Projecto Final de Curso

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1 Projecto Final de Curso Projecto e Concepção de um Laboratório de Sistemas de Protecção Alunos: Élia Sofia C. Fernandes e Marta Rui Miguel Farinha António Orientadores: Prof. José Rui Ferreira (FEUP) Eng. Manuel Dias(EFACEC) JULHO 05

2 Índice 1. AGRADECIMENTOS INTRODUÇÃO UNIDADE TERMINAL DE PROTECÇÃO TPU S WINPROT GUIÕES TRABALHO PRÁTICO Nº TRABALHO PRÁTICO Nº TRABALHO PRÁTICO Nº CONCLUSÕES FINAIS ANEXOS I... 41

3 1. AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar, gostaríamos agradecer ao orientador Professor José Rui Ferreira pela colaboração prestada no decorrer de todo o trabalho. Agradecemos ao Engenheiro Manuel Dias da EFACEC pelos valiosos ensinamentos no domínio das protecções digitais, nomeadamente na TPU S420, e pelas decisões produtivas que tivemos. Também agradeço a todos os técnicos que disponibilizaram tempo e contribuíram para a realização do mesmo. 3-41

4 2. INTRODUÇÃO Este trabalho teve como principal objectivo o projecto e concepção de um conjunto de trabalhos de laboratório para ensaios de sistemas de protecção. Teve como base uma Unidade Terminal de Protecção que foi oferecida pela EFACEC à FEUP. Este trabalho foi realizado nas instalações da FEUP. Elaboramos três guiões de trabalhos práticos, tendo o primeiro trabalho como principal objectivo o ensaio das funções de protecção máximo corrente de fases e mínimo tensão de fases, utilizando o programa de interface WinProt em módulo teste, no segundo introduzimos um equipamento de ensaio que nos fornece um sinal analógico para ensaio da protecção de máximo de corrente de fases. No terceiro trabalho, utilizámos automatismos como Religação Automática e Deslastre/Reposição de tensão e verificámos o comportamento da unidade. Para a realização deste trabalho utilizámos uma Unidade Terminal de Protecção, TPU S420, um programa de interface do utilizador com a unidade, WinProt e o equipamento de ensaios, SVERKER 750. Iremos fazer uma breve apresentação da TPU S420, em seguida serão apresentados os Guiões de Trabalhos Práticos que elaborámos bem como os resultados obtidos. Estes irão ser realizados pelos alunos nas aulas práticas de Sistemas de Protecção. 4-41

5 3. UNIDADE TERMINAL DE PROTECÇÃO TPU S420 Para uma melhor compreensão do trabalho que tem vindo a ser desenvolvido em laboratório e dos Guiões dos Trabalhos Práticos que irão ser propostos, em seguida, será feita uma breve apresentação da protecção e das suas potencialidades. A TPU S420 é uma Unidade Terminal de Protecção e controlo de saídas de Média Tensão desenvolvida pela EFACEC. Tem como principais funções a protecção, supervisão e controlo de linhas aéreas ou cabos subterrâneos de Média Tensão, em redes radiais de neutro isolado, compensado, sólido ou com impedância limitadora, também pode ser usada na ligação à rede de pequenos produtores de energia, bem como, servir de protecção de reserva de outros equipamentos, como por exemplo, transformadores e linhas de Alta Tensão. A TPU S420 apresenta-se como um sub-rack de 42 HP de largura e 6U de altura para montagem encastrada no caso de uma cela, ou para montagem num armário de 19. Na parte frontal é constituída por um display gráfico, 8 leds de alarme programável, 2 leds indicadores do estado de funcionamento da TPU S420 e da LAN, bem como 4 leds indicadores dos modos de funcionamento, 4 teclas de navegação nos menus, 3 de selecção e operação dos aparelhos, 2 teclas para selecção do regime de funcionamento e uma última para reconhecimento de alarmes, e ainda uma porta série frontal para comunicação local com um computador pessoal. O painel traseiro possui duas portas série RS232, uma carta de comunicação com adaptador para fibra óptica para ligação a uma Rede de Área Local (LAN), na versão base dispõe de 9 entradas binárias e 5 saídas binárias, totalmente configuráveis e isoladas entre si, existem dois tipos de carta de Expansão (Tipo 1 com 9 entradas e 6 saídas, Tipo 2 com 16 entradas, Tipo 3 com 15 saídas) que permitem ter até 41 entradas binárias, ou 36 saídas binárias. No visor gráfico frontal poderá ser visualizada diversa informação, nomeadamente; sinóptico onde é apresentada informação lógica com o estados dos aparelhos, descrição dos alarmes, medidas analógicas e informação estática, menus de parametrização onde se acede aos menus de configuração de todas as funções de protecção e dos registos armazenados no relé. É possível configurar o relé através de teclas de navegação que permitem fazer a navegação nos menus e páginas de sinópticos, bem como alteração dos parâmetros, a alteração de valores parametrizados está condicionada à introdução de password, ou através da comunicação série entre o relé e um computador pessoal com o software de interface com a TPU: WinProt. A TPU S420 realiza medidas rigorosas de todas as grandezas de uma linha, e diversas funções de monitorização de defeitos, incluindo Oscilografias, Diagramas de Carga e Registo de Eventos e Medidas. 5-41

6 4. WINPROT O WinProt é o programa utilizado para configurar, monitorizar, analisar e testar a Unidade de Protecção e Controlo. O software é composto por vários módulos; Módulo de Análise de Registos: WinReports Neste módulo temos acesso à análise, recolha e monitorização dos registos produzidos pelas Unidades de Protecção e Controlo. Os registos suportados pelo WinReports são os seguintes; Medidas, Registos de Eventos, Oscilografias, Diagrama de Cargas, Informação de Hardware, Localizadores de Defeitos. Módulo de Parametrização: WinSettings Neste módulo podemos parametrizar as funções de protecção, automação e configuração existentes nas Unidades de Protecção e Controlo. No trabalho que executámos as funções parametrizadas foram; a Carta de base I/O, as funções de protecção de Máximo de Corrente de Fases, Mínimo de Tensão de Fases, Religação Automática, 6-41

7 Deslastre/Reposição de Tensão, havendo no entanto outras que não foram alvo do trabalho elaborado. Módulo de Edição Lógica: WinLogic O Winlogic é um módulo que é destinado à parametrização das ligações lógicas dos blocos associados às várias funções. Esta parametrização consiste basicamente na definição das ligações entre gates lógicas constituintes das várias funções. Módulo de Configuração do Sinóptico: WinMimic Neste módulo temos acesso à configuração do sinóptico visualizado no display gráfico da Unidade de Protecção e Controlo, este visa dar, uma ideia do estado dos aparelhos e/ou equipamento associado à unidade e simultaneamente possibilitar o controlo desses. Módulo de Teste da Unidade: WinTest O Wintest tem como principal objectivo a realização autónoma de testes de comissionamento das unidades, permitindo a alteração dos módulos de funcionamento da unidade entre normal e teste, e a simulação da injecção de sinais analógicos nas unidades, transições das entradas e saídas binárias, permite visualizar identidades digitais e medidas, visualizar e/ou guardar o Registo de Eventos online e dispõe também de uma ferramenta de comandos lógicos semelhantes ao Winlogic. Módulo de Configuração de Firmware: WinCode O WinCode é um módulo de configuração e/ou actualização de software dos diferentes tipos e versões das unidades. O seu funcionamento baseia-se em três partes fundamentais, consistindo a primeira parte na selecção do firmware a descarregar para a unidade, a segunda na escolha da unidade a configurar e a terceira consiste em executar a gravação do código. 7-41

8 5. GUIÕES 5.1 TRABALHO PRÁTICO Nº1 Ensaio de Funções de Protecção por Simulação O objectivo deste trabalho é efectuar a configuração e ensaio das várias funções de protecção e controlo do relé e teste utilizando apenas o programa de interface WinProt, observando as diversas informações disponibilizadas por este. Os ensaios serão efectuados através do programa WinProt no menu WinTeste', que permite injectar sinais de tensão e corrente no relé e registar os tempos de actuação respectivos. O relé TPU S420 é um aparelho de fácil instalação e configuração, completamente programável, permitindo o controlo, configuração, visualização de alarmes e de todas as informações do sistema. Comunicação Série RS-232 WinPort Figura 1 Esquema de ligação Programa de interface WinProt Através do WinProt iremos proceder às parametrizações de protecção para os ensaios das funções de Máximo de Corrente de Fases e Mínimo de Tensão de Fases. Máximo de Corrente de Fases A principal função da protecção de Máximo de Corrente de Fases é contra curto-circuitos destinada a linhas ou cabos de Média Tensão. Esta protecção também garante protecção eficiente contra defeitos entre fases nas redes radiais de distribuição, pode ser utilizada como protecção de reserva de outros equipamentos em que são necessários critérios de protecção mais sofisticados. 8-41

9 O princípio de operação da Protecção de Máximo de Corrente de Fases baseia-se na diferença de valor da amplitude das correntes nas fases numa situação de carga e numa situação de curto-circuito trifásico e bifásico, situação esta que toma valores muito elevados, visto que as resistências de defeito são baixas, o que possibilita a actuação segura da protecção acima de um limiar parametrizado. A função de Protecção de Máximo de Corrente de limiar alto destina-se a uma protecção muito rápida, em que a coordenação selectiva é obtida regulando de valor do limiar operação (protecção amperimétrica). A regulação dos limiares altos é independente para os elementos contra defeitos entre fases e contra defeitos à terra. Embora seja usual pretender-se uma actuação instantânea da protecção, é também possível programar uma temporização selectiva. A função de Protecção de Máximo de Corrente de lumiar baixo oferece maior sensibilidade a defeitos internos do que o escalão de limiar alto e para coordenação selectiva usa um escalonamento de temporizações (protecção cronométrica). O relé dispõem de temporização constante e de tipo inverso, sendo esta ultima fiel a normas internacionais CEI e IEEE As regulações da função cronométrica são independentes para a protecção contra defeitos entre fases e contra defeitos fase-terra. Por fim, encontramos a função de Protecção de Máximo de Corrente Universal de tempo definido, em que o relé executa em paralelo e de forma independente das funções anteriores, uma segunda função de protecção de máximo de corrente com temporização constante. A regulação desta função (protecção universal de tempo definido) permite diversas utilizações; como limitador do tempo de actuação da protecção de limiar baixo de tempo inverso, para situação de baixa potência de curto-circuito em que os tempos de actuação desta função podem ter acréscimos; como segundo escalão de protecção de limiar alto, coordenado em tempo e corrente com elementos de limiar alto de protecções e jusante da rede. Nos guiões de trabalhos práticos apenas consideramos a protecção de Máximo de Corrente de Fases Amperimétrica. 9-41

10 Ensaio em Modo de Teste Máximo de Corrente de Fases 1. Iniciar o módulo WinSettings e parametrizar a função de Máximo de Corrente de Fases. Figura 2 Parametrização de Protecção de Máximo de Corrente de Fases 10-41

11 2. Iniciar o módulo WinTest, carregue no menu teste, e proceda do seguinte modo: 3. Introduzir os valores de correntes nas três fases abaixo do parametrizado (2A). Figura 3 Ensaio em Modo Teste 4. Iniciar o teste carregando no botão Play. 5. Efectuar vários testes variando as correntes. 6. Exportar no WinReports o registo de eventos e comente os resultados obtidos. Registo de Eventos Base de Dados: C:\Program Files\EFACEC\WinProt 4\winprot.mdb Subestação: Subestação Unidade: TPU S420-Ed1- Tipo: TPU S420-Ed1-S-1A-1A-100V-100V-50Hz-X-X-X-LON-PT Versão: 1.0 Número de Série: Ordem Data Hora Módulo Evento Estado :23: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :23: Teste da Unidade Operação Unidade Teste Modo Teste 11-41

12 :23: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :23: Teste da Unidade Simulação Analógica Início :24: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :24: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase A Arranque :24: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase A Comando :24: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :24: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :24: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :24: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase A Rearme :25: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :25: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Arranque :25: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase B Comando :25: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :25: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :25: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :25: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase C Arranque :25: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase C Comando :26: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :26: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Rearme :26: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase C Rearme :26: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :26: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase A Arranque :26: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Arranque :26: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase C Arranque :26: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase C Comando :26: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase B Comando :26: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase A Comando :26: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :26: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo 7. Conclusões Inicialmente foram introduzidos valores abaixo do parametrizado (2A), e como era de esperar não houve ocorrências. Em seguida, aumentámos a corrente da fase A, acima dos 2A, o que levou ao comando de disparo da protecção de máximo de corrente de fases na fase A e à ordem de abertura do disjuntor. Sendo este disjuntor um disjuntor tripolar, diminuímos a corrente na fase A e ocorreu o rearme da protecção, isto é, voltou à posição inicial (ordem 5 a 10). Seguidamente, aumentámos o valor da fase B acima do parametrizado e, como havia acontecido na fase A, deu-se comando de disparo da protecção de máximo de corrente de fases na fase B e a ordem de abertura do disjuntor (ordem 12 a 15). Aumentamos a corrente na fase C, de forma a disparar a protecção de máximo de corrente de fases na fase C, mas não houve ordem de abertura do disjuntor porque este já se encontrava aberto, na realidade esta situação não acontece, visto que, quando existe uma sobrecarga, ou 12-41

13 curto-circuito, numa das fases e esta dá ordem de abertura ao disjuntor tripolar, após a abertura deste, há interrupção nas outras fases, mas neste caso, trata-se de um programa (WinTest) de simulações e a unidade está sempre a ver o corrente da outra fase, o que leva ao disparo da protecção da fase mas não à ordem de abertura do disjuntor porque este já se encontra aberto (ordem 17 a 18). Por fim, diminuímos a correntes nas fases B e C e efectuámos uma simulação onde aumentámos a corrente nas três fases, acima dos 2A, e como era de prever, houve comando disparo da protecção de máximo de corrente de fases nas fases A, B e C e ordem de abertura do disjuntor (ordem 23 a 30). Ensaio em Modo Teste Mínimo de Tensão de Fases Mínimo de Tensão de Fases Este ensaio será apenas efectuado apenas em modo de teste, visto que falta a carta de tensões na protecção impossibilitando assim fazer o teste através da mala de ensaios. A principal função da protecção Mínimo de Tensão de Fases é a desligação selectiva de consumidores na sequência de perturbações que se manifestem pela queda de tensão, nomeadamente, cavas de tensão (ou subtensões), isto é, por fenómenos que se manifestem pela diminuição da amplitude da componente fundamental da tensão em uma ou mais fases. Nos produtores independentes de energia, a Protecção de Mínimo de Tensão de Fases é uma das protecções solicitadas, nesta situação a função garante a desligação dos auto-produtores para cavas de tensão. A TPU S420 utiliza as tensões fase-fase, calculadas a partir das tensões fase-terra, visto que as tensões fase-terra estão mais sujeitas a variação do seu valor, especialmente para determinados regimes de neutro, sendo a operação independente para cada uma das tensões entre fases e detectados os defeitos assimétricos. A protecção de Mínimo de Tensão de Fases disponibiliza dois escalões de protecção, são semelhantes em tudo devendo ser regulados com limiares operacionais e tempos distintos de forma a obter dois níveis de actuação, sendo uma mais rápida para valores de subtensão extremamente reduzidos e outra mais lenta mas sensível a cavas de tensão de menor amplitude. Quando utilizada a Protecção de Mínimo de Tensão sem nenhum mecanismo de supervisão associado, é sensível à anulação das tensões numa ou mais fases devida não a perturbação do 13-41

14 sistema mas a avaria no circuito das medidas de tensão. Para suprimir essa possibilidade o relé implementa dois mecanismos diferentes de bloqueio da função, conjunto das 3 fases, onde a actuação da função passa a ser trifásica, isto é, só actua quando for detectada uma diminuição de tensão fases, o outro bloqueio é bloqueio por corrente habilita a verificação de avaria dos TT por presença de corrente em alguma fase. 8. Iniciar o módulo WinSettings e parametrizar a função de Mínimo de Tensão de Fase. Figura 3 Parametrização do Mínimo de Tensão 14-41

15 9. Iniciar o módulo WinTest, carregar no menu teste, e proceder do seguinte modo: 10. Introduzir os valores de tensões de acordo com o seguinte quadro: Figura 4 Ensaio em Modo Teste 11. Iniciar o teste carregando no botão play. 12. Inicialmente efectuar o ensaio para os valores propostos no quadro 3. Efectuar vários testes variando as tensões. 13. Exportar no WinReports o registo de eventos e comentar os resultados obtidos

16 Registo de Eventos Base de Dados: C:\Program Files\EFACEC\WinProt 4\winprot.mdb Subestação: Subestação Unidade: TPU S420-Ed1- Tipo: TPU S420-Ed1-S-1A-1A-100V-100V-50Hz-X-X-X-LON-PT Versão: 1.0 Número de Série: Ordem Data Hora Módulo Evento Estado :07: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :07: Teste da Unidade Operação Unidade Teste Modo Teste :07: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :07: Teste da Unidade Simulação Analógica Início :07: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases AB Esc1 Rearme :07: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Rearme :07: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases CA Esc1 Rearme :07: Frequência Bloq Freq por Min Tensão Inactivo :08: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :08: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Arranque :08: Frequência Bloq Freq por Min Tensão Activo :08: Mínimo de Tensão de Fases Disparo MinU Fases BC Esc1 Comando :08: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :08: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :09: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :09: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Rearme :09: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases CA Esc1 Arranque :09: Mínimo de Tensão de Fases Disparo MinU Fases CA Esc1 Comando :09: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :09: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :10: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :10: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :10: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases AB Esc1 Arranque :10: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases CA Esc1 Rearme :10: Mínimo de Tensão de Fases Disparo MinU Fases AB Esc1 Comando :10: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :10: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :11: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :11: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Arranque :11: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases CA Esc1 Arranque :11: Mínimo de Tensão de Fases Disparo MinU Fases CA Esc1 Comando :11: Mínimo de Tensão de Fases Disparo MinU Fases BC Esc1 Comando 16-41

17 14. Conclusões É importante referir, que no programa WinTest os valores das amplitudes das tensões que introduzimos são tensões simples mas a unidade analisa tensões compostas. Por defeito a unidade activa o bloqueio frequência por mínimo de tensão mas este não é relevante para os ensaios efectuados. Neste ensaio colocámos as tensões todas acima do valor parametrizado, logo não houve disparo de protecções mas verificou-se o rearme porque neste tipo de protecção enquanto não forem introduzidos quaisquer valores a unidade assume o valor zero, logo a protecção de mínimo de tensão encontra-se activa (ordem 4 a 6). Em seguida, simulámos uma queda de tensão (cava de tensão ou subtensão), e levámos a tensão BC abaixo do parametrizado, e como era de supor, houve disparo da protecção de mínimo de tensão de fases BC, o que levou à ordem de abertura do disjuntor (ordem 9 a 13). Aumentámos a tensão BC, o que conduziu ao rearme desta, procedemos da mesma forma para as tensões CA e AB e obtivemos o mesmo resultado, o disparo da protecção de mínimo de tensão e a quando o aumento da tensão CA o rearme desta (ordem 15 a 23). Na última situação simulámos todas as tensões abaixo do parametrizado, mas como, o disjuntor já havia disparado por ordem da protecção de mínimo de tensão AB, este não voltou a disparar, apesar de ter havido comando de disparo de protecção de mínimo de tensão de fases BC e CA, o mesmo se passou nas simulações de protecção de máximo de corrente de fases onde se justifica esta situação (ordem 24 a 31). 15. Voltar ao ponto e colocar Bloc Umin>3 fases a ON. Proceder da mesma forma que no ponto Comparar com o ensaio anterior e tirar conclusões

18 Registo de Eventos Base de Dados: C:\Program Files\EFACEC\WinProt 4\winprot.mdb Subestação: Subestação Unidade: TPU S420-Ed1- Tipo: TPU S420-Ed1-S-1A-1A-100V-100V-50Hz-X-X-X-LON-PT Versão: 1.0 Número de Série: Ordem Data Hora Módulo Evento Estado :25: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :25: Teste da Unidade Operação Unidade Teste Modo Teste :25: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :25: Teste da Unidade Simulação Analógica Início :25: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases AB Esc1 Rearme :25: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Rearme :25: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases CA Esc1 Rearme :25: Frequência Bloq Freq por Min Tensão Inactivo :25: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :25: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Arranque :25: Frequência Bloq Freq por Min Tensão Activo :26: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :26: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases AB Esc1 Arranque :26: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Rearme :26: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :26: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases AB Esc1 Rearme :26: Frequência Bloq Freq por Min Tensão Inactivo :27: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :27: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases AB Esc1 Arranque :27: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Arranque :27: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases CA Esc1 Arranque :27: Frequência Bloq Freq por Min Tensão Activo :27: Mínimo de Tensão de Fases Disparo MinU FasesABC Esc1 Comando :27: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :27: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo 16. Conclusões Por activação do parâmetro bloqueio de mínimo de tensão do conjunto das 3 fases, onde a activação da função passa a ser trifásica, ou seja, só quando for detectada diminuição da tensão em todas as fases é produzida a sinalização de disparo. Foi o que verificamos neste ensaio onde o disjuntor apenas disparou quando o conjunto das três fases se encontram abaixo do parametrizado (ordem 18 a 24), nas simulações anteriores não houve ordem de comando da protecção de mínimo de tensão de fases como era previsível (ordem 9 a 15)

19 5.2 Trabalho Prático Nº2 Ensaio de Máximo de Corrente de Fases Estes ensaios têm como finalidade a compreensão do funcionamento de um relé digital. Os ensaios serão realizados com o relé TPU S420, destinado a diferentes aplicações, podendo o utilizador escolher a solução mais adequada às suas necessidades. Este estudo será complementado pela realização de testes com o equipamento de ensaios, Sverker 750, que irá injectar um sinal analógico no relé, e receber um sinal digital do relé, registando os tempos de actuação respectivos, os valores das correntes e os tempos de actuação parametrizados no programa WinProt. Comunicação Série RS-232 WinProt T1 S1 Correntes S1- Saída Digital da TPU S420 (normalmente fechada) T1- Entrada analógica da TPU S420 Figura 1 Esquema de Ligação 19-41

20 Configuração no WinProt 1. No programa de interface para PC das protecções, no módulo 'WinSettings', programe as janelas de parametrização das funções de protecção de Máximo de Corrente de Fases e na Carta I/O. Figura 2 Parametrização da Carta I/O Base 20-41

21 Figura 3 Parametrização de Protecção de Máximo de Corrente de Fases Equipamento de ensaios: Efectuar a ligação de acordo com o esquema de montagem da figura No relé, efectuar a limpeza do Registo de Eventos. E em seguida, ir ao menu Medidas e verificar se a configuração do Hardware do equipamento corresponde às ligações feitas. 3. Injectar um valor de corrente suficiente para provocar a actuação do escalão amperimétrico. Exportar no WinProt, no módulo WinReports o Registo de Eventos e interpretar. Registo de Eventos Base de Dados: C:\Program Files\EFACEC\WinProt 4\winprot.mdb Subestação: Subestação Unidade: TPU S420-Ed1- Tipo: TPU S420-Ed1-S-1A-1A-100V-100V-50Hz-X-X-X-LON-PT Versão: 1.0 Número de Série: Ordem Data Hora Módulo Evento Estado :21: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Arranque :21: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase B Comando :21: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo 21-41

22 :21: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :21: Carta I/O Base Saída 1 Carta Base Comando :21: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Rearme :21: Carta I/O Base Saída 1 Carta Base Rearme 4. Conclusões Injectamos, no equipamento de ensaios, um valor de corrente acima do parametrizado o que levou ao comando de disparo do disjuntor. Por programação da saída 1 na carta I/O base, a unidade envia uma ordem à mala de ensaios e esta cessa o envio de corrente. A unidade deixa de ver sobreintensidade e efectua o rearme. 5. Medição do tempo de actuação da protecção: 5.1. Condição de STOP: alimentada por saída temporizada 5.2. OFF (na fonte de corrente) com valores superior ao parametrizado 5.3. START:IN 5.4. HOLD 5.5. ON+TIME 5.6. Anotar tempo de actuação e corrente xHOLD 6. Repetir passos 5-7 várias vezes, de modo a obter pelo menos 5 medidas do tempo de actuação, apresentar um quadro com os valores medidos e comente. Nº Ensaio Tempo Parametrizado (s) Tempos de Actuação (s) Conclusões Com este ensaio, pretendemos demonstrar que a unidade é muito precisa nos tempos de actuação das protecções. Como se pode verificar no quadro anterior, onde havia sido parametrizado um tempo de actuação de 5 segundos, o erro cometido é na ordem das centésimas de segundo

23 Foram efectuados 5 ensaios e os tempos de actuação entre eles foram muito próximos, o que não se verifica, nas protecções analógicas onde erro cometido entre vários ensaios é maior e muito menos preciso. 8. Voltar novamente ao módulo 'WinSettings'. Parametrizar na Carta I/O a saída 5 (S5) e Máximo de Corrente de Fases mude o Top para 0,3 (s). Figura 4 Parametrização da Carta I/O Base 23-41

24 Comunicação Série RS-232 WinProt T1 S5 Contactor Correntes Bobine do Contactor Alimentação do Contactor Legenda: S5 - Saída Digital da TPU S420 (normalmente fechada) T1 Entrada Analógica Figura 5 Esquema de Montagem 9. Verificar se as ligações estão bem efectuadas e não se esqueça de atracar o contactor. 10. No potenciómetro do equipamento de ensaio aumentar gradualmente a corrente sem ultrapassar o valor parametrizado, após esperar breves instantes, aumentar bruscamente a corrente sem exceder 10A. Obter a oscilografia pelo WinReports e exportar a oscilografia mais recente. Verificar qual é o tempo pré-defeito registado na oscilografia. Comentar

25 Figura 6 Oscilografia 11. Conclusões. Como o equipamento de ensaios é monofásico apenas podemos obter a oscilografia de uma das fases. Na oscilografia podemos tirar os tempos de pré-defeito e defeito. Numa primeira fase o tempo de pré-defeito (assinalado a vermelho), é sensivelmente 0.08s, seguindo-se o defeito, sendo este tempo aproximadamente de 0.31s e finalmente o defeito extinto. Concluímos que, mais uma vez, a protecção foi precisa, visto que, o tempo que parametrizamos para o tempo de operação na protecção de máximo de corrente de fases, sendo este o tempo entre o aparecimento do defeito e a actuação da protecção, corresponde ao tempo de defeito que foi 0,3 segundos

26 5.3 Trabalho Prático Nº3 Ensaio de Religação Automática e Deslastre/Reposição de Tensão Religação Automática A função de religação tem como principal objectivo a reposição em serviço da linha após a eliminação de defeitos temporários ou intermitentes, este funcionamento baseia-se na desligação temporária de uma linha após a detecção de um defeito e respectivo isolamento durante um determinado tempo, seguindo a ordem de reposição partido do principio que o defeito se extingue entretanto. O tempo de isolamento decorre desde a ordem de abertura do disjuntor até à ordem de fecho que dá tempo à extinção do defeito, seguindo-se a ordem de fecho do disjuntor, após esse tempo. Executada a ordem, se o defeito se extingui decorrerá um tempo de bloqueio para ver se existe ou não defeito, caso o defeito ainda esteja presente, após o fecho do disjuntor a religação passará ao ciclo seguinte, se estiver configurado, caso contrário deixará o disjuntor aberto sinalizando disparo definitivo. Na TPU podem ser configurados até cinco ciclos independentes, e cada um pode ainda ser configurado com dois tipos, nomeadamente, ciclo rápido e ciclo lento. O ciclo rápido destina-se a situações de defeitos transitórios com um tempo de extinção muito pequeno, este ciclo efectua uma religação instantânea seguida de uma ordem de reposição. A ordem de abertura do disjuntor é gerada após qualquer arranque das funções de Protecção de Máximo de Corrente. Este ciclo poderá efectuar um pequeno atraso na ordem de disparo, por forma, a evitar religações causadas por perturbações muito rápidas que não provoquem o disparo mas apenas o arranque das funções de protecção, este atraso também é parametrizável. No ciclo lento são as funções de protecção que dão ordem de abertura do disjuntor, sendo a religação automática responsável pela reposição. Deslastre/Reposição de Tensão O Deslastre e Reposição de Tensão têm como principal objectivo a desligação após queda de tensão e a posterior reposição automática da linha ou painel, após a normalização desta. As quedas de tensão devem-se a defeitos na chegada alimentadora da barra deslastrada, que podem reincidir ou não, e devida à instabilidade do sistema global de energia eléctrica

27 Este automatismo está ligado à Protecção de Mínimo de Tensão que é efectuada pela TPU. O funcionamento consiste na monitorização do estado do Protecção de Mínimo de Tensão e também do estado do disjuntor de modo a tomar acções de desligação e ligação deste, em função do valor da tensão. Esta função é realizada independentemente em cada uma das protecções das saídas da subestação. Para efectuar uma reposição sequencial de todas as cargas é necessário escalonar devidamente o tempo de confirmação de tensão estável de cada uma das protecções inseridas no ciclo de reposição. Comunicação Série RS-232 WinProt T1 S5 S2 E1 E2 Contactor Legenda: Correntes S2 - Saída Digital da TPU S420 (normalmente aberta) Alimentação do Contactor S5 - Saída Digital da TPU S420 (normalmente fechada) E1, E2- Entrada Digital T1 - Entrada Analógica Figura 1 Esquema de montagem Este ensaio consiste na Religação Automática do relé, o funcionamento deve-se a um defeito numa linha seguindo-se a religação após o tempo de isolamento definido. Propõem-se um ensaio de religação para melhor compreensão deste processo. Este ensaio será efectuado com o auxílio do equipamento de ensaios. No ensaio de Deslastre/Reposição de Tensão a ordem de abertura é efectuada pelo Mínimo de Tensão de fase e a ordem de fecho é pela reposição de tensão, este será efectuado através do programa WinProt

28 Para ambos os ensaios, tanto para a religação como para o deslastre e reposição de tensão, a protecção tem de estar em modo automático. 1. Iniciar o módulo WinSettings e configure a função de Máximo de Corrente de Fase, Religação e Carta de Base I/O. Figura 2 Parametrização da Carta I/O Base 28-41

29 Figura 3 Parametrização da Protecção de Máximo de Corrente de Fases Figura 4 Parametrização da Religação Automática 29-41

30 2. Confirmar que o estado do disjuntor está fechado. Se não estiver dar um comando de fecho através do sinóptico da protecção. 3. Depois de o disjuntor passar a fechado, esperar um tempo superior ao tempo de bloqueio configurado na Religação (10s), de modo a garantir que não surge nenhum defeito após o fecho. 4. Variar a corrente no potenciómetro do equipamento de ensaios de forma a que a protecção de máximo de corrente actue. Verifique que após a ordem de abertura do disjuntor este volta a ser fechado. Recolha o registo de eventos e confirme este funcionamento. 5. Repetir os passos anteriores, mas após a ordem de fecho do disjuntor volte a injectar corrente que provoque a actuação da protecção. Descreva o que observou e comprove com a recolha e análise dos registos de eventos. Registo de Eventos Base de Dados: C:\Program Files\EFACEC\WinProt 4\winprot.mdb Subestação: Subestação Unidade: TPU S420-Ed1- Tipo: TPU S420-Ed1-S-1A-1A-100V-100V-50Hz-X-X-X-LON-PT Versão: 1.0 Número de Série: Ordem Data Hora Módulo Evento Estado :43: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 1-> :43: Disjuntor Disjuntor Aberto 1-> :43: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 0-> :43: Disjuntor Disjuntor Fechado 0-> :43: Disjuntor Estado Disjuntor Fechado :43: Religação Religação Pronta Activa :44: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Arranque :44: Religação Religação Automática Em Curso :44: Religação Religação Ciclo 1 Em Curso :44: Religação Abert Disjuntor Religação Comando :44: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Autom Activo :44: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Controlo Activo :44: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Comando :44: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 1-> :44: Disjuntor Disjuntor Fechado 1-> :44: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 0-> :44: Disjuntor Disjuntor Aberto 0-> :44: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Rearme :44: Disjuntor Estado Disjuntor Aberto :44: Religação Religação Pronta Inactiva 30-41

31 :44: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Rearme :44: Religação Religação Ciclo 1 Inactiva :44: Religação Fecho Disjuntor Religação Comando :44: Carta I/O Base Saída 2 Carta Base Comando :44: Disjuntor Cmd Fecho Disjuntor Autom Activo :44: Disjuntor Cmd Fecho Disjuntor Activo :44: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 1-> :44: Disjuntor Disjuntor Aberto 1-> :44: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 0-> :44: Disjuntor Disjuntor Fechado 0-> :44: Disjuntor Estado Disjuntor Fechado :44: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Arranque :44: Religação Religação Ciclo 2 Em Curso :44: Carta I/O Base Saída 2 Carta Base Rearme :44: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase B Comando :44: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :44: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :44: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Comando :44: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 1-> :44: Disjuntor Disjuntor Fechado 1-> :44: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 0-> :44: Disjuntor Disjuntor Aberto 0-> :44: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Rearme :44: Disjuntor Estado Disjuntor Aberto :44: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Rearme :44: Religação Religação Ciclo 2 Inactiva :44: Religação Fecho Disjuntor Religação Comando :44: Carta I/O Base Saída 2 Carta Base Comando :44: Disjuntor Cmd Fecho Disjuntor Autom Activo :44: Disjuntor Cmd Fecho Disjuntor Activo :44: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 1-> :44: Disjuntor Disjuntor Aberto 1-> :44: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 0-> :44: Disjuntor Disjuntor Fechado 0-> :44: Disjuntor Estado Disjuntor Fechado :44: Carta I/O Base Saída 2 Carta Base Rearme :44: Religação Religação Automática Inactiva :44: Religação Religação Pronta Activa 6. Conclusão Inicialmente verificámos o estado do disjuntor, como este se encontrava aberto demos um comando no painel sinóptico para este mudar de estado e passar a fechado (ordem 0 à 4). No equipamento de ensaios variámos o potenciómetro, ultrapassando o valor parametrizado para a Protecção de Máximo de Corrente de Fases (ordem 5). Neste ensaio de religação activamos dois de ciclos, um rápido, correspondendo este ao primeiro ciclo e um lento sendo este o segundo

32 Portanto, quando se der o defeito o primeiro ciclo actuar é o rápido, dando ordem de abertura do disjuntor, após esta, espera o tempo de isolamento (3 segundos) e a religação automática dá a ordem de reposição (ordem 6 à 30). Como o defeito não foi extinto o ciclo 2 entra em curso, sendo neste a ordem de abertura do disjuntor dada pela protecção de máximo de corrente de fases e a reposição que é dada pela religação automática (ciclo lento), em seguida espera o tempo de isolamento e como o defeito foi extinto o disjuntor vai continuar atracado como era previsto até uma próxima perturbação (ordem 31 à 57). Registo de Eventos Base de Dados: C:\Program Files\EFACEC\WinProt 4\winprot.mdb Subestação: Subestação Unidade: TPU S420-Ed1- Tipo: TPU S420-Ed1-S-1A-1A-100V-100V-50Hz-X-X-X-LON-PT Versão: 1.0 Número de Série: Ordem Data Hora Módulo Evento Estado :37: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 1-> :37: Disjuntor Disjuntor Aberto 1-> :37: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 0-> :37: Disjuntor Disjuntor Fechado 0-> :37: Disjuntor Estado Disjuntor Fechado :37: Religação Religação Pronta Activa :37: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Arranque :37: Religação Religação Automática Em Curso :37: Religação Religação Ciclo 1 Em Curso :37: Religação Abert Disjuntor Religação Comando :37: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Autom Activo :37: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Controlo Activo :37: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Comando :37: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 1-> :37: Disjuntor Disjuntor Fechado 1-> :37: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 0-> :37: Disjuntor Disjuntor Aberto 0-> :37: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Rearme :37: Disjuntor Estado Disjuntor Aberto :37: Religação Religação Pronta Inactiva :37: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Rearme :37: Religação Religação Ciclo 1 Inactiva :37: Religação Fecho Disjuntor Religação Comando :37: Disjuntor Cmd Fecho Disjuntor Autom Activo :37: Carta I/O Base Saída 2 Carta Base Comando :37: Disjuntor Cmd Fecho Disjuntor Activo :37: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 1->

33 :37: Disjuntor Disjuntor Aberto 1-> :37: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 0-> :37: Disjuntor Disjuntor Fechado 0-> :37: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Arranque :37: Disjuntor Estado Disjuntor Fechado :37: Religação Religação Ciclo 2 Em Curso :37: Carta I/O Base Saída 2 Carta Base Rearme :38: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase B Comando :38: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :38: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :38: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Comando :38: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 1-> :38: Disjuntor Disjuntor Fechado 1-> :38: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 0-> :38: Disjuntor Disjuntor Aberto 0-> :38: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Rearme :38: Disjuntor Estado Disjuntor Aberto :38: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Rearme :38: Religação Religação Ciclo 2 Inactiva :38: Religação Fecho Disjuntor Religação Comando :38: Disjuntor Cmd Fecho Disjuntor Autom Activo :38: Disjuntor Cmd Fecho Disjuntor Activo :38: Carta I/O Base Saída 2 Carta Base Comando :38: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 1-> :38: Disjuntor Disjuntor Aberto 1-> :38: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 0-> :38: Disjuntor Disjuntor Fechado 0-> :38: Disjuntor Estado Disjuntor Fechado :38: Carta I/O Base Saída 2 Carta Base Rearme :38: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Arranque :38: Máximo de Corrente de Fases Disparo MI Amperim Fase B Comando :38: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :38: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :38: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Comando :38: Religação Disparo Definitivo Religac Comando :38: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 1-> :38: Disjuntor Disjuntor Fechado 1-> :38: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 0-> :38: Disjuntor Disjuntor Aberto 0-> :38: Máximo de Corrente de Fases Protec MI Amperim Fase B Rearme :38: Disjuntor Estado Disjuntor Aberto :38: Religação Religação Automática Inactiva :38: Religação Religação Pronta Activa :38: Religação Religação Pronta Inactiva :38: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Rearme 33-41

34 7. Conclusão A primeira parte do ensaio corresponde à descrita no ponto anterior (ordem 0 à 55). A grande diferença deste ensaio relativamente ao anterior é que quando a Religação lenta (ciclo 2) faz a reposição, voltamos a injectar corrente, simulando um novo defeito e se o tempo de bloqueio parametrizado ainda não tiver passado, a função religação, não será desencadeada e quem vai dar ordem de abertura do disjuntor é a função de protecção de máximo de corrente de fases, ficando o disjuntor definitivamente aberto até a intervenção humana (ordem 56 à 71). Deslastre/Reposição de Tensão 8. Iniba o máximo de corrente de fases, na carta de base proceda à seguinte alteração; S2>Conf >Ordem de Reposição Tensão e configure a função de Mínimo de Tensão de fase. Figura 5 Parametrização de Protecção de Mínimo de Tensão de Fases 34-41

35 Figura 6 Parametrização do Deslastre/Reposição de Tensão 35-41

36 9. Iniciar o módulo WinTest e carregar no menu teste. Figura 7 Ensaio em Modo Teste 10. Introduzir os valores de tensões. 11. Confirmar que o estado do disjuntor está fechado. Se não estiver dê um comando de fecho através do sinóptico da protecção. 12. Iniciar o teste carregando no botão Play. 13. Efectuar o ensaio para os valores propostos no quadro Efectuar vários testes variando as tensões. 15. Exportar do WinReports o registo de eventos e comente os resultados obtidos

37 Registo de Eventos Base de Dados: C:\Program Files\EFACEC\WinProt 4\winprot.mdb Subestação: Subestação Unidade: TPU S420-Ed1- Tipo: TPU S420-Ed1-S-1A-1A-100V-100V-50Hz-X-X-X-LON-PT Versão: 1.0 Número de Série: Ordem Data Hora Módulo Evento Estado :17: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 1-> :17: Disjuntor Disjuntor Aberto 1-> :17: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 0-> :17: Disjuntor Disjuntor Fechado 0-> :17: Disjuntor Estado Disjuntor Fechado :17: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :17: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Controlo Activo :18: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :18: Teste da Unidade Operação Unidade Teste Modo Teste :18: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :18: Teste da Unidade Simulação Analógica Início :18: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases AB Esc1 Rearme :18: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Rearme :18: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases CA Esc1 Rearme :18: Frequência Bloq Freq por Min Tensão Inactivo :18: Deslastre/Reposição de Tensão Estado Deslastre Tensão Inactivo :18: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :18: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Arranque :18: Frequência Bloq Freq por Min Tensão Activo :18: Mínimo de Tensão de Fases Disparo MinU Fases BC Esc1 Comando :18: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Protec Activo :18: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Protec Activo :18: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Comando :18: Deslastre/Reposição de Tensão Estado Deslastre Tensão Activo :18: Disjuntor Ordem Abert Disjunt Autom Activo :18: Disjuntor Cmd Abert Disjunt Controlo Activo :18: Carta I/O Base Estado Entrada 1 C Base 1-> :18: Disjuntor Disjuntor Fechado 1-> :18: Carta I/O Base Estado Entrada 2 C Base 0-> :18: Disjuntor Disjuntor Aberto 0-> :18: Disjuntor Estado Disjuntor Aberto :18: Carta I/O Base Saída 5 Carta Base Rearme :19: Teste da Unidade Dados Simulação Analógica Alteração :19: Mínimo de Tensão de Fases Protec MinU Fases BC Esc1 Rearme :19: Frequência Bloq Freq por Min Tensão Inactivo :19: Deslastre/Reposição de Tensão Estado Deslastre Tensão Inactivo :19: Deslastre/Reposição de Tensão Estado Reposição Tensão Activo :19: Deslastre/Reposição de Tensão Estado Reposição Tensão Inactivo :19: Deslastre/Reposição de Tensão Ordem Reposição Tensão Activo :19: Disjuntor Cmd Fecho Disjuntor Autom Activo 37-41