AQUISIÇÕES DE ONDAS VIAJANTES E SINCRONIZAÇÃO TEMPORAL

Devido ao avanço da tecnologia dos microprocessadores, anualmente o processamento digital e consigo os conversores analógico-digitais têm tido significativa elevação da

freqüência de amostragem, minimizando-se um dos problemas ao se trabalhar com a localização de faltas a partir de sinais a altas freqüências, como referenciado em Silva et al. (2005). Isso resolve o que era considerada uma das principais limitações para a implementação de localizadores de faltas via OVs (ABUR & MAGNAGO, 1998, p.1475).

Neste trabalho esse fato é essencial, pois o desempenho de um localizador de faltas que se utiliza de ondas viajantes é extremamente influenciado pela freqüência amostral (KIM

et al., 2001; VALINS, 2005; BATISTA & ARAUJO, 2008; ZIMATH et al., 2009).

Segundo o Teorema de Nyquist, para que todas as freqüências de um sinal possam ser restituídas após este ter sido convertido analógico-digitalmente, a taxa de amostragem do conversor A/D deve ser pelo menos duas vezes maior que a máxima componente de freqüência presente no espectro desse sinal. Portanto, para se ter um processamento digital das ondas viajantes por wavelets discretas, a fim de que elas consigam ter desempenho satisfatório na detecção do tempo de reflexão de tais ondas nos terminais da LT, é necessário que a freqüência amostral esteja na faixa de 100 kHz a dezenas de MHz (SILVA, 2003; VALINS, 2005), posto que estes transitórios podem chegar aos MHz (HASE, 2007; DAS, 2010), como poderá ser visto subseqüentemente na subseção tocante a transitórios. Logo, haveria necessidade de uma taxa a pelo menos 2 MHz, que desconsiderando fenômenos de variações mais impulsivas, chega-se a amostragem de ao menos 1 MHz.

No trabalho de Batista & Araujo (2008), embasado nesse mesmo SEP, para se ter um erro relativo de localização menor que 0,3% em uma linha de 328,7 km ou erro absoluto menor que 1 km, a taxa amostral de 250 kHz (4160 pontos/ciclo) não foi suficiente. Assim, no presente trabalho foi utilizada nas simulações a taxa de 1 MHz, o que equivale a amostrar 16.666 pontos/ciclo, considerando a freqüência fundamental do sinal a 60Hz. Equipamentos de um fabricante já trabalham com amostragens a 500 pontos/ciclo e seus RDPs a até 5 MHz (mais de 83.300 pontos/ciclo), atendendo a amostragem aqui necessária. Ou seja, já há conversores para uma real implementação de localizadores via ondas viajantes.

O algoritmo aqui utilizado faz uso dos sinais em ambos os terminais da linha monitorada, havendo então necessidade de sincronismo temporal entre eles através do uso de um dispositivo como, por exemplo, um GPS (do inglês Global Positioning System), citado em Kim et al. (2001) como sincronizador preciso a custo acessível, onde um sinal de tempo é retransmitido a diversos pontos da LT, considerando qualquer forma de comunicação digital entre os terminais da rede. Em cada terminal poderá ser armazenado, para cada amostra dos sinais, uma informação com o tempo real em que ela foi obtida, a qual é proveniente do GPS,

consoante ilustra o diagrama esquemático da Figura 4.27 para aplicação deste dispositivo à sincronização de unidades de medição.

Figura 4.27 – Sincronização amostral por GPS para localização via dois terminais da LT [SAHA, 2010]

De acordo com Saha et al. (2010) e demais literaturas (SILVA, 2008), esse tipo de sincronizador possui uma exatidão de 1 µs, podendo inserir nos sinais uma informação temporal com erro máximo de 1 µs, o que acarretaria em erros de aproximadamente 300 metros na localização da falta, considerando a velocidade de propagação da onda viajante a 300.000 km/s.

O gráfico da Figura 4.28 expõe a necessidade de sincronização amostral dos sinais para que não haja as defasagens temporais, e , oriundas de bases de tempo distintas para os sinais e conseqüentes diferenças entre os instantes de amostragem.

Figura 4.28 – Necessidade de sincronização temporal das amostras de dois terminais da LT [SAHA, 2010]

A fim de que essas defasagens não sejam inseridas nos instantes de reflexão dos sinais detectados pela Transformada Wavelet e introduzam maior imprecisão no algoritmo de localização, faz-se necessária a introdução de um GPS ou outro dispositivo que possibilite uma aquisição síncrona, ou seja, uma base temporal comum para os sinais de cada barra.

Considerando-se casos em que o algoritmo de localização utilizado não processa os sinais em tempo real (off-line), os sinais aquisitados podem ser transmitidos para o local do

processamento sem precisão de que o canal de comunicação seja extremamente rápido, bastando um que consiga transmiti-los continuamente. No Brasil, um desses meios de comunicação, presente em muitas concessionárias, usa a tecnologia OPGW (do inglês Optical

Ground Wires– cabo de cobertura coaxial com fibra ótica internamente), que pode transmitir

sinais a elevadíssimas taxas e são praticamente imunes às interferências eletromagnéticas, evitando prejuízo aos sinais e à precisão de filtragem (SOUZA, 2007).

4.3.1 Dispositivos de medição e transdução de ondas viajantes

Além da alta taxa amostral, outra dificuldade de extrema importância ao se lidar com ondas viajantes são os dispositivos de medição e transdução de grandezas como, a corrente elétrica e a voltagem nos barramentos.

A característica em freqüência dos dispositivos de medição é de fundamental importância ao se trabalhar com ondas viajantes. Segundo Saha et al. (2010), o divisor capacitivo de potencial (DCP) em transitório pode apresentar oscilações não-lineares quando operando na região de saturação. Ele também pode descarregar para a LT a energia armazenada internamente e tem como resposta típica em freqüência, de ganho unitário na faixa próxima à freqüência fundamental.

Ainda de acordo com Saha, os transformadores de potencial (TPs) reduzem a tensão geralmente para 100 Volts no secundário, enquanto que os de corrente (TCs) levam 1 ou 5 Ampéres ao enrolamento secundário. Em condições normais de operação eles têm no secundário uma proporção do sinal no primário com defasagem praticamente nula, mas devido a limitações construtivas, exibem indesejáveis características dinâmicas sob curtos- circuitos e, nessas condições, podem operar em saturação, quando o sinal transformado torna- se distorcido e com elevados erros. A resposta em freqüência em regime é de ganho unitário em faixas próximas à freqüência fundamental, denotando alta fidelidade na transformação.

Procurando-se estabelecer soluções a essas problemáticas para obtenção de OVs, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas.

Xiangjun et al. (2004) deram mais ênfase a esse estudo, obtendo dois transdutores para OVs, um de tensão e outro de corrente que, segundo os autores, adequaram-se muito bem à aquisição das ondas viajantes do SEP real estudado, ao suprimir componentes abaixo de 10 kHz. Já Elhaffar (2008) também ressaltado esse fator, primeiramente modelou no ATP um TC com ampla banda passante, em torno de dezenas de quilo Hertz, para então proceder à obtenção das ondas viajantes de corrente com menor erro possível para seu trabalho. Assim

como Elhaffar, Silva (2008), procurando dar maior credibilidade e realidade a sua pesquisa, modelou um DCP e um TC no ATP para então obter os sinais de suas análises.

Veloso et al. (2008) apresenta a aplicação da Bobina de Rogowski ao monitoramento de descargas parciais em transformadores. De acordo com os autores, a bobina de efeito Rogowski é um tipo de sensor que, além de ser capaz de detectar correntes de altas freqüências, também proporciona uma boa isolação elétrica. Ela é composta por um molde circular plástico com um enrolamento montado, de forma a garantir uma densidade de espiras uniformemente distribuída, cujas seções transversais devem manter suas áreas uniformes, e precisa ser montada em torno do condutor onde se deseja medir a corrente. Uma tensão proporcional à variação da corrente surgirá entre os terminais do enrolamento, de acordo com (4.2), onde está relacionado à sensibilidade da bobina. Assim, integrando este sinal de tensão, tem-se o sinal de corrente que se deseja medir.

(4.2) Ainda segundo Veloso, a bobina Rogowski, Figura 4.29, possui ótima sensibilidade para detecção de sinais faltosos de altas freqüências (na faixa de 5 Hz a 3 MHz), e sua construção proporciona excelente isolação elétrica, sendo também capaz de medir altos níveis de corrente, variando desde algumas centenas de miliampéres até centenas de milhares de ampéres. A utilização de técnicas apropriadas de processamento dos sinais permite extrair com exatidão características transientes que eventualmente se manifestarem nos terminais de instalação da bobina.

Figura 4.29 – Ilustração da bobina de efeito Rogowski [VELOSO et al., 2008]

4.3.2 Aquisição dos sinais de tensão no ATP

Já que o trabalho proposto trata de uma modelagem e simulação de um SEP, não há necessidade de dispositivos de transdução e conversão A/D dos sinais, visto que as OVs a serem analisadas são “aquisitadas” do ATP através de probes trifásicos colocados nos terminais da LT em Tucuruí e em Vila do Conde, conforme Figura 4.30.

Figura 4.30 – Probes trifásicos na LT em estudo

No estudo também não se faz necessário o uso de sincronização, posto que o momento do registro de todas as seis variáveis é simultâneo, aquisição síncrona, e, portanto, já há uma base de tempo comum a todas elas. Caso contrário, essa imprecisão acarretaria erro de aproximadamente 292 metros, dada a velocidade de propagação modal do SEP modelado.

Do exposto, essas etapas são irrelevantes aqui, porém são extremamente importantes e complexas em pesquisas e implementações em campo. Outra etapa irrelevante aqui foi a filtragem dos sinais para remoção de ruídos, justo que eles são oriundos de simulações em que ruídos não foram atribuídos, excluindo-se a prévia filtragem.