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XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Proteção Digital de Sistemas Elétricos de Potência

Noções básicas para o uso do software ATP (Alternative Transients Program)

Dr. Ênio Carlos Segatto

Msc. Murilo da Silva

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Sumário

Objetivo

Introdução e Histórico

Estrutura de um caso genérico no ATP

Princípios básicos de utilização do ATP

Estrutura do arquivo principal de dados

Estrutura da rotina Line Constants

Exemplo de Estudo

Interface ATPDraw

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Objetivo

Apresentar o software ATP (Alternative TransientProgram)

Fornecer noções básicas com respeito ao software mencionado.

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Introdução

Década de 60: desenvolvimento do programa de transitórios eletromagnéticos EMTP (ElectromagneticTransients Program) por Hermam W. Dommel;

64 à 73: desenvolvimento de vários modelos que foram incorporados ao programa;

A partir de 1973, Scott Meyer assume a coordenação e o desenvolvimento do programa;

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Introdução

Em 1984, o EPRI decide investir no programa EMTP;

Divergências entre Meyer e o EPRI – Electric Power ResearchInstitute - levam à criação de uma nova versão do EMTP denominada ATP;

O LEC (Leuven EMTP Center) centralizou a distribuição do programa a nível mundial;

Em 1992, a BPA (Bonneville Power Administration) e Meyer decidiram exercer novamente a coordenação do programa.

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Introdução

Dispõe de versões para diversos sistemas operacionais;

Permite simulação em redes polifásicas, com configurações arbitrárias;

Calcula valores a intervalos de tempo discretos;

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Introdução

Permite a representação de não-linearidades, parâmetros concentrados ou distribuídos, etc.

Considera parâmetros em componentes de fase e em seqüência zero e positiva;

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Introdução

Modelos disponíveis:• Elementos Concentrados;• Elementos RL Acoplados;• PI – Equivalentes Polifásicos;• Transformadores;• Linhas de Transmissão;• Elementos Não-Lineares;• Chaves;• Fontes;• Pára-Raios;• Compensadores Estáticos e Válvulas Conversoras.

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Introdução

Resultados Disponíveis:

• Respostas no tempo para tensões de barras e de ramos e para correntes de ramos;

• Tensões de barras, fluxos de potência e correntes nos ramos da rede em estudo;

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Estrutura de um caso genérico no ATP

Entrada: arquivo de entrada em formato texto;

Saída: arquivo .LIS e arquivo .PL4;

O arquivo de dados de entrada tem um formato rigidamente preestabelecido;

É possível a identificação de erros através da análise do arquivo .LIS.

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Estrutura de um caso genérico no ATP

Um arquivo de entrada é composto pela seguinte lista de instruções (Cartões):

• BEGIN NEW DATA CASE;

• Cartão para rotinas especiais;

• Cartão de dados miscelâneos e extensões;

• Cartões para ramos lineares e não lineares, transformadores e linhas de transmissão;

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Estrutura de um caso genérico no ATP

• Cartões para dados referentes aos interruptores;

• Cartões para fontes

• Cartões de especificação das variáveis de saída;

• Cartões de pedidos de gráficos;

• BEGIN NEW DATA CASE.

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Princípios básicos de utilização do ATP

Elaboração do arquivo de entrada

Inicializar ATP pelo prompt do MS-DOS (executável);• D:\atpwnt• Disk• Nome do arquivo de entrada e extensão• -R

Obs: o arquivo STARTUP deve estar no diretório corrente

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Estrutura do arquivo principal de dados

1. Primeiro conjunto de instruções• BEGIN NEW DATA CASE

2. Primeiro cartão de dados miscelâneos

1 à 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 80E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0

DELTAT TMAX XOPT COPT EPSILN TOLMAT TSTART

Intervalo de integração, dado em s

Tempo total de estudo, dado em s

Unidade das indutâncias: 0 = mH; freq. = ohm

Unidade das capacitâncias: 0 = uF; freq. = ohm

Tolerância para testar singularidade da matriz

Tolerância para testar singularidade da matriz

Momento do início da simulação

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Estrutura do arquivo principal de dados

3. Segundo cartão de dados miscelâneos

1 a 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 64 65 a 72 73 a 80I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8

IOUT IPLOT IDOUBL KSSOUT MAXOUT IPUN MEMSAY ICAT NENERG IPRSUP

Quantidade de pontos para impressão

Quantidade de pontos para o gráfico

Flag para impressão da tabela de conexões na

rede

Flag para impressão dos fluxos nos ramos

da rede

Flag para impressão dos valores máximos

das variáveis

Flag para mudança de freq. de impressão

Flag para controle de gravação da memória

do ATP em disco

Flag gravação permanentede pontos

para posterior plotagem

Flag do número de energização

Flag de controle de saída da impressão pelo arquivo startup

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Estrutura do arquivo principal de dados

4. Cartões para ramos lineares e linhas de transmissão

1. Elementos não acoplados, com parâmetros RLC concentrados e em série (Tipo 0);

2. Elementos mutuamente acoplados, com parâmetros RLC concentrados (Tipo 1, 2, 3...);

3. Elementos RL mutuamente acoplados (Tipo 51, 52, 53)

4. Elementos com parâmetros distribuídos.

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Estrutura do arquivo principal de dados

Formatos de alta e baixa precisão• $VINTAGE, 1 – alta precisão (E16.0)• $VINTAGE, 0 – baixa precisão (E6.2)• Formato Livre

Conectividade dos elementos• Cada ramo é definido pelo nome de seus nós terminas (BUS1,

BUS2).

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Estrutura do arquivo principal de dados

Cartão para elementos não acoplados, com parâmetros RLC concentrados e em série:• Tipo 0• formato normal ($VINTAGE, 0)

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Estrutura do arquivo principal de dados

Estrutura do cartão para elementos não acoplados:

1 a 2 27 a 32 33 a 38 39 a 44 45 a 79 80R L (mH) C (μF)

(Ω) ou ouBUS1 BUS2 BUS3 BUS4 ωL (Ω) ωC (mho)

I2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 I1

15 a 26Nome dos nós

dos ramos de ref.

outp

ut

3 a 14Nome dos

nós

ITY

PE

1 a 2 27 a 42 43 a 58 59 a 74 75 a 79 80R L (mH) C (μF)

(Ω) ou ouBUS1 BUS2 BUS3 BUS4 ωL (Ω) ωC (mho)

I2 A6 A6 A6 A6 E16.0 E16.0 E16.0 I1

outp

utnós dos ramos de ref.

3 a 14 15 a 26

ITYP

E Nome dos Nome dos nós

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Estrutura do arquivo principal de dados

Cartão para elementos RLC mutuamente acoplados• Tipo 1, 2, 3.• Capacitâncias shunt de acoplamento;• Aceita todos os formatos;

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Estrutura do arquivo principal de dados

Estrutura do cartão para elementos RLC mutuamente acoplados:• Formato de baixa precisão.

1 a 2

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 R L C R L C R L CI2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2

27 a 44 45 a 62 63 a 80Elementos Elementos Elementos

nós dos ramos de ref. (k,m) (k,m+1) (k,m+2)

3 a 14 15 a 26

ITY

PE

Nome dos Nome dos nós

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Estrutura do arquivo principal de dados

Estrutura do cartão para elementos RLC mutuamente acoplados:• Formato de alta precisão.

1 a 2

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4I2 A6 A6 A6 A6 E16.0 E16.0 E16.0

nós dos ramos de ref.R L C

69 a 74

ITY

PE

Nome dos Nome dos nós Elementos Elementos Elementos3 a 14 15 a 26 27 a 42 43 a 68

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Estrutura do arquivo principal de dados

Preenchimento dos cartões:

1 a 21 SA RA R11 L11 C112 SB RB R21 L21 C21 R22 L22 C223 SC RC R31 L31 C31 R32 L32 C32 R33 L33 C334 SD RD R41 L41 C41 R42 L42 C42 R43 L43 C43

R44 L44 C445 SE RE R51 L51 C51 R52 L52 C52 R53 L53 C53

R54 L54 C54 R55 L55 C55

63 a 803 a 14 15 a 26 27 a 44 45 a 62

1 a 2 75 a 801 SA RA2 SB RB

3 SC RC

4 SA RAR33 L33 C33R41 L41 C41

R31 L31 C31R32 L32 C32

L21 C21R22 L22 C22

R11 L11 C11R21

3 a 14 15 a 26 27 a 42 43 a 68 69 a 74

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Estrutura do arquivo principal de dados

Cartão para ramos RL mutuamente acoplados• Tipo 51, 52, 53• Não difere muito da representação anterior;• Notação em valores de fase ou de seqüência;• Aceita todos os formatos.• Representação do acoplamento das impedâncias de

transformadores;• Representação de redes equivalentes;

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Estrutura do arquivo principal de dados

Estrutura do cartão para ramos RL mutuamente acoplados:• Formato de baixa precisão para valores de fase

1 a 2

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 R R RI2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2

L LE12.2 E12.2 E12.2

Elementos Elementosnós dos ramos de ref. (k,m) (k,m+1) (k,m+2)

ITY

PE Nome dos Nome dos nós Elementos

L

3 a 14 15 a 26 27 a 44 45 a 62 63 a 80

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Estrutura do arquivo principal de dados

Estrutura do cartão para ramos RL mutuamente acoplados:• Formato de alta precisão para valores de fase

1 a 2

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4I2 A6 A6 A6 A6 E16.0 E16.0

R L

69 a 80

ITY

PE Nome dos Nome dos nós Elementos Elementos

nós dos ramos de ref.

3 a 14 15 a 26 27 a 42 43 a 68

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Estrutura do arquivo principal de dados

Estrutura do cartão para ramos RL mutuamente acoplados:• Formato de alta precisão para valores de seqüência

1 a 2

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 RI2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E12.2

LITY

PE Nome dos Nome dos nós Valores

nós dos ramos de ref. Sequência

3 a 14 15 a 26 27 a 44 45 a 80

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Estrutura do arquivo principal de dados

Cartão para ramos com elementos de parâmetros distribuídos• Tipo -1, -2, -3• Notação em valores modais ou de seqüência;• Formato de alta e baixa precisão;• Utilização da Rotina Line Constants;• Parâmetros constantes ou não com a freqüência;• Transposição ou não das linhas;• Alto grau de precisão do modelo.

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Estrutura do arquivo principal de dados

Estrutura do cartão para ramos com parâmetros distribuídos:

1 a 2 27 a 32 33 a 38 39 a 44 45 a 50 51 e 52 53 e 54 55 e 56 57 a 79 80

compri

m.

IOU

T

ILIN

E

IPU

NC

H

IPO

SE

3 a 14 15 a 26

ITYP

E Nome dos Nome dos nós R(Ω/uC) A B

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4I2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 I2 I2 I2 I1

compri

m.

IOU

Tnós dos ramos de ref.

ILIN

E

IPU

NC

H

IPO

SE

ITYP

E Nome dos Nome dos nós

1 a 2 27 a 38 39 a 50 51 a 62 63 a 74 75 e 76 77 e 78 79 80

IOU

T

compri

m.

ILIN

E

IPU

NC

H

IPO

SE

3 a 14 15 a 26

ITY

PE Nome dos Nome dos nós R

(Ω/uC) A BBUS1 BUS2 BUS3 BUS4

I2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 I2 I2 I2 I1

IOU

Tnós dos ramos de ref.

compri

m.

ILIN

E

IPU

NC

H

IPO

SE

ITY

PE Nome dos Nome dos nós

ILINE A B75 E 76 27 A 38 51 A 62

0 XOPT = 0 COPT = 0A = indutância modal B = capacitância modal

[mH / comprimento] [uF / comprimento]

XOPT = frequencia COPT = frequenciaA = reatância modal B = susceptância modal

[Ω / comprimento] [Ω / comprimento]1 Impedância caracteristica Velocidade de propagação

em ohm. Zs=sqrt(L/C) modal em comp./s2 Impedância caracteristica Tempo de propagação

em ohm. Zs=sqrt(L/C) modal da onda na linha em s

Comprimento total da linha em questão

Flag para habilitar tipo de entrada para A e B

Especifica o tipo de modelo:0: resistências concentradas1: modelo sem distorção

Identificação de linha transposta ou não

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Estrutura do arquivo principal de dados

Chaves

• Chave controlada por tempo;

• Chave controlada por tensão;

• Chave de medida.

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Estrutura do arquivo principal de dados

Chave controlada por tempo• Fecha quando t = tfecha

• Abre em t ≥ Tabre, observando a condição de corrente

1 a 2 35 a 44 45 a 79 80

IMBUS1 BUS2 Tfecha Tabre

I2 A6 A6 E10.0 E10.0 E10.0 I1

IOU

Tnós

3 a 14 15 a 34

ITYP

E Nome dos Tempo

Tipo: 0 ou brancoTempo de fechamento

da chaveTempo de abertura da

chaveCorrente de margem

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Estrutura do arquivo principal de dados

Chave controlada por tensão• Fecha quando t ≥ tfecha e Tensão > Vflash• Abre quando a condição de corrente for atendida.

1 a 2 35 a 44 45 a 54 55 a 79 80

IM VFLASHBUS1 BUS2 Tfecha Tdelay

I2 A6 A6 E10.0 E10.0 E10.0 E10.0 I1

IOU

Tnós

3 a 14 15 a 34

ITYP

E Nome dos Tempo

Tempo antes do qual a chave não fecha

Tempo decorrido após o fechamento, antes do qual a

chave não poderá abrir

Corrente de margemTensão de fechamento da chave

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Estrutura do arquivo principal de dados

Chave de medida• Corrente (1)• Tensão (ddp) (2)• Corrente e tensão (3)• Potência e fluxo de energia na chave (4).

1 a 2 55 a 63 64 a 79 80

MESURINGBUS1 BUS2

I2 A6 A6 I1

15 a 54

IOU

Tnós

3 a 14

ITYP

E Nome dos

Grandeza medida

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Estrutura do arquivo principal de dados

Fontes

• Fonte degrau ou CC;

• Fonte rampa com subida linear;

• Fonte rampa com duas inclinações;

• Fonte cossenoidal.

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Estrutura do arquivo principal de dados

Fonte CC

1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da

fonte ST AMPLITUDE TSTART TSTOP

I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6

ITYP

E

Tipo 11 Flag para fonte de tensão ou corrente

Valor da amplitude do degrau

Tempo de atraso da fonte >0

Tempo para desabilitar fonte

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Estrutura do arquivo principal de dados

Fonte rampa com subida linear

1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 a 30 31 a 40 41 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da

fonte ST AMPLITUDE TIME-0 TSTART TSTOP

I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6

ITY

PE

Tipo 12

Tempo final de subida (s)Tempo de

atrasoTempo para

desabilitar fonte

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Estrutura do arquivo principal de dados

Fonte rampa com duas inclinações lineares

1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 a 30 31 a 40 41 A 50 51 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da

fonte ST AMPLITUDE TIME-0 A1 TIME-1 TSTART TSTOP

I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6

ITY

PE

Tipo 13

Amplitude relacionada ao tempo 1

Tempo associado a

amplitude A1 (s)

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Estrutura do arquivo principal de dados

Fonte cossenoidal

1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 a 30 31 a 40 41 A 50 51 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da

fonte ST AMPLITUDE FREQ. FASE A1 TSTART TSTOP

I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6

ITYP

E

Tipo 14 Valor da amplitude da fonte

Fase dada em graus ou segundos conforme A1

A1 = 0, fase em grausA1 > 0, fase em (s)

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Estrutura do arquivo principal de dados

Cartões para especificações de saída• Saída em números tabulados, na impressora;• Saída em impressora gráfica;• Arquivo de saída .PL4.

Variáveis de saída disponíveis:• Saída de tensões nos nós;• Saídas referente ao ramos (ddp, correntes, potência ou

energia)

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Estrutura do arquivo principal de dados

Estrutura do Cartão de saída:• Tensões nos nós

1 a 2 3 a 8 9 e 14 15 a 20 21 a 26 27 a 32 33 a 38 39 a 44 45 a 50 51 a 56 57 a 62 63 a 68 69 a 74 75 a 80

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 BUS5 BUS6 BUS7 BUS8 BUS9 BUS10 BUS11 BUS12 BUS13

A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6

• Saída nos ramos ou chavesChaves – indicando na coluna 80 os valores de 1 a 4;Ramos – mesmo cartão de tensão nos nós, porém preenchendo o ITYPE com -1, -2, -3, -4 ou -5.

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Rotina LINE CONSTANTS

Rotina auxiliar utilizada para calcular as matrizes de resistências, indutâncias e capacitâncias, em componentes simétricas ou de fase, de qualquer configuração arbitrária de condutores aéreos, para freqüências entre 0.0001 Hz e 500 kHz.

Calcular o acoplamento entre uma LT e um circuito de comunicação paralelo.

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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS

Cartão de informação;Instrução para acionar a rotina de cálculo dos parâmetros;Instrução para definição de unidades;Dados referentes aos condutores;Cartão de fechamento de descrição dos dados referentes aos condutores;Instruções referentes à freqüência;Instruções para o término do caso.

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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS

Cartão de informação;• BEGIN NEW DATA CASE

Instrução para acionar a rotina de cálculo dos parâmetros;• LINE CONSTANTS

Instrução para definição de unidades;• METRIC

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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS

Dados referentes ao condutor;• Cartão para condutores individuais:

1 a 3 4 a 8 9 e 16 17 e 18 19 a 26 27 a 34 35 a 42 43 a 50 51 a 58 59 A 80

SKIN RESIS IX REACT DIAM HORIZ VTOWER VMID

I3 F5.4 F8.5 I2 F8.5 F8.3 F8.3 F8.3 F8.3

IP

Numeração de fase do condutor

Flag para identificação do efeito skin

Resistência CA ou CC do condutor

Flag para a indutância própria do condutor

Reatância ou raio medio geométrico do

condutor

Diâmetro do condutor

Distância horizontal do condutor

Altura vertical do condutor

Altura vertical

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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS

Dados referentes ao condutor;• Cartão para condutores em conjunto:

1 a 3 4 a 8 9 e 16 17 e 18 19 a 26 27 a 34 35 a 42 43 a 50 51 a 58 59 a 66 67 a 72 73 a 78 79 e 80

SKIN RESIS IX REACT DIAM HORIZ VTOWER VMID SEPAR ALPHA NB

I3 F5.4 F8.5 I2 F8.5 F8.3 F8.3 F8.3 F8.3 F8.5 F6.2 I2

IP

1. As variáveis HORIZ, VTOWER e VMID se aplicam à posição do centro geométrico do conjunto de condutores com relação ao solo;

2. As variáveis SEPAR, ALPHA, NB descrevem a geometria do conjunto de cabos geminados.

3. IP = número de fase do condutor equivalente.

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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS

Cartão de fechamento de descrição dos dados referentes aos condutores;• BLANK card ending conductor cards within “LINE

CONSTANTS” data

Instruções referentes à freqüência;Instruções para o término do caso• BLANK card ending frequency cards of “LINE CONSTANTS”

data• BLANK card ending “LINE CONSTANTS” data cases• BEGIN NEW DATA CASE• BLANK

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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS

Instruções referentes à freqüência;

Resistividade em ohm/m do solo

homogêneo

Freqüência de operação da linha

Flag que corrige a impedância

considerando o retorno pela terra

Flag para controle da impressão da

matriz capacitância

Flag para impressão das matrizes de

impedância

1 a 8 9 a 18 19 e 28 29 30 a 35 36 37 a 42 43 44 45 a 52 43 a 57 58 59 a 68 69 e 70 71 a 80

RHO FREQ FCAR ICPR IZPR ICAP DIST ISEG MODAL

F8.2 F10.2 A10 6I1 6I1 I1 F8.3 I1 I2

Comprimento da linha

Flag de indicação do tipo de

instalação do cabo guarda

Indicação de transposição ou

não da LT

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Rotina LINE CONSTANTS

ICPR ⇔ ICAP = 0 ICPR ⇔ ICAP = 1

IZPR

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Interface ATPDraw

Desenvolvido por Hans Kr. Hoidalen (Noruega, 1999);Processador gráfico para o ATP em plataforma Windows;Construção do arquivo de entrada por conjunto de blocos;Possui mais de 65 componentes padrões;Possibilidade de criação de novos objetos (MODELS);Freeware pertencente ao BPA (ftp.ee.mtu.edu);

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Interface ATPDrawObjetos predefinidos

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Interface ATPDrawComponentes Disponíveis• Standard components

Linear branches: Resistor, Inductor, Capacitor, RLC RLC 3-phase, Uncoupled |||, Y, and D Inductor and capacitor with initial condition

Non-linear branches: Current dependent resistor, type 99 Current dependent inductor, type 98, 96, and 93 Time dependent resistor, type 97 Current dependent, exponential resistor, type 92 (1 and 3 phase). ARRDAT fitting included. TACS controlled resistor. Frequency dependent loads.

Line models: RLC pi-equivalent. 1, 2 and 3-phase

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Interface ATPDraw

Tipos de arquivos associados:

• Arquivo de circuito (.CIR): armazena o desenho do circuito atual e as informações necessárias para a criação de qualquer arquivo do ATP;

• Arquivo de suporte (.SUP): Definido para cada tipo de componente do circuito, contendo as especificações dos nós, ícones e help;

• Arquivos .MOD e .LIB: contêm as informações dos objetos criados pelo usuário.

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Interface ATPDrawJanela principal

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Interface ATPDrawJanela principal

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Interface ATPDrawCaixa de diálogo para o componente transformador

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Interface ATPDrawAnálise dos sinais

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Proteção Digital de Sistemas Elétricos de Potência

Simulação Digital de Sistemas Elétricos de Potência utilizando o ATP

Dr. Ênio Carlos Segatto

Msc. Murilo da Silva

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Sumário

Objetivo

Estrutura da rotina Line Constants

Estrutura de um caso genérico no ATP

Simulações

Análise dos resultados

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Objetivo

Obtenção dos parâmetros distribuídos de uma LT utilizando a rotina Line Constants do ATP;

Construção de um arquivo de entrada para o ATP, referente a um sistema de potência simples;

Simulação de faltas sob o sistema construído utilizando o ATP.

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Exemplo de Estudo

Sistema proposto• Duas barras e uma linha de transmissão;• Tensão 440kV

330 km

LT 440 kV

1.05∠0 10 GVA

0.95∠-109,5 GVA

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Características do sistema elétrico

Condutor de fase: cabo Grosbeak• raio externo do condutor: 12,57 mm; • raio interno do condutor: 4,635 mm;• resistência em corrente contínua: 0,08998 Ω/km.

Cabos Pára-raios: EHS 3/8”• raio externo do condutor: 4,572 mm;• resistência em corrente contínua: 4,188 Ω/km.

Resistividade do solo• Rsolo: 250 Ω.km

Flecha a meio vão• fase: 13,43 m• pára-raios: 6,4 m

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Características do sistema elétrico

Silhueta da Torre e dimensões 11,93m

7,51m

24,07m9,27m

0,40m

FASE 1

CABOGUARDA

FASE 3

FASE 2

3,60m

XII Integra Elétrica

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Rotina LINE CONSTANTS

Cartão de informação:• BEGIN NEW DATA CASE

Instrução para acionar a rotina de cálculo dos parâmetros:• LINE CONSTANTS

Instrução para definição de unidades:• METRIC

XII Integra Elétrica

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Rotina LINE CONSTANTS

Dados referentes ao condutor:

1 a 3 4 a 8 9 e 16 17 e 18 19 a 26 27 a 34 35 a 42 43 a 50 51 a 58 59 A 80

SKIN RESIS IX REACT DIAM HORIZ VTOWER VMID

I3 F5.4 F8.5 I2 F8.5 F8.3 F8.3 F8.3 F8.3

IP

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Rotina LINE CONSTANTS

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Rotina LINE CONSTANTS

Dados referentes aos cabos Pára-Raios:

1 a 3 4 a 8 9 e 16 17 e 18 19 a 26 27 a 34 35 a 42 43 a 50 51 a 58 59 A 80

SKIN RESIS IX REACT DIAM HORIZ VTOWER VMID

I3 F5.4 F8.5 I2 F8.5 F8.3 F8.3 F8.3 F8.3

IP

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Rotina LINE CONSTANTS

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Rotina LINE CONSTANTS

Informações referentes à freqüência:

1 a 8 9 a 18 19 e 28 29 30 a 35 36 37 a 42 43 44 45 a 52 43 a 57 58 59 a 68 69 e 70 71 a 80

RHO FREQ FCAR ICPR IZPR ICAP DIST ISEG MODAL

F8.2 F10.2 A10 6I1 6I1 I1 F8.3 I1 I2

1 a 8 9 a 18 19 e 28 29 30 a 35 36 37 a 42 43 44 45 a 52 43 a 57 58 59 a 68 69 e 70 71 a 80

RHO FREQ FCAR ICPR IZPR ICAP DIST ISEG MODAL

F8.2 F10.2 A10 6I1 6I1 I1 F8.3 I1 I2

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Rotina LINE CONSTANTS

ICPR ⇔ ICAP = 0 ICPR ⇔ ICAP = 1

IZPR

XII Integra Elétrica

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Rotina LINE CONSTANTS

Instruções para o fechamento do cartão

• BLANK CARD ending frequency cards of embedded "LINE CONSTANTS" data case

• BLANK CARD ending "LINE CONSTANTS" data cases

• BEGIN NEW DATA CASE

• BLANK

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Rotina LINE CONSTANTS

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Executando Rotina Line Constants

atpwntdiskNome_arquivo.extensão-R

Arquivo de Saída Rotina Line Constants

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Cálculo dos Parâmetros da linha

ωω

ωω

+

+

==

==

+

+

CC

LL

XCe

XC

XLe

XL

0

0

0

0

Sendo w=2*pi*f e f=600Hz

w=3770 rad/s

ResistênciaOhm/km

IndutânciamH/km

CapacitânciauF/km

1.67603 2.22378 8.28055E-3

3.85133E-02 8.45824E-01 1.36685E-2

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Montagem do Arquivo Principal - ATP

Sistema Elétrico a ser modelado

165 km LT 440 kV

1.05∠0 10 GVA

0.95∠-10 9,5 GVA

165 km

RF

RLS1 RLS2 LT11 LT12 D G

GR1 GR2 D1 D4

D2

D3

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Estrutura do Arquivo Principal - ATP

Primeiro conjunto de instruções• BEGIN NEW DATA CASEPrimeiro cartão de dados miscelâneos

1 à 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 80E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0

DELTAT T MAX XOPT COPT EPSILN TOLMAT TSTART

1 à 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 80E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0

DELTAT T MAX XOPT COPT EPSILN TOLMAT TSTART

Segundo cartão de dados miscelâneos1 a 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 64 65 a 72 73 a 80

I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8IOUT IPLOT IDOUBL KSSOUT MAXOUT IPUN MEMSAY ICAT NENERG IPRSUP

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Estrutura do Arquivo Principal - ATP

Resistência de Falta:

1 a 2 27 a 42 43 a 58 59 a 74 75 a 79 80R L (mH) C (μF)

(Ω) ou ouBUS1 BUS2 BUS3 BUS4 ωL (Ω) ωC (mho)

I2 A6 A6 A6 A6 E16.0 E16.0 E16.0 I1

outp

utnós dos ramos de ref.

3 a 14 15 a 26

ITY

PE Nome dos Nome dos nós

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Estrutura do Arquivo Principal - ATP

Equivalentes de geração:

1 a 2

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 RI2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E12.2

LITY

PE Nome dos Nome dos nós Valores

nós dos ramos de ref. Sequência

3 a 14 15 a 26 27 a 44 45 a 80

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Cálculo do equivalente de geração

XII Integra Elétrica

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Cálculo do equivalente de geração

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Estrutura do Arquivo Principal - ATP

Linhas de transmissão:1 a 2 27 a 38 39 a 50 51 a 62 63 a 74 75 e 76 77 e 78 79 80

IOU

T

compri

m.

ILIN

E

IPU

NC

H

IPO

SE

3 a 14 15 a 26

ITYP

E Nome dos Nome dos nós R(Ω/uC) A B

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4I2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 I2 I2 I2 I1

IOU

Tnós dos ramos de ref.co

mprim.

ILIN

E

IPU

NC

H

IPO

SE

ITYP

E Nome dos Nome dos nós

XII Integra Elétrica

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Estrutura do Arquivo Principal - ATP

Chaves de medidas:1 a 2 55 a 63 64 a 79 80

MESURINGBUS1 BUS2

I2 A6 A6 I1

15 a 54

IOU

Tnós

3 a 14

ITYP

E Nome dos

XII Integra Elétrica

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Estrutura do Arquivo Principal - ATP

Chave controlada por tempo

1 a 2 35 a 44 45 a 79 80

IMBUS1 BUS2 Tfecha Tabre

I2 A6 A6 E10.0 E10.0 E10.0 I1

IOU

Tnós

3 a 14 15 a 34

ITYP

E Nome dos Tempo

XII Integra Elétrica

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Estrutura do Arquivo Principal - ATP

Dados sobre as fontes de potência

1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 a 30 31 a 40 41 A 50 51 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da

fonte ST AMPLITUDE FREQ. FASE A1 TSTART TSTOP

I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6

ITYP

E

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Estrutura do Arquivo Principal - ATP

Pedido de medidas nos ramos ou nós:• Saída nos ramos ou chaves

Chaves – indicando na coluna 80 os valores de 1 a 4;Ramos – mesmo cartão de tensão nos nós, porém preenchendo o ITYPE com -1, -2, -3, -4 ou -5.

1 a 2 3 a 8 9 e 14 15 a 20 21 a 26 27 a 32 33 a 38 39 a 44 45 a 50 51 a 56 57 a 62 63 a 68 69 a 74 75 a 80

BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 BUS5 BUS6 BUS7 BUS8 BUS9 BUS10 BUS11 BUS12 BUS13

A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Estrutura do Arquivo Principal - ATP

Término do Cartão

Arquivo de Entrada Completo

XII Integra Elétrica

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Executando Arquivo de Entrada no ATP

Execução do arquivo de entrada:• atpwnt• disk• Nome_arquivo.extensão• -R

Arquivos de Saída Gerados:• .LIS• .PL4

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Como simular uma condição normal?

• Tempo de fechamento da chave (falta) > Tempo de simulação

Simulando o sistema em regime normal

Arquivo de Saída .LIS Arquivo de Saída .PL4

Executando o arquivo de entrada !

Arquivo de Entrada

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Gráfico da Saída do ATP

Sinal de tensão - regime

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

Tens

ão (k

V)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Gráfico da Saída do ATP

Sinal de corrente - regime

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-600

-400

-200

0

200

400

600

Cor

rent

e (A

)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

Variações nas condições de faltas:

• Tipo da falta10 diferentes tipos (3-fase-terra, 3-fase-fase-terra, 3-fase-fase e 1-trifásica);

• Distância Real da Falta• Ângulo de incidência da falta• Resistência de falta

Como fazer ?

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Simulando uma Falta

Exemplo de uma Falta A-terra

• Distância da falta: 100 km da barra D

• Ângulo de incidência: 0 graus

• Resistência de falta: 17 ohm

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

-0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

Tens

ão (k

V)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

-0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

Cor

rent

e (k

A)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

Falta Fase A-terra

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

Exemplo de uma Falta A-terra

• Distância da falta: 100 km da barra D

• Ângulo de incidência: 90 graus

• Resistência de falta: 17 ohm

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

Falta Fase A-terra

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

Tens

ão (k

V)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Cor

rent

e (k

A)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

Exemplo de uma Falta Fase-terra com alta resistência de falta

• Distância da falta: 300 km da barra D

• Ângulo de incidência: 0 graus

• Resistência de falta: 800 ohms

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Simulando uma Falta

Falta Fase A-terra com elevada resistência de falta

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

Tens

ão (k

V)

Tempo (s)

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-600

-400

-200

0

200

400

600

Cor

rent

e (A

)

Tempo (s)

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

Exemplo de uma Falta Fase-Fase (AB)

• Distância da falta: 200 km da barra D

• Ângulo de incidência: 90 graus

XII Integra Elétrica

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Simulando uma Falta

Tensão: Falta Fase-Fase

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-600

-400

-200

0

200

400

600Te

nsão

(kV

)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

Corrente: Falta Fase-Fase

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-6

-4

-2

0

2

4

6

Cor

rent

e (k

A)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

Exemplo de uma Falta Fase-Fase-Terra (AB-terra)

• Distância da falta: 200 km da barra D

• Ângulo de incidência: 90 graus

• Resistência de falta: 50 ohms

XII Integra Elétrica

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Simulando uma Falta

Falta Fase-Fase-Terra

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-600

-400

-200

0

200

400

600

Tens

ão (k

V)

Tempo (s)

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-6

-4

-2

0

2

4

6

Cor

rent

e (k

A)

Tempo (s)

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta

Exemplo de uma Falta Trifásica

• Distância da falta: 200 km da barra D

• Ângulo de incidência: 90 graus

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulando uma Falta Trifásica

Tensão: Falta Trifásica

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-600

-400

-200

0

200

400

600

800

Tens

ão (k

V)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Cor

rent

e (k

A)

Tempo (s)

Fase A Fase B Fase C

Corrente: Falta Trifásica

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Configuração para os demais tipos de faltas

Faltas fase-terra• B-Terra• C-Terra

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Configuração para os demais tipos de faltas

Faltas fase-fase-terra• AC-Terra• BC-Terra

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Configuração para os demais tipos de faltas

Faltas Fase-Fase• BC• AC

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Simulação de Faltas Evolutivas

Exemplo: Falta Fase-Terra para Fase-Fase-Terra

• Distância da falta: 200 km da barra D

• Ângulo de incidência: 90 graus

• Resistência de falta: 50 ohms

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulação – Falta Evolutiva

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-400

-200

0

200

400

600Te

nsão

(kV)

Tempo (s)

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Simulação – Falta Evolutiva

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

-6

-4

-2

0

2

4

6Co

rren

te (k

A)

Tempo (s)

XII Integra Elétrica

USP/EESC/LSEE

Contato

Ênio Carlos SegattoLaboratório de Sistemas de Energia Elétrica – LSEE

segatto@sel.eesc.usp.br

1Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA

UMA VISÃO CONCISA

2Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Palestrante

e-mail: uchenin@sel.eesc.usp.brULISSES Chemin Netto

3Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Objetivo

FORNECER UM PANORAMA CONCISO SOBRE A

PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE

POTÊNCIA.

4Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção

Conjunto de equipamentos e filosofias para detecção de

SITUAÇÕES ANORMAIS à operação do sistema elétrico

com o intuito de PREVENIR DANOS AOS

EQUIPAMENTOS QUE O COMPÕE E AS PESSOAS QUE

O OPERAM.

O QUE É O SISTEMA DE PROTEÇÃO ?

5Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção - Aplicação

Geração

Transmissão Distribuição

Uso Final

6Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção - Esquemático

7Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção - Disjuntor

A norma IEC-50 (1984) "International Electrotechnical Vocabulary"

capítulo 441 - Switchgear, Controlgear and Fuses, define os

disjuntores de alta tensão da seguinte forma: "Um dispositivo

mecânico de manobra, capaz de estabelecer, conduzir e interromper

correntes nas condições normais de circuito, assim como

estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper

correntes sob condições anormais especificadas do circuito, tais

como as de curto-circuito".

8Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção - Disjuntor

9Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção – Transformador de Corrente

Isolar os equipamentos de medição, controle e relés do circuito de alta tensão;

Fornecer no seu secundário uma corrente proporcional à do primário;

Fornecer no secundário uma corrente adequada em magnitude para ser usada pelos medidores e pelos relés;

O valor da corrente secundária é padronizado em 5A (NBR 6856);

O primário é conectado em série com o sistema de potência, o mesmovale para os equipamentos conectados ao secundário.

10Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção – Transformador de Corrente

11Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção – Transformador de Potencial

Isolar os equipamentos de medição, controle e relés do circuito de alta tensão;

Fornecer no seu secundário uma tensão proporcional à do primário;

Fornecer no secundário uma tensão adequada em magnitude para ser usada pelos medidores e pelos relés;

O valor da corrente secundária é padronizado em 115V (NBR 6855);

O primário é conectado em paralelo com o sistema de potência, o mesmo vale para os equipamentos conectados ao secundário.

12Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção – Transformador de Potencial

13Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção – Banco de Baterias

O banco de baterias tem a função de ser uma fonte segura de

alimentação em corrente contínua (CC) para os equipamentos de

proteção e demais equipamentos tidos como prioritários em uma

instalação de potência. O banco de baterias opera como retaguarda

ao sistema primário de alimentação CC de uma instalação de

potência, este sistema é o conjunto retificador/carregador de

baterias e além de alimentar cargas CC possui a função de manter

em flutuação ou em carga o banco de baterias.

14Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Contexto da Proteção – Banco de Baterias

15Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Relés de Proteção – Como Eles Operam ?

Os relés operam em virtude de:

Corrente;

Tensão;

Freqüência;

Potência;

Temperatura, etc.

16Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Evolução dos Equipamentos de Proteção

1950 1960 1970 1980 1990 2000

ELETROMECÂNICOESTÁTICO

DIGITAL

17Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Relés Eletromecânicos

18Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Relés Eletromecânicos – Caractersiticas Gerais

Durabilidade e Robustez – longa vida útil, até 40 anos;

Tolerância a Altas temperaturas - A temperatura não é fator crítico para seu funcionamento;

Baixa sensibilidade a surtos eletromagnéticos - É necessária uma energia de surto

relativamente grande para danificar um relé eletromecânico;

Elevados custos de instalação e manutenção – Maior espaço utilizado na SE, são

monofásicos, maior custo com cablagem;

Precisão – quanto maior mais caro o relé, além de estar fortemente limitada pela tecnologia

empregada;

Limitação de funcionalidades – não há possibilidade de implementação de funções auxiliares,

como oscilografia e registro de eventos.

19Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Relés Estáticos

20Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Relés Estáticos - Características Gerais

Menor Custo – comparado com os eletromecânicos;

Maior velocidade - Consequência direta da tecnologia utilizada;

Menor Burden - Alivio no carregamento dos TCs e TPs;

Menor custo de manutenção – a manutenção tornou-se mais simples e direta;

Maior sensibilidade a surtos – componentes eletrônicos exigem menor energia de surto que

os eletromecânicos para se danificarem;

Envelhecimento – os relés estáticos possuem componentes que perdem suas características

num prazo de 8 a 20 anos, notadamente os capacitores eletrolíticos;

Podem ser monofásicos ou trifásicos.

21Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Relés Numéricos

22Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Relés Numéricos – Definição e CaracterísticasEquipamento microprocessado multifunção com as seguintes características:

Matrix

Acesso Remoto

GPS

Automação

TERRA

Parametrização

Q 8

Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7

I A

I B

I C

3I0

BO1

BO2

BO3

BO4

F 6F 7F 8F 9F10F11F12F13

F 2

Live contact

Power supply

F 3F 4F 5F 1+

Controle

Proteção

Visualização

PLC-Logica

Medição

Comunicação

BI2

BI3

F14

F15

F16

F17F18

BI1

23Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Relés Numéricos - Funções

A função PRINCIPAL do relé de proteção é retirar de serviço qualquer

elemento do sistema de potência quando o mesmo sofre um curto-circuito ou

quando inicia qualquer operação de maneira anormal que possa causar dano ou

interferir com a operação efetiva do resto do sistema.

A função SECUNDÁRIA do relé de proteção é fornecer informações

pertinentes sobre a ocorrência, facilitando assim o diagnóstico do problema e

como conseqüência uma ágil recomposição do sistema, além de outras

informações pertinentes a operação.

24Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Características dos Relés Numéricos x Utilização nas SEs

25Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Alguns Fabricantes De Relés De Proteção

http://www.areva-td.com

http://www02.abb.com/productguide

http://www.geindustrial.com/multilin/

http://www.beckwithelectric.com/

26Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto

Alguns Fabricantes De Relés De Proteção

http://www.teamarteche.com/

http://www.newage-avkseg.com

http://www.selinc.com

http://www.siprotec.com

RelReléé Diferencial para Diferencial para Transformadores de Potência Transformadores de Potência

Utilizando Ferramentas Utilizando Ferramentas InteligentesInteligentes

Ênio Carlos SegattoÊnio Carlos SegattoProf. Tit. Denis Vinicius CouryProf. Tit. Denis Vinicius Coury

Escola de Engenharia de São Carlos Escola de Engenharia de São Carlos -- USPUSPLaboratLaboratóório de Sistemas de Energia Elrio de Sistemas de Energia Eléétricatrica

20062006

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

ConteConteúúdodo

⇒⇒ IntroduIntroduçção ão –– Sistemas de Energia e Sistemas de ProteSistemas de Energia e Sistemas de Proteççãoão

⇒⇒ ObjetivosObjetivos

⇒⇒ Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais

⇒⇒ A SimulaA Simulaçção Computacional do Sistema Elão Computacional do Sistema Eléétricotrico

⇒⇒ Algoritmos Aplicados Algoritmos Aplicados àà ProteProteçção de Transformadoresão de Transformadores

⇒⇒ AplicaAplicaçções de ões de RNAsRNAs e Resultados Obtidose Resultados Obtidos

⇒⇒ Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

⇒⇒ Conclusões e PrConclusões e Próóximas Etapasximas Etapas

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Sistemas de EnergiaSistemas de Energia

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Sistemas de EnergiaSistemas de Energia

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Sistemas de ProteSistemas de Proteççãoão

•• Entradas: V e I (tensão e corrente elEntradas: V e I (tensão e corrente eléétrica) trica) SaSaíídas: das: onon / / offoff (mudan(mudançça de estado)a de estado)

•• Primeiros relPrimeiros reléés s

⇒⇒ Eletromecânicos: robustos, imunes a interferências, lentosEletromecânicos: robustos, imunes a interferências, lentos

•• RelReléés de estado ss de estado sóólido (final dos anos 50)lido (final dos anos 50)

⇒⇒ Componentes eletrônicos: menos robustos, não imunes, não Componentes eletrônicos: menos robustos, não imunes, não necessitam manutennecessitam manutençção, mais flexão, mais flexííveis, mais velozesveis, mais velozes

•• SEP hoje: RelSEP hoje: Reléés eletromecânicos + estado ss eletromecânicos + estado sóólido + digitaislido + digitais

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

•• Proteger os SEP dos efeitos danosos de uma faltaProteger os SEP dos efeitos danosos de uma falta

•• Provocar o rProvocar o ráápido desligamento do elemento defeituoso do sistemapido desligamento do elemento defeituoso do sistema

•• Causas dos defeitosCausas dos defeitos

⇒⇒ CC por aves, roedores, galhos, TCs, rigidez dielCC por aves, roedores, galhos, TCs, rigidez dieléétrica afetada por trica afetada por frio ou calorfrio ou calor

⇒⇒ Isoladores rachados ou curtoIsoladores rachados ou curto--circuitadoscircuitados

⇒⇒ IsolaIsolaçção afetada pela umidadeão afetada pela umidade

⇒⇒ Descargas atmosfDescargas atmosfééricasricas

⇒⇒ Surtos de chaveamentoSurtos de chaveamento

Sistemas de ProteSistemas de Proteççãoão

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Sistemas de ProteSistemas de Proteçção ão -- EstabilidadeEstabilidade

Efeitos indesejEfeitos indesejááveis dos CCveis dos CC

⇒⇒ ReduReduçção da margem de estabilidade do sistemaão da margem de estabilidade do sistema

⇒⇒ Dano aos equipamentos vizinhos Dano aos equipamentos vizinhos àà faltafalta

⇒⇒ ExplosõesExplosões

⇒⇒ Efeito cascata (geralmente para sistemas operando no limite)Efeito cascata (geralmente para sistemas operando no limite)

⇒⇒ BlackBlack--outout

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Sistemas de ProteSistemas de Proteçção ão -- ComponentesComponentes

Subsistemas do sistema de proteSubsistemas do sistema de proteççãoão

⇒⇒ Circuito disjuntor Circuito disjuntor -- Isola o circuito faltoso e Isola o circuito faltoso e éé operado por um operado por um

disparador disparador energizadoenergizado pela bateria, que por sua vez pela bateria, que por sua vez éé comandado comandado

pelo relpelo reléé

⇒⇒ Transdutores (Transdutores (TPsTPs e TCs) e TCs) -- Reduzem a magnitude de V e I, Reduzem a magnitude de V e I,

reproduzindo fielmente esses parâmetros dentro de certos limitesreproduzindo fielmente esses parâmetros dentro de certos limites

⇒⇒ RelReléés s -- Elementos lElementos lóógicos do sistema de protegicos do sistema de proteçção. Normalmente ão. Normalmente

respondem respondem àà V e I e provêm a abertura ou não dos disjuntoresV e I e provêm a abertura ou não dos disjuntores

⇒⇒ BateriaBateria

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

RelReléés e Protes e Proteçção Digitalão Digital

CaracterCaracteríísticas funcionais dos relsticas funcionais dos relééss

⇒⇒ Sensibilidade Sensibilidade -- Capacidade da proteCapacidade da proteçção de responder ão de responder ààs s anormalidades nas condianormalidades nas condiçções de operaões de operaçção e CC a qual foi ão e CC a qual foi projetadaprojetada

⇒⇒ Seletividade Seletividade -- Isolar completamente o elemento defeituoso e Isolar completamente o elemento defeituoso e desligar a menor pordesligar a menor porçção possão possíível do sistemavel do sistema

⇒⇒ Velocidade de atuaVelocidade de atuaçção ão -- Minimiza o vulto dos defeitos e o risco de Minimiza o vulto dos defeitos e o risco de instabilidadeinstabilidade

⇒⇒ Confiabilidade Confiabilidade -- Probabilidade de um componente, equipamento ou Probabilidade de um componente, equipamento ou sistema satisfazer uma funsistema satisfazer uma funçção prevista sob dadas circunstânciasão prevista sob dadas circunstâncias

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

•• RelReléés de Magnitude s de Magnitude -- Respondem Respondem ààs mudans mudançças em magnitude as em magnitude -- relreléés s de sobrecorrentede sobrecorrente

•• RelReléés Direcionais s Direcionais -- Respondem ao ângulo de fase entre duas entradas Respondem ao ângulo de fase entre duas entradas AC AC -- V e I ou IV e I ou I11 e Ie I22

•• RelReléés de Distância s de Distância -- Respondem Respondem àà razão entre dois dois razão entre dois dois fasoresfasores de de entrada (nentrada (núúmero complexo)mero complexo)

Ex.: RelEx.: Reléé de Impedância Z = V / Ide Impedância Z = V / I

•• RelReléés Diferenciais s Diferenciais -- Respondem Respondem àà soma algsoma algéébrica de correntes que brica de correntes que entram e saem de uma zona de proteentram e saem de uma zona de proteççãoão

Ex.: ProteEx.: Proteçção de transformadores, geradores e barras ão de transformadores, geradores e barras

RelReléés e Protes e Proteçção Digitalão Digital

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Desenvolvimento dos relDesenvolvimento dos reléés digitaiss digitais

⇒⇒ InIníício de estudos em 1960 (protecio de estudos em 1960 (proteçção de linhas de transmissão)ão de linhas de transmissão)

⇒⇒ Problema velocidade X preProblema velocidade X preççoo

⇒⇒ AvanAvançços significativos no os significativos no hardwarhardware computacional e computacional -- 19701970

∗∗ Tamanho, consumo e custo diminuTamanho, consumo e custo diminuííramram

∗∗ Velocidade aumentou Velocidade aumentou -- possibilidade de implementapossibilidade de implementaççãoão

RelReléés e Protes e Proteçção Digitalão Digital

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BenefBenefíícios da protecios da proteçção computadorizadaão computadorizada

⇒⇒ Custo hoje = custo relCusto hoje = custo reléé convencionalconvencional

⇒⇒ AutoAuto--checagem e confiabilidadechecagem e confiabilidade

∗∗ pode ser programado para monitorar seu prpode ser programado para monitorar seu próóprio prio funcionamentofuncionamento

⇒⇒ IntegraIntegraçção com ambiente digital (tendência atual)ão com ambiente digital (tendência atual)

⇒⇒ FlexibilidadeFlexibilidade

∗∗ Dispositivo programDispositivo programáável podendo mudar suas caractervel podendo mudar suas caracteríísticassticas

RelReléés e Protes e Proteçção Digitalão Digital

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

RelRelééss

Eletromecânicos Eletromecânicos →→ mecânica refinadamecânica refinadaEletrônicos Eletrônicos →→ Maior precisão e menor custoMaior precisão e menor custo

Digitais (Microprocessados) Digitais (Microprocessados) →→ Maior rapidez e confiabilidadeMaior rapidez e confiabilidade⇒⇒ AutoAuto--monitoramento monitoramento →→ Rotinas de autoRotinas de auto--checagemchecagem⇒⇒ Registro de eventos Registro de eventos →→ Gravador de sinaisGravador de sinais⇒⇒ MediMediçção e Oscilografiaão e Oscilografia

IntroduIntroduççãoão

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IntroduIntroduççãoão

⇒⇒ OperaOperaçção: faltas internasão: faltas internas⇒⇒ Bloqueio: faltas externas, sobreBloqueio: faltas externas, sobre--excitaexcitaçção, energizaão, energizaçção, regime, etcão, regime, etc⇒⇒ PrincPrincíípio bpio báásico: comparasico: comparaçção de correntes ão de correntes ⇒⇒ ProteProteçção diferencial percentual ão diferencial percentual →→ Bobinas de retenBobinas de retenççãoão

A ProteA Proteçção Diferencialão Diferencial

⇒⇒ Grandes transformadores,Grandes transformadores,geradores, geradores, barramentosbarramentos

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IntroduIntroduççãoão

⇒⇒ SituaSituaçção sem defeitoão sem defeito: I: I11= I= I2 2 Corrente na bobina de retenCorrente na bobina de retençção = (Ião = (I11+I+I22)/2)/2Corrente na bobina de operaCorrente na bobina de operaçção = Ião = I11--II22

⇒⇒ Falta externa ou sobrecargaFalta externa ou sobrecarga: I: I11= I= I22Corrente na bobina de retenCorrente na bobina de retençção = Ião = I11Corrente na bobina de operaCorrente na bobina de operaçção = 0 (condião = 0 (condiçções de retenões de retençção)ão)

⇒⇒ Falta internaFalta interna: I: I22 negativo negativo Corrente na bobina de retenCorrente na bobina de retençção = (Ião = (I11--II22)/2 (reten)/2 (retençção fraca)ão fraca)Corrente na bobina de operaCorrente na bobina de operaçção = Ião = I11-- ((--II22) (opera) (operaçção fortalecida)ão fortalecida)

I’1 I’2

I’fI 1 I 2

I 1 I 2

I 1 - I 2

Bloqueio Bloqueio Disparo

I’1 I’2

I’fI 1 I 2

I 1 I 2

I 1 - I 2

Bloqueio Bloqueio Disparo

ProteProteçção Diferencial Percentualão Diferencial Percentual

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IntroduIntroduççãoão

Curva de Ajuste da RestriCurva de Ajuste da Restriçção Percentualão Percentual

CO’

CO

40%

25%

15%

ZONA DE OPERAÇÃO

ZONA DE RESTRIÇÃO

AJUSTE DERESTRIÇÃOPERCENTUAL

CORRENTESPASSANTES

CORRENTESDIFERENCIAIS

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IntroduIntroduççãoão

Correntes de MagnetizaCorrentes de Magnetizaçção (ão (InrushInrush))⇒⇒ EnergizaEnergizaçção ão →→ magnetizamagnetizaçção e saturaão e saturaçção do não do núúcleo do transformadorcleo do transformador⇒⇒ DesequilDesequilííbrio brio →→ operaoperaçção indesejada do relão indesejada do reléé⇒⇒ DistinDistinçção ão →→ restrirestriçção por harmônicos (convencional) ão por harmônicos (convencional) →→ II11/I/I22

Correntes Correntes InrushInrush →→ alto contealto conteúúdo de 2do de 2ºº harmônico (harmônico (≥≥16%)16%)Correntes de falta Correntes de falta → → componentes fundamental e 3componentes fundamental e 3ºº harmônicoharmônico

0 ,0 0 ,2 0 ,4 0 ,6 0 ,8 1 ,0

-8-7-6-5-4-3-2-10123456789

1 01 1

F a s e A F a s e B F a s e C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

T e m p o (s )

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IntroduIntroduççãoão

ConteConteúúdo Harmônico das Correntes de do Harmônico das Correntes de InrushInrush

66kV 275kV 275kV , 50MVA 500kV , 1000MVA12MVA 150MVA 2 bancos em 2 bancos em

paralelo paralelo

(%) (%) (%) (%)

Fundamental 100 100 100 100Corr. Contínua 62 100 100 97,1

2ª 60 30,4 33,1 783ª 9,4 9,6 18,2 314ª 5,4 1,6 6,5 185ª 0,7 7,2 11,4

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

Componentes

INEPARINEPAR

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs –– EnergizaEnergizaççãoão

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Tempo (s)0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Tempo (s)

Onda não saturadaOnda não saturada Onda saturadaOnda saturada

IntroduIntroduççãoão

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs –– Falta Interna Fase AFalta Interna Fase A

Onda não saturadaOnda não saturada Onda saturadaOnda saturada

IntroduIntroduççãoão

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10-20

-10

0

10

20

30

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Tempo (s)0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Tempo (s)

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs –– Falta Externa TrifFalta Externa Trifáásicasica

Onda não saturadaOnda não saturada Onda saturadaOnda saturada

IntroduIntroduççãoão

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Tempo (s)

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0 Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Tempo (s)

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

ObjetivosObjetivos

Melhoramento na proteMelhoramento na proteçção de transformadores de potênciaão de transformadores de potência

⇒⇒ Correntes de Correntes de Inrush Inrush ⇒⇒ EnergizaEnergizaçção ão ⇒⇒ Amplitude elevada Amplitude elevada ⇒⇒ DesbalanceamentoDesbalanceamento das correntes diferenciais das correntes diferenciais ⇒⇒ MMáá interpretainterpretaçção pelo dispositivo de proteão pelo dispositivo de proteççãoão⇒⇒ MMéétodos de protetodos de proteçção convencionais ão convencionais ⇒⇒ extraextraçção de componentes deão de componentes de

freqfreqüüência (Fourier)ência (Fourier)⇒⇒ Problemas:Problemas:

•• Tempo excessivo de resposta (operaTempo excessivo de resposta (operaçção atrasada)ão atrasada)•• Faltas de alta impedânciaFaltas de alta impedância•• Ocorrência de 2Ocorrência de 2ºº harmônico em faltas internasharmônico em faltas internas•• SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs

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ObjetivosObjetivos

⇒⇒ Causas da presenCausas da presençça de 2a de 2ºº harmônico em faltas internas: harmônico em faltas internas: ∗∗ SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs∗∗ Capacitâncias paralelas para ajuste de f.p. na linhaCapacitâncias paralelas para ajuste de f.p. na linha∗∗ Capacitâncias distribuCapacitâncias distribuíídas em linhas longas de alta tensão das em linhas longas de alta tensão

⇒⇒ MMéétodo proposto: Redes Neurais Artificiaistodo proposto: Redes Neurais Artificiais•• DistinDistinçção entre formas de onda e reconstruão entre formas de onda e reconstruçção de sinaisão de sinais•• FFáácil implementacil implementaççãoão•• Robustez e tolerância a falhasRobustez e tolerância a falhas•• Capacidade de generalizaCapacidade de generalizaççãoão•• Rapidez (maior velocidade de resposta)Rapidez (maior velocidade de resposta)•• Maior confiabilidadeMaior confiabilidade

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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais

•• Inspirada no cInspirada no céérebro humano:rebro humano:•• AdaptAdaptáável a novos ambientes pelo treinamentovel a novos ambientes pelo treinamento•• Capacidade de processar informaCapacidade de processar informaçções nebulosas ou ruidosasões nebulosas ou ruidosas•• Alto grau de paralelismo no processamento (alta velocidade)Alto grau de paralelismo no processamento (alta velocidade)•• Pequeno, compacto, baixo consumo de energiaPequeno, compacto, baixo consumo de energia

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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais

Entradas: produtos dos pesos Entradas: produtos dos pesos wwijij com as sacom as saíídas do neurônio anteriordas do neurônio anteriorSaSaíídas: 1 ou 0 das: 1 ou 0 –– Neurônio BinNeurônio Binááriorio

•• x>0 x>0 →→ θθ (x) = 1 (x) = 1 →→ estestíímulomulo•• x<0 x<0 →→ θθ (x) = 0 (x) = 0 →→ nãonão--estestíímulomulo

Σ ∫

wi1

wi2

wi3ρ

Σ ∫

wi1

wi2

wi3ρ

FunFunçção de saão de saíída:da: ))(.()1( ijiji tnwtn ρθ −Σ=+

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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais

Modo de OperaModo de Operaççãoão

⇒⇒ x = vetor de dados de entradax = vetor de dados de entrada⇒⇒ wwii = matriz de valores de peso associados a cada entrada= matriz de valores de peso associados a cada entrada⇒⇒ hhii

(m)(m) = entrada do neurônio = entrada do neurônio ii de uma certa camada de uma certa camada mm

).(].[ )()(1

)()()( mmik

Mk

mmi

mi xwxwh =Σ==

⇒⇒ bbii = unidades = unidades biasbias⇒⇒ FFii = fun= funçção de transferência sigmoidal de cada unidadeão de transferência sigmoidal de cada unidade

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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais

Modo de OperaModo de Operaççãoão

MMéétodo de aprendizagem utilizadotodo de aprendizagem utilizado⇒⇒ BackpropMomentumBackpropMomentum

FunFunçção de correão de correçção de erro utilizadaão de erro utilizada⇒⇒ Erro Erro backpropagationbackpropagation::

ΔΔwwijij = corre= correçção do valor da conexão entre as unidades i e jão do valor da conexão entre as unidades i e jαα = taxa de aprendizagem= taxa de aprendizagem

δδj j = erro da = erro da unidunid. adjacente = sa. adjacente = saíída desejada da desejada -- sasaíída encontrada(da encontrada(yyjj))μμ = termo = termo MomentumMomentum

)()()()1( kwkykkw ijjjij Δ+=+Δ μαδ

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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais

Modo de OperaModo de Operaççãoão

X

F[1] F[2] F[3] y

d

W[1] W[2] W[3]

b[1] b[2] b[3]

S1 S2

S3

1

2

3

j

Entradas Camada 1 Camada 2 Camada 3 Saída

Saída desejada

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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais

Erro Erro Backpropagation Backpropagation de Sade Saíídada

⇒⇒ d = sad = saíída desejada da rede para cada entradada desejada da rede para cada entrada⇒⇒ yyii

(m)(m) = sa= saíída do neurônio i na camada mda do neurônio i na camada m⇒⇒ Pesos w e Pesos w e biasbias b b →→ atualizados atatualizados atéé critcritéério de parada (Aprendizagem)rio de parada (Aprendizagem)⇒⇒ RNA RNA →→ considerar conhecimento adquirido e responder corretamente considerar conhecimento adquirido e responder corretamente

a novos dados de entrada (Generalizaa novos dados de entrada (Generalizaçção)ão)

2)(21 ydE −=

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétrico trico -- ATPATP

⇒⇒ GeraGeraçção: 138kV ; 30MVAão: 138kV ; 30MVA⇒⇒ Transformador: 25MVA ; 138/13,8kV ; Transformador: 25MVA ; 138/13,8kV ; ΔΔ--Y aterradoY aterrado⇒⇒ Linha de distribuiLinha de distribuiçção: 5km ão: 5km

~

Sistema Equivalente

Transformador

Relé

Carga

Linha

TC TC

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A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico

Divisão dos Enrolamentos para a AplicaDivisão dos Enrolamentos para a Aplicaçção de Faltas Internasão de Faltas Internas

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico

Fenômenos Envolvidos Fenômenos Envolvidos –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

EnergizaEnergizaççãoão

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7 Fase A Fase C Fase B

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Tempo (s)

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico

Fenômenos Envolvidos Fenômenos Envolvidos –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

Falta interna de espira a terra em ambos os lados do transformaFalta interna de espira a terra em ambos os lados do transformadordor

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

-30

-20

-10

0

10

20

30

40 Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Tempo (s)

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico

Fenômenos Envolvidos Fenômenos Envolvidos –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

EnergizaEnergizaçção com a presenão com a presençça de falta internaa de falta interna

Falta interna entre espiras de ambos os lados do transformadorFalta interna entre espiras de ambos os lados do transformador

Falta externa monofFalta externa monofáásica e trifsica e trifáásicasica

Falta entre o transformador e o TC secundFalta entre o transformador e o TC secundááriorio

RejeiRejeiçção de cargaão de carga

RemoRemoçção de falta externa monofão de falta externa monofáásica e trifsica e trifáásicasica

SobreSobre--excitaexcitaçção do transformadorão do transformador

EnergizaEnergizaçção de bancos de capacitoresão de bancos de capacitores

Regime permanenteRegime permanente

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico

GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

EnergizaEnergizaççãoão Falta InternaFalta Interna

Tensão (kV)Fase A Fase B Fase C

107,0 6 6 6109,0 6 6 10112,7 6 7 6114,0 6 7 10116,0 6 9 12118,0 6 11 15

7 9 117 11 77 11 127 6 97 7 67 7 79 9 139 10 139 6 69 9 129 7 109 11 7

Instante de fechamento das chaves (ms)

% do enrolamento Ângulo deTensão (kV) Carga (MVA) envolvido na incepção (graus)

aplicação da falta112,7 8,0 10,0 43,0

10,0 30,0 65,012,0 50,0 108,0

90,0 173,0216,0238,0260,0281,0324,0

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico

GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

EnergizaEnergizaçção com falta internaão com falta interna Falta entre transformador e TCFalta entre transformador e TC

% do enrolamentoTensão (kV) envolvido na

Fase A Fase B Fase C aplicação da falta107,0 6 6 10 10,0112,7 6 9 12 30,0118,0 7 11 12 50,0

7 7 6 90,09 9 129 11 7

Instante de fechamento das chaves (ms)

Resistência Ângulo dede falta (Ω) incepção (graus)

112,7 8,0 25,0 43,010,0 50,0 65,012,0 100,0 108,0

173,0216,0238,0260,0281,0324,0

Tensão (kV) Carga (MVA)

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico

GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

Falta externaFalta externa RemoRemoçção de falta externaão de falta externaResistência Ângulo dede falta (Ω) incepção (graus)

112,7 8,0 25,0 43,010,0 50,0 65,012,0 100,0 108,0

173,0216,0238,0260,0281,0324,0

Tensão (kV) Carga (MVA) ResistênciaTensão (kV) Carga (MVA) de falta (Ω)

Fase A Fase B Fase C107,0 6 6 10 8,0 25,0112,7 6 9 12 10,0 50,0118,0 7 11 12 12,0 100,0

7 7 69 9 129 11 7

Instante de abertura das chaves (ms)

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico

GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

RejeiRejeiçção de cargaão de carga SobreSobre--excitaexcitaçção do transformadorão do transformador

Tensão (kV) Carga (MVA)Fase A Fase B Fase C

107,0 6 6 10 8,0112,7 6 9 12 10,0118,0 7 11 12 12,0

7 7 69 9 129 11 7

Instante de abertura das chaves (ms) Tensão (kV) Capacitâncias (μF)

Fase A Fase B Fase C107,0 70,0 6 6 10112,7 80,0 7 9 11118,0 90,0 7 11 12

9 10 139 7 10

Instante de fechamento das chaves (ms)

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico

GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

EnergizaEnergizaçção de bancos de ão de bancos de capacitorescapacitores

Regime permanenteRegime permanente

Tensão (kV) Capacitâncias (μF)Fase A Fase B Fase C

107,0 10,0 6 6 10118,0 20,0 7 9 11

40,0 7 11 129 10 139 7 10

Instante de fechamento das chaves (ms) Tensão (kV) Carga (MVA)

107,0 8,0112,7 10,0118,0 12,0

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Algoritmos da ProteAlgoritmos da Proteçção Diferencialão Diferencial

Arquitetura do RelArquitetura do RelééDiferencial DigitalDiferencial Digital

Corrente e Tensão Primárias Módulos de Interface

(Transformadores + Filtros Passa-Baixa)

Sample and Hold+

Multiplexador

ConversoresAnalógico / Digital

Relé (Microprocessador)

TC

TP

Disjuntor

Transformador

TC

TP

Disjuntor

Corrente e Tensão

Secundárias

LT

Sinal para os Disjuntores

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Algoritmos da ProteAlgoritmos da Proteçção Diferencialão Diferencial

Algoritmo Convencional Algoritmo Convencional do Reldo Reléé Diferencial DigitalDiferencial Digital

VERIFICAÇÃO DE CORRENTE DIFERENCIAL

ENVIA SINAL DE TRIP AO

DISJUNTOR

VERIFICAÇÃO DE INRUSH

POR FOURIER

ACRESCENTA E VERIFICA O CONTADOR

DE FALTAS

INÍCIO

ENTRADA DE DADOS

DETERMINAÇÃO DAS CORRENTES PASSANTES E DIFERENCIAIS

SIM

NÃO

SIM

NÃO

NÃO

SIM

VerificaVerificaçção de restrião de restriçção de 2ão de 2ªªharmônica:harmônica:

⇒⇒Se ISe I22>C>C22.I.I1 1 →→ InrushInrush

⇒⇒CC22 = m= mááximo conteximo conteúúdo de 2do de 2ªªharmônica relativo harmônica relativo àà fundamentalfundamental

CC22 ≥≥ 16%16%

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Algoritmos da ProteAlgoritmos da Proteçção Diferencialão Diferencial

Algoritmo Proposto do Algoritmo Proposto do RelReléé Diferencial Digital Diferencial Digital

com o auxcom o auxíílio das Redes lio das Redes Neurais Artificiais no Neurais Artificiais no reconhecimento de reconhecimento de

padrõespadrõesVERIFICAÇÃO DE CORRENTE DIFERENCIAL

ENVIA SINAL DE TRIP AO

DISJUNTOR

VERIFICAÇÃO DE INRUSH PELA RNA

ACRESCENTA E VERIFICA O CONTADOR

DE FALTAS

INÍCIO

ENTRADA DE DADOS

DETERMINAÇÃO DAS CORRENTES PASSANTES E DIFERENCIAIS

SIM

NÃO

SIM

NÃO

NÃO

SIM

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Algoritmos da ProteAlgoritmos da Proteçção Diferencialão Diferencial

Algoritmo Proposto do Algoritmo Proposto do RelReléé Diferencial Digital Diferencial Digital

com o mcom o móódulo adicional dulo adicional de reconstrude reconstruçção de sinais ão de sinais

saturadossaturados

INÍCIO

ENTRADA DE DADOS

DETERMINA AS CORRENTES PASSANTES E DIFERENCIAIS

RECONSTRUÇÃO POR RNA DAS CORRENTES DIFERENCIAIS

DISTORCIDAS

VERIFICAÇÃO DE CORRENTE DIFERENCIAL

ENVIA SINAL DE TRIP AO

DISJUNTOR

VERIFICAÇÃO DE TRIP

PELA RNA

ACRESCENTA E VERIFICA O CONTADOR

DE FALTAS

SIM

NÃO

SIM

NÃO

NÃO

SIM

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

SaSaíídas das ≤≤ 0,5 0,5 →→ situasituaçções de bloqueio ões de bloqueio SaSaíídas das >> 0,5 0,5 →→ situasituaçções de acionamentoões de acionamento

FormaFormaçção do conjunto de padrões:ão do conjunto de padrões:

⇒⇒ SituaSituaçções que causam correntes diferenciais (50% saturaões que causam correntes diferenciais (50% saturaçção)ão)⇒⇒ 7668 padrões = 2556 casos7668 padrões = 2556 casos⇒⇒ 4 amostras consecutivas de cada fase4 amostras consecutivas de cada fase⇒⇒ Janelas de dados mJanelas de dados móóveis com 3 movimentosveis com 3 movimentos⇒⇒ Frequência amostral de 1kHz (16 amostras/ciclo)Frequência amostral de 1kHz (16 amostras/ciclo)⇒⇒ NormalizaNormalizaçção dos valoresão dos valores

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Redes MLPRedes MLP

Conjunto de Treinamento = 2556 Conjunto de Treinamento = 2556 padrõespadrões

Conjunto de ValidaConjunto de Validaçção = 2556 padrõesão = 2556 padrõesConjunto de Testes = 2556 padrõesConjunto de Testes = 2556 padrões

Arquitetura 12+8+5+1Arquitetura 12+8+5+1

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

ERRO MSE

CICLOS

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Redes MLPRedes MLP

Arquitetura 12+8+5+1Arquitetura 12+8+5+1

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Redes MLPRedes MLP

Conjunto de Testes:Conjunto de Testes:Resposta 0 (zero) = 1548 padrões (516 casos)Resposta 0 (zero) = 1548 padrões (516 casos)Resposta 1 (um) = 1008 padrões (336 casos)Resposta 1 (um) = 1008 padrões (336 casos)

Precisão: 99,18% (2535 acertos e 21 erros em 2556 vetores)Precisão: 99,18% (2535 acertos e 21 erros em 2556 vetores)

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Redes RBFRedes RBF

Conjunto de Testes idêntico ao das redes MLP:Conjunto de Testes idêntico ao das redes MLP:Resposta 0 (zero) = 1548 padrões (516 casos)Resposta 0 (zero) = 1548 padrões (516 casos)Resposta 1 (um) = 1008 padrões (336 casos)Resposta 1 (um) = 1008 padrões (336 casos)

Precisão: 97,57% (2494 acertos e 62 erros em 2556 vetores)Precisão: 97,57% (2494 acertos e 62 erros em 2556 vetores)

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

ComparaComparaçção entre as Redes RBF e MLPão entre as Redes RBF e MLP

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

Padrões de Treinamento Respostas Corretas % Respostas Corretas Arquitetura300 2315 90,57 12+20+1

1000 2351 91,98 12+23+12000 2440 95,46 12+28+15112 2494 97,57 12+35+1

Padrões de Treinamento Respostas Corretas % Respostas Corretas Arquitetura300 1942 75,98 12+12+7+1

1000 2223 86,97 12+12+5+12000 2402 93,98 12+10+4+15112 2535 99,18 12+8+5+1

Redes RBF - 2556 Padrões de Testes

Redes MLP - 2556 Padrões de Testes

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs

Banco de Dados:Banco de Dados:

EnergizaEnergizaçção (216 casos)ão (216 casos)Faltas internas espiraFaltas internas espira--terra e entre espiras em ambos os lados do transformador terra e entre espiras em ambos os lados do transformador (864 casos)(864 casos)Faltas externas monofFaltas externas monofáásicas e trifsicas e trifáásicas (324 casos)sicas (324 casos)Faltas entre o transformador e TC secundFaltas entre o transformador e TC secundáário (162 casos)rio (162 casos)EnergizaEnergizaçção com a presenão com a presençça de falta interna (144 casos)a de falta interna (144 casos)RejeiRejeiçção de carga (108 casos)ão de carga (108 casos)RemoRemoçção de faltas externas monofão de faltas externas monofáásicas e trifsicas e trifáásicas (648 casos)sicas (648 casos)SobreSobre--excitaexcitaçção do transformador (90 casos)ão do transformador (90 casos)EnergizaEnergizaçção de bancos de capacitores (30 casos)ão de bancos de capacitores (30 casos)Regime permanente (9 casos)Regime permanente (9 casos)

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs

Banco de Dados:Banco de Dados:

SaturaSaturaçção em 50% dos casosão em 50% dos casosTotal de 2595 casos (7785 vetores)Total de 2595 casos (7785 vetores)Janela de dados mJanela de dados móóveis de 3 movimentosveis de 3 movimentosTreinamento e validaTreinamento e validaçção = 5190 vetores (2/3 do total)ão = 5190 vetores (2/3 do total)Testes = 2595 vetores (1/3 do total)Testes = 2595 vetores (1/3 do total)Vetores de entrada e saVetores de entrada e saíída = 8 amostras iniciais dos sinaisda = 8 amostras iniciais dos sinais

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs

Rede Neural Recorrente de Rede Neural Recorrente de ElmanElman

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

C1

C2

C3

Cq

X1

X2

X3

Xn

Y1

Y2

Ym

Camada Oculta Camada de Saída

Unidades de Contexto

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs

Melhor RNA obtida: Melhor RNA obtida: ElmanElman 24+20+24 mais 24 recorrentes24+20+24 mais 24 recorrentes

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

ERRO MSE

CICLOS

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs

Testes Realizados Testes Realizados –– EnergizaEnergizaççãoão

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Amostra

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Amostra0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Amostra

DistorcidoDistorcido DesejadoDesejado ReconstruReconstruíídodo

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs

Testes Realizados Testes Realizados –– Falta Interna EspiraFalta Interna Espira--TerraTerra

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Amostra

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Amostra0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Amostra

DistorcidoDistorcido DesejadoDesejado ReconstruReconstruíídodo

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs

Testes Realizados Testes Realizados –– Falta Interna EspiraFalta Interna Espira--EspiraEspira

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-0,10

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Amostra

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

DistorcidoDistorcido DesejadoDesejado ReconstruReconstruíídodo

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-0,010

-0,005

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Amostra0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-0,10

-0,08

-0,06

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Amostra

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs

Testes Realizados Testes Realizados –– EnergizaEnergizaççãoão

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0,8

-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A

)

Amostra

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

DistorcidoDistorcido DesejadoDesejado ReconstruReconstruíídodo

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-0,014

-0,012

-0,010

-0,008

-0,006

-0,004

-0,002

0,000

0,002

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Amostra0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-0,8

-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

Fase A Fase B Fase C

Cor

rent

e D

ifere

ncia

l (A)

Amostra

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs

Testes efetuados com os sinais reconstruTestes efetuados com os sinais reconstruíídos nas melhores dos nas melhores RNAsRNAsobtidas anteriormenteobtidas anteriormente2595 vetores de testes2595 vetores de testes

AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados

RBF RBF –– 98,27% acertos98,27% acertos MLP MLP –– 100,00% acertos100,00% acertos

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Transformadores de 25 MVA e 6,25 MVATransformadores de 25 MVA e 6,25 MVA

Algoritmo de ProteAlgoritmo de Proteçção Diferencial de Transformadores com a ão Diferencial de Transformadores com a UtilizaUtilizaçção de ão de RNAsRNAs Operando com Dados SaturadosOperando com Dados Saturados

Algoritmo de ProteAlgoritmo de Proteçção Diferencial de Transformadores com a Inclusão ão Diferencial de Transformadores com a Inclusão do Mdo Móódulo Adicional de Reconstrudulo Adicional de Reconstruçção de Sinaisão de Sinais

Algoritmo Convencional Completo de ProteAlgoritmo Convencional Completo de Proteçção Diferencial Percentual ão Diferencial Percentual de Transformadores de Potência Utilizando a Transformada de Fourde Transformadores de Potência Utilizando a Transformada de Fourierier

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

Banco de Dados para cada Transformador:Banco de Dados para cada Transformador:

EnergizaEnergizaçção (108 casos)ão (108 casos)

Faltas internas espiraFaltas internas espira--terra e entre espiras em ambos os lados do transformador terra e entre espiras em ambos os lados do transformador (432 casos)(432 casos)

Faltas externas monofFaltas externas monofáásicas e trifsicas e trifáásicas (162 casos)sicas (162 casos)

Faltas entre o transformador e TC secundFaltas entre o transformador e TC secundáário (81 casos)rio (81 casos)

EnergizaEnergizaçção com a presenão com a presençça de falta interna (72 casos)a de falta interna (72 casos)

RejeiRejeiçção de carga (54 casos)ão de carga (54 casos)

RemoRemoçção de faltas externas monofão de faltas externas monofáásicas e trifsicas e trifáásicas (324 casos)sicas (324 casos)

SobreSobre--excitaexcitaçção do transformador (45 casos)ão do transformador (45 casos)

EnergizaEnergizaçção de bancos de capacitores (30 casos)ão de bancos de capacitores (30 casos)

Regime permanente (9 casos)Regime permanente (9 casos)

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

⇒⇒ Conjunto Total Simulado: 2595 casos (7785 vetores)Conjunto Total Simulado: 2595 casos (7785 vetores)

⇒⇒ Conjunto de Testes: 2595 vetores (1/3 do total)Conjunto de Testes: 2595 vetores (1/3 do total)

⇒⇒ Fenômeno de SaturaFenômeno de Saturaçção em 50% dos Dadosão em 50% dos Dados

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Desempenho do Algoritmo Utilizando Reconhecimento de Padrões Desempenho do Algoritmo Utilizando Reconhecimento de Padrões contendo Dados Saturadoscontendo Dados Saturados

Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

NÚMERODE PADRÕES

Energização 216 208 8Faltas Internas 864 855 9Faltas Externas 324 321 3

Faltas entre Transformador e TC 162 160 2Energização com Falta Interna 144 143 1

Sobre-excitação 90 89 1Energização de Bancos de Capacitores 30 30 0

Rejeição de Cargas 108 105 3Remoção de Faltas Externas 648 640 8

Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 2560 35

TOTAL (%) 100,00 98,65 1,35

CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS

ALGORITMO 1 - TRANSFORMADOR DE 25 MVA

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Desempenho do Algoritmo Utilizando Reconhecimento de Padrões Desempenho do Algoritmo Utilizando Reconhecimento de Padrões contendo Dados Saturadoscontendo Dados Saturados

Transformador de 6,25 MVATransformador de 6,25 MVA

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

NÚMERODE PADRÕES

Energização 216 206 10Faltas Internas 864 850 14Faltas Externas 324 318 6

Faltas entre Transformador e TC 162 158 4Energização com Falta Interna 144 141 3

Sobre-excitação 90 88 2Energização de Bancos de Capacitores 30 29 1

Rejeição de Cargas 108 103 5Remoção de Faltas Externas 648 636 12

Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 2538 57

TOTAL (%) 100,00 97,80 2,20

CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS

ALGORITMO 1 - TRANSFORMADOR DE 6,25 MVA

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Desempenho do Algoritmo envolvendo a ReconstruDesempenho do Algoritmo envolvendo a Reconstruçção de Sinaisão de Sinais

Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

NÚMERODE PADRÕES

Energização 216 216 0Faltas Internas 864 863 1Faltas Externas 324 324 0

Faltas entre Transformador e TC 162 162 0Energização com Falta Interna 144 143 1

Sobre-excitação 90 90 0Energização de Bancos de Capacitores 30 30 0

Rejeição de Cargas 108 108 0Remoção de Faltas Externas 648 648 0

Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 2593 2

TOTAL (%) 100,00 99,92 0,08

CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS

ALGORITMO 2 - TRANSFORMADOR DE 25 MVA

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Desempenho do Algoritmo envolvendo a ReconstruDesempenho do Algoritmo envolvendo a Reconstruçção de Sinaisão de Sinais

Transformador de 6,25 MVATransformador de 6,25 MVA

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

NÚMERODE PADRÕES

Energização 216 213 3Faltas Internas 864 859 5Faltas Externas 324 322 2

Faltas entre Transformador e TC 162 161 1Energização com Falta Interna 144 143 1

Sobre-excitação 90 90 0Energização de Bancos de Capacitores 30 30 0

Rejeição de Cargas 108 106 2Remoção de Faltas Externas 648 644 4

Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 2577 18

TOTAL (%) 100,00 99,31 0,69

CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS

ALGORITMO 2 - TRANSFORMADOR DE 6,25 MVA

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Desempenho do Algoritmo Convencional Desempenho do Algoritmo Convencional –– DFTDFT

Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

NÚMERODE PADRÕES

Energização 216 137 79Faltas Internas 864 693 171Faltas Externas 324 228 96

Faltas entre Transformador e TC 162 105 57Energização com Falta Interna 144 93 51

Sobre-excitação 90 65 25Energização de Bancos de Capacitores 30 23 7

Rejeição de Cargas 108 72 36Remoção de Faltas Externas 648 489 159

Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 1914 681

TOTAL (%) 100,00 73,76 26,24

ALGORITMO CONVENCIONAL - TRANSFORMADOR DE 25 MVA

CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS

CURVA CARACTERÍSTICA COM INCLINAÇÃO DE 25%CONTEÚDO PARA RESTRIÇÃO DE 2º HARMÔNICO I2 / I1 = 20%

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

Desempenho do Algoritmo Convencional Desempenho do Algoritmo Convencional –– DFTDFT

Transformador de 6,25 MVATransformador de 6,25 MVA

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

NÚMERODE PADRÕES

Energização 216 132 84Faltas Internas 864 672 192Faltas Externas 324 222 102

Faltas entre Transformador e TC 162 102 60Energização com Falta Interna 144 91 53

Sobre-excitação 90 65 25Energização de Bancos de Capacitores 30 22 8

Rejeição de Cargas 108 70 38Remoção de Faltas Externas 648 473 175

Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 1858 737

TOTAL (%) 100,00 71,60 28,40

ALGORITMO CONVENCIONAL - TRANSFORMADOR DE 6,25 MVA

CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS

CURVA CARACTERÍSTICA COM INCLINAÇÃO DE 25%CONTEÚDO PARA RESTRIÇÃO DE 2º HARMÔNICO I2 / I1 = 20%

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

ComparaComparaçção Final entre as Abordagensão Final entre as Abordagens

11 –– Algoritmo Convencional de ProteAlgoritmo Convencional de Proteçção Diferencial do Transformador ão Diferencial do Transformador Utilizando Filtragem Harmônica de FourierUtilizando Filtragem Harmônica de Fourier

22 –– Algoritmo com a UtilizaAlgoritmo com a Utilizaçção Direta das Melhores ão Direta das Melhores RNAsRNAs tipo MLP tipo MLP Treinadas com a Inclusão de Dados SaturadosTreinadas com a Inclusão de Dados Saturados

33 –– Algoritmo Envolvendo a ReconstruAlgoritmo Envolvendo a Reconstruçção de Sinais Saturados Aliado ao ão de Sinais Saturados Aliado ao Reconhecimento de PadrõesReconhecimento de Padrões

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

ComparaComparaçção Final entre as Abordagensão Final entre as Abordagens

-- NNíível de Precisão e Tempo de Resposta vel de Precisão e Tempo de Resposta --

Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

Amostras por Ciclo Tempo deUilizadas Resposta (ms)

1 73,76 16 16,672 98,65 4 4,173 99,92 8 8,33

VELOCIDADEALGORITMO PRECISÃO (%)

TRANSFORMADOR DE 25 MVA

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

ComparaComparaçção Final entre as Abordagensão Final entre as Abordagens

-- NNíível de Precisão e Tempo de Resposta vel de Precisão e Tempo de Resposta --

Transformador de 6,25 MVATransformador de 6,25 MVA

Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas

Amostras por Ciclo Tempo deUilizadas Resposta (ms)

1 71,60 16 16,672 97,80 4 4,173 99,31 8 8,33

VELOCIDADEALGORITMO PRECISÃO (%)

TRANSFORMADOR DE 6,25 MVA

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

ConclusõesConclusões

⇒⇒ Eventuais falhas do algoritmo tradicionalEventuais falhas do algoritmo tradicionalInabilidade em distinguir situaInabilidade em distinguir situaçções de ões de inrush e inrush e faltafalta

Erros ocorridos durante condiErros ocorridos durante condiçções de saturaões de saturaçção dos TCsão dos TCs

⇒⇒ Abordagem convencional Abordagem convencional →→ restrirestriçção harmônicaão harmônica⇒⇒ RNAsRNAs

DistinDistinçção entre formas de ondaão entre formas de onda

CorreCorreçção de sinais distorcidosão de sinais distorcidos

⇒⇒ Inclusão no algoritmo tradicionalInclusão no algoritmo tradicional⇒⇒ Resultados:Resultados:

Velocidade e PrecisãoVelocidade e Precisão

Simplicidade de implementaSimplicidade de implementaçção e flexibilidadeão e flexibilidade

Confiabilidade e EficiênciaConfiabilidade e Eficiência

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

PrPróóximas Etapasximas Etapas

⇒⇒ Testes dos Algoritmos com Dados ReaisTestes dos Algoritmos com Dados Reais

⇒⇒ ElaboraElaboraçção de um Protão de um Protóótipo do Reltipo do Reléé Diferencial Digital de Diferencial Digital de Transformadores de Potência com Ferramentas InteligentesTransformadores de Potência com Ferramentas Inteligentes

RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP

AgradecimentosAgradecimentos

•• Prof. Prof. TitTit. Denis Vinicius . Denis Vinicius CouryCoury

•• Escola de Engenharia de São Carlos Escola de Engenharia de São Carlos –– EESC EESC –– USPUSP

Departamento de Engenharia ElDepartamento de Engenharia Eléétricatrica

•• FAPESP FAPESP –– FundaFundaçção de Amparo ão de Amparo àà Pesquisa do Estado de São PauloPesquisa do Estado de São Paulo

RelReléé Diferencial para Diferencial para Transformadores de Potência Transformadores de Potência

Utilizando Ferramentas Utilizando Ferramentas InteligentesInteligentes

Ênio Carlos SegattoÊnio Carlos SegattoProf. Tit. Denis Vinicius CouryProf. Tit. Denis Vinicius Coury

Escola de Engenharia de São Carlos Escola de Engenharia de São Carlos -- USPUSPLaboratLaboratóório de Sistemas de Energia Elrio de Sistemas de Energia Eléétricatrica

20062006