INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DIGITAL

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1 1. MOTIVAÇÃO INTRODUÇÃO À PROTEÇÃO DIGITAL Atualmente a oferta de relés digitais é extensa e têm desempenho igual ou superior aos relés convencionais Desafio imposto aos profissionais da área: assimilar e utilizar esta nova tecnologia o mais rápido possível Objetivo do Curso: expor de maneira simples e objetiva os conceitos fundamentais da PROTEÇÃO DIGITAL de modo a orientar na sua escolha e aplicação. 2. CONSIDERAÇÕES INICIAIS Técnicas de proteção digital surgiram no final da década de 60, quando vários pesquisadores desenvolveram diversos algoritmos de proteção, inicialmente para LT s. Estes trabalhos tiveram que aguardar literalmente o desenvolvimento adequado dos computadores digitais no que se refere à capacidade de computação e a custos para sua aplicação prática. Tal desenvolvimento só foi alcançado com o advento dos microprocessadores, o que tornou possível a competição a níveis comerciais com os relés analógicos convencionais. Classificação dos Relés de Proteção quanto a sua construção: (a) Eletromecânicos : partes móveis, contatos fixos e móveis, mancais, eixos, bobinas, mecanismos, etc (AE, IE, BMIP, etc) (b) Estáticos : não possuem partes móveis (válvulas, diodos, transistores, AO s, CI s) 1

2 3. HISTÓRICO (a) DESENVOLVIMENTO CRONOLÓGICO RELÉS ELETROMECÂNCOS Sobrecorrente de Indução Diferencial Direcional Distância (tipo impedância) Distância (tipo MHO) RELÉS ESTÁTICOS PRIMEIRA GERAÇÃO (valvulados) Piloto (Comparação Direcional / Carrier) 1930/40 - Vários relés a válvulas Distância SEGUNDA GERAÇÃO (transistorizados) Piloto (Comparação de Fase) Distância Sobrecorrente (versão comercial) Distância (versão comercial) TERCEIRA GERAÇÃO (CI s) 1960/70 - Vários relés QUARTA GERAÇÃO (microprocessados) Distância (LT); Diferencial de Barra e Trafo; Diferencial de Gerador e Integração das funções de controle e proteção; Sobrecorrente de tempo inverso e Medições fasoriais para estimação de estado; Localizadores de falta; Piloto com fibra ótica; Registro digital de faltas; Proteção Adaptativa; 2

3 (b) PRIMEIRO ARTIGO TÉCNICO : PROF. ROCKEFELLER (1969) Lançou as bases do Computer Relaying Este artigo se adiantou à sua época uma vez que: Computadores de grande porte eram muito caros Pequenos computadores não possuíam capacidade adequada de cálculo ou memória para execução das tarefas relacionadas à proteção (c) PRINCIPAIS PESQUISADORES : Prof. Morrison : Austrália Prof. Poncelet : França Prof. Cory : Imperial College - Inglaterra Profs. Walker e Tudor : Univ. of Missouri - EUA Prof. Hope : Univ. of Calgary Prof. Sachdev : Univ. of Saskatchevan - Canadá Prof. Romamoorty : Índia Prof. Phadke : AEP (d) PRINCIPAIS COMPANHIAS : WESTINGHOUSE (PRODAR 70) PACIFIC GAS AND ELECTRICITY CO. AMERICAN ELECTRIC POWER CO. (AEP) GENERAL ELECTRIC PHILADELPHIA ELECTRIC CO. BONEVILLE POWER ADMINISTRATION (BPA) PENNSYLVANIA POWER AND LIGHT CO., ETC (e) PRINCIPAIS ENTIDADES : IEEE (POWER SYSTEM RELAYING COMMITE) IEE, CIGRÉ 3

4 (f) FILOSOFIA : Inicial : minicomputador executando todas as funções de proteção dentro da subestação Atual : microprocessadores dedicados trabalhando em paralelo 3. VANTAGENS DA PROTEÇÃO DIGITAL (a) ECONOMIA Custo da Tecnologia Digital reduzindo Convencional aumentando CPU relativamente baratas Memória muito barato Programabilidade Múltiplas Funções (b) DESEMPENHO No mínimo igual ao dos relés convencionais Fácil implementação de: Ação de memória Características de Operação Complexas Equipamentos não requerem ajustes individuais 4

5 (c) CONFIABILIDADE Auto-check e auto-monitoramento a baixo custo Características não mudam com a temperatura, tensão de alimentação envelhecimento, etc. Pequeno número de componentes e conexões (d) FLEXIBILIDADE Possibilidade de atualização constante de versões: mudanças no projeto implicam na maioria das vezes em modificações no software. Capacidade quase ilimitada de comunicação entre si, além da possibilidade de utilização da tecnologia de comunicação via fibra ótica. Flexibilidade Funcional: capacidade de realizar outras funções tais como medições, controle e supervisão Total compatibilidade com a tecnologia digital introduzida nas subestações. Capacidade de Proteção Adaptativa: parâmetros de operação podem ser mudados automaticamente com as condições do sistema elétrico. 5

6 (c) PRODUTOS PARALELOS Análise Transitória de Faltas: através da armazenagem em memória dos dados e posterior processamento. Localização de Faltas Multiplexação dos sinais de entrada e conseqüente redução do número de cabos e fios na subestação. 4. LIMITAÇÕES ATUAIS DA PROTEÇÃO DIGITAL Limitações nas redes de comunicações atuais diminuindo a capacidade de troca de informações entre as unidades digitais. (Melhoras com a tecnologia de fibras óticas). Mudanças freqüentes no hardware dos equipamentos digitais dificultam rotinas de manutenção. Predomínio da linguagem Assembly nos programas, o que limita a transportabilidade de um programa de relé de uma máquina para outra. Dificuldade na adaptação dos relés digitais às condições ambientais e frente a interferências eletromagnéticas presentes nas subestações. 6

7 5. INTEGRAÇÃO DOS SISTEMAS DE SUPERVISÃO, CONTROLE, AUTOMAÇÃO E PROTEÇÃO NÍVEL I NÍVEL II NÍVEL III funções de medição, controle, automação e proteção informações de/para equipamentos da SE comandos de controle de/para equipamentos da SE funções de diagnóstico facilidades para comunicação homem-máquina comunicações com o nível superior funções de suporte aos processadores no NÍVEL I coleta, processamento e armazenamento de dados análise de seqüência de eventos facilidades para comunicação homem-máquina comunicações com os níveis I e III ações de controle a nível de sistema coleta e processamento de dados análise de seqüência de eventos e outros montagem de registros oscilográficos elaboração de relatórios organização das comunicações com os níveis I e II proteção adaptativa 7