Desenvolvimentos heroicos em testes de relés
Niclas Wetterstrand, Desenvolvimento de Negócios
O progresso é uma coisa maravilhosa, porém, particularmente no mundo da tecnologia elétrica, o progresso em uma área pode gerar desafios significativos em outra área. Recentes desenvolvimentos em relés de proteção exigiram esforços quase heroicos dos fabricantes de equipamentos de teste para conceber produtos que testassem os relés mais recentes de forma fácil, eficaz e segura, mantendo a versatilidade necessária para trabalhar com tipos mais antigos.
Existe, sem dúvida, uma vasta gama de equipamentos de ensaio de relé de proteção no mercado; na verdade, muitos dos modelos mais populares são fabricados pela Megger. Por isso, talvez fosse compreensível se os membros da equipe de design da empresa estivessem contentes por desfrutar dos louros e dedicassem os seus esforços para gerar atualizações úteis, mas relativamente pequenas.
No entanto, ouviram falar que a exigência de alguns usuários e potenciais usuários de equipamento de ensaio de relé não estavam sendo adequadamente cumpridas e que havia uma necessidade urgente de um conjunto de testes novo e inovador para atender ao nicho crescente no mercado.
Alguns usuários estavam relatando que precisavam testar relés simples de tensão e corrente, mas que os últimos tipos de três fases eram tão inteligentes que não podiam ser simuladas injetando apenas uma fase. Outros diziam que precisavam realizar testes em relés trifásicos ligados à rede de 230 V CA, mas que os conjuntos de testes mais simples não podiam produzir uma tensão de saída suficientemente alta.
Uma reclamação de muitos usuários foi que eles compravam conjuntos de testes sofisticados e caros para obter acesso a apenas algumas das opções avançadas fornecidas, mas em seus aplicativos, até 90% das funcionalidades restantes nunca seriam usadas. O comentário geral era sobre a necessidade de combinar versatilidade com simplicidade e segurança.
Muitos conjuntos de testes trifásicos podem ser configurados para fornecer tensões e correntes mais altas para testes monofásicos, mas isso normalmente exige a configuração de um emaranhado de cabos e conectores. Não só isso consome tempo, mas também induz a cometer erros que poderiam colocar o instrumento e o usuário em risco.
No início parecia improvável que seria possível produzir um instrumento com preços acessíveis que abordasse todos esses problemas, mas os destemidos membros da equipe de design de equipamentos de teste não desistem. Eles continuaram a se empenhar no desafio até que uma solução prática começou a surgir em formato de caixa de ferramentas de testes multifuncionais para testes de proteção em subestações.
Ao desenvolver essa solução inovadora, os principais fatores que os projetistas levaram em consideração foram a necessidade de que os esquemas modernos de proteção de relés de distribuição fossem testados por injeção secundária trifásica e também a necessidade de os conjuntos de testes oferecerem saídas de alta potência e alta amplitude para uso nos testes monofásicos em transformadores de corrente e tensão e injeção primária em barramentos de distribuição. E, é claro eles sabiam que a mudança entre o modo trifásico e o modo monofásico tinha que ser rápida, fácil e segura.
O conceito de caixa de ferramentas era bom, mas, como sempre, a concretização foi uma longa jornada. Em particular encontrar uma maneira prática de alternar entre os modos de operação trifásico e monofásico sem um emaranhado de fios foi uma dor de cabeça no começo.
Então, a inspiração veio – não usar fios flexíveis, usar elos rígidos para fazer as conexões necessárias! Assim, o emaranhado de cabos foi eliminado e, após cuidadosos esboços e medições, comprovaram ser possível posicionar os soquetes de um jeito que seria fisicamente impossível fazer as conexões erradas. Essas ideias simples, porém inovadoras, viabilizaram a praticidade com a segurança e a velocidade, exatamente como os usuários precisavam.
O pensamento igualmente inovador foi aplicado a outros aspectos do design do instrumento. Ele possui três canais de corrente totalmente isolados que podem ser conectados em série ou em paralelo e são capazes de fornecer 35 A CC ou CA na faixa de 10 a 600 Hz. A capacidade máxima é uma generosa 250 VA e a tensão de conformidade é de 50 V a 5 A. Em testes monofásicos, as três saídas conectadas em paralelo podem fornecer até 105 A por 10 segundos intermitentes ou 60 A contínuos.
O instrumento também possui quatro geradores de tensão totalmente isolados, que podem ser conectados em série ou em paralelo. Individualmente eles fornecem até 300 V CC ou CA de 10 a 600 Hz e têm uma capacidade máxima de 125 VA. Em aplicações monofásicas, com três dos geradores de tensão conectados em série, pode-se produzir tensões de saída de até 900 V, deixando o quarto gerador de tensão disponível para alimentar o relé. Como era esperado, a frequência, a amplitude e o ângulo de fase de todas as fontes de tensão e corrente podem ser controlados independentemente.
Este é um grande começo, mas o conceito deste instrumento era uma caixa de ferramentas multifuncional para engenheiros, então, eram necessárias mais algumas ferramentas. Foram fornecidos então, um amperímetro analógico e um voltímetro analógico, juntamente com recursos para medir uma ampla gama de parâmetros, como ângulo de fase; potência ativa, reativa e aparente; fator de potência; resistência; reatância e frequência.
Mais versatilidade foi incorporada, fornecendo uma saída binária e quatro entradas binárias programáveis de forma independente, complementadas por um temporizador que pode, se necessário, ser usado independentemente dos geradores de corrente e tensão. Também foi incorporada uma porta USB para atualizações de firmware e para carregar e baixar arquivos de teste.
A equipe de design poderia agora estar satisfeita com a especificação de hardware do seu novo instrumento, mas o melhor hardware do mundo tem pouco valor se for difícil de utilizar – e este era um problema nos antigos sistemas de teste de relé de proteção. Então, a equipe estava determinada a garantir que a interface de usuário do novo instrumento fosse intuitiva, simples e fácil de usar.
Por isso, a interface é centrada na tela de toque com acesso a uma ampla variedade de instrumentos de teste virtuais pré-configurados, permitindo selecionar a função de teste necessária de forma rápida e fácil. O instrumento virtual principal fornece testes de temporização e opções para a determinação manual dos pontos de acionamento e desarme do relé, juntamente com recursos gerais para geração, injeção e medição de correntes e tensões.
Outros instrumentos virtuais incluem um instrumento de magnetização de TC, um instrumento de falha pré-falha, um instrumento de rampa e um instrumento de sequência. Um instrumento de impedância também é fornecido, o que permite que os relés sejam testados diretamente do plano de impedância com a conversão de impedância em tensões e correntes aplicadas automaticamente pelo conjunto de testes.
Total controle e configuração manual também são suportados e, além da tela de toque, o instrumento é fornecido com um grande botão giratório que pode ser configurado conforme necessário para controlar os geradores de corrente e tensão. As configurações de teste e os resultados de teste são armazenados na memória não volátil interna e podem ser prontamente transferidos de e para um PC pela porta USB do instrumento.
Possui um modo avançado que permite a geração harmônica. Nesse modo, cada gerador de tensão ou corrente individual pode ser configurado para produzir uma forma de onda harmônica e uma segunda ou até mesmo terceira camada de harmônica pode ser sobreposta sobre a frequência fundamental.
Será que os esforços da equipe de design da Megger no desenvolvimento do novo instrumento, o SVERKER900, foram bem-sucedidos em acabar com a complexidade, o alto custo e a falta de versatilidade no teste de relé de proteção? Apenas o tempo e o mercado dirão com certeza, mas tudo indica que sim.
O novo instrumento já está ganhando destaque em aplicações como comissionamento e manutenção de subestações de distribuição e instalações de geradores; teste de relés de proteção eletromecânicos, estáticos e numéricos; plotagem de curvas de excitação de transformadores de corrente; medição de carga para TCs; medição de polaridade/direção; medição de impedância; testes de injeção monofásica e trifásica em equipamentos de manobra; verificação de valores de indicação e medição do SCADA; e medições de rede. Uma verdadeira caixa de ferramentas para engenheiros!
