Arquitetura de um Rel e Computadorizado

Cap´ ıtulo 1

Arquitetura de um Rel ´ e Computadorizado

1.1 Hist ´ orico

As in vestigac ¸ ˜ oes para o desen volvimento de um rel ´ e computadorizado comec ¸ aram na d´ ecada de 1960. Um

dos primeiros trabalhos propondo a utilizac ¸ ˜ ao de t ´ ecnicas de processamento digital de sinais foi publicado

por Rockefeller em 1969. Programas computacionais para fluxo de carga e estabilidade em sistemas de

potˆ encia j ´ a estavam implementados. A digitalizac ¸ ˜ ao dos circuitos de protec ¸ ˜ ao seria um passo promissor . O

alto custo e a baixa velocidade dos computadores daquela ´ epoca foram as dificuldades iniciais encontradas

para o desen volvimento desta ´ area. Os primeiros estudos comec ¸ aram com algoritmos de protec ¸ ˜ ao de linhas

de transmiss˜ ao.

Na d´ ecada de 1970 ocorreu um significati vo avanc ¸ o no hardware computacional. Uma dram´ atica

reduc ¸ ˜ ao de prec ¸ o, tamanho e consumo de potˆ encia propiciou a implementac ¸ ˜ ao de rel ´ es digitais de alta

velocidade. A habilidade de um rel ´ e digital de prover um desempenho pelo menos t ˜ ao bom quanto o convencional foi estabelecida no in ´ ıcio da d´ ecada de 1970. Alguns benef ´ ıcios esperados com a protec ¸ ˜ ao digital

s ˜ ao descritos abaixo:

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Custo. O custo do rel ´ e digital tem se tornado competiti vo. No est´ agio inicial, o rel ´ e computadorizado

custava entre 10 e 20 vezes mais caro do que o rel ´ e con vencional. Na d´ ecada de 80, o prec ¸ o de

um sofisticado rel ´ e digital (incluindo software) ´ e aproximadamente igual a de um rel ´ e con vencional.

Como outras vantagens, podemos citar , tempo de reparo reduzido e menor consumo de bateria.

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Auto-checagem e confiabilidade. Um rel ´ e digital pode ser programado para monitorar seu pr ´ oprio

software e hardware, aumentando sua confiabilidade. Ele pode ser programado para ficar fora de

servic ¸ o se um defeito interno for detectado e en viar uma requisic ¸ ˜ ao de servic ¸ o para um centro de

reparo. Com um rel ´ e digital ´ e poss´ ıvel a comunicac ¸ ˜ ao de dados remota.

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Integrac ¸ ˜ ao a um ambiente digital. A tecnologia digital ´ e a base da maioria das subestac ¸ ˜ oes.

Sistemas de medidas, comunicac ¸ ˜ oes, telemetria, controle s ˜ ao baseados em sistemas digitais. A

implantac ¸ ˜ ao do rel ´ e digital ser ´ a um passo bastante natural.

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CAP

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ITULO 1. ARQUITETURA DE UM REL

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E COMPUTADORIZADO 5

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Flexibilidade. O rel ´ e digital ´ e um dispositi vo program´ avel que pode mudar suas caracter ´ ısticas. A

atividade de um rel ´ e ´ e computacionalmente intensi va quando uma falta ocorre no sistema. Os per´ ıodos

de falta correspondem a uma pequena frac ¸ ˜ ao da vida ´ util de um rel ´ e (menos de dez por cento). Desta

forma o rel ´ e pode desempenhar outras func ¸ ˜ oes, como por exemplo: medir e monitorar as tens ˜ oes em

transformadores e linhas de transmiss˜ ao, controlar a abertura e fechamento de controladores. Estas

operac ¸ ˜ oes podem ser realizadas sem custo adicional.

Algumas desvantagens do rel ´ e digital s ˜ ao descritas abaixo:

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Os programas de computadores para aplicac ¸ ˜ oes em rel ´ es s ˜ ao escritos na linguagem Assembly , porque

estes precisam ser bastante eficientes ap ´ os a ocorrˆ encia de uma falta. Esta linguagem n˜ ao ´ e transport´ avel entre computadores de diferentes tipos, causando custos extras no desen volvimento do software a cada mudanc ¸ a de equipamento.

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Ambiente hostil para o equipamento: temperaturas elevadas, humidade, EMI.

As t ´ ecnicas inicialmente usadas para a implementac ¸ ˜ ao do rel ´ e computacional empregavam ajustes por

m´ ınimos quadrados para estimar os fasores de tens ˜ ao e corrente a partir dos valores das amostras. Em 1971,

o trabalho de Ramamoorty foi o primeiro a propor o uso da Transformada Discreta de Fourier (DFT) para

estimar fasores a partir das amostras. V´ arias t ´ ecnicas t ˆ em sido propostas para este fim, entre as quais destacamos: soluc ¸ ˜ oes de equac ¸ ˜ oes diferenciais, func ¸ ˜ oes de Walsh e ajuste de curvas. T´ ecnicas derivadas da DFT

consistem no principal m´ etodo computacional empregado em rel ´ es digitais comercializados atualmente.

Os rel ´ es digitais s ˜ ao totalmente num´ ericos, significando que estes amostram os sinais de tens ˜ ao e corrente e con vertem as amostras para valores bin´ arios v´ arias vezes em um ciclo. Um microprocessador converte as amostras para medidas ´ uteis para o rel ´ e. Estas medidas, combinadas com sinais de entrada e valores

de limitantes, geram sinais de sa ´ ıda, sinais de controle e informac ¸ ˜ oes de operac ¸ ˜ ao.

A maior parte dos estudos em protec ¸ ˜ ao digital est˜ ao relacionados com a protec ¸ ˜ ao de linhas de transmiss˜ ao, pois estas constituem a maior parte f ´ ısica do sistema e onde, por conseq ¨ uencia, existe a maior probabilidade de ocorrerem faltas. A filosofia mais usada para proteger as linhas de transmiss˜ ao est´ a baseada

na