BR102013025530A2 - Sistema de proteção melhorado contra falhas de fase única para redes de distribuição de média tensão - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE PROTEÇÃO MELHORADO CONTRA FALHAS DE FASE ÚNICA PARA REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE MÉDIA TENSÃO A presente invenção refere-se a rede de distribuição de energia elétrica que compreende um alimentador de tensão média (1) tendo uma extremidade a montante direcionada para ser conectada a uma fonte de alimentação (2). O alimentador (1) inclui pelo menos o primeiro (Pi) e o segundo (Pi+1) relés de proteção consecutivos posicionados ao longo do alimentador (1) e definindo as extremidades de um primeiro elemento (Oi) a ser monitorado. O primeiro relé de proteção (Pi) inclui um módulo de pesquisa (Mi) configurado para desarmar um disjuntor (Ci) para interromper a distribuição de energia elétrica: * após um primeiro atraso de tempo (Ti1) quando o módulo de pesquisa (Mi) detecta uma falha permanente com fase única (D) em uma área de monitoramento (Li) do primeiro elemento (Oi); e * após um segundo atraso de tempo (Ti2) mais longo do que o primeiro atraso de tempo (Ti1) quando o módulo de pesquisa (Mi) detecta uma falha permanente com fase única (D) em uma área de monitoramento adicional (L'i) localizada a jusante da área (Li).
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE PROTEÇÃO MELHORADO CONTRA FALHAS DE FASE ÚNICA PARA REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE MÉDIA TENSÃO".
Antecedentes da Invenção A presente invenção refere-se a uma rede de distribuição de e
nergia elétrica compreendendo um alimentador de tensão média tendo uma extremidade a montante e uma extremidade a jusante, a extremidade a montante sendo direcionada para ser conectada a uma fonte de alimentação. Estado da Técnica
A distribuição de energia elétrica, dos centros de produção aos
clientes, é organizada em dois níveis principais. O primeiro nível corresponde a uma rede de transmissão de alta tensão (HV) geralmente para uma tensão de fase-fase maior do que 50 kV. A rede de transmissão de alta tensão é direcionada para transmitir a energia elétrica dos centros de produção 15 e usinas nucleares aos centros de distribuição que servem as áreas de consumo de energia. O segundo nível corresponde a uma rede de distribuição de média tensão (MV) geralmente para uma tensão de fase-fase menor do que 50 kV. A rede de distribuição de média tensão permite transportar localmente a energia elétrica dos centros de distribuição ao cliente final.
Redes de distribuição de energia elétrica atuais permanecem em
desenvolvimento. Como um exemplo, o desenvolvimento e as regulações inventivas para energias renováveis promoveram um aumento considerável da taxa de conexão dos dispositivos de geração de energia dispersada (DG). Assim, um sistema de proteção associado com uma rede elétrica de média 25 tensão da corrente deveria adaptar a tal evolução para melhorar a qualidade da fonte de alimentação e serviço de conexão. Distribuidores primeiro tentam manter um número máximo de consumidores e, por uma determinada extensão, um número máximo de produtores locais, conectados, no caso de uma falha deveria ocorrer no sistema. Assim, as redes de distribuição de 30 energia são preferivelmente divididas em áreas protegidas por proteções instaladas pela rede.
Geralmente, um relé de proteção é usado para detectar as falhas de isolamento capazes de ocorrer em uma rede elétrica. A função do relé de proteção é obtida pelos módulos multifuncionais que continuamente comparam as quantidades elétricas da rede aos limites. De acordo com o tipo de relé de proteção, os módulos multifuncionais podem medir uma cor5 rente, uma tensão, ou ainda uma frequência, e calcular a partir destas quantidades medidas outras quantidades, e especialmente potências e impedâncias. Uma proteção detecta uma falha quando uma quantidade medida ou quantidade calculada tem um valor anormal. Assim, o módulo multifuncional fornece ordens de ação, como a ordem para abrir um circuito disjuntor.
A eficiência de um sistema para proteger uma rede de distribui
ção de energia elétrica depende muito da seletividade das proteções instaladas em uma rede. A seletividade significa a forma de ajustar os relés de proteção para permitir que funcionem corretamente, de forma coordenada, e o mais rápido possível. A seletividade introduz ajustes precisos que permitem 15 que os relés de proteção isolem a área do sistema compreendendo uma falha enquanto deixa as outras partes de som do sistema ligadas, se possível. De acordo com a configuração da rede de distribuição de energia, e de acordo com os meios disponíveis para o designer da rede, diferentes seletividades podem ser implementadas.
Como um exemplo, seletividades diferenciais e lógicas podem
ser usadas em um sistema de proteção de uma rede de distribuição de média tensão. Entretanto, tais seletividades exigem uma rápida comunicação entre os relés de proteção para um uso eficiente em um sistema de proteções instaladas em série. A comunicação entre os relés de proteção implica 25 no uso de cabos de conexão adicionais, e assim um custo mais elevado e um risco adicional de falha. Geralmente, para ter vários relés de proteção operando em série, os relés de proteção usam uma seletividade cronométrica. As proteções instaladas em um alimentador conectado a uma subestação HV/MV, são ajustadas com um atraso de tempo decrescente da subes30 tação HV/MV na extremidade do alimentador oposta à dita subestação HV/MV. Assim, com relação aos limites de atraso de tempo e a necessidade de ter as proteções de reserva, o número de proteções que pode ser instaladas é limitado e geralmente não excede três proteções.
Uma seletividade de tempo-espaço pode ainda ser usada em uma rede elétrica compreendendo várias proteções dispostas em série. Este tipo de seletividade depende da determinação por uma dada proteção, de 5 uma área de ocorrência de falha. Quando a rede não é homogênea, determinando a localização onde uma falha ocorre, ou anda de uma área de ocorrência de falha, se torna difícil, limitando o uso deste tipo de seletividade nas redes de média tensão. Atualmente, as redes de distribuição de tensão média são crescentemente complexas. Ainda, a maioria destas redes são redes 10 heterogêneas que podem compreender os dispositivos de geração dispersada (DG). Determinar uma área de ocorrência de falha neste tipo de rede então se torna uma tarefa complicada.
Sumário da Invenção
A invenção tem o objetivo de fornecer um sistema de proteção para uma rede elétrica de distribuição com tensão média, compreendendo várias proteções em série, que é fácil de implementar e capaz de adaptar às diferentes configurações das redes de distribuição, e especialmente as compreendendo condutores heterogêneos.
Este objetivo tende a ser atingido forneceu uma rede de distribu20 ição de energia elétrica compreendendo um alimentador de tensão média tendo uma extremidade a montante e uma extremidade a jusante, a extremidade a montante sendo direcionada para ser conectada a uma fonte de alimentação, e pelo menos o primeiro e o segundo relé de proteção consecutivos posicionados pelo dito alimentador e dispostos de modo que o primeiro 25 esteja localizado entre a extremidade a montante do alimentador e o segundo relé de proteção, o primeiro e o segundo relé de proteção definindo as extremidades a montante e a jusante de um primeiro elemento associado com o primeiro relé de proteção.
Ainda, o primeiro relé de proteção compreende um disjuntor para cortar a distribuição de energia elétrica a jusante do primeiro relé de proteção, e um módulo de pesquisa configurado para detectar uma falha permanente com fase única a jusante do primeiro relé de proteção, o módulo de pesquisa sendo fornecido com uma corrente de fase e circuito de medição da tensão de fase.
O primeiro relé de proteção ainda compreende um sistema para calcular uma quantidade complexa Zi tendo uma parte real Re(Zi) e uma par5 te imaginária Im(Zi), da tensão da fase medida e corrente de fase, e um circuito para comparar a quantidade complexa calculada Zi com os primeiro e segundo limites complexos correspondentes às primeira e segunda linhas retas em um plano complexo associado com o quadro de referência (O, Re(Zi), Im(Zi)).
O primeiro limite complexo define no plano complexo um primei
ro domínio configurado para representar a ocorrência de uma falha permanente com fase única em uma área de monitoramento compreendida no primeiro elemento e tendo o primeiro relé de proteção como uma extremidade a montante. Os primeiro e segundo limites ainda definem no plano complexo 15 um segundo domínio que não sobrepõe com o primeiro domínio, e que é configurado para representar a ocorrência de uma falha permanente com fase única em uma área adicional de monitoramento distinta da área de monitoramento e disposta a jusante desta de modo que a extremidade a jusante da área de monitoramento corresponda à extremidade a montante da área 20 adicional de monitoramento.
Ainda, o disjuntor é configurado para cortar a distribuição de energia elétrica após:
- um primeiro atraso de tempo quando a quantidade complexa calculada Zi pertence ao primeiro domínio do plano complexo;
- um segundo atraso de tempo mais longo do que o primeiro a
traso de tempo quando a quantidade complexa calculada Zi pertence ao segundo disjuntor do plano complexo, e quando a falha de única fase é ainda detectada após o primeiro atraso de tempo.
Um método para proteger a rede de distribuição de energia elétrica compreendendo as seguintes etapas na detecção de uma falha permanente com fase única pelo primeiro relé de proteção é ainda fornecida:
- um cálculo da quantidade complexa Zi de uma tensão de fase e corrente de fase medidas pelo circuito de medição;
- uma comparação do valor calculado Zi com os primeiro e segundo limites complexos correspondentes às linhas retas no quadro de referência complexo (O, Re(Zi), Im(Zi));
- uma verificação da presença de uma falha permanente com
fase única tanto na área de monitoramento, ou na área adicional de monitoramento.
Breve Descrição dos Desenhos
As características e vantagens anteriores e outras da presente invenção serão discutidas em detalhes na seguinte descrição não Iimitativa das modalidades específicas em conexão com os desenhos anexos, nos quais:
-A Figura 1 ilustra esquematicamente uma rede de distribuição de energia elétrica compreendendo várias proteções dispostas em série de acordo com uma modalidade específica da invenção;
-A Figura 2 ilustra esquematicamente a representação teórica em um quadro de referência complexo de dois domínios do plano complexo, definidos pelos dois limites complexos associados com duas áreas a ser monitoradas por uma proteção disposta na rede da Figura 1;
- As Figuras 3 a 5 ilustram esquematicamente exemplos de uma
rede ou de partes das redes de distribuição de energia elétrica compreendendo três proteções em série de acordo com as modalidades da invenção;
-A Figura 6 ilustra esquematicamente uma rede de distribuição de energia elétrica teórica para finalidades de estudo compreendendo três proteções em série;
-A Figura 7 ilustra esquematicamente a representação em um quadro de referência complexo dos valores, obtidos pela simulação, de uma quantidade complexa associada com uma proteção disposta no sistema de estudo teórico da Figura 6;
-A Figura 8 ilustra esquematicamente a representação em um
quadro de referência complexo dos valores de uma quantidade complexa associada com uma proteção disposta em um sistema de estudo teórico, obtido pela simulação; e
- A Figura 9 mostra as etapas de um método para modular um coeficiente do cálculo para a determinação dos limites complexos associados com uma proteção disposta na rede da Figura 1.
Descrição das Modalidades Preferidas
De acordo com uma modalidade da invenção ilustrada na Figura 1, uma rede de distribuição de energia elétrica compreende um alimentador de tensão média 1 tendo uma extremidade a montante e uma extremidade a jusante. A extremidade a montante é direcionada para ser conectada a uma 10 fonte de alimentação 2, assim permitindo a distribuição de energia elétrica por uma direção de distribuição 3. A fonte de alimentação 2 pode ser formada por uma subestação da tensão alta para média (HV/MV). A subestação HV/MV significa a interface entre uma rede de transmissão de alta tensão e uma rede de distribuição de média tensão. Uma subestação HV/MV ainda 15 compreende transformadores HV/MV, alimentadores de entrada, uma barra de suporte, e alimentadores de saída.
O sistema ainda compreende pelo menos duas proteções instaladas no alimentador 1. Na seguinte descrição, e para simplificar a observação das diferentes proteções instaladas no alimentador 1, será considerado 20 que as proteções formam uma série de n proteções, n sendo um número inteiro maior ou igual a 2, e que cada proteção Pj desta série será associada com uma fileira j, j sendo um número inteiro que varia entre 1 e n. Proteções Pj são posicionadas no alimentador 1 da extremidade a montante à extremidade a jusante do alimentador 1 de acordo com uma fileira crescente j.
Conforme ilustrado na Figura 1, o sistema compreende pelo me
nos primeiro e segundo relés de proteção consecutivos P, e P,+i, posicionadas pelo dito alimentador 1, e dispostos de modo que o primeiro relé de proteção P. está disposto entre a extremidade a montante do alimentador 1, pela direção de distribuição 3, e o segundo relé de proteção P,+i. O primeiro e o 30 segundo relés de proteção P, e P,+i definem as extremidades a montante e a jusante, pela direção de distribuição 3, de um primeiro elemento O,. Elemento significa uma seção do alimentador 1 delimitada por dois disjuntores e capazes de compreender condutores heterogêneos, por exemplo, catenárias e cabos subterrâneos. Elemento O, é associado com o primeiro relé de proteção Pi. Ainda o sistema compreende um segundo elemento 0,+i associado com o segundo relé de proteção P,+i que define sua extremidade a montante.
O primeiro relé de proteção P, compreende um módulo de pes
quisa Mi, geralmente chamado relé de proteção, e o disjuntor C, configurado para interromper a distribuição de energia elétrica, a jusante do primeiro relé de proteção P,. O disjuntor C, é controlado pelo módulo de pesquisa Mi que é fornecido com uma corrente de fase e circuito de medição da tensão de fase. 10 O módulo de pesquisa Mi é configurado para detectar uma falha permanente com fase única D que aparece a jusante do primeiro relé de proteção Pj, e para determinar a direcionalidade da corrente desta falha e a fase com falha. O módulo de pesquisa Mi ainda tem a função para discriminar uma área do alimentador localizado a jusante do primeiro relé de proteção Pj, compreen15 dendo a falha permanente com fase única D.
Para uma fonte de alimentação 2 formada por uma subestação HV/MV de solo neutro compensada, a detecção de falhas pelo módulo de pesquisa Mi no alimentador 1 é preferencialmente realizada com base nos critérios usados por uma proteção do tipo PWH (PWH representando a frase 20 francesa "protection wattmétrique homopotaire", que é, proteção wattimétrica zero seqüência). Atualmente, os relés de proteção do tipo PWH utilizado componente ativo da energia zero seqüência. Para as outras conexões ao solo, o módulo de pesquisa Mi pode usar um critério de corrente direcional usando a corrente zero seqüência. Tal detecção está associada com um 25 princípio de detecção da fase com falha que permite aplicar um algoritmo de discriminação na fase com falha apenas.
O primeiro relé de proteção P, opera de acordo com uma seletividade de tempo-espaço. Em outras palavras, na detecção de uma falha permanente com fase única D que aparece no alimentador 1 e a jusante do 30 primeiro relé de proteção Pj, o módulo de pesquisa Mi determina uma área de tamanho variável de ocorrência de falha D no alimentador 1. De acordo com a posição da área de ocorrência da falha D no alimentador 1, o módulo de pesquisa Mi decide continuar ou cortar a distribuição de energia elétrica a jusante do primeiro relé de proteção P,. Para cortar a distribuição de energia elétrica, o módulo de pesquisa Mi fornece o disjuntor Ci a ordem de desarme após um atraso de tempo previamente determinado. O valor do atraso de 5 tempo para o desarme do disjuntor Ci depende da posição da dita área de ocorrência de falha D no alimentador 1.
O primeiro relé de proteção Pi é configurado para calcular um valor complexo Zi tendo uma parte real Re(Zi) e uma parte imaginária Im(Zi), para determinar a área do alimentador compreendendo uma falha perma10 nente com fase única D. O valor complexo Zi é calculado por um sistema de cálculo compreendido dentro do primeiro relé de proteção Pi, com base na tensão de fase e corrente de fase medida pelo circuito de medição do módulo de pesquisa Mi.
O primeiro relé de proteção Pi ainda compreende um circuito pa15 ra comparar a quantidade complexa calculada Zi com primeiro e segundo limites complexos Sn e Si2. Conforme ilustrado nas Figuras 2 e 3, os primeiro e segundo limites complexos Sn e Si2, por exemplo, respectivamente correspondem às primeiras e segundas linhas retas em um plano complexo associado com quadro de referência ortogonal (O, Re(Zi), Im(Zi)). O primeiro Iimi20 te complexo Sn define no plano complexo um primeiro domínio Bn configurado para representar a ocorrência de uma falha permanente com fase única D em uma área de monitoramento Li associada com o primeiro relé de proteção Pi e compreendida no primeiro elemento Oi. O primeiro relé de proteção Pi forma a extremidade a montante Xi da área de monitoramento Li (e do 25 primeiro elemento Oi). Os primeiro e segundo limites Sn e Si2 ainda definem no plano complexo um segundo domínio Bi2, configurado para representar a ocorrência de uma falha permanente com fase única D em uma área adicional de monitoramento L', distinta da área de monitoramento Li e disposta a jusante desta.
Vantajosamente, para que o primeiro relé de proteção Pi possa
monitorar todas as partes do elemento Oi, a área adicional L', é definida nos primeiro e segundo elementos Oi e Oi+i de modo que a extremidade a jusante Yi da área Li, disposta no primeiro elemento O,, forma a extremidade a montante da área adicional LV Os primeiro e segundo domínios Bi1 e Bi2 são domínios do plano complexo onde os valores da quantidade calculada Zi são desenhados. Os primeiro e segundo limites complexos Sn e S,2 são determi5 nados de modo que os ditos primeiro e segundo domínios sejam distintos e não sobreponham, pelo menos, na parte do plano complexo onde os valores da quantidade calculada Zi são desenhados.
Os primeiro e segundo limites Sm e S,2 associados com o primeiro relé de proteção P, são previamente determinados de acordo com a configuração da rede. A configuração de uma rede depende dos vários parâmetros, incluindo:
- a natureza (capacitiva, resistiva, indutiva) e o valor da impedância do solo;
- o tipo de operação da rede, ou seja, se a rede e ou não ligada por outra rede de reserva;
- o estado dos disjuntores dos relés de proteção instalados no alimentador (ligado/desligado);
- a existência de dispositivos de geração dispersada (DG) conectados à rede;
- as especificações do equipamento usado na rede.
A fórmula matemática da quantidade complexa Zi considera pelo menos a posição da localização da ocorrência de falha permanente com fase única D, com relação ao circuito de medição e o valor da resistência desta falha. Devido ao meio de simulação transiente eletromagnético, é possível 25 calcular diferentes valores de quantidade complexa Zi de acordo com a variação da localização de ocorrência de uma falha permanente com fase única simulada e às variações de sua resistência. A simulação transiente eletromagnética significa uma simulação que permite modelar o sistema com equações diferenciais, e seguir a variação de tempo das diferentes quantida30 des elétricas devido à ocorrência da falha permanente com fases únicas no sistema.
Preferivelmente, a fórmula matemática da quantidade complexa Zi é selecionada de modo que a variação das partes reais e imaginárias Re(Zi) e Im(Zi) de acordo com a localização da ocorrência de uma falha permanente com fase única tendo uma resistência fixa seja uma variação monótona. Semelhantemente, a variação das partes reais e imaginárias Re(Zi) 5 e Im(Zi) da quantidade complexa Zi de acordo com a resistência de uma falha que aparece em uma localização fixa do alimentador 1 é preferivelmente selecionada para ser monótona. A localização da ocorrência da falha permanente com fase única corresponde simultaneamente à distância existente entre a falha permanente com fase única e o circuito de medição do módulo 10 de pesquisa, ponderado pela natureza dos condutores que separam o circuito de medição da falha permanente com fase única.
Os valores da quantidade complexa Zi calculados pela simulação, para falha permanente com fase única tendo características definidas, pode ser representado no quadro de referência complexo (O, Re(Zi), Im(Zi)). "Característica de uma falha permanente com fase única" designa principalmente sua localização de ocorrência x e sua resistência Rdef
A representação dos valores simulados da quantidade complexa Zi, para o primeiro relé de proteção Pi, permite delimitar o primeiro domínio Bn e o segundo domínio Bi2 do plano complexo. O primeiro domínio Bn compreende a maioria dos valores simulados da quantidade Zi correspondente a uma falha simulada tendo sua localização de ocorrência pertencente a uma seção do alimentador 1 associada com a área de monitoramento Li, e segundo domínio Bi2 compreende a maioria dos valores simulados da quantidade Zi correspondente a uma falha simulada tendo sua localização de ocorrência pertencente a uma seção do alimentador 1 associada com a área adicional de monitoramento LV De forma mais geral, os valores simulados permitem definir uma equação representando a ocorrência de uma falha permanente com fase única no limite da área de monitoramento Li com a área adicional de monitoramento LV Tal equação é representativa do primeiro limite Sm no plano complexo.
Após a determinação dos limites complexos Sm e Si2, os últimos são usados pelo circuito de comparação do primeiro relé de proteção Pi de modo que possam ser comparados com os valores da quantidade complexa Zi calculada da tensão da fase medida e corrente. O método de discriminação com limites complexos vantajosamente permite usar a parte imaginária e a parte real de quantidade complexa Zi, para uma melhor discriminação da 5 área compreendendo a falha permanente com fase única D ao longo do alimentador 1. Limites Sm e Si2 associados com o primeiro relé de proteção Pi vantajosamente correspondem às linhas retas no quadro de referência complexo (O, Re(Zi), Im(Zi)) associado com o valor complexo da quantidade calculada Zi. O limite na forma de uma linha reta define dois meio planos neste 10 plano complexo, e uma linha reta pode ser representada por uma equação linear, que facilita o cálculo. Assim, a comparação de um valor de quantidade complexa Zi calculado pelo primeiro relé de proteção Pi com o limite na forma de uma linha reta é facilmente implementado usando as equações lineares representativas dos limites.
Assim, quando uma falha permanente com fase única D é detec
tada a jusante do primeiro relé de proteção Pi, o circuito de comparação pode determinar se a falha D aparece na área de monitoramento Li associada com o primeiro relé de proteção Pi, ou na área adicional de monitoramento L',. Com base nesta discriminação, o módulo de pesquisa Mi controla o dis20 juntor Ci que é configurado para cortar a distribuição de energia elétrica após um primeiro atraso de tempo Tm quando a quantidade calculada Zi pertence ao primeiro domínio Bi1 do plano complexo, em outras palavras, a falha D aparece em uma parte do alimentador 1 associada com a área de monitoramento Li. O disjuntor Ci é ainda configurado para cortar a distribuição de e25 nergia elétrica após um segundo atraso de tempo Ti2 mais longo do que o primeiro atraso de tempo Ti1 quando a quantidade calculada Zi pertence ao segundo domínio Bi2 do plano complexo e quando a falha permanente com fase única D é ainda detectada após o primeiro atraso de tempo Ti1.
O primeiro atraso de tempo Ti1 é determinado de acordo com as restrições da rede a ser protegida. Geralmente, o primeiro atraso de tempo Ti1 corresponde ao tempo de resposta de uma proteção comum. O tempo de resposta de um relé de proteção compreende um tempo de medição da corrente de fase e/ou tensão de fase, um tempo de processamento e de análise dos dados obtidos das medições, e um tempo de resposta do disjuntor C,. O tempo de resposta de uma proteção pode ainda compreender o atraso de tempo formando uma margem de segurança. Preferivelmente, o primeiro 5 atraso de tempo Tm está na ordem de 200 ms. Como um exemplo, quando um cliente é diretamente conectado ao primeiro elemento O, a ser protegida pelo primeiro relé de proteção Pj, o primeiro atraso de tempo Ti1 vantajosamente compreende um atraso de tempo adicional considerando a proteção do cliente. Neste caso, o primeiro relé de proteção P, desarmará apenas a10 pós ter deixado um período suficiente para a resposta da proteção do cliente, se a falha aparece nas premissas do cliente. Se a proteção do cliente não começou após o atraso de tempo adicional, o primeiro relé de proteção P, assumirá e interromperá a distribuição de energia. Como um exemplo, o primeiro atraso de tempo pode estar na ordem de 500 ms, que corresponde 15 ao atraso de tempo para a proteção do cliente desarmar (tipicamente 200 ms) mais um atraso de tempo de seletividade (tipicamente 300 ms).
Vantajosamente, a rede de distribuição de energia elétrica compreende um terceiro relé de proteção P,+2 disposto entre o segundo relé de proteção P,+i e a extremidade a jusante do alimentador 1. Segundo e terceira relés de proteção P,+i e P,+2 estão dispostos no alimentador 1 para respectivamente definir as extremidades a montante e a jusante de um segundo elemento 0,+i associado com o segundo relé de proteção P,+i. A área adicional de monitoramento L', é contínua e compreende uma parte [X,+i, Y,'] do segundo elemento 0,+i. A extremidade a jusante Y, da área de monitoramento Li pode ser confusa com a posição X,+i do segundo relé de proteção P,+i no alimentador 1. Neste caso, a área de monitoramento Li é associada com o elemento O, como um todo. O fato de que a disposição das várias proteções em série no alimentador 1, e de definir pelo menos duas áreas de monitoramento associadas com cada proteção, vantajosamente permite discriminar melhor a área do alimentador 1 limitada compreendendo a falha D.
Quando uma falha permanente com fase única D aparece na seção [Xj, Yi] do primeiro elemento Oj, o módulo de pesquisa Mi do primeiro relé de proteção P, detecta esta falha na área de monitoramento Li associado com o primeiro relé de proteção P,. Assim, o primeiro relé de proteção P, rapidamente interrompe, após um primeiro atraso de tempo Tm, a distribuição de energia elétrica a jusante do primeiro relé de proteção P, para proteger o sistema, bem como os aparelhos elétricos dos clientes conectados ao sistema.
Quando uma falha permanente com fase única D aparece na parte [X,+1, Y,'] do segundo elemento Ο,+ι, é detectado pela primeira e o segundo relé de proteção P, e Pj+1. Assim, o módulo de pesquisa Mi do primeiro relé de proteção P, discrimina a falha D na área adicional de monitoramento 10 L'i. O primeiro relé de proteção P, pode agir como uma proteção de reserva para o segundo relé de proteção Pj+1. Neste caso, o primeiro relé de proteção apenas interrompe a distribuição de energia elétrica se a falha D ainda for detectada após o primeiro atraso de tempo Ti1-A distribuição de energia elétrica é então interrompida pelo disjuntor C, do primeiro relé de proteção P, 15 após o segundo atraso de tempo Ti2 mais longo do que o primeiro atraso de tempo Ti1. Em outras palavras, o primeiro relé de proteção P, se empenha para salvar o segundo relé de proteçãoo segundo relé de proteção P,+1 no caso de uma falha da operação desta. Ainda, quando uma falha de única fase D aparece na parte [Y,, X,+1] localizada em direção ao final do primeiro 20 elemento Oj, o módulo de pesquisa Mi do primeiro relé de proteção P, discrimina a falha D na área adicional de monitoramento LV A distribuição de energia elétrica é então interrompida pelo disjuntor C, do primeiro relé de proteção P. após o segundo atraso de tempo Ti2.
Os primeiro e segundo atrasos de tempo Ti1 e Ti2 são configura25 dos de modo que a primeira e o segundo relé de proteção P, e P,+1 operam de acordo com uma seletividade cronométrica quando detectam uma falha permanente com fase única na parte [X,+1, Y,'] do segundo elemento 0,+1 a ser protegido pelo segundo relé de proteção P,+1. A diferença At entre o primeiro e o segundo atraso de tempo Ti1 e Ti2 (At = Ti2 - Ti1) forma uma respos30 ta atraso de tempo entre a primeira e o segundo relé de proteção P, e P,+1, e depende do desempenho do equipamento usado.
Preferivelmente, cada proteção instalada no alimentador 1 opera semelhante ao primeiro relé de proteção P,, para formar um sistema de relé de proteção usando uma seletividade de tempo-espaço. Assim, para cada relé de proteção, uma área de monitoramento e uma área adicional de monitoramento são definidas para monitorar o elemento associado com ao dito 5 relé de proteção. Conforme ilustrado na Figura 3 e como um exemplo, uma área de monitoramento Li+1 e uma área adicional de monitoramento Li+1' são associadas com o segundo relé de proteção Ρ,+1 e com o segundo elemento Oi+1. Vantajosamente, os relés de proteçaõ são idênticos e têm os mesmos atrasos de tempo (Tm = T1 e Ti2 = T2). Os relés de proteção instalados no 10 alimentador 1 podem ainda ter diferentes atrasos de tempo. Nestas condições, os atrasos de tempo associados com cada proteção instalada no alimentador 1 são configurados para fornecer uma seletividade cronométrica entre cada par de relés de proteção consecutivas do alimentador 1. Tal configuração dos relés de proteção instalados fornece um sistema de relé de 15 proteção do alimentador 1 reagente e confiável, enquanto acabando com a necessidade de rápidas comunicações entre os relés de proteção.
A área de monitoramento Li tipicamente quantifica de 70% a 90% "pela impedância" do primeiro elemento O,. Em outras palavras, a impedância correspondente à parte [X,, Yj] quantifica de 70% a 90% do valor 20 da impedância total do primeiro elemento O,. Semelhantemente, a área adicional L'i monitora de 40% a 80% "pela impedância" do segundo elemento Oi+1 (correspondente à parte [X,+1, Y,']).
Tal disposição da área de monitoramentos Li e L', associada com o primeiro relé de proteção Pj, vantajosamente permite reduzir a probabilida25 de de um desarme de primeiro e segundo relés de proteção duplos P, e P,+1. O desarme duplo significa um desarme instantâneo de dois relés de proteção do alimentador 1 na detecção de uma mesma falha permanente com fase única D. Um desarme duplo pode ser causado por erros de cálculo ou discriminação.
Vantajosamente, a área adicional de monitoramento L', associa
da com o primeiro relé de proteção P, é distinto da área de monitoramento L'i+1 associada com o segundo relé de proteção P,+1. Ainda, uma falha permanente com fase única que aparece no segundo elemento 0,+i na interseção entre estas duas áreas de monitoramento (L',, L'i+1) pode ainda causar um desarme duplo de primeiro e segundo relés de proteção P, e Ρ,+1 após o segundo atraso de tempo T2.
Falhas insuficientemente discriminadas que causam desarmes
duplos geralmente aparecem no começo de um elemento Oj associado com um relé de proteção Pj da fileira j. Como um exemplo, quando uma falha permanente com fase única Dd aparece no segundo elemento 0,+i na proximidade do segundo relé de proteção Ρ,+1, em outras palavras na proximida10 de da posição X,+1, pode causar um desarme duplo do primeira e do segundo relé de proteção P, e Ρ,+1 após o primeiro atraso de tempo T1. Ainda, no caso onde a área de monitoramento Li está associada com todo o primeiro elemento Oj, em outras palavras, o segmento [X,, X,+1] do alimentador 1, o módulo de pesquisa Mi do primeiro relé de proteção P, pode erroneamente 15 discriminar a falha Dd na área de monitoramento Li associada com o primeiro relé de proteção P,. Assim, o primeiro relé de proteção P, acionará seu disjuntor Ci após o primeiro atraso de tempo T1-A falha Dd é ainda detectada pelo segundo relé de proteção P,+1 e será discriminada na área de monitoramento Li+i associada com o segundo relé de proteção P,+1. Assim, o se20 gundo relé de proteção P,+1 acionará seu disjuntor C,+1 após o primeiro atraso de tempo T1 assim causando um desarme duplo.
Vantajosamente, as áreas de monitoramento Lj e L1j associadas com os relés de proteção Pj das fileiras j, j sendo um número inteiro que varia entre 1 e n-1, são definidas para evitar desarmes duplos ou pelo menos 25 reduzir seu número no sistema de relés de proteção. A definição das áreas de monitoramento Lj e L1j é realizada pelo ajuste de limites Sj1 e Sj2. Conforme ilustrado na Figura 4, para cada relé de proteção Pj uma área de monitoramento Lj representando 80% por impedância de elemento Oj associada com o dito relé de proteção Pj de fileira j é preferencialmente definida. Uma 30 área adicional de monitoramento L1j é ainda definida para monitorar os 20% restantes do elemento Oj associado com a proteção Pj das fileiras j e 60% do elemento Oj+1 associado com o relé de proteção Pj+1 de fileira j+1. Para aumentar o nível de segurança para o início dos relés de proteção em um alimentador 1 compreendendo pelo menos três relés de proteção, o relé de proteção Pi da fileira 1 vantajosamente fornece um segundo nível de segurança para todas os relés de proteção dispostos a jusan5 te desta. Em outras palavras, para um alimentador 1 compreendendo pelo menos três relés de proteção, o módulo de pesquisa M1 de relé de proteção P1 da fileira 1 aciona o disjuntor C1 associado com a proteção P1 após o atraso de tempo T13 mais longo do que o atraso de tempo associado com os diferentes relés de proteção do alimentador 1. Tal desarme atrasado por T13 10 é realizado quando o dito módulo de pesquisa M1 de relé de proteção P1 da fileira 1 ainda detecta a falha de única fase D no alimentador 1 mesmo após o decorrer do atraso de tempo máximo dos relés de proteção instalados a jusante do relé de proteção P1 da fileira 1.
Conforme ilustrado na Figura 5, na ocorrência de uma falha 15 permanente com fase única D no elemento O3 associado com o relé de proteção da fileira 3 P3, todas os relés de proteção localizados a montante deste elemento simultaneamente detectam esta falha. Os módulos de pesquisa e disjuntores da fileira 1 (C1 ,M1), 2 (C2, M2), e 3 (C3, M3), designam os módulos de pesquisa e os disjuntores respectivamente associados com o relé de 20 proteção P1 da fileira 1, com relé de proteção P2 da fileira 2, e com relé de proteção P3 da fileira 3.
Como um exemplo, é considerado que a falha D aparece em uma parte do elemento O3 abrangida com a área adicional de monitoramento L2 associada com o relé de proteção da fileira 2 P2 e a área L3 associada 25 com o relé de proteção da fileira 3 P3. O módulo de pesquisa da fileira 3 M3, pela discriminação da falha permanente com fase única na área de monitoramento L3, fornecerá o disjuntor da fileira 3 C3 para desarmar após o primeiro atraso de tempo T1-O módulo de pesquisa da fileira 2 M2, pela discriminação da falha permanente com fase única na área adicional de monitora30 mento L2, fornecerá o disjuntor da fileira 2 C2 para desarmar após um segundo atraso de tempo T2 (T2 > T1) se a falha permanente com fase única ainda for detectada pelo módulo de pesquisa da fileira 2 M2 após o primeiro atraso de tempo Ti se esgotar. Neste exemplo, será considerado que os relés de proteção têm os mesmos primeiro e segundo atrasos de tempo Ti e T2-
A falha permanente com fase única D aparecendo no elemento 5 O3, o módulo de pesquisa de uma fileira de M1 não pode discriminar tanto na área de monitoramento L1 associada com proteção da fileira 1 P1, nem na área adicional de monitoramento U1. Ainda, detectando a falha de única fase, o primeiro módulo M1 fornecerá o disjuntor da fileira 1 C1 a ordem do desarme após um terceiro atraso de tempo T3 (T3 > T2) se a falha de única fase 10 ainda for detectada pelo módulo de pesquisa M1 da fileira 1 após o segundo atraso de tempo T2 esgotar.
Os relés de proteção de fileiras 1, 2, e 3 (P1, P2, P3) assim operam de acordo com uma seletividade cronométrica de modo que, idealmente, o disjuntor da fileira 3 C3 desarma após o primeiro atraso de tempo T1-No 15 caso de um problema para o desarme ou discriminação do relé de proteção da fileira 3 P3, relé de proteção da fileira 2 P2 age como um relé de proteção de reserva acionando o disjuntor C2 após o segundo atraso de tempo T2. O relé de proteção da fileira 1 P1 age como um último relé de proteção de reserva, para todas os relés de proteção do alimentador 1, pelo desarme de 20 seu disjuntor C1 após o atraso de tempo T3 se os relés de proteção das fileiras 2 e 3 P2 e P3 tiver problemas de detecção ou discriminação.
Assim, a configuração dos diferentes relés de proteção instalados no alimentador 1 permite reduzir a probabilidade de falha inicial e desarmes duplos das diferentes relés de proteção, especialmente quando uma falha permanente com fase única aparece em um elemento associado com um relé de proteção localizado a jusante da proteção da fileira 2 P2.
A eficiência da operação do primeiro relé de proteção Pj, e assim do sistema de relés de proteção da rede, depende muito da precisão da determinação da região do alimentador 1 compreendendo uma falha perma30 nente com fase única D. Assim, a configuração dos relés de proteção usando um valor complexo calculado comparado com os limites complexos vantajosamente fornece um sistema de proteção operando de acordo com uma seletividade de tempo-espaço que é preciso, responsivo, e confiável. Ainda, a operação do sistema de relés de proteção de acordo com uma seletividade de tempo-espaço é obtida enquanto acaba com as rápidas comunicações entre os relés de proteção. Tal configuração ainda permite formar um siste5 ma de relés de proteção mais eficiente e reagente para redes heterogêneas e, por uma determinada extensão, mesmo para as redes heterogêneas compreendendo dispositivos DG.
Ainda, as falhas de fase única quantificam de 70% a 80% de falhas permanentes que aparecem nas redes de distribuição de tensão média. Assim, o sistema de proteção descrito acima facilita que o isolamento da área compreendendo este tipo de falha, e permite limitar o número de clientes incomodados com a remoção da falha de única fase.
A fórmula da quantidade calculada Zi é preferivelmente selecionada para ser mais sensível à variação da localização da falha permanente com fase única do que à resistência desta. Vantajosamente, a quantidade Zi calculada pelo processamento e módulo de controle Mi do primeiro relé de proteção P, instalada no alimentador 1 é fornecida pela relação:
Z1 =-—Υ*Φ com IlR = IlA+IlB+Iic (1)
1ιφ +K1 · llR
com:
-Φ designando a fase com falha, A, B, ou C, do sistema trifásico; -i designando um índice relativo ao primeiro relé de proteção P,
e correspondente à fileira i do relé de proteção instalado no alimentador 1 de acordo com a observação definida acima;
-νίΦ e U representando a tensão e a corrente de fase com falha Φ, medidas pelo circuito de medição do primeiro relé de proteção P, na presença da falha permanente com fase única D;
-Iír representando a corrente residual que é igual à soma das correntes trifásicas (A, B, e C) medidas pelo circuito de medição do primeiro relé de proteção P, e;
k, representa um coeficiente do cálculo associado com o primeiro relé de proteção P,. A Figura 6 ilustra um exemplo de uma rede teórica 4 para finalidades de estudo, para que os valores da quantidade complexa Z1 associados com o primeiro relé de proteção P1 sejam calculados pela simulação. A rede de estudo teórico 4 corresponde a um simples caso, com uma consis5 tência fácil de verificar. A rede 4 compreende três relés de proteção P1, P2, e P3. A área de monitoramento L1 representa todo o elemento O1 associado com o relé de proteção da fileira P1, e a área adicional de monitoramento U1 representa todo o elemento O2 associado com o relé de proteção de fileira 2. Áreas L1 e U1 compreendem três localizações (x = X11, x12, x13, e x = x21, x22, 10 x23) selecionadas para simular a ocorrência de uma falha permanente com fase única. O elemento O3 tem uma última área de monitoramento L3 associada com o último relé de proteção P3 da fileira 3, e compreende quatro localizações (x = x31, x32, x33, x34) selecionadas para simular a ocorrência de uma falha permanente com fase única. Entre duas localizações consecutivas 15 x, a impedância da linha direta Zx1 é constante, ou seja, as áreas da falha simulação têm uma impedância igualmente distribuída. Assim, as proteções Pi, P2, e P3 ainda têm uma impedância igualmente distribuída. As simulações transientes eletromagnéticas de falhas em uma rede foram realizadas com software EMTP-ATP distribuído por NTNU/SINTEF. Os resultados da 20 tensão de fase e corrente obtida pelo software EMTP-ATP então devem ser processados com o software MATLAB® comercial.
Conforme ilustrado na Figura 7, as coordenadas dos valores de quantidade complexa Z1 calculados pela simulação para o primeiro relé de proteção P1, foram esquematicamente mostradas no quadro de referência 25 complexo (O, Re(Z1), Im(Z1)). A Figura 7 vantajosamente mostra a utilidade das linhas limite para melhorar a discriminação das regiões de ocorrência de falhas na rede. Ainda, a discriminação é obtida considerando a variação das partes reais e imaginárias da quantidade calculada Z1 de acordo com a localização xeá resistência Rdef de uma falha permanente com fase única D.
No caso da Figura 7, os limites S11 e S12 são linhas retas parale
las formadas pelos valores da quantidade Z1 respectivamente associados com as localizações de falhas x21 e x31. Ainda, os limites S11 e S12 associados com o primeiro relé de proteção Pi permitem definir um primeiro domínio B11 e um segundo domínio B12. O primeiro domínio, associado com falhas detectadas pela proteção P1 e aparecendo na área de monitoramento L1, é definido pelo meio plano delimitado pela linha limite S11 e que compreende a 5 origem O do dito quadro de referência. No exemplo da rede de estudo teórico 4, será considerado que a área adicional de monitoramento U1 associada com o relé de proteção P1 é formada pela área do alimentador 1 disposta entre as proteções P2 e P3. O segundo domínio B12, associado com as falhas de fase única detectado pelo relé de proteção P1 e aparecendo na área adi10 cional de monitoramento U1, é definido pela parte do plano complexo delimitada pelas linhas limite S11 e S12. No caso da rede de estudo teórico 4, o primeiro relé de proteção P1 pode ser configurada usando as equações lineares correspondentes às linhas limite S11 e S12.
A Figura 7 esquematicamente mostra um caso téorico simples e 15 ideal onde as linhas limite S11 e S12 permitem uma perfeita discriminação da área compreendendo uma falha detectada pelo primeiro relé de proteção P1. Entretanto, na prática, os relés de proteção não são posicionados em um alimentador 1 para ter uma impedância igualmente distribuída. Em outras palavras, as áreas de monitoramento, delimitadas pelos relés de proteção 20 instalados no alimentador 1, são geralmente heterogêneas. Assim, a representação dos valores da quantidade calculada em um quadro de referência complexo pode ser diferente da ilustrada na Figura 7.
A Figura 8 ilustra um exemplo teórico de uma distribuição de valores, obtidos pela simulação, da quantidade calculada Z1 no quadro de refe25 rência complexo. As posições da falha são escalonadas da mesma forma que no exemplo mostrado na Figura 6. Os valores associados com a primeira posição da falha x21 da área associada com o segundo relé de proteção P2 não são lineares. No exemplo da Figura 8 onde 4 valores da resistência de uma falha permanente com fase única (Rdet = 0 Ω, 10 Ω, 50 Ω, e 100 Ω) 30 são simulados, seis linhas retas elegíveis (combinação de dois pontos de 4: C24=6) podem ser formadas pelos pontos correspondentes aos valores de
quantidade complexa Z1 simulados para a posição da falha x21. Se a simulação foi realizada para os valores de resistência da falha m, serão linhas retas elegíveis. A seleção da linha limite dentre todas as linhas retas elegíveis é vantajosamente baseada nos dois critérios principais.
A linha limite de uma dado relé de proteção Pj não deveria discriminar uma falha na área de monitoramento Lj enquanto a falha aparece em uma parte do alimentador associado com a área adicional de monitoramento L'j. Tal condição forma um primeiro critério para a seleção da linha limite. Como um exemplo, a linha reta Δ mostrada na Figura 8 não satisfaz este primeiro critério. Ainda, a linha reta Δ define um primeiro domínio Bn do plano complexo (associado com a área de monitoramento L1) compreendendo dois pontos ((x, Rdef)= (X21, 10 Ω); (x21, 50 Ω)) que correspondem às duas falhas de fase única aparecendo em uma parte do alimentador associado com a área adicional de monitoramento U1. Conforme ilustrado na Figura 8, entre as seis linhas retas elegíveis, apenas três linhas retas (A1, A2, A3) satisfazem este primeiro critério.
A linha limite preferencialmente leva à probabilidade de discriminação mais alta (ocsí-pí = nd/nT). Esta condição é um segundo critério para a seleção da linha limite. A probabilidade de discriminação significa a razão entre o número nd de valores de quantidade complexa Zi obtidos pela simu20 lação, sucessivamente discriminado pela linha limite determinada (ou linhas limite) S. de proteção Pj, e número total nT de valores correspondentes às diferentes falhas simuladas nas localizações pertencente a uma parte do alimentador associado com a área de monitoramento Li (ou Ui) do primeiro relé de proteção P,. Para o caso da Figura 8, o número de simulações reali25 zadas para as falhas tendo sua posição pertencente a uma parte do alimentador associado com a área de monitoramento L1 é igual a 12 (nT(L1) = 12). As probabilidades para uma discriminação bem sucedida associada com as linhas limite A1, A2, e A3 são respectivamente iguais a αΔ1,ρ-ι = 10/12, αΔ2,ρι = 12/12, e OCA3iP1 = 10/12. No exemplo teórico da Figura 8, a linha reta A2 satis30 faz o primeiro e o segundo critério. Assim, a linha reta A2 pode ser selecionada como a primeira linha limite S11 associada com o primeiro relé de proteção P1 dentre as seis outras linhas retas elegíveis. A equação linear associada com a linha limite A2 é então introduzida ao módulo de pesquisa M1. Na ocorrência de uma falha permanente com fase única no alimentador 1, o módulo M1 compara o valor de quantidade calculada Z1 (da tensão da fase medida e corrente) com a dita equação linear da linha reta A2, ou seja, pri5 meiro limite S11, para verificar se a falha permanente com a fase única D aparece em uma parte do alimentador associado com a área de monitoramento L1.
Tendo dados relativos à probabilidade de ocorrência de falha permanente com fase única de acordo com suas resistências (cujos dados 10 podem ser fornecidos pelos distribuidores de energia elétrica), a probabilidade de discriminação ocsí-pí é preferivelmente ponderada pela probabilidade de ocorrência de falhas de acordo com suas resistências. Tal ponderação da probabilidade vantajosamente permite promover a discriminação de falhas tendo a probabilidade de ocorrência mais alta, considerando suas resistên15 cias.
De acordo com uma modalidade específica de um método para proteger a rede descrita acima, uma primeira etapa de cálculo de quantidade complexa Zi é realizada na detecção de uma falha permanente com fase única pelo primeiro relé de proteção P,. O cálculo de quantidade complexa Zi 20 é realizado de uma tensão de fase e corrente medida pelo circuito de medição de módulo de pesquisa Mi do primeiro relé de proteção P,. A quantidade calculada Zi é então comparada com o primeiro e segundo limites complexos (Si1, Si2). O primeiro e segundo limites (Si1, Si2), por exemplo, são equações lineares que vantajosamente correspondem às linhas retas no quadro de 25 referência complexo (O, Re(Zi), Im(Zi)) onde os valores de quantidade complexa Zi podem ser representados. Preferivelmente, a quantidade calculada Zi é primeiro comparada com a linha reta associada com o primeiro limite Si1. Esta primeira comparação permite verificar se a falha permanente com fase única D está localizada na área de monitoramento Li associada com o pri30 meiro relé de proteção Pi. Se a primeira comparação não permite discriminar a falha de única fase nesta área, então o módulo de pesquisa Mi realiza uma segunda comparação de quantidade calculada Zi, com a linha reta associada com o segundo limite Si2 para verificar se a falha permanente com fase única D está localizada em uma parte do alimentador associado com a área adicional de monitoramento LV
A eficiência do método de proteção descrito acima depende da 5 configuração do primeiro relé de proteção instalada na rede a ser protegida. "Configuração de um relé de proteção" significa o pré-ajuste do relé de proteção, antes de seu desarme, direcionado para monitorar uma região da rede. O pré-ajuste compreende essencialmente uma etapa onde uma proteção recebe os limites complexos e os atrasos de tempo.
A fórmula da equação (1) mostra que a quantidade Zi calculada
pelo módulo de pesquisa Mi do primeiro relé de proteção Pj, depende do coeficiente do cálculo k,. Assim, a determinação dos primeiro e segundo limites (Sii, Si2) associados com o primeiro relé de proteção P, ainda depende da seleção do coeficiente k,. Vantajosamente, o coeficiente k, é modulado para 15 melhorar a eficiência da discrimanação pelo primeiro relé de proteção P, das áreas monitoradas do alimentador 1 compreendendo uma falha permanente com fase única.
De acordo com uma modalidade específica de um método para ajustar o primeiro relé de proteção P, a calcular o valor complexo Zi de acordo com a equação (1), o coeficiente k, é modulado com base nos resultados das simulações transientes eletromagnéticas. Ainda, a variação de tempo da corrente de fase e tensão é estudada na ocorrência de uma falha permanente com fase única D no alimentador 1. As simulações são realizadas para calcular a tensão de fase e corrente de fase no primeiro relé de proteção P, variando o local de ocorrência x, no alimentador 1, da falha permanente com fase única D e de sua resistência Rdef- Assim, cada simulação realizada permite calcular os valores da tensão de fase e corrente no primeiro relé de proteção Pj, para uma falha permanente com fase única tendo uma resistência Rdef e aparecendo em uma localização x do alimentador 1. Então, o valor complexo Zi é calculado para cada simulação realizada e para um dado coeficiente do cálculo k,. Os diferentes valores complexos calculados Z,(x, Rdef) representativos das simulações e de um dado coeficiente do cálculo k,, são então mostrado no quadro de referência complexo (O, Re(Zi), Im(Zi)).
O coeficiente do cálculo k, é então modulado para variar as diferentes quantidades complexas calculadas representativas das simulações no quadro de referência complexo (O, Re(Zi), Im(Zi)). A modulação compreende 5 estudar os vários valores de coeficiente do cálculo k,. Para cada coeficiente do cálculo estudado k,, as primeira e segunda linhas retas correspondentes aos primeiro e segundo limites (Sm, Si2) do primeiro relé de proteção Pi, são definidos. A modulação do coeficiente do cálculo k, permite definir a primeira e segunda linhas limite para delimitar o número máximo de valores da quan10 tidade calculada Zi correspondente aos ditos primeiro e segundo domínios.
De acordo com outra implementação específica do ajuste do primeiro relé de proteção Pi, a modulação do coeficiente do cálculo k, é vantajosamente realizada pelas iterações sucessivas usando os resultados das simulações transientes eletromagnéticas da falha permanente com fase única no alimentador 1.
A Figura 9 ilustra as etapas F1 a F6 de um método para modular
o coeficiente do cálculo k,. Em uma primeira etapa F1, os valores da tensão e da corrente da fase com falha ν,Φ e W são calculados pelas simulações transientes eletromagnéticas para o primeiro relé de proteção Pi e para a 20 falha permanente com fase única no alimentador 1. As simulações são realizadas para as várias falhas D(x, Rdef) variando, pelo menos, a localização x da ocorrência no alimentador 1 e resistência Rdef da falha D. Preferivelmente, a variação da localização de ocorrência é composta para escanear os primeiro e segundo elementos Oi e Oi+i do alimentador 1. Durante a primeira 25 etapa F1, uma lista inicial Tini de v valores de coeficiente k, a ser avaliados durante a primeira iteração é determinada. O número v de valores de coeficiente k, a ser avaliado, em outras palavras, o tamanho da lista rini, depende principalmente da potência da calculadora que realiza a dita avaliação.
A modulação do coeficiente do cálculo k, é realizada de modo que para cada iteração μ, μ sendo um número inteiro variando entre 1 e μΠ3χ um número máximo previamente determinado de iterações, cálculos de avaliação são realizados. Tais cálculos de avaliação são realizados para cada coeficiente do cálculo kf’À a ser avaliado pertencente a uma lista Γμ={^,λ = 1,2, ...v}, número v sendo um número inteiro maior ou igual a 2 que pode variar de acordo com a iteração μ. A etapa F2 do diagrama da Figura 9 compreende determinar a lista Γμ dos valores de coeficiente k, a ser avalia5 dos durante a iteração μ. Em outras palavras, para cada iteração μ, o coeficiente k, sucessivamente tem os valores dos coeficientes kf-À da lista Γμ. Na primeira iteração (μ=1), a lista Γμ é a lista previamente determinada rini. Da
segunda iteração (μ>=2), a lista Γμ dos valores do coeficiente complexo k, a ser avaliados depende de um coeficiente kf^t obtido no final da iteração μ-1
(após a etapa F4).
A etapa F3 do método de modulação compreende determinar para cada coeficiente avaliado do cálculo kf-À primeiro Sfl"1 e segundo Sfj
limites respectivamente associados com a área de monitoramento Li, e com a área adicional de monitoramento LV Os cálculos de avaliação exploram os 15 resultados das simulações transientes eletromagnéticas previamente realizadas da falha permanente com fase única. Assim, para cada coeficiente avaliado do cálculo kfA, uma probabilidade af’x de discriminação bem sucedida associada com o primeiro Sfl"1 e segundo Sfj limites é calculada. A probabilidade af’x de discriminação bem sucedida depende das probabili20 dades af’x e af2x que respectivamente correspondem à probabilidade da discriminação bem sucedida associada com primeiro limite Sf"1 e com segundo limite Sfj. As probabilidades af’x, af2x e primeiro e segundo limites Sf’x e Sfj são determinados semelhantemente ao o que foi descrito para o caso teórico das Figuras 6 a 8.
Vantajosamente, para a primeira iteração (μ=1), a lista rini de va
lores k\x a ser avaliados abrange uma ampla faixa de variação do coeficiente do cálculo k,. O coeficiente k, sendo um coeficiente complexo, a parte real dos coeficientes a ser avaliados na primeira iteração pode variar dentro de um intervalo Ar = [-ar/2, ar/2], e a parte imaginária pode variar dentro de um 30 intervalo Ai = [-a,/2, a/2], ar e a, sendo números reais definindo intervalos Ar e Ai. Preferivelmente, intervalos Ar e Ai são idênticos (ar = a,) e são escaneados com a etapa pi. Assim, um número total de coeficientes (E((ar/pi)+1) * E((ai/p-i)+1)) k, será avaliado, onde Ε(β) designa a parte integral de um número real β. Em outras palavras, a lista rini compreende v valores, v sendo igual a E((ar/p-i)+1) * E((a,/pi)-i-1). O número v dos valores do coeficiente do cálculo a ser avaliado depende principalmente da potência da calculadora que calcula os valores da quantidade Zi obtida pela simulação e determina
os limites e o cálculo das diferentes probabilidades.
Ainda, após cada iteração μ, um coeficiente kfopt é selecionado
da lista Γμ. O coeficiente selecionado, kfopt, corresponde ao coeficiente do cálculo kfx da lista Γμ que tem a probabilidade de discriminação mais alta
«f («f = max(af’Ã)). O coeficiente selecionado na iteração μ será usado para determinar a lista Γμ+1 de coeficientes kf+ix a ser avaliados para iteração μ+1. Em outras palavras, para cada iteração μ, para μ variando entre 2 e μΠ3χ, a lista r^dos valores dos coeficientes kf’x a ser avaliados depende do coeficiente do cálculo k^pt selecionado no final da iteração μ-1. Ainda, para
cada iteração, a otimização busca por um coeficiente do cálculo tendo a probabilidade de discriminação mais alta, mais finamente ao redor do coeficiente do cálculo selecionado no final da iteração prévia.
Durante uma iteração μ, o coeficiente k, foi avaliado considerando, cada momento, um valor da lista Γμ correspondente aos valores do do
mínio Αμ = [-^12, χ [- a^, /2, a^, /2] escaneado com uma etapa ρμ, onde a^r e a^, são dois números reais. Intervalos [-^12, a^r/2] e [- a^, /2, a^, /2] respectivamente correspondem às faixas de variação da parte real e da parte imaginária dos valores kfx a ser avaliados durante a iteração μ. A faixa de variação de coeficientes kf+ix a ser avaliada durante a iteração μ+1 é
preferivelmente centralizada nas partes reais e imaginárias do coeficiente k?opt selecionado no final da iteração μ. Preferivelmente, a faixa de variação
dos coeficientes a ser avaliados durante a iteração μ+1 corresponde a:
Αμ+1= Αμ+ν χ Αμ+υ = [Re(0 - a^r/(2 * b), Re{kfopt) + a^r/(2 * b)] x
[Im(Ci) “ ^W(2 * b) ’ lmUV) + &μ^(2 * b)]
b sendo um número real maior do que 1.
Os intervalos de variação Αμ+1Γ e Αμ+υ são assim menores do que os intervalos ΑμΓ e Αμί associados com a iteração μ. Para manter o mesmo número de valores dos coeficientes do cálculo avaliados após duas iterações sucessivas μ e μ+1, a etapa ρμ+ι na qual a faixa Αμ+1 é escaneada é preferivelmente igual à etapa da iteração μ dividida por b (ρμ+ι = ρμ/ b).
Durante a etapa F5 do método de modulação, as probabilidades 5 de discriminação bem sucedida af'x determinadas na iteração μ são comparadas com um limite de probabilidade previamente determinado aopt. Se as probabilidades af,xde discriminação bem sucedida são menores do que este limite e se o número máximo de iterações μΠ3χ não foi atingido (Saída não de F5), é retornado na etapa F2. Se a probabilidade de discriminação 10 mais alta af, determinada na iteração μ, for maior ou igual à probabilidade limite aopt, ou se o número máximo μmaχde iterações foi atingido (saída sim
de F5), a operação de modulação é parada. Preferivelmente, a probabilidade limite Oiopt é igual a 1. No final do método de modulação, um coeficiente do
cálculo modulado k , que corresponde ao coeficiente do cálculo kM , tendo
i,opt · I i,opt
a melhor probabilidade de discriminação bem sucedida af, que é selecionado uma vez que a última iteração μ foi realizada, é então obtido.
Um sistema de proteção formado de acordo com as modalidades ou modos de implementação descritos acima vantajosamente é um sistema confiável e fácil de implementar. O sistema de proteção é ainda adap20 tado às redes heterogêneas compreendendo vários condutores de diferente corte transversal e natureza (catenária, cabo subterrâneo...) e dispositivos de geração de energia dispersa (DG). A portabilidade da detecção e método de discriminação nas redes urbanas ou rurais com ou sem produção distribuída (DG) foi testada com sucesso. As redes foram estudadas de acordo com 25 todos os tipos de modo neutro de redes de distribuição de tensão média (neutro de alta impedância, neutro compensado, neutro isolado, e neutro aterrado diretamente). A porcentagem de discriminação bem sucedida foi avaliada para diferentes redes estudadas, e varia entre 91 e 100% para uma discriminação de uma falha permanente com fase única e um início após um 30 primeiro atraso de tempo. A porcentagem está próxima a 100% quando as discriminações e os inícios após um segundo atraso de tempo mais longo do que o primeiro atraso de tempo são considerados.
Claims (6)
1. Rede de distribuição de energia elétrica compreendendo: - um alimentador de tensão média (1) tendo uma extremidade a montante e uma extremidade a jusante, a extremidade a montante sendo direcionado para ser conectado em uma fonte de alimentação (2); - pelo menos primeira e segunda proteção consecutivas (Pi, Pj+i) posicionadas pelo dito alimentador (1) e disposto de modo que o primeiro relé de proteção (Pi) esteja localizado entre a extremidade a montante do alimentador (1) e o segundo relé de proteção (Pi+1), o primeiro (Pi) e o segundo (Pi+1) relés de proteção que definem as extremidades a montante e a jusante de um primeiro elemento (O,) associado com o primeiro relé de proteção (Pi); em que o primeiro relé de proteção (Pi) compreende: - um módulo de pesquisa (Mi) configurado para detectar uma faIha permanente com fase única (D) a jusante do primeiro relé de proteção (Pi), o módulo de pesquisa (Mi) sendo fornecido com uma corrente de fase e circuito de medição da tensão; - um disjuntor (Ci) para cortar a distribuição de energia elétrica a jusante do primeiro relé de proteção (Pi); a dita rede de distribuição sendo caracterizada pelo fato de que o primeiro relé de proteção (Pi) compreende: - um sistema para calcular uma quantidade complexa (Zi) tendo uma parte real (Re(Zi)) e uma parte imaginária (Im(Zi)), da tensão da fase medida e corrente de fase, a dita quantidade complexa (Zi) considerando a posição da localização da falha permanente com fase única (D) com relação ao circuito de medição e o valor da resistência da falha; - um circuito para comparar a quantidade complexa calculada (Zi) com o primeiro e o segundo limites complexos (Sm, Si2) correspondentes à primeira e à segunda linhas retas em um plano complexo associado com o quadro de referência (O, Re(Zi), Im(Zi)), o primeiro limite complexo (Sm) definindo no plano complexo um primeiro domínio (Bi1) configurado para representar a ocorrência de uma falha permanente com fase única (D) em uma área de monitoramento (Li) compreendida no primeiro elemento (O,) e tendo o primeiro relé de proteção (Pi) como uma extremidade a montante, o primeiro e segundo limites (Sm, Si2) definindo no plano complexo um segundo domínio (Bi2) que não sobrepõe com o primeiro domínio (Bi1), e que é configurado para representar a ocorrência de uma falha permanente com fase única (D) em uma área de monitoramento adicional (L1i) distinta da área de monitoramento (Li) e disposta a jusante deste de modo que a extremidade a jusante (Yi) da área (Li) corresponde à extremidade a montante da área adicional (L1i); plexa calculada (Zi) pertence ao primeiro domínio (Bi1) do plano complexo; ro atraso de tempo (Ti1) quando a quantidade complexa calculada (Zi) pertence ao segundo domínio (Bi2) do plano complexo, e quando a falha de única fase (D) é ainda detectada após o primeiro atraso de tempo (Ti1). vindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende um terceiro relé de proteção (Pi+2) disposto entre o segundo relé de proteção (Pi+1) e a extremidade a jusante do alimentador (1), e em que o segundo (Pi+1) e o terceiro (Pi+2) relés de proteção definem as extremidades a montante e a jusante de um segundo elemento (Oi+1) associado com o segundo relé de proteção (Pi+i) e em que a área adicional de monitoramento (L1i) é contínua e compreende uma parte do segundo elemento (Oi+1).
2.. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizada em que a quantidade complexa calculada (Zi) é fornecido pela relação: e em que o disjuntor (Ci) é configurado para cortar a distribuição de energia elétrica após: - um primeiro atraso de tempo (Ti1) quando a quantidade com- um segundo atraso de tempo (Ti2) mais longo do que o primei
3.. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com a reicom IiR IiA +IiB +Iic (1) - Φ designando a fase com falha, A, B, ou C, do sistema trifásico; - i designando um índice com relação à primeira proteção (Pi); - ν,Φ e Ι,φ representando a tensão e a corrente da fase com falha, medida pelo sistema de medição do primeiro relé de proteção (P,) na presença da falha de única fase (D); - lír representando a corrente residual que é igual à soma das correntes trifásicas (A, B, e C) medidas pelo circuito de medição do primeiro relé de proteção (Pi) e; - k, representando um coeficiente do cálculo associado com o primeiro relé de proteção (P,).
4. Método para proteger uma rede de distribuição de energia elétrica, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas na detecção de uma falha permanente com fase única (D) pelo primeiro relé de proteção (P,): - um cálculo da quantidade complexa (Zi) de uma corrente de fase e tensão de fase medida pelo circuito de medição; - uma comparação do valor calculado (Zi) com o primeiro e o segundo limites complexos (Sn, Si2) correspondentes às linhas retas no quadro de referência complexo (O, Re(Zi), Im(Zi)); - uma verificação da presença de uma falha permanente com fase única (D) na área de monitoramento (Li), ou na área adicional de monitoramento (L1i).
5. Método para ajustar o primeiro relé de proteção (P,) da rede de distribuição de energia, como definida na reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - realizar uma pluralidade de simulações transientes eletromagnéticas do alimentador (1) na ocorrência de uma falha permanente com fase única (D) para calcular a tensão de fase e corrente no primeiro relé de proteção (P.), as simulações sendo realizadas pela variação de pelo menos a localização da ocorrência (x) da falha permanente com fase única (D) e a resistência desta (Rdef); - calcular a quantidade complexa (Zi) para cada simulação; - representar as diferentes quantidades complexas calculadas representativas das simulações no quadro de referência complexo (O, Re(Zi), lm(Zi)); - modular o coeficiente do cálculo k, para variar os diferentes valores da quantidade calculada (Zi) no quadro de referência complexo (O, Re(Zi), Im(Zi)), e para atingir uma definição da primeira e da segunda linha reta, correspondentes ao primeiro e segundo limite (Sm, Si2), delimitando o número máximo de valores da quantidade calculada (Zi) correspondente ao dito primeiro e segundo domínios (Bi1, Bi2).
6. Método para ajustar uma proteção de uma rede de distribuição de energia, como definida na reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a modulação do coeficiente do cálculo k, é realizado de modo que: - para cada iteração μ, μ sendo um número inteiro que varia entre 1 e μmax um número máximo de iterações determinado previamente, os cálculos de avaliação explorando os resultados das simulações transientes eletromagnéticas das falhas permanentes com fase única (D) no alimentador (1) são realizados para cada coeficiente do cálculo (kf,À) pertencente a uma lista Γμ de coeficientes v (Γμ = {ki μ，λ, λ=1, ..., v}), para cada coeficiente avaliIado do cálculo (kiμ，λ), primeiro (Silμ，λ) e segundo (Si2μ，λ) limites associados com o primeiro relé de proteção (Pi) são determinados e uma probabilidade (αiμ，λ) da discriminação bem sucedida das áreas de monitoramento (Li, L*i) compreendendo a falha simulada (D) é calculada; - após cada iteração μ, um coeficiente kfopt é selecionado da lista Γμ, o coeficiente selecionado kfopt tendo a probabilidade de discriminação mais alta aiu; - para cada iteração μ, com μ variando entre 2 e μΠ3χ, a lista Γμ dos valores de coeficientes v (ki,μ，λ) a ser avaliada depende do coeficiente do cálculo kf~pt selecionado obtido após a iteração μ-1; - a otimização é parada quando o número de iterações atinge μΠ3χ ou quando a probabilidade de discriminação mais alta (αiμ), determinado durante a iteração μ, é maior ou igual a uma probabilidade limite aopt determinada previamente; -o coeficiente do cálculo de modulação ki，opt corresponde ao coeficiente kf obtido durante a última iteração foi realizado.
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