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SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES, COMERCIAL LTDA. Rod. Campinas/Mogi-Mirim (SP340), Km 118,5 – Pólis de Tecnologia – Prédio 11 – 13086-902 – Campinas/SP Tel.: (19) 3515.2010 / Fax. (19) 3515.2011 - www.selinc.com.br [email protected] Pág. - 1/22 Guia prático para configuração, coleta e utilização de oscilografias em relés digitais Rafael Cardoso 1. OBJETIVO: Este guia de aplicação tem o objetivo de apresentar uma importante ferramenta disponível nos relés digitais, a oscilografia. Neste guia de aplicação, serão tratados os conceitos de oscilografias filtradas e não-filtradas, duração dos registros, resolução, disparo de gravação manual e automático, coleta e armazenamento, formato do arquivo e análise da ocorrência. 2. INTRODUÇÃO: Oscilografia é um registro das grandezas elétricas analógicas e digitais do sistema de potência, armazenados de forma automática ou manual nos relés digitais de proteção. No registro manual, o processo de gravação inicia por demanda do usuário e normalmente serve para analisar condições operativas do sistema elétrico no instante de interesse do usuário. As gravações automáticas ocorrem por programações efetuadas pelo usuário do relé digital. O processo inicia através de mudanças de valores analógicos ou estados digitais em consequência de disparos de proteção ou variações de grandezas elétricas. Durante as perturbações no Sistema Elétrico, os relés digitais gravam os registros das variações ocorridas em memórias internas não voláteis. Os registros armazenados em arquivos possibilitam analisar a operação do relé, identificar o tipo de defeito, as fases que foram envolvidas, definir os tempos da ocorrência de mudanças de estado ou valores analógicos, localizar o ponto de ocorrência da falta, analisar a coordenação da proteção, entre outros aspectos específicos de cada caso. 3. CONCEITOS: 3.1. QUANDO AS OCILOGRAFIAS SÃO GERADAS? As oscilografias são armazenadas pelo relé nas seguintes situações: - Disparo da proteção (trip); - Partida de registro programado; - Partida de registro manual.

Analise de Oscilografias Em Reles Digitais[1]

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    Guia prtico para configurao, coleta e utilizao de oscilografias em rels digitais

    Rafael Cardoso

    1. OBJETIVO:

    Este guia de aplicao tem o objetivo de apresentar uma importante ferramenta disponvel nos rels digitais, a oscilografia. Neste guia de aplicao, sero tratados os conceitos de oscilografias filtradas e no-filtradas, durao dos registros, resoluo, disparo de gravao manual e automtico, coleta e armazenamento, formato do arquivo e anlise da ocorrncia.

    2. INTRODUO:

    Oscilografia um registro das grandezas eltricas analgicas e digitais do

    sistema de potncia, armazenados de forma automtica ou manual nos rels digitais de proteo.

    No registro manual, o processo de gravao inicia por demanda do usurio e

    normalmente serve para analisar condies operativas do sistema eltrico no instante de interesse do usurio.

    As gravaes automticas ocorrem por programaes efetuadas pelo usurio do

    rel digital. O processo inicia atravs de mudanas de valores analgicos ou estados digitais em consequncia de disparos de proteo ou variaes de grandezas eltricas.

    Durante as perturbaes no Sistema Eltrico, os rels digitais gravam os registros

    das variaes ocorridas em memrias internas no volteis. Os registros armazenados em arquivos possibilitam analisar a operao do rel, identificar o tipo de defeito, as fases que foram envolvidas, definir os tempos da ocorrncia de mudanas de estado ou valores analgicos, localizar o ponto de ocorrncia da falta, analisar a coordenao da proteo, entre outros aspectos especficos de cada caso.

    3. CONCEITOS:

    3.1. QUANDO AS OCILOGRAFIAS SO GERADAS?

    As oscilografias so armazenadas pelo rel nas seguintes situaes:

    - Disparo da proteo (trip); - Partida de registro programado; - Partida de registro manual.

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    Disparo da proteo se refere atuao do rel ou trip. Neste caso, a oscilografia armazenada automaticamente sempre que for sensibilizada uma das funes de proteo, que esteja previamente programada para realizar a partida do registro oscilogrfico. Este tipo de disparo est vinculado lgica de trip e as funes ali parametrizadas sero responsveis por disparar a gravao do arquivo. A figura 01 mostra a equao lgica de trip como exemplo para o rel SEL-751A.

    Figura 01 Equao lgica de trip

    Partida de registro programado um parmetro ajustvel que permite ao usurio escolher condies diversas para iniciar o armazenamento do registro de uma oscilografia. Pode-se programar a partida de uma funo de sobrecorrente (pickup), o alarme de uma funo de desbalano, o alarme por temperatura elevada, a energizao de um transformador entre outros eventos.

    Vemos na figura 02 a equao lgica de disparo programado do SEL-751A.

    Observa-se a configurao de variveis de partida de proteo, como por exemplo, 51P1P (partida de sobrecorrente temporizada de fase).

    O operador R_TRIG, inserido frente de cada varivel, o detector de

    transio de estado lgico 0 (no-atuado) para 1 (atuado). Com esta configurao ser gerado apenas um pulso na equao de disparo.

    Figura 02 Equao lgica de disparo programado (ER)

    Partida de registro manual um comando executado pelo operador que far o

    rel armazenar a oscilografia das condies atuais do sistema. Esse disparo realizado, por exemplo, quando se deseja observar a diferena angular dos fasores

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    de corrente e tenso, analisar inverses na conexo dos transformadores de corrente e investigar componentes harmnicas. Existem diferentes maneiras de fazer o disparo manual, sendo elas:

    a) Partida manual atravs da interface homem-mquina do AcSELerator QuickSet

    Figura 03 Acesso interface homem-mquina HMI

    Figura 04 Boto Trigger

    b) Partida manual atravs do menu de eventos do AcSELerator QuickSet

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    Figura 05 Acesso ao menu de eventos

    Figura 06 Boto Trigger New Events

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    c) Partida manual atravs do terminal de comunicao

    Figura 07 Acesso ao terminal de comunicao

    Figura 08 Comando Trigger no terminal

    3.2. DURAO

    A durao da oscilografia corresponde ao tamanho do registro, em uma janela de tempo, armazenado no arquivo pelo rel. O tamanho medido em nmero de ciclos da onda que sero gravados em cada evento. um parmetro ajustvel, com diferenas conforme o modelo do rel e poder ser de 15 ciclos at 720 ciclos (12 segundos). Uma parcela desse tempo reservada para o tempo de registro de pr-falta que tambm configurvel.

    A capacidade de armazenamento total, ou seja, a memria para gravar as

    oscilografias fixa para cada equipamento. Quanto maior for o ajuste da durao, menor ser o nmero de eventos gravados. Quando a capacidade mxima for atingida o rel ir apagar o evento mais antigo para gravar o evento mais novo.

    Vamos observar as opes de dois modelos:

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    SEL-751A Neste rel possvel selecionar 15 ou 64 ciclos. Na configurao com 15 ciclos

    ele ter capacidade de armazenar os ltimos 23 eventos. Se configurado com 64 ciclos, ficaro armazenadas as ltimas 7 oscilografias.

    Na figura 09 vemos o parmetro LER aonde se ajusta a durao total da

    oscilografia e o parmetro PRE para configurao da durao da pr-falta.

    Figura 09 Ajuste da durao do evento no SEL-751A

    SEL-451-5 Este rel possui maior capacidade de armazenamento de arquivos e permite a

    escolha entre 0,25 at 12 segundos. Sua memria pode armazenar at 24 segundos de dados.

    Figura 10 Ajuste da durao do evento no SEL-451-5

    3.3. RESOLUO

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    A resoluo da oscilografia corresponde ao nmero de amostras por ciclo. Este

    parmetro pode ser fixo ou ajustvel em alguns rels. SEL-751A A resoluo de 4 amostras/ciclo ou de 16 amostras/ciclo. A escolha feita ao

    capturar a oscilografia da memria do rel, isto , no um parmetro da ordem ajustes.

    SEL-451-5 Neste modelo a resoluo um parmetro que deve ser ajustado pelo usurio.

    Existem quatro opes: 1, 2, 4 ou 8 kHz. Esse ltimo corresponde a uma resoluo de 8000 amostras/segundo.

    Figura 11 Ajuste da resoluo no SEL-451-5

    Ao relacionar os parmetros resoluo e durao chegamos figura 12 que

    apresenta o nmero mximo de oscilografias gravadas na memria do rel SEL-451-5.

    Figura 12 Durao x Resoluo

    3.4. FILTRADA OU NO-FILTRADA?

    Durao[segundos] 8kHz 4kHz 2kHz 1kHz

    0.25 128 170 203 2390.5 71 98 123 1491 37 54 68 843 13 19 24 316 9 12 1612 6 824 4

    Nmeromximodeeventosemmemria

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    As formas de onda brutas de corrente e tenso em um sistema eltrico podem ser representadas pela composio de diversas ondas. s grandezas na frequncia fundamental do sistema (60Hz no Brasil) so somados os diversos componentes harmnicos, DC e rudos de alta frequncia. Durante uma ocorrncia no sistema, as contribuies de cada componente se alteram resultando na forma de onda final medida pelo rel digital.

    Para a atuao de funes de proteo que so sensibilizadas pelas variaes

    da componente fundamental, o rel digital precisa tratar o sinal medido. Ele deve extrair apenas a parcela de interesse e para isso so usados os filtros.

    Os filtros so responsveis por preparar os sinais amostrado, provenientes dos

    transformadores de instrumento, e entreg-los ao processador para uso nos algoritmos da proteo.

    Aps as correntes e tenses terem sido reduzidas para nveis aceitveis pelos

    transformadores de instrumento, os sinais so filtrados atravs de um filtro analgico passa-baixas que rejeita harmnicos maiores. Em seguida, os sinais so digitalizados e re-filtrados atravs de um filtro digital. Grandezas de operao numricas so ento calculadas a partir das formas de onda processadas.

    Figura 13 Processamento do sinal

    O usurio ao fazer a coleta dos eventos, tem a oportunidade de escolher entre a

    oscilografia filtrada (usada no algoritmo de proteo) e a no-filtrada (sinal bruto). interessante que ele faa sempre a captura dos dois tipos.

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    Figura 14 Sinal bruto x Sinal filtrado

    Com a oscilografia filtrada ser possvel analisar a operao do rel e com a no-

    filtrada visualizar harmnicos do sistema de potncia, saturao de TC e offset DC. O processo de captura dos eventos ser apresentado no decorrer deste guia.

    3.5. FORMATO

    Os dados das ocilografias esto no formato comprimido com extenso CEV ou no formato COMTRADE com as extenses DAT, HDR e CFG.

    Ambos os formatos podem ser visualizados no computador atravs dos softwares

    AcSELerator QuickSet ou AcSELerator Analytic Assistant. O formato COMTRADE poder ser til se o usurio desejar reproduzir novamente

    as formas de onda no rel de proteo. Isto possvel com a utilizao de modernas caixas de injeo de corrente e tenso disponveis no mercado, as quais reconhecem os sinais da oscilografia COMTRADE e reproduzem os mesmos sinais analgicos em seus terminais.

    3.6. CONTEDO Os dados incorporados em uma oscilografia so: 9 Grandezas analgicas de corrente e tenso; 9 Estados digitais dos elementos de proteo e controle e entradas/sadas

    digitais; 9 Sumrio do evento (data, hora, tipo de falta, correntes de falta e

    localizao da falta); 9 Parmetros de ajuste do rel.

    4. SOFTWARE DE COLETA E ANLISE:

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    Utilizaremos neste guia o software AcSELerator QuickSet (SEL-5030) cujo

    download pode ser feito diretamente no website da SEL (www.selinc.com.br). Este software permite a configurao, leitura e envio de ajustes, atualizao de firmware, monitoramento do rel pela interface homem-mquina, alm de possibilitar a coleta e anlise de oscilografias. Para essa ltima funo ele incorpora uma verso demonstrao do software Analytic Assistant (SEL-5601).

    Trataremos inicialmente das instrues para comunicao entre computador e

    rel, em seguida do processo de captura da oscilografia e finalmente da anlise. O tpico de comunicao ser subdivido para discutirmos separadamente as opo de comunicao serial e ethernet.

    4.1. COMUNICAO Os parmetros de comunicao so configurados no menu: Communications Parameters.

    Figura 15 Acesso aos parmetros de comunicao

    4.1.1 COMUNICAO SERIAL

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    Figura 16 Parmetros da comunicao serial

    Passo 1: Selecionar a interface de comunicao Serial. Passo 2: Selecionar a porta de comunicao. Para computadores com porta

    serial normalmente esta aparecer como COM1. Os computadores que no dispem desta porta precisaro de um cabo conversor de USB para Serial, e nesse caso a porta poder aparecer com outros nmeros, exemplo: COM3.

    Passo 3: Selecionar as configuraes da porta do computador. Nesse passo necessrio ajustar a porta do computador exatamente como foi ajustada a porta do rel. Para facilitar selecione a opo Auto Detect.

    Passo 4: Preencher os campos de senha. Na fbrica o rel ajustado com as seguintes senhas:

    Senha padro de visualizao: OTTER Senha padro de parametrizao: TAIL As senhas padres da SEL podem ser alteradas pelo usurio.

    4.1.2 COMUNICAO ETHERNET

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    Figura 17 Parmetros da comunicao ethernet

    Passo 1: Selecionar a interface de comunicao Network. Passo 2: Digitar o endereo IP e a porta Telnet do rel. Passo 3: Selecionar o tipo de transmisso de arquivos FTP e preencher os

    dados de acesso. No campo User ID informar o nome do usurio FTP que foi parametrizado no rel. Usualmente em rels da srie 700 utiliza-se o nome FTPUSER e na srie 400 o nome 2AC. Em ambos os casos a senha padro configurada na fbrica TAIL.

    Passo 4: Este item s dever ser preenchido em caso de conexo Telnet. Na fbrica as senhas configuradas so:

    Senha padro de visualizao: OTTER Senha padro de parametrizao: TAIL As senhas padres da SEL podem ser alteradas pelo usurio.

    4.2. COLETA A coleta das oscilografias feita no menu: Tools Events Get Event Files

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    Figura 18 Acesso janela de captura de eventos

    Ser apresentada a janela com o histrico dos eventos conforme demonstrado

    abaixo:

    Figura 19 Janela de eventos

    Passo 1: Selecionar o evento de interesse. Passo 2: Escolher o tipo de arquivo para coleta.

    IMPORTANTE: As oscilografias no filtradas aparecero como RAW ou COMTRADE. As demais opes sero oscilografias filtradas.

    Passo 3: Clicar no boto Get Selected Events Aps esta etapa ser solicitado pelo software que o usurio determine uma pasta

    para salvar o arquivo no computador e um nome para o mesmo.

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    Figura 20 Salvar o evento

    4.3. ANLISE A anlise das oscilografias feita no menu: Tools Events View Event Files

    Figura 21 Acesso anlise de eventos

    Aps clicar neste item, devemos indicar o arquivo que desejamos analisar.

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    Figura 22 Abrir o evento

    Tendo selecionado o arquivo, clicamos em Abrir e veremos a janela principal.

    Figura 23 Janela principal do evento

    1. Tipo da falta 2. Sinalizao das funes de proteo 3. Correntes de falta 4. Localizao da falta 5. Nmero de disparos do religamento 6. Frequncia 7. Data e hora

    Os recursos disponveis so: 4.3.1 CONFIGURAES Os parmetros do software devem ser configurados no menu: Options.

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    Figura 24 Boto de opes

    Figura 25 Opes do usurio

    1. Converte a oscilografia do formato CEV em COMTRADE. Obs: o arquivo COMTRADE ficar salvo na mesma pasta aonde foi salvo o arquivo CEV.

    2. Rotao de fases 4.3.2 GRFICO Veremos as formas de onda dos sinais analgicos e digitais atravs do menu: View Graph .

    Figura 26 Acesso ao grfico

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    Figura 27 Grfico com as formas de onda

    Com o boto Pref ajustaremos a forma de visualizao.

    Figura 28 Parmetros do grfico

    1. Grandezas analgicas 2. Variveis digitais 3. Exibir apenas variveis ativas 4. Selecionar analgicas (clique, segure e arreste usando o boto direito) 5. Selecionar digitais (clique, segure e arreste usando o boto direito) 6. Ajustar o nmero de ciclos que ser exibido

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    Figura 29 Grfico com sinais analgicos e digitais

    1. Grandezas analgicas exibidas em valores eficazes 2. Variveis digitais 3. Partida da proteo (pickup) 4. Atuao da proteo (trip) 5. Abertura do disjuntor

    Podemos verificar o tempo de atuao da proteo. Com o cursor do mouse

    devemos marcar o primeiro ponto e apertar a tecla F3. Em seguida, marcamos o segundo ponto e apertamos F4.

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    Figura 30 Atuao da proteo

    Podemos tambm ver o tempo de eliminao da falta, desde a partida do rel at

    a abertura do disjuntor.

    Figura 31 Abertura do disjuntor

    4.3.3 FASORES

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    Esse recurso permite a visualizao do diagrama fasorial das grandezas analgicas.

    Figura 32 Acesso aos fasores

    Figura 33 Diagrama fasorial

    1. Magnitude e ngulo dos fasores 2. Fasor de referncia 3. Seleo do ciclo 4. Fasores das componentes de fase 5. Fasores das componentes simtricas

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    4.3.4 COMPONENTES HARMNICAS A utilizao desse recurso estar disponvel apenas para as oscilografias no-

    filtradas (RAW).

    Figura 34 Acesso s componentes harmnicas

    Figura 35 Anlise de harmnicas

    1. Grandeza analgica selecionada 2. Componentes harmnicas 3. Porcentagem da componente fundamental

    4.3.5 AJUSTES DO REL Os ajustes da proteo tambm fazem parte do arquivo da oscilografia e sero

    teis para o usurio entender o porqu da atuao do rel. Se os ajustes foram alterados desde a data do evento at o momento da captura do arquivo, aparecer a seguinte mensagem informando essa mudana: SETTINGS CHANGED SINCE EVENT.

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    Figura 36 Acesso aos ajustes do rel

    Figura 37 Ajustes do rel

    5. CONCLUSO:

    Os registros de oscilograficas dos rels digitais oferecem aos engenheiros de

    proteo a oportunidade de estudar e compreender as ocorrncias no sistema de potncia, bem como, analisar se a proteo foi ajustada de forma satisfatria.

    O rel exige poucas configuraes relacionadas s oscilografias e dentre elas

    destacamos a durao dos registros, pois esse parmetro influenciar no nmero de arquivos que podero ficar armazenados na memria do equipamento.

    A coleta e anlise dos arquivos podem ser realizadas com software gratuito, de

    fcil utilizao e com todos os recursos necessrios.