Localização de Falta e Proteção por Traveling Waves
O que são as Ondas Viajantes (Traveling Waves – TW) e como podem ser empregadas na localização de faltas e proteção?
As ondas viajantes são transitórios eletromagnéticos gerados quando ocorre uma mudança repentina de tensão na rede, como por exemplo, na ocorrência de uma falta. As ondas viajam ao longo da linha de transmissão com a velocidade muito próxima à velocidade da luz e medindo com precisão a diferença entre os tempos de chegada das frentes de onda nos terminais da linha a distância da falta pode ser encontrada. Os localizadores de falta baseados em ondas viajantes surgiram como uma alternativa aos algoritmos de localização baseados em valores de impedância por possuírem alta precisão.
Com o domínio dessa tecnologia, os fabricantes de IEDs passaram a utilizá-la não apenas para identificação do local da falta, mas também na atuação (TRIP) em sistemas de proteção visando reduzir o tempo de operação através de funções de ultra-alta velocidade (UHS). Utilizando as ondas viajantes e quantidades incrementais na proteção de linha no domínio do tempo, a função de proteção baseada em TW amostra as correntes e tensões a uma frequência de 1 MHz e atua com tempos extremamente baixos. Na proteção de sistemas elétricos, cada milésimo de segundo é importante. A eliminação mais rápida das faltas melhora a segurança dos usuários e dos funcionários, amplia as margens de estabilidade do sistema, minimiza o desgaste do equipamento, melhora a qualidade da energia, limita os danos a propriedades, além de salvar vidas.
Com toda essa tecnologia, se faz necessário a utilização de sistemas de teste capazes de aferir tais funcionalidades através de formas de onda de tensão e corrente que melhor representam o comportamento real do sistema elétrico de potência (SEP), incluindo as Traveling Waves. Nesse contexto a utilização de software que realiza simulações de condições transitórias em conjunto com hardware capaz de reproduzir de forma fidedigna os sinais simulados é fundamental para ensaiar os dispositivos com essa tecnologia.
Metodologias de testes tradicionais de TW
Em uma situação de falta real, os sinais medidos pelos dispositivos TW são complexos (sinais não periódicos com amplo espectro de frequência e várias reflexões). Entretanto, existem soluções de teste para funções baseadas em ondas viajantes que não reproduzem o comportamento completo das formas de onda nem os valores reais de amplitude. Alguns testadores apenas injetam um pulso artificial de tensão ou corrente para reproduzir o tempo de chegada da onda viajante com quantidade limitada de pulsos, outros aplicam pulsos artificiais adicionados às formas de onda de baixa frequência e também existem simuladores em tempo real que reproduzem a forma de onda fiel, mas apenas em baixo nível, o que não é adequado para conexão com dispositivos.
Pulsos artificiais são o cenário ideal para um algoritmo baseado em ondas viajantes identificar frentes de onda, mas não são ideais para verificação da função, pois não representam a forma de onda correta (reflexões, formato e amplitude) e, portanto, não garantem uma avaliação profunda do algoritmo do IED.
Solução CONPROVE para inovar ensaios de localização de falta e proteção com TW
Foi desenvolvido um sistema composto por software e hardware capaz de modelar com precisão todos os componentes do sistema elétrico, incluindo as linhas de transmissão, e posteriormente reproduzir as formas de onda de altíssima frequência juntamente com a frequência fundamental em níveis secundários, contemplando assim todos os requisitos necessários para avaliação dos dispositivos com algoritmos baseados em ondas viajantes.
Usando o princípio da superposição, conforme figura abaixo, é possível separar o sinal em duas faixas de frequência: kilohertz e megahertz. O primeiro é reproduzido por uma mala de testes universal que pode gerar sinais de até kHz e o complemento de sinal é reproduzido por um hardware específico (CE-TW1) capaz de reproduzir sinais de até MHz.
O CE-TW1 é um equipamento leve e portátil que, em conjunto com as malas de teste CE-7012, CE-6710 ou CE-6707, possibilita ensaios de ondas viajantes em relés de proteção e registradores de distúrbios. Ele é uma ferramenta versátil capaz de aplicar os métodos de um ou múltiplos terminais, sem necessidade de ajustes ou controles especiais, pois reproduz na totalidade as formas de onda de tensão e corrente simuladas para a falta em análise.
O equipamento CE-TW1 possui 6 canais de geração, sendo 3 de tensão e 3 de corrente, compatíveis para a injeção direta nas entradas dos dispositivos testados (sem necessidade de bypass ou montagens especiais) tornando os testes mais rápidos, práticos e confiáveis. Cada um dos canais é capaz de reproduzir com fidelidade as formas de onda desejadas em um amplo espectro de frequências, atendendo as demandas do ensaio.
Os testes são realizados através do software PS Simul, que permite modelar os sistemas elétricos de forma realista e garantir respostas coerentes de todos os sinais. Também permite reproduzir arquivos COMTRADE e ATP com alta fidelidade, além de possuir total integração com a mala de testes, com o CE-TW1 e com o CE-GNSS, necessários para a realização dos ensaios.
Nos ensaios de ondas viajantes, o sistema reproduz tanto a primeira frente de onda quanto as suas reflexões, simulando um evento real. Isso possibilita a localização da falta de forma mais precisa e ainda permite que os algoritmos de cálculo de um terminal e múltiplos terminais operarem em conjunto e de forma simultânea.
