Estudos Avançados em Simuladores Digitais de Tempo Real (RTDS)
1 - INTRODUÇÃO
A SEL possui recursos para realizar ensaios de modelo em sistemas de potência em
seu Laboratório de Campinas, utilizando-se de simuladores digitais de tempo real
– RTDS™.
A SEL modela o sistema de potência com dados reais dos equipamentos e através da
simulação em tempo real, verifica o comportamento do sistema antes da entrada em
operação, bem como realiza um estudo de adequacidade, funcionalidade e
aplicabilidade dos ajustes e dos esquemas de proteção propostos e implementados.
Com a simplificação e redução de custos, este tipo de estudos encontra aplicação
em sistemas de transmissão, distribuição, geração e industriais.
1.1 O que é um RTDS?
O Simulador Digital de Tempo Real (Real Time Digital Simulator – RTDS™) é um
completo sistema de simulação digital para a realização de testes em Sistemas
Elétricos de Potência com capacidade de
operação contínua, em tempo real e em malha fechada com equipamentos de proteção
e controle.
1.2 Utilização
O simulador em tempo real – RTDS™ permite que o comportamento dinâmico do
sistema seja determinado e que as correntes e tensões para as diversas condições
sejam aplicadas ao sistema de proteção real para determinar o seu desempenho
através do monitoramento de sua resposta em tempo real.
O RTDS permite a realização de ensaios de modelo onde são simuladas várias
centenas de faltas dos mais variados tipos e localizações para serem injetadas
aos relés em tempo real. O ajuste do relé é exaustivamente testado para todas as
condições reais de falta e situações anormais no sistema. Com este tipo de
ensaio os ajustes calculados podem ser otimizados e/ou corrigidos e também os
esquemas de proteção projetados podem sofrer modificações para atender
plenamente aos requisitos de proteção
Assim sendo, é possível aferir e modificar os ajustes inicialmente propostos, o
que é impossível através dos programas convencionais de curto-circuito.
1.3 Exemplos de utilização
O exemplo mais comum é a simulação de linhas de transmissão onde é realizada uma
análise geral do todos os tipos de faltas nos circuitos tanto para faltas
internas quanto externas.
Exemplos de estudos:
- Ajuste da Função de Perda de Sincronismo (ANSI 78) de Gerador
- Ajuste de sensibilidade do diferencial para faltas internas (entre espiras ou
fase-terra) em transformadores de potência
- Ajuste da restrição de 2ª harmônica de relé diferencial de transformador
- Ajuste da unidade instantânea em relé de sobrecorrente em condições de saturação
de TC´s
- Resposta dos elementos de falta a terra restrita (REF) em transformadores de
alta tensão.
- Resposta do diferencial de sequência negativa para transformadores e linhas de
transmissão.
2. BENEFÍCIOS DA UTILIZAÇÃO DE ESTUDOS AVANÇADOS COM RTDS
- Possibilidades de realizar estudos e simulações de sistemas elétricos em tempo
real, em ambiente seguro, eliminando riscos no sistema elétrico e evitando
interrupções no fornecimento de energia, provocadas, por exemplo, em situações
não previstas nos estudos convencionais;
- Evitar ou minimizar as pesadas multas impostas pela parcela variável – O número
de variáveis que influenciam no desempenho de sistemas de proteção é
extremamente grande e com a parcela variável, torna-se cada vez mais importante
evitar desligamentos indevidos no sistema de transmissão. Algumas razões que
justificam ensaios de modelo estão listadas abaixo:
a) Os estudos de coordenação de esquemas de proteção de linhas de transmissão
utilizando programas de curto-circuito convencionais não garantem que o sistema
de proteção estará funcionando corretamente para todas as condições de operação
do sistema de potência, pois são incapazes de simular as condições dinâmicas do
sistema de potência e as respostas dos sistemas de proteção em tempo real;
b) Em muitos casos, o ajuste ideal dos relés de proteção é encontrado somente
quando os mesmos são colocados em operação e após um disparo indevido ou uma
recusa de disparo ter ocorrido. Após isto a ocorrência é analisada, utilizando
os dados registrados pelos relés, e a modificação dos ajustes originais é
proposta e implementada;
c) Mesmo assim, isto não garante que os novos ajustes serão os ideais para
futuras ocorrências que não puderam ser simuladas pelos programas convencionais
de curto-circuito. Este fato faz com que a linha de transmissão esteja
suscetível a novos disparos incorretos devido aos ajustes não adequados;
d) O simulador em tempo real RTDS permite que o comportamento dinâmico do
sistema seja determinado e que as correntes e tensões para as diversas condições
sejam aplicadas ao sistema de proteção real para determinar o seu desempenho
através do monitoramento de sua resposta em tempo real. Assim sendo, é possível
aferir e modificar os ajustes inicialmente propostos, o que é impossível através
dos programas convencionais de curto-circuito
e) Ensaios de modelo dos sistemas de proteção com periodicidade anual garantem
que o sistema de proteção será ajustado com os parâmetros ideais para a
aplicação que se destina antes da entrada em operação, aferindo- e modificar os
ajustes inicialmente propostos, o que é impossível através dos programas
convencionais de curto-circuito.
3. LISTA DOS PRINCIPAIS DADOS
DE EQUIPAMENTOS PARA MODELAGEM NO RTDS
Os principais dados necessários estão relacionados a seguir. Dependendo do tipo
de estudo, por exemplo, aqueles que não exigem muito detalhamento, alguns dados
não disponíveis poderão ser desprezados quando o modelo assim o permitir ou
poderão ser estimados quando o modelo exigir. Normalmente os relatórios de
ensaios dos equipamentos contem a maioria dos dados necessários.
3.1 Diagrama unifilar
Diagrama unifilar de proteção e controle detalhado, da instalação. Descrição das
alternativas de operação.
3.2 Gerador e motor síncrono (>100 HP)
Número de pólos. Potência nominal (MVA). Tensão nominal (kV). Curva de saturação
à vazio. Resistência da armadura (Ra-pu). Reatância de dispersão (Xl-pu).
Reatância síncrona de eixo.direto (Xd-pu). Reatância síncrona de eixo em
quadratura (Xq-pu). Reatância transitória de eixo.direto (X'd-pu). Reatância
transitória de eixo em quadratura (X'q-pu). Reatância subtransitória de eixo
direto (X"d-pu). Reatância subtransitória de eixo em quadratura (X"q-pu).
Constante de tempo transitória em circuito aberto (T'do-seg) e em curto-circuito
(T'd-seg). Constante de tempo transitória de eixo em quadratura em circuito
aberto (T'qo-seg) e em curto-circuito (T'q-seg). Constante de tempo
subtransitória de eixo direto em circuito aberto (T"qo-seg) e em curto-circuito
(T"q-seg). Constante de tempo subtransitória de eixo em quadratura em circuito
em circuito aberto (T"qo-seg) e em curto-circuito (T"q-seg). Reatância de
sequência zero (Xo-pu). Resistência de aterramento do neutro do gerador (Ohms ou
pu referido ao primário). Constante de inércia (H em kWs/kVA ou W em WR2.ft-lb2)
3.3 Transformador elevador
Potência. Tensões dos enrolamentos. Impedância em %. Grupo de deslocamento
angular. Perdas no cobre. Tipo de TF (monofásico ou trifásico do tipo envolvido
ou envolvente).
3.4 Linha de transmissão
Impedância de sequência positiva. Impedância de sequência zero. Susceptância de
sequência.positiva. Susceptância de sequência zero. Tipo de cabeamento,
condutores por fase, estrutura geométrica da rede e comprimento.
3.5 TC
Relações de transformação. Resistência secundária. Curva de saturação. Classe de
precisão.
3.6 TP
Relações de transformação.
3.7 Transformador de aterramento do neutro do gerador
Relação de transformação. Resistência conectada no secundário em Ohms.
3.8 Equivalente do sistema
Equivalente de sequência positiva e zero na barra da concessionária onde está
conectada a indústria. Pode ser em por unidade referida a uma potência base.
3.9 Motor de indução (>100hp)
Tipo do Rotor. Frequencia do sistema. Tensão Nominal. Potência nominal
(HP). Velocidade síncrona (rpm). Fator de potência. Escorregamento a plena carga
(%). Eficiência a plena carga < 1-slip /0.75 (p.u). Corrente de partida (p.u.).
Torque de partida (p.u.). Torque máximo (pu). Constante de inércia (H em kWs/kVA
ou W em WR^2.ft-lb^2). Torque com escorregamento nominal (p.u.). Corrente de
início de saturação (p.u.).
4.0 Resistor, reator e capacitor
Eventuais resistores de aterramento de neutro de TF’s em Ohms, reatores série ou
em derivação em Ohms ou henries e banco de capacitores série ou paralelo em Ohms
ou microfarads.
4.1 Disjuntores ou religadores
Disjuntores em caixa moldada com sua respectiva proteção (manual de
instruções e ajustes), e religadores automáticos com seus respectivos manuais de
ajustes das proteções.
4.2 Cabos secundários dos tc’s até os relés
Bitola e tipo dos cabos ou valores da resistência e indutância por
unidade de comprimento. Comprimento aproximado.
4.3 Relés de proteção
Tipo dos relés e manuais de instrução. Ajustes implantados. Curva do
“Burden” em relação a corrente quando se tratar de relé eletromecânico.
4. CRONOGRAMA
SEL solicita todos os dados para casos bases no RTDS com 2 meses de
antecedência. Caso o cliente possua caso base disponível e que possa ser usado
para gerar os testes, os mesmos devem ser enviados com 1 meses de antecedência.
O desenvolvimento da modelagem do sistema no software RSCAD, elaboração das
macros para realização automática dos testes, montagem da plataforma de testes e
realização dos pré-testes se iniciará quando todos os esclarecimentos e dados
necessários estiverem nos arquivos da SEL.
SEL fornecerá descrição detalhada da sequência de testes para aprovação do
cliente que deverá ser aprovada pelo antes do início dos testes. Se eventual
alteração for necessária a SEL necessitará de mais 2 semanas para acertá-los.
Após os acertos e esclarecimento finais, os ensaios são realizados com a
presença dos técnicos envolvidos, duração de 5 dias na sede da SEL-Brasil, em
Campinas/SP. Durante a realização dos ensaios ocorrerá também a análise dos
resultados.
O relatório final dos ensaios será fornecido ao cliente após 15 dias do término
dos ensaios.
5. INFORMAÇÕES ADICIONAIS
Para solicitar proposta comercial, envie descrição do sistema a ser modelado, modelo e tipo dos relés envolvidos e diagrama unifilar para vendas@selinc.com
Para mais detalhes veja o folheto da SEL Inc abaixo:
MPS Testing Flyer