BR112013008760A2 - dispositivo indicador de parâmetros de direção de falha apenas com o uso de corrente e métodos relacionados - Google Patents

Abstract

  MÉTODO PARA DETERMINAR UM PARÂMETRO DE DIREÇÃO DE FALHA EM UMA LINHA DE TRANSMISSÃO CA, DISPOSITIVO INDICADOR DE PARÂMETRO DE DIREÇÃO DE FALHA, RELÉ DE SOBRECORRENTE DIRECIONAL E USO DO DISPOSITIVO. A presente invenção refere-se a um método para determinar um parâmetro de direção de falha de uma falha em uma linha de transmis Dispositivo indicador de parâmetro de direção de falha são CA (10) de um sistema de distribuição de potência (1) em relação a um local de medição (12) da linha de transmissão (10). O método compreende: medir, por meio de uma unidade de medição (20), uma corrente CA dependente de tempo da linha de transmissão (10) no local de medição (12), obtendo assim dados de corrente no domínio do tempo (80) indicativos da corrente medida; sendo que a unidade de medição (20) compreende um sensor de corrente para medir a corrente no local de medição (12) da linha de transmissão (10), mas sem sensor de tensão; transmitir os dados de corrente para uma seção de lógica de decisão 36; obter um tempo de falha (81) da falha na linha de transmissão CA (10); identificar um primeiro tempo (t1) e um segundo tempo (t2) por meio da identificação de uma característica periodicamente recorren- te dos dados de corrente (80), de modo que o tempo de falha (81) está entre o primeiro tempo (t1) e o segundo tempo (t2), em que a característica periodicamente recorrente é selecionada a partir do grupo que consiste em um cruzamento de zero, um máximo, um mínimo e um maior gradiente dos dados de corrente; extrair dos dados de corrente (80) um parâmetro indicativo de desvio (82; 86; 87) que indica um desvio de tempo (81?) da corrente no tempo de falha (81), em que o parâmetro indicativo de desvio (82) é um intervalo de tempo entre o primeiro tempo (t1) e o segundo tempo (t2); calcular um parâmetro de direção de desvio por meio da comparação do parâmetro indicativo de desvio (82; 86, 87) a um parâmetro não indicativo de desvio (84); e estabelecer o parâmetro de direção de falha com base no parâmetro de direção de desvio calculado.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO

PARA DETERMINAR UM PARÂMETRO DE DIREÇÃO DE FALHA EM UMA LINHA DE TRANSMISSÃO CA, DISPOSITIVO INDICADOR DE PARÂME- TRO DE DIREÇÃO DE FALHA, RELÉ DE SOBRECORRENTE DIRECIO- 5 NAL E USO DO DISPOSITIVO". Os aspectos da invenção referem-se a um dispositivo de indicador de parâmetro de direção de falha para um sistema de distribuição de potência, em particular para um dispositivo de indicador de parâmetro de direção de falha para indicar um parâmetro de direção de uma falha em uma linha de transmis- são. Aspectos adicionais referem-se a um relé de sobrecorrente direcional que incluem tal dispositivo de indicador de parâmetro de direção de falha e que in- cluem adicionalmente um disjuntor. Aspectos adicionais referem-se a métodos para determinar um parâmetro de direção de falha de uma falha em uma linha de transmissão de um sistema de distribuição de potência. Antecedentes da Técnica: Relés de sobrecorrente direcional são amplamente usados para a proteção de sistemas de distribuição de potência tais como subsistemas de transmissão radial e em anel e outros sistemas de distribuição. Esses relés tem uma funcionalidade que os habilita a determinar uma direção de falha. Aqui, uma falha geralmente significa uma sobrecorrente, normalmente de um curto-circuito. Adicionalmente, a direção de falha é, na maior parte dos casos, informações binárias que indicam se a falha é uma falha direta ou uma falha inversa. Aqui, em uma linha de potência que conecta uma fonte de alimentação de fluxo ascendente para uma porção de sistema de distribui- ção de potência de fluxo descendente (com a direção de potência normal do fluxo ascendente ao fluxo descendente), uma direção direta é o fluxo des- cendente do relé e a direção inversa ou reversa é o fluxo ascendente do relé. Em redes elétricas inteligentes, unidades decentralizadas ou dis- tribuídas podem alimentar potência na rede ou consumir potência da rede. Portanto, em redes elétricas inteligentes a direção de fluxo de potência pode mudar com o tempo. Nesta situação, "direto" e "reverso" ainda podem ser definidos conforme o acima com relação ao fluxo de potência de corrente de forma que, por exemplo, a direção direta irá mudar se o fluxo de potência é

.&

2/35 â revertido.

De forma mais geral, a direção de falha é um indicador no qual uma falha ocorreu em um lado de um local de medição.

No exemplo acima, existem duas direções, direta e inversa.

Se o Iocal de medição é em um nó 5 da rede de potência que tem mais de dois lados, pode haver mais que uma direção direta e inversa.

Por exemplo, para um nó para o qual uma porção de linha inversa e duas porções de linha direta são conectadas, a direção de falha pode incluir "direto-l", "direto-2" e "inversa". As informações direcionais fornecem informações mais detalha- lO das sobre a Iocalização na qual uma falha ocorreu.

Estas informações po- - y dem ser usadas para desativar uma porção menor do sistema de distribuição -- de potência no caso de uma falha.

Por exemplo, um alimentador principal de .>

" anel convencional, para suprimento doméstico tem disjuntores em suas jun- ções T Se há uma falha em qualquer uma das linhas deste alimentador prin- 15 cipal de anel convencional, normalmente toda a seção da linha é interrompi- da.

Esta situação pode ser melhorada quando informações de direção de falha mais detalhadas são obtidas.

Para este propósito, relés de sobrecor- rente direcional podem ser instalados na Iinha ao longo de interruptores.

Com tal sistema de interruptor-relé, uma medição da tensão de referência 20 permite a computação da corrente falha e sua direção.

As informações dire- cionais podem, então, ser usadas para desconectar apenas a seção apropri- ada, ao invés da linha inteira.

Relés de sobrecorrente direcional conhecidos dependem de um fasor de tensão de referência, também conhecido como "polarização de ten- 25 são" para estimar a direção da falha.

Quando uma falha ocorre, a corrente de falha tem um ângulo de fase característico em relação ao fasor de tensão, o ângulo de fase depende da direção de falha.

A direção de falha é determi- nada pela comparação do fasor de corrente (valor de corrente complexado cuja parte real é a corrente CA atual) a um fasor de tensão de referência 30 (conhecido industrialmente como 'poIarização de tensão') medido em um local de medição na linha de potência.

Isto necessita a medição tanto da cor- rente quanto da tensão.

Esta abordagem se torna falível quando a falha é

"r ='

3/35 ^- próxima ao relé porque, neste caso, o relé está quase aterrado pelo curto- circuito (conhecido industrialmente como 'falhas de proximidade'). Adicionalmente, relés de sobrecorrente que incluem uma unida- de de medição tensão são caros.

Uma vez que eles têm que ser usados em 5 maior número para o arranjo acima, isto é um grande fator de custo.

Em "Fault Direction Estimation in Radial Distribution System U- sing Phase Change in Sequence Current" fr PRADHAN A.

K.

ET AL, IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY IEEE SERVICE CENTER, NOVA YORK, NY, EUA, vo/ume 22, Número 4,1 outubro de 2007 (01/10/2007), pá-

'W lO ginas 2065 a 2071, XPO11191870, ISSN:0885-8977, DOI:DOI1O.11 ~ e 09/TPWRD.2007.905340, a estimação de direção de falha é proposta com - base em uma estimação de fasor.

Dados de corrente no domínio do tempo " que indicam a corrente medida não são obtidos.

O documento DE 19835731A1 propõe uma configuração inicial 15 de experimentação para estimação de direção de falha para análise do ân- gulo de fase entre corrente e tensão em uma rede elétrica- Em "Evaluation of a New Current Directional Protection Techni- que Using Field Data" de EISSA M.

M., IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY IEEE SERVICE CENTER, NOVA YORK, NY, EUA, vo/ume 20, 20 Número 2,1 Abril, 2005 (01/04/2005), páginas 566 a 572, XPO11129251, ISSN: 0885-8977,DOl: DOI:10.1109NVRD.2005.844356 a diferença na rela- ção de fase criada por uma falha é explorada ao se fazer relés que respon- dem a um ângulo de fase diferença entre duas quantidades, tal como a cor- rente de falha e a corrente pré-falha. 25 Sumário da invenção Tendo em vista o acima, um método para determinar um parâ- metro de direção de falha de acordo com a reivindicação 1, um dispositivo de indicador de parâmetro de direção de falha de acordo com a reivindica- ção 12, um relé de sobrecorrente direcional de acordo com a reivindicação 30 14 e um uso de acordo com a reivindicação 15 são fornecidos.

Vantagens, características, aspectos e detalhes adicionais que podem ser combinados com modalidades descritas no presente documento são evidentes a partir m

4/35 das reivindicações dependentes, da descrição e dos desenhos.

De acordo com um primeiro aspecto, é fornecido um método pa- ra determinar um parâmetro de direção de falha de uma falha em uma linha de transmissão CA de um sistema de distribuição de potência em relação a 5 um local de medição da linha de transmissão, por exemplo, para aplicações em ambiente externo.

O método compreende: medir por uma unidade de medição uma corrente CA dependente do tempo da linha de transmissão no Iocal de medição, obter dessa forma dados de corrente no domínio do tempo que indicam a corrente medida, sendo que a unidade de medição compre- lO ende um sensor de corrente para medir a corrente no local de medição da - \

, Iinha de transmissão, mas nenhum sensor de tensão; transmitir os dados de - corrente da unidade de medição para uma seção de lógica de decisão; obter " um tempo de falha da falha na linha de transmissão CA; identificar um pri- meiro tempo e um segundo tempo pela identificação de uma característica 15 periodicamente recorrente dos dados de corrente de tal forma que o tempo de falha está entre o primeiro tempo e o segundo tempo, em que a caracte- rística periodicamente recorrente é selecionada a partir do grupo que consis- te de um cruzamento de zero, um máximo, um minimo e um maior gradiente dos dados de corrente; extrair, a partir dos dados de corrente, um parâmetro 20 que indica desvio que indica um desvio de tempo da corrente no tempo de falha em que o parâmetro que indica desvio é um inteNa|o de tempo entre o primeiro tempo e o segundo tempo; calcular um parâmetro de direção de desvio pela comparação do parâmetro que indica desvio ao parâmetro não que indica desvio e estabelecer o parâmetro de direção de falha com base 25 em um sinal do parâmetro de direção de desvio calculado.

O parâmetro não que indica desvio indica a ausência de um desvio de tempo da corrente en- tre o primeiro tempo e o segundo tempo.

De acordo com outra modalidade, o método que compreende a etapa de extrair o parâmetro que indica desvio inclui escolher limites de inte- 30 grai de um intervalo de tempo de integração de corrente de tal forma que o intervalo de tempo de integração de corrente é um comprimento normal de período da corrente CA ou um múltiplo de integral de mesmo; e calcular uma integral numérica dos dados de corrente sobre o intervalo de tempo de inte- gração de corrente.

De acordo com uma modalidade adicional, o método compreen- de determinar um segundo parâmetro de direção de falha a partir do sinal de 5 corrente por um segundo programa de determinação de direção de falha, em que o segundo programa de determinação de direção de falha inclui receber um sinal de corrente que compreende valores de corrente pré-falha e pós- falha de número complexo de uma seção de entrada, determinar um ângulo de fase dos valores de corrente respectivos, determinar uma pluralidade de valores de diferença de fase entre selecionados dentre os ângulos de fase,

& somar pelo menos alguns dos valores de diferença de fase para obter um parâmetro de diferença de fase acumulada e determinar o segundo parâme- % " tro de direção de falha pela comparação do parâmetro de diferença de fase acumulada com um valor limite e estabelecer um parâmetro de direção de falha mestre a partir do primeiro parâmetro de direção de falha e do segundo parâmetro de direção de falha e emitir o parâmetro de direção de falha mes- tre.

De acordo com um segundo aspecto, é fornecido um dispositivo de indicador de parâmetro de direção de falha para indicar um parâmetro de direção de falha de uma falha em uma linha de transmissão CA de um sis- tema de distribuição de potência em relação a um Iocal de medição da linha de transmissão.

O dispositivo de indicador de parâmetro de direção de falha compreende uma unidade de medição, a unidade de medição que compre- ende um sensor de corrente para medir uma corrente CA no Iocal de medi- ção da linha de transmissão, mas nenhum sensor de tensão, em que a uni- dade de medição é operacionalmente acoplada a uma seção de entrada pa- ra transmitir os dados de corrente no domínio do tempo obtidos a partir da medição de corrente para a seção de entrada; uma seção de entrada confi- gurada para receber dados de corrente no domínio do tempo que indicam uma corrente dependente no tempo medida por uma unidade de medição no local de medição; uma seção de lógica de decisão configurada para deter- minar o parâmetro de direção de faiha com base nos dados de corrente no domínio do tempo.

A seção de lógica de decisão compreende uma subseção de cálculo de desvio de falha configurada para extrair, a partir dos dados de corrente, um parâmetro que indica desvio que indica um desvio de tempo da corrente em um tempo de falha, em que a extração do parâmetro que indica 5 desvio inclui identificar um primeiro tempo e um segundo tempo pela identifi- cação de uma característica periodicamente recorrente dos dados de corren- te, de tal forma que o tempo de falha está entre o primeiro tempo e o segun- do tempo e em que o parâmetro que indica desvio é um intervalo de tempo entre o primeiro tempo e o segundo tempo, em que a característica periodi- IO camente recorrente é selecionada a partir do grupo que consiste de um cru-

, zamento de zero, um máximo, um mínimo e um maior gradiente dos dados de corrente; uma subseção de cálculo de direção de desvio configurada para ' calcular um parâmetro de direção de desvio pela comparação do parâmetro que indica desvio a um parâmetro não que indica desvio que indica uma au- sência de um desvio de tempo da corrente; e uma subseção de estabeleci- mento de parâmetro de direção de falha configurada para estabelecer o pa- râmetro de direção de falha a partir do parâmetro de direção de desvio cal- culado.

De acordo com um aspecto, a seção de lógica de decisão é configu- rada para executar quaisquer etapas de método descritas no presente do- cumento.

Os aspectos acima permitem a determinação de um parâmetro de falha tal como uma direção de falha confiavelmente e eficientemente a um custo reduzido.

A redução de custo, dentre outros fatores, é possÍvel de- vido a nenhuma medição de tensão ser necessária devido aos cálculos se- rem simples e poderem ser realizados a uma velocidade suficiente com hardware limitado.

Ou seja, os cálculos simples são possÍveis devido ao parâmetro de direção de desvio poder ser calculado, de acordo com aspectos da inven- ção, com base em dados de corrente no domínio do tempo.

No presente do- cumento, dados no domínio do tempo são dados que representam uma quantidade, por exemplo, corrente, como uma função do tempo.

Em outras palavras, um tempo pode ser atribuído aos pontos de dados.

Os dados po-

dem ter sido sujeitos a operações que são levemente não locais no tempo, de forma que os dados são, de certa forma, obscurecidos no tempo ou pode incluir informações obtidas em outros tempos, desde que um tempo especí- fico ainda possa ser racionalmente atribuído à medição (por exemplo, um 5 tempo mediano). Por exemplo, os dados podem ser sujeitos a uma operação de média de ponto flutuante ou um filtro passa-baixa para eliminar ruído de alta frequência.

Entretanto, este processamento não local deve ser em uma escala de tempo que é menor que um período da corrente CA, por exemplo, menos que 0,2 vezes o Período de CA. lsto garante disponibilidade de da-

á lO dos rápida e requisitos de hardware limitados, uma vez que cada um dos -

: dados no domínio do tempo pode ser obtido a partir de um número Iimitado q de medições de corrente rapidamente após a medição de corrente.

Em con- " traste com os cálculos no domínio da frequência, nenhuma Transformada de Fourier ou semelhante é necessária, mas apenas operações relativamente 15 Iocais no domínio do tempo.

Assim, requisitos de hardware podem ser redu- zidos.

Adicionalmente, este método permite estimação, por exemplo, da direção de uma falha mesmo se a falha está localizada próxima ao relé ou a subestação, conhecida como uma 'falha em proximidade'. A direção de 20 tais falhas é difícil de estimar pelo uso de um método com base em tensão convencional devido às tensões de entrada no local de medição tenderem a zero.

Uma vez que os aspectos acima dependem de uma medição de cor- rente, não há tal problema neste caso.

Adicionalmente, o acima permite a seleção de uma sensibilidade 25 de ângulo de fase independente de uma taxa de amostragem da medição de corrente.

Em particular, uma sensibilidade de ângulo de fase pode ser obtida que é menor que a mudança de fase normal entre duas medições de corren- te (ângulo de amostragem). Breve descrição das FiÁuras: 30 Os detalhes serão descritos a seguir com referência às figuras, em que: A Figura 1 mostra um sistema de distribuição de potência que

/

m +

8/35 inclui uma unidade de medição e um dispositivo de indicador de direção de falha de acordo com uma modalidade; A Figura 2 mostra um diagrama de fasor de corrente útil para en- tender aspectos da invenção; 5 A Figura 3 mostra um diagrama de tempo por corrente útil para entender aspectos da invenção; A Figura 4 mostra a unidade de medição e o dispositivo de indi- cador de direção de falha da Figura 1 em maiores detalhes; A Figura 5 mostra uma seção de lógica de decisão de um dispo- lO sitivo de indicador de direção de falha de acordo com uma modalidade em ^~ f maiores detalhes; ^ 4

As Figuras 6a a 6d mostram diagramas de tempo por corrente " que ilustram um método para determinar a direção de falha de acordo com uma modalidade da invenção; 15 As Figuras 7, 8 e 9 mostram diagramas de tempo por corrente adicionais que ilustram respectivos métodos para determinar a direção de falha de acordo com modaiidades da invenção; A Figura 10 mostra um sistema de distribuição de potência que inclui um disjuntor de acordo com uma modalidade; 20 A Figura 11 mostra uma seção de lógica de decisão adicional de um dispositivo de indicador de direção de falha de acordo com uma modali- dade da invenção; e A Figura 12 mostra uma unidade de medição e um dispositivo de indicador de direção de falha de acordo com uma modalidade adicional da 25 invenção.

Descrição Detalhada: Será feita referência agora em detalhes a várias modalidades, um ou mais exemplos das quais são ilustrados em cada figura.

Cada exem- plo é fornecido como explicação e não deve ser considerado como limitação. 30 Por exemplo, as características ilustradas ou descritas como parte de uma modalidade podem ser usadas ou em conjunto com qualquer outra modali- dade para se obter ainda outra modalidade adicional.

É intencionado que a presente revelação incluía tais modificações e variações.

Especialmente, os exemplos abaixo se referem a um dispositivo de indicador de direção de fa- lha.

Entretanto, os métodos descritos no presente documento também po- dem ser usados em outras funções de proteção (diferentes de estimação de 5 direção). Dentro da seguinte descrição dos desenhos, os mesmos núme- ros de referência se referem ao mesmo ou a componentes similares.

Geral- mente, apenas as diferenças com relação às modalidades individuais são descritas.

A menos que especificado o contrário, a descrição de uma parte

"? 10 ou aspecto em uma modalidade também se aplica a uma parte ou aspecto

* br correspondente em outra modalidade. . j

No presente documento, quando é feita referência a um valor de " corrente medido em um tempo específico ou a uma medição de valor de cor- rente no domínio de tempo, tal terminologia implica que um tempo pode ser 15 atribuído a tal medição, mas não necessariamente que a medição é comple- tamente local no tempo.

Por exemplo, a medição pode ser obscurecida ou tempo ou pode incluir informações obtidas em outros tempos, desde que um tempo específico ainda possa ser racionalmente atribuído à medição (por exemplo, um tempo mediano). Por exemplo, dados de medição no domínio 20 do tempo podem ser obtidos pelo processamento de uma medição depen- dente do tempo através de um filtro passa-baixa para eliminar ruído de alta frequência.

Além disso, se for declarado que sinais pré-falha e pós-falha são transmitidos, isso não necessariamente implica que uma distinção entre os 25 sinais pré-falha e pós-falha seria conhecida no momento da transmissão.

Tal distinção também pode ser estabelecida em um tempo após transmissão, por exemplo, após o processamento dos sinais ou após obter informações adicionais de outras fontes.

Dispositivo: Descrição Geral 30 A Figura 1 mostra um sistema de distribuição de potência 1. No presente documento, a linha de transmissão 10 conecta uma fonte de ali- mentação 2 (por exemplo, um barramento de fonte de geração distribuída)

para uma rede elétrica 4, tal como para alimentar a rede elétrica 4 a partir da fonte de alimentação 2. Adicionalmente, uma unidade de medição 20 é co- nectada à linha de transmissão 10 em um local de medição 12. Em relação ao local de medição 12, a linha de transmissão é dividida em um fluxo as- 5 cendente ou reverso, porção (lado da fonte 2 entre a fonte e relé) e um fluxo descendente ou direto, porção (Iado da rede elétrica 4 entre o relé e linha ou rede elétrica). Conforme descrito acima, em redes elétricas inteligentes, a direção de fluxo de potência pode mudar com o tempo, mas "direto" e "re- verso" ainda podem ser definidos em relação ao fluxo de potência de corren- te.

É A unidade de medição 20 é adaptada para medir uma corrente que flui na linha de transmissão 10 no local de medição 12. Um dispositivo de indicador de direção de falha 30 recebe um sinal de corrente que indica a corrente medida a partir da unidade de medição 20 e tem a funcionalidade de indicar uma direção de uma falha em uma linha de transmissão 10 a par- tir dos dados de corrente, isto é, de indicar se a falha ocorreu na direção in- versa ou na direção direta em relação ao local de medição 12. A unidade de medição 20 compreende um sensor de corrente para medir a corrente no local de medição 12 da linha de transmissão 10. Ele não compreende qualquer sensor de tensão.

A unidade de medição 20 é operacionalmente acoplada ao dispositivo de indicador de direção de falha 30 (mais precisamente, à seção de entrada 32 da mesma mostrada na Figu- ra 4 abaixo) para transmitir um sinal de corrente obtido a partir da medição de corrente para o dispositivo de indicador de direção de faíha 30 (para a seção de entrada 32). Conforme será descrito em maiores detalhes abaixo, o dispositi- vo de indicador de direção de falha 30 tem a funcionalidade para indicar as informações direcionais pelo uso somente dos dados de corrente fornecidos a partir da unidade de medição 20 sem qualquer tensão de referência. lsto resulta em uma grande vantagem de custo devido a não haver necessidade de um sensor de tensão na unidade de medição 20. Uma vez que um siste- ma de distribuição de potência comum necessita de muitos relés como o revelado na Figura 1, a vantagem de custo geral pode ser significativa.

Geralmente, a configuração será mais complexa, por exemplo, quando a Iinha de transmissão 12 não está diretamente conectada à fonte de alimentação 2 de fluxo ascendente, mas está conectada através de um 5 barramento de uma rede mais complexa.

De forma similar, a configuração de fluxo descendente pode ser mais complexa.

Além disso, para simplicidade, apenas uma única linha de fase é mostrada.

Geralmente, a network irá ter mais fases (normalmente, três fases). O caso de mais de uma única linha de fase será descrito adicionalmente abaixo. 10 Agora, com referência à Figura 4, o dispositivo de indicador de

.w direção de falha 30 da Figura 1 é descrito em maiores detalhes.

O dispositi- vo de indicador de direção de falha 30 tem uma seção de entrada 32 e uma ' seção de lógica de decisão 36. A seção de entrada 32 é adaptada para re- ceber dados de linha de transmissão, isto é, dados relacionados à linha de 15 transmissão e, mais particularmente, ao sinal de corrente da unidade de me- dição 20 sem receber qualquer sinal de tensão.

Portanto, os dados de linha de transmissão recebidos pela se- ção de entrada 32 consistem do sinal de corrente e possivelmente outros dados diferentes de tensão, mas não incluem quaisquer dados de tensão ou, por exemplo, dados de tensão-corrente misturados.

Em outras palavras, os dados da linha de transmissão são livres de dados que resultam de uma medição de tensão.

A seção de lógica de decisão 36 é operacionalmente conectada à seção de entrada 32 para receber os dados de Iinha de transmissão (que também inclui o caso de dados processados a partir dos dados da Iinha de transmissão). A seção de lógica de decisão 36 compreende um primeiro pro- grama de determinação de direção de falha para determinar a direção de falha a partir dos dados de linha de transmissão e para emitir a direção de falha determinada como um primeiro indicador de direção de falha.

Proçjrama de determinação de direção de falha: lntrodução Geral A seguir, a seção de lógica de decisão 36 e, mais particularmen- te, o primeiro programa de determinação de direção de falha será descrito em maiores detalhes. A tarefa do programa é extrair as informações de dire- ção a partir dos dados de linha de transmissão, isto é, especialmente dos sinais de corrente no caso de uma falha. Com os algoritmos descritos abaixo, a direção da falha é detectada a partir de medições de corrente sem o uso 5 de sinais de tensão. Modelo Subjacente: Agora, antes da lógica de decisão ser descrita em detalhes, o modelo de acordo com o qual a direção de falha pode ser derivada a partir da corrente será descrito somente com referência às Figuras 1 a 3. A Figura 10 1 mostra duas falhas possÍveis da linha de transmissão de potência 10, uma ¥ + falha de fluxo descendente F2 e uma falha de fluxo ascendente F1. -b

W No caso da falha de fluxo ascendente Fl, a corrente de falha /f1 " que flui a partir da rede elétrica 4 para a falha Fl é: /f1 = V4 /Z4-f1 (1), 15 em que V4 é a tensão na rede elétrica 4 e em que Z4-f1 é a im- pedância entre a rede elétrica 4 e o local de falha da falha Fl. (Aqui, todas as quantidades são quantidades CA dadas como fasores, isto é, números complexos). De forma semelhante, no caso de uma falha de fluxo descen- dente F2, a corrente de falha /f2 que flui a partir da fonte 2 para a falha F2 é: 20 /f2 = V2/Z2-f2 (2), em que vb é a tensão na fonte 2 e em que Z2-f2 é a impedância entre a fonte 2 e o local de falha da falha F2. As impedâncias Z4-f1 e Z2-f2 não são exatamente conhecidas e podem ser diferentes entre si. Entretanto, devido à linha 10 ser geralmente 25 quase puramente indutiva com resistência e capacitância desprezíveis, as impedâncias Z4-f1 e Z2-f2 são quase puramente imaginárias com um compo- nente imaginário negativo. Agora, se /p,e é a corrente pré-falha a partir da fonte 2 para a re- de eiétrica 4, então, a corrente pós-falha total /1 no caso de falha de fluxo 30 ascendente Fl é /1 = /pre — /F1 = /píe - Y'4 /3 Fl (3) De forma semelhante, a corrente pós-falha total /2 no caso de fa- ——— .

Iha de fluxo descendente F2 é /2 = /pre + /F2 = /pre + V2 /Z2-f2 (4).

Por favor, nota-se a diferença no sinal que é devido à corrente de falha /f1 ser direcionada na direção oposta à corrente pré-falha (da rede 5 elétrica 4 para falha Fl), onde a corrente de falha /f2 é direcionada na mes- ma direção que a corrente pré-falha (da fonte 2 para falha F2).

Esta diferença de sinal é visível no diagrama de fasor de corren- te da Figura 2. Aqui, a corrente representada como um número complexo no plano complexo, pula de /p,e para /1 ou /2 conforme dado nas Equações (3) e 10 (4), no caso de uma falha no fluxo ascendente ou falha no fluxo descendente, ^

W . + respectivamente. Aqui, os fasores de corrente de curto-circuito -/f1 e /f2 pelos , quais o fasor de corrente pode pular podem ter sinais mutuamente opostos ' devido à diferença de sinal nas Equações (3) e (4) e devido a Z4-f1 e Z2-f2 serem ambos imaginários com uma componente imaginária negativa. Assim, 15 o ângulo de fase da corrente pós-falha (/1 ou /2) em relação à corrente pré- falha /p,e tem uma mudança de fase dependendo da e indicando a direção de falha: Por exemplo, uma mudança de ângulo de fase positiva pode indicar falha na direção do fluxo ascendente, enquanto uma mudança de ângulo de fase negativa pode indicar falha na direção do fluxo descendente. Assim, é 20 possÍvel determinar a direção da corrente pós-falha (direta e inversa/reversa) com relação à somente /p,e, sem necessitar de qualquer tensão de barra- mento. Portanto, a corrente sozinha contém informações suficientes para determinar a direção de falha, ou seja, as informações contidas na mudança de fase da corrente durante a falha.

25 A Figura 3 é um diagrama que mostra uma corrente idealizada como uma função do tempo no caso de uma falha em um tempo de falha 81.

A corrente pré-falha antes do tempo de falha 81 é uma corrente CA de for- mato senoidal com ciclo CA ou período de CA T. Após a falha, a corrente pós-falha é novamente uma corrente CA de formato senoidal, mas com uma 30 maior magnitude e, mais importante aqui, com um deslocamento de fase Lkp em relação à corrente pré-falha. Em outras palavras, se a corrente pré-falha pode ser descrita pela dependência no tempo i,, · e'"', então a corrente pós-

falha pode ser descrita por uma dependência no tempo c -/ú · e'c"'" ""Z em que c é um número real e Gl) = 2íT/T é a frequência, T sendo o período de

CA.

Este deslocamento de fase Lkp leva a um desvio no domínio do tempo 81' da corrente.

Este desvio de tempo 81' tem a magnitude L\t = Np/óü = 5 (L\(p/2tt)"T.

Conforme mostrado na Figura 3, devido ao deslocamento de fase Np, a curva de corrente periódica após a falha 81 é deslocada pelo desvio de tempo At (sinal de referência 81') em relação à corrente antes da falha 81. Algoritmo Básico da seção de lóçjica de decisão: Para determinar a direção de falha, o problema inverso do mo- lO delo discutido acima deve ser solucionado: O problema é extrair o desloca- + mento de fase a partir de alguns, possivelmente com ruído, dados de corren-

.- te, de forma que a direção de falha possa ser determinada com base no des- locamento de fase.

Um algoritmo possÍvel é descrito a seguir com referência às Figuras 6a a 6d.

Nas Figuras 6a e 6c um deslocamento de fase negativo que indica uma falha direta é mostrado, onde nas Figuras 6b e 6d um deslo- camento de fase positivo que indica uma falha reversa é mostrado.

De acordo com o algoritmo, as correntes são continuamente medidas por uma unidade de medição 10 no local de medição 12 (ver Figura 1) também durante operação normal.

Se um sistema de proteção de alimen- tador tal como um dispositivo de proteção somente de corrente, por exemplo, do ABB é usado como a unidade de medição, tal sistema monitora continu- amente as propriedades CA da corrente e adapta a frequência de amostra- gem tal que o número de amostras por ciclo CA corresponde à taxa de a- mostragem.

Alternativamente, uma frequência de amostragem fixa também pode ser usada para a amostragem, à frequência sendo com base em, por exemplo, um sinal de relógio.

Nas Figuras 6a a 6d, o diagrama de corrente 80 é mostrado como uma função do tempo suave, que corresponde a uma taxa de amostragem muito alta.

No caso de uma taxa de amostragem mais baixa, esta função de corrente suave seria substituída por um conjunto de pontos de dados discretos similares aos pontos de dados da Figura 7. Durante a operação, tempos de cruzamento em zero são deter- minados, isto é, tempos nos quais a corrente muda de sinal.

Nas Figuras 6a a 6d, esses tempos de cruzamento em zero são denotados como tO, tl e t2. Aqui, tO e tl são obtidos durante operação norma!, isto é, antes de uma faíha 81; e t2 é obtido após a falha 81. Os tempos de cruzamento em zero tO, tl, t2 são obtidos como tempos entre duas medições de corrente subsequentes 5 I,, e 1,,+1 (medidas nos tempos t, e tm) que tem sinal oposto.

O tempo de cru- zamento em zero pode, então, ser obtido, por exemplo, como (tn + tm)/2 ou, mais precisamente, pela triangulação como tn - (tn+1 - tn) " Li / Qn+i - In). No caso de uma falha, indicada pelo sinal de referência 81, um sinal de falha é emitido pelo sistema de proteção de alimentador e recebido pelo dispositivo de indicador de direção de falha.

A falha pode ser detectada, por exemplo, pela corrente (em qualquer fase) exceder um valor limite.

De acordo com uma modalidade possÍvel, no momento da falha ou em um curto período após a mesma, um comando de início é emitido.

Se a falha persiste por algum tempo, isto é, se a corrente ainda excede o limite após alguns ci- clos CA (digamos, dois ciclos CA), um comando de excursão é emitido que faz uma parte do sistema de distribuição de potência ser desconectada.

Al- ternativamente, o comando de excursão também pode ser emitido antes se a corrente exceder um limite adicional maior.

Os sinais de início e excursão são geralmente emitidos a partir de, por exemplo, um sistema de proteção de alimentador em resposta à corrente exceder um valor limite ou a algum outro evento que indica falha.

O dispositivo de indicador de direção de falha deve emitir as in- formações direcionais no tempo do comando de excursão que é normalmen- te emitido após o intervalo de excursão.

Quer dizer, um comando de "excur- são" é emitido em alguns ciclos (digamos, em n ciclos com n z 1 ou mesmo n z 2) após o comendo "inicio" ou o evento de falha.

Em particular, o coman- do de "excursão" deve ser emitido após n=2 ciclos após o evento de falha detectado ou após o comando de "início". Portanto, quando o comando de excursão é emitido ou logo an- tes do comando de excursão ser esperado a ser emitido, o dispositivo de indicador de direção de falha tem um número de tempos de cruzamento em zero pré-falha, por exemplo, tO e tl, disponíveis e pelo menos um tempo de

~ «

16/35 % %

cruzamento em zero pós-falha t2. A partir desses tempos, a seção de lógica de decisão calcula um intervalo de tempo de cruzamento em zero sem fa- lhas 84, definido como os intervalos de tempo entre dois tempos de cruza- mento em zero vizinhos sem falhas entre os tempos tO e t1. Alternativamente, 5 o intervalo de tempo de cruzamento em zero sem falhas 84 pode ser obtido ! ao se obter a média de diversos de tais inteNalos de tempo antes de uma ) falha, por exemplo, os últimos cinco intervalos de tempo.

Alternativamente, o intervalo de tempo 84 pode ser obtido a partir de uma fonte externa, por e- xemplo, um gerador de corrente CA com metade do período de CA. 10 Adicionalmente, a seção de lógica de decisão calcula um inter- , e

+ valo de tempo de cruzamento em zero de falha 82, definido como os inteNa- l 2 los de tempo entre os dois tempos de cruzamento em zero vizinhos tl e t2 ' que têm a falha 81 entre os mesmos.

O intervalo de tempo de cruzamento em zero de falha 82 é um parâmetro que indica desvio devido a ele conter 15 informações sobre o desvio de tempo da corrente no tempo de falha 81: Se o intervalo de tempo de cruzamento em zero de falha 82 é maior que o inter- valo de tempo de cruzamento em zero sem falhas 84, conforme nas Figuras 6a e 6c, então o desvio de tempo é positivo, o que indica um deslocamento de fase negativo.

Se, por outro lado, o intervalo de tempo de cruzamento em 20 zero de falha 82 é menor que o inteNa|o de tempo de cruzamento em zero sem falhas 84, conforme nas Figuras 6b e 6d, então o desvio de tempo é negativo, o que indica um deslocamento de fase positivo.

Então a seção de lógica de decisão extrai estas informações de desvio de tempo pela comparação do intervalo de tempo de cruzamento em 25 zero de falha 82 ao intervalo de tempo de cruzamento em zero sem falha 84, isto é, o intervalo de tempo correspondente no qual um desvio de tempo está ausente.

Para este propósito, a seção de Iógica de decisão calcula um pa- râmetro de direção de desvio que indica a direção de desvio de tempo.

Por exemplo, este parâmetro de direção de desvio pode ser uma diferença entre 30 os intervalos de tempo 82 e 84, opcionalmente dividida pelo inteNa|o de tempo 84. Então, pelo sinal do parâmetro de direção de desvio, a direção de desvio é estabelecida: Por exemplo, um sinal positivo pode indicar um des-

r r

17/35 vio positivo (o intervalo de tempo de cruzamento em zero de falha 82 é maior que o intervalo de tempo de cruzamento em zero sem falha 84) e um sinal negativo pode indicar um desvio negativo (o intervalo de tempo de cruza- mento em zero de falha 82 é menor que o intervalo de tempo de cruzamento 5 em zero sem falha 84). Além disso, a magnitude do parâmetro de direção de desvio po- de indicar o quão significante é a diferença entre o intervalo de tempo de cruzamento em zero de falha 82 e o intervalo de tempo de cruzamento em zero sem falha 84 e, assim, o quão confiável as informações de desvio de 10 direção são determinadas.

Conforme discutido acima com referência às Figuras 1 a 3, a di- reção de desvio permite indicar a direção de falha.

De acordo com o acima, a seção de lógica de decisão estabelece o parâmetro de direção de falha com base no parâmetro de direção de desvio calculado.

Por exemplo, um 15 parâmetro de direção de desvio positivo que indica um deslocamento de fa- se negativo pode indicar uma falha direta e um parâmetro de direção de desvio negativo que indica um deslocamento de fase positivo pode indicar uma falha reversa.

De forma mais geral, a seção de lógica de decisão pode deter- 20 minar o parâmetro de direção de falha pela comparação do parâmetro de direção de desvio OD a um valor limite.

De acordo com o exemplo acima, uma falha direta será determinada se OD > 0 e uma falha reversa será de- terminada se OD < 0. Na prática, um número de Iimite menor e é usado co- mo um limite e uma falha direta será determinada se OD > e e uma faiha re- 25 versa será determinada se OD < -e.

Uma falha neutra (que indica direção de falha desconhecida) será emitida se joDj s e.

Dessa forma, para situações nas quais o parâmetro de direção de desvio OD está próximo à zero de for- ma que seu sinal não possa ser determinado de forma confiável, à geração de um sinal potencialmente falível será evitada.

A direção de falha determi- 30 nada (direta, inversa ou neutra) é então emitida.

Com relação ao sinal do parâmetro de direção de desvio, é no- tado que embora o sinal seja que indica a direção de falha, a atribuição de um sinal em particular (positivo ou negativo) para uma direção de falha em particular (direta ou inversa) depende de um número de parâmetros de linha, assim como de convenções de sinal, de forma que podem haver situações nas quais uma falha direta é esperada se OD < 0 e uma falha reversa é es- 5 perada se OD > 0. A Figura 7 é um diagrama de corrente por tempo similar aos dia- gramas da Figura 6c. Entretanto, na Figura 7 ao invés de uma corrente idea- lizada como na Figura 6c, dados de corrente amostrados mais realísticos com uma taxa de amostragem diferente de zero são mostrados. Como na Figura 6c, o deslocamento de fase negativo na falha 81 é claramente visível.

¥ Como na Figura 6c, este deslocamento de fase negativo Ieva a um intervalo de tempo de cruzamento em zero de falha 82 maior que o normal. Portanto, ' a direção de falha pode ser extraída conforme descrito acima. Como uma diferença adicional com relação à Figura 6c, pode ser visto que um componente de corrente CC está presente devido à falha, o que desloca a curva de corrente total em direção a valores negativos. Con- sequentemente, os meio-ciclos menores (por exemplo, meio-ciclo entre cru- zamentos em zero tl e t2) é aumentado em comprimento adicionalmente e o meio-ciclo superior (por exemplo, meio-ciclo entre cruzamentos em zero t2 e t3) é diminuído adicionalmente. Portanto, a corrente CC leva a uma mudan- ça adicional do intervalo de tempo 82 que é independente de um desvio de tempo da corrente e pode, portanto, introduzir erros. O problema associado à corrente CC pode ser reduzido pela i- dentificação, ao invés de cruzamentos em zero, de alguma outra caracterís- tica periodicamente recorrente dos dados de corrente 80. Por exemplo, um máximo, um mínimo ou um maior gradiente dos dados de corrente pode ser selecionado. Essas características periodicamente recorrentes dos dados de corrente podem ser menos dependentes da corrente CC adicional. Alternativamente, a corrente CC pode ser corrigida pelo deslo- camento da curva de corrente verticalmente de tal forma a desviar o efeito da corrente CC. Para este propósito, a seção de lógica de decisão calcula a corrente CC média durante um período (por exemplo, a partir do tempo tl ao

[

19/35 «

t3) pela soma dos valores de corrente amostrados durante este período e pela divisão da soma pelo número de correntes amostradas.

Então, a cor- rente CC média é subtraída de cada um dos valores de corrente.

A Figura 8 é um diagrama de corrente por tempo similar ao dia- 5 grama da Figura 6a que ilustra uma situação na qual o deslocamento de fa- se ocorre próximo ao cruzamento em zero de tal forma que múltiplos cruza- mentos em zero são gerados nos tempos t1, ta, tb.

De acordo com uma modalidade, o algoritmo é modificado con- forme se segue de forma a produzir resultados corretos neste tipo de situa- lO ção: A seção de lógica de decisão verificar por múltiplos (dois ou mais) cru-

, zamentos em zero de intervalo curto que ocorrem em um curto intervalo de tempo menor que um tempo de Iimite predeterminado.

O tempo de Iimite é ' meio menor que um período T, por exemplo, um período multiplicado por um fator de 0,3 ou 0,2 ou 0,1 ou ainda menos.

Se a seção de Iógica de decisão 15 encontra tais múltiplos cruzamentos em zero de intervalo curto (aqui: tl, ta, tb), então o mesmo checa se os múltiplos cruzamentos em zero são um nú- mero Ímpar.

Se não, então a seção de lógica de decisão determina o cruza- mento em zero adicional mais próximo e inclui este cruzamento em zero adi- cional aos múltiplos cruzamentos em zero de intervalo curto de forma a obter 20 um número Ímpar.

Subsequentemente, a seção de lógica de decisão verifica se uma falha é obseNada durante o curto intervalo de tempo.

Se sim, os múltiplos cruzamentos em zero de intervalo curto t1, ta, tb são substituídos por seu membro mais baixo tl e o intervalo de tempo de cruzamento em ze- ro de falha 82 é calculado como começando com tl.

Os outros cruzamentos 25 em zero de intervalo curto ta, tb são então ignorados.

Alternativamente, o último intervalo tb pode ser tomado e o intervalo de tempo de cruzamento em zero de falha que termina com tb.

No caso de nenhuma falha ser detectada próxima a tais múlti- plos cruzamentos em zero de intervalo curto, então isto pode ser devido a 30 ruído nos dados de corrente.

Neste caso ou os intervalos de tempo que ter- minam com cruzamentos em zero de intervalo curto podem ser ignorados como faiiveis ao se calcular o intervalo de tempo de cruzamento em zero

~ 6 20/35 ^

U sem falhas 84 (ver Figura 6a a 6d) ou o tempo de cruzamento em zero de meio pode ser usado e os outros tempos tl, tb podem ser ignorados. Portanto, como um aspecto geral, a seção de lógica de decisão monitora se os dados de corrente contêm pelo menos duas das característi- 5 cas periodicamente recorrentes em tempos próximos ao tempo de falha 81 que um limite predeterminado; e, neste caso, ignora pelo menos uma dentre as pelo menos duas características periodicamente recorrentes. Em particu- íar, a seção de lógica de decisão obtém um número Ímpar das característi- cas periodicamente recorrentes e seleciona apenas uma das características 10 periodicamente recorrentes e ignora as outras. — u . A Figura 9 é um diagrama de corrente por tempo no qual ainda * outra modalidade é ilustrada. De acordo com esta modalidade, a seção de " lógica de decisão determina primeiro um comprimento de período 85. Por exemplo, o comprimento de período 85 pode ser determinado como duas 15 vezes o intervalo de tempo de cruzamento em zero sem falhas 84, em que o intervalo de tempo de cruzamento em zero sem falhas 84 pode ser determi- nado conforme acima ou de acordo com um método similar (por exemplo, a duplicata pode ser determinada pelo uso dos tempos de penúltimos cruza- mentos em zero vizinhos). Alternativamente, o comprimento de período 85 20 pode ser obtido a partir de uma fonte externa, por exemplo, um gerador de corrente CA. Então, a seção de lógica de decisão calcula uma integral de tempo numérica (isto é, soma ou outra aproximação numérica de uma inte- gral de tempo de corrente) dos dados de corrente. Os iimites de integral são 25 escolhidos tal que a integral é tomada sobre o intervalo de tempo de integra- ção de corrente sendo o comprimento normal de período 85 ou um múltiplo de integral do mesmo; e que a falha 81 é incluída na integral. Na Figura 6, a integral é tomada do último cruzamento em zero antes da falha 81 para um comprimento de período. A integral pode ser representada pela área ponti- 30 lhada 86 entre o eixo do tempo e a porção positiva da curva de corrente me- nos a área pontilhada 87 entre o eixo do tempo e a porção negativa da curva de corrente.

Esta integral é um parâmetro que indica desvio que depende do desvio conforme a seguir.

Conforme visto na Figura 9, os dados de curva de corrente após a falha 81 são deslocados para direita devido ao desvio positi- vo no tempo de falha 81. O desvio, portanto, leva a um aumento da área de 5 corrente positiva 86 e a uma diminuição da área de corrente negativa 87. Portanto, um desvio positivo é indicado por uma integral positiva.

No caso da falha estar em uma região de corrente negativa ao invés da região de corrente positiva 86 mostrada na Figura 9, então um des- vio positivo seria sinalizado por uma integral negativa.

Portanto, um parâme- lO tro de direção de desvio é obtido pela multiplicação da integral descrita aci- - Mf

, ma pelo sinal da corrente durante a falha. © Uma integral que indica uma ausência de um desvio de tempo i- " ria ideaimente ser zero, uma vez que na ausência de um desvio a integral ser esperada como sendo zero ou próxima à zero, isto é, menor que um Iimi- 15 te predeterminado e.

Assim, a partir do parâmetro de direção de desvio, isto é da integral com o sinal sendo adaptado conforme descrito acima, o parâ- metro de direção de falha pode ser calculado em analogia à descrição acima com referência às 6a a 6d.

O método da Figura 9 pode, em alguns casos, ser mais robusto que o método de cruzamento em zero com relação a ruído 20 uma vez que ele depende de uma soma de muitas medições pelas quais alguns efeitos de ruído são cancelados.

Em uma variação do método, a cor- rente CC pode ser compensada da mesma maneira que a descrita em rela- ção à Figura 7. Portanto, como um aspecto geral da invenção, o parâmetro que 25 indica desvio é uma integral de tempo numérica de dados de corrente dentro de um intervalo de tempo que inclui o tempo de falha.

O intervalo de tempo pode ser um múltiplo de integral de um período de CA ou um parâmetro re- lacionado ao período de CA, por exemplo, um período de CA.

Um parâmetro não que indica desvio pode ser zero ou uma integral comparável de dados 30 de corrente dentro de um intervalo de tempo que não inclui o tempo de falha.

O parâmetro de direção de desvio pode ser com base no parâmetro que in- dica desvio multiplicado por um sinal, especialmente por um sinal que de-

> % 22/35 «~ pende dos dados de corrente no tempo de falha. Proçjrama de determinação de direção de falha: Cálculo de Três Fases Na discussão acima, apenas um sistema de linha única foi des- crito. Na realidade, a maioria dos sistemas de distribuição de potência têm 5 três fases de corrente. Para tal sistema trifásico, uma única representação para todas as correntes em todas as três fases de corrente pode ser usada. Portanto, de acordo com uma modalidade, os sinais de corrente de todas as três fases de corrente h, l2, 13 são combinadas em um sinal de corrente combinado. Conforme a única representação, o componente de sequência 10 positivo ou sinal de corrente de sequência de fase positiva (PPS) |pps = h + € , ei(ÚT/3.l2 + e2iu)T/3.l3 pode ser usado. Então, o sinal de corrente combinado po- - ~ de ser avaliado, conforme descrito acima, pelo cálculo dos cruzamentos em ' zero ou outros parâmetros que indicam desvio com base no sinal de corrente combinado. Portanto, a mesma análise conforme mencionada acima para o 15 caso de uma única Iinha pode ser realizada e o método descrito acima pode ser aplicado com o sinal de corrente sendo o componente de sequência po- sitivo ou algum outro sinal de corrente combinado. Entretanto, na prática está abordagem não é sempre estável e pode resultar em uma determinação falsa da direção de falha. Especialmen- 20 te ao usar o componente de sequência de fase positiva, o ângulo de fase é influenciado, por exemplo, pela divergência de frequência, desequilíbrios inerentes na entrada de Iinha trifásica e ruído de medição. Consequente- mente, o ângulo do sinal PPS de corrente é menos estável que o desejado.

Portanto, de acordo com uma modalidade adicional, os parâme- 25 tros que indicam desvio e, com base nesses, os parâmetros de direção de i desvio são calculados para cada fase de corrente individualmente conforme descrito acima ao invés de ser calculado para um sinal de corrente combina- do. Como resultado, os parâmetros de direção de desvio para as fases de corrente individuais são mais estáveis que o sinal de corrente combinado. 30 Então, o máximo dos três parâmetros de direção de desvio é tomado e, pelo uso do máximo, o parâmetro de direção de falha é obtido conforme descrito acima. Existem outros métodos para combinar o parâmetro que indica des-

vio, por exemplo, ao se levar em consideração a mediana dos parâmetros que indicam desvio, por exemplo, o intervalo de tempo de cruzamento em zero de falha 82, para cada fase.

De acordo com uma modalidade alternativa, três parâmetros de 5 direção de falha de corrente individuais são calculados, um para cada fase de corrente p.

Então, um algoritmo de decisão de maioridade ou voto unâni- me é usado para determinar o parâmetro de direção de falha a ser emitido.

Limite de Corrente O método acima depende da corrente pré-falha como a quanti- lO dade polarizadora, ao invés de, por exemplo, da tensão.

Portanto, para jul-

, gar a direção, as informações de linha base, o relé deve ver corrente pré- falha válida por certa duração para obter cruzamentos em zero confiáveis ou e outras características periodicamente recorrentes dos dados de corrente.

Se não houver corrente pré-falha válida de oscilações de fase suficientemente estáveis, os resultados seriam menos confiáveis.

Portanto, a magnitude do componente fundamental do sinal de entrada (corrente) é comparada a um limite de corrente.

Se a corrente não está acima do limite de corrente para os pelo menos dois ciclos, informações de direção não são emitidas.

Ao invés disso, um sinal "neutro" é emitido que indica informações direcionais incon- clusivas.

Como um limite, 1O°/o do valor nominal de corrente pode ser es- colhido- Então, a magnitude do componente fundamental da corrente deve estar acima de 1O°/o do valor nominal de corrente para pelo menos dois ci- clos, caso contrário, o sinal "neutro" é emitido.

Tais tipos de casos podem ocorrer quando, por exemplo, o dispositivo é ligado durante uma condição de faiha, isto é, em um caso de ser ligado para estado de falha.

Programa de determinação de direção de falha A Figura 5 mostra uma sequência de processamento de sinal de um programa de determinaçáo de direção de falha da seção de lógica de decisão 36 de acordo com o algoritmo acima.

Primeiro, os dados de corrente no domínio do tempo são recebidos a partir da seção de entrada para cada uma dentre as três fases de corrente (setas 33). Então, para cada fase de corrente, um módulo de cálculo de parâmetro de direção de desvio 43 calcu- la o parâmetro de direção de desvio que indica a direção de desvio de tempo para a fase de corrente.

Por exemplo, o parâmetro de direção de desvio po- de ser a diferença entre o intervalo de tempo de cruzamento em zero de fa-

5 lha 82 e o intervalo de tempo de cruzamento em zero sem falha 84 mostrado nas Figuras 6a a 6d e 7 e pode ser calculado de acordo com o método des-

crito acima.

Então, uma seção de seleção de máximo 44 seleciona o máximo dos parâmetros de direção de desvio para cada fase de corrente e o parâ-

lO metro de direção de desvio máximo é transmitido para uma lógica de direção

, 46 e opcionalmente determina, com basepara um comparador no parâmetro de limite de direção 48. A lógica de desvio de direção rrjáximo, 46 o parâme-

" tro de direção de falha (direto ou inverso ou opcionalmente neutro) conforme descrito acima.

De acordo com uma modalidade, o comparador de limite 46 re- cebe valores de corrente os compara a um ou mais limite(s) de falha.

Com base na comparação, o comparador de limite 46 determina então se um si- nal de "interrupção" deve ser enviado.

Possivelmente, se apenas um limite intermediário é alcançado, o comparador de limite 48 emite um comando de "início" que inicia um sinal de espera de um ciclo executado por um módulo de espera por um ciclo 47 e o Iimite pode ser monitorado ,novamente após a espera para decisão no comando de "interrupção". , No caso de um comando de interrupção, não àpenas o comando de interrupção é enviado, mas também o parâmetro de direção de falha de- terminado pela lógica de direção 46 é enviado por um módulo de estado de relé 49 como um sinal direcional 37. Algumas das etapas acima podem ser realizadas continuamente, mesmo na ausência de uma falha.

Além disso, uma seção de indicador de tempo de falha (não mostrada) pode ser fornecida para determinar o tempo de uma falha e transmitir o time da falha para o módulo cje cálculo de parâ- metro de direção de desvio 43. Proqrama de determinação de direção de falha: Dois proçjramas

Em uma modalidade opcional, a lógica de decisão 36 pode com- preender adicionalmente um segundo programa de determinação de direção de falha além do (primeiro) programa de determinação de direção de falha descrito acima.

O segundo programa de determinação de direção de falha 5 determina a direção de falha a partir dos dados de corrente em adição, mas de acordo com um algoritmo diferente.

Então, o segundo programa de de- terminação de direção de falha emite um segundo indicador de direção de falha.

O primeiro programa de determinação de direção de falha e o segundo programa de determinação de direção de falha podem ser executados ou no mesmo hardware (por exemplo, em paralelo) ou em peças diferentes de hardware.

Por exemplo, o segundo programa de determinação de direção de falha pode determinar a direção de falha a partir de um algoritmo adicio- nal conforme descrito no Pedido EP N° 10172782.4 que é incorporado aqui inteiramente por referência e especialmente com relação a sua descrição das Figuras 5 e 6 do mesmo.

Este algoritmo adicional é descrito a seguir: De acordo com o algoritmo adicional, as correntes são continu- amente medidas por uma unidade de medição 10 no Iocal de medição 12 (ver Figura 1) também durante operação normal.

Se um sistema de proteção de alimentador tal como um dispositivo de proteção somente de corrente, por exemplo, do ABB é usado como a unidade de medição, tal sistema moni- tora continuamente as propriedades CA da corrente.

Além disso, um disposi- tivo de proteção é geralmente capaz de representar a corrente como um número complexo com uma parte real que representa a corrente medida e a parte imaginária que representa informações de fase.

Os valores de corrente de número complexado são então transmitidos, como um sinal de corrente, para o dispositivo de indicador de direção de falha.

O dispositivo de indica- dor de direção de falha armazena os valores de corrente de número comple- xo em um armazenador temporário por algum tempo.

Aqui, os valores de corrente são referidos como i,, onde j é um Índice que representa o número d da amostra, algum j menor sendo a amostra mais antiga e algum j maior sendo a amostra mais recente.

A seguir, k irá indicar o índice que corresponde a um tempo pró- ximo ao evento de falha, idealmente o Índice que corresponde ao tempo da última amostra antes do evento de faíha.

Então, as correntes Íj, j s k, repre-

sentam as correntes pré-falha antes da falha e as correntes Ij, j > k, repre-

5 sentam as correntes pós-falha.

Quando o comando de excursão é emitido ou pouco antes do comando de excursão ser esperado a ser emitido, o dispositivo de indicador de direção de falha tem uma pluralidade de valores de corrente pós-falha disponíveis, isto é, valores de número complexo das medições de corrente amostradas tomadas após a falha.

Esses valores de corrente pós-falha tam- bém são referidos como j"'S"(j) = i,,,, com 1 < i s n*/V, N sendo a taxa de amostras.

A partir dos valores de corrente pós-falha, a seção de lógica de decisão determina então uma pluralidade de valores de diferença de fase, ou seja, os valores de diferença de fase à0(i"t"(i),/"R(i)) entre os i-ésimos valores de corrente pós-falha VQ"(i) e os respectivos i-ésimos valores de corrente pré-falha 1""é(i.]- Aqui, os i-ésimos valores de corrente pré-falha

/Y"é(j) são definidos como as amostras tomadas em um número inteiro m de ciclos antes dos i-ésimos valores de corrente pós-falha I"""(i) corresponden-

tes.

Portanto, se 1?c"(i) = L,+u então, I?"é(i) = íL-+i-=E?f· Aqui, o parâmetro m indica quantos ciclos devem ficar entre as i-ésimas correntes pré-falha e pós-falha, e m pode ser, a principio, escolhido livremente com m z n.

Nor- malmente m = n é escolhido.

Em um exemplo, m=n=2, portanto, o valor de corrente pré-falha I?"é(í) é a amostra de corrente feita dois ciclos antes do valor de corrente pós-falha j"é"(j) correspondente.

A diferença de fase com-

plexa A0(QTb) entre dois números complexos a e b é calculada como àp(m b) = zT-cD=Eg^m (im(à/à) / Re(g!C):. Além disso, os valores de dife-

rença de fase A0(Tgé'(i),!µ"é(i)) podem ser calculados pelo uso, por exem-

plo, de análise de Fourier ou outros métodos.

Após ter obtido a pluralidade de valores de diferença de fase = E

Aç(/"""(i],I?""(i)), a seção de lógica de decisão os acumula em um parâ-

metro de diferença de fase acumulada âei Normalmente, isto é feito pela

5 soma dos valores de diferença de fase de acordo com a fórmula: F 7 âr = m;""jf âç(lµ="(i).I?""(i))·

Então, a seção de lógica de decisão determina um parâmetro de direção de falha pela comparação do parâmetro de diferença de fase acumu- lada a um valor limite.

Por exemplo, uma falha reversa será determinada se ACP > 0 e uma falha direta será determinada se L\¢' < 0. Na prática, um nú- . mero de limite pequeno e é usado como um limite e uma falha neutra (que indica direção de falha desconhecida) será emitida se |L\¢'| s e.

Também pode haver situações nas quais uma falha reversa é esperada se L\0 < 0, e uma falha direta é esperada se L\¢' " 0. A Figura 11 mostra uma sequência de processamento de sinal de um programa de determinação de direção de falha da seção de lógica de decisão 136 de acordo com o algoritmo adicional acima.

Primeiro, o sinal de corrente que compreende os valores de corrente pré-falha e pós-falha de número complexo é recebido a partir da seção de entrada (setas 133). En- tão, um módulo de extração de ângulo de fase 141 determina o ângulo de fase dos respectivos valores de corrente.

Os valores de fase podem ser computados, por exemplo, pela análise de Fourier ou outros métodos.

Em particular, se a função arcotangente é usada conforme descrito acima, esta função pode ser implantada por uma consulta de tabela de forma a acelerar a computação.

Os ângulos de fase são armazenados em um armazenamen- to de ângulos de fase 142. No caso de uma falha, os ângulos pré-falha N*n estão disponíveis e os ângulos pós-falha N*n estão ou logo estarão disponí- veis.

Assim, um subtrator de ângulo de fase 143 subtrai o i-ésimo ângulo pós-falha a partir do i-ésimo ângulo pré-falha e determina assim o i-ésimo valor de diferença de fase âçp(/"^"(i),Z"'"é{i)) 7 , , para i=1...n*N.

Então, uma se-

ção de seleção de máximo 144 seleciona o máximo dos valores de diferença de fase para cada fase de corrente e a diferença de ângulo de fase máxima é armazenada em uma seção de armazenamento.

As etapas acima ou algumas das etapas acima podem ser reali- zadas continuamente, mesmo na ausência de uma falha.

Além disso, uma 5 seção de indicador de tempo de falha 148 pode usar a diferença de fase máxima para determinar o tempo de uma falha no caso onde um comando de início é emitido, por exemplo, pela comparação da diferença de fase má- xima de cada amostra i a um valor Iimite ou pela obtenção da diferença de fase máxima.

Após a falha, um acumulador 147 acumuia a diferença de fase máxima por n ciclos pós-falha, por exemplo, 2 ciclos pós-falha, por exemplo, pela soma das diferenças de fase, para obter o parâmetro de diferença de fase acumulada ,1çl Então, pela comparação de ,à,'? a um valor Iimite, uma seção de determinação 149 determina a direção de falha conforme descrito acima.

Conforme mostrado na Figura 12, os algoritmos da Figura 5 po- dem ser combinados conforme se segue com um algoritmo adicional tal co- mo o algoritmo descrito com referência à Figura 11: O dispositivo de indica- dor de direção de falha 30 tem uma seção de entrada 32 (as na Figura 4) e duas seções de Iógica de decisão 36 e 136. A seção de entrada transmite os dados de corrente para ambas as seções de lógica de decisão 36 e 136. A seção de lógica de decisão 36 é adaptada para executar quaiquer método descrito no presente documento, em particular qualquer método de acordo com a reivindicação 1 do presente pedido.

A seção de lógica de decisão adi- cional 136 é adaptada para executar qualquer método adicional descrito no presente documento que é diferente do método executado pela seção de lógica de decisão 36, em particular o método descrito com referência à Figu- ra 11. As seções de lógica de decisão 36 e 136 emitem parâmetros de dire- ção de falha respectivos e, opcionalmente, um parâmetro que indica a confi- abilidade de seu cálculo.

No caso do método da reivindicação 1, tal como um parâmetro que indica confiabilidade pode ser a magnitude do parâmetro de direção de desvio ou uma quantidade derivada do mesmo.

O dispositivo de indicador de direção de falha 30 compreende adicionalmente um programa de união de decisão 38 para determinar uma direção de falha mestre a partir dos parâmetros de direção de falha respecti- vos emitidos pelas seções de lógica de decisão 36 e 136. Então, a direção 5 de falha mestre determinada resuftante é emitida pelo programa de união de decisão 38. No caso das seções de lógica de decisão 36 e 136 estarem em discordância mutua sobre a direção de falha, o programa de união de deci- são 38 pode determinar a direção de falha como neutra ou por ponderação de decisão, isto é, pela atribuição de diferentes ponderações ao primeiro e ao segundo indicador de direção de falha e ao Ievar em consideração o re- sultado com a maior ponderação.

As ponderações podem ser determinadas ao se levar em conta os parâmetros que indicam a confiabilidade dos cálcu- los das seções de lógica de decisão 36 e 136. Além disso, no caso de dis- cordância mutua (e possivelmente de ponderações similares associadas a cada um dos lados discordantes), o programa de união de decisão pode emitir uma saída neutra que pode, em uma configuração de disjuntor, possi- velmente levar ao interruptor desabilitar uma porção maior da rede.

A união de decisão acima pode ser generalizada para três ou mais seções de lógica de decisão.

O programa de união de decisão pode incluir uma rotina de votação (possivelmente ponderada). O uso de mais de uma seção de lógica de decisão é particular- mente útil quando diferentes tipos de programas de determinação de direção de falha são usados.

Assim, por exemplo, o segundo programa de determi- nação de direção de falha pode ser programado de acordo com um algorit- mo com base em aprendizado ou algoritmo com base em regra de máquina.

Então, no caso de concordância mutua entre as diferentes abordagens, o risco de um erro é reduzido e a estabilidade é aumentada.

Além disso, erros podem ser detectados mais facilmente devido a mesmo se um programa de determinação de direção de falha emitir um resultado incorreto, este erro pode ser detectado e ultrapassado, ou pelo menos irá levar a uma saída neutra e não a uma saída incorreta mais problemática.

Relé/Disjuntor Embora o dispositivo de indicador de direção de falha 30 (ver, por exemplo, Figura 1) seja útil por si só, o mesmo é particularmente útil quando integrado a um sistema de monitoramento ou um sistema de disjun- 5 tor (relé). Para este propósito, uma seção de comunicação opcional do dis- positivo de indicador de direção de falha 30 o permite a transmitir a direção de falha determinada (isto é, o indicador de direção de falha que indica, por exemplo, uma falha direta ou inversa) para outra unidade da rede de distri- buição de potência, por exemplo, para um disjuntor, para uma unidade de controle ou para uma unidade de supervisão para supervisionar a Iinha de transmissão 10. A Figura 10 mostra uma configuração na qual o sistema de dis- tribuição de potência 1 inclui um disjuntor 50. O disjuntor 50 ê acoplado ope- racionalmente ao dispositivo de indicador de direção de falha 30, possivel- mente através de uma unidade de controle central (não mostrada). Portanto, o disjuntor pode receber a partir do dispositivo de indicador de direção de falha 30 pelo menos um dentre o primeiro, segundo e terceiro indicador de direção de falha ou algumas outras informações de direção de falha obtidas a partir dos mesmos, tal como informações de possibilidade ou saída neutra.

Esta saída pode, então, acionar o disjuntor 50 ou a unidade de controle cen- tral para tomar a ação apropriada, por exemplo, para cortar a seção apropri- ada, não a linha inteira 10. No caso de uma saída de "informações inconclu- sivas", uma porção maior que a Iinha inteira 10 pode ser cortada- Direção de fluxo de potência Em algumas modalidades, a seção de lógica de decisão 36 (ver, por exemplo, a Figura 1) compreende adicionalmente um programa de de- terminação de direção de fluxo de potência para determinar a direção de fluxo de potência a partir dos dados de linha de transmissão.

O monitora- mento do fluxo de potência pode ser realizado em intervalos regulares ou permanentemente, independente de uma falha.

As informações de fluxo de potência adicionais a partir do pro- grama de determinação de direção de fluxo de potência também podem ser usadas para controlar o disjuntor 50 mostrado na Figura 10. O fluxo de po- tência da rede elétrica 4 para a fonte 2 é indesejado, uma vez que a energia é, desse modo, desperdiçada.

Portanto, se este fluxo de potência indesejado é detectado (possivelmente por um intervalo de tempo predeterminado), o 5 disjuntor 50 pode ser ativado para interromper a seção apropriada de forma a limitar o desperdício de energia.

Assim, neste caso, o dispositivo 30 pode ser descrito como um dispositivo de conexão de direção de fluxo de potência para detectar se há um fluxo de potência indesejado.

Este dispositivo é especialmente útil para unidades de geração distribuídas tais como sistemas de potência so- lar/eólica.

Essas unidades podem parar de produzir e, neste caso, a potência irá começar a fluir na direção oposta (da rede elétrica 4 para o gerador 2). A partir do ponto de vista das correntes envolvidas, esta situação é similar a uma condição de falha de fluxo ascendente (conforme descrito acima), exce- to que não há nenhuma falha real.

Assim, o dispositivo direcional pode de- tectar este tipo de situação com os algoritmos descritos no presente docu- mento e ativar o disjuntor 50 ou emitir um aviso.

Redes elétricas inteligentes: Em redes atuais, a entrega de energia ocorre pela transmissão da rede elétrica (HV) através de transformadores HV para a rede elétrica de distribuição e pelos transformadores de distribuição para o LV e usuários finais. lsto também pode ser chamado de um fluxo de potência "de cima para baixo" das usinas de potência principais através das várias redes de trans- missão para o plugue de potência na parede.

O esquema de proteção para a usina de potência e a rede são feitos de acordo com o acima.

Com a intro- dução de geração de potência mais distribuída, principalmente por energias alternativas, a direção do fluxo de potência pode, entretanto, mudar sob cer- tas condições ambientas.

Por exemplo, unidades distribuídas podem, algu- mas vezes, agir como fontes de alimentação que alimentam potência na re- de elétrica e, outras vezes, consomem potência da rede elétrica.

Uma função de sobrecorrente direcional conhecida, com refe- rência às fases de tensão, não pode adaptar ou distinguir quando o fluxo de

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32/35 ?

potência (ou corrente em um dado ângulo de fase de tensão) muda de dire- ção devido a mais energia estar sendo gerada pelas unidades de geração distribuídas do que é consumida na rede elétrica a ser protegida.

A função de sobrecorrente direcional conhecida é incapaz de adaptar para a situação 5 modificada uma vez que a condição pré-falha modificada (fluxo de potência invertido) não é levada em consideração uma vez que a fase de tensão não foi modificada.

Pela utilização da corrente pré-falha como uma referência para as informações direcionais de acordo com uma modalidade da presente in- lO venção, sob condições de falha a função de proteção é habilitada para se e

, adaptar à situação modificada, isto é, ao fluxo de potência pré-falha modifi- m cado.

Assim, a função descrita no pedido de patente irá sempre proteger a " rede pelo "desligamento" da fonte de alimentação pelo disparo na direção direta devido à direção direta estar sempre definida como a direção direta à 15 falha do ponto de vista da corrente de fonte de alimentação.

Por exemplo, considere um primeiro caso no qual os fluxos de potência estão na direção normal da fonte de alimentação central para uni- dades distribuídas.

Então, no caso de uma falha, assuma que o relé dispare na condição direta e bloqueie na condição reversa, o relé irá isolar a fonte de 20 alimentação principal do local de falha: O relé na direção direta para falha dispara, enquanto que o relé na direção inversa bloqueia.

Conforme a falha ainda está presente, pode ser que alguma potência ainda seja alimentada para a falha, embora o relé tenha bloqueado previamente, de uma unidade distribuída localizada após a falha.

Neste caso, o fluxo de corrente irá mudar, 25 uma vez que a unidade distribuída está alimentando a falha.

Se a corrente está novamente sobrecarregando o ponto fixado, isto é acionando um co- mando de excursão, o relé previamente bloqueado irá agora disparar uma vez que a falha está agora na direção direta daquele relé. lsto é um exemplo de como um sistema de proteção para as correntes pode se adaptar para 30 condições modificadas e proteger e isolar a fonte da falha.

Em um segundo caso, as unidades distribuídas alimentam ener- gia na rede distribuída.

No caso de uma falha, o relé dispara na direção dire-

ta e bloqueia na direção inversa. Desse jeito, a unidade distribuída é desco- nectada da falha uma vez que a corrente pré-falha foi na direção da conexão da rede elétrica HV (direta à fonte de alimentação central conforme visto da rede elétrica). Além disso, neste exemplo, se a falha ainda está presente 5 após a unidade distribuída ser desconectada, a direção de potência é inver- tida e a rede elétrica HV alimenta a falha. Assim, o relé de bloqueio vê agora uma corrente pré-falha modificada: Agora este relé também irá ver um fluxo de corrente direto e irá disparar imediatamente de forma que a falha se torna completamente isolada.

a 10 Aspectos qerais da invenção ~ r .

*3

W O metodo acima pode ser variado em alguns aspectos. A seguir, t alguns aspectos gerais da invenção serão descritos. ~ ,-. Por exemplo, embora alguns métodos tenham sido descritos a- cima com base em cruzamentos em zero, alternativamente algumas outras 15 características periodicamente recorrentes da corrente podem ser usadas de uma maneira análoga- Portanto, o parâmetro que indica desvio é extraído conforme se segue: Um primeiro tempo e um segundo tempo são determi- nados pela identificação de dois vizinhos das características periodicamente recorrentes dos dados de corrente, de tal forma que o tempo de falha está 20 entre o primeiro tempo e o segundo tempo. O parâmetro que indica desvio (82) é então, por exemplo, o intervalo de tempo entre o primeiro tempo e o segundo tempo. Tais características periodicamente recorrentes podem ser um máximo, um mínimo ou um maior gradiente dos dados de corrente e/ou de 25 sua magnitude. Algumas dessas características têm um período de um ciclo CA completo e algumas de meio-ciclo CA. lsto pode ter uma consequência para o tempo dentro do qual a direção de falha pode ser determinada. Ge- ralmente características com um período de meio-ciclo CA, tal como cruza- mento em zero e características com base na magnitude da corrente permi- 30 tem por determinação mais rápida da direção de falha. De acordo com um aspecto adicional, De acordo com um aspecto adicional, o valor limite corresponde

X.

34/35 V.

a um desvio que é menor que a taxa de amostragem do ângulo de fase. De acordo com um aspecto adicional, a linha de transmissão compreende uma pluralidade de fases, especialmente três fases e o método compreende medir a corrente em cada uma das fases; e determinar parâme- 5 tros que indicam desvios respectivos para cada uma dentre a pluralidade de fases separadamente. De acordo com um aspecto adicional, a partir das três fases, um máximo de parâmetros que indicam desvio é selecionado. Aqui, o máximo se refere ao valor absoluto. De acordo com um aspecto adicional, uma magnitude dos valores de corrente é comparada a um valor limite. No 10 caso da magnitude de um respectivo dentre os valores de corrente ser me- . , nor que o valor limite, pelo menos alguns dos parâmetros que indicam des- z vio são descartados e/ou um comando "neutro" é emitido. " De acordo com um aspecto adicional, a medição inclui medir uma corrente, mas não medir a tensão da linha de transmissão. De acordo 15 com um aspecto adicional, o parâmetro de direção de falha é obtido como "falha direta" ou "falha inversa" com base no sinal do parâmetro de diferença de fase acumulada. De acordo com um aspecto adicional, o parâmetro de direção de falha é obtido como "neutro" se o valor absoluto do parâmetro de direção de desvio é menor que um valor iimite. 20 De acordo com um aspecto adicional, um método adicional para obter um parâmetro de direção de falha é levado em consideração. O méto- do adicional inclui o seguinte: transmitir um sinal de corrente que indica a corrente medida para uma seção de Iógica de decisão, o sinal de corrente compreende uma pluralidade de valores de corrente pré-falha e uma p!urali- 25 dade de valores de corrente pós-falha; determinar, pela seção de lógica de decisão, uma pIuralidade de valores de diferença de fase que indicam as diferenças de fase respectivas entre os respectivos dentre os valores de cor- rente pré-falha e os respectivos dentre os valores de corrente pós-falha; a- cumular a pluralidade de valores de diferença de fase em um parâmetro de 30 diferença de fase acumulada; obter o parâmetro de falha pela comparação do parâmetro de diferença de fase acumulada para um valor limite; e emitir o parâmetro de falha determinado.

T ¥ 35/35 * ¢ De acordo com um aspecto adicional, um dispositivo de indica- dor de direção de falha de acordo com a reivindicação 12 é fornecido. De acordo com um aspecto adicional, o dispositivo de indicador de direção de falha compreende a unidade de medição, a unidade de medi- 5 ção que compreende um sensor de corrente para medir a corrente no local de medição da linha de transmissão, mas nenhum sensor de tensão, em que a unidade de medição é acoplada operacionalmente à seção de entrada pa- ra transmitir o sinal de corrente obtido a partir da medição de corrente para a seção de entrada.

@ 10 De acordo com um aspecto adicional, um relé de sobrecorrente - , direcional que compreende um dispositivo de indicador de direção de falha ± conforme descrito no presente documento é fornecido. O relé compreende " adicionalmente um disjuntor acoplado operacionalmente ao dispositivo de indicador de direção de falha para receber, a partir do dispositivo de indica- 15 dor de direção de falha, o parâmetro de direção de falha, possivelmente em uma forma processada, isto é, um parâmetro que inclui informações a partir

I do parâmetro de direção de falha. De acordo com um aspecto adicional, qualquer um dos dispositi- vos descritos no presente documento é usado em um ambiente externo e/ou 20 rede de distribuição de potência de rede elétrica inteligente, isto é, uma rede de distribuição de potência com unidades distribuídas, a rede elétrica sendo adaptada de tal forma que as unidades distribuídas podem alimentar potên- cia na rede elétrica durante operação normal. Embora o que foi exposto acima seja direcionado a modalidades, 25 outras modalidades e modalidades adicionais podem ser desenvolvidas sem sair do escopo básico determinado pelas reivindicações.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES

1. Método para determinar um parâmetro de direção de falha de uma falha em uma linha de transmissão CA (10) de um sistema de distribui- ção de potência (1) em relação a um local de medição (12) da linha de 5 transmissão (10), o método caracterizado pelo fato de que compreende: - medir, por meio de uma unidade de medição (20), uma corrente CA dependente de tempo da linha de transmissão (10) no local de medição (12), obtendo assim dados de corrente no domínio do tempo (80) indicativos da corrente medida, sendo que a unidade de medição (20) compreende um sensor de corrente para medir a corrente no local de medição (12) da linha de transmissão (10), mas nenhum sensor de tensão; - transmitir os dados de corrente da unidade de medição (20) pa- ra uma seção de lógica de decisão (36); - obter um tempo de falha (81) da falha na linha de transmissão CA (10); - identificar um primeiro tempo (t1) e um segundo tempo (t2) por meio da identificação de uma característica periodicamente recorrente dos dados de corrente (80), de modo que o tempo de falha (81) está entre o pri- meiro tempo (t1) e o segundo tempo (t2), em que a característica periodica- mente recorrente é selecionada a partir do grupo que consiste em um cru- zamento de zero, um máximo, um mínimo e um maior gradiente dos dados de corrente; - extrair dos dados de corrente (80) um parâmetro indicativo de desvio (82; 86, 87) indicativo de um desvio de tempo (81’) da corrente no tempo de falha (81), em que o parâmetro indicativo de desvio (82) é um in- tervalo de tempo entre o primeiro tempo (t1) e o segundo tempo (t2); - calcular um parâmetro de direção de desvio por meio da com- paração do parâmetro indicativo de desvio (82; 86, 87) ao parâmetro não indicativo de desvio (84), onde o parâmetro não indicativo de desvio (84) indica a ausência de desvio de tempo da corrente entre um primeiro tempo e um segundo tempo; e - estabelecer o parâmetro de direção de falha com base em um sinal do parâmetro de direção de desvio calculado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro indicativo de desvio (82; 86, 87) é selecionado a partir da lista que consiste em um intervalo de tempo (82) que inclui o tempo 5 de falha (81) e uma integral de tempo numérica de dados de corrente (86, 87) dentro de um intervalo de tempo (85) que inclui o tempo de falha (81).

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente monitorar se os dados de corrente contêm pelo menos duas das características periodicamente recorrentes em mo- mentos mais próximos ao tempo de falha (81) do que um limite predetermi- nado; e, neste caso, ignorar pelo menos uma das pelo menos duas caracte- rísticas periodicamente recorrentes.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que a etapa de extrair o parâmetro indi- cativo de desvio inclui escolher limites de integral de um intervalo de tempo de integração de corrente de modo que o intervalo de tempo de integração de corrente é um comprimento de período normal da corrente CA ou um múl- tiplo inteiro do mesmo; e calcular uma integral numérica (86, 87) dos dados de corrente sobre o intervalo de tempo de integração de corrente (85).

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que a linha de transmissão compreende uma pluralidade de linhas de fase, sendo que o método compreende medir a corrente em cada uma das linhas de fase; e determinar um parâmetro indica- tivo de desvio respectivo (82; 86, 87) para cada uma dentre a pluralidade de linhas de fase separadamente.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente selecionar o parâmetro indicativo de desvio (82; 86, 87) da linha de fase para a qual uma diferença entre o parâmetro indicativo de desvio (82; 86, 87) e o parâmetro não indicativo de desvio (84) é maior em magnitude.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que a medição inclui medir uma corren-

te, mas não medir tensão da linha de transmissão (10).

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de direção de falha inclui "falha direta", "falha inversa" e "neutro", sendo que o método inclui adi- 5 cionalmente comparar a magnitude de uma diferença entre o parâmetro indi- cativo de desvio (82; 86, 87) e o parâmetro não indicativo de desvio (84) a um valor limite e, no caso de a magnitude da diferença ser menor que o va- lor limite, emitir um comando "neutro".

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de direção de falha é um primeiro parâmetro de direção de falha, sendo que o método compreen- de adicionalmente: - determinar um segundo parâmetro de direção de falha a partir do sinal de corrente por um segundo programa de determinação de direção de falha, em que o segundo programa de determinação de direção de falha inclui receber um sinal de corrente que compreende valores de corrente pré- falha e pós-falha de número complexo de uma seção de entrada, determinar um ângulo de fase dos valores de corrente respectivos, determinar uma plu- ralidade de valores de diferença de fase entre selecionados dentre os ângu- los de fases, somar pelo menos alguns dos valores de diferença de fase pa- ra obter um parâmetro de diferença de fase acumulada, e determinar o se- gundo parâmetro de direção de falha por meio da comparação do parâmetro de diferença de fase acumulada a um valor limite; e - estabelecer um parâmetro de direção de falha mestre a partir do primeiro parâmetro de direção de falha e a partir do segundo parâmetro de direção de falha e emitir o parâmetro de direção de falha mestre.

10. Dispositivo indicador de parâmetro de direção de falha (30) para indicar um parâmetro de direção de falha de uma falha em uma linha de transmissão CA (10) de um sistema de distribuição de potência (1) em rela- ção a um local de medição (12) da linha de transmissão (10), o dispositivo indicador de parâmetro de direção de falha (30) sendo caracterizado pelo fato de que compreende:

- uma unidade de medição (20), sendo que a unidade de medi- ção (20) compreende um sensor de corrente para medir uma corrente CA no local de medição (12) da linha de transmissão (10), mas sem sensor de ten- são, em que a unidade de medição (20) é operacionalmente acoplada a uma 5 seção de entrada (32) para transmitir os dados de corrente no domínio do tempo (80) obtidos a partir da medição de corrente para a seção de entrada (32); - a seção de entrada (32) configurada para receber dados de corrente no domínio do tempo (80) indicativos de uma corrente dependente de tempo medida pela unidade de medição (20) no local de medição (12); - uma seção de lógica de decisão (36) configurada para determi- nar o parâmetro de direção de falha com base nos dados de corrente no domínio do tempo (80), em que a seção de lógica de decisão (36) compre- ende - uma subseção de cálculo de desvio de falha (43) configurada para extrair dos dados de corrente (80) um parâmetro indicativo de desvio (82; 86, 87) que indica um desvio de tempo (81’) da corrente em um tempo de falha (81), em que a extração do parâmetro indicativo de desvio (82; 86, 87) inclui identificar um primeiro tempo (t1) e um segundo tempo (t2) por meio da identificação de uma característica periodicamente recorrente dos dados de corrente (80), de modo que o tempo de falha (81) está entre o pri- meiro tempo (t1) e o segundo tempo (t2), e em que o parâmetro indicativo de desvio (82) é um intervalo de tempo entre o primeiro tempo (t1) e o segundo tempo (t2), em que a característica periodicamente recorrente é selecionada a partir do grupo que consiste em um cruzamento de zero, um máximo, um mínimo e um maior gradiente dos dados de corrente; - uma subseção de cálculo de direção de desvio (46) configura- da para calcular um parâmetro de direção de desvio por meio da compara- ção do parâmetro indicativo de desvio (82; 86, 87) a um parâmetro não indi- cativo de desvio (84), onde o parâmetro não indicativo de desvio (84) indica a ausência de desvio de tempo da corrente entre um primeiro tempo e um segundo tempo; e

- uma subseção de estabelecimento de parâmetro de direção de falha (49) configurada para estabelecer o parâmetro de direção de falha a partir do parâmetro baseado em um sinal da direção de desvio calculado.

11. Relé de sobrecorrente direcional que compreende um dispo- 5 sitivo indicador de parâmetro de direção de falha (30), como definido na rei- vindicação 10, caracterizado pelo fato de incluir um disjuntor (50) acoplado operacionalmente ao dispositivo indicador de direção de falha (30) para re- ceber do dispositivo indicador de parâmetro de direção de falha (30) o parâ- metro de direção de falha.

12. Uso do dispositivo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de ocorrer em um ambiente externo e/ou rede de distribuição de potência de rede elétrica inteligente.

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