BR102016026532A2 - A protective method and device for monitoring a circuit breaker - Google Patents

Description

“MÉTODO E DISPOSITIVO PROTETOR PARA MONITORAR UM DISJUNTOR” [001] A invenção refere-se a um método para monitorar um disjuntor em uma rede de suprimento de energia elétrica, no qual uma seção da rede de suprimento de energia elétrica é monitorada em relação à ocorrência de um defeito e, mediante detecção de um defeito na seção monitorada, um sinal de disparo é emitido a um disjuntor adjacente à seção, e um sinal de defeito de comutador que indica um defeito mediante a abertura do disjuntor é gerado se um fluxo de corrente contínua através do disjuntor for detectado após o sinal de disparo ser emitido.

[002] A invenção se refere também a um dispositivo de proteção para monitorar um disjuntor, sendo que o dispositivo tem um dispositivo de controle similarmente configurado.

[003] Redes de suprimento de energia elétrica são normalmente monitoradas em relação ao estado de operação das mesmas por assim chamados dispositivos de proteção. Tais dispositivos de proteção utilizam assim chamados algoritmos de proteção (por exemplo, algoritmos de proteção de distância, algoritmos de proteção diferenciais, algoritmos de proteção de sobrecorrente) a fim de avaliar os valores medidos (por exemplo, correntes e/ou tensões) que indicam um estado de operação da rede de suprimento de potência em um ponto de medição particular. Como resultado da avaliação, um dispositivo de proteção alcança uma decisão sobre se a seção da rede de suprimento de potência monitorada pelo mesmo está em um estado de operação permissível ou não permissível. Se um estado de operação não permissível - que pode ser causado, por exemplo, por um curto circuito presente - for detectado, o dispositivo de proteção emitirá um sinal de disparo a um disjuntor, o qual é adjacente à seção defeituosa da rede de suprimento de potência, a fim de induzir o dito disjuntor a abrir os contatos de comutador e, portanto, desconectar a seção defeituosa do restante da rede de suprimento de potência.

[004] Nesse caso, deve-se garantir que o disjuntor também realmente desligue a seção, visto que componentes da rede de suprimento de potência podem ser danificados de outra maneira. Além disso, indivíduos correm risco de lesão se um defeito não for desligado.

[005] Portanto, os próprios dispositivos de proteção ou dispositivos separados normalmente exercem uma assim chamada função de proteção contra falha de disjuntor que monitora a abertura apropriada de um disjuntor após um sinal de disparo ser emitido. Se o desligamento não puder ser realizado, por exemplo, devido a um disjuntor defeituoso ou uma transmissão defeituosa do sinal de disparo, a função de proteção contra falha de disjuntor tomará medidas adequadas a fim de gerar um estado seguro da seção defeituosa da rede de suprimento de potência. Tais medidas podem consistir em uma tentativa renovada de abrir o disjuntor. Além disso, disjuntores adicionais que são adequados para desligar a seção defeituosa também podem ser ativados.

[006] A função de proteção contra falha de disjuntor precisa ter a capacidade de alcançar uma decisão muito rapidamente sobre se o disjuntor reagiu corretamente ao sinal de disparo a fim de garantir a estabilidade da rede. Isso requer uma detecção rápida e confiável sobre se o disjuntor interrompeu verdadeiramente o fluxo de corrente. Deve-se garantir que um funcionamento incorreto do disjuntor possa ser detectado apenas se houver um fluxo de corrente contínua através do disjuntor, visto que, de outra maneira, há o risco de um desligamento desnecessário de partes adicionais da rede de suprimento de potência. Para essa finalidade, contatos auxiliares do disjuntor podem ser monitorados ou o fluxo de corrente através do disjuntor pode ser monitorado através de medição.

[007] A apresentação “The Optimization of 500kV Breaker Failure Protection”; Jiang, Y. et al, 2014 China International Conference on Electricity Distribution (CICED 2014), Shenzhen, 23 a 26 de setembro de 2014, toma conhecido um método para monitorar um disjuntor, no qual, a fim de detectar se um fluxo de corrente contínua está acontecendo através do disjuntor, um sinal de corrente é inicialmente transformado na faixa de frequência por meio de uma transformação de Fourier e em seguida analisado. A transformação na faixa de frequência estende o período de tempo dentro do qual uma decisão em relação à função de correção do disjuntor pode ser alcançada.

[008] Além disso, o documento U.S. 5.157.575 A toma conhecido, ainda, um método para monitorar um disjuntor, no qual um fluxo de corrente contínua é detectado por meio de um elemento de sobrecorrente que compara a corrente que flui através do disjuntor a um valor limiar. A fim de permitir que uma conclusão confiável em relação ao estado do disjuntor seja obtida mesmo no caso de componentes de corrente direta que declinam lentamente, períodos de investigação relativamente longos precisam ser definidos nesse caso, através dos quais o método se torna mais lento, de modo geral.

[009] O problema abordado pela invenção se refere a uma detecção preferencialmente rápida e confiável de um fluxo de corrente contínua ou uma interrupção no fluxo de corrente durante o monitoramento de um disjuntor.

[0010] Esse problema é solucionado por um método do tipo mencionado no início, no qual um formato de curva da curva de tempo da corrente instantânea que flui através do disjuntor é investigado a fim de detectar um fluxo de corrente contínua.

[0011] Sabendo-se que, no método de acordo com a invenção, a curva de tempo da corrente instantânea é considerada, isto é, uma análise acontece na faixa de tempo, uma transformação de Fourier que consuma muito tempo e seja computacionalmente complexa pode ser descartada. Devido à consideração da progressão da corrente instantânea, o formato de curva também é avaliado e, assim, como resultado, pode acontecer uma avaliação do fluxo de corrente substancialmente mais flexível do que no caso em que uma simples comparação de limiar é utilizada. Uma vantagem adicional do método de acordo com a invenção é que, quando colocado em prática, a taxa de amostragem a ser utilizada para detectar a corrente instantânea pode ser selecionada de modo a ser relativamente baixa. Dessa maneira, uma taxa de amostragem de aproximadamente 1 kHz é considerada suficiente para detectar a corrente instantânea; métodos que operam na faixa de frequência frequentemente exigem taxas de amostragem substancialmente mais elevadas que se encontram em valores acima de 3 kHz.

[0012] Nesse caso, a investigação pode acontecer com base em uma corrente de fase particular, uma corrente de aterramento ou uma corrente de sistema de sequência negativa.

[0013] De acordo com uma modalidade vantajosa do método de acordo com a invenção, pode estar previsto que o formato de curva da curva de tempo da corrente instantânea que flui através do disjuntor seja investigado a respeito da presença de pelo menos um critério que caracteriza o formato de curva e, com base no critério, um fluxo de corrente contínua ou um fluxo de corrente ininterrupta seja deduzido.

[0014] Dessa maneira, vantajosamente, uma ou múltiplas propriedades características da progressão de corrente instantânea pode(m) ser considerada(s) e avaliada(s) em relação à questão sobre se um fluxo de corrente contínua está presente ou se o fluxo de corrente foi interrompido conforme desejado. Na progressão da corrente instantânea, critérios que inferem uma interrupção de corrente, bem como critérios que indicam um fluxo de corrente contínua, podem ser considerados. Os últimos são exigidos a fim de evitar conclusões falso-positivas quando fenômenos típicos ocorrem na progressão de corrente instantânea, tal como, por exemplo, saturação, a ocorrência de sobretons harmônicos, etc.

[0015] Especificamente, nesse contexto, pode ser previsto de acordo com um aperfeiçoamento vantajoso do método de acordo com a invenção que uma periodicidade da progressão seja investigada como o critério e uma continuidade do fluxo de corrente através do disjuntor seja deduzida quando uma periodicidade da progressão for detectada.

[0016] Esse aperfeiçoamento vantajoso é baseado na verificação de que uma periodicidade de uma progressão de corrente instantânea está normalmente presente apenas se o fluxo de corrente não foi interrompido. Portanto, investigando-se a progressão em relação a uma periodicidade, um fluxo de corrente contínua pode ser deduzido de maneira relativamente fácil. Uma periodicidade presente também pode ser estabelecida de maneira relativamente rápida, visto que aspectos que indicam uma periodicidade já ocorrem dentro de um período de lA no caso de sinais senoidais comuns.

[0017] Nesse contexto, pode ser vantajosamente previsto que a periodicidade da progressão seja investigada com base nos extremos locais e/ou pontos de inflexão que ocorrem.

[0018] Tais aspectos possibilitam a detecção relativamente confiável e rápida de uma periodicidade presente. Além disso, tais aspectos podem ser facilmente determinados formando-se o primeiro e, se necessário, o segundo e o terceiro derivados da progressão, ou calculando-se o coeficiente diferencial correspondente.

[0019] De acordo com um aperfeiçoamento vantajoso adicional do método de acordo com a invenção, na ausência de uma periodicidade da progressão, um comportamento de declínio da progressão é investigado como um critério adicional, e uma interrupção do fluxo de corrente através do disjuntor é deduzida quando comportamento de declínio da progressão é detectado.

[0020] Dessa maneira, um formato de curva da progressão, que indica uma interrupção do fluxo de corrente, pode ser detectado de maneira relativamente rápida. Se um fluxo de corrente for interrompido através dos contatos de um disjuntor, uma periodicidade frequentemente não estará mais presente e a progressão da corrente instantânea medida será declinada continuamente devido aos processos de descarga.

[0021] Nesse contexto, pode ser previsto que o valor médio da progressão da corrente instantânea e o gradiente da progressão da corrente instantânea sejam investigados a fim de detectar um comportamento de declínio e, no caso de um valor médio positivo e um gradiente negativo ou um valor médio negativo e um gradiente positivo, a presença de um comportamento de declínio seja deduzida.

[0022] Devido à consideração desses aspectos facilmente determinados da progressão da corrente instantânea, uma diferenciação confiável de formatos de curva da progressão causados por uma saturação dos transformadores de corrente também pode acontecer. Ou seja, se uma saturação de transformador de corrente estiver presente, um valor médio positivo em combinação com um gradiente positivo (e vice-versa) estará presente.

[0023] De acordo com um aperfeiçoamento vantajoso adicional do método de acordo com a invenção, prevê-se, ainda, que uma amplitude da progressão seja determinada como um critério adicional e que uma interrupção do fluxo de corrente através do disjuntor seja deduzida quando a amplitude da progressão exceder um valor limiar de amplitude.

[0024] Ou seja, uma amplitude relativamente pequena da progressão pode, de maneira semelhante, inferir a presença de uma interrupção do fluxo de corrente.

[0025] Especificamente, pode ser previsto nesse contexto que a amplitude seja determinada como uma amplitude de pico a pico da progressão.

[0026] A amplitude de pico a pico ou o desvio de sinal permite uma determinação relativamente confiável da amplitude do sinal mesmo no caso de progressões que não são completamente sinusoidais ou no caso de superimposição da progressão a um componente de corrente direto.

[0027] Além disso, de acordo com uma modalidade vantajosa adicional, pode ser previsto, nesse contexto, que uma interrupção do fluxo de corrente também possa ser deduzida no caso de uma amplitude da progressão, que se encontra abaixo do valor limiar de amplitude, quando uma periodicidade da progressão for detectada.

[0028] Como resultado, o critério de amplitude pode ser estabelecido como um critério de prioridade para avaliar a progressão da corrente instantânea. Em uma investigação do fluxo de corrente, uma progressão da corrente instantânea que tem uma amplitude substancialmente reduzida em combinação com um formato de curva que ainda é periódico também pode ocorrer.

[0029] De acordo com uma modalidade vantajosa adicional do método de acordo com a invenção, a progressão é investigada dentro de uma janela de tempo predefinida, em que o comprimento da janela de tempo é determinado de maneira adaptativa.

[0030] O comprimento da janela de tempo determina a velocidade na qual uma decisão pode ser alcançada em relação a um fluxo de corrente contínua ou uma interrupção do fluxo de corrente. Para essa finalidade, a janela de tempo deve ser projetada como a mais curta possível. Por outro lado, a janela de tempo também precisa ser selecionada para ser longa o suficiente para que uma decisão possa ser alcançada com o nível necessário de confiabilidade. No caso de ocorrência de sobretons, por exemplo, uma progressão plana da corrente instantânea, isto é, uma progressão não periódica que tem uma amplitude baixa, também pode ocorrer para períodos relativamente longos de tempo (por exemplo, na faixa de metade de um período) no caso de um fluxo de corrente contínua, cuja progressão seria avaliada como uma interrupção do fluxo de corrente se uma janela de tempo que é muito curta for selecionada. A utilização de uma janela de tempo que tem um comprimento adaptativo possibilita satisfazer ambos requisitos, isto é, velocidade e confiabilidade.

[0031] Nesse contexto, pode ser especificamente previsto que, a fim de determinar de maneira adaptativa o comprimento da janela de tempo, a investigação comece inicialmente com um comprimento mínimo da janela de tempo, e que o comprimento da janela de tempo seja aumentado enquanto uma interrupção do fluxo de corrente for detectada durante uma fase de aprendizagem imediatamente após o instante de tempo em que o sinal de desligamento é emitido, em que a duração da fase de aprendizagem é determinada dependendo do tempo de reação do disjuntor.

[0032] Nessa modalidade vantajosa, usa-se vantajosamente a verificação de que, imediatamente após o sinal de disparo ser emitido e até o disparo real do comutador, um tempo de reação específico para comutador passa, dentro do qual o fluxo de corrente pode ainda não ter sido interrompido. Portanto, se uma interrupção do fluxo de corrente for detectada com base nos critérios supramencionados dentro de uma fase de aprendizagem que tem uma duração determinada dessa maneira, essa interrupção só poderá ser devida a uma seleção do comprimento da janela de tempo, que foi muito curto em relação à progressão especial da corrente instantânea. A janela de tempo precisa, portanto, ser estendida em conformidade até que uma interrupção do fluxo de corrente não seja mais detectada. Essa adaptação da janela de tempo precisa ser concluída, entretanto, dentro do tempo de reação do disjuntor, que é tipicamente, por exemplo, 50 ms (2,5 períodos no caso de uma frequência nominal de 50 Hz), e assim os incrementos nos quais o comprimento da janela de tempo é estendido precisam ser dimensionados em conformidade.

[0033] De acordo com uma modalidade vantajosa adicional do método de acordo com a invenção, pode ser previsto que a investigação do formato de curva da progressão seja realizada repetidamente durante um período de investigação máximo e que o sinal de defeito de comutador seja gerado quando um fluxo de corrente contínua for determinado no fim do período de investigação máximo.

[0034] Como resultado, a confiabilidade da detecção pode ser adicionalmente aumentada, visto que a decisão final em relação à detecção de um fluxo de corrente ininterrupta ou contínua é alcançada no fim do período de investigação máximo e, portanto, com base em múltiplos ciclos de investigação e não com base em uma única investigação. O período de investigação máximo deve ser projetado para ser tão longo que uma interrupção de corrente normalmente possa ser identificada no caso de um disjuntor livre de defeito, e tão curto que não seja possível ocorrer danos na rede de suprimento de potência ou a indivíduos.

[0035] Nesse contexto, de acordo com uma modalidade vantajosa adicional do método de acordo com a invenção, pode ser previsto que a seleção dos critérios a serem considerados para a investigação da progressão dependa de se uma interrupção do fluxo de corrente já foi detectada em um ciclo anterior da investigação.

[0036] Dessa maneira, um processo de investigação simplificado pode ser utilizado após um fluxo de interrupção de corrente ser detectado, em cujo processo um número reduzido de critérios é considerado a fim de avaliar a progressão. O escopo completo de todos os critérios pode ser novamente implantado, entretanto, se a presença de um fluxo de corrente for novamente detectada.

[0037] Finalmente, de acordo com uma modalidade vantajosa adicional do método de acordo com a invenção, se um sinal de defeito de comutador estiver presente, um novo sinal de disparo será emitido ao disjuntor e/ou um sinal de disparo auxiliar será emitido a pelo menos um disjuntor adicional instalado a montante do disjuntor.

[0038] Dessa maneira, a seção defeituosa da rede de suprimento de potência pode ser desligada de maneira confiável mesmo que o disjuntor não esteja aberto. Dessa maneira, uma segunda tentativa de abertura pode ser realizada por meio de uma emissão renovada do sinal de desligamento ao disjuntor. De maneira alternativa ou adicional, um sinal de disparo auxiliar também pode ser emitido a disjuntores a montante a fim de desligar de maneira confiável a seção defeituosa. O sinal de disparo auxiliar pode ser emitido, ainda, com um atraso temporal em relação ao novo sinal de disparo para o disjuntor local, a fim de afetar de maneira favorável a definição local do defeito.

[0039] O problema supramencionado é solucionado, ainda, através de um dispositivo de proteção para monitorar um disjuntor em uma rede de suprimento de energia elétrica. O dispositivo de proteção compreende um dispositivo de controle que é projetado para gerar um sinal de defeito de comutador que indica um defeito que ocorre durante a abertura de um disjuntor quando um fluxo de corrente contínua através do disjuntor é detectado após o sinal de disparo para o disjuntor ser emitido.

[0040] De acordo com a invenção, pode ser previsto que o dispositivo de controle seja projetado para investigar um formato de curva da curva de tempo da corrente instantânea que flui através do disjuntor a fim de detectar um fluxo de corrente contínua.

[0041] O dispositivo de proteção pode ser um componente integral de uma unidade de proteção que monitora uma seção da rede de suprimento de potência adjacente ao disjuntor e, no caso de um defeito, emite o sinal de disparo ao disjuntor. De maneira alternativa, o dispositivo de proteção também pode ser um dispositivo separado.

[0042] Com relação ao dispositivo de proteção de acordo com a invenção, todos os comentários apresentados anteriormente e a seguir em relação ao método de acordo com a invenção se aplicam similarmente, e vice- versa; in particular, o dispositivo de proteção de acordo com a invenção é projetado para realizar o método de acordo com a invenção em qualquer tipo de modalidade ou em uma combinação que qualquer tipo de modalidades. É feita referência, ainda, às vantagens descritas do método de acordo com a invenção em relação às vantagens do dispositivo de proteção de acordo com a invenção.

[0043] A invenção é descrita em maiores detalhes a seguir, com referência a uma modalidade exemplificativa. A modalidade específica da modalidade exemplificativa não é destinada a ser restritiva de forma alguma para a modalidade geral do método de acordo com a invenção e para o dispositivo de acordo com o método; em vez disso, aspectos de modalidade individuais da modalidade exemplificativa podem ser combinados livremente entre si de qualquer maneira e podem ser combinados aos aspectos descritos acima.

[0044] Nos desenhos a figura 1 mostra uma vista esquemática de uma rede de suprimento de energia elétrica; a figura 2 mostra um fluxograma de uma modalidade exemplificativa de um método para monitorar um disjuntor; a figura 3 mostra um diagrama de tempo de corrente, a título de exemplo, para explicar o critério “periodicidade”; a figura 4 mostra um diagrama de tempo de corrente adicional, a título de exemplo, para explicar o critério “comportamento de declínio”; a figura 5 mostra um diagrama de tempo de corrente adicional, a título de exemplo, para explicar a detecção de progressões influenciadas pela saturação do transformador; a figura 6 mostra um diagrama de tempo de corrente adicional, a título de exemplo, para explicar o critério “amplitude”; a figura 7 mostra um diagrama de tempo de corrente adicional, a título de exemplo, para explicar a detecção de progressões influenciadas por sobretons; e a figura 8 mostra um diagrama de tempo de corrente, a título de exemplo, para explicar o procedimento para determinar de maneira adaptativa o comprimento de uma janela de tempo.

[0045] A Figura 1 mostra uma representação esquemática de uma parte 10 de uma rede de suprimento de energia elétrica, que de outra maneira não é representada em maiores detalhes. A parte 10 compreende uma barra coletora 11 que é alimentada por meio de três linhas de suprimento 12a a 12c. Os disjuntores 13a a 13c, por meio dos quais as barras coletoras 11 podem ser desconectadas das linhas de suprimento particulares 12a a 12c, são situados nas linhas de suprimento. A barra coletora 11 é suprida, ainda, por uma linha de ramificação 12d, a qual pode ser desconectada de maneira semelhante da barra coletora 11 por meio de um disjuntor 13d.

[0046] A linha de ramificação 12d é monitorada para a ocorrência de possíveis defeitos, por exemplo, curtos-circuitos, por uma unidade de proteção 14 indicada de maneira meramente esquemática na Figura 1. Para essa finalidade, a unidade de proteção capta valores medidos, por exemplo, correntes e tensões, que caracterizam um estado de operação da linha de ramificação 12d em um ponto de medição que não é representado na Figura 1 e avalia os ditos valores medidos com o uso de assim chamados algoritmos de proteção. Tais algoritmos de proteção podem ser, por exemplo, um algoritmo de proteção de sobrecorrente, um algoritmo de proteção de distância ou um algoritmo de proteção diferencial. Esses algoritmos de proteção são rotineiros para um indivíduo versado na técnica no campo de monitoramento de redes de suprimento de energia elétrica e não são abordados em maiores detalhes aqui.

[0047] Se a unidade de proteção 14 determinar que a linha de ramificação 12d tem um defeito em um local de defeito 15 indicado a título de exemplo, a dita unidade de proteção emitirá um sinal de disparo A ao disjuntor 13d a fim de induzir o dito disjuntor a abrir os contatos de comutador e, portanto, desconectar a linha de ramificação 13d da barra coletora 11.

[0048] Como resultado, a corrente que flui no local de defeito 15 é normalmente desligada e, portanto, o defeito é removido, e assim a eliminação do defeito pode ser realizada. Enquanto isso, a operação da porção restante da rede de suprimento de potência pode continuar.

[0049] Em casos excepcionais pode acontecer, entretanto, que a corrente de defeito não seja desligada. Isso pode ocorrer, por exemplo, devido a um defeito no disjuntor 13d ou devido a uma transmissão defeituosa do sinal de disparo A. O funcionamento apropriado do disjuntor 13d que tem um dispositivo de proteção 16 é monitorado a fim de garantir a estabilidade da rede de suprimento de potência e também a confiabilidade da operação da mesma nesse caso. Esse dispositivo de proteção 16 pode ser um componente integral da unidade de proteção 14 ou pode ser projetado como um dispositivo separado. O dispositivo de proteção 16 compreende um dispositivo de controle, por exemplo, um processor, para realizar o monitoramento. Se o dispositivo de proteção 16 for um componente da unidade de proteção 14, o mesmo pode acessar um processor da unidade de proteção 14 para essa finalidade.

[0050] A fim de monitorar se o disjuntor 13d foi desligado de maneira apropriada, o dispositivo de proteção 16 investiga a corrente que flui através do disjuntor 13d após o sinal de disparo A ser emitido. Para essa finalidade, a corrente é detectada com o uso de um transformador de corrente 17 e é alimentada ao dispositivo de proteção 16. Um ou múltiplos sinais de corrente é ou são normalmente convertidos em valores de corrente medidos digitais com o uso de um converter A/D para essa finalidade. Além disso, etapas de processamento relacionadas a corrente adicionais, por exemplo, o cálculo de uma corrente de aterramento ou de uma corrente de sistema de sequência negativa, podem ser realizadas. Os valores de corrente medidos que são examinados podem, portanto, ser correntes de fase, uma corrente de aterramento (ou uma corrente de sistema de sequência de fase zero) ou uma corrente de sistema de sequência negativa. Além disso, o sinal de disparo A da unidade de proteção 14 também é alimentado ao dispositivo de proteção 16, a fim de disparar o início do monitoramento de disjuntor.

[0051] Se o dispositivo de proteção 16 detectar um fluxo de corrente contínua através do disjuntor 13d após o término de um período de investigação máximo, o dito dispositivo de proteção deduzirá que há um defeito no disjuntor 13d e gerará um sinal de defeito de comutador. Esse sinal de defeito de comutador pode ser usado para emitir um novo sinal de disparo Anovo ao disjuntor 13d a fim de efetuar uma segunda tentativa de abertura do disjuntor 13d. De maneira alternativa ou adicional, o sinal de defeito de comutador pode ser usado, ainda, para emitir um sinal de disparo auxiliar AA aos disjuntores 13a a 13c instalados a montante do disjuntor 13d a fim de abrir os ditos disjuntores e, portanto, desligar o defeito. Visto que toda a barra coletora é desligada nesse caso, o desligamento local por meio do disjuntor 13d é preferencial e o desligamento por meio dos disjuntores 13a a 13c deve ser usado apenas no caso em que o defeito não pode ser desligado por meio do disjuntor 13d. Também é possível, portanto, realizar inicialmente uma segunda tentativa do desligamento local por meio do disjuntor 13d e gerar o sinal de disparo auxiliar apenas quando o fluxo de corrente através do disjuntor 13d também não foi interrompido após o término de um período de tempo adicional.

[0052] O dispositivo de proteção 16 investiga a curva de tempo da corrente instantânea para aspectos característicos a fim de detectar de maneira rápida e confiável uma interrupção bem-sucedida do fluxo de corrente através do disjuntor 13d. Visto que o formato de curva da progressão é, portanto, examinado na faixa de tempo, uma transformação que consome mais tempo na faixa de frequência não precisa acontecer, e assim a detecção de uma interrupção bem-sucedida pode acontecer de maneira muito rápida.

[0053] Na investigação do formato de curva da progressão, o dispositivo de proteção 16 realiza uma análise sobre se determinados critérios, que indicam um fluxo de corrente contínua ou um fluxo de corrente ininterrupta, estão presentes.

[0054] Os critérios específicos a serem considerados na investigação são explicados a seguir em maiores detalhes, com referência à Figura 2.

[0055] A Figura 2 mostra um fluxograma esquemático que é fornecido para explicar o procedimento para investigação do fluxo de corrente através do disjuntor 13d. E feita referência adicional às Figuras 3 a 8 em relação a critérios individuais. O método explicação em associação com a Figura 2 é normalmente implantado como um software e é executado pelo dispositivo de controle. Uma implantação de na forma de um FPGA ou um ASIC também é possível. Os seguintes comentários se referem a uma possível modalidade exemplificativa do método para monitoramento de disjuntor. Dentro do escopo da invenção, etapas individuais ou múltiplas do método podem ser adicionadas àquelas explicadas ou podem ser omitidas.

[0056] O método para monitoramento de disjuntor mostrado a título de exemplo na Figura 2 é iniciado na etapa 20. A ativação do método acontece mediante o recebimento do sinal de disparo A do dispositivo de proteção 14 (consulte a Figura 1).

[0057] Em uma etapa seguinte 21, é incialmente realizada uma verificação para determinar se uma duração de uma fase de aprendizagem terminou. A fase de aprendizagem segue imediatamente o instante de tempo em que o sinal de disparo A é emitido. A duração da mesma é determinada com base no tempo de reação do disjuntor 13d, isto é, o tempo requerido pelo disjuntor 13d do recebimento do sinal de disparo até a abertura dos contatos de comutador. Se a duração da fase de aprendizagem ainda não chegou ao fim, o método continuará na etapa 22; de outra maneira, o método pulará diretamente para a etapa 23a.

[0058] Na etapa 22, o comprimento da janela de tempo usada para averiguar os critérios descritos a seguir é determinado de maneira adaptativa. O comprimento mais curto possível da janela de tempo é utilizado no início. In execuções subsequentes do método, o comprimento da janela de tempo é estendido se necessário, dependendo do resultado da investigação. A determinação do comprimento da janela de tempo é explicada em maiores detalhes abaixo, em associação com as Figuras 7 e 8.

[0059] Nas etapas 23a e 23b, o critério da “periodicidade” é investigado, isto é, é realizada uma verificação para determinar se o formato de curva da progressão da corrente instantânea tem aspectos de um sinal periódico. Uma progressão periódica é uma indicação de um fluxo de corrente contínua e, portanto, uma indicação de que o disjuntor não foi aberto. Aspectos que indicam uma periodicidade de um formato de curva são, em particular, extremos locais (máxima ou de mínima) e pontos de inflexão.

[0060] No caso de formatos de curva substancialmente sinusoidais, que normalmente podem ser presumidos em uma progressão de correntes instantâneas em uma rede de suprimento de potência, pelo menos um máximo local 31, um mínimo local 32 ou um ponto de inflexão 33 sempre ocorre em uma janela de tempo examinada que tem um comprimento de pelo menos um período de lÁ do modo fundamental a ser detectado (consulte os pontos inseridos na curva 30 na Figura 3 a título de exemplo). A detecção desses aspectos pode acontecer com base no primeiro derivado e no segundo derivado da progressão da corrente instantânea ou com base no coeficiente diferencial particular.

[0061] Inicialmente, para essa finalidade, a presença nos extremos locais é investigada na etapa 23a dentro da janela de tempo que tem o comprimento selecionado na etapa 22. Em um extremo local, os coeficientes diferencias da primeira ordem (primeiro derivado) localizados antes e depois do extremo têm símbolos diferentes. Se tal mudança de símbolos for detectada, a progressão será considerada periódica e o método pulará diretamente para etapa 26.

[0062] Se um extremo local não for identificado na etapa 23a, então uma verificação será realizada na etapa 23b para determinar se um ponto de inflexão está presente na janela de tempo sob consideração. Para essa finalidade, a progressão do coeficiente diferencial da segunda ordem (segundo derivado) é monitorada. Se acontecer uma mudança de símbolo em um coeficiente diferencial da segunda ordem, isso será uma indicação suficiente de um ponto de inflexão e a progressão será considerada periódica. Nesse caso, o método pulará da etapa 23b diretamente para a etapa 26.

[0063] Em resumo, o sinal considerado é interpretado como periódico quando pelo menos um dos aspectos supramencionados (ponto de mínimo, ponto de máximo ou ponto de inflexão) for detectado. Nesse caso, um fluxo de corrente contínua adicional pode estar presente. No caso da conclusão oposta, uma interrupção de fluxo de corrente é indicada quando o sinal não tem qualquer um dos aspectos de periodicidade.

[0064] Se a curva não tiver qualquer um dos aspectos de periodicidade (isto é, uma interrupção de corrente pode estar presente), o método continuará na etapa 24. Aqui, é realizada uma verificação para determinar se uma interrupção de corrente já foi determinada em um ciclo anterior da investigação. Isso pode ser detectado, por exemplo, com base em um "sinalizador" atribuído no ciclo anterior do método. Se o ciclo presente for o primeiro ciclo ou se uma interrupção de corrente ainda não foi determinada, a investigação continuará com a etapa 25a. Caso contrário (uma interrupção de corrente foi determinada anteriormente), as etapas 25a e 25b são omitidas e o método continua diretamente com a etapa 26. A verificação realizada na etapa 24 tem, portanto, a finalidade de restringir o método como um todo, quando existem indicações de uma interrupção de corrente. Em tal caso, é suficiente verificar a periodicidade da progressão nas etapas 23a e 23b. Caso essas etapas não indiquem uma restauração do fluxo de corrente, as seguintes etapas de investigação 25a e 25b poderão ser omitidas do presente ciclo. A verificação realizada na etapa 24 pode se referir ao ciclo da investigação imediatamente anterior, a um determinado número de ciclos de investigação anteriores (por exemplo, os últimos três ciclos) ou a todos os ciclos anteriores. Nesse ponto, o algoritmo de inspeção precisa ser adaptado à seleção em conformidade.

[0065] Além da periodicidade da progressão, o critério da presença de comportamento de declínio também é um critério essencial, com base no qual uma decisão pode ser alcançada sobre se o fluxo de corrente é contínuo ou foi interrompido. Os processos de declínio frequentemente ocorrem após a corrente ser desligada. Visto que esses processos de declínio podem ser uma corrente relativamente alta, a detecção da diminuição de corrente pode ser influenciada e atrasada consideravelmente. Entretanto, esses processos de declínio podem ser bem gerenciados com o uso do critério fornecido a seguir, e não resultam em um atraso do método, visto que os processos de declínio podem ser muito facilmente identificados com o uso dos critérios supramencionados e diferenciados de outros fenômenos tais como saturação.

[0066] Isso é explicado com referência a uma progressão 40 mostrada a título de exemplo na Figura 4. Desde o ponto no qual os contatos de comutador do disjuntor são abertos no instante de tempo t=tl, a progressão 40 representada na Figura 4 não tem mais aspectos de periodicidade e declina lentamente. Tal comportamento de declínio indica não apenas a ausência de periodicidade, mas também a interrupção de um fluxo de corrente.

[0067] A fim de permitir a detecção de um comportamento de declínio, o gradiente da progressão precisa, portanto, ser considerado. Se esse gradiente for permanentemente positivo ou negativo na janela de tempo sob consideração, isso será uma indicação da presença de um comportamento de declínio. Para essa finalidade, a Figura 4 mostra, meramente a título de exemplo, o gradiente 41 no instante de tempo t=t*.

[0068] Uma dificuldade associada à consideração geral do gradiente da progressão é que podem ocorrer regiões da progressão da corrente instantânea, as quais são caracterizadas pode um gradiente permanentemente positivo ou negativo mesmo no caso em que a saturação do transformador está presente. Isso é ilustrado na Figura 5 a título de exemplo.

[0069] A progressão 50 representada na Figura 5 mostra um sinal que é periódico em si e que, devido à saturação do transformador em determinadas regiões (por exemplo, nas regiões 51) não tem aspectos de periodicidade, mas em vez disso tem um gradiente permanentemente negativo. O gradiente 52 presente no instante de tempo t=t** é mostrado a título de exemplo. Se a janela de tempo sob consideração no caso da Figura 5 não incluir qualquer um dos extremos locais presentes ou um ponto de inflexão, a presença de um comportamento de declínio poderá ser erroneamente deduzida se apenas o gradiente for considerado.

[0070] O critério do comportamento de declínio é, portanto, suplementado pelo aspecto de que a presença do comportamento de declínio pode ser deduzida apenas quando um gradiente negativo ocorre em combinação com uma corrente média que é positiva (conforme considerada ao longo da janela de tempo) ou um gradiente positivo em combinação com uma corrente média que é negativa. A corrente média é preferencialmente calculada como uma média aritmética, nesse caso. Conforme pode ser visto na comparação das Figuras 4 e 5, embora tal caso exista com a progressão 40 na Figura 4, um gradiente negativo e uma corrente média não ocorrem na progressão 50 na Figura 5.

[0071] Portanto, a fim de investigar a progressão da corrente instantânea na etapa 25a, é inicialmente realizada uma verificação para determinar se um gradiente positivo está presente juntamente com uma corrente média positiva (na janela de tempo sob consideração). Se esse for o caso, isso indicará a presença de saturação e o método continuará na etapa 26. Se o pré-requisito da etapa 25a não é atendido, o método continuará na etapa 25 com a verificação oposta, a saber, se um gradiente negativo está presente juntamente com uma corrente média negativa. Se esse for o caso, isso indicará a presença de saturação e o método continuará na etapa 26. Se o pré-requisito da etapa 25b não for atendido, o gradiente e a corrente média precisam ter símbolos diferentes, o que indicará a presença de um comportamento de declínio.

[0072] Se as etapas 23a e 23b não revelarem periodicidade e as etapas 25a e 25b estabelecerem a presença de um comportamento de declínio, pode-se presumir que o fluxo de corrente foi interrompido conforme desejado. Na etapa 27a, chega-se, portanto, à decisão para o presente ciclo da investigação que o fluxo de corrente foi interrompido, isto é, o disjuntor foi aberto. Para essa finalidade, por exemplo, um sinalizador adequado pode ser definido, o qual indica uma interrupção do fluxo de corrente e é utilizado na progressão adicional do método (por exemplo, na etapa 28 ou em um ciclo subsequente na etapa 24). A investigação então continua na etapa 28.

[0073] A etapa 26 é realizada quando uma indicação de um fluxo de corrente contínua for detectada em uma das verificações anteriores. Esse é o caso, em particular, se a progressão for periódica ou se um comportamento de declínio não puder ser determinado. Na etapa 26, uma amplitude da progressão é averiguada e comparada com um valor limiar de amplitude. A fim de averiguar a amplitude de maneira mais fácil, a mesma pode ser determinada com o espaçamento entre dois extremos locais consecutivos (amplitude de pico a pico). Isso é explicado em maiores detalhes na Figura 6.

[0074] A Figura 6 mostra uma progressão 60 de uma corrente instantânea, a título de exemplo. Um defeito ocorre no instante de tempo t=tO, que é desligado no instante de tempo t=tl abrindo-se os contatos de comutador do disjuntor. Uma amplitude de pico a pico relativamente grande 61 é evidente durante a duração do presente defeito; após o defeito ser desligado, a progressão 60 tem uma amplitude de pico a pico 62 que é significativamente mais baixa, entretanto.

[0075] Se a investigação da amplitude de pico a pico na janela de tempo da progressão sob consideração na etapa 26 revelar, portanto, que essa amplitude está abaixo do valor limiar de amplitude, uma interrupção do fluxo de corrente será deduzida e o método continuará na etapa 27a (consulte o supracitado).

[0076] De acordo com a representação na Figura 2, o critério da amplitude é ilustrado como prevalecendo sobre a periodicidade critério, isto é, uma interrupção é deduzida mesmo que as indicações de periodicidade sejam detectadas. Nesse caso, o critério de amplitude precisa ser selecionado de maneira estritamente correspondente, isto é, um valor limiar baixo precisa ser especificado, o qual indica um fluxo de corrente ininterrupta com maior certeza. Outras modalidades, nas quais os critérios da periodicidade e da amplitude são tratados como equivalentes, também são concebíveis, entretanto.

[0077] Se for determinado na etapa 26, entretanto, que o valor limiar de amplitude não está abaixo, isso será uma indicação nas apenas da presença de periodicidade e da ausência de comportamento de declínio, mas também de um fluxo de corrente contínua. Na etapa subsequente 27b, um fluxo de corrente contínua é, portanto, detectado e é identificado, por exemplo, atribuindo-se um sinalizador adequado. O método então continua na etapa 28.

[0078] Na etapa 28, é realizada uma verificação para determinar se a duração do tempo de investigação terminou. Se esse for o caso, o método é encerrado e a presente decisão sobre se uma interrupção de corrente (etapa 27a) ou um fluxo de corrente contínua (etapa 27b) está presente é emitida. Se um fluxo de corrente contínua for determinado, o dispositivo de proteção gerará o sinal de defeito de comutador (consulte a Figura 1). Se o período de tempo de investigação ainda não terminou, entretanto, um novo ciclo do método será iniciado na etapa 21. Nesse caso, a decisão alcançada nas etapas 27a e 27b é transmitida, por exemplo, definindo-se o sinalizador correspondente.

[0079] Finalmente, o procedimento para determinar de maneira adaptativa o comprimento da janela de tempo (etapa 22) será explicado.

[0080] Conforme pode ser visto na Figura 7, podem ocorrer casos em que uma progressão da corrente instantânea - em determinadas faixas que podem se estender até metade de um período - não mostra sinais de periodicidade nem tem uma amplitude abaixo de um valor limiar de amplitude. Isso pode ocorrer, em particular, quando porções significativas de sobretons harmônicos ocorrer. Para essa finalidade, a Figura 7 mostra, a título de exemplo, uma progressão 70 que tem faixas 71 - devido a uma superimposição com sobretons - que são caracterizadas pela ausência de periodicidade e uma amplitude próxima de zero. De acordo com as explicações anteriores, se o comprimento e a posição da janela de tempo forem desfavoráveis, isso indicaria uma interrupção do fluxo de corrente, o que, em realidade, não existe. A seleção adequada do comprimento da janela de tempo, em particular quando há a presença de sobretons, é, portanto, decisiva para uma implantação permissível do método para monitorar o disjuntor. Na ausência de sobretons, entretanto, uma janela de tempo estática que foi selecionada para ser muito longa atrasaria o tempo até a decisão por um período desnecessariamente longo de tempo.

[0081] A janela de tempo é, portanto, adaptada de maneira adaptativa às particularidades da progressão. Para essa finalidade, a investigação é realizada conforme representado na Figura 2 durante a fase de aprendizagem imediatamente após o instante de tempo em que o sinal de disparo é emitido. Entretanto, se uma interrupção do fluxo de corrente for detectada durante a fase de aprendizagem, a janela de tempo será estendida para o ciclo subsequente do método. Esse procedimento é baseado na consideração de que uma interrupção do fluxo de corrente não pode ocorrer durante a fase de aprendizagem, isto é, do instante de tempo no qual o sinal de disparo é emitido até a abertura real dos contatos de comutador do disjuntor, visto que os contatos de comutador ainda não foram abertos nesse período de tempo. Se uma interrupção do fluxo de corrente for detectada na fase de aprendizagem, isso pode, portanto, ser devido apenas a uma seleção inadequada do comprimento da janela de tempo. O comprimento da janela de tempo é, portanto, aumentado até o ponto no qual os resultados indicam um fluxo de corrente contínua, conforme previsto. Após o fim da fase de aprendizagem, o comprimento da janela de tempo é especificado, visto que uma interrupção do fluxo de corrente pode realmente ocorrer a partir desse ponto. Valores típicos para a duração da fase de aprendizagem são aproximadamente 1,5 períodos.

[0082] Esse procedimento será ilustrado agora de maneira resumida com referência à Figura 8. A Figura 8 mostra uma progressão 80 de uma corrente instantânea, a título de exemplo. A ocorrência de um defeito é evidente no instante de tempo t=t0, cujo defeito é associado, entre outras coisas, a um aumento abrupto da amplitude da progressão. No instante de tempo t=tA, o algoritmo de proteção do dispositivo de proteção detecta a presença do defeito e emite o sinal de disparo A. O início da fase de aprendizagem é, portanto, especificado. No instante de tempo t=tl, o disjuntor abre os contatos de comutador, desse modo o fim da fase de aprendizagem é especificado. A duração da fase de aprendizagem é selecionada dependendo do tempo de reação do disjuntor. Esse tempo de reação do disjuntor é normalmente uma propriedade característica do disjuntor e é indicado pelo fabricante de switch nos dados técnicos do disjuntor.

[0083] A fase de aprendizagem contém uma faixa da progressão 80, que é influenciada por sobretons e que pode gerar a detecção de uma interrupção do fluxo de corrente se o comprimento da janela de tempo for selecionado de modo a ser muito curto. Visto que a presença de um fluxo de interrupção de corrente é descartada para a fase de aprendizagem, entretanto, a janela de tempo é adaptada de maneira adaptativa aumentando-se adequadamente o comprimento da mesma, conforme explicado acima. A especificação do comprimento da janela de tempo precisa ser concluída no instante de tempo t=tl; a partir desse instante de tempo, tanto uma interrupção do fluxo de corrente quanto um fluxo de corrente contínua podem ser detectados.

[0084] O período de tempo de investigação terminou no instante de tempo t=tE. Se um fluxo de corrente contínua já foi determinado nesse instante de tempo, o sinal de defeito de comutador será gerado, com as consequências descritas acima. No exemplo da Figura 8, embora uma periodicidade da progressão ainda exista, a amplitude da mesma diminui continuamente e, no fim do período de tempo de investigação, está abaixo do valor limiar de amplitude, e desse modo uma interrupção do fluxo de corrente é detectada e, portanto, um sinal de defeito de comutador não é gerado.

[0085] Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita acima em maiores detalhes por meio de modalidades exemplificativas preferenciais, a invenção não é restrita pelos exemplos descritos, e outras variações podem ser derivadas a partir das mesmas por um indivíduo versado na técnica, sem se distanciar do escopo de proteção das seguintes reivindicações de patente.

REIVINDICAÇÕES

Claims (15)

1. Método para monitorar um disjuntor (13d) em uma rede de suprimento de energia elétrica, em que - uma seção da rede de suprimento de energia elétrica é monitorada em relação à ocorrência de um defeito; - mediante detecção de um defeito na seção monitorada, um sinal de disparo é emitido a um disjuntor (13d) adjacente à seção; e - um sinal de defeito de comutador que indica um defeito mediante a abertura do disjuntor (13d) é gerado se um fluxo de corrente contínua através do disjuntor (13d) for detectado após o sinal de disparo ser emitido, caracterizado pelo fato de que - um formato de curva da curva de tempo da corrente instantânea que flui através do disjuntor (13d) é investigado a fim de detectar um fluxo de corrente contínua.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que - o formato de curva da curva de tempo da corrente instantânea que flui através do disjuntor (13d) é investigado a respeito da presença de pelo menos um critério que caracteriza o formato de curva; e - com base no critério, um fluxo de corrente contínua ou um fluxo de corrente ininterrupta é deduzido.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que - uma periodicidade da progressão é investigada como o critério; e - uma continuidade do fluxo de corrente através do disjuntor (13d) é deduzida quando uma periodicidade da progressão é detectada.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que - a periodicidade da progressão é investigada nas bases dos extremos locais e/ou pontos de inflexão que ocorrem.

5. Método de acordo com as reivindicações 3 e 4, caracterizado pelo fato de que - na ausência de uma periodicidade da progressão, um comportamento de declínio da progressão é investigado como um critério adicional; e - uma interrupção do fluxo de corrente através do disjuntor (13d) é deduzida quando um comportamento de declínio da progressão é detectado.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que - o valor médio da progressão da corrente instantânea e o gradiente da progressão da corrente instantânea são investigados a fim de detectar um comportamento de declínio; e - no caso de um valor médio positivo e de um gradiente negativo ou um valor médio negativo e um gradiente positivo, a presença de um comportamento de declínio é deduzida.

7. Método de acordo com as reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que - uma amplitude da progressão é investigada como um critério adicional; e - uma interrupção do fluxo de corrente através do disjuntor (13d) é deduzida quando a amplitude da progressão se encontra abaixo de um valor limiar de amplitude.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que - a amplitude é determinada como uma amplitude de pico a pico da progressão.

9. Método de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que - uma interrupção do fluxo de corrente também pode ser deduzida no caso de uma amplitude da progressão, que se encontra abaixo do valor limiar de amplitude, quando uma periodicidade da progressão foi detectada.

10. Método de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que - a progressão é investigada dentro de uma janela de tempo predefinida, em que - o comprimento da janela de tempo é determinado de maneira adaptativa.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que - a fim de determinar de maneira adaptativa o comprimento da janela de tempo, a investigação começa inicialmente com um comprimento mínimo da janela de tempo; e - o comprimento da janela de tempo é aumentado enquanto uma interrupção do fluxo de corrente for detectada durante uma fase de aprendizagem imediatamente após o instante de tempo em que o sinal de desligamento é emitido, em que a duração da fase de aprendizagem é determinada dependendo do tempo de reação do disjuntor (13d).

12. Método de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que - a investigação do formato de curva da progressão é realizada repetidamente durante um período de investigação; e - o sinal de defeito de comutador é gerado quando um fluxo de corrente contínua é determinado no fim do período de investigação.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que - a seleção dos critérios a serem considerados para a investigação da progressão depende de se uma interrupção do fluxo de corrente já foi detectada em um ciclo anterior da investigação.

14. Método de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que - se um sinal de defeito de comutador estiver presente, um novo sinal de disparo será emitido ao disjuntor (13d) e/ou um sinal de disparo auxiliar será emitido a pelo menos um disjuntor adicional (13a a 13c) instalado a montante do disjuntor (13d).

15. Dispositivo protetor (16) para monitorar um disjuntor (13d) em uma rede de suprimento de energia elétrica, que compreende um dispositivo de controle, que é configurado para - gerar um sinal de defeito de comutador que indica um defeito mediante à abertura do disjuntor (13d) se um fluxo de corrente contínua através do disjuntor (13d) for detectado após o sinal de disparo para o disjuntor (13d) ser emitido, caracterizado pelo fato de que - o dispositivo de controle é projetado para investigar um formato de curva da curva de tempo da corrente instantânea que flui através do disjuntor (13d) a fim de detectar um fluxo de corrente contínua.