Forum de Proteção e Automação - CONPROVE

Traveling Waves (TW) – Ondas Viajantes

As linhas de transmissão são os maiores equipamentos utilizados no sistema de energia. Elas fazem a ligação entre a geração e os grandes centros consumidores. Devido à vasta extensão territorial do Brasil, podem atingir centenas ou milhares de quilômetros e estarem expostas ao tempo. Esses fatores fazem com que possuam, dentre os equipamentos que compõem o sistema, a maior probabilidade de apresentar problemas, sendo os mais comuns: faltas fase-terra, fase-fase, fase-fase-terra ou falta trifásicas. A seguir é apresentado o mapa do sistema de transmissão com horizonte 2024.



O sistema elétrico brasileiro é interligado, o que faz com que seja extremamente importante que o sistema de proteção identifique e elimine qualquer tipo de falta o mais rápido possível. Isso evita a perda de sincronismo e outras situações extremas que podem levar a um black-out. Desta forma, é comum utilizar a função de distância “21” tanto para identificar como localizar faltas em linhas de transmissão, contudo, o estado da arte nesse campo é a utilização de “Ondas Viajantes” ou “Traveling Waves (TW)”. Bibliografias apontam que a principal vantagem do uso de TW frente ao método atual é a maior velocidade na detecção da falha e a melhor exatidão em sua localização, o que impacta diretamente na melhoria dos índices de confiabilidade do sistema, diminuição dos custos operacionais e redução das perdas econômicas.

Reflexões de ondas

Tensão e corrente são ondas eletromagnéticas e quando encontram uma descontinuidade no meio em que propagam tem parte delas refletida e parte refratada. Desta maneira, uma falha em uma linha de transmissão entre dois terminais irá gerar tensões e correntes refletidas e refratadas que demorarão tempos distintos para se propagar e atingir a esses dois terminais, chamados de terminal local e terminal remoto. Sabendo a distância total entre eles, e com bases nesses tempos, é possível calcular o local exato da falta.



Na figura anterior, temos a representação dos dois terminais, da linha e da falta. No gráfico, a tensão e a fórmula para o cálculo da corrente. Já no diagrama de Bewley-Lattice temos a representação das reflexões da onda entre os terminais, sendo:
tl1 = tempo de propagação do ponto da falta até a reflexão no terminal local;
tr1 = tempo de propagação do ponto de falta até a reflexão no terminal remoto;
L = distância total entro os dois terminais;
M = distância entre o terminal local e a falta;
L – M = distância entre a falta e o terminal remoto.
V = velocidade propagação da onda na linha.

Identificação da Forma de Onda

Para identificar TW é necessário um conversor analógico digital que possua uma taxa de amostragem maior ou igual a 1MHz. Após a aquisição do sinal, o próximo passo é filtrar e derivar ele, o que depende muito da metodologia de cada fabricante. Por fim, é utilizado o valor de pico do sinal resultante para identificar o local da falta. A figura a seguir mostra esses passos.



Abordagem de testes

1- Forma de onda REAL = Utiliza simuladores para gerar a forma de onda, então é necessário modelar o sistema em análise inicialmente.
2- Forma de onda Artificial = Utiliza geradores de pulsos.



Será que existe uma solução que utiliza a vantagem de cada método?

A resposta é SIM!

A CONPROVE desenvolveu o seguinte equipamento: CE-TW1



Para maiores detalhes acesse:

https://conprove.com/produto/12-1-ce-tw1-traveling-waves/

Metodologia

Fazendo uso do teorema da superposição, inicialmente calcula-se o sinal através do software PS Simul para em seguida utilizar uma associação entre as malas de testes, que geram a forma de onda em kHz, e o CE-TW1, que gera em MHz. O sinal resultante dessa associação é aplicado no dispositivo testado.



Oscilografia

Abaixo verifica-se a fidelidade entre o sinal calculado com aquele medido no osciloscópio.



COMTRADE

Utilizando o software PS SIMUL + CE-TW1 é possível:

1- Importar o arquivo e fazer uma analise do local da falta através do diagrama de Bewley-Lattice



2- Importar o arquivo de um registrador de perturbação e reproduzir os sinais analógicos secundários de falta.
3- Exportar o arquivo e fazer uma reprodução (playback do próprio IED).

Para maiores informações sobre o PS SIMUL ou baixar uma versão free, acesse o seguinte link:

https://conprove.com/produto/08-ps-simul-software-para-modelagem-do-sistema-de-potencia-e-simulacao-de-transitorios-eletromagneticos/

Exemplo de aplicação

O objetivo deste ensaio é comparar o TW com a metodologia de impedância.

Sistema modelado



Facilidades no ensaio

Uma possibilidade que as malas da CONPROVE permitem é a geração remota.



Esquemático do Teste

Dois relés SEL 411L - interligados por fibra óptica.
Mala de Teste CE-7012 – Possui 6 canais de tensão e 6 canais de corrente.
Dois CE-TW1 - responsáveis pelos sinais em MHz.
CE-GPS – Responsável pelo sincronismo temporal através de IRIG-B.



BANCADA

Foto real do sistema utilizado.



Estudo de Caso

Foi feita uma falta trifásica a 15% da linha, o que equivale a 15km. Em seguida, verifica-se o resultado utilizando o método de impedância e através das TW’s.



Formas de onda da subestação 1

O primeiro gráfico apresenta as formas de onda, o segundo apresenta um zoom das TW’s.



Formas de onda da subestação 2

O primeiro gráfico apresenta as formas de onda, o segundo apresenta um zoom das TW’s.



Analise do Diagrama de Bewley-Lattice

O valor teórico é de exatamente 15 km, conforme destacado abaixo.



Localização de Falta no SEL 411

Verifica-se que através de TW o valor encontrado foi de 14,96km com um erro de 40m. Já através do método de impedância temos 14,89km com um erro de 110m. Esse resultado mostra a superioridade do método usando TW.



A seguir o diagrama Bewley-Lattice do próprio SEL411L mostrando o local da falta em 14,96Km.



Esse artigo está resumido, caso queira mais informações acesse:

https://www.youtube.com/watch?v=k2So2dyQo5Y&list=PLHE5_FbjE6c2VqMhMTC1EVMWQXi18EmPS&index=6&ab_channel=Conprove

Att
Eng° Michel