Testes de relé de proteção

A principal função de um relé de proteção é detectar falhas ou sobrecargas no lado primário o mais rápido possível e isolar seletivamente as partes ou os ativos afetados da rede do resto da rede ou da subestação usando disjuntores. Isso protege o equipamento e as pessoas afetadas ou adjacentes, reduz ao mínimo as interrupções e desempenha um papel fundamental no fornecimento de energia altamente confiável, além de garantir alta disponibilidade. Também permite uma operação econômica, pois a perda de equipamentos e as interrupções prolongadas andam de mãos dadas com custos enormes. Para garantir que os relés de proteção funcionem corretamente em caso de emergência, eles devem ser testados regularmente.

Os tempos e intervalos de teste dependem dos regulamentos específicos do país, além das estratégias individuais definidas pelo operador do sistema.

De um modo geral, existem quatro fases no ciclo de vida do produto de um relé de proteção, nas quais diferentes tipos de testes são apropriados.

• Testes de tipo e testes de aceitação de fábrica durante as fases de produção e desenvolvimento no fabricante do relé de proteção
• Testes de laboratório quando novas subestações são planejadas
• Testes de aceitação de campo e testes de comissionamento na subestação
• Testes funcionais e de manutenção recorrentes no local durante a operação

 

A estrutura para testes durante o comissionamento e a manutenção regular que as empresas de energia precisam cumprir são especificadas nas diretrizes específicas do país, por exemplo, pelo Forum Netztechnik/Netzbetrieb (FNN), na Alemanha, ou pela North American Electric Reliability Corporation (NERC), nos EUA.

Os fabricantes de relés de proteção, por sua vez, testam sua conformidade, por exemplo, com a norma IEC 60255, que define regras e requisitos para o comportamento de relés de medição e equipamentos de proteção.

Essa é uma questão que só pode ser respondida caso a caso por cada operador de sistema, mas é, até certo ponto, estipulada por diretrizes ou regulamentos específicos de cada país. Em princípio, o teste é aconselhável após os testes iniciais de comissionamento sempre que houver uma alteração no sistema de proteção, como após uma atualização de firmware. No entanto, os relés de proteção estão em operação por um longo tempo e podem ocorrer alterações não detectadas. Para detectar tais alterações, são definidos intervalos de manutenção e respectivos escopos de teste.

Vários fatores devem ser levados em consideração ao definir os intervalos de teste, como:

• Criticidade da parte protegida da rede para a segurança geral do fornecimento
• A idade e o tipo de relé de proteção
• Leis, regulamentos ou diretrizes específicas do país
• O número de engenheiros de proteção disponíveis e seu nível de treinamento
• Experiência com certos tipos de dispositivos

 

Como esses fatores são variáveis, os intervalos de teste também podem mudar dinamicamente. Portanto, uma estratégia de teste uniforme deve ser estabelecida com documentação integrada a um sistema geral de gerenciamento da qualidade.

Ao testar relés de proteção, a principal prioridade é a sua própria segurança. Ao se preparar para testar relés de proteção, todas as medidas de segurança e proteção relevantes devem ser seguidas antes do início do teste.

Aspectos do teste do relé de proteção
1.    Avaliação visual da condição do relé
2.    Verificação da conexão após o comissionamento ou reconexão
3.    Teste e correspondência dos parâmetros do relé de proteção com os requisitos predefinidos
4.    Verificação da funcionalidade do relé por meio do teste das funções de proteção individuais
5.    Verificação dos valores de pick-up e tempo de disparo estão dentro dos limites definidos
​​​​​​6.    Verificação do comportamento do relé de uma perspectiva do sistema

Para entender as vantagens da IEC 61850, familiarize-se com as duas desvantagens significativas das subestações convencionais em comparação com as subestações da IEC 61850. Em primeiro lugar, em uma subestação convencional, todos os equipamentos devem ser conectados individualmente a outros componentes usando cabos de cobre. Em segundo lugar, equipamentos de diferentes fabricantes não são projetados para se comunicarem diretamente entre si.

Com a IEC 61850, por outro lado, a comunicação entre os equipamentos ocorre por meio de uma rede Ethernet compartilhada. A norma IEC 61850 independente do fabricante forma a base para a comunicação digital na rede da subestação. Equipamentos e sistemas de diferentes fabricantes podem trocar dados, comandos e valores medidos sem problemas usando um conjunto de protocolos padronizados. IEDs (Dispositivos eletrônicos inteligentes) são usados como dispositivos de proteção, automação e controle em ambientes da IEC 61850.

Sampled Values são usados para transmitir valores analógicos do sistema de energia, por exemplo, de transformadores de corrente e tensão, por meio de uma rede digital. As informações de status são trocadas entre os dispositivos por meio de mensagens GOOSE, enquanto os sinais são transmitidos ao sistema SCADA por meio da comunicação cliente/servidor (MMS).

O uso da IEC 61850 para comunicação entre ativos em subestações e para o centro de controle reduz a quantidade de trabalho de conexão necessária. Além disso, é fornecida uma base flexível, independente do fabricante e preparada para o futuro, que ajuda a aumentar a confiabilidade, segurança e eficiência da rede elétrica.

Com o teste de ponta a ponta, uma seção de uma linha protegida ou uma área protegida de uma instalação elétrica é testada de todas as extremidades simultaneamente. É crucial que as rotinas de teste para todas as extremidades tenham seu tempo sincronizado umas com as outras. O foco do teste pode estar na verificação das funções de proteção individuais, além do comportamento correto do sistema de proteção como um todo ao realizar um teste de ponta a ponta baseado no sistema. Continue lendo para descobrir como essas duas abordagens de teste diferem.

Estudo de caso de teste de ponta a ponta (PDF, em inglês)

O maior desafio em testes de ponta a ponta é coordenar os testes. As soluções de teste de proteção que facilitam a execução do teste e a documentação dos resultados de apenas um lado reduzem consideravelmente a complexidade do teste e os custos de pessoal. Com o teste de ponta a ponta baseado em sistema usando RelaySimTest, você pode executar o teste de apenas uma extremidade e fazer ajustes a qualquer momento, caso seja necessário durante o teste.

Em geral, o teste das funções de proteção de ondas viajantes não foi realizado durante o comissionamento dos relés, pois isso se mostrou muito difícil. A OMICRON então desenvolveu o acessório TWX1, a primeira solução do mundo que possibilita o teste das funções de proteção de ondas viajantes de maneira descomplicada, mesmo com equipamentos de teste de proteção convencionais.

A configuração de teste corresponde a um teste de ponta a ponta com a adição de dois TWX1. Com o RelaySimTest, o teste pode ser realizado de um lado e os resultados são documentados de forma totalmente automática. Para isso, os dados do sistema e da linha são inseridos no RelaySimTest. Os casos de teste desejados são definidos colocando diferentes tipos de falha nas posições desejadas no modelo do sistema de potência. A simulação então calcula automaticamente o sinal transitório e os pulsos de onda viajantes. Na execução, o equipamento de teste CMC fornece o sinal transitório e o acessório TWX1 sobrepõe de forma trifásica os pulsos de ondas viajantes de tensão e de corrente com precisão de nanossegundos. O sinal gerado pode ser usado para testar efetivamente tanto a proteção por ondas viajantes quanto a função de localização de faltas dos relés de proteção por ondas viajantes.
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Teste fácil de relés de proteção de onda móvel (PDF, em inglês)

Testes de tipo extensivos são realizados durante o desenvolvimento e certificação de relés de proteção. Eles demonstram que o relé em questão atende às especificações e às normas e pode ser utilizado em instalações elétricas. Para simplificar esses testes, oferecemos pacotes especiais de teste de tipo para IEC 60255 que cobrem a maioria dos aspectos do comportamento do relé. Você também pode integrar facilmente nosso sistema de teste em seu ambiente de teste existente por meio de uma interface de programação de aplicativo aberta.

Teste de tipo de acordo com a IEC 60255 (PDF, em inglês)​​​​​​

Uma distinção pode ser feita entre a abordagem baseada em ajustes para testes de relé de proteção (atualmente a abordagem predominante) e a abordagem inovadora baseada em sistema. Além disso, pode ser feita uma diferenciação entre a execução manual e a automatizada.

Os testes de proteção baseados em sistema podem ser usados para verificar, com esforço mínimo, se os componentes individuais em um sistema de proteção se comportam corretamente como um grupo no caso de uma falha. Essa abordagem permite detectar erros ocultos nas configurações, lógica e projeto dos sistemas de proteção, independentemente do tipo ou fabricante do relé. O RelaySimTest fornece as ferramentas necessárias para preparar e realizar testes de sistema de maneira ideal.

Os testes de proteção baseado em ajustes se concentra nas funções de proteção e nos valores de ajuste associados do relé de proteção individual. Os relés de proteção modernos oferecem milhares de configurações e é por isso que o teste automatizado é muito superior a uma abordagem manual. O Test Universe oferece uma ampla gama de opções em termos de padronização e automação, incluindo a criação totalmente automática de relatórios de teste. Com a ajuda de planos de teste, você pode realizar testes com a máxima eficiência. Combinado com a imensa gama funcional, nosso software de teste também oferece a flexibilidade necessária para testar relés de proteção e outros ativos secundários em detalhes.
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Abordagens de teste

• Teste de proteção baseado em sistema: RelaySimTest
• •    Teste de proteção baseado em parâmetros: Test Universe

 

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Automação é um termo que costuma ser usado de forma um pouco antecipada, especialmente quando se trata de testes de proteção. Na realidade, os engenheiros de proteção são confrontados com ativos de muitos fabricantes diferentes, dificultando a automação total dos procedimentos de teste. Em alguns casos, os fornecedores falam sobre automação quando sua solução automatiza apenas partes individuais do teste de proteção. Por conta dessas questões, recomenda-se cautela.

Para alcançar um alto grau de automação no teste de proteção, são necessários modelos de teste adaptáveis para relés de proteção de diferentes fabricantes e a possibilidade de combinar de forma flexível módulos de teste individuais em planos de teste. A eficiência pode ser aumentada ainda mais definindo padrões uniformes para testar relés de proteção. A documentação totalmente automatizada dos resultados do teste também é um requisito básico, pois envolve um esforço considerável quando realizada manualmente. Nossa Protection Testing Library (PTL) e o OMICRON Control Center (OCC) permitem que você use procedimentos de teste personalizados individualmente para atender às suas necessidades, podendo ser realizados quase totalmente de forma automática. Comparado ao teste de proteção manual, o esforço de teste pode ser reduzido em até 80%.

Modelos de teste disponíveis