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WBA0463_v1.0 Proteção do sistema elétrico de potência Arquitetura dos relés digitais Bloco 1 Joubert R. S. Júnior Arquitetura dos relés digitais ► A utilização de relés digitais em um sistema de proteção do sistema elétrico de potência é sinônimo de uma proteção eficaz que permite o controle e monitoramento remoto de uma subestação. ► Com o avanço da tecnologia, os relés digitais são encontrados com uma gama significativa de modelos, tipos e fabricantes. Arquitetura dos relés digitais A Figura 1 ilustra um modelo de um relé digital. Fonte: https://selinc.com. Acesso em: 7 jul. 2020. Figura 1 – Relé digital Arquitetura dos relés digitais ► Geralmente, os relés digitais possuem uma arquitetura semelhante. ► A semelhança é necessária pela necessidade de interface entre os diversos modelos e tipos de relés de proteção utilizados em um sistema de proteção. Arquitetura dos relés digitais Figura 2 – Diagrama funcional de um relé digital Fonte: adaptada de Leão e Mantovani (2018, p. 7). Arquitetura dos relés digitais Módulo de Entrada / Analógica – E/A: com funções específicas, atua para executar as etapas: Condicionar os sinais de tensão e corrente dos TC e TPs. Proteger o relé contra sobretensões. Isolar eletricamente os circuitos eletrônicos do relé dos circuitos de entrada. Fazer a filtragem dos sinais analógicos de entrada. Arquitetura dos relés digitais Interface Analógica / Digital – A/D: Ao passar pelo módulo E/A, os sinais analógicos são multiplexados por multiplexador analógico e convertidos em sinais digitais. Processador: Executa os algoritmos de proteção, controlando diversas funções temporizadas, além de tarefas de autodiagnóstico e comunicação com os periféricos. Arquitetura dos relés digitais Função do processador Controle de funções temporizadas. Realiza tarefas de autodiagnóstico. Realiza comunicações com os periféricos. Figura 3 – Funções do processador de um relé digital Fonte: elaborada pelo autor. • O processador tem as seguintes funções: Arquitetura dos relés digitais Figura 4 – Tipos de memórias do processador digital Fonte: elaborada pelo autor. RAM EEPROMEPROM • As memórias são configuradas: Arquitetura dos relés digitais RAM: memória de acesso aleatório e confiável. Utilizada para armazenar temporariamente as valores das amostras de entrada. Acumulam os resultados dos algoritmos de proteção. EEPROM: memória somente de leitura, programável e apagável eletricamente. Utilizada para armazenar os parâmetros de ajuste do relé e dados da configuração da proteção. EPROM: memória somente de leitura, programável e apagável. Utilizada para armazenar os algoritmos de proteção e aplicativos do relé. Arquitetura dos relés digitais ► Os sistemas contemplam os hardware e software com arquiteturas distribuídas. ► O tratamento dos dados são compartilhados entre os computadores e servidores através de uma rede de computador. ► A arquitetura aberta permite a interação entre os sistemas. Sistema digital Bloco 2 Joubert R. S. Júnior Sistema digital integrado Inteligência Protocolo de comunicação aberto Robustez Figura 5 – Requisitos de um sistema digital integrado Fonte: elaborada pelo autor. • O sistema digital de proteção deve garantir confiabilidade na sua implantação, baseado nos seguintes requisitos estabelecidos pela Figura 5: Sistema digital integrado su p er vi sã o co n tr o le au to m aç ão p ro te çã o Figura 6 – Composição sistema digital integrado Fonte: elaborada pelo autor. • Composição de um sistema digital integrado: Sistema digital integrado ► A inteligência distribuída é a capacidade de operacionalizar todos os dados coletados em um tempo de resposta satisfatório, capaz de atuar em tempo real. ► Desta forma, a probabilidade de interrupções de energia diminui. Arquitetura SCADA Bloco 3 Joubert R. S. Junior Arquitetura do sistema SCADA ● O sistema contempla: hardware e software com arquiteturas distribuídas. ● O tratamento dos dados são compartilhados entre os computadores e servidores por meio de uma rede de computador. ● A arquitetura aberta permite a interação entre os sistemas. A Figura 7 ilustra um modelamento de um sistema SCADA típico: Arquitetura do sistema SCADA Fonte: elaborada pelo autor. Figura 7 – Sistema SCADA típico Arquitetura do sistema SCADA Os servidores de aplicações possuem uma grande capacidade de processamento, divididos em subsistemas: Núcleo SCADA: Servidor usado principalmente para funções de processamento de dados. Base de dados: Suporte a base de dados.1 2 Arquitetura do sistema SCADA Aplicações avançadas: suporta todas as aplicações do sistema de gerenciamento. Base de dados histórica: suporta a base de dados que contém todos os dados históricos. 3 4 Arquitetura do sistema SCADA A coleta de dados a partir do terminal de um sistema SCADA é denominado de RTU (Remote Terminal Unit). Responsável pela interface de comunicação. As RTUs transmitem as medições coletadas para um determinado centro de operações, disponibilizando os dados através de uma IHM (Interface Homem-Máquina) em tempo real. Arquitetura do sistema SCADA O sistema SCADA possibilita aos operadores o controle de equipamentos de uma subestação de energia: Figura 8 – Subestação de energia Fonte: yangphoto/iStock.com. ►Ventilação dos transformadores. ► Chaves seccionadoras. ► Disjuntores. Arquitetura do sistema SCADA Controle Interface Sistema SCADA Medições Monitoramento Operação Equipamentos Dispositivos de operação Figura 9 - Requisitos de um sistema integrado/SCADA Fonte: elaborada pelo autor. Arquitetura do sistema SCADA ► Outra função do sistema SCADA atrelada à sua arquitetura é gerenciar o controle do sistema de automação. ► Gerencia todo tipo de comando enviado pelos operadores aos equipamentos de campo. Arquitetura do sistema SCADA Os métodos utilizados para executar esses comandos são: Se le çã o d o Dispositivo Se le çã o d e Operação Ex ec u çã o d e Operação a) Selecionar antes de operar: Este método é usado para minimizar a possibilidade de operação inadvertida, diminuindo a possibilidade de erro humano na operação. Permite o operador selecionar o dispositivo, espera a confirmação e somente depois solicita sua operação. b) Operação direta: Arquitetura do sistema SCADA São utilizados, por exemplo, para aumentar/diminuir atuação de um determinado dispositivo (ventilação forçada de um transformador). c) Comando de setpoint: Comandos utilizados para modificar características de operação da subestação ou dispositivos. Como exemplo, parametrização de relés. Teoria em Prática Bloco 4 Joubert R. S. Júnior Reflita sobre a seguinte situação Na fase de um estudo preliminar para especificação da topologia do sistema de proteção de uma subestação de energia, os profissionais de engenharia envolvidos no projeto, realizam uma pesquisa no mercado para determinar o modelo de um relé digital que permita uma comunicação eficaz com centro de operações e devendo atender os requisitos nominais do sistema. Sabendo que neste momento o objetivo é especificar um relé diferencial de proteção de barras e falhas de disjuntores, pesquise um modelo de mercado que possa atender esta necessidade e descreva sua característica. Norte para a resolução... • Existem vários fabricantes de relé digital com aplicação no sistema elétrico de potência. • Sabemos ainda que existe uma quantidade significativa de modelos no mercado, muitas vezes o mesmo fabricante possui vários modelos. • Uma forma eficiente de determinar o modelo a ser utilizado seria primeiramente atender os seguintes passos: Norte para a resolução... Passo 1: escolher os fabricantes. Passo 2: definir através de catálogo o relé que atende os requisitos estabelecidos. Comparar modelos diferentes entre os fabricantes para garantir o melhor custobenefício. Passo 3: especificar no projeto os dados nominais do modelo escolhido. Norte para a resolução... Na atividade proposta, podemos seguir o seguinte caminho: Escolha do fabricante: SEL (Schweitzer Engineering Laboratories). Acessar o site da SEL (Schweitzer Engineering Laboratories) e explorar a aba “ produtos” Norte para a resolução... Na atividade proposta, podemos seguir o seguinte caminho: Na aba “produtos” escolher: relés de proteção. Norte para a resolução... Na atividade proposta, podemos seguir o seguinte caminho: Escolher o modelo adequado para cumprimento do requisito: proteção de barra e disjuntores. Neste caso o escolhido foi: Norte para a resolução... Clicando no modelo SEL-487B, todos os dados técnicos estarão disponíveis!Importante: dependendo da escolha do fabricante o modelo será diferente do exemplo aplicado. Fonte: https://selinc.com. Acesso em: 7 jul. 2020. Figura 10 – Relé digital Dica do Professor Bloco 5 Joubert R. S. Júnior Dica do professor Uma boa alternativa de manter atualizado sobre o sistema elétrico de potência é acompanhar o site da revista O Setor Elétrico. No site há vários artigos sobre o setor elétrico! Outra boa escolha é a revista Eletricidade moderna que aborda temas de alta e baixa tensão. Acessando o site da revista, um volume considerável de informações estará a sua disposição! Referências MAMEDE FILHO, João; MAMEDE, Daniel R. Proteção de sistemas elétricos de potência. Rio de Janeiro. LTC, 2017. LEÃO, Fabio B; R.S.MANTOVANI, José. Proteção de sistemas de potência. Ilha Solteira: Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho, 2018. SEL. Especificação técnica: relé digital el-487b. Relé digital EL-487B. 2019. Disponível em: https://selinc.com/pt/products/487B/. Acesso em: 12 fev. 2020. Bons estudos!
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