SIMULAÇÕES DE TRANSITÓRIOS ELETROMAGNÉTICOS:

A SEL possui recursos para realizar ensaios de modelo em sistemas de potência em seu Laboratório de Campinas, utilizando-se de simuladores digitais tipo SEL 4000/ SEL AMS. A SEL gera arquivos em COMTRADE para injeção de correntes e tensões nos relés a serem avaliados, verificando seu comportamento antes da entrada em operação, bem como realizar um estudo de adequacidade dos ajustes implementados. Não se trata de simulação em tempo real.  Com a simplificação e redução de custos, este tipo de estudos encontra aplicação em sistemas de distribuição e industriais (estudos de saturação de TC’s, deteção de faltas de alta impedância, etc)

Exemplos de estudos de transitórios eletromagnéticos que são feitos em Campinas :

1. Ensaio de Teleproteção em Linhas de Transmissão
2. Ajuste da Função de Perda de Sincronismo ( ANSI 78)  de Gerador
3. Ajuste da restrição de 2. harmônica de relé diferencial de transformador
4. Ajuste da unidade instantânea em relé de sobrecorrente em condições de saturação de TC´s

Agenda:

SEL solicita todos os dados para casos bases no ATP com 3 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 2 meses de antecedência.

SEL fornecerá uma solicitação dos dados para construir o modelo no ATP em 2 semanas após a confirmação da realização de tais testes. SEL irá rever os dados em 2 semanas onde poderá solicitar dados adicionais.

O desenvolvimento da modelagem 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, 2 semanas após recebimento dos dados pertinentes. Esta sequência de testes deverá ser aprovada pelo cliente antes do início dos testes. Se eventual alteração for necessária a SEL necessitará de mais 2 semanas para acertá-los;

Duração Prevista para a realização de modelagem e testes em Campinas-SP e elaboração de relatório é de  5 semanas;

Os testes de modelo são divididos nas etapas detalhadas abaixo, tomando como base ajustes e testes de 1 linha de 500KV, com 1 semana de acompanhamento do usuário/ cliente.

• Determinar ajustes dos relés à partir de dados do sistema em regime permanente;
• Pré-testes dos casos para validar os ajustes propostos;
• Desenvolver casos bases no ATP;
• Elaborar os estudos no ATP;
• Converter as saídas do ATP em formato COMTRADE;
• Efetuar Interligação dos relés nas unidades de simulação (SEL AMS);
• Testes de funções gerais e fiação;
• Realizar testes de desempenho nos relés com os ajustes determinados acima, aplicando todas as faltas em todos locais de acordo com a série de testes proposta;
• Registrar resposta dos relés para todos os testes;
• Registrar qualquer outro evento significativo;
• Fornecer ajustes dos relés;
• Fornecer a sequência de eventos gerada pelo relé durante os testes em formato eletrônico;
• Elaborar relatório.

Série de Testes Propostos:

SEL propõe que  os seguintes testes sejam realizados:

• Aplicar faltas atrás do relé para cada terminal de linha;
• Aplicar uma falta diretamente na frente do relé em cada terminal de linha;
• Aplicar faltas ao longo da linha em incrementos de 25%, onde apropriado. Em linhas curtas ( comprimentos menores que 50 Km), as faltas serão aplicadas somente no meio da linha;
• Aplicar faltas internas e externas com alta resistência de arco para determinar limites de sensibilidade do relé;
• Aplicar faltas evolutivas internas e externas durante intervalo de abertura monopolar;
• Aplicar faltas evolutivas internas e externas durante uma existente condição de disparo monopolar;
• Realizar testes “Close onto faulted” para condições máximas e mínimas do sistema;
• Aplicar faltas em locais selecionados para verificar lógica de correntes reversas;
• Aplicar faltas em localizações pré-selecionadas para verificar disparo temporizado de retaguarda;
• Verificar tentativas com e sem sucesso de religamento automático, que devem incluir testes de verificação de tensão e sincronismo. Porém, caso o cliente exija testes de religamento completos, deve-se utilizar RTDS ao invés da caixa de testes AMS;
• Analisar condições para falha do disjuntor;
• Realizar testes em condições de carga pesada e leve;
• Realizar testes para faltas fase-terra, bifásicas, bifásicas à terra e trifásicas em todas localizações propostas;
• O número de casos poderá estabelecido de comum acordo entre o cliente e a SEL , mas neste caso estamos supondo 80 casos.

Requisitos Para Desenvolver Modelagem no ATP

• Unifilar do sistema, mostrando as linhas à serem testadas e as linhas/fontes na área de teste;
• Dados detalhados das linhas para testes. Os dados da linha devem incluir configuração da torre, espaçamento entre fases ,  número de condutores por fase e espaçamento entre condutores, do feixe, características do condutor( resistência, diâmetro, etc), altura do condutor, dados do cabo guarda ( mesmas do condutor principal), pontos de transposição e comprimento da linha. Os dados da linha também devem incluir informações sobre linhas paralelas e distâncias entre estas linhas e aquelas objeto de estudo;
• Dados das linhas que não serão testadas devem incluir no mínimo as impedâncias de sequência positiva e zero, impedâncias mútuas de sequência zero com outras linhas e comprimentos das linhas;
• Dados de qualquer compensação shunt, como localização e impedâncias de capacitores shunt , bem como informações de configuração de chaveamento e parâmetros operacionais;
• Dados de qualquer compensação série, como localização do capacitor série, impedâncias e características de proteção. Dados devem incluir características do varistor (MOV), níveis de gap, reatores e resistores de amortecimento, tempos de operação do disjuntor de bypass (abertura e fechamento) e unifilar detalhado do esquema de proteção e controle do capacitor série;
• Dados detalhados de Impedância de transformadores, incluindo tensões nominais para todos enrolamentos, corrente de magnetização ou de excitação em valores nominais, perdas de curto-circuito na frequência nominal e impedância de curto-circuito entre enrolamentos.
• Informações detalhadas dos TC’s e TP’s. Para os TC’s devem-se fornecidos RTC’s, características de saturação e burden do secundário em vazio e com o relé conectado. Para os TP’s os dados devem ser RTP’s, pilha de capacitores no caso de CCVT , tensão primária, burden do enrolamento secundári  e dados do circuito de supressão de ferroressonância;
• Impedâncias das fontes de todas as barras modeladas no caso de teste. Estes dados devem incluir valores de impedância para todos casos testados e condições de mínima e máxima geração. Tais imedâncias deverão ser fornecidas em valores de sequência positiva e zero;
• Descrição das sequências de disparo e religamento;
• Dados de condições máximas e mínimas de fluxo de carga, que devem incluir para cada linha fluxos de potência ativa e reativa e tensões em cada barramento.

Em casos especiais, para simulações em tempo real, a SEL Brasil utiliza RTDS (Real Time Digital Simulator) da Matriz, nos Estados Unidos.

3- VANTAGENS DO PROGRAMA ATP EM RELAÇÃO
AOS PROGRAMAS DE CURTO-CIRCUITO CONVENCIONAIS
UTILIZADOS EM ESTUDOS DE PROTEÇÃO:

• Modelagem real de todos os componentes do sistema elétrico, resultando em simulações reais de faltas e de condições anormais no sistema;
• Modelagem de TC’s com a sua característica real de saturação proporcionando a corrente secundária real que irá circular pelo relé;
• Modelagem real dos geradores proporcionando as influências das impedâncias subtransitórias e transitórias nas faltas;
• Modelagem real dos transformadores monofásicos e trifásicos, baseados nas impedâncias, relação de transformação, tipo de conexão angular, etc;
• Modelagem de Linhas de transmissão utilizando parâmetros distribuidos gerados a partir das geometrias das torres de transmissão, tipo de solo, cabos, etc;
• Modelagem de cargas, reatores e capacitores;
• Modelagem de esquemas de proteção, de algoritmos de relés digitais, de lógicas internas de relés, etc;
• Solução fasorial trifásica inicial e solução no tempo para fenômenos transitórios e dinâmicos pelo método da integração trapezoidal. A solução fasorial trifásica pode já conter desequilíbrios como faltas de qualquer tipo ou qualquer outro tipo de desequilíbrio. A solução fasorial é a condição inicial para o regime transitório. Neste último regime as faltas podem ser aplicadas e eliminadas no tempo. Os disjuntores podem ser chaveados a qualquer instante;
• Controle do ângulo de incidência da falta proporcionando a maximização da componente contínua da falta que é fator mais crítico para saturação do TC;
• Geração de arquivos no formato Comtrade das simulações de faltas. Estes arquivos podem ser utilizados pelo Simulador de Sistema de Potência  SEL4000 para injeção direta aos relés em tempo real. É um ensaio real do relé com qualquer tipo de falta no sistema. Pode-se simular as piores condições de falta para verificar os ajustes do relé;
• Uma vez montado o caso base as simulações de falta são bastante rápidas. Nos ensaios de modelo normalmente são simuladas várias centenas de faltas dos mais variados tipos e localizações para serem injetadas aos relés em tempo real mediante Simuladores de Sistema de Potência. 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.

4- LISTA DOS PRINCIPAIS DADOS DE EQUIPAMENTOS
PARA MODELAGEM NO ATP

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.

1- DIAGRAMA UNIFILAR

Diagrama unifilar de proteção e controle detalhado, da instalação. Descrição das alternativas de operação.

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 WR^2.ft-lb^2).

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).

4 - LINHAS DE TRANSMISSÃO

Impedância de sequência positiva. Impedância de sequência zero. Susceptância de sequência.positiva. Susceptância de sequência zero. Comprimento.

5 - TC

Relações de transformação.Resistência secundária. Curva de saturação. Classe de precisão.

6 - TP

Relações de transformação.

7 - TRANSFORMADOR DE ATERRAMENTO DO NEUTRO DO GERADOR

Relação de transformação. Resistência conectada no secundário em Ohms.

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.

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.).

10 - 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.

11- 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.

12 - 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.

13 - RELÉS

Tipo dos relés e manuais de instrução. Ajustes implantados. Curva do “Burden” em relação a corrente quando se tratar de relé eletromecânico.

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