I.
HISTÓRICO
O relé de proteção é um dispositivo destinado a detectar anormalidades no sistema elétrico atuando diretamente sobre um equipamento ou sistema, podendo atuar como um interruptor, neste caso quando a corrente elétrica percorre as espiras da bobina do relé criando um campo magnético, fazendo com que haja mudança no estado dos contatos e também pode atuar no acionamento de circuitos de alarmes quando necessário. Uma das mais importantes aplicabilidades do relé de proteção é utilizar-se de baixas correntes para o comando no primeiro circuito, protegendo o operador das possíveis altas correntes que irão circular no segundo circuito, quando uma corrente originada no primeiro circuito passa pela bobina, um campo eletromagnético é gerado, acionando o relé e possibilitando o funcionamento do segundo circuito. Os primeiros estudos realizados a cerca dos relés foi em 1830, pelo cientista Joseph Joseph Henry, Henry, mas na mesma mesma época época out outro ro cient cientist istaa também também fazi faziaa pesqui pesquisas sas sobre sobre os fenômenos eletromagnéticos e com isso a descoberta do relé foi atribuída a Michael Faraday por ele ter publicado primeiro as suas conclusões a respeito do relé eletromagnético. Nos Nos últi últimos mos 30 anos, anos, os relés relés sofrer sofreram am uma evolu evoluçã çãoo subst substanc ancia iall em seus seus aspectos construtivos, dimensionais e operacionais. Tudo isso em busca de equipamentos com maior análise de qualidade e unidades com mais aplicações em uma mesma plataforma. Na década de 90 houve um grande avanço da tecnologia de informática voltada à medição, proteção e supervisão de sistemas elétricos, esse avanço foi fundamental para a modernização modernização dos relés. Podemos classificar os relés em três gerações: Na 1° geração encontram-se os relés eletromecânicos baseados nos princípios das leis de eletromagnetismo, onde um disco metálico sujeito a forças magnéticas obtidas pela passagem da corrente elétrica pelas bobinas propicia o fechamento dos contatos, este relé é totalmente mecânico, utilizado ainda em sistemas de proteção mais antigos e a maioria permite apenas uma função.
Figura 1 Relés Eletromecânicos
Na 2° geração estão os relés estáticos que utilizam dispositivos eletrônicos em sua montagem como (diodos, transistores, resistores e capacitores), eles contém características que simulam o funcionamento dos reles eletromecânicos mas utilizando de componentes eletrônicos deixando o processo mais silencioso. Eles são mais flexíveis, menores e possuem maior maior sensib sensibili ilida dade de compa comparad radoo aos elet eletrom romecâ ecâni nicos cos e també também m já possuí possuíam am siste sistemas mas multifunção.
Figura 2 Relés Estáticos
Chegando na 3° geração encontramos os relés numéricos ou microprocessados, esse tipo de relé começou a surgir na década de 80, mas nessa época o desenvolvimento tecnológico dos computados ainda não atendia às necessidades exigidas no sistema de proteção. Mas com a evolução rápida na década de 90 dos computadores, da microeletrônica e dos circuitos integrados os sistemas de reles microprocessados surgiram com força total, e a tecnologia digital empregada nos relés os leva a atuar na área de medição, comunicação, proteção e controle dos sistemas elétricos.
II.
RELÉS DIGITAIS E MICROPROCESSADOS (NUMÉRICOS)
ASPECTOS GERAIS DA EVOLUÇÃO
No final da década de 80 - os denominados relés numéricos (microprocessados) que, junto com uma série de outros dispositivos de medição e controle, também numéricos, têm recebido nos dias atuais a alcunha de IEDs - Intelligent Electronic Devices . É certo que, enquanto a instrumentação de medição numérica evoluía mais rapidamente, a instrumentação de proteção, principalmente os relés numéricos, tardava a entrar em operação. Embora a primeira publicação que se tem conhecimento propondo a utilização do computador como elemento de proteção ser datada de 1969, alguns fatores retardavam o uso intensificado dessa ferramenta. Dentre tais fatores citam-se: o baixo nível de integração dos circuitos integrados, a elevada taxa de falhas dos sistemas digitais e a baixa velocidade dos processadores. Porém, com o desenvolvimento mais elaborado da microeletrônica e dos circuitos integrados, foi possível um salto no desenvolvimento de equipamentos microprocessados, denominados aqui de terceira geração alguns dos quais ilustrados na Figura 3.
Figura 3 – Relés Numéricos
Ao longo da evolução dos relés numéricos dois elementos foram de capital importância: o software e a comunicação. De modo mais abrangente o software de um relé de proteção possui diferentes rotinas dentre as quais estão: •
Rotinas de proteção compostas pelos algoritmos que envolvem todo o processo de medição e obtenção dos sinais digitalizados seguido do processamento destes sinais e da obtenção das grandezas de interesse que podem ser valores eficazes, fasores de tensão e/ou corrente, impedância, etc., dependendo do tipo de proteção. Finalmente, como núcleo principal, o processo de comparação com os valores de referência para a tomada de decisão ( trip, bloqueio ou desbloqueio, alarme, etc.)
•
Rotinas de auto-monitoração que são incorporadas aos relés para uma averiguação constante da integridade dos mesmos, tanto em nível de software quanto em nível de hardware (CPU , DSP , memórias, módulos I/O, etc.).
•
Rotinas de comunicação que são necessárias para que o relé se comunique com o mundo externo de modo a receber informações dos usuários ou de outros dispositivos para fins de parametrização, reset , atualizações, etc., bem como enviar informações aos usuários ou a outros dispositivos quando solicitados, tais como: valores atuais, mudanças de estado, registros de eventos, dentre outros.
Estes equipamentos de terceira geração permitem uma maior flexibilidade nos esquemas de proteção pela aplicação das seguintes características principais descritas abaixo e não presentes nos equipamentos das gerações anteriores: •
Seletividade Lógica: Permite que as unidades instantâneas dos relés de sobrecorrente a jusante e a montante sejam ajustadas e que os tempos de coordenação entre estas unidades sejam reduzidas de 400 ms nas gerações anteriores, para os atuais 60 ms.
•
: Permite que seja obtida a seletividade em sistemas onde existem motores
Flex-Curve
com grande tempo de partida, motores que partem com tensão reduzida e com tempos de partida maiores que os tempos de rotor bloqueado ou motores acoplados a cargas de grande inércia. Existe a possibilidade de criar a própria curva do usuário, eliminando com isso qualquer possibilidade da não seletividade entre sistemas. Uma ilustração disso é mostrada na Figura 4.
Figura 4 – Seletividade com Flex-Curve.
•
Medição, Controle e Monitoramento: Com os relés de terceira geração, é possível integrar medição completa por fase e total de corrente, tensão, potência, energia e demanda, além de controle de religamento por subtensão ou subfreqüência, controle de banco de capacitores em 2 ou mais estágios, monitoramento de falhas de disjuntor e falha de TPs. Com isto, os relés de terceira geração tornam-se uma automação pontual, concentrando todas as informações vitais daquele alimentador de carga.
•
Protocolo ModBUs RTU: Este protocolo por ser universal, facilita muito a comunicação entre PLCs e remotas, sem a necessidade de drivers e/ou equipamentos ou
softwares
especiais. Este protocolo está disponível em quase todos os equipamentos como
Allen Bradley Rockwell, Siemens, ABB, GE, GE-Fanuc, Fischer Rosemont, Yokogawa, dentre outros. •
Memória Flash EEPROM: Permite que seja construído um equipamento que sempre esteja atualizado tecnicamente (produto não acabado). Com o uso deste tipo de memória, é possível acrescentar novas funções sem a necessidade de troca de hardware .
•
Hardware Versátil e Software Amigável: Com o uso dos relés de terceira geração, existe a possibilidade de se utilizar entradas e saídas digitais e entradas e saídas analógicas totalmente configuráveis, permitindo a engenharia de aplicação adequar estes parâmetros em função de sua aplicação, sem a necessidade de alteração de hardware
•
ou uso de acessórios especiais.
Custos de Implementação: O custo do relé de terceira geração é maior unitariamente mas, é muito menor em termos de conjunto.
•
Oscilografia: Permite que seja determinado o tipo de falta em função da característica das formas de onda dos sinais de falta.
III.
A PADRONIZAÇÃO DOS R ELÉS NUMÉRICOS
Apesar dos inúmeros benefícios citados a pouco, tradicionalmente os fabricantes produzia e ofertava no mercado diferentes relés numéricos que eram específicos para a proteção dos diferentes componentes do sistema, tais como motores, geradores, transformadores, linhas, barras, capacitores, etc. Esta abordagem era uma herança adquirida na era da fabricação dos eletromecânicos e dos estáticos analógicos, principalmente pelo fato de que as complexidades das aplicações eram, e ainda são, muito variadas e cada tipo de proteção tinha que ser implementado em configurações proprietárias. No entanto, desde que os relés numéricos se tornaram uma realidade tecnológica, a indústria da energia elétrica, os fabricantes e os pesquisadores têm especulado sobre a viabilidade dos ‘open’ systems relaying ,
ou seja, relés que podem ser acrescidos, alterados, ajustados pelo usuário ou outro
especialista e, que se comunica com qualquer outro IED de diferentes fabricantes. Do mesmo modo que o computador pessoal tem sido uma ferramenta de propósito geral, realizando
numerosas tarefas com diferentes aplicativos de software, os mais modernos relés numéricos já podem ser construídos sobre uma plataforma comum concebida para funcionar como um dispositivo de proteção de caráter universal. Eles são concebidos para rodar diferentes programas de proteção para as diferentes partes do sistema elétrico – de um simples relé de sobrecorrente a um relé de distância de alta velocidade. E, o que é mais importante, oferecendo uma solução efetiva de custo com pouca diferença entre as diferentes aplicações. Assim, os relés de quarta geração (como o ilustrado na Figura 5) vieram para universalizar as aplicações dos relés de terceira geração e criar a possibilidade da engenharia de aplicação criar lógicas de bloqueio cada vez mais complexas.
Figura 5 – Modularidade de Hardware nos Relés de 4 a Geração.
Estas unidades utilizam barramento de dados em Ethernet com os módulos que compõe o equipamento comunicando em velocidades muito altas ( High Speed LAN ou 100 Mbps). Veja, por exemplo, a comparação de tempo na Figura 6. Idealizados para concessionárias e hoje amplamente utilizadas também nas indústrias, permitem upgrade de hardware sem a necessidade de substituir o equipamento ou retirá-lo do painel. Permite também, em função de sua modularidade, a transformação de uma unidade de proteção de alimentadores em unidade de proteção de transformadores, somente trocando-se o módulo de CPU que está inserido em gavetas padronizadas. Lógicas complexas de intertravamento são possíveis pelo uso da tecnologia de Flex Logic, que permite o uso de informações oriundas de diferentes relés para a tomada de decisões de um outro relé, somente com o uso da comunicação entre eles via fibra ótica redundante, sem o uso de fiação complexa e desnecessária.
Figura 6 – Tempo de Resposta com Rede Ethernet. O uso destes intertravamentos via LAN de alta velocidade, permite aplicações de seletividade lógica a grandes distâncias, relés para aplicação diferencial em linhas de transmissão (Figura 7) e relés de comparação direcional. Além disso, a universalização das ocorrências na mesma base de tempo entre relés é possível via o uso de sinais IRIG-B provenientes de um GPS (Global System Positioning).
Figura 7- Proteção diferencial de linhas com relés de 4º geração
IV.
Aspectos Relevantes da Tecnologia Numérica
O principal trunfo desta tecnologia é indubitavelmente a redução da relação custo/benefício ou, pelo menos, a forte sinalização para isto. Pode-se citar como fatores desta redução os seguintes pontos: •
Multifunção- ao passo que a tecnologia eletromecânica convencional consegue integrar apenas algumas poucas funções de proteção, a tecnologia numérica permite agrupar centenas de funções envolvendo não somente funções de proteção, mas
também de medição, de supervisão, de monitoramento, de comunicação, de estatística, de controle, etc. Devido a isto, o tradicional jargão “relé” tem sido substituído por unidade de supervisão, ou de gerenciamento, pois retrata mais fielmente a sua finalidade. •
Espaço Físico- uma vez que as funções supracitadas são resultados de algoritmos, não há, portanto ocupação de espaço físico, fazendo com que essas unidades de gerenciamento se tornem extremamente compactas se comparadas com uma montagem clássicas com função eletromecânicas stand-alone .
•
Parametrização - uma vez instalados nos painéis, os relés clássicos necessitam ser ajustados, demandando mão de obra especializada colocada no campo. Por outro lado, as unidades numéricas podem ser parametrizadas à distância através de up-load feito com recursos de rede.
•
Montagem in-loco- as unidades numéricas podem ser levadas até ao local definitivo de utilização (por exemplo, uma subestação) e lá serem instalados. Os relés convencionais são normalmente montados em seus painéis e depois transportados ao local definitivo. Neste sentido, os numéricos aliviam sobremaneira os aspectos de custo de transporte relacionados ao peso, à cablagem, às conexões, etc.
•
Velocidade de atuação - devido ao constante aperfeiçoamento do hardware e das ferramentas matemáticas para a discriminação dos valores dos sinais e do tipo de falta ocorrida em um sistema elétrico, o tempo necessário para uma tomada de decisão correta, para as funções de proteção, tem atingindo valores extremamente baixos, permitindo-se rápida e segura coordenação e seletividade entre as proteções, minimizando-se estresses na rede elétrica e seus componentes. Além disto, as unidades numéricas podem utilizar os mais atuais recursos de
informática disponíveis, como por exemplo: •
Técnicas de inteligência artificial - que permite um tratamento mais adequado de informações não tão exatas que podem surgir em situações de alto risco e que necessitam de decisões corretas, como acontece em faltas dentro de um sistema elétrico. Algumas aplicações típicas para esta ferramenta seriam: a restauração de sistemas elétricos após um colapso; a interpretação e minimização de alarmes para correto diagnóstico; novas funções de proteção com filtragens numéricas complexas para discriminação dos valores dos sinais dinâmicos envolvidos em uma falta, outras.
•
Adaptabilidade da proteção - consiste na propriedade em que uma função de proteção pode se auto-parametrizar em função de circunstâncias externas. Como por exemplo, cita-se o relé de distância que pode ter sua característica de operação no plano R-X adaptada em função das condições de despacho existentes no momento ou, ainda, o relé diferencial que pode alterar sua declividade em função das condições de operação de um equipamento protegido.
•
Controle - a atual tecnologia numérica pode permitir a inserção de funções de controle clássico (P, PI e PID) em suas unidades. Cita-se como exemplo, o controle de tensão e de velocidade de geradores, fluxo de potência ativa e reativa na rede (desde que se tenham equipamentos de potência que permitam este controle), módulo e ângulo das tensões de saída de transformadores, etc.
•
Interface homem/máquina - que permite uma interação “amigável” entre o usuário e o sistema supervisionado, tornando sua intervenção, quando necessária, a mais rápida, objetiva e eficaz possíveis. Além de se apresentar como um excelente recurso didático para treinar operadores de sistemas e subestações.
•
Rede de comunicação - que permite acesso à distância e desta forma o usuário remoto poderá fazer atualizações da parametrização, dos programas, bem como acessar dados momentâneos tais como correntes, tensões, potência, energia, registros de oscilografia, dados estatísticos, etc. Em decorrência permite-se uma atualização constante e on-line dos programas, tornando-os bastante flexíveis. Associada às informações disponibilizadas pelas unidades numéricas, a utilização de satélites para sincronização de eventos dentro do sistema elétrico tem sido vislumbrada como uma forte ferramenta de localização de pontos faltosos, agilizando dessa forma o reparo do sistema e a redução da contingência. As unidades de gerenciamento numéricas (ditos relés numéricos) têm permitido
lançar mão de novas filosofias dentro da proteção. Entre elas pode-se citar: a integração da proteção, medição e controle, seletividade e coordenação lógica; auto-supervisão e auto-teste; oscilografia como subproduto; interpretação de alarmes. Pelo lado dos transformadores de corrente e potencial, uma vez que as unidades de proteção e medição e supervisão são incorporadas em um mesmo hardware, compartilhando-se de um mesmo banco de dados, e pelo fato de se utilizar recursos eletrônicos para o tratamento dos sinais de entrada a carga oferecida aos transformadores de
instrumentação ( burden) tornou-se praticamente desprezível. Em decorrência, a potência secundária exigida desses transformadores é mínima, reduzindo-se drasticamente seus custos, além de, na maioria dos casos poderem utilizar apenas um tipo de transformador de corrente para servir tanto à proteção quanto à medição e à supervisão. Dado que a filosofia numérica lida com valores digitalizados, não há, a rigor, a necessidade de se ter os sinais de corrente e tensão envolvidos no processo de proteção ou medição. Há sim a necessidade dos valores das amostras desses sinais regularmente espaçadas, obtidas no tempo. Em outras palavras, as funções de proteção e medição numéricas não oferecem carga ( burden) aos sensores, pois não possuem bobinas de corrente e potencial. Desta forma, abriu-se a possibilidade da utilização de novos transdutores de corrente e potencial, desde muitos tempos distanciados dos sistemas elétricos. Neste sentido, cita-se os divisores resistivos de potencial, transformadores opto - elétricos de potencial (EOVT), transformadores opto - magnéticos de corrente (MOCT) e a bobina de Rogowski. Enfim, a ausência de partes mecânicas, associada às técnicas de auto diagnóstico têm tornado as unidades de supervisão numéricas praticamente livres de manutenção de hardware . Tão somente a manutenção de software através de atualizações.
V.
Alguns Problemas desta Tecnologia
Alguns pontos ainda são obscuros e necessitam de maiores investigações e observações para ser declarada satisfatoriamente confiável esta tecnologia. Como aspectos negativos destacam-se, portanto os seguintes pontos: •
A dependência com temperatura e a umidade (tropicalização).
•
Sensibilidade a ruídos eletromagnéticos (EMI).
•
Necessidade de fonte auxiliar confiável.
•
Adaptação do perfil do recurso humano técnico.
•
Protocolos (comunicação, algoritmos, etc.) - compatibilidade entre fabricantes.
•
Validação da confiabilidade do hardware e dos algoritmos.
VI.
O PROCESSAMENTO DE SINAIS EM UM RELÉ DE PROTEÇÃO MICROPROCESSADO
Na aplicação de processamento digital de sinais na proteção de equipamentos e sistemas elétricos industriais, as variáveis analógicas de entrada para os relés de proteção microprocessados são os sinais de corrente e de tensão medidos através dos transformadores de corrente e de tensão, provenientes do sistema elétrico de potência. Estes sinais, após serem filtrados analogicamente são digitalizados e filtrados digitalmente através da implementação de algoritmos das funções de proteção de equipamentos ou sistemas elétricos, conforme seqüência indicada na Figura 1. [1] [2]
Figura 1. Diagrama de blocos do processamento digital de sinais aplicado nos relés de proteção microprocessados.
A Figura 2 apresenta um diagrama de blocos típico de um atual relé de proteção microprocessado, com entradas para medição de sinais de tensões e de correntes provenientes do sistema elétrico. O cálculo do valor do sinal de entrada é realizado através da amostragem de correntes e tensões senoidais em intervalos de tempo discreto. Um número fixo de amostras instantâneas por ciclo é convertido em quantidades digitais, através de conversores A/D e armazenado em memórias voláteis, para processamento.
Figura 2. Diagrama de blocos de um relé microprocessado para proteção de motor.
A filtragem digital, realizada pelos algoritmos de medição dos sinais digitalizados de entrada, é o processo de combinar sucessivas amostras para obter os valores correspondentes à componente fundamental do fasor do sinal de entrada, os quais são utilizados pelos algoritmos das funções de proteção. [1] [2] Os sinais de entrada de corrente e de tensão são condicionados e isolados através de transformadores de potencial (TP) e transformadores de corrente (TC). Os sinais analógicos isolados são filtrados através de filtros passa baixa, utilizando-se filtros analógicos, de forma a minimizar o efeito de aliasing produzido por hamônicas e ruídos em faixas de elevadas freqüências acima da metade da freqüência de amostragem, de acordo com o Critério de Nyquist ou Teorema da Amostragem. [1] [3] Após a filtragem analógica, os sinais são então amostrados e convertidos em dados digitais através dos conversores A/D (Analógico/Digital), que atualmente possuem resolução de 16 bits, adequados à faixa dinâmica de correntes normalmente existentes em sistemas elétricos de potência. Proteção térmica de motores de indução trifásicos industriais. O processador digital de sinais (DSP) processa os dados digitais convertidos e executa os algoritmos de proteção existentes, carregados em memórias do tipo FLASH. Os
dados intermediários, gerados durante os cálculos, são armazenados em memórias do tipo SDRAM. Freqüências de amostragem típica entre 16 e 128 amostras por ciclo (entre 960 Hz e 7680 Hz para um sistema de 60 Hz) são valores normalmente utilizados nos atuais relés de proteção de motores. Estas freqüências de amostragem permitem medições suficientemente precisas de valores eficazes (rms) de sinais contendo componentes harmônicas, tornam os filtros antialiasing simples e de fácil implementação e permitem funções de oscilografia com captura de sinais com freqüências suficientemente elevadas, durante os eventos de faltas, para a sua adequada análise. O processador digital é o responsável pela execução das funções lógicas e de I/O. Os circuitos de entradas digitais fornecem ao processador de sinais o valor de status dos respectivos contatos. Os circuitos das saídas digitais do relé executam as funções de alarme remoto e de trip do relé. Os recentes relés de proteção (IED – Intelligent Equipment Device) incorporam os requisitos da nova série de Normas IEC 61850 - Communication networks and systems in substations, que torna possível a utilização de redes de comunicação de dados no padrão Ethernet para o envio de mensagens de proteção, através de priorização, no formato GOOSE/GSSE, mesmo em situações de saturação de tráfego na rede.
VII.
HARDWARE DOS RELÉS NUMÉRICOS
1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
•
Objetivos idênticos ao hardware dos relés convencionais, ou seja, recebem sinais analógicos de tensão, corrente e outros, sinais digitais de contatos e efetuam as ações de controle necessárias através do fechamento de contatos ou disparo de chaves eletrônicas.
•
Relés digitais (numéricos ou microprocessados) possuem características exclusivas devido à alta capacidade de comunicação tais como ajuste automático ou manual, remoto ou local, medições de dados, registro de faltas e outras informações.
•
Manutenção reduzida e confiabilidade aumentando devido às facilidades de automonitoramento e auto teste.
•
Grande flexibilidade, uma vez que um hardware básico pode ser utilizado para diversos tipos de relés, havendo diferenças apenas no software.
•
Outros processamentos de dados podem ser incluídos facilmente sem prejudicar as funções de proteção, tais como localização de faltas, registro de eventos, medições de demanda, estimação de temperatura, etc.
2. DIAGRAMA FUNCIONAL DE BLOCOS
3. PRINCIPAIS COMPONENTES 3.1 ENTRADAS
ANALÓGICAS: sinais analógicos dos transdutores primários de corrente e potencial (TC’s e TP’s) DIGITAIS: sinais discretos que refletem o estado de disjuntores, sinais provenientes de outros relés, etc.
3.2
SISTEMA DE ENTRADAS ANALÓGICAS
3.2.1
FUNÇÕES PRINCIPAIS
(a) isolamento elétrico entre os circuitos de entradas analógicas e os circuitos internos do relé. (b) proteção dos relés contra sobretensões transitórias induzidas nos condutores de entrada por chaveamentos e outros processos transitórios. (c) acondicionamento dos sinais analógicos a níveis adequados para a conversão A/D. (d) filtragem anti-aliasing: limitação dos sinais analógicos a frequências até à metade da frequência de amostragem (denominada frequência de Nyquist).
3.3
INTERFACE A/D
3.3.1
FUNÇÕES PRINCIPAIS Execução dos processos de amostragem, multiplexação, amplificação e conversão
A/D através de um sinal de clock que dita a frequência de amostragem. Para cada sinal amostrado há a conversão do valor instantâneo do sinal analógico em uma palavra digital, que fica disponível para o microprocessador.
3.3.2
CIRCUITO BÁSICO
3.3.3
AMOSTRAGEM DOS SINAIS ANALÓGICOS
(a) Necessidade de sinal de clock: •
•
Preservação da fase dos sinais amostrados Necessidade de se manter estável o sinal de entrada do conversor A/D por um certo período de tempo.
(b) Amostragem executada por amplificadores S/H •
Um para cada canal analógico (mais comum) ou um para todos canais analógicos.
•
Em geral são amplificadores de baixo custo.
(c) Circuito Básico
Saída = Entrada (estado TRACK) Saída = constante (estado HOLD)
3.3.4
MULTIPLEXAÇÃO DOS SINAIS ANALÓGICOS
(a) Executada por um circuito denominado multiplexador analógico que consiste de um conjunto de chaves analógicas controladas por lógica digital. (b) Disponível no mercado com grande variedade e a baixo custo.
(c) Seu uso se justifica pois são mais baratos que os conversores A/D e devido à baixa taxa de amostragem necessária nas funções de proteção (em geral interesse apenas nos sinais de 60 Hz)
3.3.5
AMPLIFICAÇÃO PARA AJUSTE DE ESCALA
(a) Executada por um circuito denominado amplificador de ganho programável. (b) Permite o casamento do valor do sinal analógico à faixa ótima de operação do conversor A/D.
3.3.6
CONVERSÃO ANALÓGICA/DIGITAL (A/D)
(a) O sinal filtrado, amostrado, selecionado e escalado é rapidamente transformado no conversor A/D em um número que pode ser lido pelo microprocessador. (b) Conversor A/D com emprego de contador.
•
É o mais simples e o menos usado dos métodos de conversão A/D devido à sua baixa velocidade.
•
Consiste em um conversor D/A ligado a um contador.
•
Um comando inicia a contagem do contador.
•
O sinal do contador é aplicado ao D/A que vai tendo um sinal em sua saída analógica proporcional a entrada.
•
Quando a saída analógica se compara ao sinal analógico que se deseja medir, é dado o comando de fim de contagem o que define o equivalente digital ao sinal analógico.
•
No caso mais desfavorável (entrada analógica máxima) o contador tem que alcançar a contagem máxima.
(c) Conversor A/D por aproximação sucessiva
•
É o método mais utilizado na conversão A/D.
•
A saída de um conversor D/A comanda a entrada de inversão de um comparador através de um operacional.
•
É inicialmente acionando o bit mais significativo. Se ele estiver abaixo do nível do nível do sinal analógico desejado, ele é setado como 1, caso contrário, como 0.
•
Depois é feita a comparação para o segundo bit mais significativo e assim por diante.
•
Para um conversor de 8 bits, serão necessárias no máximo oito comparações.
•
A principal vantagem deste método de aproximação sucessiva é a velocidade de convergência.
•
Quando muito, são necessários n pulsos de relógio para produzir resolução de n bits do sinal analógico.
(d) Notas Importantes •
Conversores de 8 bits: baratos e utilizados em relés de sobrecorrente.
•
Conversores de 12 bits: os mais aplicados em proteção, pois são relativamente baratos (≈ US$ 40,00) e oferecem boa precisão, com tempos médios de 25 μs. Conversores de 16 bits: mais caros e utilizados quando se requer maior precisão
•
(medição).
4. SISTEMA DE ENTRADAS DIGITAIS 4.1
FUNÇÕES PRINCIPAIS
(a) acondicionamento dos sinais discretos para aplicação ao processador. (b) isolamento elétrico entre os circuitos de entradas digitais e os circuitos internos do relé. (c) proteção dos relés contra sobretensões transitórias induzidas nos condutores de entrada por chaveamentos e outros processos transitórios no primário ou secundário.
5. MEMÓRIAS
(a) RAM : necessária como buffer para armazenamento temporário dos valores de entrada, para acumular resultados intermediários dos programas de proteção e para armazenar dados a serem guardados posteriormente na memória não volátil.
(b) ROM e PROM: utilizadas para armazenagem permanen-te de programas do relé digital. Via de regra estes programas são executados diretamente da ROM (ou EPROM) ou através de uma memória RAM previamente carregada com o programa original. (c) EPROM e EEPROM : utilizadas para armazenagem dos parâmetros de ajustes do relé ou outros dados vitais que não são modificados com grande frequência.
6. PROCESSADOR (CPU)
(a) executa os programas de proteção, o controle de diversas funções de tempo e realiza tarefas de autodiagnóstico e de comunicação com os periféricos. (b) são utilizados os mais diversos tipos de microprocessadores, desde os mais simples tipo single-chip, passando pelos de oito bits, indo até os de dezesseis e trinta e dois bits.
7. SISTEMA DE SAÍDAS DISCRETAS
(a) processa
a informação de uma porta de saída paralela do processador, que pode
consistir de uma palavra digital em que cada bit pode ser utilizado para definir um estado de uma porta de saída.
8. PORTAS DE COMUNICAÇÃO
(a) PORTAS SERIAIS: permitem a troca de informações remotas ou locais para tarefas de ajustes dos valores dos parâmetros, leitura de registros de faltas, de dados de ajustes e outras. (b) PORTAS PARALELAS: permitem o intercâmbio de informações em tempo real.
9. SISTEMA DE SINALIZAÇÃO DA OPERAÇÃO
(a) executa a função de sinalização visual ou auditiva da operação do relé através de conjunto de leds e alarmes.
10. FONTE DE ALIMENTAÇÃO
(a) fonte de tensão independente, geralmente do tipo comutada, que pode ser ligada às baterias da subestação. Produz tensões dc necessárias aos circuitos do microprocessador (valores típicos de 5V e +15 V).
