BR112013001343B1

BR112013001343B1 - Sistema para detectar sinais eletromagnéticos potencialmente danosos, incluindo correntes contínuas altas em um neutro de transformador e harmônicas de uma frequência de potência primária, e método de autoteste operável em um sistema para detectar eventos danificadores ou degradantes em um neutro de transformador

Info

Publication number: BR112013001343B1
Application number: BR112013001343-5A
Authority: BR
Inventors: Frederick R. Faxvog; Wallace Jensen; Terrence R. Noe; Craig Eid; David Blake Jackson; Greg Fuchs; Gale Nordling
Original assignee: Emprimus, Llc
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2020-02-27
Also published as: KR102035752B1; WO2012012517A2; CN103201919B; KR20130132397A; WO2012012517A3; BR112013001343A2; CA2805587C; US8537508B2; CN103201919A; AU2011282204A1; DK2596561T3; AU2011282204B2; EP2596561B1; HK1186005A1; EP2596561A2; MX2013000743A; JP5901631B2; JP2013539336A; IL224227A; CA2805587A1

Abstract

eletrônicos de captação e controle para um sistema de proteção de grade elétrica. trata-se de sistemas e um método para detectar sinais de corrente contínua e harmônica potecialmente prejudiciais em um transformador. tal sistema inclui uma pluralidade de componentes de detecção conectados eletricamente às linhas de sinal elétrico saindo de um ou mais pontos de conexão em uma grade elétrica e uma pluralidade de detectores de limite, sendo que cada detector de limite é configurado para comparar um sinal de entrada de um componente de detecção a um sinal predeterminado que tem um limite. o sistema também inclui um controlador que recebe uma emissão de cada um dentre a pluralidade de detectores de limite e é configurado para acionar pelo menos um componente externo em reação ao recebimento de uma indicação de pelo menos um dentre a pluralidade detectores de limite de um sinal detectado acima de um limite.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA PARA DETECTAR SINAIS ELETROMAGNÉTICOS POTENCIALMENTE DANOSOS, INCLUINDO CORRENTES CONTÍNUAS ALTAS EM UM NEUTRO DE TRANSFORMADOR E HARMÔNICAS DE UMA FREQUÊNCIA DE POTÊNCIA PRIMÁRIA, E MÉTODO DE AUTOTESTE OPERÁVEL EM UM SISTEMA PARA DETECTAR EVENTOS DANIFICADORES OU DEGRADANTES EM UM NEUTRO DE TRANSFORMADOR.

[0001] Este pedido foi depositado em 20 de julho de 2011, como um pedido de patente internacional PCT em nome de Emprimus, Inc., uma empresa nacional dos EUA, depositante para a designação de todos os países, exceto os EUA, e Frederick R. Faxvog, Wallace Jensen, Terrence R. Noe, Craig Eid, David Blake Jackson, Greg Fuchs e Gale Nordling, todos cidadãos dos EUA, depositantes somente para a designação dos EUA.

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados [0002] O presente pedido reivindica prioridade para o Pedido de

Patente Provisório sob N^o U.S. 61/366.081, depositado em 20 de julho de 2010, e intitulado Geomagnetic Storm Sensor for Protecting Electric Systems, cuja revelação é aqui incorporada a título de referência em sua totalidade.

Campo da Técnica [0003] A presente revelação refere-se em geral a um sistema de proteção de transformador de alta tensão, em particular, a presente revelação se refere a um sistema de controle que pode ser usado para proteger transformadores de alta tensão, equipamentos de potência, eletrônicos e sistemas de computação.

Antecedentes [0004] Equipamentos elétricos e, em particular, equipamentos elétricos que operam com o uso de corrente alternada, estão sujei

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2/30 tos à variação de sinais de entrada e condições. Em disposições típicas, espera-se que os dispositivos de corrente alternada nos Estados Unidos recebam uma fonte de linha de potência de 60 Hz (ou 50 Hz na Europa) que tem uma grandeza predeterminada (por exemplo, 120 Volts na América do Norte ou 240 Volts na Europa). Embora essas fontes de potência possam variar relativamente, os dispositivos feitos para uso com uma corrente particular podem suportar algumas variações leves no sinal de potência recebido.

[0005] Em alguns casos, um sinal de potência pode variar amplamente devido às condições externas ou harmônicas. As condições externas que podem ocasionar correntes harmônicas ou quase contínuas (CC) em um sinal de potência incluem tempestades geomagnéticas ou efeitos de equipamento elétrico. Tais eventos podem fazer com que a tensão e a corrente de entrada (e a potência resultante) de um sinal de potência variem drasticamente, ocasionando um potencial de danos ao equipamento elétrico que recebe esse sinal de potência. As tempestades geomagnéticas ou o pulso E3 associados a um pulso eletromagnético de alta amplitude (HEMP) podem induzir a correntes CC ou quase CC chamadas de Correntes de Indução Geométrica (GIC) em componentes de sistema de geração, transmissão e distribuição de potência de alta tensão, isto é, linhas de transmissão de potência e transformadores de potência. Essas correntes CC podem ocasionar saturação de meio-ciclo em núcleos de transformadores de potência que, por sua vez, pode resultar em perdas de potência reativa excessiva, aquecimento, dano e/ou falha de tal transformador, particularmente em transformadores mais velhos ou mal conservados. Além disso, a saturação de meio-ciclo pode causar a geração de harmônicas da frequência principal (50 ou 60 Hz). Esse conteúdo harmônico pode fazer com que relés de sistema de potência sejam acionados, o que pode desacoplar os componentes de compensação exigidos. Isso,

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3/30 por sua vez, pode resultar no colapso de porções de área ampla ou local de uma grade elétrica.

[0006] Aproximadamente ao longo das duas últimas décadas, várias abordagens sugeridas para reduzir correntes induzidas GIC ou HEMP (E3) nos sistemas de potência foram propostas. Essas soluções geralmente tomam uma dentre algumas formas. Uma primeira classe de soluções usa um circuito capacitivo para fornecer de forma simultânea a trajetória de aterramento CA e um bloco para as correntes indutivas CC. Essas soluções, em geral, incluem um conjunto de comutadores que permitem a comutação entre uma conexão de transformador aterrado normal e aterramento através do circuito capacitivo. Essas soluções podem permitir, de forma involuntária, a abertura de conexões de aterramento para o neutro de transformador, ou exigir eletrônicos caros para o tratamento de condições de falha de aterramento. Essas soluções de circuito capacitivo podem exigir o reajuste das definições de retransmissão de sistema de potência, em comparação aos parâmetros operacionais atuais.

[0007] Uma segunda classe de soluções, em geral, inclui o uso contínuo de componentes ativos usados para reduzir potencialmente eventos danosos GIC de CC ou correntes quase CC no neutro de transformador à conexão a terra. Essas soluções, tipicamente, exigem equipamentos de potência caros e são ativos constantemente, de modo que qualquer falha poderia tornar esses sistemas não confiáveis. Adicionalmente, quando essa solução é instalada inicialmente no sistema de potência, muitas retransmissões/rompimentos podem exigir reajustes de suas definições.

[0008] Uma terceira classe de soluções, em geral, usa uma abordagem resistiva na qual resistores de valores fixos são utilizados para reduzir continuamente a corrente CC no neutro para conexão de terra de um transformador; no entanto nessas abordagens, o resistor tipi

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4/30 camente deve ter um valor alto de resistência e pode somente reduzir, sem eliminar a corrente neutra CC ou quase CC. Adicionalmente, durante a instalação dessas classes de soluções, um reajuste das definições de retransmissão do sistema de potência pode ser exigido. Como tal, não existe nenhuma solução que forneça um circuito de proteção confiável e de baixo custo compatível com sistemas de distribuição de corrente de potência. Além do mais, não existe sistema que se possa testar ou confiar para controlar tal sistema de proteção que pode não exigir manutenção substancial no local.

[0009] Foram propostas várias abordagens sugeridas para reduzir ou bloquear as correntes induzidas GIC ou E3 em sistemas de potência. No entanto, nenhum desses sistemas fornece uma disposição compreensiva para tratar os vários tipos de decisões potencialmente prejudiciais que podem ocorrer. Em particular, não existe abordagem conhecida que utilize um sistema de captação e controle que primeiro capta a presença de eventos GIC ou E3 e depois comuta um dispositivo de bloqueio de CC para proteger de transformadores de alta tensão.

[00010] Por essas e outras razões, são desejáveis aprimoramentos.

Sumário [00011] De acordo com a revelação a seguir, as questões acima e outras podem ser tratadas da seguinte forma:

[00012] Em um primeiro as aspecto, é revelado um sistema de captação e controle para uso com um circuito de proteção elétrica. O sistema inclui uma pluralidade de componentes de detecção configurada para detectar harmônicas prejudiciais e correntes CC ou quase CC em uma linha de potência de transformador ou eventos ambientais de EMP e IEMI. Esses componentes de detecção podem incluir, porém não se limitam à: um analisador de harmônicas, um resistor em

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5/30 derivação conectado eletricamente entre o neutro de transformador e o terra, a sensor de corrente de Efeito Hall conectado eletricamente entre o neutro de transformador e o terra e um detector de campo eletromagnético posicionados externo ao invólucro blindado. O sistema inclui ainda uma pluralidade de detectores de limite configurados para comparar um sinal a partir de um componente de detecção a um sinal predeterminado ajustável, em que um detector de limite emite uma indicação de sinal a um controlador quando o sinal do componente de detecção excede o valor de sinal predeterminado. O controlador, também posicionado no invólucro blindado, é configurado para abrir um comutador normalmente fechado em um circuito de proteção externa por receber uma indicação de sinal de pelo menos um de uma pluralidade de detectores de limite. O controlador inclui ainda uma entrada de controle em que a entrada de controle é recebida de um operador de sistema de potência remoto do invólucro blindado. O controlador é ainda configurado para executar um ou mais procedimentos de autoteste configurados para simular sinais potencialmente prejudiciais para determinar se o sistema funcionando corretamente. Em algumas modalidades, o controlador é configurado para abrir o comutador normalmente fechado em resposta ao recebimento de um sinal do operador de sistema de potência remoto do invólucro blindado (por exemplo, um sistema de controle). O sistema inclui opcionalmente um invólucro blindado configurado para proteger componentes elétricos de pulso eletromagnético (EMP) e/ou Interferência Eletromagnética Intencional (IEMI). Em tais disposições opcionais, filtros são posicionados ao longo da periferia interna do invólucro blindado, configurado para evitar alta frequência, sinais eletromagnéticos de alta potência de entrar no invólucro blindado e componentes elétricos potencialmente danosos. [00013] Em um segundo aspecto, é revelado um sistema de captação e controle para uso com um circuito de proteção elétrica. O sis

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6/30 tema inclui um invólucro blindado configurado para proteger componentes elétricos de pulso eletromagnético (EMP) e/ou Interferência Eletromagnética Intencional (IEMI). Os filtros são posicionados ao longo da periferia interna do invólucro blindado, configurado para evitar alta frequência, sinais eletromagnéticos de alta potência de entrar no invólucro blindado e componentes elétricos potencialmente danosos. O sistema inclui ainda pelo menos um analisador de harmônicas posicionado no invólucro blindado, configurado para detectar harmônicas prejudiciais em uma linha de potência de transformador. O sistema inclui ainda pelo menos um detector de limite configurado para comparar um sinal a partir de um analisador de harmônicas a um sinal predeterminado ajustável, em que o detector de limite emite uma indicação de sinal a um controlador quando o sinal do analisador de harmônicas excede o valor de sinal predeterminado. O controlador, também posicionado no invólucro blindado, é configurado para abrir um comutador normalmente fechado em um circuito de proteção externa por receber uma indicação de sinal de pelo menos um dos detectores de limite. O controlador inclui ainda uma entrada de controle em que a entrada de controle é recebida a partir de um operador de sistema de potência remoto do invólucro blindado.

[00014] Em um terceiro aspecto, é revelado um método para detectar harmônicas de potência em um transformador. O método inclui receber um sinal da linha de potência dentro de um invólucro blindado e gerar um valor de distorção harmônica total com base no sinal da linha de potência. O método inclui ainda comparar o valor de distorção harmônica total a um valor limite predeterminado em um detector de limite e gerar uma saída de controle de comutador ao detectar um valor de distorção harmônica total acima de um valor predeterminado, em que a saída de controle de comutador abre um comutador normalmente fechado posicionado entre um neutro de transformador e

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7/30 uma conexão de terra.

[00015] Em um aspecto adicional, é revelado um método para autotestar um sistema de captação e controle. O método inclui aplicar um sinal de corrente alternada em um transformador, o sinal de corrente alternada que tem uma frequência diferente da frequência do sistema de potência e que mensura a funcionalidade e grandeza da característica de bloqueio (por exemplo, impedância) de um componente de bloqueio de corrente contínua (CC) com base em uma amplitude conhecida do sinal de teste de corrente alternada e uma medição de corrente através do componente de bloqueio de corrente contínua. O método inclui ainda comparar a grandeza da característica de bloqueio do componente de bloqueio de corrente contínua (CC) a um valor esperado para determinar a operação precisa do componente de bloqueio de corrente contínua (CC). O método inclui ainda aplicar um sinal de teste harmônico a um sinal da linha de potência, o sinal harmônico que tem uma amplitude acima do limite predeterminado definido por um detector de limite associado a um analisador de harmônicas, o limite que define uma faixa de amplitudes. O método inclui ainda analisar o sinal de teste harmônico no analisador de harmônicas para determinar se o analisador de harmônicas detecta a presença do sinal de teste harmônico. O método também inclui aplicar um sinal de tensão de corrente contínua (CC) no neutro de transformador para simular corrente contínua que flui entre o neutro de transformador e um terra; e aplicar um sinal de detector eletromagnético (EM), sendo que o sinal EM tem uma amplitude acima do limite predeterminado definido por um detector de limite, limite esse que define uma faixa de amplitudes.

Breve Descrição dos Desenhos [00016] A Figura 1 é uma vista frontal esquemática dos eletrônicos de captação e controle conectados a uma modalidade exemplificativa de um ambiente de transformador de alta tensão.

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8/30 [00017] A Figura 2 ilustra uma modalidade exemplificativa de um circuito de proteção elétrica externo ao sistema de controle da presente revelação.

[00018] A Figura 3 ilustra uma modalidade exemplificativa de um sistema de captação e controle conectado a um sistema de aterramento contínuo que inclui uma modalidade exemplificativa de um circuito de proteção elétrica.

[00019] A Figura 4 é uma modalidade exemplificativa do sistema de captação e controle contido dentro de um invólucro blindado que inclui um detector de campo eletromagnético externo.

[00020] A Figura 5 é uma modalidade exemplificativa do sistema de captação e controle contido dentro de um invólucro blindado.

[00021] A Figura 6 é uma modalidade exemplificativa do analisador de harmônicas contido dentro do sistema de captação e controle.

[00022] A Figura 7 é outra modalidade exemplificativa do analisador de harmônicas contido dentro do sistema de captação e controle.

[00023] A Figura 8 é outra modalidade exemplificativa do analisador de harmônicas contido dentro do sistema de captação e controle.

[00024] A Figura 9 ilustra uma modalidade exemplificativa de um circuito detector de limite contido dentro do sistema de captação e controle.

[00025] A Figura 10 ilustra uma modalidade exemplificativa dos eletrônicos de captação e controle que incluem funcionalidade de autoteste.

Descrição Detalhada [00026] Em geral, a presente revelação descreve sistemas e métodos para detectar correntes CC ou quase CC prejudiciais os quais causam conteúdo harmônico em uma linha de potência e controlar uma montagem de comutador em um circuito de proteção elétrica para proteger transformadores de alta tensão e outro equipamento elétrico

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9/30 proveniente das correntes CC ou quase CC prejudiciais. Grandes correntes neutras CC e tensões harmônicas podem ser o resultado de tempestades geomagnéticas (solar), pulso E3 eletromagnético de alta altitude (HEMP-E3) ou outro equipamento elétrico, tal como suprimentos de potência de comutação, equipamento de soldagem a arco, corte a plasma, equipamento de usinagem de descarga elétrica, lâmpadas de arco, etc., os quais são ao mesmo tempo grade elétrica ou circuito de potência local. De maneira geral, a presente revelação descreve métodos e sistemas para captar o conteúdo harmônico de uma fonte de linha de potência de 50 Hz ou 60 Hz, danificando potencialmente as correntes neutras CC, e para controlar o equipamento a ser comutado para um modo protetor de operação caso tal harmônica ou correntes CD sejam detectadas.

[00027] A proteção de sistemas de potência de alta tensão de GIC (tempestades solares) e pulsos EMP e E3 são alcançados com o uso de um sistema que detectam danos em correntes CC em um sinal da linha de potência e eventos eletromagnéticos altos e externos. Os sistemas de captação aqui revelados fornecem eletrônicos utilizados para detectarem a presença de correntes CC na conexão neutra de transformadores de potência de alta e muito alta tensão. The sistema de captação pode incluir adicionalmente um sensor de distorção harmônica, ou total harmônica (HD ou THD) que capta harmônicas no sinal da linha de potência que são ocasionadas por uma corrente CC e saturação de meia onda no enrolamento de transformador. Os sistemas de captação podem incluir adicionalmente um detector de campo eletromagnético que detecta eventos de pulso eletromagnético externos (EMP). Os sistemas de captação podem incluir adicionalmente a detector que computa corrente através de um resistor em derivação ou sensor de corrente de Efeito Hall que é conectado eletricamente ao neutro de transformador. A presente revelação inclui ainda um sistema

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10/30 de controle que envia sinais a um circuito de proteção elétrica para controlar a operação de uma montagem de comutador em uma montagem de bloqueio CC contida no circuito de proteção elétrica. O sistema de controle controla um comutador em um circuito de proteção elétrica para proteger transformadores de alta tensão de correntes indutivas geomagnéticas e EMP (pulso E3). Um componente de bloqueio de CC(que inclui um ou mais capacitores, resistores ou combinações dos mesmos) é ligado por fiação no circuito de proteção elétrica para fornecer uma trajetória ininterrupta de aterramento CA para os sistemas de altas potências, por exemplo, para o neutro de Y configurado para transformadores ou autotransformadores altos. Uma segunda trajetória de aterramento paralela fornece, sob operação normal, uma baixa impedância, trajetória de aterramento padrão através de uma montagem de comutador fechada.

[00028] A Figura 1 é uma vista frontal esquemática do equipamento elétrico exemplificativo protegido de acordo com as características da presente revelação e um gabarito físico de certos componentes da presente revelação. Na modalidade mostrada, uma peça de equipamento elétrico, mostrado como um transformador de alta tensão 100 é conectado eletricamente a um circuito de proteção elétrica 102. O circuito de proteção elétrica 102 pode, por exemplo, incluir pelo menos uma porção dos dispositivos descritos abaixo, de acordo com as modalidades mostradas nas Figuras 2 a 9. O transformador de alta tensão 100 é montado tipicamente sobre uma base de concreto. Um circuito de proteção elétrica 102 é conectado eletricamente ao transformador de alta tensão 100 conforme discutido acima, encaixado em um alojamento e colocado sobre o suporte aterrado eletricamente 103. Além disso, para proteger contra eventos de GIC, todos os eletrônicos de controle (dispositivos semicondutores) são inclusos em um invólucro eletricamente filtrado e blindado de EMP/IEMI 104 é conectado

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11/30 eletricamente ao circuito de proteção elétrica 102 e transformador de alta tensão 100 e inclui conjunto de circuitos de controle de comutador e captação 105. Deve ser notado que sem o invólucro blindado e filtrado 104 o sistema é capaz de proteger os transformadores contra eventos de GIC e EMP E3, porém não consegue contra ameaças de pulsos EMP El, E2 e IEMI.

[00029] Em certas modalidades, o circuito de proteção elétrica 102 inclui as montagens de comutador e componentes de bloqueio de CC discutidos nas Figuras 2 a 3, enquanto o sistema de controle 104 contém conjunto de circuitos de atuação de comutador e captação conforme ilustrado nas Figuras 3 a 10, abaixo. No entanto, podem ser fornecidas outras disposições de componentes para um dispositivo de proteção elétrica.

[00030] Agora, com referência na Figura 2, uma primeira modalidade generalizada de um circuito de proteção elétrica 200 que se pode utilizar com os eletrônicos de captação e controle da presente revelação, é mostrado. O circuito 200 geralmente é conectado entre um neutro de transformador 10 de um transformador 12 (mostrado como transformador em Y na modalidade mostrada) e um terra 14. O circuito de proteção elétrica 200 inclui uma montagem de comutador 202 que inclui um comutador controlado eletricamente 204 conectado entre o neutro de transformador 10 e o terra 14. Um resistor em derivação 206 pode ser conectado entre o comutador 204 e o terra 14, o qual pode ser utilizado captar corrente CC que passa entre o neutro de transformador 10 e o terra 14. Em certas modalidades, o resistor em derivação 206 tipicamente deve ter uma baixa resistência, da ordem de alguns miliohms, para permitir para uma baixa impedância conexão de terra através dos comutadores. Em outra modalidade, o resistor em derivação 206 pode ser substituído por um sensor de corrente de Efeito Hall ou outro sensor de corrente sem contato. Adicionalmente, um comuta

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12/30 dor de aterramento de alta tensão eletricamente controlado 208 pode ser conectado entre o neutro de transformador 10 e o comutador 204, por exemplo, para proteger o comutador 204 das altas tensões durante um evento de falha de aterramento. Em algumas modalidades, o terra 14 pode ser conectado a uma grade de aterramento de estação, enquanto em outras modalidades pode ser conectado ao alojamento de transformador que por sua vez é aterrado.

[00031] O comutador 204 pode ser qualquer um de um variedade de comutadores eletricamente controlados de atuação rápida, tais como um disjuntor de alta tensão. Na modalidade mostrada, o comutador 204 é uma conexão normalmente fechada que pode ser aberta rapidamente através de uma entrada de controle elétrica. O conjunto de circuitos de controle e captação exemplificativo que pode ser conectado à entrada de controle é discutido ainda em conexão com as Figuras 3 a 10, abaixo.

[00032] Um componente de bloqueio de CC 210 é conectado em paralelo com a montagem de comutador 202 dentre o neutro de transformador 10 e o terra 14. Conforme explicado ainda nos exemplos abaixo, o componente de bloqueio de CC 210 pode incluir um ou mais bloqueios de corrente contínua dispositivos (por exemplo, capacitores ou resistores) tem capacidade de inserir some bloqueio de uma trajetória de corrente entre o terra 14 e o neutro de transformador 10, para evitar correntes de terra CC ou quase CC danosas no neutro de transformador 10, que pode por sua vez causar possíveis danos ao transformador 12. Dependendo do pedido específico, um dispositivo de bloqueio capacitivo ou resistivo (ou uma combinação dos mesmos) 210 poderia ser empregado no circuito de proteção 302. Além do mais, em certas modalidades, o componente de bloqueio de CC 210 é ligado por fiação ao terra 14, fornecendo assim um terra CA para o transformador (ou outro componente de potência) mesmo se os comutadores 204 e

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208 inadvertidamente funcionem mal.

[00033] Em operação normal, o neutro de transformador 10 é aterrado através da montagem de comutador 202. Isto é, a montagem de comutador 202, inclui ainda comutador 204 e comutador de aterramento de alta tensão 208, está normalmente em uma posição fechada. Isso corresponde à configuração de aterramento padrão utilizada por utilitário; consequentemente, um sistema de aterramento tal como é aqui revelado, não exige reajustes ao equipamento elétrico de utilidade ao qual está ligado antes da utilização. Nesse primeiro modo de operação, o componente de bloqueio de CC 210 não é energizado, porque a montagem de comutação cria um curto-circuito em torno do mesmo. Se for detectada uma falha no aterramento enquanto a operação nesse modo normal de operação (sem GIC), o aterramento através da montagem de comutador irá lidar com a corrente de falha no aterramento até que os relés de sistema de potência isolam o equipamento defeituoso. Quando a presença das harmônicas de alta potência ou a corrente quase CC é detectado no neutro para aterrar a conexão, a montagem de comutador é aberta pelos eletrônicos de captação e controle GIC. Nesse segundo modo de operação o componente de bloqueio de CC 210 fornece o aterramento CA para o neutro de transformador. Esse modo de operação protege contra CC ou correntes quase CC associadas a outros eventos de GIC ou EMP E3. Esse modo protetor à GIC permanece operacional até que um operador de sistema de potência em um local remoto declara o evento está encerrado e feche normalmente a montagem de comutador 202.

[00034] Em algumas modalidades, para levar em consideração um evento extremamente improvável em que um GIC e falha no aterramento possam ocorrer simultaneamente, um descarregador de sobretensão 212, às vezes conhecidos como um varistor ou um MOV (varistor de óxido de metal) ou outro dispositivo que descarrega a sobreten

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14/30 são, pode acionar para proteger os componentes de bloqueio 210. A montagem de comutador 208 a se fechar novamente por um sinal a de um relé que detecta corrente falha através do transformador de corrente 214 de neutro de transformador que por sua vez que por sua vez aciona o comutador de alta voltagem 208 para fechar novamente. Portanto o descarregador de sobretensão 212 fornece o aterramento inicial dentro de um ciclo da falha no aterramento e até a montagem de comutador 202 pode ser fechada novamente. Pode-se notar que a probabilidade desse evento simultâneo (GIC e falha no aterramento) é tão pequena que, na prática, pode nunca ocorrer no tempo de vida útil do sistema.

[00035] Para reduzir o custo do descarregador de sobretensão

212, pode ser desejável usar um descarregador de sobretensão de baixo custo que seja um dispositivo com perdas, de modo que somente protege um evento e, então, exige substituição. Após o descarregador de sobretensão ser sacrificado, o mesmo, pelo seu projeto, se torna um curto-circuito para o terra. Uma segunda opção é incorporar descarregadores de sobretensão adicionais à instalação inicial com comutadores de modo que se o primeiro descarregador é sacrificado, um segundo pode ser comutado como uma substituição conforme necessário. Uma terceira opção é incorporar um descarregador de sobretensão de duto muito pesado à instalação inicial que garantirá que o descarregador de sobretensão resistirá a muitos eventos de falha de aterramentos sem falhar.

[00036] Ao abrir a montagem de comutador, o componente de bloqueio de CC 210 mostrado na Figura 2 fornece a trajetória de aterramento CA para o neutro de transformador 10, enquanto que bloqueia ou reduz ao mesmo tempo a CC ou quase CC induzida por uma tempestade geomagnética ou evento de EMP E3. Bloquear ambas as CC protege o transformador 12 de penetrar na saturação de meio-ciclo

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15/30 que por sua vez pode causar cause perdas de potência reativa excessiva ao transformador, superaquecimento, danos ou até mesmo falha. Adicionalmente, bloquear a CC também evita a geração de harmônicas no sistema de potência que por sua vez pode evitar a ativação de relés de potência, a desconexão dos componentes de compensação de potência, carga de potência reativa excessiva e potencialmente o colapso ou da pequena ou da grande porção da grade elétrica.

[00037] Além disso, para aumentar a confiabilidade do componente de bloqueio de CC 210, tanto um banco paralelo de múltiplos capacitores ou resistores pode ser usado de modo que se um ou mais desses capacitores ou resistores falharem os outros ainda estarão disponíveis como componentes de bloqueio.

[00038] Adicionalmente, e conforme ainda descrito abaixo, para proteger contra as porções El e E2 de um pulso eletromagnético (EMP) e/ou Interferência Eletromagnética Intencional (IEMI), todos os eletrônicos sensíveis de captação e controle de tal sistema pode ser colocado em um invólucro eletricamente blindado e filtrado, tal como o invólucro que contém sistema de controle 104 da Figura 1. Todos os componentes que não estão alojados no invólucro blindado do não contêm eletrônicos semicondutores sensíveis e por consequência sobreviveriam tanto a um evento EMP quanto a um evento IEMI. Em uma modalidade alternativa onde os eletrônicos de captação e controle não são colocados em um invólucro eletricamente blindado e filtrado, o transformador ainda estará protegido contra GIC induzidas por geomagnéticas. Detalhes adicionais referentes ao conteúdo de tal invólucro são discutidos mais detalhadamente abaixo.

[00039] Em várias modalidades, diferentes tipos de circuitos de proteção elétrica poderiam ser usados. Nas modalidades exemplificativas, os circuitos de proteção elétrica poderiam incluir aqueles descritos em no pedido de patente copendente n^o U.S. 13/159.374, intitulado

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Continuous Uninterruptable AC Grounding System for Power System Protection, cuja descrição está integramente incorporada no presente a título de referência.

[00040] Referindo-se agora à Figura 3, é mostrada uma modalidade exemplificativa de um sistema 300 que inclui um circuito de proteção elétrica 302 conectado eletricamente ao sistema de captação e controle 310 da presente revelação. Nessa modalidade exemplificativa, um sensor de corrente de Efeito Hall poderia ser usado de forma alternativa no lugar do resistor em derivação 206 da Figura 2 (e dispositivo de captação de corrente 314, descrito abaixo) para mensurar a corrente CC no neutro de transformador aterrar a conexão. Em tais modalidades, o sensor de Efeito Hall poderia se sacrificado ou por um ataque de EMP ou de IEMI. Também existe uma possibilidade de um Transformador de Tensão Capacitiva (CVT) (não mostrado) conectado a uma fase do transformador 10, poderia ser sacrificado da mesma forma por um ataque de EMP ou IEMI.

[00041] O circuito de captação e controle 310 inclui eletrônicos de controle, tai como um módulo de captação e controle 312, bem como uma unidade de captação de corrente 314. Um circuito de controle de relé 316 é conectado aos eletrônicos de captação e controle 312 e gera uma saída de controle de comutador 313 utilizado para atuar os comutadores 204 e 208.

[00042] O módulo de captação e controle 312 captam harmônicas que são geradas em um transformador saturado de meio-ciclo sob um evento de GIC. Por exemplo, o módulo 312 pode incluir um sensor harmônico que medirá o sinal a partir de um transformador de tensão capacitiva padrão (CVT) (não mostrado) que está localizado em uma das fases do transformador. Quando o sinal de seja da corrente neutra CC ou do sensor harmônico excede um valor predeterminado, um sinal é enviado para abrir os dois comutadores na montagem de comu

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17/30 tação 202. Os valores predefinidos serão selecionados serão selecionados pelos engenheiros de serviços públicos ou de sistema de potência de acordo com as exigências de proteção de cada instalação em particular. As típicas faixas para valores predefinidos de corrente CC ou quase CC devem estar na faixa de cerca de 5 a 50 amps. As típicas faixas para valores predefinidos dos níveis harmônicos de potência devem estar na faixa de cerca de 1% até10% de distorção harmônica total (THD). O circuito de captação de corrente 314 mede a corrente CC ou quase CC neutra causada por uma tempestade geomagnética cruza o resistor em derivação 206 e envia o resultado da medição para o módulo de captação e controle 312 para ativar o circuito de controle de relé 316 conforme necessário.

[00043] Na modalidade mostrada, o circuito de controle 310 é fechado dentro de um invólucro blindado 320 e inclui uma pluralidade de filtros 322 posicionados em uma periferia do invólucro 320 para evitar alta frequência, radiação eletromagnética de alta tensão de entrar no invólucro, desse modo expondo os eletrônicos sensíveis de captação e controle a interferência e danos em potencial. Os filtros 322 podem tipicamente ser um filtro passa-baixa ou passa banda com supressão de sobretensão para suprimir quaisquer sinais de alta tensão de entrada no invólucro. Na modalidade mostrada, o invólucro blindado 322 é um invólucro blindado de faraday de EMP/ IEMI com gaxetas condutivas em torno de todas as aberturas de portas para fornecer proteção radiativa de frequências eletromagnéticas tipicamente de cerca de 14 kHz até 10 GHz. Adicionalmente, na modalidade mostrada, um filtro 322 é posicionado em uma entrada de potência 324, bem como em uma entrada CVT 326, entrada e saída de operador 328, a saída de controle de comutador 313 e entrada de captação de corrente 330 que conecta através dos lados do resistor em derivação 206. Adicionalmente, quaisquer comunicações de fibra dentro e fora do invólucro 320

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18/30 serão filtradas por uma penetração de frequência de corte além da grade de onda apropriada, que fornecerá proteção contra eventos de EMP e IEMI de forma inerente.

[00044] Em operação, quando um evento de GIC é detectado pelo circuito de controle 310, o comutador de baixa tensão de CC, isto é comutador 204, será aberto pelo circuito de controle de relé 316, através da saída de controle de comutador 313. Seguindo esta ação um sinal abrirá o comutador de aterramento de alta tensão 208. O comutador de aterramento 208 irá permanecer aberto durante o período do evento de tempestade geomagnética, tipicamente na ordem de algumas horas por dia. Durante este período o componente de bloqueio de CC 210, nesse caso o capacitor 304, proporciona o terra CA para o neutro de transformador 10 de transformador 12. O religamento do comutador de aterramento 208 será controlado tipicamente pelo operador do sistema de potência depois que a tempestade geomagnética passar. No entanto, algumas instalações de serviços públicos podem preferir para configurar seu sistema fechar novamente automaticamente os comutadores, por exemplo, depois de um período predeterminado de tempo.

[00045] Para assegurar que a proteção de transformador possa continuar com a sua função de proteção sob um ataque de EMP ou IEMI, um Campo Eletromagnético (EM), um detector 352 pode ser adicionado a esse sistema de proteção conforme mostrado, conectandose aos eletrônicos de captação e controle 312 através de um filtro 322. O detector 352 reside fora do invólucro 320 e permitiria a detecção tanto de pulso E2 ou EMP El quanto um pulso IEMI que por sua vez seria utilizado para abrir o a montagem de comutador 202, incluindo comutadores 204, 208 e, em consequência, comutador na proteção de transformador necessária. O detector de EM 352 poderia ser montado no topo ou na lateral do alojamento de controle e ser conectado por

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19/30 um conduíte blindado aos eletrônicos de controle protegidos 310. [00046] Em várias modalidades, diferentes tipos de detectores de campos eletromagnéticos poderiam ser utilizados como detector 352. Em modalidades exemplificativas, os detectores de campos eletromagnéticos poderiam incluir aqueles descritos em pedido de patente copendente n^o U.S.12/906.902, intitulado Electromagnetic Field Detection Systems and Methods, cuja revelação é aqui incorporada por referência em sua totalidade.

[00047] Em operação, mesmo se um sensor de Efeito Hall e/ou o

CVT (não mostrado) foi danificado ou destruído por um evento eletromagnético, o detector de EM 352 abriria a montagem de comutador 202 que por sua vez protegeria o transformador HV 10.

[00048] O sistema de captação e controle 310 da presente revelação está contido dentro de um invólucro blindado 320. A periferia do invólucro blindado é alinhado por uma pluralidade de filtros 322 que são conectados eletricamente aos eletrônicos de captação e controle 312. Em algumas modalidades, os eletrônicos de captação e controle incluem um analisador de harmônicas 406, uma pluralidade de detectores de limite 408 e um controlador 410 conforme mostrado e ainda descrito na Figura 4. Os eletrônicos de captação e controle 312 captam harmônicas potencialmente prejudiciais e/ou correntes CC em uma linha de potência e operam o comutador de CC 204 e comutador de aterramento de alta tensão 208 no circuito de proteção elétrica 302.

[00049] Referindo-se agora à Figura 4, é mostrada uma primeira modalidade generalizada do sistema de captação e controle 400 da presente revelação. A Figura 4 ilustra um sistema para detectar uma variedade de diferentes tipos de sinais potencialmente prejudiciais ao transformador 12 ou outro equipamento elétrico que seja o objeto da presente revelação. Em particular, o sistema inclui um sistema de captação e controle 400 que detecta harmônicas de potência, corrente

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20/30 contínuas (bem como sinais de corrente quase contínua) e eventos de EMP/IEMI de acordo com a presente revelação.

[00050] O sistema de captação e controle 400 da presente modalidade inclui um invólucro blindado 402 que contém uma pluralidade de filtros 404 alinhados ao longo da periferia do invólucro blindado 402. O sistema de captação e controle 400 contém adicionalmente um detector de campo EM 412 (por exemplo, análogo ao detector 352 da Figura 3) posicionado fora do invólucro blindado 402 e é conectado eletricamente a um filtro 404. Cada filtro 404 é conectado eletricamente a um detector de limite 408a a c (refere-se de modo coletivo aos detectores de limite 408), um analisador de harmônicas 406, ou diretamente a um controlador 410. A saída do analisador de harmônicas 406 é conectada eletricamente a um detector de limite 408b. Cada detector de limite 408a a c produz um sinal para um controlador 410. O controlador 410 envia sinais remotos a partir do invólucro blindado 402 através de uma pluralidade de filtros 404.

[00051] Em operação, os componentes no sistema de captação e controle 400 estão contidos dentro de um EMP/IEMI invólucro blindado 402 que é configurado para proteger os eletrônicos de captação e controle da interferência eletromagnética. A periferia do invólucro blindado 402 é alinhado com uma pluralidade de filtros de passa-baixa ou passa banda 404 para evitar alta frequência, sinais eletromagnéticos de alta potência de entrar no invólucro exporia os eletrônicos sensíveis de captação e controle à interferência e danos em potencial. Os filtros 402 geralmente são análogos aos filtros 322 da Figura 3, descritos acima.

[00052] Em certas modalidades, a presente revelação inclui um analisador de harmônicas 406 localizado dentro do invólucro blindado 402 conforme discutido mais detalhadamente abaixo. O analisador de harmônicas 406 é outro exemplo de um componente de detecção utilizado para detectar a distorção harmônica total (THD) em uma entrada

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21/30 de sinal da linha de potência do transformador 12. O analisador de harmônicas 406 é conectado eletricamente ao controlador 410, descrito mais detalhadamente abaixo.

[00053] Na modalidade mostrada, a pluralidade de detectores de limite 408a a c são cada uma configurada para comparar uma indicação de sinal de entrada a partir de um componente de detecção, tais como um detector de campo eletromagnético externo (EM) 412, para valor de limite predeterminado ajustável. Se o valor de limite predeterminado for excedido, o detector de limite correspondente 408 enviará um sinal a um controlador 410 posicionado também dentro do invólucro blindado 402. O controlador 410 é configurado para acionar pelo menos um dos componentes externos do circuito de proteção elétrica 200 tal como um comutador 204, conforme mostrado na Figura 3. Por exemplo, se a corrente CC ou quase CC através de um resistor em derivação 206 posicionado entre o neutro de transformador e o terra excede o valor de limite predeterminado do detector de limite 408, o detector de limite 408 enviará uma indicação ao controlador 410. O controlador 410 por sua vez enviará um sinal através de um filtro 404 para abrir o comutador normalmente fechado 204 que está localizado entre o neutro de transformador e o terra a fim de proteger o transformador de alta tensão 12 de danos.

[00054] Na modalidade mostrada, cada um dos detectores de limite 408a a c podem ser configurados para detectar um tipo diferente de sinal, ou um sinal recebido que tem um limite de acionamento diferente. Por exemplo, o detector de limite 408a, que é configurado para detectar uma corrente contínua predeterminada acima de um limite predeterminado, pode ser configurado para acionar o controlador 410 quando estiver acima de um primeiro limite, porém o detector 408b, o qual recebe sinais do analisador de harmônicas 406, pode ser configurado para acionar controlador 410 mediante a detecção de um tipo di

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22/30 ferente de sinal, ou em um nível de limite de sinal diferente. O mesmo é válido para o detector de limite 408c, o qual recebe sinais do detector de campo EM 412. Em modalidades alternativas, tipos adicionais de sinais potencialmente prejudiciais podem ser monitorados e alimentados para um detector de limite para acionar um controlador 410.

[00055] O controlador 410 pode ser qualquer número de tipos de circuitos programáveis e configurado para gerar um sinal de saída de comutação em resposta a recepção de um sinal de um ou mais detectores de limite 408a-c. Em algumas modalidades, o controlador 410 é um microprocessador configurado para gerenciar saídas de comutação com base em lógica programável, com base na detecção de um sinal tanto de um detector de limite quanto de uma entrada de controle 414. Na modalidade mostrada, a entrada de controle 414 é conectada eletricamente ao controlador 410 e leva um sistema controlador remoto a partir do invólucro blindado 402. A entrada de controle 414 pode trocar arquivos entre o sistema controlador e o controlador 410, por exemplo, para comunicar uma história de eventos de comutação acionados pelos eletrônicos de captação e controle, bem como fornecer acionamento remoto e funcionalidade de reinicialização. A entrada de controle 414 também pode acionar a execução de um ou mais procedimentos de autoteste configurado para simular sinais potencialmente prejudiciais com o propósito de monitoramento. O controlador 410 pode, por exemplo, testar a atuação do comutador com base nas entradas de indicação do comutador e indicação do comutador de aterramento de alta tensão, conforme descrito. Esses procedimentos de autoteste são descritos de forma mais completa abaixo.

[00056] A Figura 5 ilustra uma modalidade exemplificativa da presente revelação para detectar harmônicas de potência em um transformador.

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Os eletrônicos 500 podem ser utilizados, por exemplo, como uma porção dos eletrônicos de captação e controle 400 da Figura 4, ou de forma alternativa como um elemento autônomo em situações onde sinais harmônicos são de importância primária (ao invés de em combinação com captação de sinais de CC). Essa modalidade exemplificativa inclui uma série de componentes de captação e controle contidos em um invólucro blindado 502 que é alinhado com uma pluralidade de filtros 504. Esses filtros são análogos aos filtros descritos na Figura 4. Os componentes de captação 501 incluem um filtro 504, um analisador de harmônicas 506 e um detector de limite 508. Um filtro 504 é conectado eletricamente a uma linha de sinal que se estende no interior do invólucro blindado 502, para rejeitar pulsos eletromagnéticos de alta energia conduzida e interferência eletromagnética intencional IEMI. O filtro 504 é conectado eletricamente a um analisador de harmônicas 506 que produz um sinal para um detector de limite 508. O detector de limite 508 é conectado eletricamente a um controlador 510 contido também dentro do invólucro blindado 502.

[00057] Em outra modalidade exemplificativa, somente um sinal de CC seria captado em um neutro de transformador para aterrar a conexão, por exemplo, em uma situação onde as correntes CC são de importância primária.

[00058] A presente revelação também inclui um barramento de comunicação 514 que é conectado eletricamente ao controlador 510. O barramento de comunicação 514 leva a um operador remoto de sistema do invólucro blindado 502. O barramento de comunicação 514 também pode executar um ou mais procedimentos de autoteste, configurado para simular sinais potencialmente prejudiciais com o propósito de monitoramento. Esses procedimentos de autoteste são descritos de forma mais completa abaixo.

[00059] Em operação, o analisador de harmônicas 506 recebe um

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24/30 sinal de tensão de um CVT (não mostrado nas figuras) localizado em uma das fases do transformador de potência 12 através de um filtro 504. O analisador de harmônicas 506 detecta harmônicas de potência em um transformador 12. As harmônicas detectadas pelo analisador de harmônicas 506 são comparadas com um valor de limite predeterminado ajustável de um detector de limite 508. Se as harmônicas excederem o valor de limite predeterminado do detector de limite 508, o detector de limite envia um sinal que indica que o valor limite foi excedido ao controlador 510 localizado dentro do invólucro blindado 502. Em algumas modalidades, o analisador de harmônicas, detector de limite e controlador, são implantados dentro de um microprocessador. O controlador 510 envia um sinal de indicação do comutador através de um filtro 504 para abrir um comutador de CC, tal como o comutador 204 das Figuras 2 e 3, seguido por um sinal para abrir um comutador de aterramento de alta tensão 208 para proteger o transformador 12 e/ou para fornecer estabilidade elétrica à grade elétrica de correntes CC potencialmente prejudiciais no neutro de transformador e para reduzir as harmônicas no sinal da linha de potência.

[00060] Referindo-se agora às Figuras 6 a 8, várias modalidades de eletrônicos de captação e controle que incluem um analisador de harmônicas utilizável nos sistemas das Figuras 3 a 5 (por exemplo, como analisador de harmônicas 406). A Figura 6 ilustra uma primeira modalidade possível de um analisador de harmônicas 600, utilizável como analisador de harmônicas 406 conforme mostrado na Figura 4 ou analisador de harmônicas 506 conforme mostrado na Figura 5 para detectar harmônicas de potência em um transformador 12. Essa modalidade utiliza um microprocessador 600 para computar uma Transformada rápida de Fourrier (FFT) para detectar harmônicas de potência no sinal de potência 603. Essa modalidade inclui um microprocessador 800 que contém um calculador de FFT 602 e um calculador de

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25/30 distorção harmônica total 606. O calculador de FFT 602 no microprocessador 600 transforma o sinal da linha de potência 603 em uma pluralidade de sinais de frequência, que atua como um banco de filtros passa banda. A taxa de amostra do sistema e o número de pontos na FFT são definidos de modo que cada uma das harmônicas do sinal de entrada cai em um compartimento de filtro diferente, que corresponde a um único índice de saída na FFT. Esses sinais 605 são separados em bandas de frequência 607 que correspondem a uma escala de harmônicas de frequência de potência de 60 Hz (ou 50 Hz) que utiliza filtros passa banda dentro do filtro de banda da Transformada rápida de Fourrier 602. Essas harmônicas são então utilizadas para calcular a distorção harmônica total (THD) 609 com o uso de um calculador de distorção harmônica total 606 no microprocessador 600.

[00061] Esse sinal de distorção harmônica total 609 é então, comparado a um nível de limite predefinido no microprocessador (por exemplo, ilustrado como detector de limite 608) e se o sinal de THD excede o nível presente, um sinal é enviado para abrir a montagem de comutador, incluindo os comutadores 204 e 208.

[00062] A Figura 7 ilustra ainda uma modalidade possível de um analisador de harmônicas 700. O analisador de harmônicas 700 pode ser usado no lugar do analisador de harmônicas 406 conforme mostrado na Figura 4 ou do analisador de harmônicas 506 conforme mostrado na Figura 5, para detectar harmônicas de potência em um transformador 12. O analisador de harmônicas 700 é conectado eletricamente entre um filtro 701 e um detector de limite 716. De forma coletiva, esses componentes compreendem os componentes de captação 501. Essa modalidade exemplificativa de um analisador de harmônicas 700 inclui um filtro passa-baixa 702 conectado eletricamente a um amplificador 704 e um módulo de correção de fase 706. A saída do módulo de correção de fase 706 é conectado eletricamente a um amplifica

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26/30 dor de soma 708. A saída do amplificador de soma 708 é conectado a um circuito retificador 709, o qual ajusta a amplitude do sinal, que resulta em um sinal 714 proporcional à distorção harmônica total.

[00063] Em operação, essa modalidade exemplificativa de um analisador de harmônicas 700 subtrai um sinal da linha de potência não filtrado 710 de um sinal filtrado e fase transferida 712, a qual a amplitude é então, ajustada à saída de sinal de distorção harmônica total 714. Essa modalidade exemplificativa inclui um filtro passa-baixa 702 configurado para filtrar o ruído de um sinal da linha de potência não filtrada 710. A partir do filtro passa-baixa, o sinal filtrado da linha de potência passa através de um amplificador 704 para ajuste da amplitude. O sinal então passa através de um módulo de correção de fase 706 configurado para sincronizar a fase da amplitude ajustada e sinal filtrado. O sinal filtrado, ajustado por amplitude e alternado por fase 712, é então, comparado ao sinal da linha de potência não filtrada 710 em um amplificador de soma 708. O amplificador de soma 608 subtrai os dois sinais à saída das harmônicas da linha de potência 714 do sinal da linha de potência. O sinal harmônico da linha de potência é então, retificado no circuito retificador 709 para produzir uma tensão proporcional ao THD na linha de potência. O sinal de distorção harmônica total 714 é então, enviado a um detector de limite 716, para comparação à distorção harmônica total conforme explanado acima em conexão com a Figura 5.

[00064] A Figura 8 ilustra outra modalidade possível de um analisador de harmônicas 800, utilizável como analisador de harmônicas 406 conforme mostrado na Figura 4 ou analisador de harmônicas 506 conforme mostrado na Figura 5 para detectar harmônicas de potência em um transformador 12. O analisador de harmônicas 800 inclui um sinal da linha de potência conectado eletricamente a um filtro passabaixa 801 e um detector de limite 812. Essa modalidade exemplificati

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27/30 va de um analisador de harmônicas 800 inclui um filtro passa-baixa 802 conectado eletricamente a um oscilador senoidal travado de fase 804. O oscilador 804 é utilizado para produzir um sinal limpo carente de conteúdo harmônico, que replica o sinal da linha de potência de 60 Hz (ou alternativamente 50 Hz). Um circuito de ajuste de amplitude 808 ajusta a saída do oscilador 804 para combinar a frequência do sinal estimado da linha de potência. A saída da amplitude ajustada, o oscilador senoidal travado de fase 804 (a partir do circuito de correção de amplitude 808) é conectado eletricamente a um amplificador de soma 810. Finalmente, a saída do amplificador de soma 810 é conectada a um retificador 811 para produzir um sinal 818 que seja proporcional à distorção harmônica total (THD) na linha de potência. De forma coletiva, esses componentes compreendem componentes de captação 801.

[00065] Essa modalidade exemplificativa é similar ao analisador de harmônicas 706 da Figura 7, porém, utiliza um oscilador senoidal travado de fase 808 para gerar um sinal de referência limpo de 120V, 60 Hz (ou limpo de 240 V, 50 Hz) que é subtraído do sinal da linha de potência não filtrado 814. Essa modalidade alternativa inclui um filtro passa-baixa 802 configurado para filtrar o ruído e harmônicas de um sinal da linha de potência não filtrado 814. O sinal filtrado é então utilizado como uma entrada de sinal de referencial para um oscilador senoidal travado de fase 804. O oscilador senoidal travado de fase 804 gera um sinal limpo de 120V, 60 Hz 816 que é comparado ao sinal da linha de potência não filtrado 814 em um amplificador de soma 810. O amplificador de soma 810 e retificador 811 emite o sinal 818 que é proporcional à distorção harmônica total no sinal da linha de potência 814 e que é enviado a um detector de limite 812.

[00066] A Figura 9 ilustra uma modalidade possível de um detector de limite 900, que se pode utilizar como o detector de limite 408 con

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28/30 forme mostrado na Figura 4 ou detector de limite 508 conforme mostrado na Figura 5 para comparar harmônicas de potência e correntes CC em um transformador 12. Essa modalidade exemplificativa de um detector de limite recebe harmônicas ou correntes quase CC de um retificador (por exemplo, o retificador 709 da Figura 7 ou 811 da Figura 8) que é conectado eletricamente a um comparador 904. O comparador 904 é conectado eletricamente a um gerador de referência 906 e um circuito de conservação e redefinição 908. O circuito de conservação e redefinição 908 produz um sinal para um controlador conectado eletricamente 910 que está localizado externo ao detector de limite 900.

[00067] Em operação, o detector de limite recebe harmônicas ou correntes quase CC de uma entrada de sinal da linha de potência ou um analisador de harmônicas 406. O comparador 904 compara o sinal retificado 903 a um sinal de referência 907. O comparador 904 recebe o sinal de referência 907 de um gerador de referência ajustável 906 que define uma distorção harmônica aceitável para o transformador 12. Mediante uma comparação entre o sinal de referência 907 e o sinal de entrada 903, o comparador 904 gera um sinal que pode ser capturado em um circuito de conservação e redefinição 908. O sinal capturado é então enviado a um controlador 910 que pode ser utilizado para acionar um comutador 204 conforme mostrado nas Figuras 2 e 3.

[00068] A Figura 10 representa uma modalidade exemplificativa da presente revelação da Figura 4, porém inclui adicionalmente características de autoteste para assegurar a operação apropriada do sistema. Essa modalidade da presente revelação inclui um autoteste fonte de tensão CC 1012, uma fonte harmônica de autoteste 1014, a fonte de detector de EM de autoteste 1016 e a fonte de tensão CA de autoteste 1018 localizado no interior do invólucro blindado 402. Em algumas modalidades, essas características de autoteste são acionadas automaticamente em uma base periódica pelo controlador 410. Essas

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29/30 características de autoteste podem ser também acionadas por um usuário que opera um sistema de controle localizado em um sítio remoto do invólucro blindado 402.

[00069] Uma fonte de tensão CA de autoteste 1018 gera um sinal de CA com uma frequência diferente da que é recebida no transformador 12. A tensão CA sai do invólucro blindado 402 através de um filtro 1004 e é aplicada ao neutro de transformador 10. O circuito de proteção elétrica 200 conforme mostrado na Figura 2, em seu modo de operação normal, mede a grandeza da corrente que cruza um dispositivo de bloqueio de CC 210 com base na amplitude conhecida do sinal de CA gerado pela fonte de tensão CA 1018. O controlador 410 compara a grandeza do dispositivo de bloqueio de CC 210 com um valor esperado para determinar se o componente de bloqueio de CC 210 está operando de forma precisa.

[00070] Outra função de autoteste na presente revelação é uma fonte de tensão de CC de autoteste 1012 que gera uma corrente contínua destinada a simular uma corrente contínua no neutro de transformador 10 para uma conexão de terra 14. A corrente contínua gerada está fora da faixa da operação normal da corrente contínua no neutro de transformador 10 para conexão de terra 14. A corrente contínua gerada pela fonte de tensão de CC de autoteste 1012 sai do invólucro blindado 402 através de um filtro 1004 e entra novamente no invólucro blindado 402 através da entrada de sinal de corrente contínua. O sinal gerado é então passado através de um detector de limite 408 para comparação a um valor conhecido que é aceitável para o transformador 10. Se o sistema de captação e controle 1000 está a funcionar adequadamente, o controlador 410 acionará um sinal de indicação que sairá do invólucro blindado 402 através de um filtro 404 para abrir um comutador 204 no circuito de proteção elétrica 200. Se o controlador 410 não abrir o comutador 204, o controlador 410 envi

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30/30 ará uma mensagem de erro a um sistema de controle externo remoto para o invólucro blindado 402.

[00071] Outra função de autoteste na presente revelação é uma fonte harmônica de autoteste 1014 que gera um sinal harmônico destinado a simular harmônicas indesejáveis em um sinal de linha de potência. O sinal harmônico gerado sai do invólucro blindado 402 através de um filtro 1005 e entra novamente no invólucro blindado 402 através da entrada de sinal de linha de potência. O sinal é passado através de um analisador de harmônicas 406 que compara o sinal harmônico gerado a uma frequência conhecida e aceitável. Se o sistema de captação e controle 1000 está operando adequadamente, o controlador 410 irá acionar um sinal de indicação que irá sair do invólucro blindado 402 através de um filtro 404 para abrir um comutador 204 no circuito de proteção elétrica 200 conforme mostrado na Figura 2. Se o controlador 410 não abrir o comutador 204, o controlador 410 irá enviar uma mensagem de erro a um sistema de controle externo remoto para o invólucro blindado 402.

[00072] O relatório descritivo, exemplos e dados acima fornecem uma descrição completa da fabricação e uso da composição da invenção. Desde que muitas modalidades da invenção possam ser realizadas sem que se afaste do espírito e do escopo da invenção, a invenção consiste nas reivindicações anexas daqui em diante.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema (310, 400, 500, 1000) para detectar sinais eletromagnéticos potencialmente danosos, incluindo correntes contínuas altas em um neutro de transformador (10) e harmônicas de uma frequência de potência primária, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma pluralidade de componentes de detecção (406, 206, 412) conectados eletricamente a uma ou mais linhas de sinal elétrico que saem de um ou mais pontos de conexão em uma grade elétrica;

uma pluralidade de detectores de limite (408a-c, 508), sendo que cada detector de limite é configurado para comparar um sinal de entrada de um componente de detecção selecionado dentre a pluralidade de componentes de detecção (406, 206, 412) a um sinal predeterminado que tem um limite;

um controlador (312, 410, 510, 910) recebendo uma emissão de cada um dentre uma pluralidade de detectores de limite (408ac, 508), sendo que o controlador é configurado para acionar pelo menos um componente externo em resposta ao recebimento de uma indicação de pelo menos um dentre uma pluralidade de detectores de limite (408a-c, 508) de um sinal de corrente harmônica ou contínua detectado acima de um limite; e um invólucro blindado (402) tendo um volume interno alojando pelo menos uma pluralidade de detectores de limite (408a-c, 508) e o controlador (312, 410, 510, 910), o invólucro blindado (402) sendo configurado para proteger o volume interno de interferência eletromagnética.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de componentes de detecção (406, 206, 412) é selecionada de um grupo de detectores que consiste em:

um analisador de harmônica (406, 506, 600, 700, 800);

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2/5 um resistor de derivação (206) conectado eletricamente entre o neutro de transformador (10) e um terra;

um sensor de corrente de efeito Hall conectado através de uma linha de aterramento, sendo que a linha de aterramento está conectada entre o neutro de transformador (10) e um terra; e um detector de campo eletromagnético (412).
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma pluralidade de filtros (322, 404, 504) posicionados ao longo de uma periferia do invólucro blindado (402) e conectados às linhas de sinal elétrico, sendo que as linhas de sinal elétrico se estendem para o volume interno a partir do exterior do invólucro blindado (402), sendo que os filtros são configurados para evitar que sinais eletromagnéticos de alta frequência e de alta potência entrem no invólucro blindado (402).
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o analisador de harmônica (406, 506, 600, 700, 800) está posicionado no interior do invólucro blindado (402).
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o resistor de derivação (206) está posicionado externamente ao invólucro blindado (402).
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sensor de corrente de efeito Hall está posicionado externamente ao invólucro blindado (402).
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o detector de campo eletromagnético é posicionado externamente ao invólucro blindado (402).
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (312, 410, 510, 910) é configurado para abrir um comutador normalmente fechado (204) conectado entre o

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3/5 neutro de transformador (10) e uma conexão de terra (14).
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (312, 410, 510, 910) é configurado para abrir o comutador normalmente fechado mediante o recebimento de um sinal a partir de qualquer um dentre uma pluralidade de detectores de limite (408a-c, 508) que indicam que um sinal de corrente harmônica ou contínua acima de um limite foi detectado no neutro de transformador (10).
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a indicação recebida de pelo menos um dentre uma pluralidade de detectores de limite (408a-c, 508) representa um sinal de corrente contínua ou harmônica detectado ou um pulso eletromagnético acima de um limite associado àquele detector de limite.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que cada detector de limite tem um limite associado diferente.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada limite associado diferente é ajustável.
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma entrada que compreende uma entrada de controle conectado eletricamente ao controlador (312, 410, 510, 910), sendo que a entrada de controle é recebida de um operador de sistema posicionado remotamente do invólucro blindado.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (312, 410, 510, 910) é configurado para executar um ou mais procedimentos de autoteste, sendo que os procedimentos de autoteste são configurados para confirmar que o sistema opera conforme o esperado no caso de danos de eventos degradantes.

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15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que os um ou mais procedimentos de autoteste são selecionados de um grupo de procedimentos que consiste em:

aplicar um sinal de corrente alternada no transformador, sendo que o sinal de corrente alternada tem uma frequência diferente daquela da frequência do sistema de potência;

aplicar um sinal de harmônica em um analisador de harmônica (406, 506, 600, 700, 800), sendo que o sinal de harmônica tem uma amplitude acima do limite predeterminado definido por um detector de limite associado ao analisador de harmônica (406, 506, 600, 700, 800), sendo que o limite define uma faixa de amplitudes;

aplicar um sinal de tensão de corrente contínua (CC) no neutro de transformador (10) para simular a corrente contínua recebida no neutro de transformador (10) e aplicar um sinal de detector eletromagnético (EM), sendo que o sinal EM tem uma amplitude acima do limite pré-configurado definido por um detector de limite, sendo que o limite define uma faixa de amplitudes.
16. Método de autoteste operável em um sistema para detectar eventos danificadores ou degradantes em um neutro de transformador (10), caracterizado pelo fato de que compreende:

aplicar um sinal de corrente alternada em um transformador, sendo que o sinal de corrente alternada tem uma frequência diferente daquela da frequência do sistema de potência;

medir uma funcionalidade e a magnitude de uma característica de bloqueio de um componente de bloqueio de corrente contínua (CC) com base em uma amplitude conhecida do sinal de corrente alternada e uma medição de corrente através do componente de bloqueio de corrente contínua;

comparar a magnitude das características de bloqueio do

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5/5 componente de bloqueio da corrente contínua (CC) a um valor esperado para determinar a operação precisa do componente de bloqueio de corrente contínua (DC);

aplicar um sinal harmônico a um sinal da linha de potência, sendo que o sinal harmônico tem uma amplitude acima do limite préconfigurado definido por um detector de limite associado a um analisador de harmônica (406, 506, 600, 700, 800), sendo que o limite define uma faixa de amplitudes;

analisar o sinal harmônico no analisador de harmônica (406, 506, 600, 700, 800) para determinar se o analisador de harmônica (406, 506, 600, 700, 800) detecta a presença do sinal harmônico;

aplicar um sinal de tensão de corrente contínua (CC) no neutro de transformador (10) para simular a corrente contínua que flui entre o neutro de transformador (10) e um terra; e aplicar um sinal de detector eletromagnético (EM), sendo que o sinal EM tem uma amplitude acima do limite pré-configurado definido por um detector de limite, sendo que o limite define uma faixa de amplitudes.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, gerar em um controlador (312, 410, 510, 910) um sinal de controle em reação à detecção de um ou mais dentre o sinal de corrente alternada, o sinal de harmônica, o sinal de corrente contínua e o sinal de detector eletromagnético.