2003_Teste Ponta a Ponta - CLAGTEE2003

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TESTE PONTA A PONTA EM SISTEMAS DE TRANSMISSÃO 
DE 500KV, UTILIZANDO SINAIS TRANSITÓRIOS, 
SINCRONIZADO POR GPS (*) 
 
 
 
Marcelo E. de C. Paulino Geraldo M. Aoun 
Gerente do Departamento Técnico da Adimarco 
Representações e Serviços LTDA, Brasil. 
marcelo@adimarco.com.br 
Furnas Centrais Elétricas, Brasil. 
gmaoun@furnas.com.br 
 
 
Abstract 
 
This work describes the procedures used to perform End to End test in several protection systems, 
synchronized by satellite signals (GPS), using transitory signals generated by simulation programs 
of electrical power systems or acquired through oscyllographs. It presents, for instance, the tests 
performed in the 500 kv transmission line between Cachoeira Paulista and Poços de Caldas, in SE 
Itajubá 3-MG commissioning, of Furnas-Cemig transmission system, and the tests performed in the 
start up of the 500Kv line transmission between SE Imperatriz and SE Açailândia, of ELETRONORTE 
transmission system. 
 
 
Resumo 
 
Este trabalho descreve os procedimentos utilizados para a realização do teste ponta a ponta em 
diversos sistemas de proteção, sincronizados por sinais de satélite do sistema de posicionamento 
global (GPS), utilizando sinais transitórios gerados por programas de simulação de redes elétricas ou 
adquiridos por meio de registrador de perturbações. Apresenta, como exemplos, os testes realizados 
em Linha de Transmissão de 500 KV entre SE Cachoeira Paulista-SP e SE Poços de Caldas-MG, com a 
entrada em serviço da SE Itajubá 3-MG, do sistema de transmissão FURNAS-CEMIG, e os testes 
realizados no start up da Linha de Transmissão de 500 KV entre SE Imperatriz e SE Açailândia, do 
sistema de transmissão ELETRONORTE. 
 
 
Palavras-Chave: 
 
Teste End-to-End, Proteção de Linhas de Transmissão, Teste de Relés, Sinais Transitórios, GPS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(*) Trabalho apresentado no 5th Latin-American Congress: Electricity Generation and Transmission – São Pedro – SP; 2003. 
 
 
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1 Introdução 
O Sistema Elétrico de Potência consiste de uma extensa e complexa malha devido à interligação de 
grandes centros de geração e consumo de energia elétrica. 
No caso de linhas de transmissão, o sistema de proteção com esquemas de teleproteção é 
concebido utilizando-se relés, um em cada ponta da linha de transmissão, e um sistema de 
comunicação entre eles. 
Os padrões de teste e comissionamento aceitos atualmente são realizados com intuito de testar a 
funcionalidade e as características da proteção. Os ensaios são realizados nos relés individualmente 
nas duas pontas da linha de transmissão. 
Utilizando-se procedimentos e ferramentas adequadas, como equipamentos de teste 
microprocessados, tem-se obtidos bons resultados, e a garantia da atuação desses relés, dentro das 
características de parametrização dos mesmos. 
Entretanto tal procedimento traz a desvantagem de testar os relés individualmente, ou seja, não 
existe garantia de que todo o sistema de proteção trabalhará em conjunto. 
Esta desvantagem pode ser superada com a aplicação de um método capaz de testar o sistema 
completo, isto é, testar os relés em cada ponta da linha de transmissão e o link de comunicação, 
simulando as condições reais de atuação de todo sistema de proteção. 
Os sistemas de teste foram estruturados com equipamentos de teste OMICRON, sincronizados com 
unidades CMGPS. Um sinal de clock é usado como referência para partidas simultâneas dos 
equipamentos de teste nos terminais da linha testada. Assim, foram aplicados arquivos de transitórios 
de falta contendo sinais analógicos secundários de tensões e correntes, gerados pelo programa de 
simulação ATP ou através de equipamentos de simulação do sistema elétrico, como o RTDS. Tais 
arquivos são preparados de forma a possibilitar a injeção simultânea desses sinais nos relés dos 
terminais da LT testada. 
2 Procedimentos do Teste Ponta a Ponta 
Este método consiste no teste ponta a ponta, sincronizado por sinais de satélite do sistema de 
posicionamento global (GPS), utilizando sinais transitórios gerados pelo ATP ou sistemas de simulação 
de rede. Com determinada condição de falta aplicada em ambos relés, nas pontas da linha de 
transmissão, sicronizadamente, pode-se verificar a completa funcionalidade de todo esquema de 
proteção da linha. 
Para execução de teste na proteção são utilizados conjuntos de teste de injeção secundária, 
largamente usados para executar testes de comissionamento e rotina com todos os tipos de relés, 
mostrado na figura 2. 
Assim este procedimento é capaz de testar o sistema completo como uma unidade, isto é, testar 
os relés em cada ponta da linha de transmissão e o link de comunicação, com um teste simulando as 
condições reais de atuação de todo sistema de proteção. 
Os testes ponta a ponta necessitam de alguns requisitos dos conjuntos de testes, dentre eles: 
 
• Software para a modelagem das condições de faltas 
• Equipamento de sincronia de tempo 
• Software para a aquisição das respostas do sistema (acionamento de contatos, medição de 
tempo de trip, etc.) 
 
 
 
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Figura 1 – Sistema de teste de Ponta a Ponta, sincronizado via GPS 
 
 
 
Figura 2 – Utilização de conjuntos de teste de injeção secundaria 
 
Os procedimentos adotados e os conjuntos de teste CMC156/256 usados para executar os testes 
fornecem todos os recursos especificamente requisitados: 
 
• É totalmente controlado pelo PC. Sinais de falta podem ser pré-carregados e serem 
injetados segundo um sinal de disparo. 
• Possui 10 entradas binárias para aquisição das respostas do sistema, com uma taxa de 
amostragem suficiente (10 kHz). Sinais de disparo liberados pelos receptores GPS, 
entretanto, podem ser captados com uma exatidão de 120 us. Isto é mais que suficiente, 
pois os tempos de disparos típicos de um relé ocorrem em torno de 20 ms. 
• Por meio de um software ou sistema de simulação, a linha de transmissão a ser testada 
pode ser modelada, gerando correntes e tensões disponíveis em forma de arquivos 
transitórios em formato padrão COMTRADE ou PL4. 
 
 
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• O sistema permite a realização de provas fora de linha (off line), ou seja, permite executar 
uma prova de forma simulada, sem a necessidade de conectar o equipamento nem o relé 
de proteção, desta forma todo o teste foi preparado no escritório. 
2.1 Equipamentos utilizados 
2.1.1 Equipamento de Teste Trifásico – Fontes e Amplificadores 
Para injeção de sinais secundários no sistema de proteção foram utilizados equipamentos 
OMICRON CMC156 e CMC256, e amplificador de corrente CMA156. 
 
 
Figura 3 – Equipamento de teste CMC 156 com amplificador de corrente CMA156 
2.1.2 Unidade de Sincronização CMGPS OMICRON 
Quando se realizam testes ponta a ponta dos esquemas de proteção de linhas, são necessárias 
várias partidas simultaneamente. A CMGPS é uma unidade baseada em sincronização GPS que e usada 
com os equipamentos de teste CMC. 
O CMGPS recebe os sinais dos satélites do sistema de posicionamento global (GPS) e proporciona 
uma saída no tempo especificado pelo usuário. Este sinal de clock é usado como entrada de trigger 
para a partida da unidade CMC. O CMGPS foi desenvolvido para cumprir os requisitos de testes de 
campo, porque o receptor de GPS normal tem algumas desvantagens (tamanho, peso, funcionamento 
complicado). 
O CMGPS tipicamente esta pronto para operação 5 minutos depois de ativado e emite um pulso 
pôr minuto (1 sinal PPM). O pulso de sincronização pode ser configurado de acordo com a 
necessidade da aplicação. O software que está integrado com os módulos de teste (neste caso 
utilizando o Advanced Transplay) e também provê uma aplicação independente. Isto permite o ajuste 
do primeiro pulso de saída, a freqüência e a polaridade. 
 
 
Figura 4 – Unidade de Sincronização CMGPS 
Dois pulsos de tempo independentes estão disponíveisem conectores separados, em um conector 
de 16 pinos (saída Pulso 1) que está conectado com o equipamento CMC (interface externa) e o outro 
em 2 conectores tipo banana (saída Pulso 2). 
 
 
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2.2 Parametrização Arquivos de Teste com Advanced Transplay – OMICRON 
Advanced transplay é uma ferramenta utilizada para realizar testes com sinais transitórios 
utilizando o sistema CMC da OMICRON. 
Arquivos de sinais transitórios obtidos dos registradores digitais de faltas ou de programas de 
simulação de redes elétricas podem ser carregados, processados e reproduzidos com o Advanced 
Transplay. A resposta do relé que está sendo testado com estes sinais é gravada e avaliada. O relatório 
do teste é gerado automaticamente. 
O Advanced Transplay aceita os formatos de arquivos COMTRADE (C37.111-1991 e P37.111/D11), 
PL4 (formato ASCII para PC) e TRF. Permite a distribuição do sinal de cada canal de tensão ou corrente 
a cada canal de saída do equipamento, segundo a escolha do operador. 
Marcadores podem ser ajustados para assinalar pontos significantes do oscilograma, tal como o 
ponto de início da falha, partida, disparo, etc. Estes marcadores constituem a base para as medições 
de tempo. 
 
 
Figura 5 – Vista dos sinais de teste – Advanced Transplay - OMICRON 
 
O Advanced Transplay não só reproduz sinais de tensão e de corrente como também pode 
reproduzir sinais binários de um registro de faltas, utilizando as saídas binárias (transistor ou relé) do 
CMC. Sinais binários adicionais (por exemplo, sinais de envio/recebimento de esquemas baseados em 
comunicação) podem ser agregados. A Figura 5 mostra a tela de um teste já realizado com a 
oscilografia do sinal, a simulação de sinais de disjuntores e a respostas das entradas binárias. 
A resposta da proteção é medida e avaliada por meio de medições de tempo. Medições de tempo 
absoluto ou relativo são possíveis. 
Medições de tempo absolutas são realizadas determinando-se os intervalos de medida segundo os 
marcadores ajustados sobre a oscilografia, que determinam, por exemplo, os tempos de partida ou 
disparo do relé enquanto o sinal é reproduzido. 
Medições relativas comparam a resposta do relé durante a reprodução do sinal e sua resposta 
original armazenada no registro (referência), ou seja, o operador define os valores esperados e os 
intervalos de tolerância para cada tempo lido. O sistema devolve automaticamente e graficamente 
uma avaliação do ponto testado, conforme mostrado na Figura 6. 
Durante a reprodução das faltas, os sinais de tensão, corrente e binário são aplicados a um relé de 
proteção. Se necessário, a reprodução pode ser sincronizada via GPS ou por um pulso de tempo 
 
 
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aplicado através de uma entrada binária. Podem ser configurados a data, o instante de disparo e os 
intervalos de repetição deste sinal. A Figura 7 mostra a tela de configuração do sistema de disparo e 
sincronização. 
 
 
Figura 6 – Visualização das medidas dos tempos de atuação do sistema de proteção após o teste 
 
 
Figura 7 – Vista do disparo do sistema de sincronização – Configuração do CMGPS 
3 Apresentação dos Testes Realizados 
3.1 Teste nas Proteções da LT Cachoeira Paulista-Poços de Caldas (500KV) 
3.1.1 Configurações do Sistema Elétrico a ser Testado 
Os testes realizados na Linha de Transmissão de 500 KV entre SE Cachoeira Paulista-SP e SE Poços 
de Caldas-MG, com a entrada em serviço da SE Itajubá 3-MG, do sistema de transmissão FURNAS-
CEMIG. 
SE Campinas SE C Paulista
SE Itajubá
SE P CaldasSE Araraquara
500KV 500KV
500KV
500KV 500KV
 
Figura 8 – Representação do sistema Furnas/Cemig 
 
 
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O sistema de proteção de distância foi configurado utilizando o relé Alstom MiCOM P437, com 
funções habilitadas como característica de trip poligonal ou circular composta por 6 zonas de 
proteção e trip trifásico e monofásico, dentre outras. Os esquemas de proteção habilitados no sistema 
foram: 
 
• Esquema de transferência de disparo por sobrealcance permissivo (POTT) 
• Esquema de transferência de disparo direto por subalcance (DUTT) 
• Religamento Monopolar 
3.1.2 Geração dos Arquivos de Falta 
Definidas as simulações, os sinais foram modelados no ATP com as seguintes características: 
 
• Simulado cenário : Carga Máxima 
• Faltas : AN, BN, CN, ABN e ABC. 
• Ângulo de incidência: 90º. 
• Resistência de falta: 0 ohms. 
• Faltas internas: Localização da falta: 10%, 50% e 90% 
• Faltas externas: Na linha paralela e nas barras 
• Intervalos comuns para todas as faltas: 
§ 350 ms de pré-falta 
§ 100 ms de falta 
§ 50 ms de pós-falta 
• Fechamento sobre falta 
• Weak Infeed 
• Echo 
 
Foram estabelecidos limites na geração dos sinais de falta de forma a respeitar os limites do 
hardware dos equipamentos de teste utilizados. Depois de definidos os arquivos de falta, foram 
realizadas simulações em bancada de forma constatar a correta sincronização do sistema de teste 
utilizado. 
3.1.3 Configurações de Hardware 
Em todas as configurações do teste foram utilizados CMC156 e CMA156 pra as duas pontas 
testadas, além do CMGPS. Os canais analógicos de tensão, além das entradas binárias que aquisitaram 
a resposta do sistema são mostrados a seguir. 
 
 
Figura 9 – Configuração das entradas binárias 
 
 
 
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Figura 10 – Configuração das saídas de tensão e corrente 
3.1.4 Realização do Teste e Resultados 
Com estabelecimento da coordenação envolvendo equipes de duas companhias do setor elétrico 
brasileiro, FURNAS Centrais Elétricas S A e CEMIG, Companhia Energética de Minas Gerais, e uma 
empresa prestadora de serviços e fornecedora exclusiva no Brasil do sistema de teste OMICRON 
utilizado no teste, a ADIMARCO Representações e Serviços LTDA, foi estabelecido um procedimento 
único para instalações com configurações e seqüências de fase diferentes nos dois sistemas testados. 
Na SE Itajubá (CEMIG) a seqüência de fases é ABC e nas SE C Paulista e SE P Caldas (FURNAS) a 
seqüência de fases é CBA. 
 
Figura 11 – Sistema de teste OMICRON – Teste Painel SE Itajubá. 
 
A supervisão dos sinais digitais da resposta do sistema de proteção foi realizada pelo CMC156 
através das 10 entradas digitais, coletando os seguintes eventos: 
• TRIP A: Trip na fase A 
• TRIP B: Trip na fase B 
• TRIP C: Trip na fase B 
• R PSIG: Recepção de PSIG 
• T PSIG: Transmissão de PSIG 
• R GSCSG: Recepção de GSCSG 
• T GSCSG: Transmissão de GSCSG 
• RTT A: Recepção de Transfer Trip fase A 
• RTT B: Recepção de Transfer Trip fase B 
• RTTC: Recepção de Transfer Trip fase C 
 
Com o objetivo de confirmar os eventos e a supervisão, foi conectado ao sistema de teste um 
oscilógrafo. 
Foram criadas duas máscaras de teste para cada falta a ser injetada no sistema utilizando-se o 
software Advanced Transplay. Depois de carregado o arquivo de falta, é definido o horário para o 
disparo da falta no sistema, através do contato entre as equipes por linha telefônica, e disparado o 
sinal de falta. 
Após o teste, os resultados podem facilmente monitorados pela tela do software de teste. 
 
 
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Figura 12 –Teste falta A-N – Verificação de anormalidade - RTT na fase B e disparo fase A 
 
No caso da constatação de uma anormalidade no sistema, a mesma pode ser corrigida e a mesma 
falta injetada na proteção da linha. Assim, pode-se facilmente repetir este processo, garantindo com 
segurança a integridade e funcionamento do sistema de proteção. 
No caso descrito abaixo, em teste na LT Cachoeira Paulista-Itajubá, após a injeção de uma falta A-
N, a 90% da SE Itajubá, pode-se constatar um erro no faseamento do sinal de transferência de disparo 
monopolar. 
O arquivo de falta mostrado é referente a SE Itajubá, ou seja, os sinais monitorados são relativos a 
atuação da ponta de Itajubá. A falta ocorre na fase A e tem-sea recepção de sinal de disparo (RTT) 
para fase B, como pode ser observado na figura 12. 
Após a eliminação da anormalidade, a mesma falta é injetada e monitorada a atuação da 
proteção. Pode-se facilmente constatar a resposta correta do sistema na figura 13. 
 
 
Figura 13 –Teste falta A-N – Verificação de operação normal, depois da eliminação de anormalidade - 
RTT na fase A e disparo fase A 
 
 
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3.2 Teste nas Proteções da LT Imperatriz-Açailândia (500KV) 
3.2.1 Configurações do Sistema Elétrico a ser Testado 
Os testes foram realizados pelas equipes técnicas da ABB e Adimarco, no start up da Linha de 
Transmissão de 500 KV entre SE Imperatriz e SE Açailândia, do sistema de transmissão ELETRONORTE. 
Foi testada a função diferencial de linha, realizada pelo relé ABB-REL561. 
 
SE Imperatriz
SE Açailândia
SE P Dutra
SE Colinas
SE Tucuruí
SE Marabá
 
Figura 14 – Representação do sistema Eletronorte 
3.2.2 Geração dos Arquivos de Falta 
Definidas as simulações, os sinais foram modelados e gerados no Simulador de Sistemas Elétricos – 
RTDS, em FURNAS, com as seguintes características: 
• Simulado cenário : Carga Leve. 
• Faltas : AN, BN, CN, ABN e ABC. 
• Ângulo de incidência: 90º. 
• Variação da Resistência de falta RG e RF. 
• Faltas internas 
• Localização da falta :10%, 50% e 90% 
• Intervalos comuns para todas as faltas: 
§ 60 ms de pré-falta 
§ 440 ms de falta 
3.2.3 Configurações de Hardware 
Na SE de Imperatriz foi utilizado o CMC156 e em Açailândia um CMC 256. 
 
Figura 15 – Configuração das saídas– CMC156 – SE Imperatriz 
 
Figura 16 – Configuração das saídas– CMC256 – SE Açailândia 
 
 
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3.2.4 Realização do Teste e Resultados 
Conforme relatado anteriormente, após estabelecimento da coordenação envolvendo equipes da 
ABB e ADIMARCO, foi definida a seqüência dos arquivos de falta a serem injetados no sistema e 
realizado o teste. 
 
 
 
Figura 17 – Representação do sistema de teste 
 
 
 
 
Figura 18. Teste falta A-C – Verificação de operação normal, disparo tripolar. 
4 Conclusões 
Os procedimentos adotados tornam possível o apoio de especialistas às equipes de teste sem a 
necessidade de sua presença física no local do teste, pois a metodologia e procedimentos de teste 
podem ser facilmente executados pelas equipes locais. Ressaltamos que todos procedimentos foram 
realizados off line, ou seja, no escritório. Além disso, com os resultados obtidos nos teste de 
comissionamento, temos valores reais das atuações de todo o sistema de proteção. 
 
 
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No caso de comissionamento de novas instalações, pode-se realizar uma análise detalhada 
imediatamente após a injeção de um sinal transitório de falta no sistema. No caso da constatação de 
uma não conformidade no sistema testado, promove-se imediata correção dos erros encontrados. O 
processo pode ser facilmente repetido até a obtenção do resultado desejado. 
5 Referências 
[1] OMICRON electronics, 2001, CMC software User manual V1.5, APROT.AE.3. 
[2] IEEE Standard C37.90.111 (1991), “Common Format for Transient Data Exchange (COMTRADE)”. 
[3] Paulino, M. E. de C, 2002, “Sistema Automatizado de Teste de Proteção Elétrica – OMICRON, 
Novas tecnologias para teste secundário em painéis de comando e proteção”, Adimarco. 
6 Observação de copyright 
Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo desse trabalho. 
7 Sobre os Autores 
Eng. Marcelo Paulino é gerente do Departamento técnico-comercial da Adimarco Representações e 
Serviços LTDA. Graduou-se como Engenheiro Eletricista na Escola Federal de Engenharia de Itajubá 
(EFEI). Possui larga experiência em engenharia de sistemas de potência, particularmente na área de 
Testes e Ensaios em Equipamentos Elétricos. Atua no contato direto com clientes no fornecimento de 
equipamentos, pós-venda e treinamento. Também responsável pela preparação, projeto e execução de 
prestação de serviço na área de teste de proteção e equipamentos de sistemas elétricos de Usinas e 
Subestações de 500/345/138/13,8 KV. Instrutor convidado do Curso de Especialização em Proteção de 
Sistemas Elétricos CEPSE (UNIFEI-SEL-FUPAI) em 2004. Atuou como instrutor externo na Fundação de 
Pesquisa e Assessoramento a Industria – FUPAI. Membro do IEEE. 
 
Eng. Geraldo Magela Aoun graduou-se como Engenheiro Eletricista na Escola Federal de 
Engenharia de Itajubá (EFEI). Engenheiro de Furnas Centrais Elétricas desde 1984 atuando na área de 
proteção de sistemas elétricos. Pós Graduado em Sistemas Elétricos de Potencia (EFEI – CESE - 
ELETROBRAS-1983). Membro do corpo docente do Curso de Especialização em Proteção de Sistemas 
Elétricos (UNIFEI-SEL-FUPAI). Professor do Curso de Especialização em Proteção de Sistemas Elétricos 
(UFRJ – FURNAS – ONS – SEL).