XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Proteção Digital de Sistemas Elétricos de Potência
Noções básicas para o uso do software ATP (Alternative Transients Program)
Dr. Ênio Carlos Segatto
Msc. Murilo da Silva
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Sumário
Objetivo
Introdução e Histórico
Estrutura de um caso genérico no ATP
Princípios básicos de utilização do ATP
Estrutura do arquivo principal de dados
Estrutura da rotina Line Constants
Exemplo de Estudo
Interface ATPDraw
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Objetivo
Apresentar o software ATP (Alternative TransientProgram)
Fornecer noções básicas com respeito ao software mencionado.
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Introdução
Década de 60: desenvolvimento do programa de transitórios eletromagnéticos EMTP (ElectromagneticTransients Program) por Hermam W. Dommel;
64 à 73: desenvolvimento de vários modelos que foram incorporados ao programa;
A partir de 1973, Scott Meyer assume a coordenação e o desenvolvimento do programa;
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Introdução
Em 1984, o EPRI decide investir no programa EMTP;
Divergências entre Meyer e o EPRI – Electric Power ResearchInstitute - levam à criação de uma nova versão do EMTP denominada ATP;
O LEC (Leuven EMTP Center) centralizou a distribuição do programa a nível mundial;
Em 1992, a BPA (Bonneville Power Administration) e Meyer decidiram exercer novamente a coordenação do programa.
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Introdução
Dispõe de versões para diversos sistemas operacionais;
Permite simulação em redes polifásicas, com configurações arbitrárias;
Calcula valores a intervalos de tempo discretos;
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Introdução
Permite a representação de não-linearidades, parâmetros concentrados ou distribuídos, etc.
Considera parâmetros em componentes de fase e em seqüência zero e positiva;
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Introdução
Modelos disponíveis:• Elementos Concentrados;• Elementos RL Acoplados;• PI – Equivalentes Polifásicos;• Transformadores;• Linhas de Transmissão;• Elementos Não-Lineares;• Chaves;• Fontes;• Pára-Raios;• Compensadores Estáticos e Válvulas Conversoras.
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Introdução
Resultados Disponíveis:
• Respostas no tempo para tensões de barras e de ramos e para correntes de ramos;
• Tensões de barras, fluxos de potência e correntes nos ramos da rede em estudo;
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Estrutura de um caso genérico no ATP
Entrada: arquivo de entrada em formato texto;
Saída: arquivo .LIS e arquivo .PL4;
O arquivo de dados de entrada tem um formato rigidamente preestabelecido;
É possível a identificação de erros através da análise do arquivo .LIS.
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Estrutura de um caso genérico no ATP
Um arquivo de entrada é composto pela seguinte lista de instruções (Cartões):
• BEGIN NEW DATA CASE;
• Cartão para rotinas especiais;
• Cartão de dados miscelâneos e extensões;
• Cartões para ramos lineares e não lineares, transformadores e linhas de transmissão;
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Estrutura de um caso genérico no ATP
• Cartões para dados referentes aos interruptores;
• Cartões para fontes
• Cartões de especificação das variáveis de saída;
• Cartões de pedidos de gráficos;
• BEGIN NEW DATA CASE.
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Princípios básicos de utilização do ATP
Elaboração do arquivo de entrada
Inicializar ATP pelo prompt do MS-DOS (executável);• D:\atpwnt• Disk• Nome do arquivo de entrada e extensão• -R
Obs: o arquivo STARTUP deve estar no diretório corrente
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Estrutura do arquivo principal de dados
1. Primeiro conjunto de instruções• BEGIN NEW DATA CASE
2. Primeiro cartão de dados miscelâneos
1 à 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 80E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0
DELTAT TMAX XOPT COPT EPSILN TOLMAT TSTART
Intervalo de integração, dado em s
Tempo total de estudo, dado em s
Unidade das indutâncias: 0 = mH; freq. = ohm
Unidade das capacitâncias: 0 = uF; freq. = ohm
Tolerância para testar singularidade da matriz
Tolerância para testar singularidade da matriz
Momento do início da simulação
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Estrutura do arquivo principal de dados
3. Segundo cartão de dados miscelâneos
1 a 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 64 65 a 72 73 a 80I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8
IOUT IPLOT IDOUBL KSSOUT MAXOUT IPUN MEMSAY ICAT NENERG IPRSUP
Quantidade de pontos para impressão
Quantidade de pontos para o gráfico
Flag para impressão da tabela de conexões na
rede
Flag para impressão dos fluxos nos ramos
da rede
Flag para impressão dos valores máximos
das variáveis
Flag para mudança de freq. de impressão
Flag para controle de gravação da memória
do ATP em disco
Flag gravação permanentede pontos
para posterior plotagem
Flag do número de energização
Flag de controle de saída da impressão pelo arquivo startup
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Estrutura do arquivo principal de dados
4. Cartões para ramos lineares e linhas de transmissão
1. Elementos não acoplados, com parâmetros RLC concentrados e em série (Tipo 0);
2. Elementos mutuamente acoplados, com parâmetros RLC concentrados (Tipo 1, 2, 3...);
3. Elementos RL mutuamente acoplados (Tipo 51, 52, 53)
4. Elementos com parâmetros distribuídos.
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Estrutura do arquivo principal de dados
Formatos de alta e baixa precisão• $VINTAGE, 1 – alta precisão (E16.0)• $VINTAGE, 0 – baixa precisão (E6.2)• Formato Livre
Conectividade dos elementos• Cada ramo é definido pelo nome de seus nós terminas (BUS1,
BUS2).
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Estrutura do arquivo principal de dados
Cartão para elementos não acoplados, com parâmetros RLC concentrados e em série:• Tipo 0• formato normal ($VINTAGE, 0)
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Estrutura do arquivo principal de dados
Estrutura do cartão para elementos não acoplados:
1 a 2 27 a 32 33 a 38 39 a 44 45 a 79 80R L (mH) C (μF)
(Ω) ou ouBUS1 BUS2 BUS3 BUS4 ωL (Ω) ωC (mho)
I2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 I1
15 a 26Nome dos nós
dos ramos de ref.
outp
ut
3 a 14Nome dos
nós
ITY
PE
1 a 2 27 a 42 43 a 58 59 a 74 75 a 79 80R L (mH) C (μF)
(Ω) ou ouBUS1 BUS2 BUS3 BUS4 ωL (Ω) ωC (mho)
I2 A6 A6 A6 A6 E16.0 E16.0 E16.0 I1
outp
utnós dos ramos de ref.
3 a 14 15 a 26
ITYP
E Nome dos Nome dos nós
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Estrutura do arquivo principal de dados
Cartão para elementos RLC mutuamente acoplados• Tipo 1, 2, 3.• Capacitâncias shunt de acoplamento;• Aceita todos os formatos;
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Estrutura do arquivo principal de dados
Estrutura do cartão para elementos RLC mutuamente acoplados:• Formato de baixa precisão.
1 a 2
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 R L C R L C R L CI2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2
27 a 44 45 a 62 63 a 80Elementos Elementos Elementos
nós dos ramos de ref. (k,m) (k,m+1) (k,m+2)
3 a 14 15 a 26
ITY
PE
Nome dos Nome dos nós
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Estrutura do arquivo principal de dados
Estrutura do cartão para elementos RLC mutuamente acoplados:• Formato de alta precisão.
1 a 2
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4I2 A6 A6 A6 A6 E16.0 E16.0 E16.0
nós dos ramos de ref.R L C
69 a 74
ITY
PE
Nome dos Nome dos nós Elementos Elementos Elementos3 a 14 15 a 26 27 a 42 43 a 68
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Estrutura do arquivo principal de dados
Preenchimento dos cartões:
1 a 21 SA RA R11 L11 C112 SB RB R21 L21 C21 R22 L22 C223 SC RC R31 L31 C31 R32 L32 C32 R33 L33 C334 SD RD R41 L41 C41 R42 L42 C42 R43 L43 C43
R44 L44 C445 SE RE R51 L51 C51 R52 L52 C52 R53 L53 C53
R54 L54 C54 R55 L55 C55
63 a 803 a 14 15 a 26 27 a 44 45 a 62
1 a 2 75 a 801 SA RA2 SB RB
3 SC RC
4 SA RAR33 L33 C33R41 L41 C41
R31 L31 C31R32 L32 C32
L21 C21R22 L22 C22
R11 L11 C11R21
3 a 14 15 a 26 27 a 42 43 a 68 69 a 74
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Estrutura do arquivo principal de dados
Cartão para ramos RL mutuamente acoplados• Tipo 51, 52, 53• Não difere muito da representação anterior;• Notação em valores de fase ou de seqüência;• Aceita todos os formatos.• Representação do acoplamento das impedâncias de
transformadores;• Representação de redes equivalentes;
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Estrutura do arquivo principal de dados
Estrutura do cartão para ramos RL mutuamente acoplados:• Formato de baixa precisão para valores de fase
1 a 2
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 R R RI2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2
L LE12.2 E12.2 E12.2
Elementos Elementosnós dos ramos de ref. (k,m) (k,m+1) (k,m+2)
ITY
PE Nome dos Nome dos nós Elementos
L
3 a 14 15 a 26 27 a 44 45 a 62 63 a 80
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Estrutura do arquivo principal de dados
Estrutura do cartão para ramos RL mutuamente acoplados:• Formato de alta precisão para valores de fase
1 a 2
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4I2 A6 A6 A6 A6 E16.0 E16.0
R L
69 a 80
ITY
PE Nome dos Nome dos nós Elementos Elementos
nós dos ramos de ref.
3 a 14 15 a 26 27 a 42 43 a 68
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Estrutura do arquivo principal de dados
Estrutura do cartão para ramos RL mutuamente acoplados:• Formato de alta precisão para valores de seqüência
1 a 2
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 RI2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E12.2
LITY
PE Nome dos Nome dos nós Valores
nós dos ramos de ref. Sequência
3 a 14 15 a 26 27 a 44 45 a 80
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Estrutura do arquivo principal de dados
Cartão para ramos com elementos de parâmetros distribuídos• Tipo -1, -2, -3• Notação em valores modais ou de seqüência;• Formato de alta e baixa precisão;• Utilização da Rotina Line Constants;• Parâmetros constantes ou não com a freqüência;• Transposição ou não das linhas;• Alto grau de precisão do modelo.
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Estrutura do arquivo principal de dados
Estrutura do cartão para ramos com parâmetros distribuídos:
1 a 2 27 a 32 33 a 38 39 a 44 45 a 50 51 e 52 53 e 54 55 e 56 57 a 79 80
compri
m.
IOU
T
ILIN
E
IPU
NC
H
IPO
SE
3 a 14 15 a 26
ITYP
E Nome dos Nome dos nós R(Ω/uC) A B
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4I2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 I2 I2 I2 I1
compri
m.
IOU
Tnós dos ramos de ref.
ILIN
E
IPU
NC
H
IPO
SE
ITYP
E Nome dos Nome dos nós
1 a 2 27 a 38 39 a 50 51 a 62 63 a 74 75 e 76 77 e 78 79 80
IOU
T
compri
m.
ILIN
E
IPU
NC
H
IPO
SE
3 a 14 15 a 26
ITY
PE Nome dos Nome dos nós R
(Ω/uC) A BBUS1 BUS2 BUS3 BUS4
I2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 I2 I2 I2 I1
IOU
Tnós dos ramos de ref.
compri
m.
ILIN
E
IPU
NC
H
IPO
SE
ITY
PE Nome dos Nome dos nós
ILINE A B75 E 76 27 A 38 51 A 62
0 XOPT = 0 COPT = 0A = indutância modal B = capacitância modal
[mH / comprimento] [uF / comprimento]
XOPT = frequencia COPT = frequenciaA = reatância modal B = susceptância modal
[Ω / comprimento] [Ω / comprimento]1 Impedância caracteristica Velocidade de propagação
em ohm. Zs=sqrt(L/C) modal em comp./s2 Impedância caracteristica Tempo de propagação
em ohm. Zs=sqrt(L/C) modal da onda na linha em s
Comprimento total da linha em questão
Flag para habilitar tipo de entrada para A e B
Especifica o tipo de modelo:0: resistências concentradas1: modelo sem distorção
Identificação de linha transposta ou não
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Estrutura do arquivo principal de dados
Chaves
• Chave controlada por tempo;
• Chave controlada por tensão;
• Chave de medida.
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Estrutura do arquivo principal de dados
Chave controlada por tempo• Fecha quando t = tfecha
• Abre em t ≥ Tabre, observando a condição de corrente
1 a 2 35 a 44 45 a 79 80
IMBUS1 BUS2 Tfecha Tabre
I2 A6 A6 E10.0 E10.0 E10.0 I1
IOU
Tnós
3 a 14 15 a 34
ITYP
E Nome dos Tempo
Tipo: 0 ou brancoTempo de fechamento
da chaveTempo de abertura da
chaveCorrente de margem
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Estrutura do arquivo principal de dados
Chave controlada por tensão• Fecha quando t ≥ tfecha e Tensão > Vflash• Abre quando a condição de corrente for atendida.
1 a 2 35 a 44 45 a 54 55 a 79 80
IM VFLASHBUS1 BUS2 Tfecha Tdelay
I2 A6 A6 E10.0 E10.0 E10.0 E10.0 I1
IOU
Tnós
3 a 14 15 a 34
ITYP
E Nome dos Tempo
Tempo antes do qual a chave não fecha
Tempo decorrido após o fechamento, antes do qual a
chave não poderá abrir
Corrente de margemTensão de fechamento da chave
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Estrutura do arquivo principal de dados
Chave de medida• Corrente (1)• Tensão (ddp) (2)• Corrente e tensão (3)• Potência e fluxo de energia na chave (4).
1 a 2 55 a 63 64 a 79 80
MESURINGBUS1 BUS2
I2 A6 A6 I1
15 a 54
IOU
Tnós
3 a 14
ITYP
E Nome dos
Grandeza medida
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Estrutura do arquivo principal de dados
Fontes
• Fonte degrau ou CC;
• Fonte rampa com subida linear;
• Fonte rampa com duas inclinações;
• Fonte cossenoidal.
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Estrutura do arquivo principal de dados
Fonte CC
1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da
fonte ST AMPLITUDE TSTART TSTOP
I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6
ITYP
E
Tipo 11 Flag para fonte de tensão ou corrente
Valor da amplitude do degrau
Tempo de atraso da fonte >0
Tempo para desabilitar fonte
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Estrutura do arquivo principal de dados
Fonte rampa com subida linear
1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 a 30 31 a 40 41 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da
fonte ST AMPLITUDE TIME-0 TSTART TSTOP
I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6
ITY
PE
Tipo 12
Tempo final de subida (s)Tempo de
atrasoTempo para
desabilitar fonte
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Estrutura do arquivo principal de dados
Fonte rampa com duas inclinações lineares
1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 a 30 31 a 40 41 A 50 51 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da
fonte ST AMPLITUDE TIME-0 A1 TIME-1 TSTART TSTOP
I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6
ITY
PE
Tipo 13
Amplitude relacionada ao tempo 1
Tempo associado a
amplitude A1 (s)
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Estrutura do arquivo principal de dados
Fonte cossenoidal
1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 a 30 31 a 40 41 A 50 51 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da
fonte ST AMPLITUDE FREQ. FASE A1 TSTART TSTOP
I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6
ITYP
E
Tipo 14 Valor da amplitude da fonte
Fase dada em graus ou segundos conforme A1
A1 = 0, fase em grausA1 > 0, fase em (s)
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Estrutura do arquivo principal de dados
Cartões para especificações de saída• Saída em números tabulados, na impressora;• Saída em impressora gráfica;• Arquivo de saída .PL4.
Variáveis de saída disponíveis:• Saída de tensões nos nós;• Saídas referente ao ramos (ddp, correntes, potência ou
energia)
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Estrutura do arquivo principal de dados
Estrutura do Cartão de saída:• Tensões nos nós
1 a 2 3 a 8 9 e 14 15 a 20 21 a 26 27 a 32 33 a 38 39 a 44 45 a 50 51 a 56 57 a 62 63 a 68 69 a 74 75 a 80
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 BUS5 BUS6 BUS7 BUS8 BUS9 BUS10 BUS11 BUS12 BUS13
A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6
• Saída nos ramos ou chavesChaves – indicando na coluna 80 os valores de 1 a 4;Ramos – mesmo cartão de tensão nos nós, porém preenchendo o ITYPE com -1, -2, -3, -4 ou -5.
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Rotina LINE CONSTANTS
Rotina auxiliar utilizada para calcular as matrizes de resistências, indutâncias e capacitâncias, em componentes simétricas ou de fase, de qualquer configuração arbitrária de condutores aéreos, para freqüências entre 0.0001 Hz e 500 kHz.
Calcular o acoplamento entre uma LT e um circuito de comunicação paralelo.
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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS
Cartão de informação;Instrução para acionar a rotina de cálculo dos parâmetros;Instrução para definição de unidades;Dados referentes aos condutores;Cartão de fechamento de descrição dos dados referentes aos condutores;Instruções referentes à freqüência;Instruções para o término do caso.
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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS
Cartão de informação;• BEGIN NEW DATA CASE
Instrução para acionar a rotina de cálculo dos parâmetros;• LINE CONSTANTS
Instrução para definição de unidades;• METRIC
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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS
Dados referentes ao condutor;• Cartão para condutores individuais:
1 a 3 4 a 8 9 e 16 17 e 18 19 a 26 27 a 34 35 a 42 43 a 50 51 a 58 59 A 80
SKIN RESIS IX REACT DIAM HORIZ VTOWER VMID
I3 F5.4 F8.5 I2 F8.5 F8.3 F8.3 F8.3 F8.3
IP
Numeração de fase do condutor
Flag para identificação do efeito skin
Resistência CA ou CC do condutor
Flag para a indutância própria do condutor
Reatância ou raio medio geométrico do
condutor
Diâmetro do condutor
Distância horizontal do condutor
Altura vertical do condutor
Altura vertical
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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS
Dados referentes ao condutor;• Cartão para condutores em conjunto:
1 a 3 4 a 8 9 e 16 17 e 18 19 a 26 27 a 34 35 a 42 43 a 50 51 a 58 59 a 66 67 a 72 73 a 78 79 e 80
SKIN RESIS IX REACT DIAM HORIZ VTOWER VMID SEPAR ALPHA NB
I3 F5.4 F8.5 I2 F8.5 F8.3 F8.3 F8.3 F8.3 F8.5 F6.2 I2
IP
1. As variáveis HORIZ, VTOWER e VMID se aplicam à posição do centro geométrico do conjunto de condutores com relação ao solo;
2. As variáveis SEPAR, ALPHA, NB descrevem a geometria do conjunto de cabos geminados.
3. IP = número de fase do condutor equivalente.
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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS
Cartão de fechamento de descrição dos dados referentes aos condutores;• BLANK card ending conductor cards within “LINE
CONSTANTS” data
Instruções referentes à freqüência;Instruções para o término do caso• BLANK card ending frequency cards of “LINE CONSTANTS”
data• BLANK card ending “LINE CONSTANTS” data cases• BEGIN NEW DATA CASE• BLANK
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Estrutura da rotina LINE CONSTANTS
Instruções referentes à freqüência;
Resistividade em ohm/m do solo
homogêneo
Freqüência de operação da linha
Flag que corrige a impedância
considerando o retorno pela terra
Flag para controle da impressão da
matriz capacitância
Flag para impressão das matrizes de
impedância
1 a 8 9 a 18 19 e 28 29 30 a 35 36 37 a 42 43 44 45 a 52 43 a 57 58 59 a 68 69 e 70 71 a 80
RHO FREQ FCAR ICPR IZPR ICAP DIST ISEG MODAL
F8.2 F10.2 A10 6I1 6I1 I1 F8.3 I1 I2
Comprimento da linha
Flag de indicação do tipo de
instalação do cabo guarda
Indicação de transposição ou
não da LT
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Rotina LINE CONSTANTS
ICPR ⇔ ICAP = 0 ICPR ⇔ ICAP = 1
IZPR
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Interface ATPDraw
Desenvolvido por Hans Kr. Hoidalen (Noruega, 1999);Processador gráfico para o ATP em plataforma Windows;Construção do arquivo de entrada por conjunto de blocos;Possui mais de 65 componentes padrões;Possibilidade de criação de novos objetos (MODELS);Freeware pertencente ao BPA (ftp.ee.mtu.edu);
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Interface ATPDrawObjetos predefinidos
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Interface ATPDrawComponentes Disponíveis• Standard components
Linear branches: Resistor, Inductor, Capacitor, RLC RLC 3-phase, Uncoupled |||, Y, and D Inductor and capacitor with initial condition
Non-linear branches: Current dependent resistor, type 99 Current dependent inductor, type 98, 96, and 93 Time dependent resistor, type 97 Current dependent, exponential resistor, type 92 (1 and 3 phase). ARRDAT fitting included. TACS controlled resistor. Frequency dependent loads.
Line models: RLC pi-equivalent. 1, 2 and 3-phase
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Interface ATPDraw
Tipos de arquivos associados:
• Arquivo de circuito (.CIR): armazena o desenho do circuito atual e as informações necessárias para a criação de qualquer arquivo do ATP;
• Arquivo de suporte (.SUP): Definido para cada tipo de componente do circuito, contendo as especificações dos nós, ícones e help;
• Arquivos .MOD e .LIB: contêm as informações dos objetos criados pelo usuário.
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Interface ATPDrawJanela principal
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Interface ATPDrawJanela principal
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Interface ATPDrawCaixa de diálogo para o componente transformador
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Interface ATPDrawAnálise dos sinais
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Proteção Digital de Sistemas Elétricos de Potência
Simulação Digital de Sistemas Elétricos de Potência utilizando o ATP
Dr. Ênio Carlos Segatto
Msc. Murilo da Silva
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Sumário
Objetivo
Estrutura da rotina Line Constants
Estrutura de um caso genérico no ATP
Simulações
Análise dos resultados
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Objetivo
Obtenção dos parâmetros distribuídos de uma LT utilizando a rotina Line Constants do ATP;
Construção de um arquivo de entrada para o ATP, referente a um sistema de potência simples;
Simulação de faltas sob o sistema construído utilizando o ATP.
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Exemplo de Estudo
Sistema proposto• Duas barras e uma linha de transmissão;• Tensão 440kV
330 km
LT 440 kV
1.05∠0 10 GVA
0.95∠-109,5 GVA
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Características do sistema elétrico
Condutor de fase: cabo Grosbeak• raio externo do condutor: 12,57 mm; • raio interno do condutor: 4,635 mm;• resistência em corrente contínua: 0,08998 Ω/km.
Cabos Pára-raios: EHS 3/8”• raio externo do condutor: 4,572 mm;• resistência em corrente contínua: 4,188 Ω/km.
Resistividade do solo• Rsolo: 250 Ω.km
Flecha a meio vão• fase: 13,43 m• pára-raios: 6,4 m
XII Integra Elétrica
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Características do sistema elétrico
Silhueta da Torre e dimensões 11,93m
7,51m
24,07m9,27m
0,40m
FASE 1
CABOGUARDA
FASE 3
FASE 2
3,60m
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Rotina LINE CONSTANTS
Cartão de informação:• BEGIN NEW DATA CASE
Instrução para acionar a rotina de cálculo dos parâmetros:• LINE CONSTANTS
Instrução para definição de unidades:• METRIC
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Rotina LINE CONSTANTS
Dados referentes ao condutor:
1 a 3 4 a 8 9 e 16 17 e 18 19 a 26 27 a 34 35 a 42 43 a 50 51 a 58 59 A 80
SKIN RESIS IX REACT DIAM HORIZ VTOWER VMID
I3 F5.4 F8.5 I2 F8.5 F8.3 F8.3 F8.3 F8.3
IP
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Rotina LINE CONSTANTS
XII Integra Elétrica
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Rotina LINE CONSTANTS
Dados referentes aos cabos Pára-Raios:
1 a 3 4 a 8 9 e 16 17 e 18 19 a 26 27 a 34 35 a 42 43 a 50 51 a 58 59 A 80
SKIN RESIS IX REACT DIAM HORIZ VTOWER VMID
I3 F5.4 F8.5 I2 F8.5 F8.3 F8.3 F8.3 F8.3
IP
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Rotina LINE CONSTANTS
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USP/EESC/LSEE
Rotina LINE CONSTANTS
Informações referentes à freqüência:
1 a 8 9 a 18 19 e 28 29 30 a 35 36 37 a 42 43 44 45 a 52 43 a 57 58 59 a 68 69 e 70 71 a 80
RHO FREQ FCAR ICPR IZPR ICAP DIST ISEG MODAL
F8.2 F10.2 A10 6I1 6I1 I1 F8.3 I1 I2
1 a 8 9 a 18 19 e 28 29 30 a 35 36 37 a 42 43 44 45 a 52 43 a 57 58 59 a 68 69 e 70 71 a 80
RHO FREQ FCAR ICPR IZPR ICAP DIST ISEG MODAL
F8.2 F10.2 A10 6I1 6I1 I1 F8.3 I1 I2
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Rotina LINE CONSTANTS
ICPR ⇔ ICAP = 0 ICPR ⇔ ICAP = 1
IZPR
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Rotina LINE CONSTANTS
Instruções para o fechamento do cartão
• BLANK CARD ending frequency cards of embedded "LINE CONSTANTS" data case
• BLANK CARD ending "LINE CONSTANTS" data cases
• BEGIN NEW DATA CASE
• BLANK
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Rotina LINE CONSTANTS
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Executando Rotina Line Constants
atpwntdiskNome_arquivo.extensão-R
Arquivo de Saída Rotina Line Constants
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Cálculo dos Parâmetros da linha
ωω
ωω
+
+
==
==
+
+
CC
LL
XCe
XC
XLe
XL
0
0
0
0
Sendo w=2*pi*f e f=600Hz
w=3770 rad/s
ResistênciaOhm/km
IndutânciamH/km
CapacitânciauF/km
1.67603 2.22378 8.28055E-3
3.85133E-02 8.45824E-01 1.36685E-2
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Montagem do Arquivo Principal - ATP
Sistema Elétrico a ser modelado
165 km LT 440 kV
1.05∠0 10 GVA
0.95∠-10 9,5 GVA
165 km
RF
RLS1 RLS2 LT11 LT12 D G
GR1 GR2 D1 D4
D2
D3
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Estrutura do Arquivo Principal - ATP
Primeiro conjunto de instruções• BEGIN NEW DATA CASEPrimeiro cartão de dados miscelâneos
1 à 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 80E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0
DELTAT T MAX XOPT COPT EPSILN TOLMAT TSTART
1 à 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 80E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0 E8.0
DELTAT T MAX XOPT COPT EPSILN TOLMAT TSTART
Segundo cartão de dados miscelâneos1 a 8 9 a 16 17 a 24 25 a 32 33 a 40 41 a 48 49 a 56 57 a 64 65 a 72 73 a 80
I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8 I8IOUT IPLOT IDOUBL KSSOUT MAXOUT IPUN MEMSAY ICAT NENERG IPRSUP
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Estrutura do Arquivo Principal - ATP
Resistência de Falta:
1 a 2 27 a 42 43 a 58 59 a 74 75 a 79 80R L (mH) C (μF)
(Ω) ou ouBUS1 BUS2 BUS3 BUS4 ωL (Ω) ωC (mho)
I2 A6 A6 A6 A6 E16.0 E16.0 E16.0 I1
outp
utnós dos ramos de ref.
3 a 14 15 a 26
ITY
PE Nome dos Nome dos nós
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Estrutura do Arquivo Principal - ATP
Equivalentes de geração:
1 a 2
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 RI2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E12.2
LITY
PE Nome dos Nome dos nós Valores
nós dos ramos de ref. Sequência
3 a 14 15 a 26 27 a 44 45 a 80
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Cálculo do equivalente de geração
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Cálculo do equivalente de geração
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Estrutura do Arquivo Principal - ATP
Linhas de transmissão:1 a 2 27 a 38 39 a 50 51 a 62 63 a 74 75 e 76 77 e 78 79 80
IOU
T
compri
m.
ILIN
E
IPU
NC
H
IPO
SE
3 a 14 15 a 26
ITYP
E Nome dos Nome dos nós R(Ω/uC) A B
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4I2 A6 A6 A6 A6 E6.2 E6.2 E6.2 E6.2 I2 I2 I2 I1
IOU
Tnós dos ramos de ref.co
mprim.
ILIN
E
IPU
NC
H
IPO
SE
ITYP
E Nome dos Nome dos nós
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Estrutura do Arquivo Principal - ATP
Chaves de medidas:1 a 2 55 a 63 64 a 79 80
MESURINGBUS1 BUS2
I2 A6 A6 I1
15 a 54
IOU
Tnós
3 a 14
ITYP
E Nome dos
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Estrutura do Arquivo Principal - ATP
Chave controlada por tempo
1 a 2 35 a 44 45 a 79 80
IMBUS1 BUS2 Tfecha Tabre
I2 A6 A6 E10.0 E10.0 E10.0 I1
IOU
Tnós
3 a 14 15 a 34
ITYP
E Nome dos Tempo
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Estrutura do Arquivo Principal - ATP
Dados sobre as fontes de potência
1 a 2 3 a 8 9 e 10 11 a 20 21 a 30 31 a 40 41 A 50 51 A 60 61 a 70 71 a 80Nome da
fonte ST AMPLITUDE FREQ. FASE A1 TSTART TSTOP
I2 A6 I2 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6 E10.6
ITYP
E
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Estrutura do Arquivo Principal - ATP
Pedido de medidas nos ramos ou nós:• Saída nos ramos ou chaves
Chaves – indicando na coluna 80 os valores de 1 a 4;Ramos – mesmo cartão de tensão nos nós, porém preenchendo o ITYPE com -1, -2, -3, -4 ou -5.
1 a 2 3 a 8 9 e 14 15 a 20 21 a 26 27 a 32 33 a 38 39 a 44 45 a 50 51 a 56 57 a 62 63 a 68 69 a 74 75 a 80
BUS1 BUS2 BUS3 BUS4 BUS5 BUS6 BUS7 BUS8 BUS9 BUS10 BUS11 BUS12 BUS13
A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6 A6
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Estrutura do Arquivo Principal - ATP
Término do Cartão
Arquivo de Entrada Completo
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Executando Arquivo de Entrada no ATP
Execução do arquivo de entrada:• atpwnt• disk• Nome_arquivo.extensão• -R
Arquivos de Saída Gerados:• .LIS• .PL4
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Como simular uma condição normal?
• Tempo de fechamento da chave (falta) > Tempo de simulação
Simulando o sistema em regime normal
Arquivo de Saída .LIS Arquivo de Saída .PL4
Executando o arquivo de entrada !
Arquivo de Entrada
XII Integra Elétrica
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Gráfico da Saída do ATP
Sinal de tensão - regime
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Tens
ão (k
V)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Gráfico da Saída do ATP
Sinal de corrente - regime
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-600
-400
-200
0
200
400
600
Cor
rent
e (A
)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
XII Integra Elétrica
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Simulando uma Falta
Variações nas condições de faltas:
• Tipo da falta10 diferentes tipos (3-fase-terra, 3-fase-fase-terra, 3-fase-fase e 1-trifásica);
• Distância Real da Falta• Ângulo de incidência da falta• Resistência de falta
Como fazer ?
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Simulando uma Falta
Exemplo de uma Falta A-terra
• Distância da falta: 100 km da barra D
• Ângulo de incidência: 0 graus
• Resistência de falta: 17 ohm
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta
-0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Tens
ão (k
V)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
-0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Cor
rent
e (k
A)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
Falta Fase A-terra
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta
Exemplo de uma Falta A-terra
• Distância da falta: 100 km da barra D
• Ângulo de incidência: 90 graus
• Resistência de falta: 17 ohm
XII Integra Elétrica
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Simulando uma Falta
Falta Fase A-terra
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Tens
ão (k
V)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Cor
rent
e (k
A)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta
Exemplo de uma Falta Fase-terra com alta resistência de falta
• Distância da falta: 300 km da barra D
• Ângulo de incidência: 0 graus
• Resistência de falta: 800 ohms
XII Integra Elétrica
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Simulando uma Falta
Falta Fase A-terra com elevada resistência de falta
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Tens
ão (k
V)
Tempo (s)
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-600
-400
-200
0
200
400
600
Cor
rent
e (A
)
Tempo (s)
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta
Exemplo de uma Falta Fase-Fase (AB)
• Distância da falta: 200 km da barra D
• Ângulo de incidência: 90 graus
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta
Tensão: Falta Fase-Fase
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-600
-400
-200
0
200
400
600Te
nsão
(kV
)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta
Corrente: Falta Fase-Fase
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-6
-4
-2
0
2
4
6
Cor
rent
e (k
A)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta
Exemplo de uma Falta Fase-Fase-Terra (AB-terra)
• Distância da falta: 200 km da barra D
• Ângulo de incidência: 90 graus
• Resistência de falta: 50 ohms
XII Integra Elétrica
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Simulando uma Falta
Falta Fase-Fase-Terra
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-600
-400
-200
0
200
400
600
Tens
ão (k
V)
Tempo (s)
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-6
-4
-2
0
2
4
6
Cor
rent
e (k
A)
Tempo (s)
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta
Exemplo de uma Falta Trifásica
• Distância da falta: 200 km da barra D
• Ângulo de incidência: 90 graus
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulando uma Falta Trifásica
Tensão: Falta Trifásica
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07-600
-400
-200
0
200
400
600
800
Tens
ão (k
V)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Cor
rent
e (k
A)
Tempo (s)
Fase A Fase B Fase C
Corrente: Falta Trifásica
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Configuração para os demais tipos de faltas
Faltas fase-terra• B-Terra• C-Terra
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Configuração para os demais tipos de faltas
Faltas fase-fase-terra• AC-Terra• BC-Terra
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Configuração para os demais tipos de faltas
Faltas Fase-Fase• BC• AC
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulação de Faltas Evolutivas
Exemplo: Falta Fase-Terra para Fase-Fase-Terra
• Distância da falta: 200 km da barra D
• Ângulo de incidência: 90 graus
• Resistência de falta: 50 ohms
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulação – Falta Evolutiva
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-400
-200
0
200
400
600Te
nsão
(kV)
Tempo (s)
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Simulação – Falta Evolutiva
0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
-6
-4
-2
0
2
4
6Co
rren
te (k
A)
Tempo (s)
XII Integra Elétrica
USP/EESC/LSEE
Contato
Ênio Carlos SegattoLaboratório de Sistemas de Energia Elétrica – LSEE
1Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
UMA VISÃO CONCISA
2Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Palestrante
e-mail: [email protected] Chemin Netto
3Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Objetivo
FORNECER UM PANORAMA CONCISO SOBRE A
PROTEÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE
POTÊNCIA.
4Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção
Conjunto de equipamentos e filosofias para detecção de
SITUAÇÕES ANORMAIS à operação do sistema elétrico
com o intuito de PREVENIR DANOS AOS
EQUIPAMENTOS QUE O COMPÕE E AS PESSOAS QUE
O OPERAM.
O QUE É O SISTEMA DE PROTEÇÃO ?
5Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção - Aplicação
Geração
Transmissão Distribuição
Uso Final
6Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção - Esquemático
7Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção - Disjuntor
A norma IEC-50 (1984) "International Electrotechnical Vocabulary"
capítulo 441 - Switchgear, Controlgear and Fuses, define os
disjuntores de alta tensão da seguinte forma: "Um dispositivo
mecânico de manobra, capaz de estabelecer, conduzir e interromper
correntes nas condições normais de circuito, assim como
estabelecer, conduzir durante um tempo especificado e interromper
correntes sob condições anormais especificadas do circuito, tais
como as de curto-circuito".
8Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção - Disjuntor
9Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção – Transformador de Corrente
Isolar os equipamentos de medição, controle e relés do circuito de alta tensão;
Fornecer no seu secundário uma corrente proporcional à do primário;
Fornecer no secundário uma corrente adequada em magnitude para ser usada pelos medidores e pelos relés;
O valor da corrente secundária é padronizado em 5A (NBR 6856);
O primário é conectado em série com o sistema de potência, o mesmovale para os equipamentos conectados ao secundário.
10Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção – Transformador de Corrente
11Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção – Transformador de Potencial
Isolar os equipamentos de medição, controle e relés do circuito de alta tensão;
Fornecer no seu secundário uma tensão proporcional à do primário;
Fornecer no secundário uma tensão adequada em magnitude para ser usada pelos medidores e pelos relés;
O valor da corrente secundária é padronizado em 115V (NBR 6855);
O primário é conectado em paralelo com o sistema de potência, o mesmo vale para os equipamentos conectados ao secundário.
12Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção – Transformador de Potencial
13Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção – Banco de Baterias
O banco de baterias tem a função de ser uma fonte segura de
alimentação em corrente contínua (CC) para os equipamentos de
proteção e demais equipamentos tidos como prioritários em uma
instalação de potência. O banco de baterias opera como retaguarda
ao sistema primário de alimentação CC de uma instalação de
potência, este sistema é o conjunto retificador/carregador de
baterias e além de alimentar cargas CC possui a função de manter
em flutuação ou em carga o banco de baterias.
14Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Contexto da Proteção – Banco de Baterias
15Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Relés de Proteção – Como Eles Operam ?
Os relés operam em virtude de:
Corrente;
Tensão;
Freqüência;
Potência;
Temperatura, etc.
16Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Evolução dos Equipamentos de Proteção
1950 1960 1970 1980 1990 2000
ELETROMECÂNICOESTÁTICO
DIGITAL
17Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Relés Eletromecânicos
18Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Relés Eletromecânicos – Caractersiticas Gerais
Durabilidade e Robustez – longa vida útil, até 40 anos;
Tolerância a Altas temperaturas - A temperatura não é fator crítico para seu funcionamento;
Baixa sensibilidade a surtos eletromagnéticos - É necessária uma energia de surto
relativamente grande para danificar um relé eletromecânico;
Elevados custos de instalação e manutenção – Maior espaço utilizado na SE, são
monofásicos, maior custo com cablagem;
Precisão – quanto maior mais caro o relé, além de estar fortemente limitada pela tecnologia
empregada;
Limitação de funcionalidades – não há possibilidade de implementação de funções auxiliares,
como oscilografia e registro de eventos.
19Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Relés Estáticos
20Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Relés Estáticos - Características Gerais
Menor Custo – comparado com os eletromecânicos;
Maior velocidade - Consequência direta da tecnologia utilizada;
Menor Burden - Alivio no carregamento dos TCs e TPs;
Menor custo de manutenção – a manutenção tornou-se mais simples e direta;
Maior sensibilidade a surtos – componentes eletrônicos exigem menor energia de surto que
os eletromecânicos para se danificarem;
Envelhecimento – os relés estáticos possuem componentes que perdem suas características
num prazo de 8 a 20 anos, notadamente os capacitores eletrolíticos;
Podem ser monofásicos ou trifásicos.
21Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Relés Numéricos
22Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Relés Numéricos – Definição e CaracterísticasEquipamento microprocessado multifunção com as seguintes características:
Matrix
Acesso Remoto
GPS
Automação
TERRA
Parametrização
Q 8
Q 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7
I A
I B
I C
3I0
BO1
BO2
BO3
BO4
F 6F 7F 8F 9F10F11F12F13
F 2
Live contact
Power supply
F 3F 4F 5F 1+
Controle
Proteção
Visualização
PLC-Logica
Medição
Comunicação
BI2
BI3
F14
F15
F16
F17F18
BI1
23Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Relés Numéricos - Funções
A função PRINCIPAL do relé de proteção é retirar de serviço qualquer
elemento do sistema de potência quando o mesmo sofre um curto-circuito ou
quando inicia qualquer operação de maneira anormal que possa causar dano ou
interferir com a operação efetiva do resto do sistema.
A função SECUNDÁRIA do relé de proteção é fornecer informações
pertinentes sobre a ocorrência, facilitando assim o diagnóstico do problema e
como conseqüência uma ágil recomposição do sistema, além de outras
informações pertinentes a operação.
24Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Características dos Relés Numéricos x Utilização nas SEs
25Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Alguns Fabricantes De Relés De Proteção
http://www.areva-td.com
http://www02.abb.com/productguide
http://www.geindustrial.com/multilin/
http://www.beckwithelectric.com/
26Proteção de Sistemas Elétricos de PotênciaDesenvolvido por: Ulisses Chemin Netto
Alguns Fabricantes De Relés De Proteção
http://www.teamarteche.com/
http://www.newage-avkseg.com
http://www.selinc.com
http://www.siprotec.com
RelReléé Diferencial para Diferencial para Transformadores de Potência Transformadores de Potência
Utilizando Ferramentas Utilizando Ferramentas InteligentesInteligentes
Ênio Carlos SegattoÊnio Carlos SegattoProf. Tit. Denis Vinicius CouryProf. Tit. Denis Vinicius Coury
Escola de Engenharia de São Carlos Escola de Engenharia de São Carlos -- USPUSPLaboratLaboratóório de Sistemas de Energia Elrio de Sistemas de Energia Eléétricatrica
20062006
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
ConteConteúúdodo
⇒⇒ IntroduIntroduçção ão –– Sistemas de Energia e Sistemas de ProteSistemas de Energia e Sistemas de Proteççãoão
⇒⇒ ObjetivosObjetivos
⇒⇒ Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais
⇒⇒ A SimulaA Simulaçção Computacional do Sistema Elão Computacional do Sistema Eléétricotrico
⇒⇒ Algoritmos Aplicados Algoritmos Aplicados àà ProteProteçção de Transformadoresão de Transformadores
⇒⇒ AplicaAplicaçções de ões de RNAsRNAs e Resultados Obtidose Resultados Obtidos
⇒⇒ Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
⇒⇒ Conclusões e PrConclusões e Próóximas Etapasximas Etapas
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Sistemas de EnergiaSistemas de Energia
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Sistemas de EnergiaSistemas de Energia
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Sistemas de ProteSistemas de Proteççãoão
•• Entradas: V e I (tensão e corrente elEntradas: V e I (tensão e corrente eléétrica) trica) SaSaíídas: das: onon / / offoff (mudan(mudançça de estado)a de estado)
•• Primeiros relPrimeiros reléés s
⇒⇒ Eletromecânicos: robustos, imunes a interferências, lentosEletromecânicos: robustos, imunes a interferências, lentos
•• RelReléés de estado ss de estado sóólido (final dos anos 50)lido (final dos anos 50)
⇒⇒ Componentes eletrônicos: menos robustos, não imunes, não Componentes eletrônicos: menos robustos, não imunes, não necessitam manutennecessitam manutençção, mais flexão, mais flexííveis, mais velozesveis, mais velozes
•• SEP hoje: RelSEP hoje: Reléés eletromecânicos + estado ss eletromecânicos + estado sóólido + digitaislido + digitais
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
•• Proteger os SEP dos efeitos danosos de uma faltaProteger os SEP dos efeitos danosos de uma falta
•• Provocar o rProvocar o ráápido desligamento do elemento defeituoso do sistemapido desligamento do elemento defeituoso do sistema
•• Causas dos defeitosCausas dos defeitos
⇒⇒ CC por aves, roedores, galhos, TCs, rigidez dielCC por aves, roedores, galhos, TCs, rigidez dieléétrica afetada por trica afetada por frio ou calorfrio ou calor
⇒⇒ Isoladores rachados ou curtoIsoladores rachados ou curto--circuitadoscircuitados
⇒⇒ IsolaIsolaçção afetada pela umidadeão afetada pela umidade
⇒⇒ Descargas atmosfDescargas atmosfééricasricas
⇒⇒ Surtos de chaveamentoSurtos de chaveamento
Sistemas de ProteSistemas de Proteççãoão
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Sistemas de ProteSistemas de Proteçção ão -- EstabilidadeEstabilidade
Efeitos indesejEfeitos indesejááveis dos CCveis dos CC
⇒⇒ ReduReduçção da margem de estabilidade do sistemaão da margem de estabilidade do sistema
⇒⇒ Dano aos equipamentos vizinhos Dano aos equipamentos vizinhos àà faltafalta
⇒⇒ ExplosõesExplosões
⇒⇒ Efeito cascata (geralmente para sistemas operando no limite)Efeito cascata (geralmente para sistemas operando no limite)
⇒⇒ BlackBlack--outout
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Sistemas de ProteSistemas de Proteçção ão -- ComponentesComponentes
Subsistemas do sistema de proteSubsistemas do sistema de proteççãoão
⇒⇒ Circuito disjuntor Circuito disjuntor -- Isola o circuito faltoso e Isola o circuito faltoso e éé operado por um operado por um
disparador disparador energizadoenergizado pela bateria, que por sua vez pela bateria, que por sua vez éé comandado comandado
pelo relpelo reléé
⇒⇒ Transdutores (Transdutores (TPsTPs e TCs) e TCs) -- Reduzem a magnitude de V e I, Reduzem a magnitude de V e I,
reproduzindo fielmente esses parâmetros dentro de certos limitesreproduzindo fielmente esses parâmetros dentro de certos limites
⇒⇒ RelReléés s -- Elementos lElementos lóógicos do sistema de protegicos do sistema de proteçção. Normalmente ão. Normalmente
respondem respondem àà V e I e provêm a abertura ou não dos disjuntoresV e I e provêm a abertura ou não dos disjuntores
⇒⇒ BateriaBateria
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
RelReléés e Protes e Proteçção Digitalão Digital
CaracterCaracteríísticas funcionais dos relsticas funcionais dos relééss
⇒⇒ Sensibilidade Sensibilidade -- Capacidade da proteCapacidade da proteçção de responder ão de responder ààs s anormalidades nas condianormalidades nas condiçções de operaões de operaçção e CC a qual foi ão e CC a qual foi projetadaprojetada
⇒⇒ Seletividade Seletividade -- Isolar completamente o elemento defeituoso e Isolar completamente o elemento defeituoso e desligar a menor pordesligar a menor porçção possão possíível do sistemavel do sistema
⇒⇒ Velocidade de atuaVelocidade de atuaçção ão -- Minimiza o vulto dos defeitos e o risco de Minimiza o vulto dos defeitos e o risco de instabilidadeinstabilidade
⇒⇒ Confiabilidade Confiabilidade -- Probabilidade de um componente, equipamento ou Probabilidade de um componente, equipamento ou sistema satisfazer uma funsistema satisfazer uma funçção prevista sob dadas circunstânciasão prevista sob dadas circunstâncias
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
•• RelReléés de Magnitude s de Magnitude -- Respondem Respondem ààs mudans mudançças em magnitude as em magnitude -- relreléés s de sobrecorrentede sobrecorrente
•• RelReléés Direcionais s Direcionais -- Respondem ao ângulo de fase entre duas entradas Respondem ao ângulo de fase entre duas entradas AC AC -- V e I ou IV e I ou I11 e Ie I22
•• RelReléés de Distância s de Distância -- Respondem Respondem àà razão entre dois dois razão entre dois dois fasoresfasores de de entrada (nentrada (núúmero complexo)mero complexo)
Ex.: RelEx.: Reléé de Impedância Z = V / Ide Impedância Z = V / I
•• RelReléés Diferenciais s Diferenciais -- Respondem Respondem àà soma algsoma algéébrica de correntes que brica de correntes que entram e saem de uma zona de proteentram e saem de uma zona de proteççãoão
Ex.: ProteEx.: Proteçção de transformadores, geradores e barras ão de transformadores, geradores e barras
RelReléés e Protes e Proteçção Digitalão Digital
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Desenvolvimento dos relDesenvolvimento dos reléés digitaiss digitais
⇒⇒ InIníício de estudos em 1960 (protecio de estudos em 1960 (proteçção de linhas de transmissão)ão de linhas de transmissão)
⇒⇒ Problema velocidade X preProblema velocidade X preççoo
⇒⇒ AvanAvançços significativos no os significativos no hardwarhardware computacional e computacional -- 19701970
∗∗ Tamanho, consumo e custo diminuTamanho, consumo e custo diminuííramram
∗∗ Velocidade aumentou Velocidade aumentou -- possibilidade de implementapossibilidade de implementaççãoão
RelReléés e Protes e Proteçção Digitalão Digital
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
BenefBenefíícios da protecios da proteçção computadorizadaão computadorizada
⇒⇒ Custo hoje = custo relCusto hoje = custo reléé convencionalconvencional
⇒⇒ AutoAuto--checagem e confiabilidadechecagem e confiabilidade
∗∗ pode ser programado para monitorar seu prpode ser programado para monitorar seu próóprio prio funcionamentofuncionamento
⇒⇒ IntegraIntegraçção com ambiente digital (tendência atual)ão com ambiente digital (tendência atual)
⇒⇒ FlexibilidadeFlexibilidade
∗∗ Dispositivo programDispositivo programáável podendo mudar suas caractervel podendo mudar suas caracteríísticassticas
RelReléés e Protes e Proteçção Digitalão Digital
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
RelRelééss
Eletromecânicos Eletromecânicos →→ mecânica refinadamecânica refinadaEletrônicos Eletrônicos →→ Maior precisão e menor custoMaior precisão e menor custo
Digitais (Microprocessados) Digitais (Microprocessados) →→ Maior rapidez e confiabilidadeMaior rapidez e confiabilidade⇒⇒ AutoAuto--monitoramento monitoramento →→ Rotinas de autoRotinas de auto--checagemchecagem⇒⇒ Registro de eventos Registro de eventos →→ Gravador de sinaisGravador de sinais⇒⇒ MediMediçção e Oscilografiaão e Oscilografia
IntroduIntroduççãoão
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
IntroduIntroduççãoão
⇒⇒ OperaOperaçção: faltas internasão: faltas internas⇒⇒ Bloqueio: faltas externas, sobreBloqueio: faltas externas, sobre--excitaexcitaçção, energizaão, energizaçção, regime, etcão, regime, etc⇒⇒ PrincPrincíípio bpio báásico: comparasico: comparaçção de correntes ão de correntes ⇒⇒ ProteProteçção diferencial percentual ão diferencial percentual →→ Bobinas de retenBobinas de retenççãoão
A ProteA Proteçção Diferencialão Diferencial
⇒⇒ Grandes transformadores,Grandes transformadores,geradores, geradores, barramentosbarramentos
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
IntroduIntroduççãoão
⇒⇒ SituaSituaçção sem defeitoão sem defeito: I: I11= I= I2 2 Corrente na bobina de retenCorrente na bobina de retençção = (Ião = (I11+I+I22)/2)/2Corrente na bobina de operaCorrente na bobina de operaçção = Ião = I11--II22
⇒⇒ Falta externa ou sobrecargaFalta externa ou sobrecarga: I: I11= I= I22Corrente na bobina de retenCorrente na bobina de retençção = Ião = I11Corrente na bobina de operaCorrente na bobina de operaçção = 0 (condião = 0 (condiçções de retenões de retençção)ão)
⇒⇒ Falta internaFalta interna: I: I22 negativo negativo Corrente na bobina de retenCorrente na bobina de retençção = (Ião = (I11--II22)/2 (reten)/2 (retençção fraca)ão fraca)Corrente na bobina de operaCorrente na bobina de operaçção = Ião = I11-- ((--II22) (opera) (operaçção fortalecida)ão fortalecida)
I’1 I’2
I’fI 1 I 2
I 1 I 2
I 1 - I 2
Bloqueio Bloqueio Disparo
I’1 I’2
I’fI 1 I 2
I 1 I 2
I 1 - I 2
Bloqueio Bloqueio Disparo
ProteProteçção Diferencial Percentualão Diferencial Percentual
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
IntroduIntroduççãoão
Curva de Ajuste da RestriCurva de Ajuste da Restriçção Percentualão Percentual
CO’
CO
40%
25%
15%
ZONA DE OPERAÇÃO
ZONA DE RESTRIÇÃO
AJUSTE DERESTRIÇÃOPERCENTUAL
CORRENTESPASSANTES
CORRENTESDIFERENCIAIS
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
IntroduIntroduççãoão
Correntes de MagnetizaCorrentes de Magnetizaçção (ão (InrushInrush))⇒⇒ EnergizaEnergizaçção ão →→ magnetizamagnetizaçção e saturaão e saturaçção do não do núúcleo do transformadorcleo do transformador⇒⇒ DesequilDesequilííbrio brio →→ operaoperaçção indesejada do relão indesejada do reléé⇒⇒ DistinDistinçção ão →→ restrirestriçção por harmônicos (convencional) ão por harmônicos (convencional) →→ II11/I/I22
Correntes Correntes InrushInrush →→ alto contealto conteúúdo de 2do de 2ºº harmônico (harmônico (≥≥16%)16%)Correntes de falta Correntes de falta → → componentes fundamental e 3componentes fundamental e 3ºº harmônicoharmônico
0 ,0 0 ,2 0 ,4 0 ,6 0 ,8 1 ,0
-8-7-6-5-4-3-2-10123456789
1 01 1
F a s e A F a s e B F a s e C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
T e m p o (s )
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
IntroduIntroduççãoão
ConteConteúúdo Harmônico das Correntes de do Harmônico das Correntes de InrushInrush
66kV 275kV 275kV , 50MVA 500kV , 1000MVA12MVA 150MVA 2 bancos em 2 bancos em
paralelo paralelo
(%) (%) (%) (%)
Fundamental 100 100 100 100Corr. Contínua 62 100 100 97,1
2ª 60 30,4 33,1 783ª 9,4 9,6 18,2 314ª 5,4 1,6 6,5 185ª 0,7 7,2 11,4
TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS
Componentes
INEPARINEPAR
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs –– EnergizaEnergizaççãoão
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Tempo (s)0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Tempo (s)
Onda não saturadaOnda não saturada Onda saturadaOnda saturada
IntroduIntroduççãoão
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs –– Falta Interna Fase AFalta Interna Fase A
Onda não saturadaOnda não saturada Onda saturadaOnda saturada
IntroduIntroduççãoão
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10-20
-10
0
10
20
30
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Tempo (s)0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Tempo (s)
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs –– Falta Externa TrifFalta Externa Trifáásicasica
Onda não saturadaOnda não saturada Onda saturadaOnda saturada
IntroduIntroduççãoão
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Tempo (s)
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0 Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Tempo (s)
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
ObjetivosObjetivos
Melhoramento na proteMelhoramento na proteçção de transformadores de potênciaão de transformadores de potência
⇒⇒ Correntes de Correntes de Inrush Inrush ⇒⇒ EnergizaEnergizaçção ão ⇒⇒ Amplitude elevada Amplitude elevada ⇒⇒ DesbalanceamentoDesbalanceamento das correntes diferenciais das correntes diferenciais ⇒⇒ MMáá interpretainterpretaçção pelo dispositivo de proteão pelo dispositivo de proteççãoão⇒⇒ MMéétodos de protetodos de proteçção convencionais ão convencionais ⇒⇒ extraextraçção de componentes deão de componentes de
freqfreqüüência (Fourier)ência (Fourier)⇒⇒ Problemas:Problemas:
•• Tempo excessivo de resposta (operaTempo excessivo de resposta (operaçção atrasada)ão atrasada)•• Faltas de alta impedânciaFaltas de alta impedância•• Ocorrência de 2Ocorrência de 2ºº harmônico em faltas internasharmônico em faltas internas•• SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs
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ObjetivosObjetivos
⇒⇒ Causas da presenCausas da presençça de 2a de 2ºº harmônico em faltas internas: harmônico em faltas internas: ∗∗ SaturaSaturaçção dos ão dos TCsTCs∗∗ Capacitâncias paralelas para ajuste de f.p. na linhaCapacitâncias paralelas para ajuste de f.p. na linha∗∗ Capacitâncias distribuCapacitâncias distribuíídas em linhas longas de alta tensão das em linhas longas de alta tensão
⇒⇒ MMéétodo proposto: Redes Neurais Artificiaistodo proposto: Redes Neurais Artificiais•• DistinDistinçção entre formas de onda e reconstruão entre formas de onda e reconstruçção de sinaisão de sinais•• FFáácil implementacil implementaççãoão•• Robustez e tolerância a falhasRobustez e tolerância a falhas•• Capacidade de generalizaCapacidade de generalizaççãoão•• Rapidez (maior velocidade de resposta)Rapidez (maior velocidade de resposta)•• Maior confiabilidadeMaior confiabilidade
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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais
•• Inspirada no cInspirada no céérebro humano:rebro humano:•• AdaptAdaptáável a novos ambientes pelo treinamentovel a novos ambientes pelo treinamento•• Capacidade de processar informaCapacidade de processar informaçções nebulosas ou ruidosasões nebulosas ou ruidosas•• Alto grau de paralelismo no processamento (alta velocidade)Alto grau de paralelismo no processamento (alta velocidade)•• Pequeno, compacto, baixo consumo de energiaPequeno, compacto, baixo consumo de energia
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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais
Entradas: produtos dos pesos Entradas: produtos dos pesos wwijij com as sacom as saíídas do neurônio anteriordas do neurônio anteriorSaSaíídas: 1 ou 0 das: 1 ou 0 –– Neurônio BinNeurônio Binááriorio
•• x>0 x>0 →→ θθ (x) = 1 (x) = 1 →→ estestíímulomulo•• x<0 x<0 →→ θθ (x) = 0 (x) = 0 →→ nãonão--estestíímulomulo
Σ ∫
wi1
wi2
wi3ρ
Σ ∫
wi1
wi2
wi3ρ
FunFunçção de saão de saíída:da: ))(.()1( ijiji tnwtn ρθ −Σ=+
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais
Modo de OperaModo de Operaççãoão
⇒⇒ x = vetor de dados de entradax = vetor de dados de entrada⇒⇒ wwii = matriz de valores de peso associados a cada entrada= matriz de valores de peso associados a cada entrada⇒⇒ hhii
(m)(m) = entrada do neurônio = entrada do neurônio ii de uma certa camada de uma certa camada mm
).(].[ )()(1
)()()( mmik
Mk
mmi
mi xwxwh =Σ==
⇒⇒ bbii = unidades = unidades biasbias⇒⇒ FFii = fun= funçção de transferência sigmoidal de cada unidadeão de transferência sigmoidal de cada unidade
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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais
Modo de OperaModo de Operaççãoão
MMéétodo de aprendizagem utilizadotodo de aprendizagem utilizado⇒⇒ BackpropMomentumBackpropMomentum
FunFunçção de correão de correçção de erro utilizadaão de erro utilizada⇒⇒ Erro Erro backpropagationbackpropagation::
ΔΔwwijij = corre= correçção do valor da conexão entre as unidades i e jão do valor da conexão entre as unidades i e jαα = taxa de aprendizagem= taxa de aprendizagem
δδj j = erro da = erro da unidunid. adjacente = sa. adjacente = saíída desejada da desejada -- sasaíída encontrada(da encontrada(yyjj))μμ = termo = termo MomentumMomentum
)()()()1( kwkykkw ijjjij Δ+=+Δ μαδ
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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais
Modo de OperaModo de Operaççãoão
X
F[1] F[2] F[3] y
d
W[1] W[2] W[3]
b[1] b[2] b[3]
S1 S2
S3
1
2
3
j
Entradas Camada 1 Camada 2 Camada 3 Saída
Saída desejada
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Redes Neurais ArtificiaisRedes Neurais Artificiais
Erro Erro Backpropagation Backpropagation de Sade Saíídada
⇒⇒ d = sad = saíída desejada da rede para cada entradada desejada da rede para cada entrada⇒⇒ yyii
(m)(m) = sa= saíída do neurônio i na camada mda do neurônio i na camada m⇒⇒ Pesos w e Pesos w e biasbias b b →→ atualizados atatualizados atéé critcritéério de parada (Aprendizagem)rio de parada (Aprendizagem)⇒⇒ RNA RNA →→ considerar conhecimento adquirido e responder corretamente considerar conhecimento adquirido e responder corretamente
a novos dados de entrada (Generalizaa novos dados de entrada (Generalizaçção)ão)
2)(21 ydE −=
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A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétrico trico -- ATPATP
⇒⇒ GeraGeraçção: 138kV ; 30MVAão: 138kV ; 30MVA⇒⇒ Transformador: 25MVA ; 138/13,8kV ; Transformador: 25MVA ; 138/13,8kV ; ΔΔ--Y aterradoY aterrado⇒⇒ Linha de distribuiLinha de distribuiçção: 5km ão: 5km
~
Sistema Equivalente
Transformador
Relé
Carga
Linha
TC TC
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A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico
Divisão dos Enrolamentos para a AplicaDivisão dos Enrolamentos para a Aplicaçção de Faltas Internasão de Faltas Internas
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico
Fenômenos Envolvidos Fenômenos Envolvidos –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
EnergizaEnergizaççãoão
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7 Fase A Fase C Fase B
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Tempo (s)
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico
Fenômenos Envolvidos Fenômenos Envolvidos –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
Falta interna de espira a terra em ambos os lados do transformaFalta interna de espira a terra em ambos os lados do transformadordor
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10
-30
-20
-10
0
10
20
30
40 Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Tempo (s)
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico
Fenômenos Envolvidos Fenômenos Envolvidos –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
EnergizaEnergizaçção com a presenão com a presençça de falta internaa de falta interna
Falta interna entre espiras de ambos os lados do transformadorFalta interna entre espiras de ambos os lados do transformador
Falta externa monofFalta externa monofáásica e trifsica e trifáásicasica
Falta entre o transformador e o TC secundFalta entre o transformador e o TC secundááriorio
RejeiRejeiçção de cargaão de carga
RemoRemoçção de falta externa monofão de falta externa monofáásica e trifsica e trifáásicasica
SobreSobre--excitaexcitaçção do transformadorão do transformador
EnergizaEnergizaçção de bancos de capacitoresão de bancos de capacitores
Regime permanenteRegime permanente
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico
GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
EnergizaEnergizaççãoão Falta InternaFalta Interna
Tensão (kV)Fase A Fase B Fase C
107,0 6 6 6109,0 6 6 10112,7 6 7 6114,0 6 7 10116,0 6 9 12118,0 6 11 15
7 9 117 11 77 11 127 6 97 7 67 7 79 9 139 10 139 6 69 9 129 7 109 11 7
Instante de fechamento das chaves (ms)
% do enrolamento Ângulo deTensão (kV) Carga (MVA) envolvido na incepção (graus)
aplicação da falta112,7 8,0 10,0 43,0
10,0 30,0 65,012,0 50,0 108,0
90,0 173,0216,0238,0260,0281,0324,0
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico
GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
EnergizaEnergizaçção com falta internaão com falta interna Falta entre transformador e TCFalta entre transformador e TC
% do enrolamentoTensão (kV) envolvido na
Fase A Fase B Fase C aplicação da falta107,0 6 6 10 10,0112,7 6 9 12 30,0118,0 7 11 12 50,0
7 7 6 90,09 9 129 11 7
Instante de fechamento das chaves (ms)
Resistência Ângulo dede falta (Ω) incepção (graus)
112,7 8,0 25,0 43,010,0 50,0 65,012,0 100,0 108,0
173,0216,0238,0260,0281,0324,0
Tensão (kV) Carga (MVA)
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico
GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
Falta externaFalta externa RemoRemoçção de falta externaão de falta externaResistência Ângulo dede falta (Ω) incepção (graus)
112,7 8,0 25,0 43,010,0 50,0 65,012,0 100,0 108,0
173,0216,0238,0260,0281,0324,0
Tensão (kV) Carga (MVA) ResistênciaTensão (kV) Carga (MVA) de falta (Ω)
Fase A Fase B Fase C107,0 6 6 10 8,0 25,0112,7 6 9 12 10,0 50,0118,0 7 11 12 12,0 100,0
7 7 69 9 129 11 7
Instante de abertura das chaves (ms)
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico
GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
RejeiRejeiçção de cargaão de carga SobreSobre--excitaexcitaçção do transformadorão do transformador
Tensão (kV) Carga (MVA)Fase A Fase B Fase C
107,0 6 6 10 8,0112,7 6 9 12 10,0118,0 7 11 12 12,0
7 7 69 9 129 11 7
Instante de abertura das chaves (ms) Tensão (kV) Capacitâncias (μF)
Fase A Fase B Fase C107,0 70,0 6 6 10112,7 80,0 7 9 11118,0 90,0 7 11 12
9 10 139 7 10
Instante de fechamento das chaves (ms)
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
A SimulaA Simulaçção Computacional do ão Computacional do Sistema ElSistema Eléétricotrico
GeraGeraçção dos Dados ão dos Dados –– Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
EnergizaEnergizaçção de bancos de ão de bancos de capacitorescapacitores
Regime permanenteRegime permanente
Tensão (kV) Capacitâncias (μF)Fase A Fase B Fase C
107,0 10,0 6 6 10118,0 20,0 7 9 11
40,0 7 11 129 10 139 7 10
Instante de fechamento das chaves (ms) Tensão (kV) Carga (MVA)
107,0 8,0112,7 10,0118,0 12,0
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Algoritmos da ProteAlgoritmos da Proteçção Diferencialão Diferencial
Arquitetura do RelArquitetura do RelééDiferencial DigitalDiferencial Digital
Corrente e Tensão Primárias Módulos de Interface
(Transformadores + Filtros Passa-Baixa)
Sample and Hold+
Multiplexador
ConversoresAnalógico / Digital
Relé (Microprocessador)
TC
TP
Disjuntor
Transformador
TC
TP
Disjuntor
Corrente e Tensão
Secundárias
LT
Sinal para os Disjuntores
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Algoritmos da ProteAlgoritmos da Proteçção Diferencialão Diferencial
Algoritmo Convencional Algoritmo Convencional do Reldo Reléé Diferencial DigitalDiferencial Digital
VERIFICAÇÃO DE CORRENTE DIFERENCIAL
ENVIA SINAL DE TRIP AO
DISJUNTOR
VERIFICAÇÃO DE INRUSH
POR FOURIER
ACRESCENTA E VERIFICA O CONTADOR
DE FALTAS
INÍCIO
ENTRADA DE DADOS
DETERMINAÇÃO DAS CORRENTES PASSANTES E DIFERENCIAIS
SIM
NÃO
SIM
NÃO
NÃO
SIM
VerificaVerificaçção de restrião de restriçção de 2ão de 2ªªharmônica:harmônica:
⇒⇒Se ISe I22>C>C22.I.I1 1 →→ InrushInrush
⇒⇒CC22 = m= mááximo conteximo conteúúdo de 2do de 2ªªharmônica relativo harmônica relativo àà fundamentalfundamental
CC22 ≥≥ 16%16%
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Algoritmos da ProteAlgoritmos da Proteçção Diferencialão Diferencial
Algoritmo Proposto do Algoritmo Proposto do RelReléé Diferencial Digital Diferencial Digital
com o auxcom o auxíílio das Redes lio das Redes Neurais Artificiais no Neurais Artificiais no reconhecimento de reconhecimento de
padrõespadrõesVERIFICAÇÃO DE CORRENTE DIFERENCIAL
ENVIA SINAL DE TRIP AO
DISJUNTOR
VERIFICAÇÃO DE INRUSH PELA RNA
ACRESCENTA E VERIFICA O CONTADOR
DE FALTAS
INÍCIO
ENTRADA DE DADOS
DETERMINAÇÃO DAS CORRENTES PASSANTES E DIFERENCIAIS
SIM
NÃO
SIM
NÃO
NÃO
SIM
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Algoritmos da ProteAlgoritmos da Proteçção Diferencialão Diferencial
Algoritmo Proposto do Algoritmo Proposto do RelReléé Diferencial Digital Diferencial Digital
com o mcom o móódulo adicional dulo adicional de reconstrude reconstruçção de sinais ão de sinais
saturadossaturados
INÍCIO
ENTRADA DE DADOS
DETERMINA AS CORRENTES PASSANTES E DIFERENCIAIS
RECONSTRUÇÃO POR RNA DAS CORRENTES DIFERENCIAIS
DISTORCIDAS
VERIFICAÇÃO DE CORRENTE DIFERENCIAL
ENVIA SINAL DE TRIP AO
DISJUNTOR
VERIFICAÇÃO DE TRIP
PELA RNA
ACRESCENTA E VERIFICA O CONTADOR
DE FALTAS
SIM
NÃO
SIM
NÃO
NÃO
SIM
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
SaSaíídas das ≤≤ 0,5 0,5 →→ situasituaçções de bloqueio ões de bloqueio SaSaíídas das >> 0,5 0,5 →→ situasituaçções de acionamentoões de acionamento
FormaFormaçção do conjunto de padrões:ão do conjunto de padrões:
⇒⇒ SituaSituaçções que causam correntes diferenciais (50% saturaões que causam correntes diferenciais (50% saturaçção)ão)⇒⇒ 7668 padrões = 2556 casos7668 padrões = 2556 casos⇒⇒ 4 amostras consecutivas de cada fase4 amostras consecutivas de cada fase⇒⇒ Janelas de dados mJanelas de dados móóveis com 3 movimentosveis com 3 movimentos⇒⇒ Frequência amostral de 1kHz (16 amostras/ciclo)Frequência amostral de 1kHz (16 amostras/ciclo)⇒⇒ NormalizaNormalizaçção dos valoresão dos valores
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Redes MLPRedes MLP
Conjunto de Treinamento = 2556 Conjunto de Treinamento = 2556 padrõespadrões
Conjunto de ValidaConjunto de Validaçção = 2556 padrõesão = 2556 padrõesConjunto de Testes = 2556 padrõesConjunto de Testes = 2556 padrões
Arquitetura 12+8+5+1Arquitetura 12+8+5+1
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
ERRO MSE
CICLOS
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Redes MLPRedes MLP
Arquitetura 12+8+5+1Arquitetura 12+8+5+1
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Redes MLPRedes MLP
Conjunto de Testes:Conjunto de Testes:Resposta 0 (zero) = 1548 padrões (516 casos)Resposta 0 (zero) = 1548 padrões (516 casos)Resposta 1 (um) = 1008 padrões (336 casos)Resposta 1 (um) = 1008 padrões (336 casos)
Precisão: 99,18% (2535 acertos e 21 erros em 2556 vetores)Precisão: 99,18% (2535 acertos e 21 erros em 2556 vetores)
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Redes RBFRedes RBF
Conjunto de Testes idêntico ao das redes MLP:Conjunto de Testes idêntico ao das redes MLP:Resposta 0 (zero) = 1548 padrões (516 casos)Resposta 0 (zero) = 1548 padrões (516 casos)Resposta 1 (um) = 1008 padrões (336 casos)Resposta 1 (um) = 1008 padrões (336 casos)
Precisão: 97,57% (2494 acertos e 62 erros em 2556 vetores)Precisão: 97,57% (2494 acertos e 62 erros em 2556 vetores)
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
ComparaComparaçção entre as Redes RBF e MLPão entre as Redes RBF e MLP
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
Padrões de Treinamento Respostas Corretas % Respostas Corretas Arquitetura300 2315 90,57 12+20+1
1000 2351 91,98 12+23+12000 2440 95,46 12+28+15112 2494 97,57 12+35+1
Padrões de Treinamento Respostas Corretas % Respostas Corretas Arquitetura300 1942 75,98 12+12+7+1
1000 2223 86,97 12+12+5+12000 2402 93,98 12+10+4+15112 2535 99,18 12+8+5+1
Redes RBF - 2556 Padrões de Testes
Redes MLP - 2556 Padrões de Testes
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs
Banco de Dados:Banco de Dados:
EnergizaEnergizaçção (216 casos)ão (216 casos)Faltas internas espiraFaltas internas espira--terra e entre espiras em ambos os lados do transformador terra e entre espiras em ambos os lados do transformador (864 casos)(864 casos)Faltas externas monofFaltas externas monofáásicas e trifsicas e trifáásicas (324 casos)sicas (324 casos)Faltas entre o transformador e TC secundFaltas entre o transformador e TC secundáário (162 casos)rio (162 casos)EnergizaEnergizaçção com a presenão com a presençça de falta interna (144 casos)a de falta interna (144 casos)RejeiRejeiçção de carga (108 casos)ão de carga (108 casos)RemoRemoçção de faltas externas monofão de faltas externas monofáásicas e trifsicas e trifáásicas (648 casos)sicas (648 casos)SobreSobre--excitaexcitaçção do transformador (90 casos)ão do transformador (90 casos)EnergizaEnergizaçção de bancos de capacitores (30 casos)ão de bancos de capacitores (30 casos)Regime permanente (9 casos)Regime permanente (9 casos)
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs
Banco de Dados:Banco de Dados:
SaturaSaturaçção em 50% dos casosão em 50% dos casosTotal de 2595 casos (7785 vetores)Total de 2595 casos (7785 vetores)Janela de dados mJanela de dados móóveis de 3 movimentosveis de 3 movimentosTreinamento e validaTreinamento e validaçção = 5190 vetores (2/3 do total)ão = 5190 vetores (2/3 do total)Testes = 2595 vetores (1/3 do total)Testes = 2595 vetores (1/3 do total)Vetores de entrada e saVetores de entrada e saíída = 8 amostras iniciais dos sinaisda = 8 amostras iniciais dos sinais
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs
Rede Neural Recorrente de Rede Neural Recorrente de ElmanElman
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
C1
C2
C3
Cq
X1
X2
X3
Xn
Y1
Y2
Ym
Camada Oculta Camada de Saída
Unidades de Contexto
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs
Melhor RNA obtida: Melhor RNA obtida: ElmanElman 24+20+24 mais 24 recorrentes24+20+24 mais 24 recorrentes
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
ERRO MSE
CICLOS
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs
Testes Realizados Testes Realizados –– EnergizaEnergizaççãoão
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Amostra
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Amostra0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Amostra
DistorcidoDistorcido DesejadoDesejado ReconstruReconstruíídodo
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs
Testes Realizados Testes Realizados –– Falta Interna EspiraFalta Interna Espira--TerraTerra
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Amostra
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Amostra0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Amostra
DistorcidoDistorcido DesejadoDesejado ReconstruReconstruíídodo
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs
Testes Realizados Testes Realizados –– Falta Interna EspiraFalta Interna Espira--EspiraEspira
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-0,10
-0,08
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Amostra
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
DistorcidoDistorcido DesejadoDesejado ReconstruReconstruíídodo
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-0,010
-0,005
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Amostra0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-0,10
-0,08
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Amostra
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs
Testes Realizados Testes Realizados –– EnergizaEnergizaççãoão
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-0,8
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A
)
Amostra
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
DistorcidoDistorcido DesejadoDesejado ReconstruReconstruíídodo
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-0,014
-0,012
-0,010
-0,008
-0,006
-0,004
-0,002
0,000
0,002
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Amostra0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
-0,8
-0,7
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
Fase A Fase B Fase C
Cor
rent
e D
ifere
ncia
l (A)
Amostra
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
CorreCorreçção do Efeito da Saturaão do Efeito da Saturaçção dos ão dos TCsTCs
Testes efetuados com os sinais reconstruTestes efetuados com os sinais reconstruíídos nas melhores dos nas melhores RNAsRNAsobtidas anteriormenteobtidas anteriormente2595 vetores de testes2595 vetores de testes
AplicaAplicaçções e Resultadosões e Resultados
RBF RBF –– 98,27% acertos98,27% acertos MLP MLP –– 100,00% acertos100,00% acertos
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Transformadores de 25 MVA e 6,25 MVATransformadores de 25 MVA e 6,25 MVA
Algoritmo de ProteAlgoritmo de Proteçção Diferencial de Transformadores com a ão Diferencial de Transformadores com a UtilizaUtilizaçção de ão de RNAsRNAs Operando com Dados SaturadosOperando com Dados Saturados
Algoritmo de ProteAlgoritmo de Proteçção Diferencial de Transformadores com a Inclusão ão Diferencial de Transformadores com a Inclusão do Mdo Móódulo Adicional de Reconstrudulo Adicional de Reconstruçção de Sinaisão de Sinais
Algoritmo Convencional Completo de ProteAlgoritmo Convencional Completo de Proteçção Diferencial Percentual ão Diferencial Percentual de Transformadores de Potência Utilizando a Transformada de Fourde Transformadores de Potência Utilizando a Transformada de Fourierier
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
Banco de Dados para cada Transformador:Banco de Dados para cada Transformador:
EnergizaEnergizaçção (108 casos)ão (108 casos)
Faltas internas espiraFaltas internas espira--terra e entre espiras em ambos os lados do transformador terra e entre espiras em ambos os lados do transformador (432 casos)(432 casos)
Faltas externas monofFaltas externas monofáásicas e trifsicas e trifáásicas (162 casos)sicas (162 casos)
Faltas entre o transformador e TC secundFaltas entre o transformador e TC secundáário (81 casos)rio (81 casos)
EnergizaEnergizaçção com a presenão com a presençça de falta interna (72 casos)a de falta interna (72 casos)
RejeiRejeiçção de carga (54 casos)ão de carga (54 casos)
RemoRemoçção de faltas externas monofão de faltas externas monofáásicas e trifsicas e trifáásicas (324 casos)sicas (324 casos)
SobreSobre--excitaexcitaçção do transformador (45 casos)ão do transformador (45 casos)
EnergizaEnergizaçção de bancos de capacitores (30 casos)ão de bancos de capacitores (30 casos)
Regime permanente (9 casos)Regime permanente (9 casos)
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
⇒⇒ Conjunto Total Simulado: 2595 casos (7785 vetores)Conjunto Total Simulado: 2595 casos (7785 vetores)
⇒⇒ Conjunto de Testes: 2595 vetores (1/3 do total)Conjunto de Testes: 2595 vetores (1/3 do total)
⇒⇒ Fenômeno de SaturaFenômeno de Saturaçção em 50% dos Dadosão em 50% dos Dados
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Desempenho do Algoritmo Utilizando Reconhecimento de Padrões Desempenho do Algoritmo Utilizando Reconhecimento de Padrões contendo Dados Saturadoscontendo Dados Saturados
Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
NÚMERODE PADRÕES
Energização 216 208 8Faltas Internas 864 855 9Faltas Externas 324 321 3
Faltas entre Transformador e TC 162 160 2Energização com Falta Interna 144 143 1
Sobre-excitação 90 89 1Energização de Bancos de Capacitores 30 30 0
Rejeição de Cargas 108 105 3Remoção de Faltas Externas 648 640 8
Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 2560 35
TOTAL (%) 100,00 98,65 1,35
CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS
ALGORITMO 1 - TRANSFORMADOR DE 25 MVA
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Desempenho do Algoritmo Utilizando Reconhecimento de Padrões Desempenho do Algoritmo Utilizando Reconhecimento de Padrões contendo Dados Saturadoscontendo Dados Saturados
Transformador de 6,25 MVATransformador de 6,25 MVA
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
NÚMERODE PADRÕES
Energização 216 206 10Faltas Internas 864 850 14Faltas Externas 324 318 6
Faltas entre Transformador e TC 162 158 4Energização com Falta Interna 144 141 3
Sobre-excitação 90 88 2Energização de Bancos de Capacitores 30 29 1
Rejeição de Cargas 108 103 5Remoção de Faltas Externas 648 636 12
Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 2538 57
TOTAL (%) 100,00 97,80 2,20
CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS
ALGORITMO 1 - TRANSFORMADOR DE 6,25 MVA
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Desempenho do Algoritmo envolvendo a ReconstruDesempenho do Algoritmo envolvendo a Reconstruçção de Sinaisão de Sinais
Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
NÚMERODE PADRÕES
Energização 216 216 0Faltas Internas 864 863 1Faltas Externas 324 324 0
Faltas entre Transformador e TC 162 162 0Energização com Falta Interna 144 143 1
Sobre-excitação 90 90 0Energização de Bancos de Capacitores 30 30 0
Rejeição de Cargas 108 108 0Remoção de Faltas Externas 648 648 0
Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 2593 2
TOTAL (%) 100,00 99,92 0,08
CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS
ALGORITMO 2 - TRANSFORMADOR DE 25 MVA
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Desempenho do Algoritmo envolvendo a ReconstruDesempenho do Algoritmo envolvendo a Reconstruçção de Sinaisão de Sinais
Transformador de 6,25 MVATransformador de 6,25 MVA
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
NÚMERODE PADRÕES
Energização 216 213 3Faltas Internas 864 859 5Faltas Externas 324 322 2
Faltas entre Transformador e TC 162 161 1Energização com Falta Interna 144 143 1
Sobre-excitação 90 90 0Energização de Bancos de Capacitores 30 30 0
Rejeição de Cargas 108 106 2Remoção de Faltas Externas 648 644 4
Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 2577 18
TOTAL (%) 100,00 99,31 0,69
CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS
ALGORITMO 2 - TRANSFORMADOR DE 6,25 MVA
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Desempenho do Algoritmo Convencional Desempenho do Algoritmo Convencional –– DFTDFT
Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
NÚMERODE PADRÕES
Energização 216 137 79Faltas Internas 864 693 171Faltas Externas 324 228 96
Faltas entre Transformador e TC 162 105 57Energização com Falta Interna 144 93 51
Sobre-excitação 90 65 25Energização de Bancos de Capacitores 30 23 7
Rejeição de Cargas 108 72 36Remoção de Faltas Externas 648 489 159
Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 1914 681
TOTAL (%) 100,00 73,76 26,24
ALGORITMO CONVENCIONAL - TRANSFORMADOR DE 25 MVA
CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS
CURVA CARACTERÍSTICA COM INCLINAÇÃO DE 25%CONTEÚDO PARA RESTRIÇÃO DE 2º HARMÔNICO I2 / I1 = 20%
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
Desempenho do Algoritmo Convencional Desempenho do Algoritmo Convencional –– DFTDFT
Transformador de 6,25 MVATransformador de 6,25 MVA
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
NÚMERODE PADRÕES
Energização 216 132 84Faltas Internas 864 672 192Faltas Externas 324 222 102
Faltas entre Transformador e TC 162 102 60Energização com Falta Interna 144 91 53
Sobre-excitação 90 65 25Energização de Bancos de Capacitores 30 22 8
Rejeição de Cargas 108 70 38Remoção de Faltas Externas 648 473 175
Regime Permanente 9 9 0TOTAL 2595 1858 737
TOTAL (%) 100,00 71,60 28,40
ALGORITMO CONVENCIONAL - TRANSFORMADOR DE 6,25 MVA
CASOS TESTADOS ACERTOS ERROS
CURVA CARACTERÍSTICA COM INCLINAÇÃO DE 25%CONTEÚDO PARA RESTRIÇÃO DE 2º HARMÔNICO I2 / I1 = 20%
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
ComparaComparaçção Final entre as Abordagensão Final entre as Abordagens
11 –– Algoritmo Convencional de ProteAlgoritmo Convencional de Proteçção Diferencial do Transformador ão Diferencial do Transformador Utilizando Filtragem Harmônica de FourierUtilizando Filtragem Harmônica de Fourier
22 –– Algoritmo com a UtilizaAlgoritmo com a Utilizaçção Direta das Melhores ão Direta das Melhores RNAsRNAs tipo MLP tipo MLP Treinadas com a Inclusão de Dados SaturadosTreinadas com a Inclusão de Dados Saturados
33 –– Algoritmo Envolvendo a ReconstruAlgoritmo Envolvendo a Reconstruçção de Sinais Saturados Aliado ao ão de Sinais Saturados Aliado ao Reconhecimento de PadrõesReconhecimento de Padrões
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
ComparaComparaçção Final entre as Abordagensão Final entre as Abordagens
-- NNíível de Precisão e Tempo de Resposta vel de Precisão e Tempo de Resposta --
Transformador de 25 MVATransformador de 25 MVA
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
Amostras por Ciclo Tempo deUilizadas Resposta (ms)
1 73,76 16 16,672 98,65 4 4,173 99,92 8 8,33
VELOCIDADEALGORITMO PRECISÃO (%)
TRANSFORMADOR DE 25 MVA
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
ComparaComparaçção Final entre as Abordagensão Final entre as Abordagens
-- NNíível de Precisão e Tempo de Resposta vel de Precisão e Tempo de Resposta --
Transformador de 6,25 MVATransformador de 6,25 MVA
Estudo Comparativo das Abordagens PropostasEstudo Comparativo das Abordagens Propostas
Amostras por Ciclo Tempo deUilizadas Resposta (ms)
1 71,60 16 16,672 97,80 4 4,173 99,31 8 8,33
VELOCIDADEALGORITMO PRECISÃO (%)
TRANSFORMADOR DE 6,25 MVA
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
ConclusõesConclusões
⇒⇒ Eventuais falhas do algoritmo tradicionalEventuais falhas do algoritmo tradicionalInabilidade em distinguir situaInabilidade em distinguir situaçções de ões de inrush e inrush e faltafalta
Erros ocorridos durante condiErros ocorridos durante condiçções de saturaões de saturaçção dos TCsão dos TCs
⇒⇒ Abordagem convencional Abordagem convencional →→ restrirestriçção harmônicaão harmônica⇒⇒ RNAsRNAs
DistinDistinçção entre formas de ondaão entre formas de onda
CorreCorreçção de sinais distorcidosão de sinais distorcidos
⇒⇒ Inclusão no algoritmo tradicionalInclusão no algoritmo tradicional⇒⇒ Resultados:Resultados:
Velocidade e PrecisãoVelocidade e Precisão
Simplicidade de implementaSimplicidade de implementaçção e flexibilidadeão e flexibilidade
Confiabilidade e EficiênciaConfiabilidade e Eficiência
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
PrPróóximas Etapasximas Etapas
⇒⇒ Testes dos Algoritmos com Dados ReaisTestes dos Algoritmos com Dados Reais
⇒⇒ ElaboraElaboraçção de um Protão de um Protóótipo do Reltipo do Reléé Diferencial Digital de Diferencial Digital de Transformadores de Potência com Ferramentas InteligentesTransformadores de Potência com Ferramentas Inteligentes
RelReléé Diferencial para Transformadores de Potência Utilizando FerrameDiferencial para Transformadores de Potência Utilizando Ferramentas Inteligentesntas InteligentesLSEE / EESC / USPLSEE / EESC / USP
AgradecimentosAgradecimentos
•• Prof. Prof. TitTit. Denis Vinicius . Denis Vinicius CouryCoury
•• Escola de Engenharia de São Carlos Escola de Engenharia de São Carlos –– EESC EESC –– USPUSP
Departamento de Engenharia ElDepartamento de Engenharia Eléétricatrica
•• FAPESP FAPESP –– FundaFundaçção de Amparo ão de Amparo àà Pesquisa do Estado de São PauloPesquisa do Estado de São Paulo
RelReléé Diferencial para Diferencial para Transformadores de Potência Transformadores de Potência
Utilizando Ferramentas Utilizando Ferramentas InteligentesInteligentes
Ênio Carlos SegattoÊnio Carlos SegattoProf. Tit. Denis Vinicius CouryProf. Tit. Denis Vinicius Coury
Escola de Engenharia de São Carlos Escola de Engenharia de São Carlos -- USPUSPLaboratLaboratóório de Sistemas de Energia Elrio de Sistemas de Energia Eléétricatrica
20062006
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