* Campus Universitário Darcy Ribeiro, Bloco SG-11, Laboratório LAPSE – CEP 70.910-900, Brasília-DF, Brasil

Tel: (+55 61) 3107-1039 – E-mail: felipevlopes@ene.unb.br

XVIII ERIAC DÉCIMO OITAVO ENCONTRO

REGIONAL IBERO-AMERICANO DO CIGRE

DESAFIOS E TENDÊNCIAS NO PROCESSO DE LOCALIZAÇÃO DE FALTAS EM LINHAS DE TRANSMISSÃO EQUIPADAS COM RELÉS MICROPROCESSADOS COM

FUNÇÕES NO DOMÍNIO DO TEMPO

F. V. LOPES* J. P. G. RIBEIRO E. J. S. LEITE JR

UnB UnB UnB

Brasil Brasil Brasil

L. G. A. LOPES A. B. PIARDI R. B. OTTO

WFA Consultoria Ltda FPTI FPTI

Brasil Brasil Brasil

Resumo – Neste artigo, apresenta-se um estudo sobre o processo de localização de faltas em linhas de

transmissão (LTs) monitoradas por relés de proteção com funções no domínio do tempo. Esses relés são

capazes de emitir comandos de trip em poucos milissegundos, reduzindo consequentemente a duração do

período de falta durante o qual funções de localização de faltas tradicionais baseadas na análise de fasores

fundamentais estimam o local do defeito. Inicialmente, apresentam-se detalhes operacionais típicos de

dispositivos micro-processados disponíveis comercialmente para fins de localização de faltas em LTs, e em

seguida, apresentam-se análises ilustrativas de casos nos quais a redução do período de falta pode consistir

em um problema. A partir dos estudos apresentados, identificam-se ainda tendências tecnológicas

relacionadas ao processo de localização de faltas em LTs, as quais poderão solucionar parte dos problemas

descritos em situações críticas durante curtos-circuitos com período de falta de curta duração.

Palavras-chave: Análise de perturbações, curtos-circuitos, linhas de transmissão, localização de faltas,

sistemas elétricos de potência, proteção no domínio do tempo.

1 INTRODUÇÃO

O processo de localização de faltas em sistemas de transmissão vem ganhando cada vez mais importância

dentre as atividades cotidianas de concessionárias de energia elétrica. De fato, após a ocorrência de curtos-

circuitos permanentes em LTs, dispositivos com funções de localização de faltas são capazes de fornecer

estimativas do local do ponto do defeito a ser reparado, viabilizando um despacho mais rápido das equipes

de manutenção e, consequentemente, reduzindo o tempo de reparo da LT com defeito [1].

Na literatura, diversas categorias de funções de localização de faltas são reportadas, destacando-se os

algoritmos baseados na análise de componentes de frequência fundamental (também conhecidos como

métodos de impedância) e os métodos baseados na teoria de ondas viajantes, os quais serão referenciados ao

longo desse trabalho como métodos LF-Z e LF-TW, respectivamente.

Embora os métodos LF-TW tenham se consolidado no mercado a partir do advento da tecnologia digital que

viabilizou o uso de conversores analógico-digital de alta resolução com frequências de amostragem da ordem

de MHz [2], os métodos LF-Z ainda predominam nos dispositivos micro-processados empregados na

monitoração de LTs, a exemplo de relés de proteção e registradores digitais de perturbação (RDPs) [1].

Tipicamente, os métodos LF-Z realizam o cálculo do local do curto-circuito durante o período de falta,

analisando fasores fundamentais de tensão e/ou corrente durante o regime permanente do distúrbio. Por sua

vez, este regime permanente de falta se verifica normalmente nos momentos finais de vigência do distúrbio,

se consideradas funções fasoriais tradicionais de proteção e disjuntores típicos com tempos de abertura entre

1,5 a 3 ciclos [3]. Porém, o aumento do fluxo de potência em LTs e consequente redução das margens de

estabilidade de sistemas de transmissão tem motivado o uso de funções de proteção de alta velocidade, a

exemplo de funções aplicadas no domínio do tempo [4], as quais promovem uma redução da duração do

período de falta, o que pode implicar em dificuldades para métodos de localização de faltas do tipo LF-Z.

19 a 23 de maio de 2019

Comitê de Estudos CE - Título do Comitê de Estudos CE

B5.15 Foz do Iguaçu, Brasil

2

As funções de proteção aplicadas no domínio do tempo são capazes de emitir comandos de trip confiáveis e

seguros em tempos da ordem de poucos milissegundos (valores médios entre 1 e 4 ms a partir da incidência

do curto-circuito [4],[5]). Com isso, benefícios para os sistemas de transmissão são verificados, a exemplo do

aumento das margens de estabilidade e da redução do desgaste de equipamentos conectados à LT.

Entretanto, na literatura aberta, ainda são escassos estudos sobre os efeitos da redução do período de falta

decorrente da atuação de alta velocidade de relés com funções no domínio do tempo sobre o processo de

localização de faltas por meio de métodos LF-Z, especialmente quando considerados também os

desenvolvimentos tecnológicos no sentido de redução dos tempos de abertura de disjuntores.

Com o objetivo de ilustrar e avaliar a problemática supracitada, neste trabalho, apresentam-se estudos

relacionados ao processo de localização de faltas em LTs monitoradas por relés de proteção com funções no

domínio do tempo, demonstrando casos nos quais a atuação ultra-rápida da proteção poderá afetar técnicas

tradicionais do tipo LF-Z. Ademais, são delineadas tendências nesse processo, as quais poderão solucionar

parte dos problemas verificados em situações críticas de análise de registros oscilográficos com períodos de

falta de curta duração. Dessa forma, espera-se que este trabalho sirva para as concessionárias como

documento balizador do processo de localização de faltas em LTs equipadas com relés de proteção ultra-

rápidos, viabilizando o entendimento de soluções para os problemas que porventura possam surgir.

2 PRINCÍPIOS DE APLICAÇÃO DE FUNÇÕES LF-Z (MÉTODOS DE IMPEDÂNCIA)

Predominantes no mercado por questões de simplicidade e custo, os métodos LF-Z de um e dois terminais,

aqui denominados de Z-SE (single-ended) e Z-ME (multi-ended), dependem basicamente do processo de

delimitação do período de falta nos sinais analisados e da estimação fasorial de tensões e/ou correntes, sendo

esses sinais avaliados no regime permanente do distúrbio. Visando um melhor entendimento do problema

abordado nesse artigo, apresenta-se a seguir um resumo de procedimentos típicos dos métodos LF-Z, os

quais normalmente se repetem independentemente da formulação empregada, para métodos Z-SE ou Z-ME.

2.1 Estimação Fasorial

A estimação de fasores na frequência fundamental do sistema monitorado é um procedimento típico para as

técnicas de localização de faltas do tipo LF-Z. É por meio dessa estimação que são calculados módulo e

ângulo de fase dos fasores de tensão e/ou corrente a serem empregados no processo de localização de faltas.

Porém, uma vez que durante a estimação de fasores é necessário o uso de janelas de dados para cálculo das

componentes de frequência de interesse, existe um atraso intrínseco na estabilização dos fasores estimados

após a mudança do ponto de operação do sistema, como em casos de curto-circuito. Assim, após o início da

falta, ainda existe um período de transição dos fasores quando a janela de dados possui amostras de pré-falta

e de falta, sendo este período denominado nesse trabalho de TFASOR [5],[6]. Ressalta-se que TFASOR depende

do tamanho da janela de dados empregada nos algoritmos de estimação fasorial [6]. Portanto, o uso de

janelas menores resulta em uma fase de transição dos fasores menor, fazendo-os estabilizar mais

rapidamente, embora a resposta em frequência dos filtros digitais utilizados seja afetada [3]. Por exemplo,

enquanto o algoritmo de Fourier de Ciclo Completo (FCC) é capaz de eliminar harmônicas ímpares e pares,

reduzindo também os efeitos de componentes CC de decaimento exponencial, o algoritmo de Fourier de

Meio Ciclo (FMC), é capaz de eliminar apenas as componentes harmônicas ímpares, embora convirja mais

rapidamente para os valores finais de interesse. Assim, a presença de harmônicas pares e de componentes CC

de decaimento exponencial se torna um problema para a estabilização dos fasores, o que nesse caso não tem

relação com o tamanho da janela de dados, mas sim, com a resposta em frequência dos filtros digitais

empregados. Por isso, em relés micro-processados e RDPs equipados com funções de localização de faltas

do tipo LF-Z, predomina o uso de algoritmos de estimação fasorial com janelas da ordem de um ciclo

fundamental, resultando valores de TFASOR também da ordem de um ciclo.

Na Fig. 1, ilustram-se exemplos da estimação do módulo de fasores de corrente usando os algoritmos FCC e

FMC em casos de faltas com ângulos de incidências θ = 0o e 90º (referência seno adotada), simulando casos

de presença significativa e desprezível de componentes CC de decaimento exponencial, respectivamente.

Nota-se que, embora a saída do método FMC atinja o valor final da corrente no período de falta em um

tempo TFASOR ≈ T/2, onde T é o período fundamental, sua resposta oscila bastante ao longo do período de

falta em decorrência da componente CC de decaimento exponencial. Por outro lado, apesar da saída do

método FCC atingir o valor final da corrente no período de falta em um tempo TFASOR ≈ T, demorando mais

para convergir, sua resposta é menos afetada pela componente CC de decaimento exponencial.

3

Fig. 1. Exemplo de fasores estimados usando os métodos FMC (meio ciclo) e FCC (ciclo completo) para

casos de: (a) Comp. CC de decaimento exp. significativa; (b) Comp. CC de decaimento exp. desprezível.

2.2 Detecção do Início do Distúrbio

Durante a análise de perturbações para fins de localização de faltas, a detecção do início do distúrbio consiste

em uma das primeiras etapas a serem realizadas, sendo responsável pela delimitação do instante inicial do

período de falta. Esse procedimento consiste na detecção do instante em que o sistema monitorado sai do

regime permanente de operação normal para outra condição operativa, a qual pode estar ou não associada à

ocorrência de um curto-circuito. Assim, em procedimentos em tempo real, após a detecção do distúrbio, cabe

às funções de proteção distinguir faltas de eventos de outras naturezas, tais como manobras de chaveamento

[7]. Por outro lado, em aplicações off-line, pode-se associar o trigger de gravação das oscilografias à emissão

do comando de trip da proteção, de modo que, nesse caso, a natureza do evento é conhecida antes mesmo da

detecção do início do evento [8]. Cabe ainda ressaltar que a detecção do início do distúrbio pode ser

realizada por funções rápidas baseadas na análise de valores instantâneos dos sinais avaliados ou mesmo por

funções fasoriais, sendo estas mais lentas. Assim, uma vez identificado o início do distúrbio, passa-se para a

etapa de seleção das amostras fasoriais a serem empregadas no cálculo do local do defeito, as quais devem

ser selecionadas durante o regime permanente do distúrbio, conforme explicado a seguir.

2.3 Seleção de Amostras Fasoriais para Cálculo da Distância de Falta

Nos algoritmos LF-Z, conforme explicado anteriormente, a estimativa do ponto de ocorrência do curto-

circuito deve ser realizada considerando amostras medidas durante o período de falta, adotando as que

tenham menor conteúdo transitório possível. Nesse contexto, evidencia-se a necessidade de estabilização dos

fasores bem como da seleção de amostras antes da abertura dos disjuntores da LT.

Em relação ao processo supracitado, para facilitar a compreensão dos procedimentos tipicamente adotados

em dispositivos reais, ilustra-se na Fig. 2 um diagrama temporal das etapas associadas à seleção de amostras

para cálculo da distância de falta, assumindo a possibilidade de atuação da proteção durante o período de

transição dos fasores, sendo t0 o instante inicial da falta, tDD o instante de detecção do distúrbio, tTRIP o

instante em que a proteção emite o comando de trip, tDISJ o instante da abertura eletromecânica do disjuntor,

TFASOR o período de estabilização dos fasores estimados, TTRIP o período entre o início do distúrbio e a

emissão do trip pela proteção, TDISJ o menor tempo de abertura dos disjuntores da LT e tLOC o instante em

que a localização da falta é estimada. Do exposto, percebe-se que o período de falta tem duração TTRIP + TDISJ

e que existe uma janela temporal da qual devem ser selecionadas amostras fasoriais para aplicação das

formulações de localização de faltas, a qual tem tamanho TTRIP + TDISJ - TFASOR. Portanto, sendo TFASOR

tipicamente de aproximadamente um ciclo fundamental, nota-se que o tamanho da janela de amostras a partir

da qual a localização do defeito deve ser estimada varia principalmente em função de TTRIP e TDISJ.

4

Fig. 2. Diagrama temporal do processo de seleção de amostras para cálculo do local da falta.

Em aplicações em tempo real, após a detecção do distúrbio no instante tDD, espera-se um período de tempo

um pouco maior que TFASOR para então proceder com a localização do defeito [7]. Adicionalmente, em

procedimentos off-line, detecta-se tradicionalmente a abertura dos disjuntores, realizando a localização da

falta com base em amostras anteriores ao início dos efeitos de seccionamento do circuito [8]. Em ambos os

casos, as amostras tendem a recair dentro da janela de dados válida para a localização do defeito, embora

dificuldades possam surgir em situações nas quais a janela apresente duração muito curta.

3 DESAFIOS DECORRENTES DA REDUÇÃO DO PERÍODO DE FALTA

Ainda avaliando a Fig. 2, nota-se que independentemente do uso de soluções em tempo real ou off-line, a

redução da duração do período de falta pode implicar em dificuldades no processo de localização de faltas

por meio de métodos do tipo LF-Z, sejam eles Z-SE ou Z-ME. De fato, sabendo que a janela de amostras a

ser considerada no cálculo da localização de faltas possui tamanho TTRIP + TDISJ - TFASOR, conforme explicado

anteriormente, conclui-se que o uso de funções de proteção ultra-rápidas bem como de disjuntores de

abertura rápida implica na diminuição da janela de amostras de interesse, podendo inviabilizar a

identificação do ponto do defeito por meio da análise de componentes de frequência fundamental. Tal fato é

ainda mais preocupante quando consideradas situações de curto-circuito nas quais transitórios não

eliminados no processo de estimação fasorial perduram por alguns ciclos do período de falta, a exemplo da

componente CC de decaimento exponencial a qual pode durar até cinco ciclos a partir do início do distúrbio

[9]. Dessa forma, não é possível obter uma janela de dados com amostras em regime permanente do curto-

circuito, implicando em erros adicionais no processo de localização de faltas em LTs.

Em relação aos disjuntores, embora tipicamente apresentem abertura eletromecânica em tempos entre 1,5 a 3

ciclos [3], tempos de abertura de 1,5 ciclo já são considerados em dispositivos reais de proteção equipados

com funções de localização de faltas [7]. Por outro lado, em relação às funções de proteção, normalmente

consideram-se atuações de funções fasoriais em tempos da ordem de um ciclo, embora se saiba que essas

podem operar durante a fase de transição dos fasores estimados, a depender da lógica de atuação empregada.

Todavia, conforme mencionado anteriormente, funções de proteção aplicadas no domínio do tempo já se

encontram disponíveis em dispositivos reais, sendo capazes de atuar em tempos mínimos da ordem de 1 ms

[4],[5]. Portanto, para exemplificar essa problemática e possíveis cenários práticos, considere inicialmente

uma LT operando com frequência nominal de 60 Hz equipada com funções fasoriais de proteção e com

disjuntores com tempos de abertura de 3 ciclos. De acordo com as análises expostas até então, assumindo

uma estimação fasorial baseada em janelas de um ciclo, nesse caso, existiria uma janela de amostras válidas

para a localização da falta com tamanho de TTRIP + TDISJ - TFASOR = 16,667 ms + 3 x 16,667 ms – 16,667 ms =

50 ms, ou seja, em torno de 3 ciclos fundamentais situados ao final do período de falta, o qual por sua vez

teria duração igual a TTRIP + TDISJ = 16,667 ms + 3 x 16,667 ms ≈ 66,667 ms (4 ciclos). Desse modo,

oscilações nos fasores estimados já estariam muito atenuadas, viabilizando o cálculo de estimativas do ponto

de falta de forma satisfatória. Em contrapartida, assumindo agora funções de proteção no domínio do tempo

com atuações da ordem de 4 ms e disjuntores com tempos de abertura de aproximadamente 1,5 ciclo, ou seja,

25 ms para sistemas em 60 Hz, a janela de amostras válida a ser considerada no processo de localização de

faltas teria tamanho TTRIP + TDISJ - TFASOR ≈ 4 ms + 25 ms – 16,667 ms = 12,333 ms, ou seja, uma janela

temporal de aproximadamente 0,74 ciclo situada ao final do período de falta, o qual teria duração de TTRIP +

TDISJ = 4 ms + 25 ms = 29 ms (aproximadamente 1,74 ciclo). Assim, ao contrário do caso anterior, a

depender das características do sistema e da falta, as oscilações nos fasores poderiam ainda apresentar

amplitudes significativas, impondo erros à localização de falta estimada por meio de análises fasoriais. Nesse

caso, na presença de oscilações na curva das localizações de falta estimadas, verificam-se múltiplas

estimativas da distância do defeito, fazendo-se necessária a aplicação de metodologias para escolha da

estimativa final a ser considerada pelas equipes de manutenção da LT.

5

Para ilustrar a problemática em estudo, apresenta-se na Fig. 3 um exemplo de falta em uma LT de 230 kV/60

Hz, 200 km, modelada no Alternative Transients Program (ATP) com parâmetros distribuídos constantes na

frequência. Considerou-se uma falta monofásica franca do tipo AT a 10 km do terminal local (terminal de

referência), assumindo um ângulo de incidência θ = 0o (componente CC de decaimento exponencial

relevante). Em posse dos registros oscilográficos de falta obtidos via ATP, realizou-se o playback em relés

do tipo SEL-T400L para aquisição dos tempos de trip de funções de proteção aplicadas no domínio do

tempo, aos quais se adicionou TDISJ = 50 ms (3 ciclos) para reajuste dos tempos de abertura dos disjuntores

no ATP. Ainda na Fig. 3, apresentam-se as curvas do algoritmo de Takagi disponível no relé SEL-411L para

aplicações Z-SE e Z-ME [10], viabilizando a visualização das oscilações das estimativas calculadas. As

rotinas desses algoritmos foram implementadas via SEL-SynchroWAVe Event Software, o qual dispõe de

um módulo de implementação de rotinas a partir das grandezas disponíveis nas oscilografias [7].

Fig. 3. Exemplo de falta a 10 km do terminal monitorado usando métodos do tipo LF-Z.

Do exposto na figura, nota-se que as localizações estimadas pelos métodos Z-SE e Z-ME muito se

assemelham, o que se deve ao fato do curto-circuito ser franco. Ainda, percebe-se que logo após a incidência

da falta, as localizações estimadas apresentam oscilação significativa em decorrência da fase de transição dos

fasores. Depois da estabilização dos fasores em relação à fase de transição da janela de dados, observam-se

ainda oscilações nas estimativas do ponto de falta, as quais são decorrentes de transitórios nos sinais

avaliados que não foram completamente removidos pelo processo de estimação fasorial. Por fim, TFASOR

segundos após o final do período de falta, verificam-se oscilações significativas das estimativas calculadas,

comportamento este que resulta do seccionamento do circuito monitorado.

É importante destacar que na janela de amostras válidas para cálculo da localização da falta, verificam-se

amostras de estimativas calculadas do ponto de defeito que oscilam em torno do valor real, nesse case, 10 km

em relação ao terminal local. Analisando as amostras A1, A2 e A3 ilustradas na Fig. 3, verificam-se desvios

da ordem de 3 km, 10 m e 6 km, respectivamente, o que demonstra a necessidade de estratégias para seleção

adequada da localização de falta estimada. Em alguns relés, essas estratégias consistem em metodologias

para descarte de amostras a partir da análise do desvio padrão das estimativas calculadas dentro da janela de

dados válida, ou mesmo no cálculo de médias e medianas dos valores calculados [7], [8],[10]. De fato, uma

6

vez que as oscilações ocorrem em torno do valor real da distância de falta, essas estratégias são consideradas

satisfatórias nos sistemas atuais em casos nos quais o período de falta tem duração típica, maior ou igual a

aproximadamente 1,5 ciclo fundamental. Entretanto, a avaliação de dispositivos localizadores de falta

baseados em funções LF-Z quando do uso de proteções no domínio do tempo e considerando disjuntores

com diferentes tempos de abertura se faz necessária para quantificar o referido problema.

4 ESTUDOS DE CASO

Com o intuito avaliar o impacto da redução do período de falta decorrente do uso de funções de proteção

aplicadas no domínio do tempo sobre o desempenho de dispositivos de localização de faltas com funções do

tipo LF-Z, foram realizados testes em relés micro-processados reais do tipo SEL-T400L e SEL-411L, os

quais possuem as funções de interesse para os estudos propostos. Para tanto, foram considerados registros

oscilográficos de faltas obtidos de simulações no ATP, conforme procedimentos detalhados a seguir.

4.1 Sistema Teste

Uma vez que o intuito desse trabalho consiste na demonstração das dificuldades enfrentadas por dispositivos

localizadores de faltas equipados com funções do tipo LF-Z frente a condições de período de falta reduzido,

variações nos parâmetros do sistema monitorado não foram consideradas. Assim, um sistema simplificado de

230 kV/60 Hz foi adotado para realização dos estudos de caso propostos nesse artigo. O sistema teste

consiste em três LTs adjacentes, chamadas de LT1, LT2 e LT3, as quais conectam dois circuitos equivalentes

de Thévenin que representam os sistemas elétricos em torno das LTs, conforme ilustrado na Fig. 4.

Fig. 4. Sistema teste de 230 kV/60 Hz avaliado.

As LTs foram modeladas a parâmetros distribuídos e constantes na frequência como perfeitamente

transpostas, cujos parâmetros se basearam em dados de um sistema real brasileiro. Além disso, os

Transformadores de Potencial Capacitivos (TPCs) e Transformadores de Corrente (TCs) utilizados para

medição de tensões e correntes foram modelados conforme reportado em [11] e [8], respectivamente,

consistindo em um modelo real de TPC de 230 kV e TCs da classe C800 com relação de transformação

2000-5 A. Essa modelagem se mostra importante, pois TPCs e TCs podem também induzir transitórios nos

sinais medidos, dificultando ainda mais a estabilização dos sinais monitorados frente ao problema de redução

período de falta. Assumindo a LT2 como sendo a LT monitorada, consideraram-se relés SEL-T400L e SEL-

411L em seus terminais. O relé SEL-T400L possui funções de proteção de LTs aplicadas no domínio do

tempo e funções de localização dos tipos LF-Z e LF-TW, enquanto que o relé SEL-411L possui funções de

proteção fasoriais, também possuindo funções de localização de faltas dos tipos LF-Z e LF-TW. Ademais,

uma conexão por fibra óptica foi utilizada para comunicação dos relés, tornando os testes bastante realísticos,

exceto de pequenas diferenças da ordem de poucos milissegundos nos tempos de atuação das funções

diferenciais e de teleproteção dos relés avaliados em decorrência do pequeno comprimento da fibra óptica

utilizada em laboratório. O ajuste dos relés foi realizado seguindo instruções dos fabricantes [7],[10].

4.2 Metodologia de Testes

A metodologia de testes adotada neste trabalho é ilustrada na Fig. 5, a qual consistiu na obtenção de

oscilografias via ATP contemplando os tempos de atuação do SEL-T400L e valores de TDISJ iguais a 1 e 2

ciclos fundamentais, simulando tempos de abertura realísticos (TDISJ = 2 ciclos) e eventuais reduções nos

tempos de abertura de disjuntores (TDISJ = 1 ciclo). Em posse desses registros, avaliaram-se as localizações

estimadas pelas funções LF-Z e LF-TW dos relés SEL-411L e SEL-T400L, respectivamente, as quais, neste

trabalho, foram obtidas apenas por meio das técnicas de dois terminais disponíveis, por serem consideradas

mais confiáveis [1]. Destaca-se que o método LF-TW foi avaliado por não depender de análises do regime

7

permanente de falta, conforme requerido pelos métodos LF-Z. Desse modo, tornou-se possível realizar uma

análise comparativa dos desempenhos das diferentes tecnologias frente aos cenários estudados, viabilizando

a identificação de possíveis soluções para o problema investigado.

Fig. 5. Metodologia de testes.

Conforme ilustrado na Fig. 5, uma vez obtidos registros Comtrade via simulações ATP, criaram-se os

respectivos arquivos .ply requeridos pela função de playback do SEL-T400L [7]. Em posse das saídas das

funções de proteção no tempo, ou seja, dos instantes tTRIP, somaram-se os períodos TDISJ avaliados, resultando

nos instantes tDISJ, conforme ilustrado na Fig. 2. Esses instantes foram então reajustados no ATP,

viabilizando a obtenção de registros oscilográficos que contemplam a atuação das funções do SEL-T400L

bem como de abertura dos disjuntores. Em seguida, usando uma mala de testes, foi realizado o playback de

cada oscilografia nos relés SEL-411L, cujas saídas das funções LF-Z de dois terminais foram avaliadas.

4.3 Resultados Obtidos

Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 1. Foram considerados cenários de faltas com ângulos de

incidência θ = 0o e 90º (referência seno adotada), simulando distâncias de falta d em relação ao terminal local

de 70 km e 190 km. As estimativas calculadas pelos relés em relação aos terminais local (dLOC) e remoto

(dREM) foram avaliadas em cada caso. Dos resultados obtidos, conclui-se inicialmente que eventuais reduções

nos tempos de operação dos disjuntores em LTs equipadas com funções de proteção no domínio do tempo

poderão de fato implicar em erros adicionais no processo de localização de faltas por meio de métodos do

tipo LF-Z. Em todos os cenários avaliados, os erros das estimativas obtidas pelo método LF-Z foram maiores

para TDISJ = 1 ciclo, atingindo desvios da ordem de 34 km no pior caso. Ressalta-se, no entanto, que para

tempos realísticos de abertura dos disjuntores, ou seja, TDISJ = 2 ciclos, a função LF-Z avaliada funcionou

muito bem, apresentando erros máximos da ordem de 4 km apenas (erro percentual de 2%), o que é

satisfatório para esse tipo de tecnologia. Obviamente, deve-se entender que o estudo aqui apresentado

considera cenários hipotéticos, tendo como objetivo alertar quanto a eventuais avanços nas tecnologias dos

disjuntores que venham a implicar na redução de TDISJ, a qual deverá ser considerada quando da aplicação de

funções de proteção ultra-rápidas, a exemplo das funções aplicadas no domínio do tempo.

Por fim, ao analisar a saída da função LF-TW, percebe-se que esta não é capaz de localizar faltas em casos

de θ = 0º, pois nesse caso ondas viajantes não são lançadas nas fases com falta. Ainda assim, para θ = 90º, a

função LF-TW foi bastante precisa, resultando em erros máximos de apenas 20 m para os casos avaliados,

independentemente do valor de TDISJ adotado. Desse modo, comprova-se que, por não dependerem de

análises no regime permanente de falta, as funções LF-TW podem ser uma tendência em sistemas nos quais

são utilizadas funções de proteção no domínio do tempo, especialmente se associadas a disjuntores de rápida

abertura. Ademais, destaca-se a necessidade de desenvolvimentos tecnológicos que permitam o uso de

métodos LF-TW em casos de θ = 0º ou mesmo de algoritmos de estimação fasorial com janelas reduzidas e

com boa resposta em frequência para viabilizar o uso de métodos LF-Z. Esses desenvolvimentos também são

considerados tendências tecnológicas que poderão garantir estimativas confiáveis do ponto de falta mesmo

em casos de período de falta com pequena duração.

8

TABELA I. RESULTADOS OBTIDOS

Caso θ

dLOC

Real

(km)

dREM

Real

(km)

TTRIP

Local

(ms)

TTRIP

Remoto

(ms)

TDISJ

(ciclos)

SEL-411L / LF-Z (dois terminais) SEL-T400L / LF-TW (dois terminais)

dLOC

Estimado

(km)

Erro

Abs.

dLOC

(km)

dREM

Estimado

(km)

Erro

Abs.

dREM

(km)

dLOC

Estimado

(km)

Erro

Abs.

dLOC

(km)

dREM

Estimado

(km)

Erro

Abs.

dREM

(km)

1

0o

70 130 3 2,9 1 76,16 6,16 136,71 6,71 NF - NF -

2 2 70,49 0,49 129,50 0,50 NF - NF -

3 190 10 3,1 2,3

1 200,00 10,00 10,94 0,94 NF - NF -

4 2 190,11 0,11 9,93 0,07 NF - NF -

5

90o

70 130 1,2 1,2 1 83,59 13,59 164,05 34,05 70,02 0,02 129,98 0,02

6 2 70,33 0,33 133,40 3,4 70,02 0,02 129,98 0,02

7 190 10 1,4 1,2

1 200,00 10,00 19,93 9,93 189,99 0,01 10,01 0,01

8 2 194,32 4,32 10,05 0,05 189,99 0,01 10,01 0,01

*Legenda: NF = Não Funcionou.

5 CONCLUSÕES

Neste trabalho, demonstrou-se que a presença de relés de proteção de LTs com atuações ultra-rápidas reduz a

duração do regime permanente de falta, podendo culminar em erros adicionais nas estimativas do local do

defeito calculadas no domínio fasorial, especialmente em situações nas quais os transitórios de curto-circuito

não se encontram completamente amortecidos. Para tanto, testes com relés reais nos quais se encontram

disponíveis funções de localização de faltas baseadas em análises fasoriais e de ondas viajantes foram

testados, assumindo diferentes tempos de abertura dos disjuntores de um sistema teste de 230 kV/60 Hz.

Dos resultados apresentados, comprova-se que o uso de algoritmos de localização de faltas capazes de

calcular o ponto de defeito nos primeiros instantes do distúrbio é uma provável tendência para sistemas de

transmissão modernos equipados com funções de proteção no domínio do tempo e disjuntores de abertura

rápida. Desse contexto, conclui-se que funções baseadas na análise de componentes transitórias de falta são

atrativas, a exemplo dos métodos baseados em ondas viajantes, evidenciando também a necessidade de

desenvolvimentos de técnicas fasoriais baseadas em janelas de dados curtas mas que possuam resposta em

frequência comparável às dos algoritmos baseados em janelas de um ciclo, o que viabilizaria estimativas do

ponto de falta a partir de métodos tradicionais baseados na análise da componente fundamental.

6 REFERÊNCIAS

[1] M. M. Saha, J. J. Izykowski, and E. Rosolowski, Fault location on power networks. Springer Science &

Business Media, 2009.

[2] E. Schweitzer, A. Guzmán, M. Mynam, V. Skendzic, B. Kasztenny and S. Marx, “Locating faults by the

traveling waves they launch,” 67th Annual Conf. for Protective Relay Engineers, pp. 95-110, 2014.

[3] E. Schweitzer, B. Kasztenny, A. Guzmán, V. Skendzic and M. Mynam, “Speed of line protection-can

we break free of phasor limitations?,” 68th Annual Conf. for Protective Relay Eng., pp. 448-461, 2015.

[4] J. P. G. Ribeiro and F. V. Lopes, “Modelling and simulation of a time-domain line protection

relay,” The Journal of Engineering, 2018(15), 861-865, 2018.

[5] SEL Real world Schweitzer, E. O., Kasztenny, B., & Mynam, M. V. (2016, April). Performance of

time-domain line protection elements on real-world faults. In Protective Relay Engineers (CPRE), 2016

69th Annual Conference for (pp. 1-17). IEEE.

[6] A. G. Phadke and J. S. Thorp, Computer relaying for power systems. John Wiley & Sons, 2009.

[7] SEL T400L: Ultra-High-Speed Transmission Line Relay, Traveling Wave Fault Locator, High

Resolution Event Recorder, Instruction Manual, 2017.

[8] F. V. Lopes, D. Barros, R. Reis, C. Costa, J. Nascimento, N. Brito, W. Neves and S. Moraes,

“Methodology for protection performance evaluation on power transmission networks,” IEEE

Transactions on Power Delivery, 33(2), 769-778, 2018.

[9] G. Benmouyal, “Removal of DC-offset in current waveforms using digital mimic filtering”. IEEE

Transactions on Power Delivery, 10(2), 621-630, 1995.

[10] SEL-411L: Advanced Line Differential Protection,Automation,and Control System, Instruction Manual,2018.

[11] E. A. Custódio, F. V. Lopes and J. P. G. Ribeiro, “CCVT impact on the TD21 function security,”

Workshop on Communication Networks and Power Systems, pp. 1-4, November, 2017.