automação digital de subestações de energia elétrica

Automao Digital de Subestaes de Energia Eltrica 2006Nilo Felipe Baptista de Mello

AUTOMAO DIGITAL DE SUBESTAES DE ENERGIA ELTRICA

Nilo Felipe Baptista de Mello

PROJETO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DEENGENHARIA ELTRICA DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADEFEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOSNECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA

Aprovada por:

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Prof. Ivan Herzterg, M.Sc.(Orientador)

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Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D.

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Prof. Sebastio rcules Melo de Oliveira, D.Sc.


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Agradecimentos

minha me Josefina Carmen Diaz de Mello e ao meu pai NiloBaptista de Mello, que me educaram da melhor forma possvel e mederam a oportunidade de fazer uma carreira acadmica.

TELVENT BRASIL S/A, que me deu certeza da minha opo naescolha da Engenharia Eltrica como profisso.

A todos os meus amigos que me apoiaram e me ajudaram comeste trabalho.

A DEUS.


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NDICE

RESUMO .............................................................................................. ivLISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................................ vCaptulo 1 Introduo........................................................................ 1

1.1- Objetivos .........................................................................................................3

1.2 Vantagens e Desvantagens da Automao................................................3

Captulo 2 Conceitos e Metodologia ................................................ 5

2.1 Telecomunicaes........................................................................................5

2.1.1 - Padro RS-232C e RS-485.......................................................................72.1.2 - Conceituao de redes .............................................................................82.1.3 - Meios Fsicos de transmisso.................................................................132.1.4 - Protocolos de Comunicao ...................................................................15

2.2 Engenharia ..................................................................................................17

2.2.1 - Sistema de Aquisio de Dados .............................................................172.2.2 Unidades de Aquisio e Controle .........................................................182.2.3 - Transformadores de corrente e potencial ...............................................272.2.4 Transdutores ..........................................................................................292.2.5 - Rels de interface ...................................................................................302.2.6 - Unidades dedicadas ...............................................................................312.2.7 - GPS ........................................................................................................332.2.8 - Oscilografia .............................................................................................352.2.9 Sistema de Superviso Controle e Aquisio de Dados (SCADA) ........372.2.10 Centros de Operao Regional (COR) e do Sistema (COS)................412.2.11 - Base de Dados .....................................................................................432.2.12 Arquitetura Bsica................................................................................46

Captulo 3 Requisitos Funcionais de Superviso e controle ....... 49

3.1 - Comando .................................................................................................50


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3.2 - Intertravamento.......................................................................................51

3.3 - Sinalizao ..............................................................................................52

3.4 - Alarme......................................................................................................54

3.5 - Registro Seqencial de Eventos ...........................................................55

3.6 - Medio ...................................................................................................56

3.7 - Automatismos.........................................................................................57

3.8 - Monitorao .................................................................................................58

3.9 - Proteo .......................................................................................................59

Captulo 4 Automao Digital de uma Subestao....................... 60

4.1 - Arquitetura bsica do Sistema ...................................................................64

4.2 Automatismos da SE ..................................................................................70

4.3 O SCADA da SE ..........................................................................................76

CONCLUSO ...................................................................................... 83


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RESUMO

Este trabalho descreve o que automao de uma subestao e como eladeve ser efetuada, especificando telecontrole, as ferramentas e os equipamentos deuma SE automatizada. Sero explorados alguns conceitos utilizados emdigitalizao de subestaes.

Por ltimo, ser mostrado como foi realizado o projeto de automao de umasubestao de energia atravs de um caso real.

Este trabalho permite que o leitor aprenda a analisar a arquitetura, osdiagramas esquemticos e lgicos de um projeto de uma SE digitalizada.


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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CAG Controle Automtico de GeraoCOR Centro de Operao RegionalCOS Centro de Operao do SistemaED Entrada DigitalGPS Global Positioning SystemIED Intelligent Electronic Device (Dispositivo Eletrnico Inteligente)IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers)IHM Interface Homem MquinaLAN Rede LocalNA Contato Normalmente AbertoNAVSAT Navy Navigation Satellite SystemNF Contato Normalmente FechadoONS Operador Nacional do SistemaCLP Controlador Lgico ProgramvelRDP Registrador Digital de PerturbaesSD Sada DigitalSAGE Sistema Aberto de Gerenciamento de EnergiaSCADA Supervisory Control and Data AquisitionSE SubestaoSIN Sistema Interligado NacionalSOE Seqencial de EventosTC Transformador de CorrenteTI Tecnologia da InformaoTP Transformador de PotencialUAC Unidade de Aquisio e ControleUCL Unidade de Controle LocalUTR Unidade Terminal Remota


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Captulo 1 Introduo

A vida moderna no pode prescindir da energia eltrica. Como insumo bsico,o consumo de energia eltrica aumenta com o crescimento populacional e fatorfundamental para o desenvolvimento econmico de qualquer nao. A dependnciada sociedade na energia eltrica se traduz por uma crescente demanda porqualidade e continuidade do suprimento, bem como por aumento do consumo almdo crescimento vegetativo da populao, tal qual ocorre nos pases emdesenvolvimento. Entretanto, a expanso da oferta de energia eltrica exigeinvestimentos elevados que, associados s restries de recursos normalmenteencontradas, conduzem necessidade de utilizao tima das instalaesexistentes. Alm disto, as dimenses e os requisitos de continuidade e qualidade desuprimento tornam a operao dos sistemas eltricos bastante complexa. Aimplantao de usinas geradoras de grande capacidade, a ampliao das redes detransmisso com potncias transmitidas cada vez mais elevadas, o aumento donmero de interligaes (entre regies e entre pases), a diversificao da matrizenergtica e a utilizao de novas tecnologias introduzem desafios para a operaonormal do sistema e, principalmente, para se conseguir o amortecimento rpido dasoscilaes eletromecnicas ocasionadas por distrbios dinmicos decorrentes dedesligamentos forados de componentes do sistema.

Para atender crescente demanda com uma energia eltrica de qualidade,aliada a uma indispensvel gesto empresarial com prticas de reduo de custos,as concessionrias de energia tm direcionado os seus investimentos automaode sistemas eltricos.

A automao de subestaes visa a melhoria da qualidade no fornecimentode energia eltrica, reduzindo quantidade e tempo de interrupes atravs dasuperviso do sistema eltrico em tempo real e direto, alm da reduo dos custosoperacionais, atravs da automao de tarefas e centralizao de aes operativas.

A operao de uma subestao bastante complexa, pelo elevado grau deincerteza e pelo grande nmero de variveis que manipula. As diversas aes desuperviso e controle requerem a presena de um operador capaz de manipular


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vrios tipos de dados e informaes, respondendo s solicitaes de forma efetivaem curto tempo [10].

Toda aplicao baseada na tecnologia analgica, com a introduo datecnologia digital nas subestaes, melhora intensamente o modo de operar umasubestao. Com a automao, o controle feito com o mnimo de interveno dousurio, resultando na eficincia da operao em pequeno tempo.

Duas principais fases do avano tecnolgico em controle do sistema eltricoforam: O emprego dos sistemas SCADA, Supervisory Control and Data Aquisition,na dcada de sessenta; O uso de mini e, posteriormente, microcomputadores,realizando muitas tarefas de controle sistmico centralizadamente e umas poucastarefas locais em subestaes, na dcada de setenta. Mas promoveu-se a mudanatecnolgica, de fato, a partir da dcada de oitenta, quando microprocessadores maispotentes e algoritmos mais rpidos, processadores de sinal, processadores lgicos eprocessadores de comunicao, comearam a ser arranjados para manipularalgoritmos complexos, transferindo grande massa de dados em tempo real, comlinks ticos a altas taxas de transmisso, com segurana. A partir de meados dadcada de 1990, comeou-se a explorar o conceito de aproveitamento dainteligncia distribuda nas subestaes digitalizadas. Hoje, tais sistemas atingiramsua maturidade, sendo empregados praticamente para todas as funes deproteo, controle e monitorao de subestaes.

Essa evoluo tecnolgica pavimentou o caminho para sucessivo incrementoda digitalizao das subestaes, pois tornaram-se reas onde mais se necessita datecnologia digital para simplificao das atividades e confiabilidade da operao.Nesse sentido, os processos de Digitalizao de Subestaes podem se tornarrequisito essencial para melhoria no desempenho tcnico e econmico dasEmpresas de Energia Eltrica.

Sistemas de Controle e Proteo Digital realizam, localmente, desde funesclssicas de proteo e controle at sofisticadas funes automticas de tratamentode dados para a automao de tarefas que demandem a presena mais constantede operadores nas subestaes, e facilitam o controle local em emergncia, comaprimoramento e/ou simplificao de tarefas manuais ou automticas dos Centrosde Operao.


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1.1- Objetivos

Este trabalho prope uma metodologia para especificao de telecontrole emsubestaes de energia eltrica. O telecontrole permitir controlar e operar umasubestao distncia, a partir de um centro de controle, fazendo uso da tecnologiada informao.

O uso da tecnologia da informao vem da cooperao de vrias empresasque buscam formas de automatizar ou controlar a gerao, transmisso edistribuio de energia eltrica, investindo na pesquisa de softwares e hardwarespara viabilizar seus objetivos.

Este trabalho abrange um conjunto de assuntos interdisciplinares utilizado naautomao de processos, aonde se destacam trs principais: computao;engenharia eltrica; telecomunicaes.

A computao vai de encontro com as reas da informtica, como linguagensde programao, hardware e software; o conhecimento de engenharia eltrica exigida em todos os equipamentos instalados na subestao, desde o mais simplesrel auxiliar at as unidades terminais remotas; e a telecomunicao envolve asformas de comunicao, como protocolos, arquiteturas de redes e todos osequipamentos utilizados na comunicao de dados, como servidores, roteadores,hubs e switches [6].

1.2 Vantagens e Desvantagens da AutomaoA automao tornou-se algo de importncia fundamental para a evoluo

tecnolgica da humanidade. impossvel pensar que muitos dos benefcios dosquais a humanidade desfruta hoje poderiam ser alcanados sem que a automaotivesse parte neste contexto. Mas afinal, o que automao?

A Digitalizao, ou seja, o ato de digitalizar significa criar uma plataformadigital na qual sistemas possam residir e se relacionar. E com este objetivo que aDigitalizao de Subestaes realiza uma converso de todas as informaes desuperviso, controle e proteo para a forma digital para posteriormente process-las. Com isto, o projeto de digitalizao de subestaes, no que diz respeito especificao e engenharia bsica, necessita de definies claras e corretas de


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modo que convirjam a solues exeqveis, igualmente para a execuo do projetoe das etapas de desenvolvimento e implantao, em um trabalho conjunto dasequipes do cliente e do fornecedor.

Dentre as vantagens que a automao pode proporcionar, pode-se citar acriao de novos setores de emprego, como o de desenvolvimento de softwaresespecficos para controle de SEs; servios de maior qualidade e com um nvel deconfiabilidade elevado.

Enquanto que uma subestao convencional exigia uma grande quantidadede cabos e possua uma grande complexibilidade para a realizao deautomatismos complicados, o que acarretava em uma pequena flexibilidade frente amodificaes necessrias, alm de um custo consideravelmente elevado, assubestaes digitalizadas substituem grande parte da fiao por redes decomunicao, aumentando a confiabilidade e segurana da instalao.

Como desvantagem pode-se citar a demora na implantao do sistema. Aintegrao das Unidades de Aquisio e Controle (UACs) e os DispositivosEletrnicos Inteligentes (IEDs) pode ser demorada.

Na Figura 1-1 temos painis digitais da SE Bandeirantes (GO).

Figura 1-1 Painis Digitais da SE Bandeirantes(GO).


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Captulo 2 Conceitos e Metodologia

A automao de uma subestao de energia eltrica envolve muitosequipamentos e mtodos, e exige um conhecimento terico bsico dos mesmos.

2.1 Telecomunicaes

Em uma subestao digitalizada os equipamentos esto se comunicando emtempo real e imediato atravs de protocolos de comunicao em redes, utilizandodiversos equipamentos.

Comunicao De Dados Princpios

Diferentes aspectos, mais ou menos complexos esto envolvidos nacomunicao de dados entre computadores como ser visto a seguir. Na figura 2-1 mostrada uma comunicao entre 2 computadores.

Figura 2-1 Comunicao entre 2 computadores.

Para transmitir dados do computador 1 para o computador 2 ocorrem asseguintes etapas:

- O programa do usurio no computador 1 seleciona os dados a transmitir edeposita-os no subsistema de comunicao;


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- Efetua-se a converso Digital / Analgica dos dados;- Os dados na forma analgica so transmitidos no meio de comunicao

(cabo neste exemplo);- Os dados chegam ao subsistema de comunicao do computador 2 e sofre

uma converso Analgica / Digital.- Os dados so retirados pelo programa do usurio no computador 2 para sua

aplicao.Desta forma verifica-se que muitas so as alternativas de se fazer a

transmisso, ao mesmo tempo em que se pode imaginar porque existe necessidadede se criar alguns padres permitindo assim uma boa conectividade. A tecnologia decomunicao tenta estabelecer algumas arquiteturas visando padronizar as soluesde vrios fabricantes.


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2.1.1 - Padro RS-232C e RS-485

O padro RS-232C foi o primeiro padro de comunicao serial parainterligao de equipamentos, tendo sido introduzido em 1962. Suas caractersticas,que so basicamente para sinalizao do meio fsico, compreendem:

- transmisso unidirecional;- uso de lgica positiva: +5 V a +15 V equivale ao 1 lgico; e -5 V a 15 V

equivale ao 0 lgico :- faixa garantida para operao entre 0 e 20 kbps ( quilo bits por segundo);- distncia mxima recomendada: 50 ps (15m).O padro RS 485: um padro de comunicao diferencial, para linhas

balanceadas, unidirecionais, de forma a permitir a implementao de redes de at 32transmissores e at 32 receptores no mesmo par de fios de comunicao. Suascaractersticas principais so:

- sinal de sada nas faixas +2 V a +6 V e -2 V a -6 V;- 0,4 V mnimo de sinal diferencial;- limites de 10Mbit para distncias de at 40 ps (13m) ou ento, distncia

mxima de 4000 ps (1300m) para velocidades de at 100 kbps.


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2.1.2 - Conceituao de redes

0 termo "Rede de Computadores" tem sido utilizado para designar ainterconexo de computadores autnomos, ou seja, computadores que executamprogramas independentes. Tendo em vista as vrias configuraes previstas para asredes de computadores, suas finalidades, caractersticas e as distncias entreequipamentos, comum classificar-se as redes como sendo:

a) Rede de rea Local (LAN Local Area Network) so aquelas que tm atpoucos quilmetros de extenso; taxa de transmisso de dados de alguns Mbps;so em geral particulares (proprietrias), de uso restrito, estando instaladas emfbricas, num conjunto de escritrios, num condomnio etc.

b) Rede de rea Extensa (WAN Wide Area Network) so aquelas queinterligam equipamentos entre cidades ou mesmo pases diferentes; possuem taxasde transmisso de dados menor que 1 Mbps; so de acesso aberto, no existindouma classe especfica de dados que circulam nessas redes; na maioria dos casosno possvel identificar um proprietrio da rede propriamente dita, j que em geralutilizam recursos pblicos (cabos telefnicos, e outros) e esto sujeitas a legislaesespecficas dos pases conectados.

c) Rede de rea Metropolitana (MAN Metropolitan Area Network) so asredes que possuem distncias razoveis - tipicamente dentro de uma mesma cidade- mas nas quais so utilizadas tecnologia das LAN ( o caso, por exemplo, das redespoliciais, de firmas de servios pblicos etc).

Os equipamentos bsicos que interligam uma rede so o hub, o switch e oroteador.

Hub

O hub um dispositivo que tem a funo de interligar os computadores deuma rede local. Sua forma de trabalho a mais simples se comparado ao switch eao roteador: o hub recebe dados vindos de um computador e os transmite s outrasmquinas. No momento em que isso ocorre, nenhum outro computador consegue


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enviar sinal. Sua liberao acontece aps o sinal anterior ter sido completamentedistribudo.

Em um hub possvel ter vrias portas, ou seja, entradas para conectar ocabo de rede de cada computador. Geralmente, h aparelhos com 8, 16, 24 e 32portas. A quantidade varia de acordo com o modelo e o fabricante do equipamento.

Caso o cabo de uma mquina seja desconectado ou apresente algum defeito,a rede no deixa de funcionar, pois o hub que a "sustenta". Tambm possveladicionar um outro hub ao j existente. Por exemplo, nos casos em que um hub tem8 portas e outro com igual quantidade de entradas foi adquirido para a mesmarede[7].

Figura 2-2 Hub 8 portas RJ45 100Mbps

A velocidade um fator importante, j que a velocidade da rede ficar limitada velocidade do hub. Se for usado um Hub de 10 megabits, a rede operar a 10megabits, mesmo que sejam usadas placas 10/100.

Hubs so adequados para redes pequenas e/ou domsticas. Havendo poucoscomputadores muito pouco provvel que surja algum problema de desempenho.


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Switch

O switch um aparelho com uma grande diferena do hub: os dados vindosdo computador de origem somente so repassados ao computador de destino. Issoporque os switchs criam uma espcie de canal de comunicao exclusiva entre aorigem e o destino. Dessa forma, a rede no fica "presa" a um nico computador noenvio de informaes. Isso aumenta o desempenho da rede j que a comunicaoest sempre disponvel, exceto quando dois ou mais computadores tentam enviardados simultaneamente mesma mquina. Essa caracterstica tambm diminui aocorrncia de erros (colises de pacotes, por exemplo).

Assim como no hub, possvel ter vrias portas em um switch e a quantidadevaria da mesma forma.

O hub est cada vez mais em desuso. Isso porque existe um dispositivochamado "hub switch" que possui preo parecido com o de um hub convencional.Trata-se de um tipo de switch econmico, geralmente usado para redes com at 24computadores. Para redes maiores, mas que no necessitam de um roteador, osswitchs so mais indicados [7].

Figura 2-3 Switch 24 portas RJ45 10/100Mbps


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Atualmente existem switches pticos, onde o meio fsico da comunicao feita diretamente por cabos de fibra ptica ao invs de cabos de rede de par traadocom conectores. Isso evita a necessidade de conversores de Fibra ptica paraEthernet quando da comunicao de equipamentos de proteo e oscilografia, porexemplo, em uma SE digitalizada.

Roteador

O roteador um equipamento utilizado em redes de maior porte. Ele mais"inteligente" que o switch, pois alm de desempenhar a mesma funo deste,tambm tem a capacidade de escolher a melhor rota que um determinado pacote dedados deve seguir para chegar em seu destino. como se a rede fosse uma cidadegrande e o roteador escolhesse os caminhos mais curtos e menos congestionados.Da o nome de roteador.

Existem basicamente dois tipos de roteadores:

Estticos: este tipo mais barato e focado em escolher sempre omenor caminho para os dados, sem considerar se aquele caminho tem ou nocongestionamento;

Dinmicos: este mais sofisticado (e conseqentemente mais caro) econsidera se h ou no congestionamento na rede. Ele trabalha para fazer ocaminho mais rpido, mesmo que seja o caminho mais longo. De nada adiantautilizar o menor caminho se esse estiver congestionado. Muitos dos roteadoresdinmicos so capazes de fazer compresso de dados para elevar a taxa detransferncia [7].

Os roteadores so capazes de interligar vrias redes e geralmente trabalhamem conjunto com hubs e switchs.


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Figura 2-4 Roteador 4 portas

A utilizao de roteadores voltada a redes de empresas (redescorporativas). Alm de serem mais caros, tais dispositivos tambm so maiscomplexos de serem manipulados e s devem ser aplicados se h muitoscomputadores na rede. No entanto, muitos usurios de acesso internet bandalarga conseguem usar seus modems como roteador e assim, compartilham aconexo da internet com todos os computadores do local, sem que, para tanto, sejanecessrio deixar o computador principal ligado. Basta deixar o modem/roteadorativado.


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2.1.3 - Meios Fsicos de transmisso

Um meio de transmisso, chamado tambm de canal ou suporte detransmisso, um meio de transmisso de ondas eletromagnticas portadoras deinformaes ou sinais.

a) Condutores metlicosOs condutores metlicos, tipicamente representados pelo par tranado e pelo

cabo coaxial, tm a seguintes caractersticas principais:- par tranado: bom em economia de dinheiro, tempo e energia; alta

velocidade e de baixa imunidade.

Figura 2-5 Cabo Par Tranado.

. - cabo coaxial: ruim em velocidade e bom em versatilidade; maior imunidade arudos; ruim em facilidade de instalao e manuteno;

Figura 2-6 Cabo Coaxial


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.

b) Fibras pticasAs fibras pticas so constitudas por um guia de ondas cilndricas composto

de 2 materiais transparentes, de ndices de refrao diferentes (o externo com ndiceligeiramente superior). A transmisso feita atravs de sinal de luz codificado,geralmente na freqncia do infravermelho, emitida por diodos emissores de luz("LED) ou laser. Como a freqncia de transmisso (freqncia da portadora) bem superior s freqncias de sinalizao usuais, a atenuao do sinal no domnioda freqncia constante, permitindo taxas altssimas de transmisso. A atenuaoem fibras pticas depende do comprimento de onda (ou freqncia) da luz utilizadana transmisso.

Observe-se que dada a caracterstica da unidirecionalidade de transmisso, omais usual a instalao de duas fibras numa rede (uma para cada sentido).

Figura 2-7 Cordo de Fibra ptica Duplex, com conectores ST-ST.

c) OutrosTransmisso via rdio, satlite, micro onda: Usam o ar como caminho de

passagem do sinal.


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2.1.4 - Protocolos de Comunicao

Um protocolo de comunicao nada mais do que a lngua dosequipamentos, na realidade um "conjunto de convenes que rege o tratamento e,especialmente, a formatao de dados num sistema de comunicao". Seria a"gramtica" de uma "linguagem" de comunicao padronizada.

Protocolos de comunicao so como regras gramaticais atravs das quaisdispositivos computadorizados comunicam-se entre si, a maneira pela qualorganizam e transmitem sinais binrios codificando informao em padresespecficos.

De forma mais simplificada, um protocolo um conjunto de regras queregulamenta como mensagens que contm dados e informaes de controle soagrupadas em uma fonte para sua transmisso atravs da rede e desagrupadasquando alcanam seu destino.

Para a transmisso de dados estes precisam ser organizados em um quadrode mensagens (protocolo). Houve poca em que cada fabricante estabelecia seuprprio protocolo. Como resultado, quando este equipamento precisava serintegrado com outro no se conseguia estabelecer a comunicao.

Esta dificuldade tem sido superada por iniciativa de rgos internacionais queprocuram padronizar estes protocolos, ou pelo fato de algum protocolo tornar-se tocomum, de domnio pblico, que vrios fabricantes passam ento a us-lo.

Sistemas de automao de subestaes estabelecem comunicao dasUnidades de Aquisio e Controle de Dados (UACs) com dispositivos eletrnicosinteligentes (IED) para transmisso de informaes atravs de protocolos decomunicao. Os protocolos de comunicao aplicados variam de naturezadependendo da configurao do sistema e do tipo de troca de informao efetuada.

Em particular interessante mencionar o protocolo IEC 870-5 que define asregras para a comunicao de equipamentos usados na automao de sistemaseltricos. Existem as aplicaes especficas desta norma denominada IEC 870-5/101que detalha a comunicao de um Sistema Central com uma UAC, e a IEC 870-5/103 que detalha a comunicao de um computador com rels digitais.


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Um protocolo derivado desta norma IEC 870-5 o protocolo DNP que definea comunicao de um Sistema Central com uma UAC (bastante utilizado nos EUA).

J a norma IEC 870-6 detalha a comunicao entre centros de controle.Existem tambm os protocolos, padro de mercado, que por serem altamentedifundidos so usados por vrios fabricantes. Neste conjunto pode-se citar o TCP-IPusado na Internet, e o MODBUS, dentre outros. Ao utilizar um destes protocolos osfabricantes esto atribuindo aos seus equipamentos grande conectividade o que altamente desejvel pelo usurio.

Todos os protocolos disponveis podem trabalhar em paralelo.O padro Ethernet foi um dos primeiros protocolos de comunicao de rede

local. Esse esquema de cabeamento e sinalizao que descreve um mtodo deconectar e compartilhar a fiao de computadores e sistemas de dados, chegou aomercado no final dos anos 70 e continua sendo um padro respeitado. A razo paraa longa vida do padro Ethernet simples: proporciona transmisso de altavelocidade a um preo econmico, alm de apresentar uma base slida para osuporte de diversas aplicaes de rede local. As empresas que comercializamplacas adaptadoras Ethernet vm mantendo seus produtos atualizados, e a Ethernetcontinua sendo uma boa opo em termos de rede local.


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2.2 Engenharia

Em uma SE digitalizada necessrio o conhecimento de todos osequipamentos utilizados na automao e na digitalizao.

2.2.1 - Sistema de Aquisio de Dados

O sistema de aquisio de dados composto pelas unidades de aquisio dedados e controle (UAC) e por unidades dedicadas (especializadas) como os relsdigitais, os equipamentos de oscilografia, transdutores, etc.

Nos sistemas digitais de automao eltrica os dados normalmente coletadosso:

tenses e correntes (e grandezas derivadas: potncia ativa, reativa,energias);

estado (status) de equipamentos (disjuntores, seccionadoras, cargasreativas, chaves de comando, atuao de rels etc.), inclusive o estado dos mdulosde hardware do sistema digital;

temperaturas; no caso de usinas hidreltricas: nveis de gua, vazes, presses; no caso de usinas trmicas: fluxos, nveis de combustvel, etc.As aes de comando e as sinalizaes externas ao sistema digital so feitas

ou atravs de mudana de estado de rels (contatos) ou por valores contnuos deajustes na forma de corrente e tenso contnuas para sinal de referncia (set point)de reguladores e sinalizadores (ampermetros).


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2.2.2 Unidades de Aquisio e Controle

A fonte de dados de uma subestao so as Unidades de Aquisio eControle (UACs), cuja funo primria coletar os estados e as medidas dasubestao, para transfer-las para um sistema de Superviso, Controle e Aquisiode Dados (SCADA) no centro de controle. As UACs possuem tambm funes decontrole que atravs de lgica digital interna transfere pontos de sada para oSCADA. A lgica aumenta a confiabilidade do sistema, pois assim alguns pontospodem ser supervisionados por mais de um equipamento, pontos de proteo, porexemplo, so supervisionados pelo rel digital e pela UAC.

Devido necessidade de aquisio e controle em tempo real, os dados sotransportados utilizando a tecnologia de protocolos de comunicao. Atualmente, osDispositivos Eletrnicos Inteligentes (IEDs) se comunicam tambm atravs deprotocolos de comunicao, em conexo direta com a UAC, o que permite coletardados diretamente dos IEDs.

Figura 2-8 UAC Saitel 2000DP da Telvent.


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As UACS so compostas por mdulos, descritos a seguir:

a) fonte: o mdulo de fonte o responsvel pela alimentao dos mdulosativos e constitui-se de uma fonte chaveada com alimentao que pode ser CA110/220 V, CC 12 V, CC 48 V, etc. e sadas de 5 V, 12 V, 24 V com o recurso demanter os valores de sada constantes independente das variaes de entrada;

b) borneira e condicionamento de sinais: neste mdulo conectada a fiaovinda do campo (sinais de entrada e sada). A ligao com os dispositivos do campo feita atravs de circuitos pticos acopladores, circuitos estes que convertem o sinaleltrico em luz e a seguir fazem a desconverso, ou ento por rels auxiliares,mantendo assim uma isolao entre o campo e a UAC. Neste mdulo so tambmincludos os circuitos para proteo contra eventuais surtos vindos do campo e quepossam atingir a UAC;

c) mdulo de processamento: este mdulo a unidade central deprocessamento onde encontra-se o microprocessador que controla e processa asinformaes, e o relgio (clock) que define o ciclo de processamento. Nele esto osbancos de memria onde se alojam os dados e o programa. Neste mduloencontram-se tambm os circuitos eletrnicos para efetuar a comunicao de dadosentre a UAC e o sistema central. A comunicao da UAC com outros nveis dosistema de automao (central de operaes, outras UAC do sistema formandoneste caso uma rede) pode ser feita atravs de transmisso via rdio, fio direto oufibra ptica. Esta comunicao estabelecida obedecendo-se padres fsicos elgicos, com velocidades de transmisso caractersticas de cada padro;

Entradas Digitais (ED)As entradas digitais ocupam o papel de interface do sistema digital de

proteo e controle como os equipamentos em campo. atravs das entradasdigitais que se efetuam as aquisies das informaes digitais a partir dos contatosexternos da instalao, por exemplo, estados dos disjuntores e seccionadoras. Osestados, que devero ser supervisionados para cada subestao, devem ser


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definidos na fase de projeto e devem estar representados nos diagramas lgicos,bem como em quais intertravamentos estes iro intervir.

Neste carto so ligadas as entradas digitais (contatos) passando poracopladores pticos e protees (varistores). Um carto pode acomodar diversasentradas digitais, dependendo do modelo e do fabricante. Na Fig. 2-9 mostrada aligao esquemtica de uma destas entradas, feita por via direta ou via rel auxiliar.

Figura 2-9 Esquemtico de uma ED via direta ou via rel auxiliar.

Quando o contato est fechado, a tenso da fonte transferida aos doisterminais da entrada aa. Esta fonte pode ser externa ou interna, pode ser decorrente alternada (CA) ou contnua (CC). Como exemplo, pode-se citar uma UACde pequeno porte utilizada para telecomandar chaves dos circuitos da rede primriade distribuio que utiliza uma tenso interna CC de 12 V para isto. O circuitoeletrnico do carto ED, que mede a tenso nos terminais, compara-a com doisnveis de tenso 75% (ou 9 V) e 25% (ou 3 V) para transies positivas e negativasque correspondem respectivamente a contato fechado e aberto. A este par determinais de entrada aa' corresponder na UAC um endereo que conter ainformao '1' ou '0' caso o contato esteja fechado ou aberto.

Sadas Digitais (SD)Neste carto aloja as sadas digitais, cada qual contendo tambm um

endereo na UAC. Quando num endereo est o dgito '1', na correspondente sadadigital surgir uma corrente que poder ser enviada ao campo para comando. Emmuitos casos este acionamento feito via rels auxiliares de baixo consumopermitindo o uso dos componentes mais simples no carto (Fig. 2-10).


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Figura 2-10 Esquemtico de uma SD via direta ou via rel auxiliar.

Estes cartes podem incluir uma rotina denominada "check before operate"normalmente constituda por duas funes: a primeira, mais simples, consiste emverificar o estado (status) das sadas digitais a qualquer momento, e a segundaconsiste em verificar se a seleo dos elementos de comando foi correta, antes doacionamento. Esta verificao feita com o sinal presente no conector de sada quepor sua vez lido e a informao devolvida ao processador. O processador temposse do sinal desejado e o sinal na sada do conector. Sendo estes iguais, oprocessador aguarda o comando ser concludo. Em caso contrrio, desativa ocircuito de alimentao das sadas digitais inibindo a realizao do comando. Nesteponto pode-se entender como feito o telecomando e superviso no sistema digital.


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Comando Convencional

Telecomando Digital

Figura 2-11 Comando no sistema convencional e no digital.


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Na Fig. 2-11 procura-se mostrar esquematicamente como feito o comandono sistema convencional e no digital. No sistema convencional, ao ser pressionado oboto de comando, surge corrente no circuito de acionamento que puxa o pino detravamento permitindo que a mola abra o dispositivo. Solidrio com o eixo do plo dodisjuntor encontram-se os contatos auxiliares NA e NF. O contato NF fecha e almpada L indica disjuntor aberto na sala de comando.

No sistema digital, via mouse ou teclado, inicia-se a ao no micro na sala decomando. A informao vai do micro UAC pelo cabo de comunicao. A chegadadela na UAC provoca o acionamento da sada digital e a abertura do disjuntor. Ocontato NF lido na UAC e esta informao enviada ao micro na sala de comandoonde em sua tela mostrada a ocorrncia do comando (por exemplo, mudando acor do smbolo).

As sadas digitais tambm ocupam o papel de interface do sistema digital deproteo e controle como os equipamentos em campo. Atravs das sadas digitaisque se efetuam os comandos nos equipamentos da instalao, como por exemplo,comandos de abertura, fechamento ou religamento nos disjuntores. As condiessob as quais os contatos das sadas digitais mudaro de estado devem ser definidasna fase de projeto e devem estar representadas nos diagramas lgicos.

A Figura 2-12 exemplifica uma lgica de fechamento e abertura de umdisjuntor 52DX. Os blocos & representam um bloco lgico E, os blocos >=1representam um bloco lgico OU, os blocos com S1 e R blocos SET-RESET eos restantes so temporizadores.


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Figura 2-12 Lgica de Fechamento e Abertura de um disjuntor.

Entradas AnalgicasEste carto abriga as entradas analgicas cada qual contendo um endereo

na UAC. No endereo fica escrito o valor da varivel contnua correspondente a umvalor de entrada de tenso CC dentro da faixa de 10 V, ou um valor de correnteCC em diversas faixas (4 20mA, 0-10mA, etc).

As entradas analgicas servem para a aquisio de informaes analgicas apartir de transdutores de corrente ou tenso. Podem tambm controlar variveiscomo temperatura, presso e detectores de nvel de modo a fornecer ao sistemadigital a capacidade de realizao de automatismo como controle de bancos decapacitores. Atravs das entradas analgicas e conversores analgico/digitalinternos ao equipamento, grandezas analgicas podem ser transmitidas a nveissuperiores e gerar alarmes digitais em funo de seus valores.

As entradas analgicas coletam as medidas nos equipamentos e socalculadas e exibidas na tela do operador, e algumas vezes tambm emmultimedidores com display digital nos painis de controle das SEs.


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Figura 2-13 Multimedidor com display removvel [12].

Sadas AnalgicasEste carto aloja as sadas analgicas, cada qual com um endereo na UAC.

Dependendo do valor existente no endereo aparecer um sinal analgico de tensoCC na faixa entre 10 V, ou de corrente CC em diversas faixas (4 20mA, 0-10mA,etc).

De forma resumida:- Entrada de Dados:

Variveis Analgicas: aquisio de valores de tenso, corrente,temperaturas, nveis de reservatrio, dentre outros.

Variveis Digitais: aquisio de informao sobre o estado ou posiode disjuntores (aberto ou fechado), de chaves, ou de equipamento ligado oudesligado.

- Sadas Digitais: mudana de posio de contato aberto/fechado permitindoassim o telecomando de equipamentos e dispositivos (chaves, disjuntores etc.)

- Sadas Analgicas: fornecimento de valores contnuos para ajuste dareferncia (setpoint) de componentes eletrnicos dedicados de controle, como osreguladores de tenso e de velocidade de geradores, e sinais para medidoresanalgicos tipo ampermetros.


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Com todos os dados processados pelos cartes digitais e analgicos, a CPUda UAC aquisita os dados em pacotes e os envia ao sistema SCADA atravs deprotocolo de comunicao.

Nas SEs analgicas, as remotas antigas, chamadas de Unidades TerminaisRemotas (UTRs), possuem uma capacidade de aquisio de pontos muito reduzidae limitada. Para enviar os dados ao ONS as UTRs enviam os dados via microondasa um Centro de Operao do Sistema (COS) que j possua um SCADA e de l aONS coleta os pontos.

As UACs e unidades dedicadas so projetadas para coletar dados, quechegam na forma de sinal padro (por exemplo, correntes CC na faixa 4-20 mA outenso CC de 10 V). Nem sempre o sinal do processo se enquadra neste padro.

A adaptao dos sinais do processo de forma a torn-los compatveis com aUAC feita pelos dispositivos de interface: transformadores de corrente (TC) transformadores de potencial (TP) transdutores reles de interface


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2.2.3 - Transformadores de corrente e potencial

A grande expanso dos sistemas eltricos exige o uso de correntes e tensescada vez mais elevadas. Para controlar e proteger esses sistemas necessrio queas informaes sobre os valores de corrente e tenso sejam conhecidos. Com aimpossibilidade de dispormos de instrumentos que meam diretamente essasgrandezas, utilizamos transformadores de instrumentos, para obtermos valores detenso e corrente que se adaptem aos instrumentos disponveis. No caso da medidade tenso utilizamos os transformadores de potencial (TP) e para corrente temos ostransformadores de corrente (TC).

Figura 2-14 Transformador de Corrente.


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Os transformadores de corrente e potencial tem a funo de suprir decorrente e tenso os rels e medidores com tenso proporcional aos circuitos depotncia, suficientemente reduzidas do ponto de vista de seu isolamento. Essestransformadores de corrente apresentam a impedncia, vista pelo lado doenrolamento primrio (enrolamento ligado em srie com o circuito de alta tenso)desprezvel, comparada com a do sistema ao qual est instalado. De maneira que acorrente que circula no primrio dos transformadores de corrente definida pelocircuito de potncia.

Figura 2-15 Transformador de Potncia Indutivo.

Os objetivos principais desses transformadores so: Alimentar os sistemas de proteo com tenso e corrente reduzidas e

proporcionais s grandezas do circuito de fora. Proporcionar isolamento entre o circuito de alta tenso e os instrumentos.


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2.2.4 Transdutores

Os transdutores so dispositivos que modificam a natureza do sinal.Pode ser considerado um transdutor o medidor de energia residencial,

composto por um disco que gira com velocidade proporcional ao produto dos fluxosmagnticos produzidos por uma tenso e uma corrente (portanto a potncia)aplicados a ele. Outros tipos de transdutores recebem um sinal de entrada qualquer,e produzem na sada um sinal de corrente contnua (ou tenso) proporcional. Podemmuitas vezes fornecer na sada pulsos de freqncia proporcional ao sinal deentrada.

Na automao eltrica encontram-se vrios tipos de transdutores paramedio de: tenso corrente

potncia ativa, reativa, cos(fi) temperatura nveis, vazes, presses, etc.

Figura 2-16 Transdutor que funciona tambm como multimedidor.


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2.2.5 - Rels de interface

Para acionamento dos disjuntores em geral utiliza-se tenso CC de 125 ou250 Volts e corrente considervel. Assim para que uma sada digital de uma UACentre nestes circuitos preciso que ela tenha esta capacidade de corrente e tensopodendo resultar num projeto antieconmico. A alternativa fazer com que elavenha a agir atravs de rels auxiliares com esta capacidade.

Analogamente, os contatos auxiliares de equipamentos (disjuntores,seccionadoras etc.) esto previstos para serem inseridos em circuitos CC de 125,250 V. Alguns projetistas consideram que seja necessrio o uso deste nvel detenso para identificar o estado (status) destes equipamentos, visto que estescontatos esto submetidos a intempries (oxidaes) podendo resultar numa falsaindicao quando utilizado com tenses menores (12, 24, 48 V). Neste caso ou seprojeta a entrada digital da UAC para tenses e correntes altas, ou alternativamenteutilizam-se rels auxiliares.

Este rels so tambm denominados rels de interposio, e permitem, pois,que se utilize tenses baixas nas entradas e sadas digitais das UACs. Estes rels,ao mesmo tempo provm uma isolao (separao), entre os circuitos de campo eda UAC.

Figura 2-17 Rel auxiliar com 2 contatos NA/NF [5].


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2.2.6 - Unidades dedicadas

Esto includos neste grupo: rels digitais equipamentos de oscilografia. medidores eletrnicos multifuno

Pode-se dizer neste ponto que estas unidades so semelhantes s UACsconsistindo de CPU, memria, cartes de entrada e de sada.

Os rels digitais, para executar suas funes, usam as entradas analgicaspara determinar os valores de corrente e tenso, processam as informaes, e comoresultado atuam numa sada digital que entra no circuito de comando do disjuntor.

Os equipamentos de oscilografia possuem entradas digitais e analgicas,processam as informaes, e mostram seus resultados em tela e impressora.

Os medidores multifuno possuem entradas analgicas para ler as tenses ecorrentes trifsicas e a partir delas calculam as demais variveis (P,Q, cos fi).

Segue-se, pois que todos estes equipamentos so semelhantes em circuitose funes.

Devido diferena entre as funes que executam, no econmico ter umnico equipamento geral para os fins descritos anteriormente, e para a UAC.

Os rels de proteo precisam coletar dados com resoluo menor que 1 ms,ou seja, a cada 1 ms devem coletar os valores de tenses e correntes em todas asfases. Precisam tambm, neste intervalo de tempo, filtrar os sinais de entrada eprocess-los para decidir sobre existncia ou no de defeito.

Os equipamentos de oscilografia precisam reproduzir as formas de ondaincluindo algumas harmnicas. Dependendo das harmnicas de interesse, eleprecisa coletar os dados das variveis (exemplo: tenso e corrente) com freqnciaalta. Assim, se desejado conhecer a participao da 10a. harmnica, a freqnciade amostragem deve ser superior a 1200 Hz (2x10x60), ou seja, deve colher 20amostras por ciclo de 60 Hz, portanto a resoluo ser de 0,8 ms.

As UACs podem abrigar grande nmero de pontos (entradas/sadas)dependendo da aplicao.

Para geradores de usinas hidroeltricas, por exemplo, chegam a ter mais de500 pontos. s vezes a UAC tem que atender especificaes para ler algumas


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entradas digitais com resoluo de 1 ms e outros com resoluo mais lenta de 10ms. Neste caso pode resultar que o fabricante venha optar por dividir a UAC emduas ou mais partes com processadores separados. Para UACs de grande porte,alguns fabricantes apresentam como soluo uma arquitetura distribuda consistindode uma rede local com vrios mdulos separados, cada um com sua prpria CPU,memria e comunicao (resultando num gabinete com um ou mais mdulos paraEntradas Analgicas, outros para Entradas Digitais, outros para Sadas Digitais,outros para Sadas Analgicas e alguns mdulos mistos).


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2.2.7 - GPS

O Sistema de Posicionamento Global, conhecido por GPS (Global PositioningSystem), um sistema de posicionamento por satlite, utilizado para determinaoda posio de um receptor na superfcie da Terra ou em rbita.

O GPS est baseado no sistema de satlites NAVSTAR pertencente aogoverno americano e monitorado ininterruptamente pelo DoD (Departamento deDefesa americano). Seu uso civil foi liberado somente em 1980.

O sistema composto por 24 satlites orbitando em 6 planos inclinados em55 ao Equador, a uma altitude de 20200 km com ciclos de 12 horas. Todos emoperao (e mais trs sobressalentes) esto dispostos de tal forma que no mnimoexistam cinco deles visveis para qualquer ponto da terra e a qualquer momento.Devido grande altitude em que os satlites se encontram, suas rbitas se tornammuito estveis, pois quase no sofrem resistncia atmosfrica.

O DoD tem quatro estaes monitoras na Terra, trs estaes detransferncia, e uma estao de controle central. As estaes monitoras rastreiamos satlites continuamente e fornecem dados para a estao de controle central. Aestao de controle central calcula os caminhos dos satlites e coeficientes decorreo dos relgios e os envia para uma estao de transferncia. As estaes detransferncia transmitem os dados para cada satlite pelo menos uma vez por dia.

Cada satlite contm um par de relgios atmicos com preciso denanosegundos que constantemente enviam sinais com seus cdigos deidentificao. Os dados so enviados para a superfcie por meio de ondas de rdio,que viajam a velocidade da luz, assim os receptores conseguem saber quanto osinal viajou, sabendo quanto tempo ele demorou para chegar [14].

Frente caracterstica dos sistemas digitais de controle de subestaesintegrarem diversos equipamentos que devem operar de forma conjunta e integrada,um requisito fundamental a estes sistemas a sincronizao de tempo.

Para que a anlise dos dados seja feita de forma correta, os vriosregistradores de perturbaes da subestao devem ter uma hora e data comum.Logo, em todas as subestaes digitalizadas existe um GPS que, atravs daunidade de controle central dever sincronizar todos os relgios internos dos


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equipamentos, sincronizando as UACS, rels de proteo e tudo o que estconectado rede de telecomunicao da SE.

Esta rotina de sincronizao do tempo dever ser processada na inicializaodo sistema, periodicamente (geralmente a cada 10 minutos), e tendo ocorrido umaperda de sincronismo, aps o restabelecimento de tal.

Figura 2-18 GPS usado em SEs e sua vista traseira [9].

Se, por exemplo, uma unidade de processamento foi programada parareceber uma mensagem de sincronizao em perodos de 10 em 10 minutos e estaunidade no recebe nenhuma mensagem de sincronismo durante um perodo de 15minutos, o sistema digital ir declarar-se em perda de sincronismo e o registroseqencial de eventos no ser confivel at que se restabelea uma situaonormal de sincronizao.

Atualmente existem GPSs equipados exclusivamente para atuarem eminstalaes de gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica. E em algunscasos possuem vrias portas com diferentes tipos de conectores para efetuar osincronismo (conectores RJ45, DB9, IRIG-B, etc), o que permite sincronizar diversostipos de equipamentos.


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2.2.8 - Oscilografia

Os oscilgrafos so utilizados para analisar fenmenos do sistema eltrico.Nas SEs automatizadas deve-se registrar a atuao de rels de proteo, aberturae fechamento de disjuntores e chaves seccionadoras e outras indicaes de estadode interesse, com preciso de at um milisegundo, possibilitando o encadeamentohistrico das ocorrncias. Devido elevada preciso, a aquisio desses dados efetuada normalmente por equipamentos autnomos, que se comunicam com ocentro de controle e demandam um dispositivo de sincronizao de tempo (GPS).

Esse registro, atualmente feito por Registradores Digitais de Perturbaes(RDP). Eles podem ser utilizados como registradores tanto de eventos de curtadurao do tipo curto-circuitos, energizao... como tambm para fenmenos delonga durao como oscilaes, afundamentos de tenso... atendendo destamaneira tanto o setor de transmisso e distribuio quanto o de gerao.

Trs tipos diferentes de registros so armazenados: registros de forma deonda, registros fasoriais e registros de medio contnua.

Figura 2-19 Registrador Digital de Perturbaes [9].


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Os registros de forma de onda so os mais conhecidos, onde possvelanalisar a prpria forma da onda, possibilitando assim a verificao de fenmenosda ordem de microsegundos e tambm a anlise harmnica do sinal, j que osdados so capturados a at 5760 amostras por segundo.

Os registros fasoriais so menos conhecidos, pois poucos equipamentospossuem esta capacidade ainda, mas estes registros so muito teis em usinas epara a anlise de fenmenos mais lentos, da ordem de minutos. J os registros demedio contnua permitem acompanhar os nveis de corrente e tenso, assim comograndezas derivadas durante o dia [9].


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2.2.9 Sistema de Superviso Controle e Aquisio de Dados (SCADA)

Para a configurao dos sistemas digitais de subestaes, normalmenteexistem dois softwares bsicos. Um deles utilizado para programar o equipamentode controle e o outro o supervisrio, onde se desenvolvem todas as telas queserviro de interface do operador com o sistema.

atravs do software que so configuradas todas as entradas e sadasdigitais que fazem parte da instalao. Tambm os ajustes e parmetros, os limitesinferiores e superiores das grandezas analgicas so configurados neste software,alm de poderem ser alterados on-line em funo das caractersticas necessrias aosistema.

Todas as lgicas de consistncia de estados, intertravamentos, obteno depulsos e lgicas de automatismos so programadas com uma linguagem deprogramao que varia de fabricante para fabricante.

Todos as telas que so representadas no display de cristal lquido de cadaIHM tambm devem ser programadas para terem seus estados e comandosinterligados com os equipamentos no campo. Na figura 2-20 temos um exemplo deuma tela representada em uma IHM.

Figura 2-20 Tela de uma IHM.

O software supervisrio provido de um sistema de desenho (CAD) onde sodesenvolvidos os diagramas unifilares, de proteo utilizados para a superviso econtrole da SE.


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Neste software ainda configurada a base de dados do sistema, cominformaes de nmeros operacionais dos equipamentos e textos descritivos quedevero aparecer nas listas de eventos e alarmes.

neste software que o operador da subestao ter acesso aos comandosdos equipamentos da SE sendo este o local apropriado para se executar oscomando, j que assim ele ter uma viso global da SE.

Figura 2-21 Unifilar de uma SE em um SCADA.

As sinalizaes em uma SE digitalizada aparecem na tela do SCADA,alertando o operador sobre qualquer evento que ocorra no sistema. Nas SEsconvencionais as sinalizaes aparecem nos chamados anunciadores, que ficam,


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geralmente de frente para os operadores. A figura 2-22 exemplifica um anunciadorutilizado na SE Bandeirantes(GO).

Figura 2-22 Anunciador do setor de 345kV da SE Bandeirantes(GO).O software SCADA fornece ao operador todas as informaes da SE atravs

da tela do seu microcomputador.

Informaes como Lista de Eventos, so representadas cronologicamente. Apreciso de registro de milissegundos, o que facilita o rastreamento dos defeitos.

Alm das Listas de Eventos temos as Listas de Alarme que nos mostramapenas alteraes emergenciais, nestas telas os alarmes ativos e no ativos devemser reconhecidos pelo operador para que desapaream da tela confirmando assimque esta informao foi vista.

Temos alm das telas de superviso e controle, as telas de ajustes que sotelas de navegao para profissionais especficos, pois so nestas telas queinformamos aos algoritmos programados os tempos de abertura/fechamento de


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disjuntores, seccionadoras etc... , como tambm tempo de subida/descida de tapsdos transformadores.


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2.2.10 Centros de Operao Regional (COR) e do Sistema (COS)

Quando uma subestao possui um sistema digital, ele acumula asinformaes em duas bases de dados: a de tempo real, e a histrica.

Alguns dados em tempo real so necessrios ao sistema de superviso econtrole da rede (COS/COR). Desta forma so previstos nos sistemas digitais meiospara a intercomunicao destes dados.

Os dados relativos s UACs so comunicados aos Centro de OperaoRegional (COR) via canal de telecomunicaes.

Cumpre notar neste ponto que apenas os dados mais significativos daestao dizem respeito s atividades do Sistema de Superviso e Controle. Porexemplo, de interesse o estado dos disjuntores das linhas, geradores etransformadores, as potncias ativas e reativas em cada elemento, e a tenso nosvrios trechos de barra. Outros dados no tm interesse, como por exemplo, oestado dos disjuntores do servio auxiliar da estao.

No COR ocorrem a operao e o atendimento das subestaes e usinas deuma regio da rea global. Dele partem os sinais de telecomando dos disjuntores, ossinais para partir e conectar um dado gerador na usina, e chegam todos os dadoscoletados nas UAC. No COR est localizado um sistema computacional que possuia interface homem-mquina (IHM) adequada ao operador da rede regional. A IHMpermite a ele tomar o conhecimento dos alarmes, da seqncia de eventos, dasmedies, bem como executar os telecomandos. Em resumo, reside no COR umsistema SCADA.

No Centro de Operao do Sistema (COS) encontram-se as facilidades paraa operao global centralizada do sistema e a coordenao da gerao e carga. NoCOS est localizado um sistema digital, onde encontram-se as funesdenominadas de "alto nvel"; onde so obtidas as informaes necessrias aoperao adequada e segura do sistema. Algumas destas funes so:

Previso de carga ligada, em base horria. Programao hidro energtica, previso de cheias e vazes efluentes nos

reservatrios. Fluxo de potncia.


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Estimador de estado. Anlise de contingncia (anlise de segurana). Otimizao da gerao e transmisso. Controle automtico de gerao (CAG), ou o controle de carga e freqncia. Coordenao da manuteno.

Figura 2-23 Nveis hierrquicos de um Sistema de Superviso e Controle.

Os sistemas de superviso podem agir na subestao, ligando/desligandolinhas e transformadores. Esta funo tem maior ou menor dificuldade de serimplementada dependendo do padro de comunicao usado.

Por isso importante que os sistemas digitais utilizem sistemas decomunicao que sejam padronizados.


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2.2.11 - Base de Dados

Na base de dados de uma SE esto todos os dados que sero coletados eenviados ao SCADA e ao ONS. Na base esto os TAGs, que so uma seqnciade caracteres que a UAC e/ou SCADA vai identificar, de forma que no existemTAGs iguais, pois no existem pontos iguais; a descrio dos pontos; se o pontogera alarme ou evento; e para onde ele vai, se vai para o COR, COS, etc.

importante manter um padro nos TAGs e descries dos pontos, paraque, quando um disjuntor operar todos os equipamentos tenham sempre a mesmamensagem de abertura ou fechamento.

No Brasil todos os pontos da base de dados devem chegar ao ONS,responsvel pela coordenao e controle da operao das instalaes de gerao etransmisso de energia eltrica no Sistema Interligado Nacional (SIN). E o ONS, apartir de seus procedimentos de rede, (documentos elaborados pelo ONS, queestabelecem os procedimentos e os requisitos tcnicos para o planejamento, aimplantao, o uso e a operao do SIN), exige um nmero mnimo de pontos aserem supervisionados dependendo da SE (Procedimento de Rede Mdulo 10.19).

A tabela 2-1 apresenta um exemplo de lista de pontos contendo as entradasdigitais a serem utilizadas como modelo.

TAG

DES

CR

IO

TEX

TO 0

TEX

TO 1

RG3SC24EPOOP RG RAX SECC. 35E2-4 ABERTA NO ABERTA ABERTA

RG3SC24EPOCL RG RAX SECC. 35E2-4 FECHADA NO FECHADA FECHADA

RG3SC24EF125 RG RAX SECC. 35E2-4 FALTA 125Vcc CIRC. CONTROLE NORMAL FALHA

RG3SC24EF480 RG RAX SECC. 35E2-4 FALTA 480Vca CIRC. MOTOR NORMAL FALHA

RG3SC24EFMOT RG RAX SECC. 35E2-4 FALHA NO MOTOR NORMAL FALHA

RG3SC24EDPOL RG RAX SECC. 35E2-4 DISCORDNCIA DE PLOS NORMAL ATUADORG3SC24ECREM RG RAX SECC. 35E2-4 CHAVE EM REMOTO LOCAL REMOTO

RG3SC25EPOOP RG RAX SECC. 35E2-5 ABERTA NO ABERTA ABERTA

RG3SC25EPOCL RG RAX SECC. 35E2-5 FECHADA NO FECHADA FECHADA

RG3SC25EF125 RG RAX SECC. 35E2-5 FALTA 125Vcc CIRC. CONTROLE NORMAL FALHA

RG3SC25EF480 RG RAX SECC. 35E2-5 FALTA 480Vca CIRC. MOTOR NORMAL FALHA

RG3SC25EFMOT RG RAX SECC. 35E2-5 FALHA NO MOTOR NORMAL FALHA

RG3SC25EDPOL RG RAX SECC. 35E2-5 DISCORDNCIA DE PLOS NORMAL ATUADO


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Tabela 2-1 Entradas Digitais.

A tabela 2-2 exibe uma lista com as sadas digitais configuradas.

TAG

DES

CR

IO

TEX

TO 0

TEX

TO 1

RG3SC24OPERM RG RAX PERMISSO DE MANOBRA SECCIONADORA 35E2-4 - PERMISSO

RG3SC24OORCL RG RAX FECHAMENTO SECCIONADORA 35E2-4 - FECHAR

RG3SC24OOROP RG RAX ABERTURA SECCIONADORA 35E2-4 - ABRIR

RG3SC25OPERM RG RAX PERMISSO DE MANOBRA SECCIONADORA 35E2-5 - PERMISSO

RG3SC25OORCL RG RAX FECHAMENTO SECCIONADORA 35E2-5 - FECHAR

RG3SC25OOROP RG RAX ABERTURA SECCIONADORA 35E2-5 - ABRIR

RG3DJE2OORCL RG RAX COMANDO FECHAR DISJUNTOR 15E2 - FECHAR

RG3DJE2OOPCS RG RAX CMD ABRIR DISJ. 15E2 COM SINCRONIZADOR - ABRIR

RG3DJE2OOPSS RG RAX CMD ABRIR DISJ. 15E2 SEM SINCRONIZADOR - ABRIR

RG3DJE2O2SF6 RG RAX DISJUNTOR 15E2 (2 ESTGIO SF6) - ATUARRG3RES_DO11 RESERVA_DO11 - -

RG3SR28OPERM RG RAX PERMISSO DE MANOBRA SECCIONADORA 35E2-8 - PERMISSO

RG3SR28OORCL RG RAX FECHAMENTO SECCIONADORA 35E2-8 - FECHAR

RG3SR28OOROP RG RAX ABERTURA SECCIONADORA 35E2-8 - ABRIR

RG3TPBAOSNC1 RG RAX SELE. TPC DA BARRA A PARA SINCRONISMO - ATUAR

RG3TPBBOSNC2 RG RAX SELE. TPC DA BARRA B PARA SINCRONISMO - ATUAR

RG386E2ORESE RG RAX RESET REL DE BLOQUEIO 86BF - DISJ. 15E2 - REARMAR

Tabela 2-2 Sadas Digitais.

A tabela 2-3 apresenta as entradas analgicas.

TAG

DES

CR

IO

TEX

TO 0

TEX

TO 1

RG3MER2ACOFA RG RAX CORRENTE FASE A

RG3MER2ACOFB RG RAX CORRENTE FASE B

RG3MER2ACOFC RG RAX CORRENTE FASE C

RG3MER2ACONE RG RAX CORRENTE NEUTRO

RG3MER2ACOME RG RAX CORRENTE MDIA ENTRE FASES RG3REE2ATENA RG RAX TEMPERATURA ENROLAMENTO FASE A RE05E2

RG3REE2ATENB RG RAX TEMPERATURA ENROLAMENTO FASE B RE05E2

RG3REE2ATENC RG RAX TEMPERATURA ENROLAMENTO FASE C RE05E2

RG3REE2ATOLA RG RAX TEMPERATURA LEO FASE A RE05E2 RG3REE2ATOLB RG RAX TEMPERATURA LEO FASE B RE05E2 RG3REE2ATOLC RG RAX TEMPERATURA LEO FASE C RE05E2 RG3MEBAATEBA RG RAX TENSO FASE B BARRA A

RG3MEBAAFREQ RG RAX FREQUENCIA FASE B BARRA A

RG3RES_AI09 RESERVA_AI09

Tabela 2-3 Entradas Analgicas.


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A tabela 2-4 exibe pontos de entradas e sadas digitais que um IED podeaquisitar (no caso um rel digital).

TAG

DES

CR

IO

TEX

TO 0

TEX

TO 1

RG4AP01EC87A RG RAZ DISP. DIFERENCIAL FASE A COM RESTRIO NORMAL DISPARORG4AP01EC87B RG RAZ DISP. DIFERENCIAL FASE B COM RESTRIO NORMAL DISPARORG4AP01EC87C RG RAZ DISP. DIFERENCIAL FASE C COM RESTRIO NORMAL DISPARORG4AP01ES87A RG RAZ DISP. DIFERENCIAL FASE A SEM RESTRIO NORMAL DISPARORG4AP01ES87B RG RAZ DISP. DIFERENCIAL FASE B SEM RESTRIO NORMAL DISPARORG4AP01ES87C RG RAZ DISP. DIFERENCIAL FASE C SEM RESTRIO NORMAL DISPARORG4AP02ED50A RG RAZ DISPARO PROTEO 50 FASE A NORMAL DISPARORG4AP02ED50B RG RAZ DISPARO PROTEO 50 FASE B NORMAL DISPARORG4AP02ED50C RG RAZ DISPARO PROTEO 50 FASE C NORMAL DISPARORG4AP02EP51A RG RAZ PARTIDA PROTEO 51 FASE A NORMAL PARTIDARG4AP02EP51B RG RAZ PARTIDA PROTEO 51 FASE B NORMAL PARTIDARG4AP02EP51C RG RAZ PARTIDA PROTEO 51 FASE C NORMAL PARTIDARG4AP02ED51A RG RAZ DISPARO PROTEO 51 FASE A NORMAL DISPARORG4AP02ED51B RG RAZ DISPARO PROTEO 51 FASE B NORMAL DISPARORG4AP02ED51C RG RAZ DISPARO PROTEO 51 FASE C NORMAL DISPARORG4AP02ED50N RG RAZ DISPARO PROTEO 50N NORMAL DISPARORG4AP02EP51N RG RAZ PARTIDA PROTEO 51N NORMAL PARTIDARG4AP02ED51N RG RAZ DISPARO PROTEO 51N NORMAL DISPARORG4AP02ED50G RG RAZ DISPARO PROTEO 50G NORMAL DISPARORG4AP02EP51G RG RAZ PARTIDA PROTEO 51G NORMAL PARTIDA

Tabela 2-4 Entradas e sadas digitais de um rel digital.


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2.2.12 Arquitetura Bsica

Um sistema central normalmente composto por vrios microcomputadoresou estaes de trabalho (workstation) ligados em rede de rea local (LAN : LocalArea Network). Os equipamentos digitais do nvel de interface com o processo estoconectados ao Sistema Central diretamente na rede local, ou atravs deprocessadores de comunicao encarregados de receber as informaes etransmiti-las para a rede.

Existem vrias filosofias de comunicao, de diviso do sistema em mdulos,e mesmo de quais funes ficam no Sistema Central ou prximo do processo. O usode rels digitais exerce grande impacto na definio da filosofia destes sistemas.

Dependendo do seu tamanho e das funes desejadas, a complexidade dosistema digital da subestao ser maior ou menor. Novas tecnologias como o usode sensores inteligentes, transformadores de corrente/tenso pticos, tero impactona concepo destes sistemas.

Um sistema central pode ser composto por subsistemas. Estes subsistemasesto ligados atravs de um LAN, rede de rea local dual, que pode ser do tipoEthernet, por exemplo. Os computadores podem ser estaes de trabalhoindependentes. Cada console de operao constitudo por uma estao detrabalho. O controle de IHM realizado em duas estaes de trabalhoindependentes conectadas no modo "hot stand by" (redundncia, onde caso hajaproblema em uma, a outra assume a tarefa) com informaes duplicadas.

A Figura 2-24 mostra um tipo de arquitetura de sistema em uma SE.A Figura 2-25 mostra a disposio dos painis e as interligaes entre os

rels digitais, as UACs e os dispositivos de interface como RDPs, conversores, etc.


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Figura 2-24 Arquitetura de Sistema simplificada.


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Figura 2-25 Arquitetura simplificada do sistema de comunicao entre os painis de controle e proteo.


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Captulo 3 Requisitos Funcionais de Superviso e controle

A principal funo do sistema de superviso e controle de monitorar eregistrar as informaes dos subsistemas integrados e isto pode ser realizado com oauxlio de uma interface, que comumente trata-se de um PC localizado na prpriacasa de comando.

Esta interface suporta as funes de apresentao e visualizao de estadosdo processo em telas grficas definidas pelo usurio, captura, apresentao etratamento de histricos, possibilidade de conexo remota, alm de poder controlar eajustar protees.

Por ser uma exigncia da maioria das concessionrias os softwares dossistemas de automao de SEs (Subestaes) operam em ambiente WINDOWS.

Atravs deste console so realizadas as funes de superviso e comando,alm disto ele possui um conjunto de programas necessrios integrao dealgumas funcionalidades que so fundamentais:

Definio da base de dados da subestao; Configurao de grficos representativos da subestao; Configurao das informaes da subestao; Superviso das telas representativas da subestao; Superviso do conjunto de protees da instalao.

Esta interface recebe todas as informaes das UACs atravs de rede defibra-tica e difusores de fibra-tica, utilizando-se de vrios protocolos decomunicao, como, por exemplo, PROCOME, DNP 3.0, IEC-870-104.

Um sistema digital de automao de subestaes geralmente apresenta asseguintes funes bsicas:


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3.1 - Comando

O comando dos equipamentos de cada subestao poder ser efetuado dosseguintes modos: Localssimo mecnico: em todos os equipamentos de manobra, nos prprios

equipamentos. Este procedimento ser de emergncia e de responsabilidadenica do operador, no estando envolvido o sistema digital de superviso,controle e proteo;

Localssimo eltrico: nos disjuntores, seccionadoras (dependendo da tenso), ereguladores, por exemplo, existem botes de comando local junto a eles prprios,que por sua vez podem contemplar todos os intertravamentos que se faamnecessrios provenientes do sistema digital;

Nvel de bay: em todos os equipamentos (comandveis) no seu respectivo painelde bay, atravs de IHMs, contemplando os intertravamentos implantados;

Nvel de Subestao: em todos os equipamentos (comandveis) atravs doSCADA, na mesa do operador, contemplando todos os intertravamentosdesenvolvidos no sistema digital de superviso, controle e proteo;

Nvel Remoto: em todos os equipamentos (comandveis) atravs do COR ouCOS, contemplando todos os intertravamentos desenvolvidos no sistema digitalde superviso, controle e proteo.


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3.2 - Intertravamento

Devem efetuar o bloqueio ou liberao de aes de comando em chaves,disjuntores ou seccionadoras em funo da topologia da subestao, visando segurana operativa desses equipamentos.

Os circuitos das seccionadoras, disjuntores, comutadores dostransformadores e demais equipamentos devem ser providos de intertravamentos desegurana para evitar que erros de manobra possam resultar em danos pessoais oumateriais.

Em uma subestao digitalizada, os intertravamentos dos equipamentos deum bay devem ser programados nas suas respectivas UACs atravs de lgicainterna. Enquanto que, em uma subestao com comando convencional para sefazer intertravamentos que possussem informaes de bays distintos, eranecessrio a utilizao de inmeros contatos auxiliares. Na subestao digitalizadaas informaes que j esto disponveis em uma UAC so repassadas para asdemais UACs pela rede.

A Figura 3-1 mostra uma lgica de intertravamento de uma seccionadora.

Figura 3-1 Lgica de intertravamento de uma seccionadora.

A definio dos intertravamentos consta nos diagramas lgicos (ou deblocos), que hoje se faz necessrio frente ao ONS, e depende da filosofia adotada.


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3.3 - Sinalizao

Em um projeto de subestao digital devem ser previstos dois tipos desinalizaes de estado: sinalizao de estado dupla e simples.

As sinalizaes de estado duplas devem ser usadas para indicao do estadodas seccionadoras, disjuntores, vlvulas e demais equipamentos cujas informaesde seus estados sejam obtidos atravs de dois sensores ou dispositivos, existindo apossibilidade de ambos estarem atuados ou desatuados simultaneamente.

Estas sinalizaes de estado duplas devem possuir lgica de verificao deconsistncia, devendo ser emitido um alarme sempre que ambos os sensores oudispositivos de informao de estado estiverem atuados ou desatuadossimultaneamente, gerando os bloqueios nos circuitos de comando intertravados poresses sensores. O alarme deve ocorrer aps transcorrido um determinado tempo,ajustvel para cada equipamento. Na figura 3-2 temos um exemplo da lgicautilizada para verificao da consistncia do estado de uma seccionadora.

Figura 3-2 Lgica de consistncia de estados de uma seccionadora.

As sinalizaes de estado simples devem ser usadas para a indicao doestado dos rels contatores, chaves de seleo, pressostatos, termostatos e demaisequipamentos cujas informaes de estado sejam obtidas atravs de um dispositivo


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onde no existe a possibilidade dos contatos estarem simultaneamente abertos oufechados.

A aquisio dos dados de sinalizao efetuada pelas UACs atravs decartes de entradas digitais, e a transmisso para o SCADA feita via rede decomunicao. Os dados devem ser tambm transmitidos para o COR e COSsegundo suas necessidades.


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3.4 - Alarme

Toda e qualquer anormalidade nos equipamentos principais e auxiliares dasubestao, bem como nas prprias unidades do sistema deve gerar uma indicaonas UACs e um alarme no SCADA, alm de ser transmitida para o nvel superior desuperviso.

Estes alarmes so aquisitados ou gerados pelas UACs e transmitidos aoSCADA via rede de comunicao.

Com as facilidades dos sistemas digitais, nas subestaes que utilizam-se detais tecnologias, possvel eliminar o uso do convencional anunciador de alarmes,uma vez que possvel simul-lo no SCADA. Podemos elaborar uma tela de alarmepor bay, retratando um painel de alarme convencional e em cores diferentes,dependendo da gravidade do defeito.

Os dados de alarme podem ser registrados automaticamente em umaimpressora e so reconhecidos pelo operador no SCADA local ou no centro remoto(COS, COR).


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3.5 - Registro Seqencial de Eventos

Dever registrar a atuao de rels de proteo, abertura e fechamento dedisjuntores e chaves seccionadoras e outras indicaes de estado de interesse, compreciso de at um milissegundo, possibilitando o encadeamento histrico dasocorrncias. Devido elevada preciso, a aquisio desses dados efetuadanormalmente por equipamentos autnomos, que se comunicam com o centro decontrole e demandam um dispositivo de sincronizao de tempo [6].

Em uma subestao digitalizada, os dados de comando, sinalizao e alarmeda subestao so armazenados no SCADA de maneira a permitir:

- Apresentao na tela o operador ou registro na impressora de listagenscompletas, parciais ou resumidas dos eventos ocorridos em um determinadoperodo, na ordem cronolgica de suas ocorrncias;

- Apresentao na tela ou registro na impressora de listagens de eventosespecficos para fins histricos e estatsticos;

- Transmisso para o nvel de superviso superior.

A data e tempo de ocorrncia de cada evento devem ser determinados pelasUACs. Desta forma, quando os dados so transmitidos para nveis superiores j temrotulados suas datas e tempos de ocorrncia. Da vem a importncia dasincronizao entre as diversas UACs do sistema.

O processo de armazenamento cclico, ou seja, quando todo o espao dememria destinado armazenagem dos eventos for preenchido, os eventos maisnovos substituiro os mais antigos.


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3.6 - Medio

A aquisio dos dados de medio efetuada pelas UACs atravs de cartesde entradas analgicas ou pelas entradas da proteo. Em cada painel pode existirum mostrador digital que possibilite a indicao da grandeza selecionada pelousurio.

Graas digitalizao das subestaes, possvel que os valoresinstantneos de medio sejam supervisionados automaticamente de maneira apoder alertar o usurio quando limites superiores ou inferiores pr-programados soultrapassados. Tambm possvel a realizao da manipulao dos dados demedio para clculos de mdia, identificao de mximos, mnimos, mximascoincidentes, clculos de fator de carga etc. e a apresentao destas medidas noSCADA bem como seu envio para os nveis superiores.

Figura 3-3 Multimedidor Digital [1].


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3.7 - Automatismos

Existem vrias funes que supervisionam o sistema e reagemautomaticamente de forma a eliminar os incidentes e permitir efetuar lgicas deintertravamento, controlando diversos equipamentos em funo de uma dadasituao.

Os sistemas digitais so capazes de realizar estas rotinas programadas deautomatismos, utilizando-se de linguagens de programao, o que reduzsignificativamente espao fsico nas instalaes. Enquanto que, em uma subestaoconvencional, painis inteiros so destinados realizao de certas lgicas. Em umasubestao digitalizada estas lgicas so realizadas computacionalmente.

Na figura 3-4 podemos observar um painel convencional inteiro composto derels para realizao de um automatismo, e um painel digital aonde a quantidade derels muito menor.

Figura 3-4 Painel convencional X Painel Digital.


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3.8 - MonitoraoApresenta ao operador, sob forma grfica ou atravs de desenhos

esquemticos, os valores provenientes das medies realizadas, alm dasindicaes de estado dos disjuntores, chaves seccionadoras e demais equipamentosde interesse. As medies podem ser obtidas por meio de transdutores conectadoss entradas analgicas das UACs ou controladores programveis, ou ainda atravsde equipamentos dedicados que promovam a transferncia entre analgico/digital. Afiguras 3-5 exemplifica a tela de interface do operador (SCADA) com a arquitetura deuma SE, construda pelo Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia (SAGE) [6].

Figura 3-5 Arquitetura de uma SE construda pelo SAGE.


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3.9 - Proteo uma funo realizada por equipamentos autnomos e redundantes, em face

da sua importncia e velocidade com que devem atuar. composta por rels deproteo que podem ser digitais ou convencionais, sendo que esses ltimos podemser eletromecnicos ou de estado slido. O sistema de automao responsvelapenas pela monitorao da atuao dos rels, que, no caso de relsconvencionais, efetuada por meio de contatos auxiliares. J os rels digitaisapresentam a possibilidade de transferncia dessa informao por protocolos decomunicao [6].

A figura 3-6, mostra um rel digital.

Figura 3-6 Rel Digital [13].


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Captulo 4 Automao Digital de uma Subestao

O sistema digital de automao de subestao visa prover os meios paraoperao e manuteno desta. Ele se caracteriza por dois nveis hierrquicos: onvel interface com o processo e aquisio de dados; e o nvel de comando esuperviso tambm denominado Sistema Central.

No nvel de interface com o processo encontram-se as unidades de aquisiode dados (UAC) e os outros equipamentos dedicados como os rels de proteo(digital ou no) e os equipamentos de oscilografia.

No nvel do Sistema Central desenvolvem-se vrias funes, algumas dasquais esto listadas a seguir:

sinalizao ou monitorao de estado (status) de equipamentos, medio, protees de linha, de transformador, de barra, de reator, por perda de

sincronismo, monitorao das protees, religamento automtico, estimativa de localizao de falta na linha, telecomando, proteo por falha de disjuntor, controle de equipamentos de chaveamento (intertravamento), seqncia automtica de chaveamentos, monitorao de sobrecarga em transformadores, controle local de tenso e fluxo de reativo, corte seletivo de cargas (load shedding), sincronizao, alarme, indicao e registro de seqncia de eventos, oscilografia, interface homem-mquina, interface com COR/COS e outros sistemas.


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Neste captulo ser mostrado como foi feita a digitalizao de umasubestao de energia a partir de um caso real. Sero apresentados: a arquiteturade comunicao da SE; alguns automatismos atravs dos diagramas esquemticosda SE; alguns diagramas lgicos que foram implementados na SE.

O sistema a ser implementado um bay da SE Colinas (TO). A SE Colinasfunciona tambm como Front-End para outras 3 SEs interligadas, as SE RibeiroGonalves (MA), SE So Joo do Piau (PI) e a SE Sobradinho (BA) como naarquitetura geral de SEs mostrada na figura 4-1. O projeto de interligao das 4SEs conhecido como projeto ATE-II.

Como se pode observar no unifilar da SE Colinas (Figura 4-2), temos 1 linhapara a SE Ribeiro Gonalves e 1 reator de linha a serem implementados. As outraslinhas para Imperatriz e Miracema no nos interessa neste trabalho.


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Figura 4-1 Arquitetura Geral das SEs.


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Figura 4-2 Unifilar Simplificado da SE Colinas.


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4.1 - Arquitetura bsica do SistemaNa figura 4-3 temos a arquitetura bsica do sistema de comunicao da SE

Colinas. Nela temos 3 UACs: uma para fazer o controle da linha para a SE RibeiroGonalves; a segunda para fazer o controle dos servios auxiliares da SE; e a ltimapara fazer a funo de Front-End, concentrando todas as informaes das outras 4SEs.

Foram projetados 10 painis para a SE Colinas:1. PCDX: Painel de Controle da LT Ribeiro Gonalves;2. PCSA: Painel de Controle de Servios Auxiliares;3. PTL: Painel de Teleproteo;4. FE: Painel Front-End;5. PPDX: Painel de Proteo Principal da LT Ribeiro Gonalves e do

Reator;6. PADX: Painel de Proteo Alternada da LT Ribeiro Gonalves, do

Reator, e para falha dos disjuntores;7. PS: Painel de Sincronismo; e8. RDP: Painel do Registrador de Perturbaes;9. PI: Painel de Interface;10. PTC: Painel de Telecomunicaes;

De forma simplificada sero analisadas as funes de cada painelseparadamente, fazendo analogia juntamente com a arquitetura do sistema decomunicao (Figura 4-3):


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Figura 4-3 Arquitetura Bsica do Sistema de comunicao da SE Colinas


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Painel de Controle da LT Ribeiro GonalvesEste painel possui uma UAC, denominada UCD1, ela est aquisitando todas

as informaes dos painis de proteo (PPDX e PADX) e do painel de sincronismo(PS).

Foi feita uma ligao em anel de uma das portas de comunicao da UCD1passando por todos os rels digitais e fechando o anel em outra porta decomunicao da UCD1. Como a interligao dos painis foi feita atravs de fibratica, foram necessrio conversores de padro RS-485 para fibra tica.

Esta ligao em anel foi feita para que a estampa de tempo dos rels fosselevada CPU.

Os pontos digitais foram aquisitados diretamente do campo, saindo doscubculos dos equipamentos e chegando nos bornes dos painis at os cartesdigitais.

Os pontos analgicos foram aquisitados diretamente dos TCs e TPs nocampo, passando por transdutores para que os cartes de entradas analgicaspudessem aquisitar os valores de corrente e tenso. Esses valores so enviados aosmultimedidores no painel atravs de protocolo ModBus, de uma das portas decomunicao da UAC aos multimedidores. A UAC envia tambm ao SCADA, atravsda rede, os valores de tenso, corrente, potncia ativa, reativa, fator de potncia etc.

Painel de Controle de Servios AuxiliaresO painel de controle de servios auxiliares possui uma UAC denominada

UCDSA, que faz simplesmente o controle de equipamentos auxilares da SE, comoos alimentadores de tenso CC e CA, os geradores diesel, etc.

Possui um carto de sada digital apenas para dar comando de partirgeradores diesel quando da falha dos alimentadores. A figura 4-4 mostra um dosunifilares do sistema de servios auxliares da SE Colinas.


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Figura 4-4 Unifilar dos Servios Auxiliares da SE.


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Painel de TeleproteoO painel de teleproteo o painel de comunicao OPGW, que faz a

comunicao entre as SEs de dados e voz, alm da teleproteo mirror-bits entre osrels da SEL, aonde os rels de linha das SEs esto se comunicando em tempo realpara fazer as protees de zonas.

Atravs da fibra OPGW as SEs Ribeiro Gonalves, So Joo do Piau eSobradinho enviam seus dados para o painel PTL, que atravs de um multiplexador(MUX) transmite as informaes para as redes, e dessa forma a UAC do Front-Endaquisita todos os pontos.

Painel Front-EndO painel Front-End possui uma UAC apenas com cartes de comunicao e 2

CPUs. As CPUs concentram todas as informaes das 4 SEs (Colinas, RibeiroGonalves, So Joo do Piau e Sobradinho) e enviam s 2 redes de comunicao,que por sua vez encaminham ao SCADA. As informaes tambm soencaminhadas aos COSs envolvidos: CHESF, ELETRONORTE E ONS (N e NE).

No painel Front-End est tambm alocado o GPS, que est conectado sCPUs e ao concentrador dos rels digitais, de modo a sincronizar todos osequipamentos da SE.

Painel de Proteo Principal da LT Ribeiro Gonalves e do ReatorNeste painel esto 2 rels digitais da SEL, um SEL421, que vai fazer a

proteo de distncia da linha e um SEL387A, que vai fazer a proteo diferencialdo reator. Os rels esto conectados entre si para fechar o anel com o mdulo CPUda UCD1 do painel PCDX. Esto conectados tambm ao concentrador de dados dosrels o SEL2020.

Painel de Proteo Alternada da LT Ribeiro Gonalves, do Reator, e para falhados disjuntores

Neste painel esto 4 rels digitais da SEL: um SEL421, que vai fazer aproteo de distncia secundria da linha, sendo o stand-by do principal; umSEL351A, que vai fazer as protees de sobrecorrente instantnea e temporizada, e


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mais 2 SEL352, que vo fazer a proteo para falha dos 2 disjuntores (50/62BF). Osrels esto conectados entre si para fechar o anel com o mdulo CPU da UCD1 dopainel PCDX. Esto conectados tambm ao concentrador de dados dos rels oSEL2020.

Painel de SincronismoNeste painel temos um rel digital da SEL, o SEL351A, que vai fazer apenas

o sincronismo das barras com a linha e o reator. O painel est equipado com umvoltmetro, um freqencmetro e um sincronoscpio para visualizao esincronizao local.

Painel do Registrador Digital de PerturbaesNeste painel est alocado o RDP da SE, que vai fazer a aquisio dos

eventos da SE. Ele est ligado rede 3, que est ligada diretamente aoconcentrador dos rels digitais, para aquisitar qualquer evento sinalizado por eles; eao microcomputador da oscilografia.

Painel de InterfaceNeste painel esto apenas alocados bornes.

Painel de TelecomunicaesNeste painel esto alocados os disjuntores para alimentao CC e CA dos

novos painis digitais.


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4.2 Automatismos da SEOs equipamentos possuem contatos auxiliares (NAs e NFs) que ligados por

meio de fiao chegam s UACs onde so implementadas lgicas que verificam aconsistncia de estados dos equipamentos.

Os automatismos da SE Colinas foram feitas com auxlio de rels digitais,utilizando tambm contatos de rels auxiliares rp

automação digital de subestações de energia elétrica

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