BR112019002739B1 - Dispositivo de proteção e método para a proteção de um transformador - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um dispositivo de proteção, a um método e a um produto de programa de computador para a proteção de um transformador que compreende um comutador de derivação e uma disposição de transformador que compreende um transformador e um dispositivo de proteção. O transformador tem pelo menos dois enrolamentos acoplados de maneira magnética aos terminais (MT1, MT2, MT3, MT4) nos quais a energia entra e sai do transformador e um comutador de derivação que inclui os elementos de impedância e um interruptor configurado para conectar de forma gradual os elementos de impedância quando alterar entre duas posições do comutador de derivação durante uma operação de comutação de derivação. O método é realizado no dispositivo de proteção e compreende: obter (32) as medições de propriedades de transmissão de energia (Iin, Uin, Iout, Uout) nos enrolamentos acoplados de maneira magnética; estimar (34, 38, 46) a energia depositada nos elementos de impedância durante uma operação de comutação de derivação com base nas propriedades físicas medidas; comparar (40) a energia depositada estimada com um limite de falha; e proteger (42) o transformador caso o limite seja ultrapassado, em que a estimativa da energia depositada compreende determinar a perda de energia do transformador entre os terminais (...).

Description

Campo de Invenção

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de proteção, a um método e a um produto de programa de computador para a proteção de um transformador que compreende um comutador de derivação.

Antecedentes

[002] Os transformadores equipados com comutadores de deri vação são frequentemente usados em diferentes tipos de ambientes de transmissão de energia, como em 10 kV e acima. Um transformador que compreende um comutador de derivação é capaz de alterar a relação de voltas entre os enrolamentos para, assim, alterar os níveis de tensão. Essa habilidade está em muitos sistemas usados para controlar a liberação de energia.

[003] Os transformadores são, em geral, confiáveis. A probabili dade de falha é baixa, como cerca de 1%. No entanto, de 1% que falha, em geral, 20 a 40% são devido às falhas no comutador de derivação.

[004] A razão para isso é que o comutador de derivação é a úni ca parte do transformador que possui elementos que se movem de maneira mecânica. Portanto, esta parte do transformador tem maior probabilidade de causar uma falha do que o resto do transformador.

[005] Portanto, é interessante proteger um transformador equipa do com um comutador de derivação, monitorando o comutador de derivação.

[006] A proteção destina-se a detectar se a operação do comuta dor de derivação é realizada corretamente ou não, porque uma operação incorreta do comutador de derivação pode ter consequências ca- tastróficas. Portanto, a proteção também precisa ser rápida.

[007] A presente invenção é direcionada para tal proteção de transformador.

[008] O documento EP 2541 571 descreve uma disposição de proteção para um comutador de derivação, onde a corrente através do comutador de derivação é detectada e utilizada para gerar um sinal de indicação de corrente. A duração dos sinais de indicação atuais é, em seguida, comparada a um limite, e um sinal de indicação de falha é gerado se for.

[009] O documento WO02/48730 descreve uma disposição de proteção para um comutador de derivação, onde o diagnóstico de condição do comutador de derivação é feito com base na temperatura atual, troca de calor esperada entre o comutador de derivação e o ar ambiente e o transformador, a quantidade de calor gerada pelo comutador de derivação e a temperatura atual do fluido.

[0010] A U.S. 2007/0225945 descreveu uma disposição de prote ção para um comutador de derivação. A temperatura do comutador de derivação, após a comutação de derivação, é comparada a um primeiro limite relacionado à temperatura do comutador de derivação antes da operação de comutação de derivação.

Sumário da Invenção

[0011] A presente invenção refere-se, portanto, à proteção de um transformador que está em processo de falha devido a uma falha no comutador de derivação.

[0012] Este objetivo está de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção alcançado através de um dispositivo de proteção para a proteção de um transformador que compreende um comutador de derivação, o transformador que tem pelo menos dois enrolamentos acoplados de maneira magnética com os terminais (MT1, MT2, MT3, MT4) aos quais a energia entra e sai do transformador, e o comutador de derivação compreende os elementos de impedância e um interruptor configurado para conectar de forma gradual os elementos de impe- dância quando comutar entre duas posições do comutador de derivação durante uma operação de comutação, o dispositivo de proteção que compreende: uma unidade de controle opera para: obter as medições das propriedades de transmissão de energia nos enrolamentos acoplados de maneira magnética, estimar a energia depositada nos elementos de impedância durante uma operação de comutação de derivação com base nas propriedades de transmissão de energia medidas, comparar a energia depositada estimada com um limite de falha; e proteger o transformador caso o limite seja excedido; em que a unidade de controle (26), quando estimar a energia depositada, opera para determinar a perda de energia do transformador entre os terminais (MT1, MT2) onde a energia entra e os terminais (MT3, MT4) onde a energia deixa o transformador, e para integrar o perda de energia.

[0013] O objetivo está de acordo com um segundo alcançado atra vés de um método de proteção de um transformador que compreende um comutador de derivação, onde o transformador tem pelo menos dois enrolamentos acoplados de maneira magnética aos terminais (MT1, MT2, MT3, MT4) nos quais a energia entra e sai do transformador e o comutador de derivação compreende elementos de impedân- cia e um interruptor configurado para conectar de forma gradual os elementos de impedância quando trocar entre duas posições do comutador de derivação durante uma operação de comutação de derivação. O método é realizado em um dispositivo de proteção e compreende: obter as medições das propriedades de transmissão de energia nos enrolamentos acoplados de maneira magnética; estimar a energia depositada nos elementos de impedância durante uma operação de comutação de derivação com base nas propriedades físicas medidas; comparar a energia depositada estimada com um limite de falha; e proteger o transformador no caso do limite ser excedido; em que a estimativa da energia depositada compreende determinar (34) a perda de energia do transformador entre os terminais (MT1, MT2) onde a energia entra e os terminais (MT3, MT4) onde a energia deixa o transformador, e integrar a perda de energia.

[0014] O objetivo está de acordo com um terceiro aspecto da pre sente invenção alcançado através de um produto de programa de computador para a proteção de um transformador que compreende um comutador de derivação, onde o transformador tem pelo menos dois enrolamentos acoplados de maneira magnética aos terminais (MT1, MT2, MT3, MT4) nos quais a energia entra e sai do transformador, e o comutador de derivação compreende os elementos de impedância e um interruptor configurado para conectar os elementos de impedância quando comutar entre as duas posições do comutador de derivação durante a operação de comutação de derivação, o produto de programa de computador que compreende um suporte de dados com o código de programa de computador configurado para fazer com que uma unidade de controle de um dispositivo de proteção: obtenha as medições das propriedades de transmissão de energia nos enrolamentos acoplados de maneira magnética; estime a energia depositada nos elementos de impedância durante uma operação de comutação de derivação com base nas propriedades físicas medidas; compare a energia depositada estimada com um limite de falha; e proteja o transformador caso o limite seja excedido; em que a estimativa da energia depositada compreende determinar a perda de energia do transformador entre os terminais (MT1, MT2) onde a energia entra e os terminais (MT3, MT4) onde a energia sai do transformador, e integrar a perda de energia.

[0015] A presente invenção tem várias vantagens. Ela permite uma detecção rápida de um comutador de derivação com falha. Isto pode, além disso, ser feito com o uso de um mínimo de hardware adicional e apenas medindo as propriedades de transmissão de energia que já são medidas no transformador, evitando assim a introdução de sensores adicionais.

Breve Descrição dos Desenhos

[0016] A presente invenção será descrita a seguir com referência aos desenhos anexos, onde:

[0017] a figura 1 mostra de maneira esquemática um transforma dor equipado com um comutador de derivação;

[0018] a figura 2 mostra de maneira esquemática o comutador de derivação e um enrolamento do transformador na figura 1;

[0019] a figura 3 mostra de maneira esquemática a perda de ener gia no transformador que ocorre durante a operação de troca de derivação;

[0020] a figura 4 mostra de maneira esquemática uma unidade de controle para controlar a proteção do transformador;

[0021] a figura 5 mostra um fluxograma das etapas do método em um método para a proteção de um transformador sendo realizado pela unidade de controle;

[0022] a figura 6 mostra de maneira esquemática um produto de programa de computador na forma de um suporte de dados que compreende o código de programa de computador para implementar a unidade de controle

Descrição Detalhada da Invenção

[0023] A seguir, uma descrição detalhada das modalidades prefe ridas da invenção será apresentada.

[0024] A figura 1 mostra um transformador 10 que tem um primeiro enrolamento 12 e um segundo enrolamento 14 acoplados de maneira magnética um ao outro. Esses enrolamentos formam, assim, um par, muitas vezes indicado como enrolamentos primários e secundários. O primeiro enrolamento 12 está, além disso, conectado a um comutador de derivação 16. Na figura também são mostradas várias propriedades de transmissão de energia do transformador que podem ser medidas durante a operação. Existe uma corrente de entrada In alimentada para dentro e para uma tensão de entrada Uin aplicada sobre o primeiro enrolamento 12. Existe também uma corrente de saída Iou liberada a partir de uma tensão de saída Uout fornecida pelo segundo enrolamento 14. A corrente de entrada In e a tensão de entrada Uin são grandezas de medição que são medidas em um primeiro e um segun-do terminal de medição MT1 e MT2 do primeiro enrolamento 12, onde o primeiro terminal de medição MT1 é fornecido em uma primeira extremidade do primeiro enrolamento 12 e o segundo terminal de medição MT2 em uma segunda extremidade do primeiro enrolamento 12. A corrente de saída Iout e a tensão de saída Uout são grandezas de medição medidas em um terceiro e um quarto terminal de medição MT3 e MT4 do segundo enrolamento 14, onde o terceiro terminal de medição MT3 é fornecido em uma primeira extremidade e o quarto terminal de medição MT4 é fornecido em uma segunda extremidade do segundo enrolamento 14. Pode assim ser visto que a energia eléctrica entra e sai do transformador nos terminais de medição. O exemplo acima descrito assume uma transferência de energia através do transformador do primeiro para o segundo enrolamento. Desse modo, o primeiro enrolamento 12 forma um lado de entrada, e o segundo enrolamento 14 um lado de saída do transformador 10. No entanto, deve ser observado que a energia pode ser transferida na direção oposta, caso no qual a corrente de entrada e a tensão de entrada seriam medidas nos terceiro e quarto terminais de medição MT3 e MT4, enquanto a corrente de saída e a tensão de saída seriam medidas nos primeiro e segundo terminais de medição MT1 e MT2. Então, o segundo enrolamento 14 formaria o lado de entrada e o primeiro enrolamento 12 formaria o lado de saída.

[0025] O transformador mostrado é representado de maneira es quemática. Deve-se perceber que também pode compreender um núcleo de ferro. Também deve ser observado que um transformador, em muitos casos, é um transformador trifásico. Isso significa que haveria três pares de enrolamentos. Um transformador pode também compreender mais de um enrolamento secundário acoplado de maneira magnética ao mesmo enrolamento primário. O comutador de derivação pode, como alternativa, também ser conectado ao segundo enrolamento.

[0026] A figura 2 mostra de maneira esquemática o primeiro enro lamento 12 em conjunto com um comutador de derivação que compreende um enrolamento de regulação 19. O primeiro enrolamento tem uma primeira e uma segunda extremidade, com a primeira extremidade conectada ao primeiro terminal de medição MT1 e a segunda extremidade que pode ser conectada à enrolamento de regulação 19. O enrolamento de regulação 19 também tem uma primeira e uma segunda extremidade. O comutador de derivação, além disso, compreende um desviador 20 e um seletor 18 que seleciona um número de voltas do enrolamento de regulação 19 que devem ser conectadas ao enrolamento primário 12.

[0027] O seletor 18 tem uma mudança sobre o interruptor 24 que é usado para inverter a orientação do enrolamento de regulação 19 e, portanto, tem uma primeira extremidade conectada à segunda extremidade do primeiro enrolamento 12, e uma segunda extremidade móvel entre duas posições, uma primeira posição na primeira extremidade do enrolamento de regulação 19 e uma segunda posição na segunda extremidade do enrolamento de regulação 19. Cada enrolamento 14 e 19 compreende um número de voltas de condutor elétrico. Além disso, o enrolamento de regulação 19 compreende um número de pontos de derivação, dos quais seis 1 2, 3, 4, 5 e 6 são mostrados como um exemplo. Os pontos de derivação são usados para determinar quantas voltas do enrolamento de regulação 19 que devem ser conectadas ao primeiro enrolamento por um primeiro braço do seletor conectado a um primeiro terminal do desviador DT1 e um segundo braço do seletor conectado a um segundo terminal do desviador DT2.

[0028] O desviador 20, por sua vez, compreende um interruptor de desviador 22 com uma primeira extremidade conectada ao segundo terminal de medição MT2 e uma segunda extremidade que pode ser conectada entre quatro posições de contato, onde uma primeira posição de contato P1 leva ao primeiro terminal do desviador DT1 através de um primeiro braço de desviador, uma segunda posição de contato leva ao primeiro terminal do desviador DT1 através de um elemento de impedância na forma de um primeiro resistor R1, uma terceira posição de contato leva ao segundo terminal do desviador DT2 através de um elemento de impedância na forma de um segundo resistor R2 e uma quarta posição de contato P4 leva diretamente ao segundo terminal do desviador DT2 através de um segundo braço de desviador. O desvia- dor 20 é fornecido para comutar uma carga entre os dois braços do seletor.

[0029] Deve ser observado aqui que essa é apenas uma realiza ção de um seletor e comutador de derivação de desviador. Há vários outros tipos de seletores e comutadores de derivação de desviador. Há também outros tipos de comutadores de derivação. Outro tipo é, por exemplo, um comutador de derivação de interruptor seletivo, que combina a seleção e a comutação em um movimento, mas possui uma sequência de contato semelhante ao seletor e comutador de derivação. Ainda outro exemplo é um comutador de derivação a vácuo, onde a sequência de contato é frequentemente modificada, mas ainda inclui um tempo quando a energia é perdida em elementos de impedância. O comutador de derivação mostrado também inclui resistores como elemento de impedância. No entanto, também é conhecido o uso de outros tipos de elementos de impedância, como indutores. Além disso, no comutador de derivação mostrado há dois elementos de impedân- cia. Deve-se perceber que também é possível com menos, como um ou mais, como três ou quatro.

[0030] O que é comum a todos os comutadores de derivação é que, durante uma comutação de derivação, há um movimento gradual de um interruptor entre duas posições, que no caso do comutador de derivação na figura 2 é o interruptor de desviador 22 que se move entre a primeira e a quarta posição P1 e P4. Quando uma comutação de derivação é desejada um dos braços do seletor é inicialmente conectado entre uma posição de derivação e o terminal do desviador correspondente. Como exemplo, o primeiro braço do seletor pode ser conectado entre a segunda posição de derivação 2 mostrada na figura 2 e o primeiro terminal de desviador DT1 e, ao mesmo tempo, o interruptor de desviador 22 está na primeira posição de contato P1. Assim, o primeiro braço do seletor é carregado, isto é, uma corrente de carga passa, assim, através do primeiro braço de desviador e para o primeiro braço do seletor. Uma posição de derivação que obtém uma mudança desejada na relação de voltas é, em seguida, selecionada para o bra-ço do seletor não carregado, que nesse exemplo é o segundo braço do seletor. O segundo terminal do desviador DT2, portanto, conecta o segundo braço do seletor descarregado à posição de derivação selecionada, que no exemplo da figura 2 é a primeira posição de derivação 1. Para comutar a carga, isto é, para realizar a alteração da relação de voltas, o interruptor de desviador 22 é, em seguida, movido de forma gradual a partir da primeira para a quarta posição de contato. Neste movimento gradual, o interruptor de desviador 22 estabelece primeiro contato com a primeira resistência R1 ao mesmo tempo como há o contato com a primeira posição de contato P1. Em seguida, o interruptor de desviador 22 quebra o contato com a primeira posição de contato P1 e o primeiro braço de desviador. A corrente de carga passará agora somente através do primeiro resistor R1 para o primeiro braço do seletor. Depois disso, o interruptor de desviador se conecta ao segundo resistor R2. Nesse momento, a corrente de carga passará através de ambos os resistores R1 e R2 para o primeiro e para o segundo braço do seletor. Haverá também uma corrente circulante que é gerada através da diferença de tensão entre os terminais do desviador DT1 e DT2. Isto é seguido pelo interruptor de desviador 22 que rompe a conexão com o primeiro resistor R1 e, com isso, a corrente de carga somente passa através do segundo resistor R2 para o segundo braço do seletor. Por fim, o interruptor de desviador alcançará a quarta posição de contato P2 e, em seguida, a corrente de carga passará através do segundo braço de desviador para o segundo braço do seletor. As-sim, a operação de comutação de derivação é concluída. Pode-se verificar que, durante tal movimento, a energia é carregada ou depositada em pelo menos um elemento de impedância e no exemplo da figura 2 em dois resistores R1 e R2, essa energia é consumida no caso de um resistor, mas armazenada apenas temporariamente no caso de um indutor.

[0031] Através da acima mencionada acima do comutador de deri- vação na figura 2, isto é, durante a mudança gradual entre as posições P1 e P4, as impedâncias R1 e R2 serão conectadas entre os terminais de medição MT3 e MT4 e, portanto, a energia será depositada nelas. No presente exemplo, a energia real é perdida, uma vez que as impe- dâncias são resistores. Se as impedâncias fossem indutivas, em seguida, a energia reativa seria armazenada.

[0032] A perda de energia instantânea pode, por exemplo, ser de terminada de acordo com a equação (1) abaixo:

[0033] A equação, que é fornecida para um sistema trifásico, defi ne a perda de energia de um transformador trifásico. A perda de energia instantânea Ploss é assim calculada com base nas medições de propriedades de transmissão de energia obtidas pelo primeiro, segundo, terceiro e quarto terminais de medição MT1, MT2, MT3 e MT4 como a tensão de entrada Uin vezes a corrente de entrada In menos a tensão de saída Uouu vezes a corrente de saída Iout, onde três dessas diferenças são obtidas, uma para cada fase.

[0034] É possível obter a perda de energia real da equação (1) como uma média da perda de energia instantânea em um período e a perda de energia reativa como uma oscilação com uma média de zero.

[0035] A forma como a perda de energia aparece com uma carga baixa de um transformador trifásico desse tipo equipado com comutador de derivação pode ser vista na figura 3. Na figura, é mostrada a perda de energia para cada fase através de uma operação simultânea de troca de derivação nas três fases. Existe uma energia Ploss_A em uma primeira fase, uma perda de energia Ploss_B em uma segunda fase e uma perda de energia Ploss_C em uma terceira fase. Estas três perdas de energia são, além disso, somadas a uma perda total de energia Ploss, e a perda total de energia Ploss tem a forma de um "pulso". Na figura, pode-se verificar que a operação de comutação de derivação é realizada entre 0,00 e 0,02s. Pode ser visto que o "pulso" ou esse intervalo como um exemplo tem uma largura de 20 ms e a largura é um tempo de duração de pico nominal NPDT de uma deposição de energia ou um tempo de deposição de energia de duração de pico nominal e nesse intervalo, cada fase experimenta a perda de energia. O "pulso" representa, mais particularmente, uma operação de comutação de derivação quando não há falha.

[0036] No caso de um comutador de derivação estar operando de acordo com o planejado, o que é mostrado na figura 3, então, a largura ou o intervalo de "pulso" é razoavelmente curto. No entanto, se houver uma falha com o efeito de que as conexões desejadas não sejam concluídas no tempo, o "pulso" ficará mais amplo ou o intervalo será mais longo. Isso se deve ao fato de que os resistores seriam conectados à saída/entrada do transformador por um longo período de tempo.

[0037] Isto pode levar à falha do transformador por superaqueci mento, o que pode ser muito grave e, por exemplo, levar ao fogo no meio de resfriamento e/ou isolante usado para o transformador.

[0038] No entanto, se essa perda de energia devido a uma opera ção de troca de derivação puder ser detectada e avaliada em tempo real, é possível executar uma ação de proteção rápida e desconectar rapidamente o transformador e, assim, evitar consequências catastróficas para o transformador e seu ambiente. Por causa disso, o reparo subsequente do transformador também pode ser mais rápido e mais barato.

[0039] A fornecer essa proteção, é fornecido um dispositivo de proteção.

[0040] Uma maneira de realizar o dispositivo de proteção 25 é mostrada na figura 4. O dispositivo de proteção 25 compreende uma unidade de controle 26, que recebe as grandezas de medição na forma das propriedades de transmissão de energia medidas In, Uin, Iout e Uout, bem como opcionalmente também um sinal de controle de comutador de derivação TC_CTRL, que é um sinal de controle enviado ao comutador de derivação para realizar ou iniciar a operação de comutação de derivação. Tal sinal de controle é tipicamente enviado a partir de uma unidade de controle do comutador de derivação, que, por exemplo, pode estar associada ao controle de energia de um sistema de transmissão de energia. A unidade de controle 26 também fornece um sinal de proteção TR_PROT ao circuito de proteção usado para a proteção de um transformador.

[0041] A unidade de controle 26 compreende ainda um bloco de obtenção de medição MO 28, um bloco de estimativa de energia depositada DEE 30 e um bloco de avaliação de energia depositada DEA 32.

[0042] A unidade de controle 26 pode ser implementada através de um computador ou processador com memória de programa associada que compreende as instruções de computador implementando os blocos descritos acima. Também pode ser realizada por meio de um ou mais componentes dedicados, como circuitos integrados de aplicação específica (ASICS) ou arranjo de porta de campo programável (FPGAs) formando os blocos.

[0043] Agora, a operação da unidade de controle 26, a fim de pro teger um transformador, será descrita com referência também à figura 5, que mostra um fluxograma de várias etapas do método em um método de proteção do transformador 10.

[0044] A unidade de controle 26 é operada em tempo real, isto é, quando o transformador 10 está em funcionamento. O transformador 10 é assim ativo na transferência de energia elétrica; quer a partir do primeiro enrolamento 12 para o segundo enrolamento 14 ou do segundo enrolamento 14 para o primeiro enrolamento 12. No funcionamento estacionário do transformador 10, que nesse caso é quando o comutador de derivação 16 tem um determinado ajuste, as perdas são tipicamente baixas, já que nenhum elemento resistivo é usado.

[0045] Durante esta operação, o bloco de obtenção de medição 28 pode obter de maneira contínua as quantidades de medição em, Uin, Iot e Uout, etapa 33. Pode fazer isso através da recepção de medições de sensores associados conectados ao primeiro, ao segundo, ao terceiro e ao quarto terminal de medição MT1, MT2, MT3 e MT4. Em seguida, pode-se fornecer essas quantidades ao bloco de estimativa de energia depositada 30 que pode, por sua vez, determinar de maneira contínua a energia de entrada e a energia do transformador 10, que no exemplo dado aqui é a energia de entrada para o primeiro enrolamento 12 e a energia de saída do segundo enrolamento 14. O bloco de estimativa de energia depositada 30 pode determinar, mais particular-mente, a perda de energia Ploss como a diferença entre a energia de entrada e a energia de saída dos dois enrolamentos acoplados de maneira magnética de cada fase, etapa 34, por exemplo, para a equação (1) dada acima. Determina-se assim a perda de energia entre os terminais de medição onde a energia entra e os terminais de medição onde a energia sai do transformador.

[0046] Em seguida, a unidade de controle 26 e, no presente exemplo, o bloco de estimativa de energia depositada 30 podem receber uma indicação de que uma comutação de derivação é iminente, etapa 36, que nesse exemplo é feito através da recepção do sinal de controle de comutação de derivação TC_CTRL enviado de um controle de comutador de derivação unidade ao comutador de derivação para realizar uma comutação de derivação.

[0047] Esta indicação pode ser um gatilho para a estimativa da energia que é depositada nos elementos de impedância R1 e R2 do comutador de derivação 16 durante uma operação de comutação, isto é, quando o interruptor de desviador 22 do desviador 20 muda de for- ma gradual do primeiro P1 para a quarta posição P4.

[0048] Portanto, quando o sinal TC_CTRL é recebido, o bloco de estimativa de energia depositada 30 inicia a estimativa da energia depositada.

[0049] Nessa modalidade, a estimativa é realizada através da in tegração da perda de energia determinada de maneira contínua.

[0050] É possível que também a integração possa ser configurada para iniciar, acionada pela recepção do sinal TC_CTRL.

[0051] O bloco de estimativa de energia depositada 30 integra as sim a perda de energia, etapa 38. O bloco de estimativa de energia depositada 30 pode, além disso, ser configurado para realizar a integração dentro de um intervalo de tempo Tint. Esse intervalo de tempo Tint é definido em relação ao tempo de deposição de energia de duração de pico nominal acima descrito NPDT. É definido de tal forma que uma operação nominal de comutação de derivação será capaz de terminar enquanto, ao mesmo tempo, permite que uma falha seja claramente detectada. O intervalo de tempo deve exceder o tempo de deposição de energia de duração de pico nominal NPDT com margem suficiente. Pode, por exemplo, ser ajustado para 10 a 100 vezes o tempo de deposição de energia de duração de pico nominal NPDT. Como um exemplo, pode ser definido como sendo 25 vezes o NPDT. O intervalo de tempo define por quanto tempo essa integração continuará, desde que nenhuma falha seja detectada.

[0052] A integração pode, por exemplo, ser realizada de acordo com onde s é o resultado da integração, ts é o intervalo de tempo de amostragem, Tint a escala de tempo de integração e Ploss a perda de energia instantânea.

[0053] Os resultados de integração são também fornecidos ao blo co de avaliação de energia depositada 32. A operação do bloco de avaliação de energia depositada 32 também pode ser desencadeada pelo sinal TC_CTRL. Além disso, é um gatilho para o bloco de avaliação de energia depositada 32 começar a realizar uma comparação, cuja comparação será descrita em breve.

[0054] Pode-se observar através da equação (2) que o resultado de uma integração em um ponto no tempo é o resultado de integração de um ponto anterior no tempo mais uma perda de energia instantânea atual. Ploss vezes um tempo de amostragem ts menos o resultado de integração ponderado anterior, onde a média é ajustada para o tempo de integração mínimo invertido, Tint, em unidades do intervalo de tempo de amostragem ts.

[0055] No bloco 32 de avaliação de energia depositada, o valor integrado é, em seguida, comparado a um limite de falha FT, que é um limite de energia que é mais elevado do que a energia obtida pela operação de comutação no tempo de detecção nominal de pico NPDT e a operação de transformador de estado estacionário no resto do intervalo Tint, mas baixa o suficiente para detectar com segurança uma falha causada por uma operação prolongada de troca de derivação. O limite é, em seguida, ajustado para um nível que evita colocar em risco o transformador 10. A energia do "pulso" nominal pode ser determinada com o uso do conhecimento sobre os tamanhos do resistor, o tempo nominal de duração do pico NPDT, a carga atual, a relação de pontos de conexão adjacentes e a corrente de circulação mencionada anteriormente.

[0056] O bloco de avaliação de energia depositada 32 compara, portanto, a energia depositada estimada, na forma da perda de energia integrada, com o limite de falha FT e se a energia depositada estimada for superior ao limite FT, etapa 40, então, o transformador 10 é protegido, etapa 42. Isto pode ser feito através do bloco de avaliação de energia depositada 32 enviando um sinal de proteção TR_PROT para o circuito de proteção, o qual pode então desconectar o transformador 10 do sistema de transmissão de energia no qual é usado.

[0057] No entanto, se o limite não foi excedido, etapa 40, então, o bloco de avaliação de energia depositada 32 compara o tempo t que foi gasto na integração com o intervalo de tempo de integração Tint. Se isto tiver expirado, etapa 44, então o comutador de derivação está a funcionar satisfatoriamente e o bloco de avaliação de energia depositado 32 informa o bloco de estimativa de energia depositada 30, que por sua vez para a estimativa da energia depositada, etapa 46. Também é possível que a integração seja parou quando mesmo tempo.

[0058] No entanto, se o tempo de integração t ainda não atingiu o limite Tint, etapa 44, então, o bloco de avaliação de energia depositada 32 retorna e novamente investiga a energia depositada com o limite.

[0059] A operação é, em seguida, repetida com o bloco de avalia ção de energia depositada 32 comparando a energia depositada estimada com o limite de falha e comparando o tempo de integração com o período de integração até que o limite de falha seja excedido ou o tempo de integração atinja o intervalo de tempo Tint.

[0060] Assim, pode ser visto que é possível detectar um comuta dor de derivação com falha. Além disso, isso pode ser feito de maneira rápida, com o uso de um mínimo de hardware adicional e medindo as propriedades de transmissão de energia que já foram medidas no transformador. Através do uso da integração, as variações de carga são removidas e, assim, a energia depositada é mais facilmente detectada.

[0061] A invenção pode ser variada de várias maneiras. Uma ma neira pela qual pode ser variada é a obtenção das grandezas de medi- ção e a determinação da perda de energia. Isso foi descrito acima como sendo realizado de maneira contínua. Como alternativa, é possível que essas etapas sejam executadas apenas quando uma investigação da operação de troca de derivação for executada. Essas atividades podem, portanto, também ser acionadas pelo sinal TC_CTRL e terminadas no caso de expiração do intervalo de tempo Tint da detecção de falha.

[0062] Outra variação possível é que a energia depositada estima da é comparada a um limite de operação regular e que um alarme é gerado caso a energia estimada não atinja o limite de operação regular. Este limite pode ser ajustado para um nível de energia que corresponde à operação do comutador de derivação comum, ou seja, que corresponde a uma largura de "pulso" abaixo do tempo de deposição de energia de duração de pico nominal. A falha em atingir o limite de operação regular indicaria, portanto, que uma operação de troca de derivação ordenada não ocorre.

[0063] Outra variação possível é que também a integração seja realizada de maneira contínua. Neste caso, o valor de integração no momento da recepção do sinal TC_CTRL pode ser anotado e usado para ajustar o limite de falha.

[0064] O dispositivo de proteção, que pode ser fornecido em uma subestação, foi mostrado apenas que compreende uma unidade de controle. Deve ser entendido que o dispositivo de proteção pode, como alternativa, também compreender um número de outras unidades de controle para outra funcionalidade em tal subestação.

[0065] A unidade de controle pode ser realizada na forma de com ponentes discretos. No entanto, como foi mencionado acima, pode também ser implementado na forma de um processador com memória de programa acompanhante que compreende o código de programa de computador que executa a funcionalidade de controle desejada quando está sendo realizado no processador. Um produto de programa de computador que transporta este código pode ser fornecido como suporte de dados, como um ou mais discos de CD-ROM ou um ou mais cartões de memória contendo o código de programa de computador, que executa a funcionalidade de controle descrita acima quando carregada em uma unidade de controle de um conversor de fonte de tensão. Um desses portadores de dados na forma de um disco CD Rom 48 que transporta código de programa de computador 50 é mostrado na figura 6

[0066] A partir da discussão anterior é evidente que a presente invenção pode ser variada de várias maneiras. Consequentemente, deve-se compreender que a presente invenção é apenas limitada pelas seguintes reivindicações.

Claims (12)

1. Dispositivo de proteção (25) para a proteção de um transformador (10) compreendendo um comutador de derivação (16), o dito transformador (10) que tem pelo menos dois enrolamentos acoplados de maneira magnética (12, 14) aos terminais (MT1, MT2, MT3, MT4) nos quais a energia entra e sai do transformador, e o comutador de derivação (16) que compreende os elementos de impedância (R1, R2) e um interruptor (22) configurados para conectar de forma gradual os elementos de impedância quando comutar entre duas posições do comutador de derivação (P1, P4) durante uma operação de comutação de derivação, o dispositivo de proteção (25) caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade de controle (26) operativa para: obter as medições das propriedades de transmissão de energia (Iin, Uin, Iout, Uout) nos enrolamentos acoplados de maneira magnética; estimar a energia depositada nos elementos de impedância durante uma operação de comutação com base nas propriedades de transmissão de energia medidas; comparar a energia depositada estimada com um limite de falha; e proteger o transformador no caso do limite ser excedido, em que a unidade de controle (26) quando estimar a energia depositada opera ainda para determinar a perda de energia do transformador entre os terminais (MT1, MT2) onde a energia entra, e os terminais (MT3, MT4) onde a energia sai do transformador, e para integrar a perda de energia.

2. Dispositivo de proteção (25), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (26) ainda opera para obter uma indicação (TC_CTRL) de uma operação imi- nente de comutação de derivação e para iniciar a comparação da energia depositada estimada ao limite de falha no ponto no tempo no qual a indicação é obtida.

3. Dispositivo de proteção (25), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o comutador de derivação (16) tem um tempo de deposição de energia de duração de pico nominal (NPDT) e a unidade de controle (26) opera para estimar a energia depositada em um intervalo de tempo Tint que excede o tempo de deposição de energia de duração de pico nominal.

4. Dispositivo de proteção (25), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o intervalo de tempo Tint é de 10 a 100 vezes o tempo de deposição de energia de duração de pico nominal e, de preferência, 25 vezes o tempo de deposição de energia de duração de pico nominal.

5. Dispositivo de proteção (25), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (26) quando se integra, opera para utilizar a fórmula onde s é o resultado da integração, ts é o instante do tempo de amos-tragem, Ploss a perda de energia instantânea e Tint é a escala de tempo de integração.

6. Dispositivo de proteção (25), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (26) opera ainda para comparar a energia depositada estimada com um limite de operação regular e para indicar se a energia depositada estimada não está alcançando o limite de operação regular.

7. Dispositivo de proteção (25), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (26) está operando em tempo real durante a ope- ração do transformador.

8. Método para a proteção de um transformador (10) que compreende um comutador de derivação (16), o dito transformador que tem pelo menos dois enrolamentos acoplados de maneira magnética (12, 14) com terminais (MT1, MT2, MT3, MT4) nos quais a energia entra e sai do transformador e o comutador de derivação (16) que compreende os elementos de impedância (R1, R2) e um interruptor (22) configurados para conectar de forma gradual os elementos de im- pedância quando comutar entre duas posições do comutador de derivação (P1, P4) durante uma operação de comutação, o método sendo realizado em um dispositivo de proteção (25), caracterizado pelo fato de que compreende: obter (32) as medições das propriedades de transmissão de energia (Iin, Uin, Iout, Uout) nos enrolamentos acoplados de maneira magnética; estimar (34, 38, 46) a energia depositada nos elementos de impedância durante uma operação de comutação de derivação com base nas propriedades físicas medidas; comparar (40) a energia depositada estimada com um limite de falha; e proteger (42) o transformador no caso do limite ser excedido, em que a estimativa da energia depositada compreende de-terminar (34) a perda de energia do transformador entre os terminais (MT1, MT2) onde a energia entra, e os terminais (MT3, MT4) onde a energia deixa o transformador, e integrar (39) a perda de energia .

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a obtenção (36) de uma indicação (TC_CTRL) de uma operação iminente de comutação e a comparação da energia depositada estimada com o limite de falha é feita a partir do momento na qual a indicação é obtida.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o comutador de derivação tem um tempo nominal de deposição de energia de duração de pico (NPDT) e a estimativa da energia depositada é realizada em um intervalo de tempo que excede o tempo de deposição de energia de duração de pico nominal.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o tempo de integração Tint de 10 a 100 vezes o tempo de deposição de energia de duração de pico nominal e, de preferência, 25 vezes o tempo de duração de pico nominal (NPDT).

12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, ca-racterizado pelo fato de que a integração é realizada com o uso de: em que s é o resultado da integração, ts é o instante do tempo de amostragem, Ploss a perda de energia instantânea e Tint a escala de tempo de integração.