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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação


Escola Politécnica
 
Engenharia de Energia e Automação Elétricas
 
Disciplina: PEA3411 - Introdução à Automação de Sistemas Elétricos
Introduction to Electric Systems Automation

Créditos Aula: 2
Créditos Trabalho: 1
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2022 Desativação:

Objetivos
O objetivo desta disciplina é fornecer aos estudantes os conceitos básicos associados aos equipamentos modernos (sistemas embarcados) utilizados na automação, controle, proteção e medição de sistemas elétricos. Através de aulas teóricas e atividades de projeto espera-se que os alunos possam realizar a seleção e a aplicação dos componentes básicos e tecnologias associadas à automação de sistemas elétricos de potência e à automação industrial, bem como dar subsídios para a criação e desenvolvimento de novos equipamentos e dispositivos embarcados para o setor.
 
The objective of this course is to provide students with the basic concepts associated with modern equipments (embedded systems) used in the automation, control, protection and measurement of electrical systems. Through theoretical classes and project activities, students are expected to be able to select and apply the basic components and technologies associated with the automation of power systems and industrial automation, as well as to provide subsidies for the creation and development of new equipment and embedded devices for the sector.
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
72828 - Eduardo Cesar Senger
466104 - Eduardo Lorenzetti Pellini
742530 - Giovanni Manassero Junior
6919284 - Milana Lima dos Santos
 
Programa Resumido
As aulas dessa disciplina são principalmente teóricas, com a apresentação do contexto de automação de sistemas elétricos, seus equipamentos típicos, especificações técnicas e características funcionais. Nas aulas são utilizados vários conceitos multidisciplinares para o projeto detalhado de um dispositivo completo para aplicações em proteção, medição, controle e automação de sistemas elétricos. Através de aulas demonstrativas e palestras de apoio, o aluno também poderá se familiarizar com os conceitos e tecnologias utilizadas no setor.
 
The classes in this discipline are mainly theoretical, presenting the context of electrical systems automation, their typical equipment, technical specifications and functional characteristics. In the classes, several multidisciplinary concepts are used for the detailed design of a complete device for applications in protection, measurement, control and automation of electrical systems. Through demonstrative classes and support lectures, the student will also be able to familiarize himself with the concepts and technologies used in the sector.
 
 
Programa
As aulas desta disciplina apresentam vários tópicos de forma teórica, prática e demonstrativa. As aulas são distribuídas ao longo de todo o semestre, com o apoio de atividades e trabalhos extra-classe, de especificação, projeto e simulação.

Os tópicos abordados são:
Conceitos dos sistemas de proteção, automação, controle e supervisão das redes elétricas de potência e sistemas industriais. Funcionalidades e recursos básicos dos dispositivos utilizados. Estrutura hierárquica da automação em sistemas elétricos e indústriais.
Conceitos básicos de sensores, transdutores, instrumentação, acionamentos e atuadores usados no setor. Topologias básicas de subestações e sistemas elétricos de potência. Sistemas manuais e automáticos. Sistemas locais e remotos. Equipamentos primários principais.
Detalhes de equipamentos primários e dos dispositivos de proteção, automação e controle. Arquitetura de dispositivos eletrônicos e digitais embarcados de automação, controle e proteção. Particularidades de dispositivos eletrônicos inteligentes (IED, ou Intelligent Electronic Devices) e Controladores programáveis (CP). 
Projeto básico de um dispositivo eletrônico inteligente. Entradas, saídas, canais de comunicação, interfaces humano-máquina e fonte de alimentação. Circuitos de entrada e saída digitais. Requisitos, funcionamento, especificação e projeto. Circuitos de condicionamento, proteção e isolamento galvânico. Tratamento de sinais digitais de entradas e saídas. Aplicações em campo.
Circuitos de entradas e saídas analógicas. Requisitos, funcionamento, especificação e projeto. Cuidados com compatibilidade eletromagnética. Circuitos de condicionamento, isolamento galvânico, proteção e filtragem analógica. Tratamento de sinais analógicos de entradas e saídas. Aplicações em campo com transformadores de instrumentação de alta potência (HPIT).
Teoria da amostragem. Recobrimento espectral. Especificação, projeto e síntese de filtros analógicos anti-aliasing.
Sinais típicos de sistemas elétricos de potência. Arquivos de oscilografia reais e séries de dados obtidas em softwares de simulação. Arquivos COMTRADE.
Amostragem. Sample & Hold, digitalização e síntese de sinais. Conversores AD e DA. Processamento digital de sinais num sistema executivo cíclico.
Sistemas de tempo discreto. Transformada Z bilinear. Equações de diferenças. Aplicações com microprocessadores, microcontroladores.
Filtros digitais tipo FIR e IIR. Exemplo de síntese de filtros e compensadores digitais. Exemplos com integradores, filtros passa-baixa e passa alta.
Aplicações para medição fasorial de grandezas elétricas com transformada discreta de Fourier. Análise do comportamento da componente fundamental, de harmônicas e de componentes aperiódicas.
Interface humano-máquina. Noções básicas de sistemas de supervisão e controle SCADA. Noções básicas de sistemas de comunicação. Noções de IEC 61850, dispositivos físicos, nós lógicos e funções de proteção, automação e controle.
 
The classes in this course present various topics in a theoretical, practical and demonstrative way. Classes are distributed throughout the semester, with the support of extra-class activities and homework, for specification, design and simulation. Topics covered are: Electrical power networks and industrial systems concepts, for protection, automation, control and supervision. Basic functionalities and features of devices used. Hierarchical structure of automation in electrical and industrial systems. Basic concepts for sensors, transducers, instrumentation, drives and actuators used. Basic topologies of substations and electrical power systems. Manual and automatic systems. Local and remote systems. Primary equipments. Details for primary equipment and protection, automation and control devices. Architecture of embedded electronic and digital devices for automation, control and protection. Particularities of intelligent electronic devices (IED) and programmable controllers (CP). Basic design of an intelligent electronic device. Inputs, outputs, communication channels, human-machine interfaces and power supply. Digital input and output circuits. Requirements, operation principles, specification and design. Circuits for conditioning, protection and galvanic isolation. Processing of digital signals from inputs to outputs. Field applications. Analog input and output circuits. Requirements, operation principles, specification and design. Comments about electromagnetic compatibility. Conditioning circuits, galvanic isolation, electric protection and analog filtering. Signal processing from analog inputs to analog outputs. Field applications with HPIT- high power instrumentation transformers. Digital sampling theory. Spectral aliasing. Specification, design and synthesis of analog filters for anti-aliasing applications. Typical electrical power systems signals. Actual oscillography files from field data, and data series obtained from simulation software. COMTRADE files. Sampling. Sample & Hold. Digitization and signal synthesis. AD and DA converters. Digital signal processing with a cyclic executive system. Discrete time systems. Bilinear Z transform. Difference equations. Applications with microprocessors and microcontrollers. Digital filters: FIR and IIR. Example of synthesis of filters and digital compensators. Examples with integrators, low-pass and high-pass filters. Applications for phasor measurement of electrical quantities with Discrete Fourier Transform. Behavior analysis for the fundamental component, harmonics and aperiodic component. Human-machine interface. Basics for SCADA supervision and control systems. Communication systems fundamentals. Basic topics from IEC 61850.
 
 
Avaliação
     
Método
Provas e exercícios.
Critério
Média aritmética ponderada de avaliações, trabalhos e exercícios, cujos pesos são detalhados em cada oferecimento da disciplina.
Norma de Recuperação
Avaliação
 
Bibliografia
     
PELLINI, E. L.; SENGER E. C.; SANTOS, M. L.; MANASSERO JR., G. Notas de aula, exercícios e atividades. São Paulo: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas, 2017.
JARDINI, J. A. Sistemas elétricos de potência: automação. Disponível em: https://social.stoa.usp.br/articles/0015/9029/1997-Jardini-Livro-pp1-294-Sistemas-ElA_tricos-De-PotA_ncia-AutomaA_A_o.pdf. Acesso em: março de 2017.
LEE, E. A., Seshia, S. A., Introduction to Embedded Systems, Second Edition: A Cyber-Physical Systems Approach, The MIT Press, 2nd Edition, 2016.
Vahid, F. Givargis, T. D., Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Introduction, Wiley; 2001.
Chen, S., Ghaemi, E., Mazidi, M. A., STM32 Arm Programming for Embedded Systems, MicroDigitalEd, 1ª Edição, 2018.
REBIZANT, W.; SZAFRAN, J.; WISZNIEWSKI. Digital Signal Processing in Power System Protection and Control. Londres: Springer – Verlag, 2011.
OPPENHEIM, A. V., WILLSKY, A. S., NAWAS, S. H., Sinais e Sistemas, São Paulo: Pearson, 2010.
TC57, I. E. C. IEC 61850: Communication networks and systems for power utility automation. International Electrotechnical Commission, 2016.
TC65/SC 65B, I. E. C. IEC 61131: Programmable controllers. International Electrotechnical Commission, 2013.
BLACKBURN, J. L.; DOMIN, T.J. Protective relaying – principles and applications. 4. ed. Boca Raton: CRC press, 2014.
PHADKE, A. G.; THORP, J. S. Computer relaying for power systems. Chichester: John Wilen & Sons Ltd., 2009.
 

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