Teste de WAPACS

Testes de Sistemas de Proteção, Automação e Controle de Grandes Áreas
Testing of Wide Area Protection, Automation and Control Systems
M. E. C. Paulino (mecpaulino@gmail.com)
A. P. Apostolov (alex.apostolov@omicron.at)
(Trabalho apresentado no SBSE 2010 - Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos)

Abstract-- Testes de Sistemas de Proteção, Automação e Controle de Grandes Áreas (WAPACS) desempenham um papel muito importante na manutenção da estabilidade e da segurança do sistema elétrico de potência. O trabalho analisa os componentes de tais sistemas e discute os diferentes métodos e ferramentas que podem ser usados para garantir o correto funcionamento desses sistemas em diferentes condições. Requisitos para teste de aplicações distribuídas, sincronização de tempo de dispositivos de teste e análise de dados também são descritos no trabalho.

Abstract—Testing of wide area protection, automation and control systems plays a very important role in maintaining the stability and security of the electric power system. The paper analyses the components of such systems and discusses the different methods and tools that can be used to ensure the correct operation of such systems under different conditions. Requirements for testing of distributed applications, time synchronization of test devices and data analysis are described in
the paper.

INTRODUÇÃO
Os testes funcionais e de aplicações é a prática de teste amplamente aceita em sistemas de proteção, automação e controle. Essa prática é necessária para assegurar que cada um dos seus componentes funcionará como projetado, sob diferentes condições de operação.
A integração de diferentes dispositivos multifuncionais em sistemas complexos de proteção, automação e controle distribuídos por uma extensa área requer o uso de uma abordagem diferente em comparação com os testes de sistemas de subestação, especialmente quando eles são instalados na casa de controle da subestação.
O início do processo de testes do sistema de proteção, controle e automação pressupõe que todos os dispositivos selecionados para uso já foram submetidos a testes de aceitação e são compatíveis com as especificações de comunicação selecionadas.
O trabalho discute em detalhes os requisitos para testes funcionais de dispositivos e funções distribuídas usadas em sistemas de proteção, automação e controle de grandes áreas - WAPACS (do inglês wide area protection, automation and control systems). Os métodos de ensaio desses sistemas são propostos com base na seguinte ordem de testes:
•Teste funcional em cada IED usado no sistema
•Teste funcional das funções distribuídas dentro da subestação
•Teste funcional das funções distribuídas entre subestações
•Teste funcional de WAPACS completos
•Testes ponta a ponta em WAPACS
Requisitos para configuração, monitoramento e emissão de relatórios de ensaios de grandes sistemas complexos são discutidos. Soluções para o ensaio de dispositivos individuais, bem como para o teste de aplicativos distribuídos são descritos em detalhes.

INTRODUCTION
The functional and application testing is the most widely accepted testing practice for protection, automation and control systems and is required to ensure that each of their components are going to operate as designed under different system conditions.
The integration of different multifunctional devices in a complex protection, automation and control system that is distributed over a wide area requires the use of a different approach compared to the testing of substation systems, especially when they are installed in the substation control house.
The assumption at the start of the protection, automation and control system's testing process is that all devices selected for use have been already subject to acceptance testing and are compliant with the selected communications.
The paper discusses in detail the requirements for functional testing of devices and distributed functions used in wide area protection, automation and control systems
(WAPACS). The methods for testing of such systems are proposed based on the following order of tests:
• Functional testing of individual IEDs used in the system
• Functional testing of distributed functions within a substation
• Functional testing of distributed functions between substations
• Functional testing of the complete WAPACS
• End-to-end testing of WAPACS
Requirements for configuration, monitoring and reporting of the testing of complex WAPACS are discussed. Solutions for the testing of the individual devices, as well as for the testing of distributed applications are described in detail.

Veja o trabalho já publicado neste blog.

Explosion at Fukushima nuclear plant

Uma forte explosão atingiu uma usina nuclear no Japão nordeste que ficou danificado na sexta-feira devastador terremoto e do tsunami. Um prédio que abrigava um reator foi destruído, mas autoridades disseram que o reator em si estava intacto. O governo tentou minimizar os temores de um colapso em Fukushima 1.Mas as autoridades anunciaram mais tarde o sistema de refrigeração de um segundo reator na usina tinha falhado. Tokyo Electric Power disse que quatro dos seus trabalhadores tinham sido feridos na explosão de sábado em Fukushima, 250 km (155 milhas) ao norte de Tóquio, mas que seus ferimentos não foram fatais. Uma zona de evacuação em torno da planta nuclear danificada foi prorrogado até 20 km (12,4 milhas) de 10 km, e um estado de emergência declarado.



The No.1 reactor of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, is seen before (left) and after an explosion that blew out the walls of the unit in Okumamachi, Fukushima Prefecture in Japan. Photo by AP.



Japão implementa corte de energia
As empresas de energia Tokyo Electric Power e Tohoku Electric Power vão implementar cortes programados e rotativos de fornecimento em suas áreas de atuação para evitar um blecaute mais amplo, afirmou neste domingo, 13, o ministro da Energia do Japão, Banri Kaieda. "Para evitar uma falta de energia maior, o uso planejado de fornecimento não pode ser evitado", disse o ministro. Os cortes no fornecimento, de cerca de três horas cada, terão início na segunda-feira.

O primeiro-ministro do Japão, Naoto Kan, falou ao povo japones para que se unam para superar o que ele considerou ser a pior crise desde a Segunda Guerra Mundial. Kan disse que o futuro da nação será decidido pelas escolhas feitas por cada japonês e conclamou todos a participar da reconstrução da nação.

Segue abaixo um mapa da região atingida.



Que o povo japonês se recupere rápido.

Experts on explosion at Japan nuclear plant

(Reuters) - Radiation was leaking from an unstable nuclear reactor north of Tokyo on Saturday, the Japanese government said, after an explosion blew the roof off the facility following a massive earthquake.

The development has led to fears of a disastrous meltdown. Here are comments from experts about what might have happened

See more (by Reuters):
UPDATE 2-FACTBOX-Experts on explosion at Japan nuclear plant

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.