbps MM ST REC670 IED10 Proteo BC

    P15 100Mbps MM ST REC670 IED11 Alimentadores

    P16 100Mbps MM ST REC670 IED12 Alimentadores

    P17 100Mbps MM ST Reserva

    P18 100Mbps MM ST Reserva

    7.5.4.2 Switch 2

    1 Switch ABB AFS 675

    16 Portas pticas 100Mbps Multimodo ST 1300nm 50/125m

    2 Portas Eltricas 10/100Mbps RJ45

    Tabela 12 - Conexes externas do switch 2

    Porta Tipo da Porta Equipamento de destino

    P01 RJ45 SAGE 1

    P02 RJ45 SAGE 2

    P03 100Mbps MM ST Switch 1

    P04 100Mbps MM ST REC670 IED01 Alimentadores

    P05 100Mbps MM ST REC670 IED01 Alimentadores

    P06 100Mbps MM ST REC670 IED02 Alimentadores

    P07 100Mbps MM ST REC670IED03 Alimentadores

    P08 100Mbps MM ST REC670IED04 Alimentadores

    P09 100Mbps MM ST REC670 IED05 Alimentadores

    P10 100Mbps MM ST REC670IED06 Alimentadores

    P11 100Mbps MM ST REC670 IED07 Alimentadores

    P12 100Mbps MM ST REC670 IED08 Alimentadores

    P13 100Mbps MM ST REC670 IED09 Alimentadores

    P14 100Mbps MM ST REC670 IED10 Alimentadores

    P15 100Mbps MM ST REC670 IED11 Alimentadores

    P16 100Mbps MM ST REC670 IED12 Alimentadores

    P17 100Mbps MM ST Reserva

  • 70

    P18 100Mbps MM ST Reserva

    7.5.4.3 Switch 3

    1 Switch ABB AFS 675

    16 Portas pticas 100Mbps Multimodo ST 1300nm 50/125m

    2 Portas Eltricas 10/100Mbps RJ45

    Tabela 13 - Conexes externas do switch 3

    Porta Tipo da Porta Equipamento de destino

    P01 RJ45 SAGE 1

    P02 RJ45 SAGE 2

    P03 100Mbps MM ST Switch 4

    P04 100Mbps MM ST RED670 IED01 IFSC

    P05 100Mbps MM ST RED670 IED01 ICMC

    P06 100Mbps MM ST RED670 IED02 IQSC

    P07 100Mbps MM ST RET670 IED03 Proteo TR1

    P08 100Mbps MM ST REC670 IED04 Controle

    P09 100Mbps MM ST REC670 IED05 Controle

    P10 100Mbps MM ST RET670 IED06 Proteo TR2

    P11 100Mbps MM ST REC670 IED07 Controle

    P12 100Mbps MM ST REC670 IED08 Controle

    P13 100Mbps MM ST REC670 IED09 Proteo BC

    P14 100Mbps MM ST REC670 IED10 Proteo BC

    P15 100Mbps MM ST REC670 IED11 Alimentadores

    P16 100Mbps MM ST REC670 IED12 Alimentadores

    P17 100Mbps MM ST Reserva

    P18 100Mbps MM ST Reserva

    7.5.4.4 Switch 4

    1 Switch ABB AFS 675

    16 Portas pticas 100Mbps Multimodo ST 1300nm 50/125m

    2 Portas Eltricas 10/100Mbps RJ45

    Tabela 14 - Conexes externas do switch 4

    Porta Tipo da Porta Equipamento de destino

  • 71

    P01 RJ45 Notebook

    P02 RJ45 Reserva

    P03 100Mbps MM ST Switch 3

    P04 100Mbps MM ST REC670 IED01 Alimentadores

    P05 100Mbps MM ST REC670 IED01 Alimentadores

    P06 100Mbps MM ST REC670 IED02 Alimentadores

    P07 100Mbps MM ST REC670IED03 Alimentadores

    P08 100Mbps MM ST REC670IED04 Alimentadores

    P09 100Mbps MM ST REC670 IED05 Alimentadores

    P10 100Mbps MM ST REC670IED06 Alimentadores

    P11 100Mbps MM ST REC670 IED07 Alimentadores

    P12 100Mbps MM ST REC670 IED08 Alimentadores

    P13 100Mbps MM ST REC670 IED09 Alimentadores

    P14 100Mbps MM ST REC670 IED10 Alimentadores

    P15 100Mbps MM ST REC670 IED11 Alimentadores

    P16 100Mbps MM ST REC670 IED12 Alimentadores

    P17 100Mbps MM ST Reserva

    P18 100Mbps MM ST Reserva

    Tabela 15 - Conexes externas do switch 4

    7.5.5 Modelagem do Sistema (IEC 81346)

    A modelagem da aplicao deste projeto, ser embasada na norma IEC 81346. Com

    isso, haver nomenclatura interna dos objetos (disjuntores, seccionadoras, switches, GPS,

    computadores, IEDs, dimetros e suas sees) conforme a norma IEC 81346. Esta norma

    adotada para a construo dos tags internos do sistema e para o desenvolvimento da lgica

    dos IEDs na ferramenta de configurao PCM600.

  • 72

  • 73

    8 Concluso

    inegvel o fato dos rels digitais apresentarem muitas vantagens sobre a tecnologia

    eletromecnica e de estado slido, custo de instalao em longo prazo e de manuteno

    reduzidos, flexibilidade em termos de aplicaes, possibilidade de integrao de mltiplas

    funes em um nico equipamento, integrao do controle do vo, possibilidade de

    monitoramento remoto e concentrado a uma nica estao de trabalho, entre outros.

    Em uma anlise clara dos fatos possvel perceber que a substituio dos rels

    eletromecnicos no indicada por estes no serem capazes de atender s necessidades de

    proteo do sistema eltrico, mas sim pelo nmero de possibilidades que a tecnologia digital

    introduziu no campo da proteo de sistemas de potncia.

    Hoje em dia, com o avano das tecnologias de telecomunicao e com o auxlio dos

    protocolos propostos pelas normas desse campo, possvel que uma subestao seja operada

    sem a presena de um ser humano no local.

    A norma IEC61850 atravs da padronizao dos protocolos de comunicao permitiu

    que a integrao de qualquer IED a sistemas novos sem importar tipo, modelo ou fabricante.

    Atravs do estudo de caso de uma subestao de classe 69kV esse trabalho reuniu de

    forma clara todas os pontos relevantes para que se possa elaborar um projeto eltrico de da

    proteo, automao e superviso de uma subestao, utilizando equipamentos e normas

    reais.

  • 74

  • 75

    Referncias bibliogrficas

    BLACKBURN, J.L. Applied Protective Relays. 2 ed. Westinghouse Electric Corporation.

    Coral Springs. Florida, 1979

    RAO, T.S. Madhada. Powe System Protection Static Relays. McGraw-Hill. Nova Dli,

    1979

    RUFATO JR, Eli. Viabilidade Tcnica e Econmica da Modernizao do Sistema de

    Proteo da Distribuio. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. So Paulo, 2006.

    PACKWORLD. IEC 61850 A Brand New World. Houston, 2007

    ELMORE, W.A. Protective Relaying: Theory and Applications. 2 ed, Marcel Dekker, Inc.

    New York, 2003.

    MAEZONO, Paulo Koiti. Proteo de Transformadores de Potncia e Reatores. 1 ed.

    Virtus: Consultoria e Servios Ltda./ ABB. So Paulo, 2010.

    OLIVEIRA, Julio Cezar de. Automao de Subestaes de Energia Eltrica Utilizando

    Redes Ethernet na Norma IEC61850. Universidade Cruzeiro do Sul. So Paulo, 2007.

    OMICRON. The Briefcase Series. S.d. Disponvel em: www.thebriefcaseseries.com

    SENGER, Eduardo C. Proteo Digital. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. So

    Paulo, 2001.

    VASCONSELLOS, A.S.; JUNIOR, Jos Carlos M.V. Sistemas de Proteo Digital:

    Mudanas no Projeto, Instalao e Operao de Sistemas Eltricos. So Paulo, 2003.

    http://www.thebriefcaseseries.com/

  • 76

  • 77

    Bibliografia

    COURY, D.V. Introduo aos Sistemas Eltricos de Potencia. Universidade de So Paulo.

    Escola de engenharia de So Carlos, 2007.

    MANSON, C. Russell. The Philosophy of Protective Relaying. John Wiley and Sons, EUA,

    1993.

    ABB. Technical References Manual Transformer Protection IED RET 670. ABB, S.I.,

    2007

    ABB. Technical References Manual Control IED REC 670. ABB, S.I., 2007

    ABB. Technical References Manual Differential Protection IED RED 670. ABB, S.I.,

    2007

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