Fatores que Afetam a Repetibilidade dos Ensaios de Análise de Resposta em Freqüência

Trabalho apresentado e publicado nos anais do SBSE 2010 – Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos - Belém – PA – Brasil
Autor: Marcelo Eduardo de Carvalho Paulino

Abstract
Este trabalho mostra os fatores que afetam a repetibilidade dos ensaios de análise de resposta em freqüência. A utilização de um sistema de teste ou um equipamento e procedimentos adequados são essenciais para o sucesso da medida. Discute as condições de teste, mostrando diversos resultados que evidenciam os erros de repetibilidade que podem ocorrer.

Index Terms
Transformadores, diagnóstico, repetibilidade, análise de resposta em freqüência, testes e análises, detecção de defeitos.

INTRODUÇÃO
Análise de Resposta em Freqüência, geralmente conhecida dentro da indústria como FRA, do inglês Frequency Response Analyses, é uma técnica de teste de diagnóstico poderosa utilizada no estudo e análise de sistemas lineares. O termo se aplica de maneira geral a qualquer análise para avaliar o desempenho de componentes elétricos, sistemas, circuitos, equipamentos, em termos de respostas para excitação em várias componentes de freqüência. É muito empregada na Engenharia de Materiais e na Eletrônica para avaliar a qualidade dos componentes e circuitos.
Esta técnica consiste em apresentar o comportamento do sistema analisado segundo a aplicação de sinais elétricos em uma ampla faixa de freqüências. Sua aplicação é realizada pelo estudo da variação com a freqüência do quociente entre dois fasores, em amplitude e fase. Na variação da amplitude e da fase com a freqüência estará presente, a diferença de amplitude e o atraso de fase devido à configuração dos circuitos R-L-C que compõe a estrutura do elemento testado.
Os transformadores são equipamentos essenciais em sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica. O principal interesse das medições de Resposta em Freqüência em transformadores é detectar deformações nos enrolamentos e núcleo de um transformador resultante das forças eletromagnéticas ocasionadas por falhas no sistema que o transformador está conectado, falhas no comutador sob carga, falhas de sincronização, transporte, descarga atmosférica ou uma falta dentro do transformador etc., que podem ser geradas altas correntes circulantes nas bobinas e/ou uma alta tensão sobre estas. Conseqüentemente ocasionam danos estruturais, deformações nas bobinas e/ou de isolação do equipamento, fechando-se curto-circuito entre espiras, entre bobinas ou destas para a carcaça (ponto de terra).
A deformação do enrolamento pode eventualmente resultar em uma falha no isolamento entre espiras, resultando finalmente em espiras curto circuitadas. Ou seja, uma deformação ocorrida pelos motivos expostos pode não ser detectada imediatamente, nem produzir efeitos evidenciados por técnicas convencionais de testes elétricos ou por análise dos gases dissolvidos. Mas certamente poderá evoluir para um defeito causando a imediata indisponibilidade do transformador, aumentando a probabilidade de falha total.
Além do diagnóstico de falhas depois de um evento, por exemplo, de curto-circuito, também há interesse crescente na detecção da integridade enrolamento, do grau de deformação, antes de um eventual defeito. Isto é realizado durante interrupções planejadas, ou seja, as avaliações das condições do transformador determinando a confiabilidade esperada do transformador seriam realizadas dentro de um programa de manutenção preventiva.
Outra importante aplicação para medições de Análise de Resposta em Freqüência é verificar a integridade mecânica de um transformador depois de transporte. Isto significa proporcionar um meio confiável de confirmar que o núcleo e a estrutura do enrolamento não sofreram quaisquer danos mecânicos, apesar de sustentar choques durante o transporte. Danos de transporte também podem ocorrer se os procedimentos forem inadequados, podendo conduzir ao movimento do enrolamento e núcleo.

FATORES QUE AFETAM A REPETIBILIDADE
Para o ensaio de Função de Transferência, a figura 3 mostra o sinal é injetado (cabo amarelo) em uma bobina e a medição do sinal de entrada feita no mesmo ponto por um canal de medida (cabo vermelho).outro canal de medida obtem o sinal de saída (cabo azul). Assim são levantados os gráficos de magnitude e defasagem da impedância do transformador em função da freqüência.
Os fatores que influenciam nesse processo de injeção de sinal e medida podem ser divididos em 3 grupos:
A. Condição do Transformador
Devem ser controlados pelo testador ou ser documentado para fins de análise. Dentre as condições do transformador que podem influenciar o resultado tem-se: posição do comutador de tape, buchas, aterramento do neutro, temperatura, umidade, estado do óleo e do papel, TCs internos, enrolamento terciário, dentre outros
B. Testador e equipamento de teste
Este fator também deve ser controlado e documentado. Destacamos os itens que podem influenciar na medida como a formação do testador, precisão e qualidade do instrumento de teste utilizado, pontos de injeção de sinal, arranjo dos cabos, erros de medida, etc.
C. Fatores estocásticos
Os fatores estocásticos podem ou não ser controlados, por exemplo, comportamento eletromagnético e remanescente no núcleo do transformador.

CONCLUSÕES
Este trabalho mostrou alguns exemplos de condições que interferem na repetibilidade do ensaio de resposta em freqüência. Dentre os fatores de influência, fica evidente que a utilização de equipamentos de teste de qualidade e o uso de técnicas de conexão adequadas criam condições para a redução dos erros. Soma-se a isso a necessidade de se assegurar que o responsável pelo teste tenha a formação adequada e a experiência necessária para identificar os problemas assim que ocorrerem.

REFERÊNCIAS
[1] M. E. C. Paulino, “Diagnóstico de Transformadores e Comparações entre Algoritmos para Análise de Resposta em Freqüência” in V WORKSPOT- International Workshop on Power Transformers, Belém, PA, Brasil, 2008.

[2] Technical Brochure “Mechanical condition assessment of transformer windings: guidance” CIGRE Study Committee A2 – Work Group A2.26, 2008

[3] M. E. C. Paulino, et all, “Aplicações de Análise de Resposta em Freqüência e Impedância Terminal para Diagnóstico de Transformadores” in XIII ERIAC – Décimo Terceiro Encontro Regional Ibero-americano do CIGRÉ , Foz do Iguaçu, Argentina, 2009.

[4] J. Velásquez, “Frequency Response Analysis for Condition Assessment of Power Transformers: Basis and Interpretation Principles”, Omicron Electronics GmbH, 2009.

Veja o trabalho completo publicado no site da Adimarco

Teste da Função Sobrecorrente Temporizada (ANSI 51)

Quando ocorre uma falta no sistema elétrico, a corrente de falta é, quase sempre, maior que a corrente de operação antes da falta, em qualquer elemento do sistema. Assim, o emprego da leitura da amplitude do valor da corrente como indicadora de faltas constitui um método de proteção bastante simples e eficiente. Os relés de sobrecorrente podem ser usados para proteger praticamente qualquer componente de uma instalação elétrica. Estes relés respondem segundo o valor da grandeza de entrada, ou seja, os relés de sobrecorrente respondem às mudanças na amplitude da corrente de entrada.
A figura 01 mostra um exemplo de curvas (tempo x corrente) de atuação do relé. Quanto maior a corrente, ou seja, pior a condição de falha, o relé atuará em um tempo menor.


Fig. 01 – Curvas tempo inverso – Configuração IEC Extremamente Inversa.

Nesta aplicação veremos como constatar que uma característica de proteção de sobrecorrente temporizada (ANSI 51) atende a uma determinada condição de operação. Atualmente, com o uso de relés digitais multifuncionais, também chamados de IED (Dispositivos Eletrônicos Inteligentes), o testador deve ter conhecimento não só da filosofia de proteção, mas também dos softwares de comunicação dos relés digitais. Deve também dominar as ferramentas e softwares dos sistemas de teste, popularmente chamados de caixas ou malas de teste, que irá utilizar.
Para testar esta função de proteção é necessário configurar o sistema de teste. Isto corresponde a obter da parametrização do relé, a configurar essa parametrização no software do sistema de teste, a determinar dos pontos de teste e análise dos resultados. Neste exemplo será utilizado um IED MiCOM P123 e uma mala de teste OMICRON CMC356.


1º Passo: Obter Informações da Função em Teste do Relé

Deve-se conhecer o algoritmo da função de proteção em teste para determinar sua lógica e a nomenclatura das variáveis utilizadas. Uma boa maneira de realizar este estudo é usar os diagramas de blocos, presentes em grande parte dos manuais destes equipamentos.


Fig. 02 – Diagrama de Blocos da Função Sobrecorrente (51) do IED MiCOM P123.

2º Passo: Obter a Parametrização da Função

Para o teste de uma função, o testador deve conhecer a ordem de ajuste ou parametrização da função. São os valores e parâmetros que determinarão a atuação da proteção. Utilizando o Software do fabricante, deve-se realizar a comunicação com o relé e extrair a sua parametrização ou apenas a consultar. Além dos valores parametrizados, devem-se obter informações sobre a designação de operação da função, ou seja, em qual relé de saída do IED encontra-se a operação da função.



Fig. 03 – Parametrização da Função Sobrecorrente (51) do IED MiCOM P123 utilizando o software do fabricante do IED.

3º Passo: Definição das Características do Relé no Software de Teste

Existem várias ferramentas de teste no mercado. Neste caso utilizaremos o software automático de teste Overcurrent, da Omicron, especializado para teste da função sobrecorrente. Não necessitamos realizar nenhum cálculo ou programação, basta apenas informar com os dados da parametrização do relé.
Na figura 04 temos:
A) Adição do elemento a ser testado
B) Escolha da curva parametrizada no relé
C) Valor da corrente de Pick-up (corrente de operação)
D) Valor do Índice de Tempo (Time Dial)
E) Visualização da Curva


Fig. 04 – Entrada de dados da parametrização da Função Sobrecorrente (51) do IED MiCOM P123 no software da mala de teste.

4º Passo: Definição das Conexões de Hardware para o Teste

Neste passo são realizadas as conexões necessárias para o teste. Consiste na definição das saídas analógicas (tensões e/ou correntes) e entradas binárias do sistema de teste. A figura 05 mostra o esquema de conexões e a figura 6 mostra a configuração das saídas de corrente no software da mala de teste. Observe que neste caso serão usadas apenas as saídas de corrente.


Fig. 05 – Esquema das conexões entre o IED MiCOM P123 e a mala de teste CMC356 (Omicron).


Fig. 06 – Configuração das saídas de corrente no software da mala de teste CMC356 (Omicron) – configuração de 3 correntes 64 A com 860 VA.

5º Passo: Definição dos Pontos de Teste e Filosofia de Avaliação

Nesta etapa são definidos os pontos de teste sobre a curva configurada no passo anterior. A figura 07 mostra a tela de teste do software Overcurrent, da Omicron, com a curva parametrizada e os pontos escolhidos e o teste sendo executado. Pode-se observar que o software calcula automaticamente os valores a serem injetados no relé e mede sua atuação, comparando com os valores esperados. Os pontos de teste são avaliados e os resultados são mostrados graficamente sobre a curva.


Fig. 07 – Tela do software Overcurrent, Omicron, com o teste sendo executado

6º Passo: Geração do Relatório.

Após o término do teste, um relatório detalhado é gerado automaticamente. Esse relatório pode ser configurado e exportado em formato RTF, possibilitando a leitura e edição do relatório no software Microsoft Word. Todas as ações anteriores, como registro da parametrização do relé, configuração da fiação utilizada, valores esperados, resultados do teste e avaliações, são registrados, conforme mostra a figura 08.


Fig. 08 – Geração do Relatório

Marcelo Paulino

PS1: Texto publicado na seção Passo a Passo da revista O Setor Elétrico, edição de janeiro de 2011.

PS2: Gostaria de agradecer o Eng. Guilherme Penariol, co-autor deste trabalho.

IEC61850 and Smart Grid

from:


Learn to Swim


"The US National Institute of Standards and Technology (NIST) has identified IEC 61850 as one of five "foundational" sets of standards for Smart Grid interoperability and cyber security.

The fact that the NIST has advised the Federal Energy Regulatory Commission (FERC) that it has identified IEC 61850 as one of five "foundational" sets of standards for Smart Grid interoperability and cyber security (see page 11) clearly shows that IEC 61850 is foreseeable in the future of all protection, automation and control specialists around the world. The problem is that in order to properly implement different protection, monitoring, control and other applications, the people developing those applications need to fully understand how the standard supports them in achieving their goals and allows them to feel comfortable doing it.

This state cannot be achieved by simply sending people to seminars, reading the standard or attending presentations of papers discussing its applications. This is like asking someone to cross a lake or a river after sending them to a seminar where they watched Power Point presentations on how to swim. Everybody will be scared and many will not make it to the other shore.

It is obvious that we need to learn to swim in the IEC 61850 waters.

After the first swimming lessons however, it is up to us to further develop our skills, feel comfortable in the water and even enjoy the experience. In order to do that, we need to have a swimming pool where we can improve our skills and build the strength and endurance that will get us ready to cross the river.

This is why everyone – suppliers or users, consultants or academia – will need a laboratory with IEC 61850 configuration tools and test equipment, as well as IEDs from at least two manufacturers, where their specialists can take the time to build the skills required for successful completion of their projects."

Fonte: PAC World Magazine

PAC World Conference 2011, Dublin, Ireland

See the announcement of the PAC World 2011 Organizing Committee:

We are happy to announce that the second PAC World conference will be held in Dublin, Ireland from 27 to 30 June 2011. Please download the Call for Papers and submit your abstracts according to the instructions.

download the Call for Papers here.

a viagem, a descoberta e o olhar

"A única viagem real da descoberta não consiste em procurar novas paisagens, mas em ter novos olhos."
Marcel Proust

Curso Testes Avançados para Diagnóstico de Transformadores

Testes Avançados para Diagnóstico de Transformadores

O curso possui enfoque teórico com o estudo dos fundamentos de transformadores e o conhecimento adequado de sintomas, causas e defeitos nesses equipamentos. A determinação do defeito pode serrealizada com sucesso utilizando técnicas modernas e métodos adequados, usados em campo pelas equipes de comissionamento e manutenção.

Tem duração de 2 dias, ministrado na seda da Adimarco, no Rio de Janeiro.
Em 22 a 23 de Fevereiro.

Conteúdo do Curso
•Introdução ao princípio de funcionamento de transformadores.
◦Partes componentes
•Estatísticas de defeitos em transformadores.
•Características e funcionamento de equipamentos utilizados em teses
em ensaios.
•Métodos de Medidas Elétricas
•Determinação da reatância de dispersão e sua aplicação com freqüência variável.
◦Testes FRSL (Frequency Response of Stray Losses)
•Procedimentos automatizados em comutadores sob carga (OLTC)
◦Medidas da Resistência Estática (seletor de tensão)
◦Medidas da Resistência Dinâmica (chave comutadora)
•Diagnósticos – Estudos de Casos 1
•Diagnóstico de transformadores e buchas utilizando testes de capacitância, testes de fator de potência e testes de fator de dissipação variando a freqüência.
◦Ensaios com Fato de Potência/Dissipação com variação de tensão
(0 a 12 kV).
◦Ensaios com Capacitância com variação de tensão (0 a 12 kV).
◦Ensaios com Fato de Potência/Dissipação com variação de Freqüência
(20 a 400 Hz).
◦Ensaios com Capacitância com variação de Freqüência (20 a 400 Hz).
•Diagnósticos – Estudos de Casos 2
•Análise de Resposta em Freqüência – Definições.
◦Conceitos e procedimentos de teste
◦Ensaio da Função de Transferência
◦Ensaio da Impedância Terminal
•Resposta em Freqüência de redes RLC
•Algoritmos de análise usados na Análise de Resposta em Freqüência
•Fatores que Afetam a Repetibilidade no Ensaio de FRA
•Análise do desempenho do dielétrico
◦Análise do isolamento óleo+papel
◦Métodos de Diagnóstico de Dielétrico
◦Correntes de Polarização/Despolarização PDC
◦Frequency Domain Spectroscopy FDS
•Diagnósticos – Estudos de Casos 3


Veja mais informações no site da Adimarco.