Testes em LPIT’s

O que são os LPITs?

Os Low Power Instrument Transformers (LPITs) são transformadores de instrumento não convencionais (NCITs – Non-Conventional Instrument Transformers), com saída de baixa potência desenvolvidos para atender aos requisitos operacionais das subestações, incluindo as subestações digitais baseadas na norma IEC 61850. A IEC 61869 preconiza que para ser considerado um LPIT este deve produzir em sua saída, nas condições nominais de tensão e/ou corrente, potência máxima de 1VA apenas (menor, mais leve e, principalmente, mais seguro).

Para medição de corrente, é comum utilizar transformadores de corrente indutivos de baixa potência, bobinas de Rogowski ou medição óptica por efeito Faraday. Para a medição de tensão, geralmente utilizam-se divisores resistivos, capacitivos ou resistivo-capacitivos. A saída dos sinais medidos por estes transformadores de instrumentos de baixa potência pode ser analógica, com sinais de baixa amplitude, ou digital, através de protocolos padronizados ou proprietários. Esses dispositivos possuem MUs conectadas diretamente ao seu secundário, sendo essa conexão proprietária ou padronizada. Ressalta-se que a saída da MU é sempre padronizada por meio dos Sampled Values.

Por que testar os LPITs no contexto das Subestações Digitais?

Dispositivos de proteção podem falhar por diversos motivos: desgaste natural de componentes eletrônicos ou mecânicos, falhas acidentais, erros no algoritmo do software embarcado ou falhas de parametrização. Por isso, testes periódicos devem ser realizados, especialmente após atualizações ou manutenções.

No contexto das subestações digitais, é fundamental que as ferramentas de testes sejam capazes de avaliar toda a cadeia de proteção – desde os transformadores de instrumento até as MUs, IEDs e disjuntores. Assim, a ferramenta de testes precisa oferecer uma solução completa que contenha:

• Saídas analógicas, com amplificadores de corrente e tensão;
• Entradas analógicas/binárias e saídas binárias;
• Saídas de baixa potência;
• Medição de transdutores;
• Implementação total dos protocolos de comunicação IEC 61850, com publicação e assinatura GOOSE e SV;
• Sincronização por PTP e GNSS;
• Monitoramento e diagnóstico de redes.

Existem diversas combinações de ensaios em que a ferramenta de testes é essencial, incluindo injeções analógicas, publicação e assinatura de GOOSE e SV. O exemplo abaixo ilustra essas combinações de testes em um setup com os Devices Under Test (DUT) sendo compostos pelo LPIT e IED, com a descrição detalhada na tabela, em sequência.

Tipos de Testes no LPIT

Ao testar o LPIT, alguns aspectos são cruciais:

• Linearidade: avalia se a MU responde de forma linear em amplitude e ângulo conforme a variação dos sinais analógicos injetados.
• Resposta em Frequência: verifica os erros de amplitude e ângulo da saída da MU quando tensões e corrente com conteúdo harmônico estão presentes. A resposta da MU para cada ordem harmônica deve ser analisada individualmente.
• Precisão de Amplitude e Ângulo: examina a precisão dos valores de corrente e tensão da saída da MU na frequência fundamental, a partir de um sinal estático na entrada por tempo longo (teste de longa duração).
• Monitoramento de Erros: esse monitoramento de erros visa avaliar a saúde da rede, verificando se não há perda de mensagens SV, mensagem corrompida, ou se existem amostras duplicadas ou atrasadas.
• Monitoramento Estatístico de Tempo: esse monitoramento tem o objetivo de verificar as estatísticas de tempo na transmissão e no processamento dos SV na MU, avaliando se o tempo entre frames está coerente com a taxa de amostragem configurada e se o tempo de digitalização das amostras somado ao tempo de rede na transmissão dos dados estão menores que os 5 ms previstos previstos nas normas IEC 61850-5 Ed.2, item 11.2.4 e IEC 61689-9 Ed.1, item 6.902.2.
• Monitoramento de Sincronismo: esse monitoramento tem o objetivo de verificar se o sincronismo das amostras está se mantendo constante, não afetando na qualidade das mesmas. Para isso, é avaliada a flag de sincronismo no frame SV.

Como testar o LPIT?

Verificar todas as situações de testes descritas acima é garantir que o LPIT e a MU estejam funcionando corretamente, publicando as informações de corrente e tensão de forma confiável. Isso contribui para que o sistema de proteção possa operar com sucesso em uma falta ou evitar atuações indevidas.

Para isso, é necessário o uso de uma ferramenta de testes compatível com todos os requisitos mencionados. Essa mala de testes deve:

• Injetar sinais analógicos de corrente e tensão com precisão e flexibilidade em amplitude, ângulo e harmônicas;
• Assinar os frames SV publicados pela MU via fibra óptica ou RJ45;
• Processar os dados recebidos, fornecendo:
  • Oscilografias das formas de onda,
  • Diagramas fasoriais,
  • Avaliações automáticas dos erros percentuais,
  • Diagnósticos completos da rede (perda de pacotes, pacotes duplicados, fora de ordem ou pacotes corrompidos);
  • Estatísticas de tempo entre frames e tempo de digitalização.

Além disso, o equipamento deve oferecer múltiplas opções de sincronismo temporal, como sincronização local, ou via GNSS, ser mestre ou escravo PTP, e ser capaz de atuar como Grandmaster da rede. Por fim, a mala de testes deve gerar relatórios completos e editáveis com os resultados dos ensaios.

É importante que o instrumento de testes se atente aos limites de erro de amplitude e ângulo para os canais de digitalização da Merging Unit. Tais limites são tratados na norma IEC 61869-13. Abaixo segue um exemplo de uma tabela da norma que define os erros máximos para os canais de corrente de MUs/SAMUs.

O setup ideal para os testes é em malha fechada, ou seja:

1. Sincroniza a MU atuando como Grandmaster PTP (ou, se necessário, fornece sinal IRIG-B);
2. A mala de testes injeta sinais analógicos na MU;
3. Assina os frames SV via fibra óptica (forma mais comum) ou RJ45, para realizar todas as análises.

Soluções Conprove

Para atender a todos os requisitos apresentados, a CONPROVE oferece soluções de alta tecnologia, desempenho e robustez, garantindo que os ensaios com os LPITs, assim como em todo o contexto das subestações digitais, sejam realizados de forma segura, eficiente e otimizada.

Abaixo, seguem alguns exemplos de testes de Resposta em Frequência com LPITs realizados com nossas soluções:

Um exemplo de teste de Linearidade com LPITs realizado também com nossas soluções:

Também, um exemplo de teste de Linearidade e Monitoramento de Erros SV com LPITs com nossas soluções:

Por fim, um exemplo de teste de Relação de TC e Monitoramento de Erros SV com LPITs utilizando nossas soluções:

A CONPROVE oferece uma gama completa de soluções para atender às demandas de ensaios com LPIT’s, com ferramentas poderosas com capacidade de atingir aos mais exigentes critérios de precisão exigidos no barramento de processos pelas normas IEC 61850 e IEC 61869-9. Além disso, oferecem automatismos que otimizam os ensaios de proteção:

• CE-6707: Testador Universal para Proteção, Automação, Controle e Medição; com Suporte Total as normas IEC-61850 / IEC-61869;
• CE-6710: Testador Universal para Proteção, Automação, Controle e Medição; com Suporte Total as normas IEC-61850 / IEC-61869;
• CE-7012: Testador Compacto para Sistemas de Subestações (Níveis Primários e Secundários) Microprocessado com Suporte Total as normas IEC-61850 / IEC-61869;
• CE-GNSS: Sistema Global de Navegação por Satélite | CE-GNSS – SISTEMA DE REFERÊNCIA DE TEMPO & FREQUÊNCIA;
• CE-CSB1 (Connection Sensor Box): Interface para Testes em Dispositivos com entrada especial para transformadores de instrumento de baixa potência, Low Power Instrument Transformers (LPITs).