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

Vantagens da instrumentação digital (a) recursos de auto-teste (watch-dog) \_ importante principalmente para proteção (b) recursos de comunicação \_ permite ajustes / leituras remotas / interação com sistema supervisório (c) maior flexibilidade \_ todas as características são definidas via software (d) funções secundárias implementadas ao lado da função principal (e) melhor estabilidade de longo prazo (f) melhor performance \_ aplicação de técnicas de processamento digital de sinais IED (Intelligent Electronic Devices) Atualmente os IED são equipamentos multifuncionais Ex: relé de proteção diferencial de linha (GE) (a) funções de proteção 87 L diferencial de linha 50/51 sobrecorrente de fase 50/51 N sobrecorrente de neutro 79 religamento 67/67N sobrecorrente direcional 59/59N sobretensão 27 subtensão 25 check de sincronismo 81 sobre/subfrequência Possível Hardware para sistema de entrada de dados analógicos: Blindagem e proteção Traditional MP entra dados MP amplif. comm A/D Blindagem e proteção contra surt: pnece irvneças entre o circuito eletrônico em sinal, proporcionando proteção contra os EMF conduzidos pelos cabos de sinais. a) isolação uso de transformadores auxiliares de tensão e corrente. Transformadores de potencial (TP) Resistore Transformadores de corrente 1 e \frac{R}{S} Resistivo do CBD TP com divisã \capativo \frac{E}{R}/S b) Filtragem: p.ex.: filtro passivo para eliminar RF c) Ceifadores: varistores ou descarregadores a gás proteção contra surtos caixa equipamentos 380 V 1 k = 50 µs teste de impulso 360 V 400 pulsos / seg. durante 2 sec. a) Acondicionamento do sinal Consiste em transformar os sinais analógicos em níveis de tensão compatíveis com a faixa de entrada do A/D. Esse acondicionamento é determinado pela redução dos trofos auxiliares; pelos divisores de tensão e shunts de corrente e pelo amplificador de ganho programável. entrada de tensão TP 500 SE Va Vs n : 1 Vs = \dfrac{R1}{R1 + R2} Ve = \dfrac{R1}{(R1 + R2) / c} Ve amplificador de ganho amplificador programável c/ D/A RS Vs = R1 T TR V3 \dfrac{R1}{R2} VS = -R1 \cdot i VS = -R1 \cdot \dfrac{TR}{i} \dfrac{\ Re\ T} I = \dfrac{Ve}{TR} i = \dfrac{Ve}{2TR} log[Co, \frac{RS\V3}{R1} VS = -R1\n[co, \ Alex2 \n[\a*n^{{2^n+1}}] VS = - R1\n[ao\n1z^n \n[(a^n{n-1})^z\Ve (1,0) 0< ganho < 1 C/ 2° passos intermediarios 0° (passo) ; Filtragem analógica normalmente são utilizados filtros passa-baixa, que têm por função compatibilizar o espectro do sinal digitalizado com a frequência de amostragem (filtro anti-aliasing) ideal real fc/2 Digitalização do sinal Essa função consiste em transformar o nível analógico em uma sequência de n bits. Dois circuitos são envolvidos nesse processo (a) conversor A/D (b) Circuito Sample-Hold (S/H) (b) principais parâmetros Resolução (no de bits - N) Tempo de conversão Tensão analógica de entrada monopolar: (0-10) V bipolar: ±5 V Erro de linearidade Exemplo: Conversor A/D 12 bits, 12 µs, ±5 V, 1 bit menos significativo Quantização: Um conversor ideal de N bits dispõe de 2N códigos distintos para toda a faixa de entrada do sinal analógico. Sendo VFS a tensão de fundo de escala, cada código irá apresentar uma faixa de tensão analógica igual a VFS/N. Essa faixa de quantização é chamada nível de quantização Q. Q = VFS/2N Exemplo: conversor A/D monopolar de 3 bits m = Vx/Q = Vx/(VFS/2N) a2 a1 a0 Ve O número binário m na saída do A/D pode ser visto como: O número de níveis de quantização contidos na tensão de entrada (Vx) m = 2N Vx/VFS aN1 2N1 + aN2 2N2 + ... + a02o m = VFS/VFS O exemplo: Conversor A/D de 3 bits, monopolar VFS: 10 V Q = VFS/2N = 10/2^3 = 1,25 V a) m = 101 => 1.2^2 + 0.2^1 + 1.2^0 = 5 => Vx/Q = 5 => Vx = 5.1,25 = 6,25 V Vx/Q b) m = 1 • 2^1 + 0 • 2^0 + 1 • 2^3 = 0,625 V Vx/VFS = 0,625 => Vx = 6,25 V Vx/VFS código 111 110 101 100 011 010 001 000 0,125 0,25 0,375 0,5 0,625 0,75 0,875 1 ErreurJVFS Erro na quantização No conversor ideal existe uma incerteza inerente ao processo de quantização igual a ±1/2 ∆ y(t) = x(t) + e(t) O erro de quantização pode ser caracterizado como um ruído de média zero e variância σ^2/12 Probabilidade |-Δ/2 +Δ/2 Erros nos conversores reais depende da qualidade do A/D erro de off-set ajustável erro de ganho não-ajustável erro de linearidade não-ajustável Tipos de conversores A/D tipo contador Contador N bits Vref D/A N bits Clock S R Q Q̄ Fim de conversao A tensão VDA aumenta 2^N vezes, percorrendo os 2^N níveis possíveis, até atingir Vx. Nesse momento a saída do amplificador se torna Q̄ e ele para de converter. características do tipo contador: - conversor barato (simples projeto) - tempo de conversão variável - tempo máximo de conversão tconv máx = \frac{2^N}{fclock} Exemplo: N = 12 bits clock = 1 MHz tconv máx = \frac{2^{12}}{10^6} = \frac{4096}{10^6} = 4,096 ms bem lento!