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Como detectar a direcionalidade de distúrbios em um sistema de gestão de energia

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Vamos iniciar no “Blog da Energia” uma série mensal de artigos sobre Detecção de Direção de Distúrbios. Os artigos abordarão assuntos como: método para realizar a Detecção de Direção de Distúrbios em um Sistema de Gestão de Energia e a análise das direcionalidades de múltiplos medidores para localizar o evento causador do distúrbio em um sistema elétrico. No primeiro artigo vamos nos concentrar apenas nas avaliações de um único medidor e para que você saiba como realizar a detecção da direcionalidade de distúrbios em um sistema de gestão de energia. Nos próximos artigos abordaremos o método para avaliar vários medidores e vamos discutir algumas evidências práticas apresentando essas análises.

O que são distúrbios?

Primeiramente é preciso conceituar o que são os distúrbios em um sistema elétrico. Os Distúrbios são as variações abruptas na forma de onda da tensão ou da corrente causada por alguma falta ou manobra. No entanto, a magnitude e duração do evento não são especificados.

Quando ocorre um distúrbio num sistema de potência devido a uma manobra ou uma falta, a localização do evento relativa ao instrumento de medição pode ser determinada examinando a variação de tensão e de corrente no momento do evento. Analisar a direcionalidade de múltiplos medidores num sistema de gestão de energia permite localizar a falta que ocasionou o distúrbio.

Detecção de Direção de Distúrbio em Medidor

A Detecção de Direção de Distúrbio ajuda a determinar rapidamente como os distúrbios se propagaram pelo sistema elétrico e se originaram dentro ou fora da instalação. A localização do distúrbio em relação ao medidor pode ser determinada analisando a variação de tensão e corrente quando o evento ocorre. Por exemplo, se uma carga é energizada à jusante do medidor, ele vai perceber um aumento de corrente e uma correspondente diminuição de tensão e, então, determinar que o local do evento. Em condições ideais  essa determinação é facilmente realizada e de maneira confiável, simplesmente encontrando o ponto em que a forma de onda pós-evento se diferencia da forma de onda pré-evento. Porém, quando as formas de onda apresentam grandes variações ou ruídos, pode ser muito mais difícil localizar o início do evento na forma de onda e determinar a direcionalidade de maneira correta.

Os medidores utilizam uma abordagem específica para resolver esse problema. Os softwares podem utilizar essa mesma abordagem para analisar dados capturados de forma de onda. Quando ocorre um distúrbio, o alarme de envelope de onda ou o alarme de Pico/Afundamento é ativado e dispara a captura da forma de onda. Como a avaliação leva em conta as variações pré e pós-evento, a forma de onda capturada precisa conter ao menos três ciclos anteriores ao evento. É realizada uma média para estabelecer as condições pré-evento.

Quando a captura de forma de onda é disparada, os dados brutos da captura inteira são armazenados numa memória volátil. Após todos os dados serem coletados, os dados brutos são processados, os canais residuais são calculados e os dados são enviados, por segmentos*, para arquivos em um Disk-On-Chip (Flash ou SSD) . Essa função de detecção de direção é inserida nesse fluxo, processando o segmento num momento anterior ao envio dos dados ao Disk-On-Chip.

Analisando

Essa análise é baseada na variação de tensão, corrente e potência quando o evento ocorre. A forma de onda armazenada nos canais do medidor é examinada sob 3 escalas de tempo: (1) ponto a ponto, (2) janela a janela (janela sendo uma fração de um ciclo), (3) ciclo por ciclo. A localização do evento na forma de onda é determinada calculando a diferença do ponto, janela e ciclo em questão, com o ciclo de referência. Essa diferença é dividida pela diferença média dos dois ciclos de referência. Essa razão, que pode ser comparada com a razão sinal por ruído, é então comparada com setpoints da escala de tempo apropriada. Se o setpoint for excedido, a localização do evento na forma de onda e os dados coincidentes dos outros canais são capturados para posterior análise.

Depois que o evento é localizado no canal de alarme, um sistema de pontuação é aplicado aos dados coletados e a direção é determinada. As três escalas de tempo são analisadas para verificar se elas coincidem com a avaliação da localização do evento na forma de onda e com a avaliação da direção. A comparação entre magnitude do evento e o “ruído” da forma de onda pré-evento também é considerada para estabelecer um padrão e precisão da avaliação. A determinação da direção é bem direta e segue a tabela a seguir. As imprecisões são devidas a inabilidade do medidor detectar pequenas variações do sinal em comparação ao sinal pré-evento, que pode conter ruídos.

efeitos nos cálculos de confiança

Condições e seus efeitos no cálculo de confiança dos resultados:

  • Evento detectado no canal de alarme 0 – 5 pontos
  • Evento detectado em canais coincidentes                                 0 – 10 pontos
  • Localização da tensão, corrente e potência na forma de onda 0 – 6 pontos
  • Razão entre o mín. e máx. ou entre o máx. e o mín. maior que 2 0 – 9 pontos
  • Direção da tensão trifásica coincide com o canal de alarme 0 – 5 pontos
  • Direção da corrente trifásica coincide com o canal de alarme 0 – 5 pontos
  • Direção da potência trifásica coincide com o canal de alarme 0 – 5 pontos
  • Total de pontos possíveis: 0 – 45 pontos

Para cada evento é aplicada uma pontuação que expressa a direção do evento e sua confiabilidade que pode ser apresentada na análise. A pontuação final é expressa em percentual entre o valor e o total possível. Valores positivos são classificados como à jusante e valores negativos como à montante.

No próximo artigo, vamos explorar como essa análise é aplicada em casos em que muitos medidores com essa avaliação estão presentes no sistema, como no exemplo abaixo.

representação de um medidor

*Um segmento é um bloco de dados de tamanho fixo que contém um número variável de ciclos de onda, dependendo da resolução da captura de onda e do número canais sendo gravados.

Fonte: https://memt.com.br/blog/?p=702