Circuito com 45 mA de fuga no positivo ou no negativo

Nessa condição, a única observação a ser registrada é o fato da saturação da amplificação a partir do bloco Amplificador de 2º estágio.

4.4.3 Projeto da placa

Após os testes de simulação, foi projetada a placa no Proteus 8 Demonstration, adequando o posicionamento de cada componente, suas ligações e demais configurações da placa. Ao final, foram geradas as seguintes imagens de projeto. Todas as imagens estão para impressão em fotolito.

Figura 83 - Layout superior

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Figura 84 – Layout inferior

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

superior

, 2019.

Layout inferior

Figura 85 - Sensor diferencial em 3D

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

4.4.4 Testes em laboratór

Para os testes em laboratório

Uma fonte simétrica fornece as tensões +15

alimentado com 5 Vcc produz a corrente diferencial para testes. Um miliamperímetro para medir a corrente diferencial. Um multímetro para medições diversas e osciloscópio para medições de sinais.

diferencial em 3D

, 2019.

Testes em laboratório

Para os testes em laboratório, foi realizada a montagem apresentada na

Uma fonte simétrica fornece as tensões +15 Vcc, -15 Vcc e 5 Vcc. Um potenciômetro Vcc produz a corrente diferencial para testes. Um miliamperímetro para edir a corrente diferencial. Um multímetro para medições diversas e osciloscópio para foi realizada a montagem apresentada na Figura 86. Vcc. Um potenciômetro Vcc produz a corrente diferencial para testes. Um miliamperímetro para edir a corrente diferencial. Um multímetro para medições diversas e osciloscópio para

Figura 86 – Sensor de fuga em testes de laboratório

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Os testes iniciais buscaram a equalização de offset da saída do bloco subtrator. Em condição normal do circuito, essa saída deveria ser idealmente igual a zero. Os resultados iniciais mostram instabilidade nessa etapa do circuito. Foram conseguidos valores iniciais próximos da casa de 0,02 Volts e essa regulagem era perdida a qualquer vibração no circuito o que indicava possível mau contato nas conexões de teste e presença de ruídos. Mesmo com esse problema, foi dada sequência nos demais testes e confirmado que os blocos seguintes apresentaram comportamento muito similar ao obtidos durante as simulações computacionais.

Bastando agora resolver o problema no bloco subtrator, foi efetuada medição com osciloscópio e detectado um grande ruído, quando o sinal deveria estar em nível 0 V. A Figura 87 mostra essa medição. Nessa medição, o gradiente de tensão entregue pelo bloco subtrator chegou a uma variação de 608 mV, gerando atuação indevida do alarme.

Figura 87 - Medição de ruído amplificado

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Na busca de projetar um filtro capaz de eliminar esse ruído, foram efetuados testes com filtros passivos RC aplicados na placa prototipada. Ao final desse processo, ficaram definidas algumas melhorias, detalhadas nas figuras 87 e 88. A Figura 88 mostra o Filtro 1 que é do tipo passa baixas. Localizado após o Bloco Subtrator, esse filtro melhora a estabilidade do sinal e diminui o gradiente de tensão encontrado na medição da Figura 87. Já a Figura 89 mostra o Filtro 2. Também Passa baixas, da mesma forma que o Filtro 1, esse ajuda a estabilizar o sinal recebido das etapas anteriores. Ainda, na Figura 89, pode-se verificar a inclusão do trimpot ADJ2_NORMAL. Foi incluído esse componente para facilitar o ajuste da condição NORMAL, que é executada após o ajuste efetuado para a condição ALARME, realizado através do ADJ_FILTRO_2.

Finalizados os testes nos filtros, o projeto foi corrigido, sendo construída uma nova placa e, sobre essa, foram realizados testes finais de laboratório. O esquemático completo está apresentado no ANEXO 4.

Figura 88 - Detalhe do projeto do Filtro 1

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Figura 89 - Detalhe do Filtro 2

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Já, sobre essa nova placa, foi remontado o circuito apresentado na Figura 86 e ajustado o offset para uma corrente de fuga inicial de 10 mA. Essa corrente de fuga foi idealizada como uma fuga natural do circuito, que poderá ser encontrada durante os testes em campo. É importante salientar que o ideal será que o circuito a ser monitorado esteja com as correntes da saída e de retorno do disjuntor e, dessa maneira, que o offset seja usado somente para equilibrar as diferenças entre os componentes do sensor.

Para uma condição NORMAL, com o ajuste realizado nos trimpots associados ao bloco Subtrator e ao Filtro 1, conseguiu-se uma amplitude em torno de 67 mA. A Figura 90 mostra, em detalhe, essa medição realizada durante 60 segundos, onde o pico máximo foi de - 24,8 mV e o mínimo de 92 mV negativos.

Figura 90 - Medição do gradiente de tensão em OUT1

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

A Figura 91, um detalhe da mesma medição, mostra a variação proporcional medida agora em OUT5, já na saída para o bloco Sinalizador. A variação ficou em 560 mV, com máximo de 1 V e mínimo em 440 mV. Essa variação em OUT5 é suficiente para deixar o circuito estável, sem causar disparo indevido do D1 Falha, que é acionado com uma tensão em aproximada de 1,4 V.

Figura 91 - Medição do gradiente de tensão em OUT5

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

O teste realizado na sequência foi a elevação da corrente de fuga até causar a sinalização do led D1 Falha. Após o alarme, a corrente foi mantida estável por alguns instantes e reduzida até o nível inicial de condição normal do circuito. A Figura 92 mostra o detalhe da medição, em condição normal, realizado em OUT2 sinal de OUT1 filtrado. Pode- se comparar que o gradiente de OUT2 é menor que OUT1. A Figura 93 detalha os valores encontrados em OUT5 durante a condição de ausência de fuga.

Figura 92 - Medição teste de alarme. Detalhe em OUT2 em nível de normalidade

Figura 93 - Medição teste de alarme. Detalhe em OUT5 em nível de normalidade

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Na sequência, a Figura 94 e Figura 95 mostra o ponto que ocorre o alarme de falha. Em OUT2, a tensão de alarme é de 108 mV e, em OUT5, é de 1,54 V.

Figura 94 - Medição teste de alarme. Detalhe em OUT5 em nível de alarme

Figura 95 - Medição teste de alarme. Detalhe em OUT5 em nível de alarme

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Esse teste mostrou que há uma boa diferença entre a tensão da condição de circuito normal e circuito em falha, contribuindo para evitar alarmes indevidos.

O teste também deixa claro que o alarme causa a saturação dos amplificadores operacionais conforme esperado, tensão limitada em 1,56 V mostrada na Figura 95.

A Figura 96 retrata o circuito de teste, a 96 mostra a placa em detalhe com led D2 Normal aceso, a 97 a corrente de 10 mA aplicada ao circuito, a 98 o led D1 Falha atuado pela corrente diferencial de 20 mA, mostrada pela Figura 100, aplicada ao circuito.

Figura 96 - Foto do circuito de teste

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Figura 97 - Circuito em condição normal

Figura 98 - Detalhe da corrente aplicada em condição normal

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Figura 99 - Circuito em alarme

Figura 100 - Corrente de fuga de 20 mA

Fonte: Elaboração do autor, 2019.

Durante as simulações, os testes de aumento da corrente circulante no circuito monitorado causaram interferência no funcionamento do sensor diferencial, porém essas simulações não foram conclusivas.

Para sanar as dúvidas que permaneceram, foi montado o circuito da Figura 101.

Figura 101 - Circuito montado com simulação de carga variável

Semelhante ao teste anterior, agora um reostato faz o papel de carga do circuito. A corrente que alimenta essa carga passa igualmente pelos dois sensores de corrente e, dessa forma, não há corrente diferencial causado pela carga.

Os testes seguiram a mesma linha. Uma corrente de 10 mA foi ajustada como desequilíbrio normal do circuito e ela foi aumentada até ocorrer o alarme, com retorno ao ponto normal em seguida. Durante esses testes de alarme e normalização, a corrente da carga foi variada entre 1 e 3 Ampéres.

A conclusão foi que ocorreu uma leve alteração nos níveis de tensão em OUT5, porém não foi suficiente para influenciar no comportamento do sensor de falha. Talvez, essa influência ocorreu por estar sendo usada a mesma fonte para alimentar a carga e a placa. Essa dúvida será totalmente eliminada durante os testes reais em campo.

Portanto, após esses testes em laboratório, foi possível passar para a próxima etapa, os testes em campo.

4.4.5 Testes em campo

Para a realização dos testes, foi utilizado o circuito de iluminação de emergência da subestação. Este circuito alimenta uma carga de 3,6 A em 125 Vcc.

Os sensores foram instalados na saída do quadro de comando, ficando esses em série com a carga.

Após a instalação, foi efetuado o ajuste da corrente de desequilíbrio encontrada nesse circuito.

Em seguida, foi executada a calibração e efetuados testes de fuga no circuito, seguindo a mesma sequência dos testes no laboratório. Os resultados ficaram próximos aos padrões já obtidos durante os testes de laboratório.

Os ensaios validaram a proposta, porém mostraram que ainda persiste uma necessidade de melhoria no circuito sensor para que esse não alarme indevidamente, como foi observado nos testes em campo.

A Figura 102 mostra o local da instalação dos sensores. A montagem ficou dentro dos moldes já usados nos testes em laboratório.

Figura 102 - Sensor instalado no painel de iluminação de emergência

5 CONCLUSÃO

A busca pela melhoria de processos deve ser objetivo constante em qualquer atividade produtiva. Em uma atividade que presta serviço essencial para a sociedade onde este serviço é custeado por todos os membros, torna-se mais imperativo a necessidade de otimização.

Esta monografia teve como objetivo principal a busca de uma solução técnica para agilizar o processo de pesquisa de fuga à terra nos barramentos de corrente contínua da Subestação Biguaçu.

Para o alcance dos objetivos, o autor estudou em detalhes o sistema de corrente contínua da subestação, avaliou possíveis soluções e aprofundou seus estudos acadêmicos em eletrônica.

O processo de desenvolvimento da solução passou por diversas etapas. Inicialmente, passou por estudos auxiliados por simulação computacional, na sequencia, foram elaborados protótipos os quais foram ensaiados em laboratório e em campo.

Todas essas etapas geraram dados muito úteis para análise do sistema de corrente contínua instalado na subestação.

O estudo detectou um superdimensionamento no circuito dos diodos de fonte. Cabos de 1,5 mm² e 2,5 mm² em circuitos dentro de painéis onde a corrente não supera 2 A e não há comprimentos significativos de cablagem. Este circuito está dimensionado para 16 A.

Foi encontrado um risco operacional em circuitos que possuam relés que precisam de baixa corrente para atuação. Um aterramento por falha de isolamento ou acidental, durante os testes, pode causar o desligamento de alguma FT ou promover desligamentos gerais da subestação.

No quesito cumprimento dos objetivos geral e específicos, conseguiu-se cumpri- los em sua totalidade.

O estudo do sistema de corrente contínua foi executado em detalhes, garantindo uma visão minuciosa dos componentes e de suas aplicações.

Foi criado um protótipo de chaveador de fonte que poderá ser adotado pela ELETROSUL como um produto final a um custo baixo de material e com a utilização de mão de obra da própria Empresa.

Também ficou evidente que a atual solução usada, através de relés RF4, pode ser usada.

Foi criado um protótipo de sensoriamento de fuga por circuito CC que cumpriu os objetivos de propor uma solução para a atual dificuldade de localizar o ponto com problema de isolamento. Esse protótipo poderá ser transformado em produto final pela ELETROSUL, se for dada sequência nas melhorias necessárias.

A redução de custo poderá ser alcançada se forem instaladas as soluções propostas, sendo possível, em tempo real, visualizar o circuito que está com problemas, promovendo seu imediato desligamento através de automatismo ou através da intervenção humana local ou remota.