Automação de Sistemas Elétricos - Caderno - Pea2411 P1 Senger ana - Poli-usp - Engenharia Elétrica

Estudio de Sinais Analogicos Tensoes: Vpav Vbn Vcv Vaux Corrente: Ia Ib Ic In IED 4 canais de entradas analogicas de corrente IED: Protecao contra EMI - O IED opera em um ambiente bastante hostil em termos eletromagneticos (no interior do SE de alta tensao) - Descarga na rede de alta tensao induzem transientes com elevada amplitudo (alguns kV) nos cabos de sinais EMI: - conduzido - modo comum - modo diferencial - irradiado - A utilizacao de radios de comunicacao no interior do SE gera interferencia de RF que se propaga pelo ar. PEA2433 Eduardo Senger senger@pea.usp.br Bibliografia: Digital Signal Processing in Power System Protection and Control P SL jXd jXac jXr jXL E1 L1 E0 10 delta [Xe] E0 X0 Pcl E1 E0 sem delta - Localizacao de falha - Oscilografia - Sequencia de eventos Bay de entrada de linha 23 52 25 Transformador de Potencial (TP) 500 kV / 115 Volts 125VDC contatos de trip fechamento bobina fechamento de disjuntor Contatos auxiliares dos disjuntores quando 25 52a 52b aberto fechado # 52b 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 fechado aberto transito invalido Alternativos 1) Alta Tensao (3230 kV) IED1 - Protecao IED2 IED3 - Medicacao / protecao 2) Alta Tensao IED1 - protecao + medicacao + controle IED2 3) Media Tensao < 230 KV IED1 - protecao + medicacao + controle Para que o IED não seja danificado por essas EMI, é necessário utilizar proteção. Formas de proteção: a) Isolamento galvânico a1) Uso de transformadores auxiliares de tensão e corrente (TP/TC) dentro do IED, nos canais de entrada analógico. TP auxiliar sem blindagem TP com blindagem alta tensão IED 115 V neutro 115 V muito comum a2) Uso de Foto Acopladores Utilizados nos canais de entrada/saída digital. a3) Uso de relé eletromecânico nos canais de saída digital Formas de Proteção a) Isolação galvônica - uso TP/TC auxiliar (cond. analógico) - uso fotocopladores (entrada digital/saída digital eletrônico) - uso relés eletromecânicos (saída digital a relé) b) Calorimetria: uso de varistores - nos entradas analógicas de tensão PTC - na entrada da fonte de alimentação do IED - nas saídas digitais a relé c) Filtragem analógica passiva: usada nas entradas analógicas de tensão contra RF. - Entrada analógica de tensão PTC 15/6,3 V alimentação - Filtro passa-baixos + divisor resistivo (10 kHz) Sistema de Entrada de dados analógicos Funções: 1) Proteção contra EMI 2) Acondicionamento de sinal 3) Filtragem analógica passa-baixos 4) Digitalização de sinal analógico. 1) Proteção contra EMI - isolação galvânica (uso TP/TC auxiliar) - calorimetria (varistor) - filtragem passiva 2) Acondicionamento de sinal Ve Vs = Ve * R2 / R1 + R2 = G * Ve G = R2 / (R1 + R2) 2) Os sinais de tensão e corrente fornecidos pelos TPs e TCs primários devem ser transformados em um sinal de tensão conveniente para o Conversor A/D. Esse acondicionamento é determinado pelo ganho dos TP/TC auxiliares, pelos divisores resistivos e pelo ganho do amplificador. Sistema de Entrada de dados analógicos Funções: 1) Proteção contra EMI - Isolação galvânica (uso de TPs e TCs auxiliares) - Celfamento (uso de varistores) - Uso de filtros passa-baixo,passivos (contra RF) 2K 2) Acondicionamento do sinal Ex: canal de tensão Vo = Vi * K VAD* = Ga * Vi Ga: ganho total Amplificador de ganho programável usando conversor D/A * Circuito escada R-2R DA 7523 - 8 bits DA 7533 - 10 bits DA 7541 - 12 bits Vo = -(A1*2^0 + A2*2⁻¹ + ... + AM2^(-m+1)) * Vi Vo = -R iT = -R i (a1 2^0 + a2 2^-1 + ... + am 2^(-m+1)) Vo = -Vi (a1 z^0 + a2 z^-1 + ... + am z^(-m+1))/z Vo = - [a1 z^-1 + a2 z^-2 + ... + am z^(-m+3)] Vi Funções: * Proteção contra EMI * Acondicionamento de sinal * Filtragem analógica 3) Filtragem analógica (filtro ativo) Características dos filtros ideais No sistema de entrada de dados analógicos normalmente se utiliza-se um filtro ativo passa-baixo cuja função é controlar a frequência de amostragem como suporte do sinal a ser amostrado, isto é, evitar o erro de aliasing. Isto é alcançado com o uso de um filtro passa-baixo, que forneça uma significativa atenuação para frequências acima da FA/2. FA = Frequência de amostragem 4) Digitalização do sinal Consiste em transformar o sinal analógico em uma sequência de números binários de "N" bits, os quais podem ser manipulados pelo µP. A digitalização pode ser vista como 3 processos simul- tâneos. a) Amostragem: transforma o sinal analógico em um sinal de tempo discreto TA = 1/FA b) Quantização: Transforma o sinal de Tempo discreto em sinal digital. c) Codificação: complemento de um, complemento de dois, BCD. Dois circuitos são responsáveis pelo processo de digi- talização: a) Conversor A/D b) Circuito Sample Hold (S/H) Conversor A/D * Principais parâmetros: - Resolução (nº de bits) - Tempo de conversão - Tensão analógica de entrada - monopolar (ex: 0 a 10 volts) - bipolar (ex: ±5V) Exemplo: conversor A/D de 12 bits, 20 µS de Tempo de conversão, Tensão analógica de 5 volts. ° Processo de quantização Um conversor A/D de m bits dispõe de 2^m entradas para representar toda a faixa dinâmica de nível de entrada (VFS) → cada estado deve representar uma faixa de nível analógico de VFS, essa faixa 2^m é denominada nível de quantização (Q). Q = VFS 1 bit menos significativo 2^m ° Conversor AID a12 a2 a3 V_i A/D am O números binário m na saída do conversor A/D pode ser visto como: a) número de níveis de quantização contidos na Tensão V_i: m = Vi Q m = Vi = Vi , 2^m VFS 2^m VFS m = Vi : a1 z^m-1 + a2 z^m-2 +...+ am z^0 Q => Vi = m . Q Exemplo: conversor AID, 3 bits , monopola, 0-10V. VFS = 10 V m=3 bits Q= VFS = 10 = 1,25 V 2^m 8 m= 1.25^1 + 0.2° 1.2° 5 => Vi:m Q: 5.125 6.125 volts