Testes em Merging Units

O que é uma Merging Unit?

A Merging Unit (MU) é um dispositivo essencial que faz a interface entre os transformadores de instrumento no nível de processo e os IEDs no nível de bay. Sua principal função é digitalizar os sinais de corrente e tensão provenientes do secundário dos TCs e TPs, processar esses dados e publicá-los na rede em um frame Ethernet padronizado, conforme a norma IEC 61850-9-2LE (“Light Edition”) ou a IEC 61869-9, no padrão Sampled Values (SV).

Qual a diferença entre uma Merging Unit (MU) e uma Stand Alone Merging Unit (SAMU)?

A diferença entre uma MU e uma SAMU está relacionada ao tipo de transformador de instrumento ao qual o equipamento está conectado.

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 outro lado, quando se busca prolongar a vida útil dos TCs e TPs convencionais no pátio da subestação, adiando sua substituição por um LPIT, utiliza-se uma SAMU (Stand Alone Merging Unit).

O que testar na MU?

Ao testar uma Merging Unit, 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 uma MU?

Verificar todas as situações de testes descritas acima é garantir que a MU esteja 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.

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 as Merging Units, assim como em todo o contexto das subestações digitais, sejam realizados de forma segura, eficiente e otimizada.