BR102014016231A2

BR102014016231A2 - método e dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando ocorre uma falha de terra monofásica em uma rede de distribuição

Info

Publication number: BR102014016231A2
Application number: BR102014016231A
Authority: BR
Inventors: Rong Li; Rui Ren
Original assignee: Schneider Electric Ind Sas
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2015-10-06
Also published as: RU2571629C1; EP2829887A1; EP2829887B1; CN104345197B; ES2755044T3; CN104345197A

Abstract

método e dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando ocorre uma falha de terra monofásica em uma rede de distribuição. a presente invenção refere-se a um método e um dispositivo para estimar (s330) ângulo de tensão de sequência zero quando ocorre falha de terra monofásica em rede de distribuição com dispositivos de geração descentralizados. o método para estimar ângulo de tensão de sequência zero compreende: detectar (s310) ângulos de respectivas tensões de fase em três tensões de fase; determinar (s320) um tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição; e estimar o ângulo da tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição com os ângulos detectados das respectivas tensões de fase, de acordo com o tipo de aterramento de neutro da rede. o ângulo da tensão de sequência zero pode ser estimado com os ângulos das três tensões de fase providas pelo vpis existente sem magnitudes precisas das três tensões de fase, de modo que a detecção para a falha de terra monofásica seja mais simples e mais fácil, e o custo do dispositivo de detecção de falha de terra é reduzido.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E DISPOSITIVO PARA ESTIMAR UM ÂNGULO DE UMA TENSÃO DE SEQUÊNCIA ZERO QUANDO OCORRE UMA FALHA DE TERRA MONOFÁSICA EM UMA REDE DE DISTRIBUIÇÃO".

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se à localização de uma falha de terra monofásica em uma rede de distribuição com Dispositivos de Geração Descentralizados (DGs), e especificamente a um método e um dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição.

ANTECEDENTES

[002] Uma falha de terra monofásica é uma falha causada por um curto-circuito entre uma fase e o terra através de uma impedância de falha de terra. Correntemente um indicador de falha é desenvolvido para uma rede na qual a sua energia flui unidirecionalmente, e pode estar disposto em qualquer posição na rede e indicar uma posição de falha de acordo com uma direção de fluxo da energia. Por exemplo, o indicador de falha acende uma luz vermelha quando a falha ocorre a jusante do indicador de falha, e acende uma luz verde ou não acende quando a falha ocorre a montante do indicador de falha.

[003] No entanto, com uma popularização de dispositivos de geração descentralizados, a energia pode fluir bidirecionalmente conforme a falha ocorre após o dispositivo de geração descentralizado ser incorporado na rede. Em termos de uma linha ou cabo especificado, talvez ambos os seus lados são suprimentos de energia, e o indicador de falha acima não consegue indicar uma posição de falha de terra precisamente de acordo com a direção de fluxo da energia neste caso.

[004] Atualmente uma técnica para localizar a falha de terra monofásica incorporando um sensor de tensão em um dispositivo de de- tecção de falha de terra foi proposta, e um Transformador de Tensão de Baixa Potência (LPVT) o qual pode prover uma magnitude de tensão e um ângulo de tensão, ambos muito precisos, foi proposto para funcionar como o sensor de tensão. Uma taxa de utilização desta técnica é muito baixa, no entanto, porque o sensor de tensão é de alto custo e não é popular na rede existente.

[005] Na rede de distribuição existente, um Sistema de Indicação de Presença de Tensão (VPIS) é aplicado grandemente para indicar um estado de presença de tensão. O Sistema de Indicação de Presença de Tensão (VPIS) é de baixo custo e é utilizado muito popularmente, o qual pode prover um ângulo de tensão muito preciso mas não pode prover uma magnitude de tensão precisa, por exemplo, um erro em sua magnitude de tensão pode atingir 30% aproximadamente ou até mais alto. Portanto um somatório direto de três tensões de fase providas pelo VPIS para obter uma tensão residual (VR) (ou uma tensão de sequência zero) induzirá um erro angular inaceitável (pode a-tingir 180°em casos extremos).

[006] Portanto é requerido um método e um dispositivo capazes de estimar um ângulo da tensão de sequência zero com os ângulos de tensão conhecidos das respectivas fases quando a falha de terra mo-nofásica ocorre na rede de distribuição.

SUMÁRIO

[007] Em modalidades da presente descrição, estão providos um método e um dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando uma falha de terra monofásica ocorre em uma rede de distribuição, os quais podem estimar o ângulo da tensão de sequência zero com ângulos de tensão conhecidos de respectivas fases e eliminar um requisito para um sensor de tensão o qual é de alto custo.

[008] De acordo com um aspecto da presente descrição, está provido um método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando uma falha de terra monofásica ocorre em uma rede de distribuição, que compreende: detectar ângulos de respectivas tensões de fase em três tensões de fase; determinar um tipo de ater-ramento de neutro da rede de distribuição; e estimar o ângulo da tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição com os ângulos detectados das respectivas tensões de fase, de acordo com o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição.

[009] De preferência, o dito estimar o ângulo da tensão de sequência zero quando uma falha de terra monofásica ocorre em uma fase A compreende: ajustar uma magnitude de uma tensão de fase B como um valor de referência predeterminado FB\ estimar uma tensão de fase A e uma tensão de fase C utilizando a magnitude da tensão de fase B e os ângulos da tensão de fase A, da tensão de fase B e da tensão de fase C; e calcular o ângulo da tensão de sequência zero utilizando a tensão de fase B e a tensão de fase A estimadas e a tensão de fase C estimada.

[0010] De preferência, em um caso que o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição é um aterramento ressonante neutro ou um aterramento isolado neutro, as partes reais e imaginárias da fase B, da fase C e da fase A são calculadas pelas seguintes equações: [0011] onde Re\/a é a parte real da tensão de fase A, lm\/a é a parte imaginária da tensão de fase A, Re\/b é a parte real da tensão de fase B, lm\/b é a parte imaginária da tensão de fase B, ReVc é a parte real da tensão de fase C, ImVcéa parte imaginária da tensão de fase C, <pA é um ângulo da tensão de fase A, φΒ é um ângulo da tensão de fase B, e <pc é um ângulo da tensão de fase C, e [0012] De preferência, em um caso que o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição é um aterramento solidamente neutro, uma magnitude FC da tensão de fase C é determinada como um múltiplo predeterminado da magnitude FB da tensão de fase B, um ângulo de uma impedância de sequência negativa em um dispositivo de detecção de falha de terra é estimado, e a parte real e a parte imaginária da tensão de fase A são estimadas de acordo com as seguintes equações: [0013] onde Re\/sum é uma parte real de vsum, lm\/sum é uma parte imaginária do vsum, Vsum = a2 FB ejÇB + a-FC 0,5 φA é 1 o ângulo da tensão de fase A, φΒ é o ângulo da tensão de fase B, e çc é o ângulo da tensão de fase C; φν2 =<p/2+l80° + <pZ2, φ12 é um ângulo de uma corrente de sequência negativa, φΖ2 é um ângulo da impedância de sequência negativa, e φν2 é um ângulo de uma tensão de sequência negativa.

[0014] De acordo com outro aspecto da presente descrição, está provido um dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre em uma rede de distribuição, que compreende: um detector de ângulo para uma tensão de fase A, um detector de ângulo para uma tensão de fase B e um detector de ângulo para uma tensão de fase C; e um estimador de ângulo para uma tensão de sequência zero para estimar o ângulo da tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição com ângulos das respectivas tensões de fase detectados pelo detector de ângulo para a tensão de fase A, pelo detector de ângulo para a tensão de fase B e pelo detector de ângulo para a tensão de fase C, de acordo com um tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição.

[0015] De preferência, o dispositivo para estimar o ângulo da tensão de sequência zero ainda compreende um transformador de corrente de fase A, um transformador de corrente de fase B e um transformador de corrente de fase C.

[0016] Com o método e o dispositivo para estimar o ângulo da tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição de acordo com as modalidades da presente descrição, o ângulo da tensão de sequência zero pode ser estimado com os ângulos das três tensões de fase providos pelo VPIS existente sem as magnitudes precisas das três tensões de fase, de modo que a detecção para a falha de terra monofásica é mais simples e mais fácil, e o custo do dispositivo de detecção de falha de terra é reduzido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] A descrição será facilmente compreendida com o auxílio da descrição detalhada seguinte com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais o mesmo símbolo de referência refere-se a unidades ou elementos com a mesma estrutura e nos quais: [0018] Figura 1 ilustra esquematicamente um diagrama esquemá-tico de uma rede de distribuição com dispositivos de Geração Descentralizados;

[0019] Figura 2A ilustra um diagrama esquemático de uma zona direta na qual uma falha de terra direta é detectada e uma zona reversa na qual uma falha de terra reversa é detectada em um modo de ângulo de fase;

[0020] Figura 2B ilustra um diagrama esquemático de uma zona direta na qual uma falha de terra direta é detectada e uma zona reversa na qual uma falha de terra reversa é detectada em um modo de corrente ativa;

[0021] Figura 2C ilustra um diagrama esquemático de uma zona direta na qual uma falha de terra direta é detectada e uma zona reversa na qual uma falha de terra reversa é detectada em um modo de corrente reativa;

[0022] Figura 3 ilustra um fluxograma para um método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando uma falha de terra monofásica ocorre em uma rede de distribuição de acordo com as modalidades da presente descrição;

[0023] Figura 4 ilustra um fluxograma para um processo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero com ângulos detectados das respectivas tensões de fase de acordo com as modalidades da presente descrição;

[0024] Figura 5 ilustra um fluxograma de etapas para estimar uma tensão de fase A e uma tensão de fase C em Modo 2;

[0025] Figura 6 ilustra esquematicamente uma relação entre um valor de CR e uma razão da magnitude da tensão de fase B e aquela da tensão de fase C;

[0026] Figura 7 ilustra esquematicamente um diagrama de conexão de um dispositivo de detecção de falha de terra na rede de distri- buição;

[0027] Figura 8 ilustra esquematicamente um diagrama de conexão para um dispositivo de detecção de falha de terra D1, o qual está distante do dispositivo de geração descentralizado e das cargas enquanto se localiza em um lado de média tensão na rede de distribuição, e um dispositivo de detecção de falha de terra D2, o qual está próximo do dispositivo de geração descentralizado enquanto se localiza no lado de média tensão na rede de distribuição;

[0028] Figura 9 ilustra esquematicamente um diagrama equivalente de uma rede de sequência negativa para o dispositivo de detecção de falha de terra D1, o qual está distante do dispositivo de geração descentralizado e das cargas enquanto se localiza no lado de média tensão na rede de distribuição, e um dispositivo de detecção de falha de terra D2, o qual está próximo do dispositivo de geração descentralizado enquanto se localiza no lado de média tensão na rede de distribuição;

[0029] Figura 10 ilustra esquematicamente um diagrama de conexão para um dispositivo de detecção de falha de terra D3, o qual está próximo das cargas enquanto se localiza no lado de média tensão na rede de distribuição;

[0030] Figura 11 ilustra esquematicamente um diagrama equivalente da rede de sequência negativa para o dispositivo de detecção de falha de terra D3, o qual está próximo das cargas enquanto se localiza no lado de média tensão na rede de distribuição;

[0031] Figura 12 ilustra uma magnitude de uma tensão de fase A estimada pelo dispositivo de detecção de falha de terra D1;

[0032] Figura 13 ilustra uma magnitude de uma tensão de fase A estimada pelo dispositivo de detecção de falha de terra D2;

[0033] Figura 14 ilustra uma magnitude de uma tensão de fase A estimada pelo dispositivo de detecção de falha de terra D3; e [0034] Figura 15 ilustra um diagrama de blocos esquemático de um dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando uma falha de terra monofásica ocorre em uma rede de distribuição de acordo com as modalidades da presente descrição. DESCRIÇÃO DETALHADA

[0035] As descrições seguintes são dadas com referência aos desenhos acompanhantes para auxiliar aqueles versados na técnica para compreender totalmente as modalidades exemplares da presente descrição como definida por reivindicações e seus equivalentes. As descrições seguintes podem incluir vários detalhes para auxiliar na compreensão, e estes detalhes devem ser considerados como ilustrativos. Portanto, aqueles versados na técnica devem compreender que várias modificações e variações em formas e detalhes podem ser feitas nas modalidades exemplares sem afastar do espírito ou escopo da presente descrição. Do mesmo modo, para o bem da concisão e clareza, as descrições para funções e estruturas bem conhecidas são omitidas.

[0036] A terminologia aqui utilizada é para o propósito de descrever modalidades específicas somente e não pretende limitar a presente descrição. Como aqui utilizado, as formas singulares "um", "uma", e "o" pretendem incluir as formas plurais também, a menos que o contexto claramente indique de outro modo. Será ainda compreendido que os termos "compreende", e/ou "compreendendo", ou "inclui" e/ou "incluindo" quando utilizados neste relatório descritivo, especificam a presença de características, regiões, inteiros, etapas, operações, elementos, e/ou componentes declarados, mas não impedem a presença ou a adição de uma ou mais outras características, regiões, inteiros, etapas, operações, elementos, componentes, e/ou seus grupos.

[0037] A menos que de outro modo definido, todos os termos "incluindo os termos técnicos e científicos" aqui utilizados têm o mesmo significado que comumente compreendido por alguém versado na téc- nica à qual a presente descrição pertence. Será ainda compreendido que termos, tal como aqueles definidos em dicionários comumente utilizados, devem ser interpretados como tendo um significado que é consistente com o seu significado no contexto da técnica relativa e da presente descrição, e não serão interpretados em um senso idealizado ou excessivamente formal a menos que expressamente assim aqui definido.

[0038] As aplicações das Modalidades da presente descrição não estão limitadas a nenhum sistema específico, mas podem ser utilizadas com qualquer sistema trifásico. Por exemplo, os alimentadores podem ser linhas suspensas, cabos subterrâneos, ou uma mistura de linhas suspensas e cabos subterrâneos.

[0039] Daqui em diante, as modalidades da presente descrição estão descritas tomando a rede de distribuição como um exemplo, mas aqueles versados na técnica devem compreender que o sistema de energia ao qual as modalidades da presente descrição podem ser aplicadas pode ser uma rede de transmissão, uma rede de distribuição ou elementos na rede de transmissão ou rede de distribuição, e pode inclui um ou mais alimentadores. Mais ainda, as modalidades da presente descrição não estão limitadas a serem utilizadas em sistemas que adotam uma banda de base de 50 Hz ou 60 Hz, e não estão limitadas a nenhum nível de tensão específico.

[0040] A Figura 1 ilustra esquematicamente um diagrama esque-mático de uma rede de distribuição com dispositivos de Geração Descentralizados. Uma rede de tronco S, dispositivos de geração descentralizados DGs e cargas estão incluídos na rede de distribuição. Na Figura 1, PCC representa um ponto de conexão entre um dispositivo de geração descentralizado DG e a rede de tronco S. Geralmente, um dispositivo de detecção de falha de terra está instalado no lado da rede de tronco S do PCC e não instalado no lado do dispositivo de gera- ção descentralizado DG. Ainda, F1 representa uma falha de terra mo-nofásica na Figura 1, e as seguintes descrições são feitas fazendo uma falha de terra de fase A como um exemplo de modo a simplificar a descrição.

[0041] Na Figura 1, direções de referência especificadas decorrentes que fluem através de sensores de corrente estão denotadas por finas linhas de pontos, e uma direção da falha de terra monofásica na rede de distribuição é determinada de acordo com as direções de referência especificadas das correntes. Por exemplo, o dispositivo de detecção de falha de terra pode detectar uma falha direta quando a falha de terra monofásica se localiza a jusante do dispositivo de detecção de falha de terra na rede de distribuição, isto é, a jusante do dispositivo de detecção de falha de terra ao longo da direção de referência da corrente; de outro modo dispositivo de detecção de falha de terra pode detectar uma falha reversa quando a falha de terra monofásica se localiza a montante do dispositivo de detecção de falha de terra na rede de distribuição, isto é, a montante do dispositivo de detecção de falha de terra contra uma direção de referência da corrente. Portanto, na Figura 1, os dispositivos de detecção de falha de terra instalados sobre linhas sólidas grossas podem detectar as falhas diretas, enquanto que os dispositivos de detecção de falha de terra instalados sobre linhas sólidas pontilhadas podem detectar as falhas reversas. Além disso, os dispositivos de detecção de falha de terra instalados sobre as linhas sólidas pontilhadas podem também não indicar nenhuma falha, porque tal dispositivo de detecção de falha de terra pode estar distante de uma posição na qual a falha de terra monofásica ocorre e uma corrente residual (ou uma corrente de sequência zero) em tal dispositivo de detecção de falha de terra é bastante pequena.

[0042] Correntemente, é considerado que a falha de terra monofásica é detecta em um caso que a corrente de sequência zero excede um limite de corrente predeterminado e a sua duração excede uma duração predeterminada (por exemplo, 100 ms), e uma detecção direcional da falha de terra monofásica está baseada em uma magnitude e um ângulo da corrente de sequência zero e uma magnitude e um ângulo de uma tensão de sequência zero.

[0043] Em uma rede de distribuição trifásica, existiram diversos diferentes métodos para a detecção direcional da falha de terra monofásica de acordo com diferentes tipos de aterramento de neutro na rede de distribuição. Diversos tipos de aterramento de neutro comuns na rede de distribuição incluem: um aterramento solidamente neutro, um aterramento isolado de neutro, um aterramento de impedância de neutro e um aterramento ressonante de neutro (ou um aterramento de compensação).

[0044] Na detecção direcional da falha de terra monofásica abaixo descrita, um ângulo que adianta o ângulo da tensão de sequência zero para 180° (isto é, um ângulo de uma tensão de sequê ncia zero negativa) é considerado como um eixo geométrico de referência, e uma direção direta é uma direção anti-horária. Uma relação de ângulo entre a tensão de sequência zero e a corrente de sequência zero é dependente de uma impedância de sequência zero da rede na posição de detecção, tal como o tipo de aterramento de neutro, uma resistência de terra da falha de terra, uma posição relativa da falha de terra com relação ao dispositivo de detecção de falha de terra e similares.

MODO DE ÂNGULO DE FASE

[0045] Neste modo, a direção da falha de terra monofásica pode ser detectada somente com os ângulos da tensão de sequência zero e da corrente de sequência zero.

[0046] Especificamente, a direção da falha de terra monofásica pode ser determinada com base nos seguintes critérios.

Falha de Terra Direta: -90° < φ(Ι0 )-<p(V0+180°) - RCA <90° ^ Falha de Terra Reversa: 90° < <p(I0) — (p{VQ + \ 80°) — RCA < 270° [0047] onde ^(vo + l80°) representa o ângulo que adianta o ângulo da tensão de sequência zero para 180°(isto é, o ângulo da tensão de sequência zero negativa), φ{ι0) representa o ângulo da corrente de sequência zero, RCA representa um ângulo característico de relê e é utilizado para compensar um deslocamento de fase causado por uma impedância de loop de falha de terra. O RCA é ajustado para um valor positivo quando a corrente de sequência zero adianta a tensão de sequência zero, e é ajustado como um valor negativo quando a corrente de sequência zero atrasa a tensão de sequência zero negativa.

[0048] A Figura 2A ilustra um diagrama esquemático de uma zona direta na qual a falha de terra direta é detectada e uma zona reversa na qual a falha de terra reversa é detectada no modo de ângulo de fase, em que uma direção da tensão de sequência zero negativa V0 é considerada como o eixo geométrico de referência, e a zona direta e a zona reversa cada uma tem 180° no plano, respectiva mente. Mais ainda, uma zona de não indicação na Figura 2A representa um caso que a magnitude da tensão de sequência zero é menor do que um limite Is e consequentemente nenhuma falha de terra é detectada.

[0049] Na Figura 2A, l0 e l0’ representam duas condições limites no caso que a tensão de sequência zero adianta para a tensão de sequência zero negativa -V0, respectivamente, e RCA representa um ângulo médio de um ângulo de l0 e um ângulo de l0’.

MODO DE CORRENTE ATIVA

[0050] Em um caso que o tipo de aterramento de neutro na rede de distribuição é o aterramento ressonante neutro ou o aterramento de impedância neutro, um componente ativo da corrente de sequência zero pode ser calculado com o ângulo da tensão de sequência zero juntamente com o ângulo e a magnitude da corrente de sequência zero, e a direção da falha de terra monofásica pode ser detectada com o componente ativo da corrente de sequência zero. A Figura 2B ilustra um diagrama esquemático da zona direta na qual a falha de terra direta é detectada e a zona reversa na qual a falha de terra reversa é detectada no modo de corrente ativa.

[0051] Especificamente, a direção da falha de terra monofásica é determinada com base nos seguintes critérios.

Falha de Terra Direta: I0xcos^>IACT

Falha de Terra Reversa: I0xcos^<IACT ^ [0052] onde l0 representa a magnitude da corrente de sequência zero, φ representa um ângulo incluído entre a corrente de sequência zero e a tensão de sequência zero, e IAct representa um limite de corrente ativa positivo para a falha de terra monofásica direta, por exemplo, pode ser ajustado como 2A.

MODO DE CORRENTE REATIVA

[0053] Em um caso que o tipo de aterramento de neutro na rede de distribuição é o aterramento isolado neutro, um componente reativo da corrente de sequência zero pode ser calculado com o ângulo da tensão de sequência zero juntamente com o ângulo e a magnitude da corrente de sequência zero, e a direção da falha de terra monofásica pode ser detectada com o componente reativo da corrente de sequência zero. A Figura 2C ilustra um diagrama esquemático da zona direta na qual a falha de terra direta é detectada e a zona reversa na qual a falha de terra reversa é detectada no modo de corrente reativa.

[0054] No caso de aterramento isolado neutro, a corrente de sequência zero é principalmente um componente de corrente reativa, e a corrente de sequência zero pode adiantar a tensão de sequência zero negativa por 90°durante a falha de terra monofásica direta enquanto a corrente de sequência zero pode atrasar a tensão de sequência zero negativa por 90°durante a falha de terra monofásica reversa. Tal modo é muito próximo do modo de ângulo de fase onde o RCA é ajustado como 90°, e uma diferença entre estes se encontra p elo fato de que a zona de não indicação é decidida por um limite de corrente reativa lRE. ACT- [0055] Especificamente, a direção da falha de terra monofásica é julgada com base nos seguintes critérios.

Falha de Terra Direta: (5) Falha de Terra Reversa: (6) [0056] em que l0 representa a magnitude da corrente de sequência zero, φ representa um ângulo incluído entre a corrente de sequência zero e a tensão de sequência zero, e Ireact representa um limite de corrente reativa positivo para a falha de terra monofásica direta, por exemplo, pode ser ajustado como 2A.

[0057] Como anteriormente descrito, o ângulo da tensão de sequência zero é requerido ser determinado primeiro em todos os três diferentes métodos para a detecção direcional. Correntemente, um Transformador de Tensão de Baixa Potência (LPVT) foi proposto para ser utilizado como um sensor de tensão para adquirir as magnitudes e os ângulos das respectivas tensões de fase, e por sua vez o ângulo da tensão de sequência zero pode ser adquirido por cálculo. No entanto, a taxa de utilização do Transformador de Tensão de Baixa Potência (LPVT) é baixa agora na rede de distribuição devido ao seu preço dispendioso, apesar deste poder prover um ângulo de tensão muito preciso e uma magnitude de tensão muito precisa.

[0058] Por outro lado, como anteriormente descrito, O Sistema de Indicação de Presença de Tensão (VPIS) foi aplicado grandemente para indicar o estado de presença de tensão na rede de distribuição. O Sistema de Indicação de Presença de Tensão (VPIS) tem um baixo custo e é utilizado muito popularmente, o qual pode prover um ângulo de tensão muito preciso, mas não pode prover uma magnitude de tensão precisa.

[0059] A presente descrição tende a estimar o ângulo da tensão de sequência zero com os ângulos das três tensões de fase providas pelo sistema de VPIS existente. O método e dispositivo para estimar o ângulo da tensão de sequência zero proposto na presente descrição podem ser abaixo descritos em conexão com as Figuras 3-14.

[0060] Geralmente, podem existir as seguintes combinações do tipo de aterramento de neutro na rede de distribuição e do tipo de ater-ramento de neutro do dispositivo de geração descentralizado. TABELA 1 [0061] A Figura 3 ilustra um fluxograma para um método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando uma falha de terra monofásica ocorre em uma rede de distribuição de acordo com as modalidades da presente descrição. Como a tensão residual é três vezes a tensão de sequência zero, isto é, a amplitude da tensão residual é três vezes aquela da tensão de sequência zero e o ângulo da tensão residual é o mesmo que aquele da tensão de sequência zero, na descrição seguinte, em termos de cálculo de ângulo, a tensão de sequência zero e a tensão residual podem ser intercambiadas indiscriminadamente.

[0062] Em uma etapa S310, os ângulos de respectivas tensões de fase em três tensões de fase são detectados. Como anteriormente descrito, os ângulos das respectivas tensões de fase podem ser providos com o sistema de VPIS existente. No entanto, a presente descrição não está limitada a isto, e os ângulos das respectivas tensões de fase podem ser providos por outro dispositivo de detecção de ângulo de tensão. Deve ser compreendido que a presente descrição tende a completar uma estimativa do ângulo da tensão de sequência zero sem adquirir informações precisas sobre as magnitudes de tensão, portanto neste contexto, a medida para somente adquirir as informações sobre os ângulos de tensão sem adquirir as informações precisas sobre as magnitudes de tensão pode compreender quaisquer medidas de detecção para os ângulos de tensão capazes de realizar este objeto as quais são existentes ou podem ser desenvolvidas no futuro é claro, ao invés de ser limitado ao sistema de VPIS existente.

[0063] Em uma etapa S320, um tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição é determinado. Como mostrado na Tabela 1, a descrição seguinte pode envolver os seguintes casos do aterramento solidamente neutro na rede de distribuição, o aterramento ressonante neutro na rede de distribuição e o aterramento isolado de neutro na rede de distribuição.

[0064] Em uma etapa S330, um ângulo da tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição é estimado com os ângulos detectados das respectivas tensões de fase, de acordo com o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição.

[0065] A Figura 4 ilustra um fluxograma para um processo para estimar o ângulo da tensão de sequência zero com os ângulos detec- tados das respectivas tensões de fase de acordo com as modalidades da presente descrição. Na descrição seguinte, é sempre assumido que a falha de terra monofásica ocorre em uma fase A e uma fase B e uma fase C são normais.

[0066] Em uma etapa S410, uma magnitude FB da tensão de fase B é ajustada como um valor de referência predeterminado. O valor de referência predeterminado pode ser um valor normalizado, por exemplo, 1, ou pode ser uma tensão nominal do sistema de rede de distribuição, ou mesmo pode ser qualquer valor pré-ajustado.

[0067] Em uma etapa S420, uma tensão de fase A e uma tensão de fase C são estimadas utilizando a magnitude da tensão de fase B e os ângulos da tensão de fase A, da tensão de fase B e da tensão de fase C.

[0068] Em uma etapa S430, o ângulo da tensão de sequência zero é calculado utilizando a tensão de fase B e a tensão de fase A estimadas e a tensão de fase C estimada.

[0069] Por exemplo, o ângulo da tensão de sequência zero (ou da tensão residual) pode ser calculado com uma parte real e uma parte imaginária da tensão de fase A, uma parte real e uma parte imaginária da tensão de fase B, e uma parte real e uma parte imaginária da tensão de fase C: (7) [0070] em que Re Va representa a parte real da tensão de fase A, ImVa representa a parte imaginária da tensão de fase A, ReVb representa a parte real da tensão de fase B, ImVb representa a parte imaginária da tensão de fase B, ReVc representa a parte real da tensão de fase C, e ImVc representa a parte imaginária da tensão de fase C.

[0071] Existem dois diferentes modos para estimar o ângulo da tensão de sequência zero de acordo com os diferentes casos do tipo de aterramento de neutro na rede de distribuição: 1. O modo 1 é para os casos do aterramento ressonante neutro e o aterramento isolado neutro; 2. O modo 2 é para outros casos dos tipos de aterramento de neutro (isto é, o aterramento de solidez neutro e o aterramento de im-pedância neutro).

[0072] Dada a seguinte especificação para a descrição abaixo de modo a simplificar uma expressão: e Re \VA } = Re Va ImfFj} = I m Va [0073] em que vA, vB e vc representam fasores da tensão de fase A , da tensão de fase B e da tensão de fase C, respectivamente e FA, FB e FC representam as magnitudes da tensão de fase A, da tensão de fase B e da tensão de fase C, respectivamente. MODO 1 [0074] Referente a uma combinação do Caso 4 e Caso 5 acima na Tabela 1, isto é, em um caso em que existe um aterramento ressonante neutro ou um aterramento isolado neutro na rede de distribuição enquanto existe um aterramento isolado neutro nos dispositivos de geração descentralizados, as tensões de fase - fase estão aproximadamente balanceadas durante a falha de terra monofásica, a saber: com [0075] Expressar a equação acima dividindo os fasores de tensão complexos em partes reais e imaginárias ajudará com as expressões simplificadas: [0076] Cada uma das equações acima pode ser dividida em duas equações para as partes reais e imaginárias: [0077] Existem 6 variáveis desconhecidas nas 4 equações acima.

[0078] Como anteriormente descrito, dado que a magnitude FB da tensão de fase B é o valor de referência predeterminado, então a parte real e a parte imaginária da tensão de fase B podem ser expressas como segue, respectivamente: Re Vb = FB · cos<^/;

ImVb = FB · sin φΒ ) [0079] onde φΒ é um ângulo da tensão de fase B o qual pode ser medido diretamente pelo VPIS.

[0080] Após resolver as 4 equações acima, existem: Im Vc = Re Vc tan(^c ) , e ReVa = kl - ReVc + k2 , [m Va = Re Va tan(φΛ), COm [0081] onde φΛ é o ângulo da tensão de fase A, φΒ é o ângulo da tensão de fase B e çc é o ângulo da tensão de fase.

[0082] Por exemplo, pode ser assumido que a magnitude FB do ângulo da tensão de fase B é 1,0, a saber [0083] Portanto, isto pode obter: [0084] Portanto o ângulo da tensão residual pode ser calculado pela equação (7) acima, e por sua vez a direção da falha de terra mo-nofásica pode ser determinada com pelo menos uma das equações (1)-(6) acima de acordo com o diferente tipo de aterramento de neutro na rede de distribuição. MODO 2 [0085] Referindo a combinação dos Casos 1-3 acima na Tabela 1, isto é, em um caso que existe um aterramento solidamente neutro na rede de distribuição, as tensões de fase - fase não estão mais balanceadas. É também assumido que a falha de terra monofásica ocorre na fase A e a magnitude FB da tensão de fase B é o valor de referência predeterminado.

[0086] Devido aos ângulos das três tensões de fase incluindo a tensão de Fase A, a tensão de fase B e a tensão de fase C poderem ser medidos diretamente, as magnitudes da tensão de fase A e da tensão de fase C são requeridas serem determinadas de modo a obter o ângulo da tensão residual, dado que a magnitude FB da tensão de fase B é o valor de referência predeterminado.

[0087] A Figura 5 ilustra um fluxograma da etapa para estimar a tensão de fase A e a tensão de fase C no Modo 2.

[0088] Em uma etapa S510, a magnitude FC da tensão de fase C é estimada com a magnitude FB da tensão de fase B.

[0089] Em uma etapa S520, uma impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra é estimada.

[0090] Em uma etapa S530, a tensão de fase A é estimada com os ângulos da tensão de fase A, da tensão de fase B e da tensão de fase C, as magnitudes da tensão de fase B e da tensão de fase C, e com a impedância de sequência negativa estimada no dispositivo de detecção de falha de terra.

[0091] Um processo para estimar a magnitude da tensão de fase C na etapa S510 será abaixo descrito primeiramente.

[0092] Definindo CR como uma razão das magnitudes da tensão de fase B e da tensão de fase C: [0093] Foi descoberto que um componente de corrente de sequência positiva in e um componente de corrente de sequência negativa if2 são os mesmos que um componente de corrente de sequência zero if0 no caso em que a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição, e pode ser expresso como: [0094] onde vfa[o] é a tensão de fase A na posição de falha antes da falha de terra de fase A ocorrer, Z-, é uma impedância de sequência positiva equivalente, Z2 é uma impedância de sequência negativa e-quivalente e é igual a Ζλ aproximadamente, Z0 é uma impedância de sequência zero equivalente, e Rf é uma resistência de terra da falha de terra.

[0095] Portanto um componente de tensão de sequência positiva Vn, um componente de tensão de sequência negativa vf2 e um componente de tensão de sequência zero vf0 na posição de falha são como segue, respectivamente: [0096] Portanto as tensões (duas tensões de fase saudável) na fase B e na Fase C onde nenhuma falha de terra ocorre podem ser expressas como segue, respectivamente: e [0097] A seguir, o CR pode ser expresso como: [0098] Apesar de nenhum dos três parâmetros z,, z0e Rf na e- quação acima ser conhecido, uma relação entre o valor de CR e a razão das magnitudes da tensão de fase B e da tensão de fase C satisfaz um gráfico mostrado na Figura 6 de acordo com experiências, isto é, o valor de CR está dentro de uma faixa de [0,67, 1,05]. Como um resultado, o CR pode ser assumido como um valor fixo dentro da faixa de [0,67, 1,05] Neste caso. Então podemos obter FC=CR x FB.

[0099] Por exemplo, pode ser assumido que o CR está fixo em 1,0, e consequentemente FC = FB . Mais ainda, FC = 1 sob uma suposição de FB= 1.

[00100] A seguir, um processo para estimar a impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra na etapa S520 será abaixo descrito.

[00101] A pesquisa mostra que, a impedância de sequência negativa Z2 é determinada pela própria rede de distribuição e quase não afetada por uma capacitância de derivação, a resistência de terra da falha de terra e os tipos de aterramento de neutro. Portanto, existe uma relação estável entre a corrente de sequência negativa e a tensão de sequência negativa.

[00102] A relação entre a corrente de sequência negativa e a tensão de sequência negativa depende da impedância de loop de sequência negativa Z2 atrás do dispositivo de detecção de falha de terra. A impedância de sequência negativa seria calculada de acordo com três diferentes posições do dispositivo de detecção de falha de terra: um dispositivo de rede, os dispositivos de geração descentralizados e os dispositivos de carga.

[00103] Portanto, na etapa S520, uma posição exata do dispositivo de detecção de falha de terra na rede de distribuição é necessária ser determinada primeiramente, então a impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra é diferentemente de acordo com a posição exata do dispositivo de detecção de falha de terra.

[00104] Como ilustrado na Figura 7, F1 é uma falha de terra de fase A, existem diversos dispositivos com uma função de detecção de falha de terra, a saber os dispositivos de detecção de falha de terra, tal como D1, D2 e D3, normalmente mais de dois dispositivos de geração descentralizados Estão interconectados em cada alimentador de distribuição, e somente dois dispositivos de geração descentralizados DGs estão ilustrados na Figura 7, os quais representam os dispositivos de geração descentralizados mais próximos e mais distantes de uma subestação (um transformador de redução de alta tensão - média tensão) na rede de distribuição, respectivamente.

[00105] Durante a falha F1, o D1 detectaria uma falha direta, e a impedância de sequência negativa Z2 detectada por D1 é decidida por impedância interna de rede; o D2 detectaria uma falha para trás, e a impedância de sequência negativa Z2 detectada por D2 é decidida por uma impedância interna de DG; e o D3 detectaria uma falha para trás, e a impedância de sequência negativa Z2 detectada por D1 é decidida por uma impedância de carga.

[00106] A Figura 8 ilustra esquematicamente um diagrama de conexão para o dispositivo de detecção de falha de terra D1, o qual está distante do dispositivo de geração descentralizado e das cargas enquanto localiza em um lado de média tensão na rede de distribuição, e o dispositivo de detecção de falha de terra D2, o qual está próximo do dispositivo de geração descentralizado enquanto localiza o lado de média tensão na rede de distribuição.

[00107] A Figura 9 ilustra esquematicamente uma rede de sequência negativa para o dispositivo de detecção de falha de terra D1, o qual está distante do dispositivo de geração descentralizado e das cargas enquanto localiza no lado de média tensão na rede de distribuição, e o dispositivo de detecção de falha de terra D2, o qual está próximo do dispositivo de geração descentralizado enquanto localiza no lado de média tensão na rede de distribuição.

[00108] Z2sm é uma impedância de fonte de sequência negativa no lado de rede, incluindo uma impedância de área de (sub)transmissão (isto é, uma impedância de sistema de rede antes do transformador de redução) e uma impedância de fuga do transformador de redução; Z2LM é uma impedância de sequência negativa de linhas ou cabos entre o transformador de redução e o dispositivo D1; l2M é uma corrente de sequência negativa medida pelo dispositivo D1; V2M é uma tensão de sequência negativa medida pelo dispositivo D1; V2 é uma fonte de tensão de sequência negativa na posição de falha; Z2Sn é uma impedância de fonte de sequência negativa no lado de dispositivo de geração descentralizado, incluindo uma impedância de gerador e uma impedância de fuga de um transformador de aumento; Z2LN é uma impedância de sequência negativa de linhas ou cabos entre o transformador de aumento e o dispositivo D2; l2N é uma corrente de sequência negativa medida pelo dispositivo D2, V2N é uma tensão de sequência negativa medida pelo dispositivo D2. 1. Dispositivo de Detecção de Falha de Terra D1 [00109] Para o dispositivo de detecção de falha de terra D1, o processo para estimar a impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra pode compreender: estimar uma impedância de sistema de rede no lado de alta tensão da rede de distribuição; estimar uma impedância de transformador do transformador de redução entre o lado de alta tensão e o lado de média tensão na rede de distribuição; referenciar a impedância de sistema de rede estimada a impedância de transformador para o lado de média tensão para obter uma impedância de sequência negativa de rede; estimar uma impedância de sequência negativa de cabo do transformador de redução para o dispositivo de detecção de falha de terra; e adicionar a impe-dância de sequência negativa de rede à impedância de sequência negativa de cabo.

[00110] Para o dispositivo de detecção de falha de terra D1, a corrente de sequência negativa e a tensão de sequência negativa medidas por este satisfazem a seguinte relação: [00111] Como acima descrito, Z2sm inclui a impedância de área de (sub)transmissão (isto é, a impedância de sistema de rede antes do transformador de redução) e a impedância de fuga do transformador de redução, de modo que a impedância no lado de alta tensão (HV) possa ser calculada por: [00112] onde VK é a tensão no lado de alta tensão na rede de distribuição antes do transformador de redução, Sk é uma capacidade de curto-circuito do lado de alta tensão na rede de distribuição antes do transformador de redução; SN é uma potência nominal do transformador de redução; e ZK é uma percentagem de impedância de curto-circuito do transformador de redução.

[00113] Ainda, a impedância do lado de alta tensão (HV) pode ser referenciada a uma impedância do lado de média tensão (MV) como segue: [00114] onde VN é a tensão no lado de média tensão na rede de distribuição após o transformador de redução.

[00115] Assumido que: a tensão no lado de alta tensão na rede de distribuição antes do transformador de redução é 63 kV e a capacida- de de curto-circuito é 250 MVA, a tensão no lado de média tensão na rede de distribuição após o transformador de redução é 21 kV e a potência nominal do transformador de redução é 63 MVA, e a percentagem de impedância de curto-circuito do transformador de redução é 16%. Portanto a impedância do lado de alta tensão (HV) e a impedância do lado de média tensão (MV) podem ser calculadas como segue. e [00116] onde X/R representa a razão de reatância / resistência, e, por exemplo, pode ser selecionada como X/R=10 de acordo com as experiências.

[00117] A impedância de sequência negativa Z2Lm de linhas ou cabos entre o transformador de redução e o dispositivo D1 pode ser calculada por Z2lm:=Z|2-L, onde zt2 é uma impedância de sequência negativa por quilômetro, por exemplo, 0,2 Ω de uma resistência por quilômetro enquanto 0,766 mH de uma indutância por quilômetro.

[00118] Se o dispositivo de detecção de falha de terra D1 no lado de rede for instalado logo a jusante da subestação, então a impedância de sequência negativa do dispositivo de detecção de falha de terra D1 pode ser calculada por Z2M = Z2SM +Z2[ U = Z2SU. Com base nas suposições acima ainda, então, [00119] Por outro lado, se o dispositivo de detecção de falha de terra D1 no lado de rede for instalado muito distante da subestação, como uma distância mais longa econômica da subestação para a carga usualmente não excederá 30 km, para tal dispositivo de detecção de falha de terra D1 instalado com a longa distância limite, a sua impedância de sequência negativa pode ser calculada por: [00120] Com base nas suposições acima ainda, então [00121] Um valor médio entre as duas situações limite acima pode ser selecionado como o ângulo da impedância de sequência negativa do dispositivo de detecção de falha de terra D1 no lado de rede. Por exemplo, o ângulo da impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra pode ser estimado como um primeiro ângulo predeterminado, tal como 70°. 2. Dispositivo de Detecção de Falha de Terra D2 [00122] Para o dispositivo de detecção de falha de terra D2, sua impedância de sequência negativa é calculada também com base no diagrama equivalente ilustrado na Figura 9, e o processo para estimar a impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra D2 pode compreender: estimar uma impedância de dispositivo de geração do dispositivo de geração descentralizado; estimar uma impedância de transformador de um transformador de aumento entre o dispositivo de geração descentralizado e o lado de média tensão na rede de distribuição; referenciar a impedância de dispositivo de geração estimada e a impedância de transformador para o lado de média tensão para obter uma impedância de sequência negativa de dispositivo de geração; estimar uma impedância de sequência negativa de cabo do transformador de aumento para o dispositivo de detecção de falha de terra; e somar a impedância de sequência negativa de dispositivo de geração com a impedância de sequência negativa de cabo.

[00123] A tensão de sequência negativa e a corrente de sequência negativa medidas pelo dispositivo de detecção de falha D2 satisfazem a seguinte relação: [00124] A impedância de sequência negativa Z2N no dispositivo de detecção de falha de terra D2, pode ser estimada similarmente. Especificamente, [00125] onde VDG é a tensão do dispositivo de geração descentralizado, SDg é uma capacidade de curto-circuito do dispositivo de geração descentralizado; SN ê a potência nominal do transformador de aumento; e ZK é uma percentagem de impedância de curto-circuito do transformador de aumento.

[00126] Ainda, a impedância do dispositivo de geração descentralizada pode ser referenciada a uma impedância do lado de média tensão (MV) como segue: [00127] Ainda, a impedância de sequência negativa Z2ln dos cabos entre o transformador de aumento e o dispositivo de detecção de falha de terra D2 pode ser calculada similarmente a Z2LM. A seguir, o ângulo da impedância de sequência negativa Z2N no dispositivo de detecção de falha de terra D2 pode ser estimado correspondentemente.

[00128] Por exemplo, o ângulo da impedância de sequência negativa Z2N no dispositivo de detecção de falha de terra D2 pode também estar dentro de uma faixa de [58°, 84°]. Como outro exemplo, o ângulo da impedância de sequência negativa Z2N no dispositivo de detecção de falha de terra D2 pode ser estimado como um segundo ângulo predeterminado, por exemplo, 70° também.

[00129] A Figura 10 ilustra esquematicamente um diagrama de conexão para o dispositivo de detecção de falha de terra D3 o qual está próximo das cargas enquanto se localiza no lado de média tensão na rede de distribuição.

[00130] A Figura 11 ilustra esquematicamente um diagrama equivalente da rede de sequência negativa para o dispositivo de detecção de falha de terra D3 o qual está próximo das cargas enquanto se localiza no lado de média tensão na rede de distribuição.

[00131] Z2Ln é uma impedância de sequência negativa de cabos entre o dispositivo de detecção de falha de terra D3 e uma carga; Z2_Load é uma impedância de sequência negativa da carga; l2N é uma corrente de sequência negativa medida pelo dispositivo de detecção de falha de terra D3; e V2N é uma tensão de sequência negativa medida pelo dispositivo de detecção de falha de terra D3. 3. Dispositivo de Detecção de Falha de Terra D3 [00132] A tensão de sequência negativa e a corrente de sequência negativa medidas, pelo dispositivo de detecção de falha de terra D3 satisfazem a seguinte relação: [00133] Em um caso que o dispositivo de detecção de falha de terra D3 está instalado logo adjacente à carga, [00134] Por outro lado, em um caso que o dispositivo de detecção de falha de terra D3 está distante da carga, a impedância de sequência negativa dos cabos entre o dispositivo de detecção de falha de terra D3 e a carga pode ser calculada similarmente à acima.

[00135] Ainda, a impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra D3 pode ser estimada de acordo com um fator de potência nominal da carga. Por exemplo, o ângulo da impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra D3 pode ser estimado como um terceiro ângulo predeterminado, por exemplo, 26°.

[00136] A seguir a estimativa da tensão de fase A na etapa S530 será descrita.

ESTIMATIVA DE TENSÃO DE FASE A

[00137] As tensões de fase A no dispositivo de detecção de falha de terra D1, no dispositivo de detecção de falha de terra D2 e no dispositivo de detecção de falha de terra D3 seriam estimadas com a im-pedância de sequência negativa acima calculada. 1. Dispositivo de Detecção de Falha de Terra D1 [00138] Como acima descrito, a tensão de sequência negativa no D1 pode ser expressa como : (8) [00139] Correspondentemente, o ângulo da tensão de sequência negativa no D1 pode ser expresso como: φΥ2Μ =ç12M+lS0° + φΖ2Μ .

[00140] A corrente de sequência negativa no D1 pode ser expressa por três correntes de fase: [00141] Também, a tensão de sequência negativa no D1 pode também ser expressa pelas três correntes de fase: [00142] Façamos de modo a simplificar a expres- são.

[00143] Como o VPIS pode prover os ângulos precisos da tensão de fase A , da tensão de fase B e da tensão de fase C, então [00144] O ângulo do V2M é conhecido, e tanto a magnitude quanto o ângulo do Vsum são conhecidos, portanto este pode obter uma expressão como segue: [00145] Correspondentemente, a parte real e a parte imaginária da tensão de fase A vA podem ser calculadas como: e imVa = ReFa · tan(^), respectivamente.

[00146] A Figura 12 ilustra a magnitude da tensão de fase A estimada. Na Figura 12, uma linha de extensão pode ser traçada em uma direção de vA começando de um ponto final de Vsmn, até que esta linha de extensão intersecte com uma linha de extensão de V2M, e um comprimento da linha de extensão traçada na direção de v. é a magnitude FA da tensão de fase A. 2. Dispositivo de Detecção de Falha de Terra D2 [00147] Como acima descrito a tensão de sequência negativa no D2 pode ser expressa como: V2N = Í2N-Z2N .

[00148] Correspondentemente, o ângulo da tensão de sequência negativa no D2 pode ser expresso como: Ψν2Ν_actual =φΙ2Ν+φΖ2Ν .

[00149] A tensão de sequência negativa é ainda expressa pela e-quação (8) acima porque a posição de falha não pode ser estimada antes da falha ocorrer, assim o ângulo da tensão de sequência negativa pode ser expresso por: Ψγ2Ν _calculated =(PI2N + <Pz2N ^ ^0 .

[00150] Similarmente, a corrente de sequência negativa no D2 pode ser expressa três correntes de fase: [00151] Também, a tensão de sequência negativa no D2 pode também ser expressa pelas três tensões de fase: [00152] Façamos de modo a simplificar a expres- são.

[00153] Similarmente, isto pode obter uma expressão como segue: [00154] Correspondentemente, a parte real e a parte imaginária da tensão de fase A vA podem ser calculadas como: e imVa = ReFa · tan(^), respectivamente.

[00155] A Figura 13 ilustra a magnitude da tensão de fase A estimada. Na Figura 13, uma linha de extensão pode ser traçada em uma direção de vA começando de um ponto final de Vsmn, até que esta linha de extensão intersecte com uma linha de extensão de v2N, e um comprimento da linha de extensão traçada na direção de vA é a magnitude FA da tensão de fase A. 3. Dispositivo de Detecção de Falha de Terra D3 [00156] Como o ângulo da impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra D3 é normalmente decidido por um fator de potência de sistema e é geralmente menor do que 30°, se a equação (8) acima ainda for utilizada, o ângulo estimado do -V2n pode se deslocar aproximadamente 40°.

[00157] Como a magnitude do V2n é usualmente um pequeno valor comparado com a tensão de fase durante a falha de terra monofásica, o que faz com que o Vsum e o vA estejam quase 180°fora de fase. Portanto, os 40°de deslocamento de ângulo causará somente um pequeno erro da estimativa de FA.

[00158] Portanto, isto pode obter uma expressão como segue similarmente: [00159] Correspondentemente, a parte real e a parte imaginária da tensão de fase A vA podem ser calculadas como: ] e im Va = Re Va tan(^), respectivamente.

[00160] A Figura 14 ilustra a magnitude da tensão de fase A estimada. Na Figura 14, uma linha de extensão pode ser traçada em uma direção de vA começando de um ponto final de Vsmn, até que esta linha de extensão intersecte com uma linha de extensão de V2N, e um comprimento da linha de extensão traçada na direção de v. é a magnitude FA da tensão de fase A

[00161] Em conclusão, as seguintes equações podem ser utilizadas no Modo 2.

Re Vb = FB - cosφΒ, Im Vb = FB ύηφΒ R eVc = CR · FB cos(pc,\mVc = CR · FB sinçc j e Im Va = Re Va iím((pA ) J

[00162] onde φ^- =φ^+180°+ .

[00163] Assim o ângulo da tensão residual pode ser calculado por: [00164] Após o ângulo da tensão residual ser calculado, a direção da falha de terra monofásica pode ser determinada com pelo menos uma das equações (1)-(6) acima de acordo com o diferente tipo de a-terramento de neutro na rede de distribuição.

[00165] A Figura 15 ilustra um dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando uma falha de terra monofásica ocorre em uma rede de distribuição de acordo com as modalida- des da presente descrição, o qual pode estar incluído nos dispositivos de detecção de falha de terra D1-D3.

[00166] O dispositivo para estimar o ângulo da tensão de sequência zero de acordo com as modalidades da presente descrição: compreende: um detector de ângulo para uma tensão de fase A, um detector de ângulo para uma tensão de fase B e um detector de ângulo para uma tensão de fase C; e um estimador de ângulo para uma tensão de sequência zero para estimar o ângulo da tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição com ângulos das respectivas tensões de fase detectados pelo detector de ângulo para a tensão de fase A, pelo detector de ângulo para a tensão de fase B e pelo detector de ângulo para a tensão de fase C, de acordo com um tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição.

[00167] Como acima descrito, o estimador de ângulo da tensão para uma tensão de sequência zero pode ajustar uma magnitude de uma tensão de fase B como um valor de referência predeterminado, e estimar uma tensão de fase A e uma tensão de fase C utilizando a magnitude da tensão de fase B e os ângulos da tensão de fase A, da tensão de fase B e da tensão de fase C, e calcular o ângulo de tensão de sequência zero utilizando a tensão de fase B e a tensão de fase A estimadas e a tensão de fase C estimada.

[00168] Em um caso em que o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição é um aterramento ressonante neutro ou um aterramento isolado neutro, o estimador de ângulo para a tensão de sequência zero calcula as partes reais e imaginárias da fase B, da fase C e da Fase A são calculadas pelas seguintes equações: ReVb = FB cos<pB, ImVb = FB sinφΒ , k3 ReVc = —, Im Vc — Re Vc tan(^?c) k 4 >

Re Va = kl ReVc + k.2 , Im Va = R eVa tan(^() [00169] Mais ainda, o dispositivo para estimar o ângulo da tensão de sequência zero de acordo com as modalidades da presente descrição pode ainda compreender um transformador de corrente de fase A, um transformador de corrente de fase B e um transformador de corrente de fase C.

[00170] Em um caso que o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição é um aterramento solidamente neutro, o estimador de ângulo para a tensão de sequência zero determina uma magnitude FC da tensão de fase C como um múltiplo predeterminado da magnitude FB da tensão de fase B, estima um ângulo de uma impedância de sequência negativa em um dispositivo de detecção de falha de terra, calcula um ângulo de uma corrente de sequência negativa de acordo com três correntes de fase providas pelo transformador de corrente de fase A, pelo transformador de corrente de fase B e pelo transformador de corrente de fase C, e estima as partes reais e as partes imaginárias da tensão de fase B, da tensão de fase C e da tensão de fase A de acordo com as seguintes equações: ReVb = FB cos^B,ImFZ> = FB - ύηφΒ , ReVc = CR·FB cosçc,ImVc = CR·FB·sinφ€ , e Im Va = Rc Va ií\n(çA).

[00171] Assim, o estimador de ângulo para a tensão de sequência zero pode calcular o ângulo de tensão residual por: [00172] De preferência, o dispositivo de detecção de falha de terra pode ainda compreender um transformador de corrente de sequência zero para medir a corrente de sequência zero na rede de distribuição trifásica diretamente, o que pode eliminar uma corrente de diferença causada por um ligeiro descasamento entre os três transformadores de corrente separados, especialmente em um sistema de rede no qual uma falha de terra de alta resistência ocorre ou o neutro não está solidamente aterrado. Assim, a detecção direcional da falha de terra é mais precisa.

[00173] Com o método e dispositivo para estimar o ângulo da tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição de acordo com as modalidades da presente descrição, o ângulo da tensão de sequência zero pode ser estimado com os ângulos das três tensões de fase providos pelo VPIS existente, o que remove os requisitos para equipar transformadores de tensão dispendiosos, de modo que a detecção para a falha de terra monofásica é mais simples e mais fácil e o custo do dispositivo de detecção de falha de terra é reduzido.

[00174] Deve ser notado que os desenhos individuais somente mostram partes relativas às modalidades da presente descrição para o bem de concisão e clareza, mas aqueles versados na técnica devem compreender que o dispositivo e aparelho mostrados nos desenhos podem incluir outras unidades necessárias.

[00175] Acima estão somente modalidades específicas da presente descrição, e o escopo da presente descrição não está assim limitado. Qualquer pessoa versada na técnica pode facilmente fazer várias modificações e alterações, e é pretendido que todas estas modificações e alterações sejam abrangidas dentro das reivindicações anexas. Portanto, o escopo da presente descrição deve ser definido pelas reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando uma falha de terra monofásica ocorre em uma rede de distribuição, caracterizado por compreender: detectar (S310) ângulos de respectivas tensões de fase em três tensões de fase; determinar (S320) um tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição; e estimar (S330) o ângulo da tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição com os ângulos detectados das respectivas tensões de fase, de acordo com o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição.

2. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando a falha de terra monofásica ocorre em uma fase A, a etapa de estimar o ângulo da tensão de sequência zero com os ângulos detectados das respectivas tensões de fase compreende: ajustar (S410) uma magnitude FB de uma tensão de fase B como um valor de referência predeterminado; estimar (S420) uma tensão de fase A e uma tensão de fase C utilizando a magnitude da tensão de fase B e os ângulos da tensão de fase A, da tensão de fase B e da tensão de fase C; e calcular (S430) o ângulo da tensão de sequência zero utilizando a tensão de fase B e a tensão de fase A estimadas e a tensão de fase C estimada.

3. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que em um caso que o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição é um aterramento ressonante neutro ou um aterramento isolado neutro, as três tensões de fase satisfazem equações como se- gue: em que ReVa é a parte real da tensão de fase A, \mVa é a parte imaginária da tensão de fase A, Re\/b é a parte real da tensão de fase B, ImVb é a parte imaginária da tensão de fase B, Re\/c é a parte real da tensão de fase C, ImVcéa parte imaginária da tensão de fase C.

4. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a parte real e a parte imaginária da fase B são: ReVb = FB cosçB,lmVb = FB - sin^ e as partes reais e as partes imaginárias da tensão de fase A e da tensão de fase B são estimadas com a magnitude da tensão de fase B, o ângulo da tensão de fase B, o ângulo da tensão de fase A e o ângulo da tensão de fase C: Im Vc = Re Vc · tan(^?c ) ) Re Va = kl Re Vc + kl , Im Va = Re Va tan(^() . em que e em que φΑ é o ângulo da tensão de fase A, φΒ é o ângulo da tensão de fase B, e φ€ é o ângulo da tensão de fase C.

5. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que em um caso que o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição é um aterramento solidamente neutro, a etapa de estimar a tensão de fase A e a tensão C com a magnitude da tensão de fase B, o ângulo da tensão de fase B, o ângulo da tensão de fase A e o ângulo da tensão de fase C compreende: estimar (S510) uma magnitude FC da tensão de fase C com a magnitude FB da tensão de fase B; estimar (S520) uma impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra; e estimar (S530) a tensão de fase A com os ângulos da tensão de fase A, da tensão de fase B e da tensão de fase C, as magni-tudes da tensão de fase B e da tensão de fase C, e com a impedância de sequência negativa estimada no dispositivo de detecção de falha de terra.

6. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de estimar (S510) a magnitude da tensão de fase C compreende: estimar uma relação de proporção entre a magnitude da tensão de fase B e a magnitude da tensão de fase C; e calcular (S430) uma magnitude da tensão de fase C com a magnitude da tensão de fase B e a relação de proporção.

7. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de estimar a impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra compreende: determinar uma posição exata do dispositivo de detecção de falha de terra na rede de distribuição; e estimar a impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra diferentemente de acordo com a posição exata do dispositivo de detecção de falha de terra.

8. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que em um caso em que o dispositivo de detecção de falha de terra está distante do dispositivo de geração descentralizado e das cargas, e se localiza em um lado de média tensão na rede de distribuição, a dita estimativa da impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra compreende: estimar uma impedância de sistema de rede em um lado de alta tensão da rede de distribuição; estimar uma impedância de transformador de um transformador de redução entre o lado de alta tensão e o lado de média tensão na rede de distribuição; referenciar a impedância de sistema de rede estimada e a impedância de transformador ao lado de média tensão para obter uma impedância de sequência negativa de rede; estimar uma impedância de sequência negativa de cabo do transformador de redução para o dispositivo de detecção de falha de terra; e somar a impedância de sequência negativa de rede com a impedância de sequência negativa de cabo.

9. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que em um caso em que o dispositivo de detecção de falha de terra está próximo do dispositivo de geração descentralizado e se localiza em um lado de média tensão na rede de distribuição, a dita estimativa da impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra compreende: estimar uma impedância de dispositivo de geração do dispositivo de geração descentralizado; estimar uma impedância de transformador de um transformador de aumento entre o dispositivo de geração descentralizado e o lado de média tensão na rede de distribuição; referenciar a impedância de dispositivo de geração estimada e a impedância de transformador ao lado de média tensão para obter uma impedância de sequência negativa de dispositivo de geração; estimar uma impedância de sequência negativa de cabo do transformador de aumento para o dispositivo de detecção de falha de terra; e somar a impedância de sequência negativa de dispositivo de geração com a impedância de sequência negativa de cabo.

10. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de estimar a tensão de fase A com os ângulos da tensão de fase A, da tensão de fase B e da tensão de fase C, as magni-tudes da tensão de fase B e da tensão de fase C, e com a impedância de sequência negativa estimada no dispositivo de detecção de falha de terra compreende: calcular (S430) um ângulo de tensão de sequência negativa com o ângulo estimado da impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra e o ângulo da corrente de sequência negativa; e estimar uma parte real e uma parte imaginária da tensão de fase A com os ângulos da tensão de fase A, tensão de fase B, e da tensão de fase C, as magnitudes da tensão de fase B e da tensão de fase C, e o ângulo da tensão de sequência negativa.

11. Método para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a parte real e a parte imaginária da tensão de fase A são como segue: Im Va = Re Va - Ϋάη(φΛ) em que Re\/sum é uma parte real de vsum, lm\/sum é uma parte imaginária do Vsum, φΑ é o ângulo da tensão de fase A, <pB é o ângulo da tensão de fase B, e çc é o ângulo da tensão de fase C; (PV2 =φι2+180° + φ./2, φΙ2 é ο ângulo da corrente de sequência negativa, φΖ2 é o ângulo da impedância de sequência negativa, e φΥ2 é o ângulo de uma tensão de sequência negativa.

12. Dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre em uma rede de distribuição, caracterizado por compreender: um detector de ângulo para uma tensão de fase A, um detector de ângulo para uma tensão de fase B e um detector de ângulo para uma tensão de fase C; e um estimador de ângulo para uma tensão de sequência zero para estimar o ângulo da tensão de sequência zero quando a falha de terra monofásica ocorre na rede de distribuição com ângulos das respectivas tensões de fase detectados pelo detector de ângulo para a tensão de fase A, pelo detector de ângulo para a tensão de fase B e pelo detector de ângulo para a tensão de fase C, de acordo com um tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição.

13. Dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o estimador de ângulo para a tensão de sequência zero ajusta uma magnitude FB da tensão de fase B como uma valor de referência predeterminado, estima a tensão de fase A e a tensão de fase C utilizando a magnitude da tensão de fase B e os ângulos da tensão de fase A, da tensão de faze B, e da tensão de fase C, e calcula o ângulo da tensão de sequência zero utilizando a tensão de fase B e a tensão de fase A estimadas e a tensão de fase C estimada.

14. Dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que em um caso que o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição é um aterramento ressonante neutro ou um aterramento isolado neutro, o estimador de ângulo para a tensão de sequência zero calcula as partes reais e as partes imaginárias da fase B, da fase C, e da fase A pelas seguintes equações: Re Vb = FB cos(pB, ImVb = FB sinφΒ , Im Vc = Re Vc tan(^?c ) 1 Re Va = k 1 Re Vc + kl , Im Va = Re Va \.ί\η( φΑ ) J em que Re\/a é a parte real da tensão de fase A, lm\/a é a parte imaginária da tensão de fase A, ReVb é a parte real da tensão de fase B, ImVb é a parte imaginária da tensão de fase B, ReVc ê a parte real da tensão de fase C, ImVcéa parte imaginária da tensão de fase C, φΑ é o ângulo da tensão de fase A, φΒ é o ângulo da tensão de fase B, e çc é o ângulo da tensão de fase C, e

15. Dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por ainda compreender um transformador de corrente de fase A, um transformador de corrente de fase B e um transformador de corrente de fase C, em que em um caso que o tipo de aterramento de neutro da rede de distribuição é um aterramento solidamente neutro, o estimador de ângulo para a tensão de sequência zero determina uma magnitude FC da tensão de fase C como um múltiplo predeterminado da magnitude FB da tensão de fase B, estima um ângulo de uma impedância de sequência negativa em um dispositivo de detecção de falha de terra, calcula um ângulo de uma corrente de sequência negativa de acordo com três correntes de fase providas pelo transformador de corrente de fase A, pelo transformador de corrente de fase B e pelo transformador de corrente de fase C, e estima a parte real e a parte imaginária da tensão de fase A de acordo com as seguintes equações: Im Va = Re Va tíin((pA ) 1 em que ReVsum é uma parte real de vs!/m, lm\/sum é uma parte imaginária do vsum, φΑ é o ângulo da tensão de fase A, φΒ é o ângulo da tensão de fase B, e <pc é o ângulo da tensão de fase C; φν2 =φΙ2+ΐ%0ο + φΖ2, <pI2 é um ângulo da corrente de sequência negativa, φζ2 é o ângulo da impedância de sequência negativa, e φν2 é um ângulo de uma tensão de sequência negativa.

16. Dispositivo para estimar um ângulo de uma tensão de sequência zero de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o ângulo da impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra é estimado como um primeiro ângulo predeterminado, em um caso em que o dispositivo de detecção de falha de terra está distante do dispositivo de geração descentralizado e das cargas, e se localiza em um lado de média tensão na rede de distribuição; o ângulo da impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra é estimado como um segundo ângulo predeterminado em um caso em que o dispositivo de detecção de falha de terra está próximo do dispositivo de geração descentralizado e se localiza em um lado de média tensão na rede de distribuição; e o ângulo da impedância de sequência negativa no dispositivo de detecção de falha de terra é estimado como um terceiro ângulo predeterminado em um caso em que o dispositivo de detecção de falha de terra está próximo das cargas, e se localiza em um lado de média tensão na rede de distribuição.