I. HISTÓRICO

O relé de proteção é um dispositivo destinado a detectar anormalidades no sistema

elétrico atuando diretamente sobre um equipamento ou sistema, podendo atuar como um

interruptor, neste caso quando a corrente elétrica percorre as espiras da bobina do relé criando

um campo magnético, fazendo com que haja mudança no estado dos contatos e também pode

atuar no acionamento de circuitos de alarmes quando necessário.

Uma das mais importantes aplicabilidades do relé de proteção é utilizar-se de

baixas correntes para o comando no primeiro circuito, protegendo o operador das possíveis

altas correntes que irão circular no segundo circuito, quando uma corrente originada no

primeiro circuito passa pela bobina, um campo eletromagnético é gerado, acionando o relé e

possibilitando o funcionamento do segundo circuito.

Os primeiros estudos realizados a cerca dos relés foi em 1830, pelo cientista

Joseph Henry, mas na mesma época outro cientista também fazia pesquisas sobre os

fenômenos eletromagnéticos e com isso a descoberta do relé foi atribuída a Michael Faraday

por ele ter publicado primeiro as suas conclusões a respeito do relé eletromagnético.

Nos últimos 30 anos, os relés sofreram uma evolução substancial em seus

aspectos construtivos, dimensionais e operacionais. Tudo isso em busca de equipamentos com

maior análise de qualidade e unidades com mais aplicações em uma mesma plataforma. Na

década de 90 houve um grande avanço da tecnologia de informática voltada à medição,

proteção e supervisão de sistemas elétricos, esse avanço foi fundamental para a modernização

dos relés.

Podemos classificar os relés em três gerações:

Na 1° geração encontram-se os relés eletromecânicos baseados nos princípios das

leis de eletromagnetismo, onde um disco metálico sujeito a forças magnéticas obtidas pela

passagem da corrente elétrica pelas bobinas propicia o fechamento dos contatos, este relé é

totalmente mecânico, utilizado ainda em sistemas de proteção mais antigos e a maioria

permite apenas uma função.

Figura 1 Relés Eletromecânicos

Na 2° geração estão os relés estáticos que utilizam dispositivos eletrônicos em sua

montagem como (diodos, transistores, resistores e capacitores), eles contém características

que simulam o funcionamento dos reles eletromecânicos mas utilizando de componentes

eletrônicos deixando o processo mais silencioso. Eles são mais flexíveis, menores e possuem

maior sensibilidade comparado aos eletromecânicos e também já possuíam sistemas

multifunção.

Figura 2 Relés Estáticos

Chegando na 3° geração encontramos os relés numéricos ou microprocessados,

esse tipo de relé começou a surgir na década de 80, mas nessa época o desenvolvimento

tecnológico dos computados ainda não atendia às necessidades exigidas no sistema de

proteção. Mas com a evolução rápida na década de 90 dos computadores, da microeletrônica e

dos circuitos integrados os sistemas de reles microprocessados surgiram com força total, e a

tecnologia digital empregada nos relés os leva a atuar na área de medição, comunicação,

proteção e controle dos sistemas elétricos.

II. RELÉS DIGITAIS E MICROPROCESSADOS (NUMÉRICOS)

ASPECTOS GERAIS DA EVOLUÇÃO

No final da década de 80 - os denominados relés numéricos (microprocessados)

que, junto com uma série de outros dispositivos de medição e controle, também numéricos,

têm recebido nos dias atuais a alcunha de IEDs - Intelligent Electronic Devices. É certo que,

enquanto a instrumentação de medição numérica evoluía mais rapidamente, a instrumentação

de proteção, principalmente os relés numéricos, tardava a entrar em operação. Embora a

primeira publicação que se tem conhecimento propondo a utilização do computador como

elemento de proteção ser datada de 1969, alguns fatores retardavam o uso intensificado

dessa ferramenta. Dentre tais fatores citam-se: o baixo nível de integração dos circuitos

integrados, a elevada taxa de falhas dos sistemas digitais e a baixa velocidade dos

processadores.

Porém, com o desenvolvimento mais elaborado da microeletrônica e dos circuitos

integrados, foi possível um salto no desenvolvimento de equipamentos microprocessados,

denominados aqui de terceira geração alguns dos quais ilustrados na Figura 3.

Figura 3 – Relés Numéricos

Ao longo da evolução dos relés numéricos dois elementos foram de capital

importância: o software e a comunicação. De modo mais abrangente o software de um relé de

proteção possui diferentes rotinas dentre as quais estão:

Rotinas de proteção compostas pelos algoritmos que envolvem todo o processo de

medição e obtenção dos sinais digitalizados seguido do processamento destes sinais e

da obtenção das grandezas de interesse que podem ser valores eficazes, fasores de

tensão e/ou corrente, impedância, etc., dependendo do tipo de proteção. Finalmente,

como núcleo principal, o processo de comparação com os valores de referência para a

tomada de decisão (trip, bloqueio ou desbloqueio, alarme, etc.)

Rotinas de auto-monitoração que são incorporadas aos relés para uma averiguação

constante da integridade dos mesmos, tanto em nível de software quanto em nível de

hardware (CPU, DSP, memórias, módulos I/O, etc.).

Rotinas de comunicação que são necessárias para que o relé se comunique com o

mundo externo de modo a receber informações dos usuários ou de outros dispositivos

para fins de parametrização, reset, atualizações, etc., bem como enviar informações

aos usuários ou a outros dispositivos quando solicitados, tais como: valores atuais,

mudanças de estado, registros de eventos, dentre outros.

Estes equipamentos de terceira geração permitem uma maior flexibilidade nos

esquemas de proteção pela aplicação das seguintes características principais descritas abaixo e

não presentes nos equipamentos das gerações anteriores:

Seletividade Lógica: Permite que as unidades instantâneas dos relés de sobrecorrente

a jusante e a montante sejam ajustadas e que os tempos de coordenação entre estas

unidades sejam reduzidas de 400 ms nas gerações anteriores, para os atuais 60 ms.

Flex-Curve: Permite que seja obtida a seletividade em sistemas onde existem motores

com grande tempo de partida, motores que partem com tensão reduzida e com tempos

de partida maiores que os tempos de rotor bloqueado ou motores acoplados a cargas

de grande inércia. Existe a possibilidade de criar a própria curva do usuário,

eliminando com isso qualquer possibilidade da não seletividade entre sistemas. Uma

ilustração disso é mostrada na Figura 4.

Figura 4 – Seletividade com Flex-Curve.

Medição, Controle e Monitoramento: Com os relés de terceira geração, é possível

integrar medição completa por fase e total de corrente, tensão, potência, energia e

demanda, além de controle de religamento por subtensão ou subfreqüência, controle de

banco de capacitores em 2 ou mais estágios, monitoramento de falhas de disjuntor e falha

de TPs. Com isto, os relés de terceira geração tornam-se uma automação pontual,

concentrando todas as informações vitais daquele alimentador de carga.

Protocolo ModBUs RTU: Este protocolo por ser universal, facilita muito a

comunicação entre PLCs e remotas, sem a necessidade de drivers e/ou equipamentos ou

softwares especiais. Este protocolo está disponível em quase todos os equipamentos como

Allen Bradley Rockwell, Siemens, ABB, GE, GE-Fanuc, Fischer Rosemont, Yokogawa,

dentre outros.

Memória Flash EEPROM: Permite que seja construído um equipamento que sempre

esteja atualizado tecnicamente (produto não acabado). Com o uso deste tipo de

memória, é possível acrescentar novas funções sem a necessidade de troca de

hardware.

Hardware Versátil e Software Amigável: Com o uso dos relés de terceira geração,

existe a possibilidade de se utilizar entradas e saídas digitais e entradas e saídas

analógicas totalmente configuráveis, permitindo a engenharia de aplicação adequar

estes parâmetros em função de sua aplicação, sem a necessidade de alteração de

hardware ou uso de acessórios especiais.

Custos de Implementação: O custo do relé de terceira geração é maior unitariamente

mas, é muito menor em termos de conjunto.

Oscilografia: Permite que seja determinado o tipo de falta em função da característica

das formas de onda dos sinais de falta.

III. A PADRONIZAÇÃO DOS RELÉS NUMÉRICOS

Apesar dos inúmeros benefícios citados a pouco, tradicionalmente os fabricantes

produzia e ofertava no mercado diferentes relés numéricos que eram específicos para a

proteção dos diferentes componentes do sistema, tais como motores, geradores,

transformadores, linhas, barras, capacitores, etc. Esta abordagem era uma herança adquirida

na era da fabricação dos eletromecânicos e dos estáticos analógicos, principalmente pelo fato

de que as complexidades das aplicações eram, e ainda são, muito variadas e cada tipo de

proteção tinha que ser implementado em configurações proprietárias. No entanto, desde que

os relés numéricos se tornaram uma realidade tecnológica, a indústria da energia elétrica, os

fabricantes e os pesquisadores têm especulado sobre a viabilidade dos ‘open’ systems

relaying, ou seja, relés que podem ser acrescidos, alterados, ajustados pelo usuário ou outro

especialista e, que se comunica com qualquer outro IED de diferentes fabricantes. Do mesmo

modo que o computador pessoal tem sido uma ferramenta de propósito geral, realizando

numerosas tarefas com diferentes aplicativos de software, os mais modernos relés numéricos

já podem ser construídos sobre uma plataforma comum concebida para funcionar como um

dispositivo de proteção de caráter universal. Eles são concebidos para rodar diferentes

programas de proteção para as diferentes partes do sistema elétrico – de um simples relé de

sobrecorrente a um relé de distância de alta velocidade. E, o que é mais importante,

oferecendo uma solução efetiva de custo com pouca diferença entre as diferentes aplicações.

Assim, os relés de quarta geração (como o ilustrado na Figura 5) vieram para

universalizar as aplicações dos relés de terceira geração e criar a possibilidade da engenharia

de aplicação criar lógicas de bloqueio cada vez mais complexas.

Figura 5 – Modularidade de Hardware nos Relés de 4a Geração.

Estas unidades utilizam barramento de dados em Ethernet com os módulos que

compõe o equipamento comunicando em velocidades muito altas (High Speed LAN ou 100

Mbps). Veja, por exemplo, a comparação de tempo na Figura 6.

Idealizados para concessionárias e hoje amplamente utilizadas também nas

indústrias, permitem upgrade de hardware sem a necessidade de substituir o equipamento ou

retirá-lo do painel. Permite também, em função de sua modularidade, a transformação de uma

unidade de proteção de alimentadores em unidade de proteção de transformadores, somente

trocando-se o módulo de CPU que está inserido em gavetas padronizadas. Lógicas complexas

de intertravamento são possíveis pelo uso da tecnologia de Flex Logic, que permite o uso de

informações oriundas de diferentes relés para a tomada de decisões de um outro relé, somente

com o uso da comunicação entre eles via fibra ótica redundante, sem o uso de fiação

complexa e desnecessária.

Figura 6 – Tempo de Resposta com Rede Ethernet.

O uso destes intertravamentos via LAN de alta velocidade, permite aplicações de

seletividade lógica a grandes distâncias, relés para aplicação diferencial em linhas de

transmissão (Figura 7) e relés de comparação direcional. Além disso, a universalização das

ocorrências na mesma base de tempo entre relés é possível via o uso de sinais IRIG-B

provenientes de um GPS (Global System Positioning).

Figura 7- Proteção diferencial de linhas com relés de 4º geração

IV. Aspectos Relevantes da Tecnologia Numérica

O principal trunfo desta tecnologia é indubitavelmente a redução da relação

custo/benefício ou, pelo menos, a forte sinalização para isto. Pode-se citar como fatores desta

redução os seguintes pontos:

Multifunção- ao passo que a tecnologia eletromecânica convencional consegue

integrar apenas algumas poucas funções de proteção, a tecnologia numérica permite

agrupar centenas de funções envolvendo não somente funções de proteção, mas

também de medição, de supervisão, de monitoramento, de comunicação, de estatística,

de controle, etc. Devido a isto, o tradicional jargão “relé” tem sido substituído por

unidade de supervisão, ou de gerenciamento, pois retrata mais fielmente a sua

finalidade.

Espaço Físico- uma vez que as funções supracitadas são resultados de algoritmos, não

há, portanto ocupação de espaço físico, fazendo com que essas unidades de

gerenciamento se tornem extremamente compactas se comparadas com uma

montagem clássicas com função eletromecânicas stand-alone.

Parametrização - uma vez instalados nos painéis, os relés clássicos necessitam ser

ajustados, demandando mão de obra especializada colocada no campo. Por outro lado,

as unidades numéricas podem ser parametrizadas à distância através de up-load feito

com recursos de rede.

Montagem in-loco- as unidades numéricas podem ser levadas até ao local definitivo

de utilização (por exemplo, uma subestação) e lá serem instalados. Os relés

convencionais são normalmente montados em seus painéis e depois transportados ao

local definitivo. Neste sentido, os numéricos aliviam sobremaneira os aspectos de

custo de transporte relacionados ao peso, à cablagem, às conexões, etc.

Velocidade de atuação - devido ao constante aperfeiçoamento do hardware e das

ferramentas matemáticas para a discriminação dos valores dos sinais e do tipo de falta

ocorrida em um sistema elétrico, o tempo necessário para uma tomada de decisão

correta, para as funções de proteção, tem atingindo valores extremamente baixos,

permitindo-se rápida e segura coordenação e seletividade entre as proteções,

minimizando-se estresses na rede elétrica e seus componentes.

Além disto, as unidades numéricas podem utilizar os mais atuais recursos de

informática disponíveis, como por exemplo:

Técnicas de inteligência artificial - que permite um tratamento mais adequado de

informações não tão exatas que podem surgir em situações de alto risco e que

necessitam de decisões corretas, como acontece em faltas dentro de um sistema

elétrico. Algumas aplicações típicas para esta ferramenta seriam: a restauração de

sistemas elétricos após um colapso; a interpretação e minimização de alarmes para

correto diagnóstico; novas funções de proteção com filtragens numéricas complexas

para discriminação dos valores dos sinais dinâmicos envolvidos em uma falta, outras.

Adaptabilidade da proteção - consiste na propriedade em que uma função de

proteção pode se auto-parametrizar em função de circunstâncias externas. Como por

exemplo, cita-se o relé de distância que pode ter sua característica de operação no

plano R-X adaptada em função das condições de despacho existentes no momento ou,

ainda, o relé diferencial que pode alterar sua declividade em função das condições de

operação de um equipamento protegido.

Controle - a atual tecnologia numérica pode permitir a inserção de funções de

controle clássico (P, PI e PID) em suas unidades. Cita-se como exemplo, o controle de

tensão e de velocidade de geradores, fluxo de potência ativa e reativa na rede (desde

que se tenham equipamentos de potência que permitam este controle), módulo e

ângulo das tensões de saída de transformadores, etc.

Interface homem/máquina - que permite uma interação “amigável” entre o usuário e

o sistema supervisionado, tornando sua intervenção, quando necessária, a mais rápida,

objetiva e eficaz possíveis. Além de se apresentar como um excelente recurso didático

para treinar operadores de sistemas e subestações.

Rede de comunicação - que permite acesso à distância e desta forma o usuário remoto

poderá fazer atualizações da parametrização, dos programas, bem como acessar dados

momentâneos tais como correntes, tensões, potência, energia, registros de oscilografia,

dados estatísticos, etc. Em decorrência permite-se uma atualização constante e on-line

dos programas, tornando-os bastante flexíveis. Associada às informações

disponibilizadas pelas unidades numéricas, a utilização de satélites para sincronização

de eventos dentro do sistema elétrico tem sido vislumbrada como uma forte ferramenta

de localização de pontos faltosos, agilizando dessa forma o reparo do sistema e a

redução da contingência.

As unidades de gerenciamento numéricas (ditos relés numéricos) têm permitido

lançar mão de novas filosofias dentro da proteção. Entre elas pode-se citar: a integração da

proteção, medição e controle, seletividade e coordenação lógica; auto-supervisão e auto-teste;

oscilografia como subproduto; interpretação de alarmes.

Pelo lado dos transformadores de corrente e potencial, uma vez que as unidades

de proteção e medição e supervisão são incorporadas em um mesmo hardware,

compartilhando-se de um mesmo banco de dados, e pelo fato de se utilizar recursos

eletrônicos para o tratamento dos sinais de entrada a carga oferecida aos transformadores de

instrumentação (burden) tornou-se praticamente desprezível. Em decorrência, a potência

secundária exigida desses transformadores é mínima, reduzindo-se drasticamente seus custos,

além de, na maioria dos casos poderem utilizar apenas um tipo de transformador de corrente

para servir tanto à proteção quanto à medição e à supervisão.

Dado que a filosofia numérica lida com valores digitalizados, não há, a rigor, a

necessidade de se ter os sinais de corrente e tensão envolvidos no processo de proteção ou

medição. Há sim a necessidade dos valores das amostras desses sinais regularmente

espaçadas, obtidas no tempo. Em outras palavras, as funções de proteção e medição

numéricas não oferecem carga (burden) aos sensores, pois não possuem bobinas de corrente e

potencial. Desta forma, abriu-se a possibilidade da utilização de novos transdutores de

corrente e potencial, desde muitos tempos distanciados dos sistemas elétricos. Neste sentido,

cita-se os divisores resistivos de potencial, transformadores opto - elétricos de potencial

(EOVT), transformadores opto - magnéticos de corrente (MOCT) e a bobina de Rogowski.

Enfim, a ausência de partes mecânicas, associada às técnicas de auto diagnóstico

têm tornado as unidades de supervisão numéricas praticamente livres de manutenção de

hardware. Tão somente a manutenção de software através de atualizações.

V. Alguns Problemas desta Tecnologia

Alguns pontos ainda são obscuros e necessitam de maiores investigações e

observações para ser declarada satisfatoriamente confiável esta tecnologia. Como aspectos

negativos destacam-se, portanto os seguintes pontos:

A dependência com temperatura e a umidade (tropicalização).

Sensibilidade a ruídos eletromagnéticos (EMI).

Necessidade de fonte auxiliar confiável.

Adaptação do perfil do recurso humano técnico.

Protocolos (comunicação, algoritmos, etc.) - compatibilidade entre fabricantes.

Validação da confiabilidade do hardware e dos algoritmos.

VI. O PROCESSAMENTO DE SINAIS EM UM RELÉ DE PROTEÇÃO

MICROPROCESSADO

Na aplicação de processamento digital de sinais na proteção de equipamentos e

sistemas elétricos industriais, as variáveis analógicas de entrada para os relés de proteção

microprocessados são os sinais de corrente e de tensão medidos através dos transformadores

de corrente e de tensão, provenientes do sistema elétrico de potência. Estes sinais, após serem

filtrados analogicamente são digitalizados e filtrados digitalmente através da implementação

de algoritmos das funções de proteção de equipamentos ou sistemas elétricos, conforme

seqüência indicada na Figura 1. [1] [2]

Figura 1. Diagrama de blocos do processamento digital de sinais aplicado nos relés de

proteção microprocessados.

A Figura 2 apresenta um diagrama de blocos típico de um atual relé de proteção

microprocessado, com entradas para medição de sinais de tensões e de correntes provenientes

do sistema elétrico. O cálculo do valor do sinal de entrada é realizado através da amostragem

de correntes e tensões senoidais em intervalos de tempo discreto. Um número fixo de

amostras instantâneas por ciclo é convertido em quantidades digitais, através de conversores

A/D e armazenado em memórias voláteis, para processamento.

Figura 2. Diagrama de blocos de um relé microprocessado para proteção de motor.

A filtragem digital, realizada pelos algoritmos de medição dos sinais digitalizados

de entrada, é o processo de combinar sucessivas amostras para obter os valores

correspondentes à componente fundamental do fasor do sinal de entrada, os quais são

utilizados pelos algoritmos das funções de proteção. [1] [2]

Os sinais de entrada de corrente e de tensão são condicionados e isolados através

de transformadores de potencial (TP) e transformadores de corrente (TC). Os sinais

analógicos isolados são filtrados através de filtros passa baixa, utilizando-se filtros analógicos,

de forma a minimizar o efeito de aliasing produzido por hamônicas e ruídos em faixas de

elevadas freqüências acima da metade da freqüência de amostragem, de acordo com o Critério

de Nyquist ou Teorema da Amostragem. [1] [3]

Após a filtragem analógica, os sinais são então amostrados e convertidos em

dados digitais através dos conversores A/D (Analógico/Digital), que atualmente possuem

resolução de 16 bits, adequados à faixa dinâmica de correntes normalmente existentes em

sistemas elétricos de potência. Proteção térmica de motores de indução trifásicos industriais.

O processador digital de sinais (DSP) processa os dados digitais convertidos e

executa os algoritmos de proteção existentes, carregados em memórias do tipo FLASH. Os

dados intermediários, gerados durante os cálculos, são armazenados em memórias do tipo

SDRAM.

Freqüências de amostragem típica entre 16 e 128 amostras por ciclo (entre 960 Hz

e 7680 Hz para um sistema de 60 Hz) são valores normalmente utilizados nos atuais relés de

proteção de motores. Estas freqüências de amostragem permitem medições suficientemente

precisas de valores eficazes (rms) de sinais contendo componentes harmônicas, tornam os

filtros antialiasing simples e de fácil implementação e permitem funções de oscilografia com

captura de sinais com freqüências suficientemente elevadas, durante os eventos de faltas, para

a sua adequada análise.

O processador digital é o responsável pela execução das funções lógicas e de I/O.

Os circuitos de entradas digitais fornecem ao processador de sinais o valor de status dos

respectivos contatos. Os circuitos das saídas digitais do relé executam as funções de alarme

remoto e de trip do relé. Os recentes relés de proteção (IED – Intelligent Equipment Device)

incorporam os requisitos da nova série de Normas IEC 61850 - Communication networks and

systems in substations, que torna possível a utilização de redes de comunicação de dados no

padrão Ethernet para o envio de mensagens de proteção, através de priorização, no formato

GOOSE/GSSE, mesmo em situações de saturação de tráfego na rede.

VII. HARDWARE DOS RELÉS NUMÉRICOS

1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Objetivos idênticos ao hardware dos relés convencionais, ou seja, recebem sinais

analógicos de tensão, corrente e outros, sinais digitais de contatos e efetuam as ações

de controle necessárias através do fechamento de contatos ou disparo de chaves

eletrônicas.

Relés digitais (numéricos ou microprocessados) possuem características exclusivas

devido à alta capacidade de comunicação tais como ajuste automático ou manual,

remoto ou local, medições de dados, registro de faltas e outras informações.

Manutenção reduzida e confiabilidade aumentando devido às facilidades de auto-

monitoramento e auto teste.

Grande flexibilidade, uma vez que um hardware básico pode ser utilizado para

diversos tipos de relés, havendo diferenças apenas no software.

Outros processamentos de dados podem ser incluídos facilmente sem prejudicar as

funções de proteção, tais como localização de faltas, registro de eventos, medições de

demanda, estimação de temperatura, etc.

2. DIAGRAMA FUNCIONAL DE BLOCOS

3. PRINCIPAIS COMPONENTES

3.1ENTRADAS

ANALÓGICAS: sinais analógicos dos transdutores primários de corrente e potencial

(TC’s e TP’s)

DIGITAIS: sinais discretos que refletem o estado de disjuntores, sinais provenientes de

outros relés, etc.

3.2 SISTEMA DE ENTRADAS ANALÓGICAS

3.2.1 FUNÇÕES PRINCIPAIS

(a) isolamento elétrico entre os circuitos de entradas analógicas e os circuitos internos do

relé.

(b) proteção dos relés contra sobretensões transitórias induzidas nos condutores de entrada

por chaveamentos e outros processos transitórios.

(c) acondicionamento dos sinais analógicos a níveis adequados para a conversão A/D.

(d) filtragem anti-aliasing: limitação dos sinais analógicos a frequências até à metade da

frequência de amostragem (denominada frequência de Nyquist).

3.3 INTERFACE A/D

3.3.1 FUNÇÕES PRINCIPAIS

Execução dos processos de amostragem, multiplexação, amplificação e conversão

A/D através de um sinal de clock que dita a frequência de amostragem. Para cada sinal

amostrado há a conversão do valor instantâneo do sinal analógico em uma palavra digital, que

fica disponível para o microprocessador.

3.3.2 CIRCUITO BÁSICO

3.3.3 AMOSTRAGEM DOS SINAIS ANALÓGICOS

(a) Necessidade de sinal de clock:

Preservação da fase dos sinais amostrados

Necessidade de se manter estável o sinal de entrada do conversor A/D por um certo

período de tempo.

(b) Amostragem executada por amplificadores S/H

Um para cada canal analógico (mais comum) ou um para todos canais analógicos.

Em geral são amplificadores de baixo custo.

(c) Circuito Básico

Saída = Entrada (estado TRACK)

Saída = constante (estado HOLD)

3.3.4 MULTIPLEXAÇÃO DOS SINAIS ANALÓGICOS

(a) Executada por um circuito denominado multiplexador analógico que consiste de um

conjunto de chaves analógicas controladas por lógica digital.

(b) Disponível no mercado com grande variedade e a baixo custo.

(c) Seu uso se justifica pois são mais baratos que os conversores A/D e devido à baixa

taxa de amostragem necessária nas funções de proteção (em geral interesse apenas nos

sinais de 60 Hz)

3.3.5 AMPLIFICAÇÃO PARA AJUSTE DE ESCALA

(a) Executada por um circuito denominado amplificador de ganho programável.

(b) Permite o casamento do valor do sinal analógico à faixa ótima de operação do

conversor A/D.

3.3.6 CONVERSÃO ANALÓGICA/DIGITAL (A/D)

(a) O sinal filtrado, amostrado, selecionado e escalado é rapidamente transformado no

conversor A/D em um número que pode ser lido pelo microprocessador.

(b) Conversor A/D com emprego de contador.

É o mais simples e o menos usado dos métodos de conversão A/D devido à sua baixa

velocidade.

Consiste em um conversor D/A ligado a um contador.

Um comando inicia a contagem do contador.

O sinal do contador é aplicado ao D/A que vai tendo um sinal em sua saída analógica

proporcional a entrada.

Quando a saída analógica se compara ao sinal analógico que se deseja medir, é dado o

comando de fim de contagem o que define o equivalente digital ao sinal analógico.

No caso mais desfavorável (entrada analógica máxima) o contador tem que alcançar a

contagem máxima.

(c) Conversor A/D por aproximação sucessiva

É o método mais utilizado na conversão A/D.

A saída de um conversor D/A comanda a entrada de inversão de um comparador

através de um operacional.

É inicialmente acionando o bit mais significativo. Se ele estiver abaixo do nível do

nível do sinal analógico desejado, ele é setado como 1, caso contrário, como 0.

Depois é feita a comparação para o segundo bit mais significativo e assim por diante.

Para um conversor de 8 bits, serão necessárias no máximo oito comparações.

A principal vantagem deste método de aproximação sucessiva é a velocidade de

convergência.

Quando muito, são necessários n pulsos de relógio para produzir resolução de n bits do

sinal analógico.

(d) Notas Importantes

Conversores de 8 bits: baratos e utilizados em relés de sobrecorrente.

Conversores de 12 bits: os mais aplicados em proteção, pois são relativamente baratos

(≈ US$ 40,00) e oferecem boa precisão, com tempos médios de 25 μs.

Conversores de 16 bits: mais caros e utilizados quando se requer maior precisão

(medição).

4. SISTEMA DE ENTRADAS DIGITAIS

4.1 FUNÇÕES PRINCIPAIS

(a) acondicionamento dos sinais discretos para aplicação ao processador.

(b) isolamento elétrico entre os circuitos de entradas digitais e os circuitos internos do

relé.

(c) proteção dos relés contra sobretensões transitórias induzidas nos condutores de entrada

por chaveamentos e outros processos transitórios no primário ou secundário.

5. MEMÓRIAS

(a) RAM : necessária como buffer para armazenamento temporário dos valores de entrada,

para acumular resultados intermediários dos programas de proteção e para armazenar

dados a serem guardados posteriormente na memória não volátil.

(b) ROM e PROM: utilizadas para armazenagem permanen-te de programas do relé

digital. Via de regra estes programas são executados diretamente da ROM (ou

EPROM) ou através de uma memória RAM previamente carregada com o programa

original.

(c) EPROM e EEPROM : utilizadas para armazenagem dos parâmetros de ajustes do relé

ou outros dados vitais que não são modificados com grande frequência.

6. PROCESSADOR (CPU)

(a) executa os programas de proteção, o controle de diversas funções de tempo e realiza

tarefas de autodiagnóstico e de comunicação com os periféricos.

(b) são utilizados os mais diversos tipos de microprocessadores, desde os mais simples

tipo single-chip, passando pelos de oito bits, indo até os de dezesseis e trinta e dois

bits.

7. SISTEMA DE SAÍDAS DISCRETAS

(a) processa a informação de uma porta de saída paralela do processador, que pode

consistir de uma palavra digital em que cada bit pode ser utilizado para definir um

estado de uma porta de saída.

8. PORTAS DE COMUNICAÇÃO

(a) PORTAS SERIAIS: permitem a troca de informações remotas ou locais para tarefas de

ajustes dos valores dos parâmetros, leitura de registros de faltas, de dados de ajustes e

outras.

(b) PORTAS PARALELAS: permitem o intercâmbio de informações em tempo real.

9. SISTEMA DE SINALIZAÇÃO DA OPERAÇÃO

(a) executa a função de sinalização visual ou auditiva da operação do relé através de

conjunto de leds e alarmes.

10. FONTE DE ALIMENTAÇÃO

(a) fonte de tensão independente, geralmente do tipo comutada, que pode ser ligada às

baterias da subestação. Produz tensões dc necessárias aos circuitos do

microprocessador (valores típicos de 5V e +15 V).