UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA.

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO FACULDADE DE ENGENHARIA DE ILHA SOLTEIRA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Microrredes Notas de aula_03 Automação da Distribuição de Energia Elétrica Prof a Mariângela de Carvalho Bovolato Ilha Solteira - SP, setembro de 2013

2 Automação da Distribuição de Energia Elétrica 1. Conceituação Geral 2. Configuração do sistema de automação 3. Sistema de Informação 4. Sistemas de comunicação usados na automação

3 1. Conceituação Geral da Automação da Distribuição de Energia Elétrica Introdução Os sistemas digitais têm sido utilizados para automação da Geração, Transmissão e Distribuição de energia Elétrica. O termo Automação Elétrica tem sido usado para designar estes sistemas digitais que são utilizados para supervisão, comando, controle e proteção dos vários componentes do sistema elétrico. Estes sistemas podem ser classificados, quanto ao processo a que estão relacionados em: - Sistemas de Supervisão do sistema de potência; - Sistema de automação de subestações; - Sistema de automação de usinas; -Sistema de automação da distribuição. Distinguem-se quanto às funções de comando, controle, supervisão e proteção que neles estão instalados, portanto aos seus objetivos. Eles trocam informações entre si, de forma a executar suas funções, sem duplicação na coleta de dados e nas ações, estando ligados entre si através de uma rede de comunicação de dados que constitui a espinha dorsal destes sistemas. De forma a melhor entender este inter-relacionamento, a seguir será apresentado a descrição geral do sistema de automação de Distribuição que é pertinente a disciplina.

4 1.2 - Sistema de Automação ou informatização da Distribuição A automação referente ao Sistema de Distribuição, constitui na integração de várias atividades operacionalizadas por subsistemas digitais específicos. Na figura a seguir é mostrado esquematicamente o que pode ser concebido como uma Automação da Distribuição, podendo identificar vários subsistemas cujos objetivos estão descritos a seguir. Sistema Comercial Contas de Luz (SC) Sistema de Gerenciamento e Cadastro da rede e consumidores (SCC) Leitura automática de Medidores (LAM) Sistema de Supervisão e Controle (SSC) Automação-Mapas (AM/FM/GIS) SISTEMA DE AUTOMAÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO Sistema de Gerenciamento De Cargas (SGC) Reclamações telefônicas TROUBLE CALL Novas ligações (AR/AL) Sistema de Apoio a Engenharia Planejamento (SEP) Sistema de Apoio a Construção (SAC) Fig 1- Automação da distribuição (Fonte: JARDINI,J.A) Sistema de Apoio a Manutenção, Reparos (SAM) O Subsistema Comercial (SC): é aquele utilizado pela empresa para produção das contas de luz. O Subsistema de gerenciamento e cadastro dos consumidores (SCC): consiste num grande banco de dados onde as partes da rede são cadastradas (trechos de alimentadores, transformadores, rede secundária) junto com os consumidores. Através deste sistema é possível, por exemplo, localizar as coordenadas cartesianas do local de um equipamento ou um consumidor. O Subsistema de Automação de mapas (AM,FM,GIS): Automated Mapping/Facilities Management/Geographic Information Systems) utiliza programas digitais específicos e é usado para mapear a rede e consumidores em um sistema de cartografia mostrado na tela do computador.

5 O Subsistema de Atendimento e reclamações (AR) : coordena as chamadas telefônicas e providencia o atendimento. O subsistema de Novas ligações opera uma linha (AL) para atender a solicitação de novos clientes. O Subsistema de apoio a Engenharia e planejamento (SEP) : possui um sistema de programas para calcular e verificar o comportamento da rede e seus equipamentos, e para tal, usa os dados de outros sistemas como SSC,SC, AM/FM/GIS. O Subsistema de Apoio e Construção (SAC) e subsistema de Manutenção (SAM): agilizam e organizam estas atividades. Os três subsistemas restantes referem-se à atividade em tempo real para a operação do sistema. As vezes, o termo Automação da Distribuição é usado apenas para estes subsistemas. O Subsistema de Supervisão e Controle (SSC): provê os meios para a operação da rede primária e subestação de distribuição. Caracteriza-se pela aquisição de dados (tensões, correntes, estado dos disjuntores) nos vários pontos da rede, e pelo telecomando de disjuntores e chaves. O Subsistema de leitura Automática e medidores (LAM): permite que o consumo do cliente seja identificado remotamente na sala de operação, onde passa ser emitida sua conta de luz. O Subsistema de Gerenciamento de carga (SGC): completa o subsistema de tempo real, e provê os meios para ligar ou desligar a carga de certos consumidores, no todo ou em parte, por período determinado, sendo usado para reduzir o pico de carga do sistema. Permite também mandar sinais de ajuste aos medidores de energia quando está localizado em uma região com tarifa diferenciada.

6 2. Configuração dos Sistemas Digitais de Automação Introdução Os sistemas digitais para todos os tipos de automação elétrica são constituídos por subsistemas e módulos com características semelhantes, como a figura a seguir: Sistema Central Sistema de Aquisição de Dados Dispositivos de Interface Fig.2- Subsistemas e módulos ( Jardini, J.A) Sistema Central O sistema Central é composto por computadores de grande porte ligados em configuração dual. Este sistema é composto dos seguintes subsistemas: - Base de dados em tempo real (SDTR) : contém as informações mais imediatas e serve para prover as informações aos terminais de operação e executar a troca de informações com outros sistemas. - Base histórica de dados (SDH) : contém o registro das informações durante um certo período de uso do sistema, período este superior a um dia. Através deste sistema são feitos os relatórios de análise da operação e desempenho do processo, e do sistema digital. - Subsistema de Operação (SO) : contem os terminais de onde os operadores interagem com o processo. Em processos mais simples, por exemplo, pequenas subestações, o sistema central pode-se reduzir a um único microcomputador ou um par deles em configuração dual.

7 É importante salientar que todos os subsistemas estão interligados por uma rede de área local. Esta rede é o centro do sistema e nela deverão se concentrar os grandes esforços de concepção e escolha. Nela encontra-se a diferenciação dos fabricantes Sistema de Aquisição de Dados. O sistema de Aquisição de dados é composto pelas unidades de aquisição de dados e controle (UAC), e por unidades dedicadas (especializadas) como relés digitais, os equipamentos de oscilografia, os reguladores (de tensão, de velocidade) e os eventuais equipamentos para intertravamento e para alarmes locais. Nos sistemas digitais de automação elétrica, os dados normalmente coletados são: - tensões e correntes (e grandezas derivadas: potência ativa, reativa, energias); - estado (status) de equipamentos (disjuntores, seccionadoras, cargas reativas, chaves de comando, atuação de relés, etc.) inclusive o estado dos módulos de hardware do sistema digital; - temperaturas; - no caso de usinas hidrelétricas: níveis de água, vazões, pressões; - no caso de usinas térmicas: fluxos, níveis de combustíveis, etc. As ações de comando e as sinalizações externas ao sistema digital são feitas ou através de mudança de estado de relés (contatos) ou por valores contínuos de ajustes na forma de corrente e tensão contínua para sinais de referência (set point) de reguladores e sinalizadores (amperímetros) Unidades de aquisição de dados e controle (UAC): Funcionalmente, a UAC contém um módulo de processamento com os blocos funcionais, indicados a seguir: UCP MEMO (memória) COM (comunicação) ED entrada digital EA entrada analógica SD saída digital SA saída analógica Fig.3- Blocos da UAC; [Fonte: ( Jardini, J.A)]

8 Adicionalmente, na UAC encontra-se dois outros módulos : o de fonte e o das borneiras e condicionamento dos sinais. - Fonte: O módulo de fonte é o responsável pela alimentação dos módulos ativos e constituise de uma fonte chaveada com alimentação que pode ser CA 110/220V, CC 12V, CC 48V, etc e saídas de 5V, ± 12V, ±24V com recurso de manter valores de saída constantes independentes das variações de entrada; -Borneira e condicionamento de sinais: Neste módulo é conectada a fiação vinda do campo (sinais de entrada e saída). A ligação com os dispositivos do campo é feita através de circuitos ópticos acopladores, circuitos estes que convertem o sinal elétrico em luz e a seguir fazem a desconversão, ou então, por relés auxiliares, mantendo assim a isolação entre o campo e a UAC. Neste módulo são também incluídos os circuitos para proteção contra surtos vindos do campo e que possam atingir a UAC; -Módulo de Processamento: O módulo de processamento é composto pelos vários blocos indicados na figura anterior, com as seguintes funções: UCP: este bloco é a unidade central de processamento onde encontram-se o microprocessador que controla e processa as informações e o relógio (clock), que define o ciclo de processamento; MEMO: neste bloco, estão os bancos de memória onde se alojam os dados e o programa; COM: neste bloco encontram-se os circuitos eletrônicos para efetuar a comunicação de dados entre a UAC e o sistema central. ED: neste bloco são ligadas as entradas digitais (contatos) passando por acopladores ópticos e proteções (varistores). Um bloco pode acomodar desde 4 a 48 entradas digitais. EA: este bloco abriga as entradas analógicas cada qual contendo um endereço na UAC. No endereço fica escrito o valor da variável contínua caracterizada por um valor de tensão CC dentro da faixa de ± 10V, ou um valor de corrente CC na faixa de 4 a 20 ma. SD: este bloco aloja as saídas digitais, cada qual contendo também um endereço na UAC. SA: este bloco aloja as saídas analógicas, cada qual com um endereço na UAC. Dependendo do valor existente no endereço aparecerá um sinal analógico de tensão CC na faixa entre ± 10V ou de corrente CC na faixa de 4 a 20 ma.

9 Unidades dedicadas Neste grupo estão incluídos: -relés digitais; - equipamentos de oscilografia; - unidades especiais de intertravamento. Relés Digitais: Para executar suas funções, os relés digitais usam as entradas analógicas para determinar os valores de corrente e tensão, processam as informações, e como resultado atuam numa saída digital que entra no circuito de comando do disjuntor. Equipamentos de oscilografia: Os equipamentos de oscilografia possuem entradas digitais e analógicas, processam as informações e mostram seus resultados em tela e impressoras. Unidades especiais de intertravamento: Os equipamentos de intertravamento possuem entradas digitais para ler o estado de contatos, analisam a lógica a que eles fazem parte e como resultado atuam numa saída digital, para permitir ou bloquear a função de comando. No Mercado encontram-se dois tipos de equipamentos que podem ser utilizados para UAC: as denominadas UTR Unidades terminais remotas e os CLP: Controladores Lógicos Programados. Ambos têm arquitetura semelhante e podem ser utilizados para aquisição de dados, dependendo do requisito que se deseja. 2.4 Dispositivos de Interface. As UAC e unidades dedicadas são projetadas para coletar dados, que chegam na forma de sinal padrão (por exemplo, corrente CC na faixa de 4 a 20 ma ou tensão CC ±10V). Nem sempre o sinal do processo se enquadra neste padrão. As saídas das UAC para o processo são também padronizadas e nem sempre têm a capacidade ( potência) para acionar os equipamentos. A adaptação dos sinais do processo de forma a tornar compatível com a UAC é feita pelos dispositivos de interface, podendo ser: - transformador de corrente (TC); - transformador de potencial (TP); - transdutores; - relés de interface.