Cigré/Brasil CE B5 – Proteção e Automação Seminário Interno de Preparação para o Colóquio de Madri 2007 Rio de Janeiro, outubro/07

Dados do Artigo Número: 320 Título: Transient Simulation Requirements for Testing of Transmission Line Protection Systems Autoria: Alexander Apostolov (OMICRON electronics), Peter Meinhardt (OMICRON electronics) Damien Tholomier (AREVA T&D Automation) País: USA, Austria e Canadá

Objetivo O trabalho trata da análise de falhas com componentes sobrepostos, falhas direcionais e oscilação de potência, bem como seleção da fase de falha e o impacto que os métodos de testes convencionais têm no comportamento IED de proteção de linha de transmissão. O desempenho de relés de proteção de linha da transmissão é afetado também por umas condições de falha mais complexas como falhas evolutivas, bem como saturação do TC e transitórios de CCVT. Esses dados são considerados também do ponto da vista do teste. Com os métodos teste “convencionais” não suprem adequadamente as exigências do teste para as funções acima mencionadas, o trabalho apresenta algumas abordagem de simulação de transientes baseados em:  Waveform records from relays and specialized recording device  Electromagnetic transient simulation programs output  Direct transient simulation

Objetivo As vantagens e desvantagens dos métodos listados são discutidas no trabalho. Circuitos de transmissão com linhas paralelas apresentam diferentes desafios aos dispositivos de proteção e requerem testes apropriados. O acoplamento mútuo, diferentes modalidades de operação, as falhas cross-country, seqüenciamento de trip com a reversão de corrente e sua simulação como parte do processo de teste são descritos.

Funções Baseadas em Componentes Superpostos e os Requisitos para seu Teste Quando uma falta ocorre no SEP, tem-se a transição dinâmica entre a condição normal e a condição de falta. As correntes e tensões medidas pelo relé mudarão em função da configuração de sistema na pré-falha e dos parâmetros da falha – tipo de falta, a localização da falha, a resistência da falha, etc.

Faulted = Unfaulted + Superimposed i rly = i mem + i r Pré-falta Falta = Superimposed Corrente:-

Faulted = Unfaulted + Superimposed

Funções Baseadas em Componentes Superpostos e os Requisitos para seu Teste O cálculo das componentes sobrepostas da fase das correntes e das tensões é baseado nas últimas amostras medidas e nas amostras armazenadas na memória do relé. Há abordagens diferentes à derivação dos componentes sobrepostos. O trabalho discute vários métodos de amostragem e cálculo das componentes. Uma vez os componentes sobrepostos das correntes e das tensões foram calculados, o relé podem funcionar na paralela que as funções diferentes basearam nestas quantidades: –Detecção de Falta –Seleção de fase –Detecção direcionalidade –Detecção Power swing

Directional Detection Métodos de detecção da direcionalidade convencionais são baseados na mudança de fase entre os fasores medido e um fasor de referência. Esta abordagem tem sido bem sucedida ao longo dos anos, entretanto, devido ao uso extensivo de filtragem para medidas, torna-se não aplicável quando altas velocidades são requeridas, como no caso de proteção de barra com aplicações distribuídas. A detecção da direcionalidade baseou-se em aplicações com componentes sobrepostos e usou a comparação da polaridade de corrente e de tensão após a falha para determinar o direcionalidade.

Directional Detection A vantagem dos componentes sobrepostos baseou a detecção direcional que é muito rápida (entre o ¼ ao ½ de um ciclo) e não requer ajustes.

Osclação de Potência - Power Swing A utilização de componentes sobrepostos oferece vantagens como:  Will detect all power swings whether fast or slow, and ensure correct blocking of zones.  Detects, and remains stable for 3 and 2 phase swings - the latter is especially important for the healthy phases swing during single pole autoreclose.  Using this method the relay is able to operate for faults occurring during a power swing

Testing Requirements Os métodos convencionais de teste das funções principais de relés de proteção na linha de transmissão - distância e o direcional - foram usados por muitos anos baseados nas exigências para testar de eletromecânicos ou estáticos. São influenciados também pela tecnologia disponível naquele tempo. Em conseqüência os métodos com corrente ou tensão constantes da tensão são geralmente aplicados. Um dos parâmetros é fixo e o segundo parâmetro é alterado até que uma operação dos elementos testados esteja detectada. Os relés são projetados para trabalhar em condições reais, isto é, quando há uma mudança simultânea na amplitude e no ângulo de correntes e tensões.

Testing Requirements As exigências para teste de funções avançadas apontam claramente para teste dinâmico. “Nós necessitamos ter cuidados no que diz respeito à compreensão deste termo.” Em alguns casos uma mudança do estado de pré-falha à condição de falha pode ser suficiente. Entretanto, se isto for representado por uma mudança de estado durante a injeção da falha no relé da distância sob o teste, pode resultar em uma atuação mais lenta do que previsto pois a forma de onda utilizada não corresponde à real. A melhor modo de teste do elemento de distância é o uso da simulação de transitório eletromagnético.

Teste baseado na simulação de transitórios

A simulação deve incluir:  Load flow da pré-falta definido pela amplitude e diferenças do ângulo de fase das fontes usadas no modelo de sistema  Definição da falta baseada na localização, ângulo, tipo e resistência de falta.  Chaveamento de DJ na extremidade da linha protegida ou em linhas adjacentes.  Faltas evolutivas. O teste de relés de distancia aplicados em circuitos com linhas paralelas requer a adição de componentes de modelo:  Parallel line, mutually coupled with the protected transmission line  Cross-country faults definition  Switching of the breakers on the healthy line

Teste baseado na simulação de transitórios

Conclusões Modernos relés de proteção que operam com funções baseadas em componentes superpostos não podem ser testados adequadamente usando métodos com correntes e tensões constantes. Testes com simulações dinamicas e preferencialmente transitórias devem ser usados. A fim de conseguir uma simulação tão perto quanto possível das condições reais de operação ou falha, as ferramentas de teste devem permitir a simulação de: –Load flow para pré-falta –Configuração da falta incluindo localização, ângulo, tipo e resistência –Chaveamento de disjuntores nas extremidades das linhas protegidas ou linhas adjacentes –Faltas evolutivas Teste dos relés de distância aplicados à circuito com linhas paralelas requer a adição de uma linha paralela, acoplada mutuamente com a linha protegida.

Dúvidas

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