Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Autor/apresentador.

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1 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Autor/apresentador Área Título do trabalho Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Lab UAT Abrigado MEDUAT-1890 Desenvolvimento de Metodologias para Medição e Análise de Formas de Onda em UAT

2 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT Apresentação : 1.Objetivo Geral e Específico 2.Histórico 3.Projeto em andamento 4.Cronograma 5.Metodologia atual de medição 6.Metodologia proposta 7.Etapas 8.Resultados 9.Equipe

3 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 1. Objetivo  Capacitação e adequação dos laboratórios do Cepel para medição e calibração de sistemas de medição em Ultra Alta Tensão para formas de onda de Impulsos plenos e cortados, CA (50/60 Hz) e CC. DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

4 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 1.2 Objetivos Específicos Desenvolver método alternativo para avaliação do desempenho dinâmico de Sistemas de Medição para Ultra Alta Tensão (SMUAT); Estudos relacionados à linearidade e desempenho de SMUAT; Nova metodologia para avaliação de parâmetros de forma de onda de impulsos atmosférico cortados na cauda; Desenvolvimento e Especificação de padrões utilizados em ensaios dielétricos com equipamentos de UAT; Pesquisa e desenvolvimento de padrões utilizados na calibração de digitalizadores utilizados em ensaios em UAT; Pesquisa e desenvolvimento de sistemas automatizados para medição em UAT CA e CC; Estudos para avaliação de interferências eletromagnéticas em ensaios com UAT; DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

5 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 2 Histórico Laboratório de Referência em Medição de Alta Tensão – CA2 : Escopo de Acreditação : Tensão CA - 10 a 180 kV ( calibrações até 900 kV); Impulso plenos e cortados – 100 a 500 kV (calibrações até 2,5 MV); Em processo de extensão: Tensão CA – 2 a 10 kV ; Tensão CC – 10 a 180 kV (calibrações até 900 kV); Especificação/Elaboração/Aquisição de novos padrões para atender níveis de UAT. DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

6 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 3. Projeto em andamento Desenvolvimento de Metodologias para Medição e Análise de Formas de Onda em UAT - MEDUAT. Parte 1: Nova metodologia para avaliação de parâmetros de formas de onda de impulsos atmosféricos cortados na cauda. Parte 2: Sistemas de medição em AT e UAT para CA e CC. DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

7 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 3. Cronograma DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT 201420152016 ATIVIDADES JANFEVMARABRMAIJUNJULAGOSETOUTNOVDEZ 1 - Definição do escopo do projeto. 2 - Pesquisa bibliográfica e definição de metodologia para avaliação de parâmetros de impulso. 3 - Testes preliminares com auxilio de um gerador de impulsos em BT com base nos valores de referência e os intervalos de aceitação pré-definidos na norma 61083-2:2010 4 - Avaliação do efeito dos níveis de overshoot no novo método de avaliação de formas de onda de impulso. 5 - Comparação dos resultados obtidos entre os métodos atual e alternativo. 6 - Primeira etapa experimental - ensaio de verificação em Baixa Tensão - Cepel. 7 - Segunda etapa experimental - ensaio de verificação em Alta Tensão - Cepel. 8 -Refinamento em Matlab do processamento de sinais referente à nova metodologia. 9 -Análise metrológica da nova metodologia. 10 - Elaboração do Relatório Técnico com base nos resultados das etapas experimentais - Cepel. 11 - Reunião para definição do escopo do projeto para sistemas de medição em UAT para CA e CC. 12 - Contratação de bolsista para desenvolvimento do projeto. 13 - Revisão bibliográfica para sistemas de UAT CA e CC. 14 - Especificação dos sistemas de medição e análise automatizados para UAT CA e CC.

8 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 4. Definições (Parte 1) Tipos de Formas de Onda de um Impulso Atmosférico Impulso Atmosférico Pleno (IAP)  Impulso atmosférico de tensão Impulso de tensão com tempo de frente < 20 s Padronizado 1,2 / 50 µs Forma de onda IAP Valores de referência Tempo de frente, T1: ±30 % (0,84 até 1,56 s) Tempo até o meio valor, T2: ±20 % (40 até 60 s) DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

9 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 4. Definições (Projeto 1) Impulso Atmosférico Cortado (IACC)  Impulso atmosférico cortado Um impulso atmosférico que dura até ocorrer a descarga disruptiva da tensão, praticamente levando o valor para zero.  Tempo de corte Tc Um parâmetro virtual definido como o intervalo de tempo entre a origem virtual O 1 e o instante do corte. Forma de onda IAC na cauda Valores de referência Cortado na frente: 0,5 s < Tc < 0,9 s Cortado na cauda: 2 s < Tc < 5 s DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

10 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 5. Metodologia atual de medição  O processamento de sinal necessário para estimar os parâmetros de tempo e de amplitude que caracterizam os impulsos de alta tensão é descrito na norma ABNT NBR IEC 60060-1/2013, e envolve: (a)ajuste de uma curva exponencial dupla à curva original U 0 (t), a fim de obter a chamada curva base U m (t); (b)cálculo da curva residual R(t) (que consiste basicamente na informação do overshooot) subtraindo a curva base U m (t) da curva original U 0 (t); (c)filtragem dessa curva residual R(t) por um filtro digital com base na função da tensão de ensaio k(f), obtendo a curva residual filtrada R f (t); e (d) adição da curva residual filtrada R f (t) à curva base U m (t), obtendo-se, assim, a curva de tensão de ensaio U t (t), a partir da qual os parâmetros de amplitude e tempo relevantes são estimados. DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

11 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 5. Metodologia atual de medição  Figura 1 - Curva registrada e base mostrando sobrelevação e curva residual;  Figura 2 - Curva de tensão de ensaio (adição da curva base e curva residual filtrada);  Figura 3 - Curvas da tensão registrada de ensaio. OBS.: Este processamento do overshoot deve ser aplicado aos IAPs e aos IACCs Figura 2 Figura 1 Figura 3 DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

12 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 6. Metodologia proposta  Consiste nos seguintes procedimentos: -Ajuste dos parâmetros da equação da dupla exponencial (U, td, τ 1 e τ 2 )  Calculo da curva de tensão de ensaio U t (t) somente até o instante de corte t c.  Os parâmetros de amplitude e tempo que são definidos pela norma IEC 60060-1: 2010, possuem seus valores de referência e os intervalos de aceitação definidos pela norma IEC 61083- 2:2013 para cada forma de onda. DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

13 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 6. Metodologia proposta Criação de uma nova metodologia para avaliação de parâmetros de forma de onda de impulsos cortados na cauda  Não será mais necessária a aplicação de um impulso atmosférico pleno padronizado para cálculo dos parâmetros do impulso;  Principalmente para níveis elevados de tensão reduz stress adicional para equipamento sob ensaio e simplifica metodologia;  Reduz tempo de processamento e análise dos parâmetros do impulso ;  Propõe mudanças nos softwares atualmente utilizados para este tipo de medição.  Propõe revisão das normas atuais. DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

14 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 7. Etapas 1  Estudos complementares com formas de onda de impulsos variando o nível do overshoot, desde 0% até o valor máximo que pode ocorrer na prática já estão sendo realizados através de ensaios de verificação em baixa tensão fazendo uma comparação entre os dois métodos (atual e alternativo) para validar e testar a robustez do método.  Para avaliar o procedimento alternativo de medição dos parâmetros de IACC foram utilizadas duas formas de onda padronizadas (LIC-M4 e LIC-M5) extraídas da norma IEC 61083-2/2013. DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

15 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 7. Etapa 1-Resultados preliminares  De forma preliminar os estudos mostraram resultados satisfatórios e dentro dos limites de aceitação dos parâmetros de impulso. LIC-M5 LIC-M4 WaveformParameterValueError LIC-M4 Front time T 1 (ms)1.3060.08% Time to chopping T c (ms)5.9770.33% Value of test voltage U t (kV)0.1480.34% LIC-M5 Front time T 1 (ms)0.8650.93% Time to chopping Tc (ms)9.2310.10% Value of test voltage U t (kV)-389.70.05% Tabela 1 – Resultado do processsamento metodologia atual WaveformParameterValueError LIC-M4 Front time T 1 (ms)1.3060.08% Time to chopping T c (ms)5.9530.73% Value of test voltage U t (kV)0.1480.34% LIC-M5 Front time T 1 (ms)0.8691.40% Time to chopping Tc (ms)9.2280.13% Value of test voltage U t (kV)-390.50.15% Tabela 2 – Resultado do processamento alternativo DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT

16 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 7. Etapa 2 DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA DE IMPULSOS PARA AT E UAT - UATIMP  Ensaio de verificação em baixa tensão e alta tensão utilizando dados de um ensaio de transformador de distribuição. Recurrent (Verificação em BT) Transformador de distribuição (Verificação em AT)  Propor revisão da norma com a nova metodologia.

17 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 8. Resultados DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA DE IMPULSOS PARA AT E UAT - UATIMP  Ensaios em BT e AT Parâmetros (IMPREAL) Parâmetros (MATLAB) Diferença ReferênciaT 1 1,325 µs / T 2 58,03 µs***** 1 o CorteT 1 1,253 µs / T C 2,862 µsT 1 1,293 µs / T C 2,884 µsT 1 3,19% / T C 0,77% 2 o CorteT 1 1,307 µs / T C 3,521 µsT 1 1,333 µs / T C 3,528 µsT 1 1,99% / T C 0,20% 3 o CorteT 1 1,333 µs / T C 4,502 µsT 1 1,333 µs / T C 4,500 µsT 1 0% / T C -0,04% 4 o CorteT 1 1,320 µs / T C 5,333 µsT 1 1,320 µs / T C 5,360 µsT 1 0% / T C 0,51% 5 o CorteT 1 1,333 µs / T C 6,116 µsT 1 1,333 µs / T C 6,145 µsT 1 0% / T C 0,47%  Ambas apresentaram resultados satisfatórios e dentro dos limites de aceitação dos parâmetros de impulso. Parâmetros (IMPREAL)Parâmetros (MATLAB)Diferença Pleno red.T 1 1,512 µs / T 2 59,09 µs***** PlenoT 1 1,506 µs / T 2 59,82 µs***** CortadoT 1 1,507 µs / T C 2,842 µsT 1 1,560 µs / T C 2,898 µsT 1 3,52% / T C 1,97% CortadoT 1 1,493 µs / T C 2,920 µsT 1 1,520 µs / T C 2,972 µsT 1 1,81% / T C 1,78% PlenoT 1 1,501 µs / T 2 59,89 µs***** PlenoT 1 1,499 µs / T 2 59,75 µs***** Tabela 3 – Resultado da primeira etapa em BT Tabela 3 – Resultado da segunda etapa em AT

18 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 9. Sistema de Medição de AT e UAT CA e CC : NOVA METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO DE PARÂMETROS DE FORMAS DE ONDA DE IMPULSOS ATMOSFÉRICOS CORTADOS NA CAUDA  Objetivo Geral: Desenvolver algoritmos para processamento e análise de ensaios de suportabilidade dielétrica de tensão CA e CC, determinando os principais parâmetros conforme definidos em norma específica IEC 60060-1/2010, validando-os com as formas de onda de referência da norma IEC 61083-4.  Objetivos específicos: Discutir a utilização de instrumentos digitalizadores e registradores utilizados nos ensaios de em comparação ao atual uso de instrumentos indicadores.  Definir a(s) melhor(es) ferramenta(s) para a determinação dos parâmetros conforme a norma IEC 60060-1/2010 considerando a presença de harmônicos, distorções na forma de onda, interferências, ripple, etc...  Desenvolver e Implementar algoritmos para análise de dados,  Melhora e garantia da qualidade das medições e ensaios,  Propor aos laboratórios do CEPEL a utilização do algoritmo para a intercomparação com outros laboratórios (Rastreabilidade),

19 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 10. Referências bibliográficas NOVA METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO DE PARÂMETROS DE FORMAS DE ONDA DE IMPULSOS ATMOSFÉRICOS CORTADOS NA CAUDA  IEC 60060-1:2010 “High-voltage test techniques, Part 1: General definitions and test requirements”.  IEC 60060-2:2010 “High Voltage Test Techniques - Part 2: Measuring Systems”.  IEC 61083-2:2013, “Digital recorders for measurements in high voltage impulse tests – Part 2: Evaluation of software used for the determination of the parameters of impulse waveforms”.  C. R. H. Barbosa, J. Hällström, M. T. Silva, L. C. Azevedo and L. C. Faria, “Tail-Chopped Lightning Impulses Time Parameters Estimated According to Standard IEC 60060- 1:2010”, IEEE Trans. Inst. Meas., vol. PP, nr. 99, 2014.  C. R. H. Barbosa, J. Hällström, M. T. Silva, L. C. Azevedo and L. C. Faria, “Estimation of Time Parameters of Tail Chopped Lightning Impulses – Clarification of the Standard IEC 60060-1:2010”, Conf. Prec. Electromagnetic Meas., Rio de Janeiro, Brazil, 2014.  C. R. H. Barbosa, J. Hällström, M. T. Silva, L. C. Azevedo and L. S. Ferreira, “Alternative Method for Processing Tail Chopped Lightning Impulse Waveforms”, IMEKO, Prague,Czech Republic, 2015.  C. R. H. Barbosa, M. T. Silva, L. C. Azevedo and L. S. Ferreira, “Effect of the Overshoot Level in an Alternative Method for Processing of Tail Chopped Lightning Impulses”, CBM - Semetro, Porto Alegre, Brazil, 2015.

20 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELProjetos Laboratório UAT Abrigado| Agosto 2015 11. Equipe  Lilian Santos Ferreira – DLA  Yuri dos Reis Oliveira – DLA (Bolsista)  Márcio Thelio Silva - DLA  Luiz Calos de Azevedo – DLA  Marcus Vinicius Barros - DLA  Waldir Remilson - DLA  Francisco de Assis Almeida – DLA  Alexandre Neves - DLA DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIAS PARA MEDIÇÃO E ANÁLISE DE FORMAS DE ONDA EM UAT - MEDUAT