PT1855366E

PT1855366E - Disposição e processo para a compensação de uma corrente de fuga durante uma fuga à terra

Info

Publication number: PT1855366E
Application number: PT07009431T
Authority: PT
Inventors: Helge Schaefer; Paul-Dieter Gorgas; Dietrich Stade; Stefan Dorendorf; Uwe Ventzke; Hermann Pietzsch; Steffen Prinz; Peter Ulrich
Original assignee: Kleinknecht Gmbh & Co Kg H; E On Edis Ag; Kema Iev
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2010-08-05
Also published as: DK1855366T3; EP1855366B1; DE502007003820D1; PL1855366T3; DE102007049667A1; DE102007006719A1; ATE468645T1; EP1855366A3; ES2346473T3; DE102007049667B4; EP1855366A2; DE102006021888B3; DE202007019253U1

Description

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DESCRIÇÃO "DISPOSIÇÃO E PROCESSO PARA A COMPENSAÇÃO DE UMA CORRENTE DE FUGA DURANTE UMA FUGA À TERRA" A presente invenção refere-se a uma disposição e a um processo para a compensação de uma corrente de fuga unipolar durante uma fuga à terra numa rede de corrente trifásica de freguência aleatória.

As redes de corrente trifásica públicas e industriais, nomeadamente redes de média tensão trifásicas compreendidas no intervalo de 1 kV a 30 kV e as redes de alta tensão com tensões nominais inferiores/iguais a 110 kV, gue servem para o abastecimento regional, predominantemente são operadas com um ponto neutro de ligação à terra de ressonância. O que significa, que o ponto neutro no lado da média tensão de um transformador de alimentação ou o ponto neutro de um formador de pontos neutros está conectado a um ponto de ligação à terra através de uma bobina de escoamento variável. Quando uma rede de média tensão concebida do referido modo apresenta uma fuga à terra num dos três condutores, este estado de anomalia no âmbito da fiabilidade de abastecimento não deverá conduzir à desconexão imediata do condutor com anomalia. A corrente de fuga capacitiva que flui durante uma fuga à terra é condicionada através das capacidades de terra da rede de média tensão. As capacidades surgem igualmente entre os condutores entre si, sendo que no entanto a respectiva contribuição para a ocorrência de uma corrente de fuga no caso de uma fuga à terra unipolar é irrelevante. No caso de uma fuga à terra num condutor a capacidade de terra do referido condutor entra em curto-circuito, enquanto as 2 tensões nas capacidades de terra dos dois outros condutores, não afectados pela fuga à terra são aumentadas pelo factor V3 e a corrente de fuga capacitiva flui nos dois outros condutores. A bobina de escoamento está afinada, de modo a compensar a referida corrente de fuga capacitiva através de uma corrente indutiva no ponto de fuga à terra. Contudo isto apenas é aplicável em caso de frequência de rede, uma frequência básica de no máximo 50 Hz, para a qual está afinada a bobina de escoamento. A utilização multiplicada de instalações alimentadas por conversores de corrente e de aparelhos com conversores de corrente continua em domínios domésticos e em domínios industriais conduz a realimentações de rede, que entre outros se traduzem em distorções harmónicas da tensão de rede. Nomeadamente neste caso ocorrem componentes de frequência da quinta e da sétima harmónica da frequência básica (250 Hz e 350 Hz) . Os referidos componentes de frequência harmónicos da tensão de rede contribuem para uma parte relevante das correntes de fuga que fluem durante fugas à terra, sobretudo considerando que nos últimos anos as redes de média tensão têm vindo a ser cada vez mais concebidas como redes de cabos e vindo a decrescer a quantidade de linhas aéreas e que a capacidade de terra de um cabo de igual comprimento é aproximadamente vinte a quarenta vezes maior, do que aquela de uma linha aérea. A quantidade dos referidos componentes de frequência diferentes da frequência básica na corrente de fuga não pode ser compensada com a bobina de escoamento, considerando que a respectiva ressonância está afinada, de modo a compensar apenas o componente de 50 Hz. As referidas circunstâncias têm como consequência o aumento da corrente de fuga persistente no ponto de fuga à terra sendo que na área de fuga à terra podem ocorrer tensões perigosas 3 (tensões de contacto e saltos de tensão), que constituem uma ameaça à vida e à saúde do Homem e dos animais. Na DE 195 25 417 C2 é divulgada uma solução para a compensação de componentes óhmicos da corrente de fuga no caso de uma fuga à terra através de um elemento de reactância passivo, comandado. No entanto os componentes de frequência desviados da frequência básica não são considerados. Da AT 11 35 89, da US 1 983 085 e da GB 279 841 são conhecidas disposições, nas quais correntes de fuga à terra são compensadas através de filtros passivos, que estão conectados em série ou em paralelo relativamente à bobina de escoamento. Neste caso são igualmente compensados componentes harmónicos das correntes de fuga à terra. Na DE 198 27 755 AI é descrita uma disposição, na qual um filtro híbrido, constituído por um filtro passivo e por um filtro activo, está conectado entre a rede de tensão alternada e terra, sendo que os componentes harmónicos mais elevados são suprimidos pelo filtro activo. Da publicação WINTER, Klaus M.: Swedish Distribution Networks - a New Method for Earthfault Protection in Cable - and Overhead Systems. Em: Proceedings of the Fifth International Conference on Developments in Power System Protection - DPSP'93 York/UK, IEE Conference Publication N.°368, págs. 268-270 e da publicação KRÃMER, Stephan; SCHMIDT, Rainer; WINTER, Klaus: Erdschluss-Vollschutzanlage fur das 110-kV-Bahn-stromnetz. Em: Elektrische Bahnen, H.8; 2003, págs. 353-362 respectivamente são conhecidas disposições, nas quais uma corrente de compensação com um enrolamento auxiliar é alimentada na bobina de escoamento.

Da DE 630 751 C é conhecido um dispositivo para a compensação da corrente de fuga à terra numa rede eléctrica de corrente trifásica com três condutores, no qual um ponto 4 neutro num formador de pontos neutros através de um dispositivo de extinção de passagem à terra constituído por indutâncias está conectado a um ponto de ligação à terra, sendo que estão previstos três comutadores, que podem conectar contra terra um condutor atingido pela fuga à terra através de um circuito filtrante para a compensação de harmónicas mais elevadas de uma frequência básica.

Por conseguinte a presente invenção tem por objectivo divulgar uma disposição melhorada e um processo para a detecção automática e para a compensação de uma corrente de fuga durante uma fuga à terra. 0 referido objectivo de acordo com a presente invenção é alcançado através de uma disposição com as características da reivindicação 1 e através de um processo com as características das reivindicações 12 a 15.

As demais formas de realização vantajosas da presente invenção são objecto das reivindicações dependentes. A disposição de acordo com a presente invenção apresenta uma rede eléctrica de corrente trifásica com três condutores. No caso da referida rede de corrente trifásica trata-se particularmente de uma rede de média tensão, que é alimentada com uma tensão de rede a partir de uma rede de alta tensão com um transformador de alimentação. 0 transformador de alimentação apresenta um lado secundário, nomeadamente um lado de média tensão com um ponto neutro, que está conectado a um ponto de ligação à terra através de uma bobina de escoamento. Alternativamente a bobina de escoamento pode igualmente estar conectada através de um formador de pontos neutros. Em termos gerais o ponto de 5 ligação à terra é um sistema de ligação à terra. A bobina de escoamento pode ser variável relativamente à respectiva indutância. Além disso está previsto um dispositivo para uma compensação pelo menos parcial de pelo menos um dos componentes de frequência desviado da frequência básica da tensão de rede na sequência de uma corrente de fuga devida a uma fuga à terra unipolar. 0 dispositivo compreende pelo menos três comutadores. Cada um dos condutores está conectado a pelo menos um dos comutadores. Os comutadores estão conectados a um circuito filtrante ou constituem parte integrante do circuito filtrante em si, que por sua vez está conectado a um ponto de ligação à terra. 0 circuito filtrante está concebido como conversor de corrente. Vantajosamente o dispositivo está disposto na proximidade do transformador de alimentação. Nomeadamente no caso da utilização de um circuito filtrante passivo os condutores Ll, L2, e L3 estão conectados a um comutador respectivamente. Os comutadores estão conectados ao circuito filtrante e este por sua vez ao ponto de ligação à terra, de modo que é gerada uma conexão em série de cada condutor através do comutador e do circuito filtrante até ao ponto de ligação à terra. Deste modo durante uma fuga à terra que ocorre apenas num dos três condutores aleatórios Ll, L2 ou L3 apenas é necessário um circuito filtrante comum, independentemente do facto, de qual dos condutores Ll, L2 ou L3 é atingido. Deste modo através da utilização de apenas um circuito filtrante, que opcionalmente pode ser conectado a todos os condutores Ll, L2 e L3, é possível reduzir significativamente os custos do dispositivo. Acresce que deve ser utilizado nomeadamente um comutador de potência tripolar, que é conectável de forma unipolar, de modo a assegurar, que apenas é desconectado um dos pólos de comutação neste contidos. Um comutador de potência tripolar 6 da referida natureza contém três comutadores (igualmente designados por pólos de comutação), que podem ser conectados independentemente uns dos outros. 0 comutador pode ser accionado manualmente, contudo preferencialmente é accionado automaticamente. Para isso é utilizado um dispositivo de detecção de passagem à terra, por exemplo um relé de indicação de passagem à terra, que detecta o condutor Ll, L2 ou L3 atingido pela fuga à terra e consequentemente desconecta o comutador entre o condutor atingido e o circuito filtrante. Deste modo, num ponto de fuga à terra, no qual um condutor apresenta uma conexão condutiva à terra, o componente da corrente de fuga desviado da frequência básica pode ser reduzido de tal modo, que um eventual arco eléctrico é extinto, que sem a compensação do componente de frequência desviado da frequência básica seria mantido. Deste modo são igualmente prevenidos uma tensão de contacto ou um salto de tensão demasiado elevados na área da fuga à terra, que constituem potenciais ameaças à vida e à saúde do Homem e dos animais. A utilização do referido dispositivo e do referido processo é igualmente aplicável a redes de alta tensão e a redes de baixa tensão.

Em principio a rede de corrente trifásica em vez de ser operada com ponto neutro de ligação à terra de ressonância pode igualmente ser operada com um ponto neutro isolado. A disposição de acordo com a presente invenção eventualmente pode igualmente auxiliar ou assumir totalmente a tarefa da bobina de escoamento. Quando por exemplo é detectada e desconectada uma secção da rede de corrente trifásica com uma fuga à terra, consequentemente altera-se a capacidade de terra da rede de corrente trifásica, de modo que a bobina de escoamento tem de ser reajustada. 0 referido 7 procedimento pode demorar algum tempo (vários minutos). Quando no referido espaço de tempo ocorre outra fuga à terra na restante rede de corrente trifásica, no ponto de fuga ocorrem correntes de fuga bastante elevadas na frequência básica devido à bobina de escoamento ainda não reajustada à capacidade de terra. Contudo em vez disso a compensação pode ser auxiliada ou assumida pelo circuito filtrante concebido como conversor de corrente. Mesmo nos casos, em que por exemplo durante uma fuga à terra na sequência de uma determinação de posição errada erroneamente é desconectada uma saída isenta de fuga, a potência de compensação agora alterada, que não é ou não pode ser disponibilizada a curto prazo através da bobina de escoamento, pode ser assumida pelo circuito filtrante. 0 componente de frequência a compensar preferencialmente é uma harmónica da frequência básica, mais particularmente da quinta ou da sétima harmónica, considerando que a respectiva quantidade de corrente de fuga é particularmente elevada. Por exemplo no caso de uma frequência básica de 50 Hz, conforme é habitual na Europa e em grande parte do mundo, a quinta harmónica corresponde a 250 Hz e a sétima harmónica corresponde a 350 Hz Preferencialmente o circuito filtrante está ajustado à harmónica dominante na corrente de fuga, de modo que a referida harmónica no circuito filtrante possa ser amplamente curto-circuitada a terra e por conseguinte ser amplamente compensada no ponto de fuga à terra. Contudo o circuito filtrante pode igualmente ser multifrequência, de modo que os componentes de frequência da corrente de fuga são compensados numa banda de frequências. A título de exemplo a banda de frequências através da construção do circuito filtrante pode ser concebida, de modo a serem os componentes de frequência no intervalo de 220 Hz a 380 Hz e por conseguinte tanto a quinta harmónica como a sétima harmónica.

Numa forma de realização preferida o dispositivo apresenta pelo menos um conversor de corrente, que está conectado a uma unidade de comando, que detecta a corrente de fuga. A unidade de comando assume as tarefas de comando e de regulação.

Neste caso o conversor de corrente é comandado e/ou regulado, de modo a gerar uma corrente, cuja frequência e posição de fase compensam pelo menos parcialmente a corrente de fuga durante uma fuga à terra unipolar. Para isso os componentes desviados da frequência básica são gerados e alimentados em oposição à corrente de fuga, sendo que a corrente oposta apresenta aproximadamente a mesma grandeza que a corrente de fuga. 0 conversor de corrente pode ser conectado em série relativamente à bobina de escoamento. Alternativamente o conversor de corrente pode ser conectado em paralelo relativamente à bobina de escoamento.

No circuito filtrante concebido como conversor de corrente os comutadores são parte integrante do circuito filtrante. O circuito filtrante activo concebido do referido modo em princípio é mais flexivelmente adaptável a uma topologia alterada da rede de corrente trifásica do que um circuito filtrante passivo.

Os comutadores são concebidos como comutadores electronicamente comandáveis, por exemplo como elementos 9 semi-condutores, tais como IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transístor). Os referidos comutadores apresentam a vantagem de tempos de comutação mais rápidos quando comparados com comutadores pólos de comutação convencionais. Um fluxo de corrente que compensa pelo menos parcialmente a corrente de fuga no ponto de fuga à terra neste caso preferencialmente é gerado através de uma conexão pulsada, comandada de fontes de tensão contínua no trajecto da corrente do circuito filtrante. Um circuito filtrante activo reage mais rapidamente do que uma bobina variável perante alterações da capacidade de terra da rede de corrente trifásica, a qual pode gerar o aumento da corrente de fuga no ponto de fuga à terra. Isto sucede por exemplo quando, no caso de uma fuga à terra detectada numa rede de corrente trifásica ramificada a fuga à terra é localizada numa ramificação errada e consequentemente a referida ramificação é desconectada, enquanto a ramificação atingida pela fuga à terra permanece sob tensão.

Preferencialmente o dispositivo compreende um circuito oscilante paralelo conectado em série relativamente à bobina de escoamento. Deste modo gera-se um filtro multifrequência, que com uma bobina de escoamento eventualmente adaptada ou modificada compensa tanto a corrente de fuga da frequência básica como também o componente de frequência desviado da frequência básica no caso de uma fuga à terra. 0 circuito oscilante paralelo pode conter componentes ajustáveis, como por exemplo bobinas e/ou condensadores ajustáveis, para permitir a respectiva afinação relativamente às capacidades de terra existentes e eventualmente variáveis na rede de corrente trifásica. 10

Preferencialmente o circuito filtrante é concebido como um circuito filtrante multifrequência, de modo que perante pelo menos uma primeira frequência actua como circuito de absorção e perante pelo menos uma segunda frequência actua como circuito de supressão. Na respectiva função enquanto circuito de absorção curto-circuita componentes de corrente na primeira frequência até ao ponto de ligação à terra enquanto na respectiva função enquanto circuito de supressão suprime um fluxo de corrente até ao ponto de ligação à terra na segunda frequência. Deste modo previne-se, que um fluxo de corrente na referida segunda frequência seja gerado através de um ponto de fuga à terra, de modo a não ocorrerem tensões de contacto e saltos de tensão indesejados adicionais no ponto de fuga à terra. O componente de frequência a compensar na primeira frequência preferencialmente é uma harmónica da frequência básica, nomeadamente a quinta ou a sétima harmónica, considerando que a respectiva quantidade de corrente de fuga é particularmente elevada. Por exemplo no caso de uma frequência básica de 50 Hz, conforme é habitual na Europa e em grande parte do mundo, a quinta harmónica corresponde a 250 Hz e a sétima harmónica corresponde a 350 Hz. A segunda frequência, na qual um fluxo de corrente é suprimido através do circuito filtrante, preferencialmente é a frequência básica da rede de corrente trifásica. O comportamento desejado do circuito filtrante no caso de um circuito filtrante passivo preferencialmente é alcançado pelo facto de serem atribuídas pelo menos duas bobinas e um condensador, particularmente, de modo que uma das bobinas relativamente a uma conexão em paralelo a outra bobina e ao 11 condensador é conectada em série. As indutâncias das bobinas e a capacidade do condensador neste caso são seleccionados, de modo a gerar um comportamento de absorção pelo menos na primeira frequência e um comportamento de supressão na segunda frequência. Um circuito filtrante multifrequência no entanto preferencialmente é concebido de forma activa como conversor de corrente, considerando que neste para a compensação de vários componentes de frequência diferentes apenas têm de ser adaptado o comando, enquanto num circuito filtrante passivo eventualmente são necessários outros ou mais componentes. 0 circuito filtrante concebido como conversor de corrente pode igualmente ser utilizado, quando não existe qualquer fuga à terra em qualquer dos condutores, nomeadamente, de modo que flui uma corrente, que condiciona ou reduz a valores predeterminados potências reactivas existentes na rede de corrente trifásica, tais como por exemplo deformações da tensão de alimentação (distorções, assimetrias, quebras, etc.) ou tensões reactivas desfasadas.

Os exemplos de realização da presente invenção em seguida são mais detalhadamente explicados com base nas figuras.

Em que:

Figura 1 apresenta uma disposição para a compensação de uma corrente de fuga num ponto de fuga à terra no caso de uma fuga à terra unipolar numa rede de corrente trifásica com um circuito filtrante;

Figura 2 apresenta uma disposição para a compensação de uma corrente de fuga num ponto de fuga à terra no 12 caso de uma fuga à terra unipolar numa rede de corrente trifásica com um circuito filtrante multifrequência;

Figura 3 apresenta uma disposição para a compensação de uma corrente de fuga num ponto de fuga à terra no caso de uma fuga à terra unipolar numa rede de corrente trifásica com um circuito filtrante concebido como conversor de corrente;

Figura 4 apresenta uma forma de realização de um conversor de corrente, e;

Figura 5 apresenta uma forma de realização adicional de um conversor de corrente.

Os componentes correspondentes em todas as figuras estão assinalados com a mesma referência. A Figura 1 apresenta uma disposição para a compensação de uma corrente de fuga durante uma fuga à terra unipolar E. Uma rede de corrente trifásica 1 com os condutores Ll, L2 e L3 é realizada como rede de média tensão com linhas aéreas ou cabos subterrâneos. A tensão da rede de corrente trifásica 1 é de 20 kV com uma frequência básica de 50 Hz e é alimentada através de um transformador de alimentação 2, que com um lado de alta tensão H está conectado a uma rede de alta tensão não apresentada e com um lado de média tensão M está conectado à rede de corrente trifásica 1. Um ponto neutro 3 do transformador de alimentação 2 localizado no lado de média tensão M está ligado à terra através de uma bobina de escoamento 4, ou seja conectado com um ponto de ligação à terra 5.1. No caso do ponto de ligação à terra 13 5.1 habitualmente trata-se de um sistema de ligação à terra, em que é estabelecido um contacto de grande superfície à terra. Considerando que a bobina de escoamento 4 é um meio de funcionamento real e não ideal, não apresenta apenas uma indutância 4.L, mas igualmente uma resistência óhmica 4.R. Os condutores Ll, L2 e L3 da rede de corrente trifásica 1 respectivamente apresentam uma capacidade de terra CL1, CL2 e CL3, cuja grandeza aumenta à medida que aumenta o comprimento da rede de corrente trifásica 1 ou com a respectiva expansão superficial. As capacidades de terra CL1, CL2 e CL3 indicadas representam a interconexão dos condutores Ll, L2 e L3 com terra. No caso de utilização de cabos subterrâneos a capacidade de terra CL1, CL2 e CL3 perante o mesmo comprimento é aproximadamente 20... 40 vezes maior do que no caso das linhas aéreas. No exemplo de realização apresentado ocorre uma fuga à terra E no condutor L3, por exemplo sob a forma de um arco eléctrico do condutor L3 até um ponto de ligação à terra 5.2. A fuga à terra E pode ocorrer na proximidade do transformador de alimentação 2 ou numa área aleatória da rede de corrente trifásica 1. A capacidade de terra CL3 do condutor L3 neste caso é curto-circuitada a terra e por conseguinte 0. Neste caso as tensões nas capacidades de terra CL1 e CL2 respectivamente aumentam pelo factor V3. Através da fuga à terra E no ponto de fuga à terra por isso flui um componente de corrente de fuga capacitivo. Quando a tensão de rede não apresenta qualquer distorção, ou seja quando é aproximadamente idealmente sinusoidal, o referido componente de corrente de fuga capacitivo é compensado pela bobina de escoamento 4. No ponto de fuga à terra apenas permanece uma corrente residual, constituída por um componente de corrente activa e um componente de corrente reactiva. O componente de corrente reactiva é gerado por 14 uma afinação não exacta de um circuito oscilante formado a partir da bobina de escoamento 4 e das capacidades de terra CL1, CL2. 0 componente de corrente activa resulta igualmente das perdas óhmicas da bobina de escoamento 4. Contudo a tensão de rede em redes de corrente trifásica na sequência da utilização de aparelhos equipados com conversores modernos de corrente continua e instalações alimentadas por conversores de corrente em dominios domésticos e em dominios industriais não é idealmente sinusoidal, contendo componentes de frequência harmónicos da frequência básica, nomeadamente da quinta e da sétima harmónica da frequência básica, ou seja componentes harmónicos com frequências de 250 Hz e 350 Hz. Os componentes harmónicos que ocorrem em redes de corrente trifásica 1 com uma tensão de rede distorcida do referido modo no caso de uma fuga à terra E constituem uma parte relevante do valor efectivo da corrente de fuga total (também designada por corrente residual). Os referidos componentes harmónicos da corrente de fuga não podem ser compensados pela bobina de escoamento 4, considerando que esta apenas está afinada para a frequência básica e por conseguinte aumentam a corrente residual. Para compensar os referidos componentes harmónicos da corrente de fuga no ponto de fuga à terra existe um circuito filtrante 6, que pode ser concebido como um circuito oscilante em série. Cada condutor Ll, L2, L3 está conectado a um comutador 7.L1, 7.L2, 7.L3 com o circuito filtrante 6, que por sua vez está conectado ao ponto de ligação à terra 5.3, que pode ser idêntico ao ponto de ligação à terra 5.1. No caso de uma fuga à terra E no condutor L3 o comutador 7.L3 é desconectado e a corrente de fuga do componente de frequência harmónico curto-circuitada contra terra no circuito filtrante afinado para a referida frequência, de 15 modo que é reduzido no ponto de fuga à terra E. Um arco eléctrico eventualmente existente é extinto e qualquer tensão de contacto e salto de tensão na área de fuga à terra cai abaixo de um valor, que constitui uma ameaça para a vida e a para a saúde do Homem e dos animais. Para isso o circuito filtrante 6 é afinado para a harmónica dominante, geralmente a quinta harmónica da corrente de fuga. Contudo o circuito filtrante 6 pode igualmente ser multifrequência, de modo que componentes de frequência da corrente de fuga são compensados numa banda de frequências. A titulo de exemplo a banda de frequências através da construção do circuito filtrante pode ser concebida, de modo a serem compensados os componentes de frequência no intervalo de 220 Hz a 380 Hz e por conseguinte tanto a quinta harmónica como a sétima harmónica. Os comutadores 7.L1, 7.L2, 7.L3 podem ser operados manualmente ou preferencialmente automaticamente. Para isso pode ser utilizado um dispositivo de detecção de passagem à terra não apresentado, que detecta a fuga à terra e desconecta o comutador 7.L3 entre o condutor L3 atingido e o circuito filtrante. A detecção da fuga à terra E pode ser realizada, por exemplo, através da medição dos valores efectivos das tensões dos condutores Ll, L2, L3 relativamente a terra. No funcionamento isento de anomalias as referidas tensões são aproximadamente iguais, mas apresentam um desfasamento de 2π/3. Contudo no caso de uma fuga à terra E a tensão do condutor L3 atingido relativamente a terra é zero e a tensão dos outros condutores Ll, L2 aumenta pelo factor V3. Deste modo o dispositivo de detecção de passagem à terra pode identificar o condutor Ll, L2 ou L3 atingido respectivamente e desconectar o respectivo comutador 7.L1, 7.L2, 7.L3. 16 A Figura 2 apresenta uma disposição para a compensação de uma corrente de fuga durante uma fuga à terra unipolar E. Uma rede de corrente trifásica 1 com os condutores Ll, L2 e L3 é realizada como rede de média tensão com linhas aéreas ou cabos subterrâneos. A tensão da rede de corrente trifásica 1 é de 20 kV com uma frequência básica de 50 Hz e é alimentada através de um transformador de alimentação 2, que com um lado de alta tensão H está conectado a uma rede de alta tensão não apresentada e com um lado de média tensão M está conectado à rede de corrente trifásica 1. Um ponto neutro 3 do transformador de alimentação 2 localizado no lado de média tensão M está ligado à terra através de uma bobina de escoamento 4, ou seja conectado com um ponto de ligação à terra 5.1. No caso do ponto de ligação à terra 5.1 habitualmente trata-se de um sistema de ligação à terra, em que é estabelecido um contacto de grande superfície à terra. Considerando que a bobina de escoamento 4 é um meio de funcionamento real e não ideal, não apresenta apenas uma indutância 4.L, mas igualmente uma resistência óhmica 4.R. Os condutores Ll, L2 e L3 da rede de corrente trifásica 1 respectivamente apresentam uma capacidade de terra CL1, CL2 e CL3, cuja grandeza aumenta à medida que aumenta o comprimento da rede de corrente trifásica 1 ou com a respectiva expansão superficial. As capacidades de terra CL1, CL2 e CL3 indicadas representam a interconexão dos condutores Ll, L2 e L3 com terra. No caso de utilização de cabos subterrâneos a capacidade de terra CL1, CL2 e CL3 perante o mesmo comprimento é aproximadamente 2 0... 4 0 vezes maior do que no caso das linhas aéreas. No exemplo de realização apresentado ocorre uma fuga à terra E no condutor L3, por exemplo sob a forma de um arco eléctrico do condutor L3 até um ponto de ligação à terra 5.2. A fuga à terra E pode ocorrer na proximidade 17 do transformador de alimentação 2 ou numa área aleatória da rede de corrente trifásica 1. A capacidade de terra CL3 do condutor L3 neste caso é curto-circuitada a terra e por conseguinte 0. Neste caso as tensões nas capacidades de terra CL1 e CL2 respectivamente aumentam pelo factor V3. Através da fuga à terra E no ponto de fuga à terra por isso flui um componente de corrente de fuga capacitivo. Quando a tensão de rede não apresenta qualquer distorção, ou seja quando é aproximadamente idealmente sinusoidal, o referido componente de corrente de fuga capacitivo é compensado pela bobina de escoamento 4. No ponto de fuga à terra apenas permanece uma corrente residual, constituída por um componente de corrente activa e um componente de corrente reactiva. 0 componente de corrente reactiva é gerado por uma afinação não exacta de um circuito oscilante formado a partir da bobina de escoamento 4 e das capacidades de terra CLl, CL2. 0 componente de corrente activa resulta igualmente das perdas óhmicas da bobina de escoamento 4. Contudo a tensão de rede em redes de corrente trifásica na sequência da utilização de aparelhos equipados com conversores modernos de corrente contínua e instalações alimentadas por conversores de corrente em domínios domésticos e em domínios industriais não é idealmente sinusoidal, contendo componentes de frequência harmónicos da frequência básica, nomeadamente da quinta e da sétima harmónica da frequência básica, ou seja componentes harmónicos com frequências de 250 Hz e 350 Hz. Os componentes harmónicos que ocorrem em redes de corrente trifásica 1 com uma tensão de rede distorcida do referido modo no caso de uma fuga à terra E constituem uma parte relevante do valor efectivo da corrente de fuga total (também designada por corrente residual). Os referidos componentes harmónicos da corrente de fuga não podem ser 18 compensados pela bobina de escoamento 4, considerando que esta apenas está afinada para a frequência básica e por conseguinte aumentam a corrente residual. Para compensar os referidos componentes harmónicos da corrente de fuga no ponto de fuga à terra existe um circuito filtrante 6, que pode ser concebido como um circuito oscilante em série. Cada condutor Ll, L2, L3 está conectado a um comutador 7.L1, 7.L2, 7.L3 com o circuito filtrante 6, que por sua vez está conectado ao ponto de ligação à terra 5.3, que pode ser idêntico ao ponto de ligação à terra 5.1. No caso de uma fuga à terra E no condutor L3 o comutador 7.L3 é desconectado e a corrente de fuga do componente de frequência harmónico curto-circuitada contra terra no circuito filtrante afinado para a referida frequência, de modo que é reduzido no ponto de fuga à terra E. Um arco eléctrico eventualmente existente é extinto e qualquer tensão de contacto e salto de tensão na área de fuga à terra cai abaixo de um valor, que constitui uma ameaça para a vida e a para a saúde do Homem e dos animais. Para isso o circuito filtrante 6 é afinado para a harmónica dominante, geralmente a quinta harmónica da corrente de fuga. Contudo o circuito filtrante 6 pode igualmente ser multifrequência, de modo que componentes de frequência da corrente de fuga são compensados numa banda de frequências. A titulo de exemplo a banda de frequências através da construção do circuito filtrante pode ser concebida, de modo a serem compensados os componentes de frequência no intervalo de 220 Hz a 380 Hz e por conseguinte tanto a quinta harmónica como a sétima harmónica. Os comutadores 7.L1, 7.L2, 7.L3 podem ser operados manualmente ou preferencialmente automaticamente. Para isso pode ser utilizado um dispositivo de detecção de passagem à terra não apresentado, que detecta a fuga à terra e desconecta o 19 comutador 7.L3 entre o condutor L3 atingido e o circuito filtrante. A detecção da fuga à terra E pode ser realizada, por exemplo, através da medição dos valores efectivos das tensões dos condutores Ll, L2, L3 relativamente a terra. No funcionamento isento de anomalias as referidas tensões são aproximadamente iguais, mas apresentam um desfasamento de 2π/3. Contudo no caso de uma fuga à terra E a tensão do condutor L3 atingido relativamente a terra é zero e a tensão dos outros condutores Ll, L2 aumenta pelo factor V3. Deste modo o dispositivo de detecção de passagem à terra pode identificar o condutor Ll, L2 ou L3 atingido respectivamente e desconectar o respectivo comutador 7.L1, 7. L2, 7.L3. Os comutadores 7.L1, 7.L2, 7.L3 podem ser concebidos como comutadores mecânicos ou electrónicos. 0 circuito filtrante 6 é constituído por duas bobinas Dl, D2 e um condensador Cl, de modo que para as potenciais harmónicas de corrente é gerado um comportamento de circuito de absorção (circuito oscilante em série formado por Dl e conexão em paralelo de Cl e D2) e para a frequência básica um comportamento de supressão (circuito oscilante em paralelo formado por Cl e D2), de modo que as harmónicas de corrente mais elevadas são desviadas após o ponto de ligação à terra 5.3 e um fluxo de corrente na frequência básica através do circuito filtrante é suprimido. A Figura 3 apresenta uma forma de realização, na qual o circuito filtrante 6 é concebido como conversor de corrente 8. Neste caso os comutadores 7.L1, 7.L2, 7.L3 são parte integrante do circuito filtrante 6 ou do conversor de corrente 8. Preferencialmente os comutadores são concebidos como comutadores electrónicos, por exemplo como componentes 20 semi-condutores tais como IGBTs. O conversor de corrente compreende três fontes de tensão 10 com tensão e/ou frequência comandável e/ou regulável, que através do accionamento correspondente dos comutadores 7.L1, 7.L2, 7.L3 atribuem ao condutor Ll, L2, L3 atingido um fluxo de corrente que compensa pelo menos parcialmente a corrente de fuga no ponto de fuga à terra E, e que no ponto de fuga à terra é oposto à corrente de fuga. Para isso o conversor de corrente 8 pode ser concebido como circuito filtrante multifrequência, para compensar a corrente de fuga à terra em várias frequências, nomeadamente harmónicas da frequência básica. Quando não existe qualquer fuga à terra em qualquer dos condutores Ll, L2, L3, o conversor de corrente 8 pode ser comandado, de modo que flui uma corrente, que condiciona ou reduz a valores predeterminados potências reactivas existentes na rede de corrente trifásica 1, tais como por exemplo deformações da tensão de alimentação (distorções, assimetrias, quebras, etc.) ou tensões reactivas desfasadas. A representação do conversor de corrente 8 na figura é uma representação de principio. As formas de realização concretas são apresentadas nas figuras 4 e 5. A Figura 4 apresenta uma forma de realização do conversor de corrente 8 apresentado na figura 3.

Os comutadores 7.L1, 7.L2, 7.L3 podem igualmente ser concebidos como comutadores electrónicos nos exemplos de realização apresentados nas figuras 1 e 2. Uma fonte de tensão 10 é concebida como rectificador trifásico, que é alimentado a partir de uma rede trifásica. Neste caso pode tratar-se de uma rede de corrente trifásica 1 ou de outra rede. É igualmente possível uma alimentação bifásica. Para 21 cada um dos condutores Ll, L2, L3 estão previstos quatro comutadores 7.L1.1-4, 7,L2.1-4, 7.L3.1-4, conectados como ponte de Graetz. Quando por exemplo é detectada uma fuga à terra no condutor Ll, os comutadores 7.L1.1-4 são conectados, de modo a atribuir um fluxo de corrente que compensa pelo menos parcialmente uma corrente de fuga à terra ao condutor Ll (a título de exemplo através de modulação de impulsos em frequência ou uma tensão variável da fonte de tensão 10) . Quando se pretende atribuir por exemplo uma corrente positiva ao condutor Ll, os comutadores 7.L1.3 e 7.L1.2 têm de ser simultaneamente desconectados. No caso de uma corrente negativa correspondentemente serão os comutadores 7.L1.1 e 7.L1.4. Convenientemente isto é aplicável aos comutadores 7.L2.1-4 e 7.L3.1-4 atribuídos aos condutores L2 e L3. Entre os comutadores 7.L1.1-4, 7,L2.1-4, 7.L3.1-4 e os condutores Ll, L2, L3 respectivamente pode estar previsto um transformador, considerando que os comutadores 7.L1.1-4, 7,L2.1-4, 7.L3.1-4 concebidos como componentes semicondutores apenas suportam tensões de bloqueio limitadas. A Figura 5 apresenta uma forma de realização adicional do conversor de corrente 8. Assim é gerada uma tensão contínua através dos condensadores Cl e C2 por meio de uma conexão comandada dos comutadores 7.L1.1, 7.L1.2, 7.L2.1, 7.L2.2, 7.L3.1; 7.L3.2 e por conseguinte a rectificação da tensão alternada e o abastecimento dos condensadores Cl e C2. No caso de uma fuga à terra a tensão contínua é atribuída (por exemplo através da modulação de impulsos em frequência) ao condutor atingido Ll, L2, L3 de forma pulsada, por exemplo sendo que no caso de uma fuga à terra no condutor Ll os comutadores 7.L1.1, 7.L1.2, 7.L.1, 7.L.2 são correspondentemente comandados. A bobina Dl serve para a 22 protecção dos comutadores electrónicos 7.L1.1, 7.L1.2, 7.L2.1, 7.L2.2, 7.L3.1; 7.L3.2, 7.L.1, 7.L.2. 0 dispositivo pode igualmente compreender um conversor de corrente 8, que é conectado em série relativamente à bobina de escoamento 4. Para a respectiva função é irrelevante se se encontra entre a bobina de escoamento 4 e o ponto de ligação à terra 5.1 ou entre a bobina de escoamento 4 e o ponto neutro 3. Uma unidade de comando não apresentada, conectada ao conversor de corrente 8 detecta a fuga à terra E e comanda e/ou regula o conversor de corrente 8 no caso de ocorrência de uma fuga à terra E, de modo a gerar uma corrente, cuja frequência e posição de fase compensa pelo menos parcialmente a corrente de fuga. Para isso por exemplo os componentes de frequência desviados da frequência básica são gerados e alimentados pelo conversor de corrente em oposição à corrente de fuga. 0 conversor de corrente pode ser concebido como conversor de frequência com circuito indirecto de tensão continua. Alternativamente o conversor de corrente 8 em vez de ser conectado em paralelo pode ser conectado em série relativamente à bobina de escoamento 4. Neste caso o conversor de corrente 8 comanda a tensão em queda através da bobina de escoamento 4, de modo que consequentemente uma corrente que flui dentro desta compensa a corrente de fuga.

Em vez do conversor de corrente 8 pode igualmente ser conectado em série relativamente à bobina de escoamento 4 um circuito oscilante paralelo 9. Conjuntamente com a bobina de escoamento 4 adaptada na respectiva indutância 4.L para o efeito é gerado um filtro multifrequência, que tanto compensa a corrente de fuga da frequência básica como aquela do componente de frequência desviado da frequência 23 básica. 0 circuito oscilante paralelo pode conter componentes ajustáveis, por exemplo bobinas e/ou condensadores ajustáveis, para que possa ser afinado relativamente a capacidades existentes e eventualmente variáveis na rede de corrente trifásica. A rede de corrente trifásica pode igualmente apresentar outras tensões de rede.

Um ponto neutro de ligação à terra em vez de ser realizado num transformador de alimentação pode igualmente ser realizado num formador de pontos neutros. As soluções apresentadas nos exemplos de realização para a compensação de uma corrente de fuga podem igualmente ser aplicadas ao ponto neutro 3 do referido formador de pontos neutros.

As disposições apresentadas nos exemplos de realização para a compensação de uma corrente de fuga durante uma fuga contacto à terra E podem ser combinadas entre si. 0 dispositivo pode igualmente ser utilizado para localizar o ponto de fuga à terra E. Para isso o circuito filtrante 6 concebido como conversor de corrente 8 num estado isento de fuga à terra da rede de corrente trifásica 1 é comandado, de modo que flui uma corrente zero (por exemplo com uma frequência compreendida entre 0.1 Hz e 2000 Hz), que sob utilização dos componentes correspondentes da tensão de rede é utilizada para a determinação periódica de admitâncias zero dependentes das frequências.

Deste modo são determinadas a admitância zero da corrente trifásica 1 (das correntes zero das conexões condutor-potencial terra) e as admitâncias zero das saídas de linha 24 (das correntes zero das saídas de linha). As admitâncias zero determinadas do referido modo são utilizadas como valor de referência num dispositivo de detecção. No caso de uma fuga à terra unipolar altera-se a admitância zero da saída de linha atingida pela fuga à terra determinada com uma frequência inferior à frequência básica. A saída atingida pela fuga à terra é determinada por comparação com o valor de referência. A comparação das admitâncias zero, realizada durante a determinação das referidas admitâncias zero com frequências superiores à frequência básica, sob utilização dos parâmetros eléctricos da saída de linha permite a determinação do local de fuga (distância do local de fuga do local de medição da admitância zero).

LISTA DE REFERENCIAS

1 Rede de corrente trifásica 2 Transformador de alimentação 3 Ponto neutro 4 Bobina de escoamento 4 .L Indutância da bobina de escoamento 4 .R Resistência ideal da bobina de escoamento 5 Ponto de ligação à terra 6 Circuito filtrante 7 Comutadores 8 Conversor de corrente 9 Circuito oscilante paralelo 10 Fonte de tensão 11 Filtro HF CL1, CL2, CL3 Capacidade de terra

Cl, C2 Condensador Dl, D 2 Bobina E Fuga à terra H Lado de alta tensão 25 25 Μ Ll, L2,

Lado de média tensão L3 Condutores

Lisboa, 29 de Julho de 2010

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma disposição para a compensação de uma corrente de fuga durante uma fuga à terra unipolar (E) , nomeadamente numa rede eléctrica de corrente trifásica (1) com três condutores (Ll, L2, L3) , em gue pelo menos um ponto neutro (3) num lado secundário de pelo menos um transformador de alimentação (2) ou num formador de pontos neutros através de uma bobina de escoamento (4) está conectado a um ponto de ligação à terra (5.1), sendo que está previsto pelo menos um dispositivo para a compensação pelo menos parcial de pelo menos um componente de frequência da corrente de fuga desviado de uma frequência básica de uma tensão de rede, sendo que o dispositivo compreende pelo menos três comutadores (7), sendo que os condutores (Ll, L2, L3) respectivamente estão conectados a pelo menos um comutador (7), sendo que os comutadores (7) estão conectados a um circuito filtrante (6) ou constituem parte integrante de um circuito filtrante e sendo que o circuito filtrante (6) está conectado a um ponto de ligação à terra (5.1, 5.3), sendo que cada comutador (7) é accionável manualmente e/ou automaticamente através de um dispositivo de detecção de passagem à terra, que detecta a fuga à terra (E), caracterizada por o dispositivo compreender pelo menos um conversor de corrente (8), sendo que o circuito filtrante (6) está concebido como conversor de corrente (8).

2. Uma disposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o componente de frequência da corrente de fuga ser uma harmónica da frequência básica.

3. Uma disposição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o componente de frequência da corrente de 2 fuga ser a quinta e/ou a sétima harmónica da frequência básica.

4. Uma disposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o conversor de corrente (8) estar conectado em série com a bobina de escoamento (4).

5. Uma disposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o conversor de corrente (8) estar conectado em paralelo com a bobina de escoamento (4).

6. Uma disposição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizada por para o conversor de corrente (4) estar prevista uma unidade de comando, que supervisiona a rede eléctrica de corrente trifásica (1) e comanda e/ou regula o conversor de corrente (8) pelo menos relativamente à frequência e à posição de fase de uma corrente e/ou de uma tensão.

7. Uma disposição de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o dispositivo compreender um circuito oscilante paralelo conectado em série com a bobina de escoamento (4).

8. Uma disposição de acordo com a reivindicação 7, caracterizada por o circuito oscilante paralelo compreender componentes ajustáveis.

9. Uma disposição de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por os comutadores (7) serem concebidos como comutadores electronicamente comandáveis.

10. Uma disposição de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o circuito 3 filtrante (6) enquanto circuito filtrante multifrequência estar disposto, de modo que perante pelo menos uma primeira frequência actua como circuito de absorção e perante pelo menos uma sequnda frequência actua como circuito de supressão.

11. Uma disposição de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por a segunda frequência ser a frequência básica.

12. Um processo para a compensação de uma corrente de fuga durante uma fuga à terra unipolar (E) com uma disposição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado por a rede de corrente trifásica ser supervisionada relativamente a fugas à terra e por no caso de uma fuga à terra unipolar de um condutor (Ll, L2, L3) ser manualmente ou automaticamente accionado um comutador (7) para a conexão do condutor (Ll, L2, L3) com um circuito filtrante (6) concebido como conversor de corrente, que está conectado a um ponto de ligação à terra (5.1, 5.3).

13. Um processo para a compensação de uma corrente de fuga numa fuga à terra unipolar (E) com uma disposição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado por a rede de corrente trifásica ser supervisionada relativamente a fugas à terra e por no caso de uma fuga à terra unipolar de um condutor (Ll, L2, L3) através de pelo menos um comutador electrónico (7) de um circuito filtrante (6) concebido como conversor de corrente (8) entre o condutor (Ll, L2, L3) e um ponto de ligação à terra (5.1, 5.3) ser gerada uma corrente eléctrica que compensa pelo menos parcialmente pelo menos um componente de frequência de uma corrente de fuga. 4

14. Um processo para a localização de uma corrente de fuga numa rede de corrente trifásica (1) com um disposição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado por à rede de corrente trifásica (1) durante o funcionamento isento de fuga à terra através de um conversor de corrente (8) ser atribuída uma corrente zero com uma frequência de 0.1 Hz a 2000 Hz, que é utilizada para a determinação periódica de admitâncias zero dependentes da frequência, que são armazenadas como valor de referência num dispositivo de detecção, e, por através da comparação das admitâncias zero detectadas do mesmo modo no caso de uma fuga à terra unipolar (E) com o valor de referência serem determinados um condutor (Ll, L2, L3) atingido pela fuga à terra (E) e uma distância de um ponto da fuga à terra de um ponto de montagem do conversor de corrente (8).

15. Um processo para a compensação de potência reactiva numa rede de corrente trifásica (1) com três condutores (Ll, L2, L3) através de uma disposição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, em que a rede de corrente trifásica (1) é supervisionada relativamente a potência reactiva e em que à rede de corrente trifásica (1) no caso de potência reactiva é atribuída uma corrente que compensa pelo menos parcialmente a potência reactiva através de um conversor de corrente (8) conectado a um ponto de ligação à terra (5.1, 5.3), sendo que o conversor de corrente (6) comandado e/ou regulado através de pelo menos um de pelo menos três comutadores (7) está conectado a pelo menos um condutor (Ll, L2, L3) . Lisboa, 29 de Julho de 2010 1/5

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