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.
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.
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.
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.