BR112013010894B1 - método para monitorar uma linha de alimentação elétrica e dispositivo de proteção elétrica - Google Patents

método para monitorar uma linha de alimentação elétrica e dispositivo de proteção elétrica Download PDF

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Abstract

monitoramento de uma linha de alimentação fornecido em uma extremidade para falhas de terra. a presente invenção refere-se a um método para monitorar uma linha de alimentação elétrica (10) alimentada em uma extremidade em um sistema de alimentação elétrica trifásica no que diz respeito à presença de uma falha à terra, em que a linha de alimentação elétrica (10) está ligada na extremidade (11b) da mesma distante de alimentação, a um transformador (12) operado em conexão em estrela-triângulo. com a finalidade de desligar de forma confiável e seletivamente uma falha de terra, mesmo quando ocorre um efeito de acoplamento de acordo com o paradoxo de bauch, propõe-se determinar as correntes de fase nos condutores de fase individuais (10a, 10b, 10c) da linha de alimentação elétrica (10) a corrente do sistema de fase de sequência zero no ponto de medição (14b) o qual está em esse extremo (12b) cada linha de alimentação elétrica (10) a qual está distante da alimentação, para gerar um sinal de suspeita de falha à terra se as correntes de fase individuais e a corrente, do sistema de fase de sequência zero forem da mesma magnitude e estão na fase, e para usar o sinal de suspeita de falha à terra durante o monitoramento adicional com relação à presença da falha à terra durante o monitoramento adicional com relação à presença da falha à terra. a invenção também se rerefe a um dispositivo de proteção (13a,13b) o qual é configurado de uma maneira correspondente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA MONITORAR UMA LINHA DE ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA E DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO ELÉTRICA.
[001] A presente invenção refere-se a um método para monitorar uma linha de alimentação elétrica o qual é fornecido em uma extremidade de uma rede de alimentação elétrica trifásica no que respeita à presença de um curto-circuito à terra, no lugar em que a linha de alimentação está ligada, na extremidade da mesma distante da alimentação, a um transformador operado em conexão em estrelatriângulo. A invenção também se refere a um dispositivo de proteção elétrica com o qual o monitoramento correspondente pode ser realizado. [002] Tais linhas de alimentação elétrica fornecidas numa extremidade, isto é, as linhas de alimentação elétrica quais estão ligadas apenas em uma extremidade a uma fonte de energia elétrica a qual fornece energia elétrica à linha, e que está ligada na outra extremidade a um transformador operado em conexão em estrelatriângulo, não são incomuns em redes de abastecimento de energia elétrica. Tais configurações de rede ocorrem, por exemplo, nas que são chamadas de linhas de ramificação ou em redes radiais.
[003] Dispositivos de proteção elétrica são usados a fim de proteger a linha de alimentação elétrica e adicionalmente os componentes principais ligados à mesma (por exemplo, o transformador) contra cargas elevadas, como resultado de curtoscircuitos. Para fazer isso esses dispositivos de proteção normalmente obtêm valores medidos os quais representam a corrente e a tensão em um ponto de medição da linha de alimentação e investigam os referidos valores, utilizando os chamados algoritmos de proteção, para os estados que indicam um curto-circuito na linha de alimentação.
[004] Na configuração descrita, com uma linha de alimentação elétrica fornecida em uma extremidade, que é operada na sua outra
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2/23 extremidade com um transformador operado em uma conexão em estrela-triângulo, um efeito pode ser observado com um curto circuito à terra de um único polo ou de dois polos, que é conhecido na literatura técnica como o paradoxo de Bauch.
[005] Neste paradoxo um curto circuito à terra unipolar ou bipolar também atua através do acoplamento magnético do transformador no condutor de fase real em bom estado da linha de alimentação, ou seja, o condutor de fase não afetado pelo curto circuito à terra, de modo que existe um perigo de que um dispositivo de proteção elétrica, devido às correntes e tensões captadas em um ponto de medição, tome decisões incorretas e realize um desligamento indesejado de condutores de fase que funcionam corretamente.
[006] Frequentemente os dispositivos de proteção elétrica são usados para monitorar linhas de fornecimento de energia elétrica que operam no princípio de proteção à distância. Em tais casos, a dedução é feita sobre a presença de curtos-circuitos e curtos-circuitos à terra com base na impedância dos circuitos individuais condutor - condutor e circuitos condutor - terra. No caso do paradoxo de Bauch, nomeadamente a determinação dos circuitos afetados pelo erro e a direção na qual se encontra o curto circuito à terra, vistos a partir do dispositivo de proteção, são afetados adversamente, já que, por exemplo, em um curto circuito à terra de dois polos a impedância no circuito fase a fase não pode mais ser detectada pela tecnologia de medição, devido a que a diferença entre correntes nas fases afetadas pelo erro equivale a zero. Além disso, pode ocorrer que o algoritmo de medição de direção para um circuito de fase - terra detecta uma direção para frente, enquanto a direção para trás é detectada para o outro circuito fase-terra. Com curtos-circuitos à terra de um único polo também, quando o algoritmo usual de medição de direção é utilizado, decisões de direção incorretas são produzidas. Além disso, todos os
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3/23 condutores trifásicos são frequentemente desligados embora o curtocircuito à terra se refira apenas a um condutor monofásico.
[007] Normalmente, para resolver este problema, um outro dispositivo de proteção, o qual realiza o monitoramento de linha de alimentação em conformidade com o método de proteção contra sobre corrente ou método de proteção contra sobre corrente temporizada UMZ (proteção contra sobre corrente temporizada definido) característica ou AMZ (proteção contra sobre corrente temporizada indefinido) característica), é fornecido como proteção de retaguarda. A proteção de curto-circuito à terra de um dispositivo de proteção de reserva operando deste modo tem a desvantagem de ser significativamente mais lento do que um algoritmo de proteção à distância. Além disso, a proteção de sobre corrente temporizada, por um lado nem sempre funcionam seletivamente por fase e por outro lado não funciona seletivamente por linha de nenhuma maneira.
[008] O objeto subjacente da presente invenção é, portanto, especificar um método para monitorar uma linha de alimentação elétrica do tipo descrito no início e também um dispositivo de proteção correspondente com o qual uma desconexão confiável e seletiva de um curto à terra pode ser realizada mesmo se um efeito de acoplamento de acordo com o paradoxo de Bauch ocorrer.
[009] Para atingir este objetivo, de acordo com a invenção, um método do tipo declarado no início é incorporado de tal forma que, num ponto de medição que se situa no fim de linha de alimentação elétrica distante do fornecimento, as correntes de fase nos condutores de fase individuais da linha de alimentação, bem como a corrente de sequência zero será determinada, um sinal de suspeita de curto-circuito à terra será gerado se as correntes de fase individuais e a corrente de sequência zero forem essencialmente da mesma magnitude e estiverem na fase, e o sinal de suspeita de curto-circuito à terra serão
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4/23 incluídos no monitoramento adicional no que respeita à presença do curto - circuito à terra.
[0010] Esta solução é baseada no conhecimento de que, no paradoxo do Bauch, o acoplamento do efeito de erro pelo transformador é, essencialmente, para ser atribuído a um componente de sequência zero forte o qual gera um fluxo de corrente circulante no lado secundário do transformador o qual se acopla de volta igualmente a todos os condutores trifásicos do lado primário. Para investigar se o efeito do paradoxo de Bauch está presente no caso de um erro real, em conformidade com a invenção, a investigação das correntes do condutor de fase e da corrente de sequência zero no ponto de medição que está localizado do lado do primário do transformador é, portanto, proposta, na medida de se as correntes do condutor de fase e a corrente de sequência zero essencialmente - são da mesma ordem de grandeza e têm um ângulo de fase correspondente. Um reconhecimento positivo da presença do efeito de acordo com o paradoxo de Bauch é indicado sob a forma do sinal suspeito de curto-circuito à terra, o qual é, por conseguinte, incluído na especificação adicional do erro.
[0011] A fim de especificar uma possibilidade simples para a detecção numérica da presença do paradoxo de Bauch em um dispositivo de proteção, de acordo com uma concretização vantajosa do método da invenção, propõe-se, em termos concretos que a corrente de sequência positiva e a corrente de sequência negativa também sejam determinadas no ponto de medição, e a corrente de sequência zero seja comparada por um lado com a corrente de sequência positiva e por outro lado com a corrente de sequência negativa e um primeiro sinal indicador seja formado, se a corrente de sequência zero exceder tanto a corrente de sequência positiva como também a corrente de sequência negativa por um fator predeterminado. Além disso, a corrente de sequência zero é também comparada com as correntes de fase
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5/23 individuais e um segundo sinal indicador é formado, se a corrente de sequência zero e as correntes de fase individuais são aproximadamente da mesma ordem de grandeza, e o sinal de suspeita de curto-circuito à terra é gerado se tanto o sinal do primeiro indicador e também o segundo sinal indicador estão presentes.
[0012] A vantagem desta concretização é que uma investigação complexa do ângulo de fase das correntes de fase individuais e a corrente de sequência zero podem ser dispensadas, uma vez que o ângulo de fase de correspondência possa ser verificado neste caso através da comparação dos componentes da sequência zero, sequência negativa e sequência positiva das correntes no ponto de medição. No que diz respeito à investigação do tamanho das correntes de fase individuais e a corrente de sequência zero uma observação pode então ter lugar com base nas amplitudes das correntes individuais, através do qual o algoritmo pode ser muito simplificado.
[0013] Uma outra concretização vantajosa do método da invenção prevê que, se um sinal de suspeita de curto-circuito à terra para determinar o condutor da fase afetada pelo curto-circuito à terra está presente, uma comparação dos indicadores é realizada para a tensão de sequência positiva no ponto de medição e a tensão de sequência negativa no ponto de medição, e um sinal do tipo de erro indicando um curto circuito à terra de dois polos é formado se os ângulos de fase delimitados por estes indicadores equivalerem a aproximadamente 0°, 120° ou 240°, e de outra forma um segundo sinal de tipo de erro é formado o qual aponta para um curto-circuito à terra de um único polo.
[0014] Desta forma, o tipo de erro do curto-circuito à terra pode ser determinado de uma forma muito confiável, ou seja, se um erro de polo único ou um erro de dois polos está envolvido. Com esta informação, um reconhecimento posterior do circuito de erro afetado pelo curtocircuito à terra pode ser significativamente facilitado.
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6/23 [0015] Uma vez que variações na tecnologia de medição significam que a diferença de fase ideal de 0°, 120° ou 240° nunca vai acontecer exatamente, propõe-se que o primeiro sinal do tipo de erro também é formado quando o ângulo de fase delimitado pelos indicadores para a tensão de sequência positiva e para a tensão de sequência negativa se desvia de um valor limite de disparo de 0°, 120° ou 240°, em que o valor limite de disparo depende dinamicamente do nível da tensão de sequência positiva e da tensão de sequência negativa. De acordo com uma outra concretização vantajosa, para detectar o erro de circuito realmente afetado pelo curto-circuito à terra, pode existir um mecanismo que, se o primeiro sinal de tipo de erro estiver presente, as tensões de fase encadeadas dos condutores de fase individuais são comparadas uma com a outra e um primeiro sinal de seleção de circuito é formado, que especifica aqueles condutores de fase, que juntos formam a menor tensão de fase encadeada conforme é afetado por um curto-circuito à terra de dois polos, e se um segundo sinal de tipo de erro estiver presente, as tensões de fase-terra dos condutores de fase individuais são comparadas e um segundo sinal de seleção do circuito é formado tendo aqueles condutores de fase que apresentam a menor tensão de fase-terra conforme afetadas por um curto-circuito à terra de um polo.
[0016] Através disto, devido às condições relativamente simples de verificar relacionado com as tensões de fase encadeadas - isto é, as tensões condutor - condutor existentes em cada caso, entre os condutores de fase individuais - ou nas respectivas tensões fase-terra, é realizada uma detecção do circuito com erro envolvido.
[0017] Uma outra concretização vantajosa do método da invenção também prevê que, para detectar a direção na qual o curto-circuito à terra se encontra em relação ao ponto de medição; o indicador da corrente negativa de sequência zero e o indicador associado à tensão de sequência zero são comparados e o sinal para frente especificando
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7/23 um curto - circuito à terra na direção para frente é criado se o indicador de tensão de sequência zero ficar atrás do indicador da corrente negativa de sequência zero por um ângulo de fase, com um valor de diferença pré-especificado.
[0018] Isto permite que uma verificação seja feita para determinar se, visto a partir do dispositivo de proteção, o curto-circuito à terra encontra-se na linha de alimentação monitorada (no sentido para frente) ou fora da linha de alimentação (na direção para trás). Uma vez que um curto-circuito à terra de dois polos pode ser avaliado conjuntamente na base da corrente de sequência zero e da tensão sequência zero, é evitada uma decisão inconsistente sobre a direção do erro.
[0019] Uma outra concretização vantajosa do método da invenção também prevê que, se um sinal para frente estiver presente, um sinal de erro é gerado o qual faz com que o condutor da fase afetada pelo curto-circuito à terra em cada caso seja desligado.
[0020] Deste modo, em especial com os curtos-circuitos de um único polo, o condutor de fase realmente afetado pelo erro pode ser seletivamente desligado, em cada caso, mas os condutores de fase em bom estado permanecem ligados.
[0021] De acordo com uma outra concretização vantajosa do método da invenção está previsto que, para uma conexão à terra de um condutor de fase afetado pelo curto-circuito à terra, um indicador de impedância é definido e a localização do indicador de impedância em uma região de excitação predeterminada no plano de números complexos é investigada, um sinal de confirmação é gerado se o indicador de impedância estiver na região de excitação e o sinal de erro para desligar o condutor de fase afetado pelo curto-circuito à terra é criado apenas se o sinal de confirmação também estiver presente.
[0022] Desta forma, uma verificação com base na impedância do circuito afetado pelo erro pode adicionalmente ser realizada com o
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8/23 objetivo de aumentar ainda mais a segurança na detecção do erro. [0023] Uma outra concretização vantajosa do método da invenção também prevê que o método ser realizado por um dispositivo de proteção à distância, o qual realiza o monitoramento da linha de alimentação elétrica utilizando um algoritmo de detecção de erro sob a forma de uma proteção à distância, e se o curto-circuito á terra que se suspeita estiver presente, algoritmos de detecção para descobrir um circuito afetado por um erro e uma direção de erro, normalmente executado como parte do algoritmo de detecção de erro executado pelo dispositivo de proteção à distância, estão bloqueados.
[0024] Deste modo, o método da invenção pode ser vantajosamente implementado em um dispositivo de proteção à distância o qual é configurado geralmente em qualquer caso, para determinar os valores medidos necessários. No fim, no caso da presença do paradoxo de Bauch, para melhorar o comportamento não confiável da detecção de erro, de acordo com o princípio proteção à distância convencional, perante a detecção positiva do paradoxo de Bauch, ou seja, se um sinal de suspeita de curto-circuito à terra estiver presente, os algoritmos normalmente executados dentro do sistema de referência da proteção à distância são bloqueados para a seleção de circuito e para a detecção de direção e substituídos por algoritmos correspondentemente adaptados, tal como descrito aqui.
[0025] A respeito do dispositivo de proteção o objetivo acima é conseguido por um dispositivo de proteção elétrico para monitorar uma linha de alimentação elétrica de uma rede de alimentação elétrica trifásica fornecido em um lado com respeito à presença de um curtocircuito à terra, em que a linha de alimentação está ligada na extremidade da mesma distante da alimentação a um transformador operado em uma conexão em estrela-triângulo. O dispositivo de proteção tem um dispositivo de medição para a detecção de correntes
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9/23 de fase e tensões de fase em um ponto de medição que se encontra no fim da linha de alimentação elétrica distante da alimentação e um dispositivo de processamento de dados o qual é configurado para o processamento das correntes de fase e tensões de fase.
[0026] Inventivamente está previsto que o dispositivo de processamento de dados seja configurado para a realização do método de acordo com uma das concretizações anteriores.
[0027] O invento será explicado abaixo em maior detalhe com base nas concretizações exemplificativas, nas quais:
[0028] A Figura 1 mostra uma vista esquemática de uma linha de alimentação elétrica fornecida em um lado;
[0029] A Figura 2 mostra um diagrama das direções de fluxo da corrente nos condutores de fase da linha de alimentação elétrica para um curto-circuito á terra de polo único;
[0030] A Figura 3 mostra um diagrama das direções de fluxo da corrente nos condutores de fase da linha de alimentação elétrica para um curto-circuito á terra de dois polos;
[0031] A Figura 4 mostra um diagrama do curto-circuito à terra de polo único na linha de alimentação elétrica em componentes simétricos; [0032] A Figura 5 mostra um diagrama do curto-circuito à terra de dois polos na linha de alimentação elétrica em componentes simétricos; [0033] A Figura 6 Mostra um fluxograma esquemático de um método para a detecção de um curto-circuito à terra na linha de alimentação elétrica; e [0034] A Figura 7 Mostra um campo característico para avaliação do erro de direção de um curto-circuito à terra.
[0035] Nas Figuras 1 a 7 caracteres de referência idênticos representam componentes correspondentes de uma a outra.
[0036] A Figura 1 mostra uma vista esquemática de uma linha de alimentação elétrica de três fases 10 de uma rede de alimentação
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10/23 elétrica de outro modo não mostrada em qualquer maior detalhe. A linha de alimentação elétrica 10 tem condutores de fase 10a, 10b, 10c e é alimentada a partir da sua extremidade 11a por uma fonte de energia elétrica indicada apenas esquematicamente. Com a sua outra extremidade 11b, isto é, a extremidade distante da alimentação, a linha de alimentação 10 está conectada a um transformador 12, o qual é operado em conexão em estrela-triângulo. Isto significa que, sobre o lado primário 12a transformador os enrolamentos dos condutores trifásicos 10a-c são combinados em um ponto em estrela com um terra comum. No lado secundário 12b do transformador os enrolamentos individuais é cada um ligado entre dois condutores de fase.
[0037] A linha de alimentação elétrica 10 é monitorada visando erros por meio dos dispositivos de proteção 13a e 13b, os quais podem envolver dispositivos de proteção à distância, por exemplo, em particular, é feita uma verificação sobre se um ou mais condutores de fase 10a-c da linha de alimentação de 10 tem um curto-circuito com contato de terra, ou seja, um curto-circuito à terra. Para esta finalidade o dispositivo de proteção 13a em um ponto medição 14a situado em uma extremidade 11a da linha registra valores medidos por conversores de corrente e de tensão que são mostrados apenas esquematicamente no diagrama em relação às correntes de fase e tensões de fase, realiza uma conversão analógica/digital e se necessário o pré-processamento de sinal adicional e, em seguida, avalia os valores medidos utilizando o que é citado como algoritmos de proteção. Em uma forma correspondente o dispositivo de proteção 13b, em um ponto medição 14b situado em uma outra extremidade 11b distante da alimentação, registra valores medidos em relação às correntes de fase e tensões de fase, realiza uma conversão analógica/digital e se necessário o préprocessamento de sinal adicional e, em seguida, avalia os valores medidos utilizando os algoritmos de proteção.
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11/23 [0038] Se um erro, especialmente um curto-circuito à terra, for identificado na linha de alimentação 10 durante a avaliação dos valores medidos pelos dispositivos de proteção 13a ou 13b, um sinal de erro é emitido para um correspondente disjuntor do circuito 15a, 15b, qual, abrindo os contatos de comutação correspondentes, desliga o condutor de fase afetado pelo erro, no exemplo mostrado na Figura 1, o condutor de fase 10a.
[0039] Na configuração mostrada na Figura 1 de uma linha de alimentação de 10 alimentada por um lado, por um transformador 12 ligada a ele operado em conexão em estrela-triângulo, em caso de polo único (condutor de fase - terra) ou dois polos (condutor de fase condutor de fase - terra) curtos-circuitos com conexão à terra 16, o resultado pode ser a ocorrência do paradoxo de Bauch, nas quais as correntes de erro atuam por acoplamento sobre o lado secundário 12b do transformador 12 para os condutores em bom estado do lado primário 12a.
[0040] A ocorrência do paradoxo de Bauch é explicada pelo tipo de conexão do transformador 12 sob a forma da conexão em estrelatriângulo, bem como pela alimentação de energia elétrica na linha de alimentação 10 somente a partir da extremidade 11a da linha de alimentação elétrica 10, a qual está distante do transformador 12. Sua estrutura permite ao transformador transmitir os que são citados como os componentes de sequência zero de correntes e tensões. Para as variáveis de sequência zero a estrutura concreta do transformador 12 oferece uma impedância interna de sequência zero relativamente pequena, que é predominantemente produzida pelas indutâncias parasitas dos enrolamentos do transformador. A indutância de magnetização pode por outro lado ser ignorada aqui visto que é muito maior do que a indutância parasita e também está localizada em um circuito paralela às indutâncias parasitas.
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12/23 [0041] Se o transformador 12 for operado não - simetricamente e com uma tensão de sequência zero detectável, tal como ocorre no caso de um curto-circuito à terra simples ou de dois polos na linha de alimentação 10, então os componentes de sequência zero ocorrem na corrente que flui nos enrolamentos do transformador. A corrente de sequência zero não pode ser posteriormente transmitida para além do lado secundário 12b do transformador 12, uma vez que o circuito secundário delta no transformador 12, por causa da falta de aterramento não possibilita qualquer fluxo de saída das correntes de sequência zero. O componente de sequência zero na tensão faz com que as correntes circulantes nos enrolamentos de configuração em estrela-triângulo do lado secundário 12b do transformador 12, os quais são transmitidos por um acoplamento magnético dos dois lados do transformador para o lado primário 12a do transformador 12. Uma vez que as correntes circulantes sobre o lado secundário 12b possuem o mesmo ângulo de fase, bem como as mesmas amplitudes, elas também causam condições semelhantes para as correntes de fase no lado primário 12a do transformador 12, ou seja, as correntes de fase sobre o lado primário 12a do transformador 12 têm um ângulo de fase correspondente e têm as mesmas amplitudes.
[0042] A Figura 2 mostra um esquema das direções de fluxo da corrente nos condutores de fase individuais 10a, 10b, 10c na linha de alimentação 10 e no transformador 12 para um curto-circuito à terra de um único polo 20 entre o condutor de fase 10a e terra 16. Por razões de simplificação é assumido para o diagrama mostrado na Figura 2 que a rede de alimentação de energia não está aterrada na extremidade 11a da linha de alimentação 10, na qual a energia elétrica é fornecida. O curto-circuito à terra de um polo 20 leva, devido à conexão eletricamente indesejada do condutor de fase 10a à terra 16, para um circuito faseterra afetado por um erro sendo produzido no qual a corrente do curtoPetição 870190054014, de 12/06/2019, pág. 15/34
13/23 circuito impulsionada pela fonte de tensão da alimentação, a direção do fluxo da qual é mostrada pela linha pontilhada na Figura 2, flui com um componente de sequência zero muito marcada. Uma vez que a fonte de tensão opera sem ligação à terra, a corrente de curto-circuito só pode fluir através dos enrolamentos do transformador 12 e não voltar através dos condutores de fase 10b e 10c não afetados pelo erro para a fonte de energia. Uma vez que os enrolamentos do transformador 12 estão acoplados magneticamente um ao outro, as correntes que fluem no lado primário 12a causam correntes correspondentes no lado secundário 12b e vice-versa. A corrente de sequência zero circula no enrolamento estrela-triângulo no lado secundário 12b do transformador 12 e induz correntes correspondentes no lado primário 12a do transformador 12. Ele pode ser facilmente visto a partir da Figura 2 que, quando as correntes de fase significativas no ponto de medição 14b na extremidade da linha de alimentação elétrica 10 distante da alimentação são observadas, nos condutores de fase realmente em bom estado 10b e 10c dois circuitos fictícios, fase-terra não envolvidos no curto-circuito podem ser formados os quais são produzidos pelo acoplamento magnético entre os enrolamentos do transformador 12. Estes circuitos fictícios não podem ser incluídos no cálculo dos algoritmos de proteção. [0043] A Figura 3 mostra um diagrama esquemático das direções de fluxo da corrente na linha de alimentação elétrica 10 no caso de um curto-circuito à terra de dois polos o qual é formado pelas ligações elétricas indesejadas 30a e 30b entre o condutor de fase 10a e terra 16, bem como o condutor de fase 10b e terra 16. Como o curto-circuito à terra de polo único mostrado na Figura 2, também ocorrem correntes circulantes aqui nos enrolamentos no lado secundário 12b do transformador 12, que por sua vez provocam correntes de fase do mesmo tamanho em relação uns aos outros nos condutores de fase 10a, 10b, 10c. Neste caso, a partir do ponto de vista do dispositivo de
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14/23 proteção, um, circuito fase-terra fictício não envolvido no curto-circuito (entre o condutor de fase 10c e terra 16) mostra que o ponto de medição 14b, que é produzido a partir do acoplamento magnético entre os enrolamentos do transformador. Uma vez que um erro de dois polos está envolvido, este circuito fictício pode conduzir ao disparo incorreto do algoritmo de proteção.
[0044] A partir da observação de a corrente flui em conformidade com as Figuras 2 e 3 a conclusão pode ser tirada que a avaliação das correntes relacionadas com o condutor da fase não é suficiente para a detecção carreta de um curto-circuito à terra se o paradoxo de Bauch estiver presente. Por conseguinte, os componentes simétricos devem ser incluídos. Para os dois tipos de erro (curto-circuito à terra de um único polo ou de dois polos) dois diagramas de circuitos equivalentes diferentes devem ser criados aqui sob a forma de componentes simétricos.
[0045] A Figura 4 mostra, portanto, um diagrama de circuito equivalente 40 com fluxo de corrente indicado por uma linha pontilhada durante um curto-circuito à terra interno de um único polo. O diagrama de circuito equivalente completo 40 é formado a partir de três diagramas de circuito de partes conectadas em série, os quais podem ser considerados separadamente para cada componente simétrico. Em termos concretos, o diagrama do circuito equivalente 40 compreende o diagrama de circuito de uma parte 40a representando a sequência positiva, o diagrama de circuito de uma parte 40b representando a sequência negativa, e um diagrama de circuito de uma parte 40c representando a sequência zero. Para a consideração tem sido assumido meramente a título de exemplo e não restritivamente, que nenhum aterramento está presente no lado da alimentação 11a da linha de alimentação elétrica. Assim, no diagrama de circuito da parte 40c nenhuma corrente de sequência zero é para ser esperada no ponto de
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15/23 medição 14a situado nesta extremidade 11a. Por outro lado, nos diagramas de circuitos da parte 40a e 40b correntes de sequência positiva ou correntes de sequência negativa fluem através das impedâncias da linha 42a, 42b.
[0046] A fonte de tensão 43 está contida apenas no diagrama de circuito da parte de sequência positiva.
[0047] O transformador de circuito em estrela-triângulo está conectado a outra extremidade 11b da linha de alimentação. A baixa impedância de sequência zero 41 do transformador provoca o curtocircuito do circuito com a sequência zero visível no diagrama do circuito da parte 40c. Isto contribui para que a corrente de sequência zero seja capaz de fluir através da impedância de sequência zero 41. Visto que curto-circuito à terra está presente na linha de alimentação elétrica, o paradoxo de Bauch só pode ser detectado no ponto de medição 14b [0048] Depreende-se do diagrama de circuito equivalente 40 que a corrente que flui no ponto de medição 14b não tem nem um componente de sequência positiva, nem um componente de sequência negativa. Se uma carga for ligada ao transformador, então ocorrem na corrente os componentes de sequência positiva e sequência negativa, os quais, contudo, são muito menores do que os componentes de sequência zero, visto que uma impedância de carga da carga conectada é significativamente maior do que a impedância de sequência zero do transformador. Por este motivo, a detecção do paradoxo de Bauch é realizada na base dos componentes de sequência zero.
[0049] A Figura 5 mostra um diagrama de circuito equivalente 50 com o fluxo de corrente no caso de um curto-circuito à terra de dois polos na linha de alimentação elétrica. O diagrama de circuito equivalente 50 completo é formado, neste caso, a partir de três diagramas de circuito de partes conectadas em paralelo. Em termos concretos, o diagrama do circuito equivalente 50 compreende um
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16/23 diagrama de circuito de parte 50a representando a sequência positiva, um diagrama de circuito de uma parte 50b representando a sequência negativa, e um diagrama de circuito de uma parte 50c representando a sequência zero. De uma forma semelhante a um curto-circuito à terra de um único polo em conformidade com a Figura 4, no caso de um curtocircuito à terra de dois polos nenhum - ou insignificante em comparação com o componente de sequência zero - componente de sequência positiva e componente de sequência negativa da corrente estão presentes no ponto de medição 14b. Este efeito, por sua vez é incluído como um critério para detectar o paradoxo de Bauch.
[0050] Através da utilização de algoritmos de proteção correspondentemente adaptados para monitoramento da linha de alimentação elétrica em relação à presença de um curto-circuito à terra no qual o paradoxo de Bauch ocorre e para desligar seletivamente os condutores. Neste caso, um processo de vários estágios ocorre que compreende essencialmente as etapas, detectar a presença do paradoxo de Bauch, realizar uma seleção de circuito adaptada para detectar o circuito sujeito a erro, realizar uma detecção de direção adaptada para detectar a direção em que o curto-circuito à terra está situado, vista a partir do respectivo dispositivo de proteção. Uma descrição do algoritmo de proteção correspondente será agora fornecida com referência ao diagrama de fluxo mostrado na Figura 6. Neste caso, é simplesmente assumido a título de exemplo, que os dispositivos de proteção 13a e 13b executando o algoritmo de proteção adaptado (cf. Figura 1) são dispositivos de proteção à distância que normalmente monitoram a linha de alimentação 10 visando erros usando um método normal de proteção à distância. Além do algoritmo de proteção à distância, o algoritmo proteção adaptado descrito abaixo é implementado nos dispositivos de proteção 13a, 13b, os quais só se tornam eficazes quando o paradoxo de Bauch é detectado.
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17/23 [0051] A sequência de execução esquemática do algoritmo de proteção adaptado é mostrada na Figura 6. Num primeiro passo 60 nesta sequência as variáveis medidas necessárias das correntes de fase individuais e tensões de fase no ponto de medição são aceitas pelo respectivo dispositivo de proteção. A partir das ditas sequência positiva, sequência negativa e sequência zero as variáveis correspondentes são computadas como parte do processamento do valor medido.
[0052] Em uma etapa adicional 61 uma verificação é feita na base de variáveis de medição aceitas ou computadas quanto, a saber, se o efeito do paradoxo de Bauch está presente. Para este fim, o respectivo dispositivo de proteção verifica se as correntes de fase individuais e a corrente de sequência zero são aproximadamente da mesma magnitude e estão na fase e se necessário geram um sinal de suspeita de curto-circuito à terra. Para comparação das variáveis das correntes de fase e as correntes de sequência zero a corrente de sequência zero deve ser considerada de acordo com a seguinte equação:
Figure BR112013010894B1_D0001
[0053] Em que l0 se refere a uma variável indicadora da corrente de sequência zero e lLi, Ilz e 1l3 representam as variáveis indicadoras das correntes do condutor de fase individual.
[0054] Dado que a definição numérica da relação de fase de variáveis de medição individuais entre si é frequentemente, muito complexo, a verificação da condição acima pode ser substituída por apuração dos dois critérios a seguir:
[0055] De acordo com o primeiro critério a corrente de sequência zero será comparada com corrente de sequência positiva e também a corrente de sequência negativa. Se a corrente de sequência zero for significativamente maior do que os outros dois componentes de corrente simétricos, um primeiro sinal indicador é gerado, que especifica que um
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18/23 paradoxo de Bauch poderia estar presente. Neste caso, é suficiente que apenas as amplitudes dos componentes simétricos sejam comparadas uma com a outra:
Figure BR112013010894B1_D0002
[0056] Em que lLo, Ili e 1ι_2 se referem à valores do indicador correspondente da corrente de sequência zero, a corrente de sequência positiva e a corrente de sequência negativa. Para fazer o método robusto em relação a erros de medição e para possibilitar um disparo seguro em tais casos durante o paradoxo de Bauch, a verificação deve ser efetuada utilizando um fator k tendo um valor significativamente maior do que 1.
|£n|>A‘kJ [0057] De acordo com o segundo critério a corrente de sequência zero é comparada com as correntes de fase individual, e um segundo sinal indicador é gerado se a corrente de sequência zero e as correntes de fase individuais são aproximadamente do mesmo tamanho. A comparação pode ser realizada com base nas amplitudes devido a que a verificação do ângulo de fase já está implicitamente contida no primeiro critério. No que respeita ao segundo critério as seguintes condições são, portanto, verificadas:
K -|Li| < |Zi>l < ‘M [0058] Em que Ku se refere a um limite inferior de um percentual e ko se refere ao limite superior de um percentual para o disparo do critério. Se tanto o primeiro como também o segundo sinal indicador
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19/23 estiverem presentes o sinal de suspeita de curto-circuito à terra é gerado.
[0059] Se na etapa 61, tal como descrito, a presença do paradoxo de Bauch for detectada e o sinal de suspeita de curto-circuito à terra for gerado, em seguida, na etapa 62 uma detecção do tipo de erro é realizada, ou seja, se o erro envolver um curto-circuito à terra de um polo ou de dois polos. Caso contrário, na etapa 63 o algoritmo de proteção normal é operado, isto é, um algoritmo de proteção à distância, por exemplo.
[0060] O tipo de erro é definido na etapa 62 por uma comparação das tensões de sequência positiva e a sequência negativa. Partindo do diagrama de circuito equivalente para o curto-circuito à terra de dois polos (cf. Figura 5) pode ser visto facilmente que, para este tipo de erro, tensão de sequência negativa e tensão de sequência positiva são iguais nas suas amplitudes. Uma vez que não obstante este ainda não é um critério suficiente para detectar exclusivamente o tipo de erro, o ângulo de fase de dois componentes entre si, também devem ser analisados neste teste. A diferença do ângulo de fase pode, teoricamente, possuir três valores para o erro de dois polos, dependendo da fase de referência: 0° 120° ou 240°. A formação da diferença entre a tensão de sequência positiva e tensão de sequência negativa ocorre aqui na base dos valores do indicador uma vez que não é possível obter como resultado o ângulo de fase a partir das amplitudes. Neste caso, um dos componentes em cada caso é computacionalmente girado em 120° e 240° em cada caso, uma vez que o circuito real afetado pelo erro é desconhecido e, assim, não é certo qual deslocamento de fase está realmente presente entre a tensão de sequência positiva e tensão de sequência negativa. Este cálculo consequentemente produz três diferenças, em que apenas um corresponde ao circuito de erro real. Se uma das diferenças formou quantidades de 0, então um erro de dois
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20/23 polos é detectado e um sinal de tipo de erro especificando um curtocircuito à terra de dois pelos é formado. As condições lógicas ORed verificadas para isto são as seguintes:
|tX, v [ΐ/, [0061] Em que Uo é uma tensão de sequência zero, Ui é uma tensão de sequência positivae Lh é uma tensão de sequência negativa. Os componentes exponenciais ou e]24° representam a rotação matemática da tensão de sequência negativa pelo ângulo de fase respectivo em relação à tensão de sequência positiva.
[0062] Uma vez que ocorrem erros durante a medição, ou uma transmissão de carga pode ter lugar na rede de alimentação elétrica, as diferenças de indicador entre a tensão de sequência positiva e a tensão de sequência negativa pode se desviar facilmente do valor ideal de zero. Por esta razão, na equação acima, na prática, em vez do valor zero, um valor limite de disparo é introduzido, que permite que o tipo de erro correto seja selecionado apesar de possíveis desvios. O valor limite de disparo é dinamicamente dependente sobre o tamanho da tensão de sequência negativa e a tensão de sequência positiva. Se um destes componentes aumentar, então, o valor limite de disparo é aumentado dinamicamente:
max (jt/JJt/jjJ+jW [0063] Neste caso, m é um fator de dependência de porcentagem predeterminada e M é o limite constante. A utilização do valor limite de disparo dinamicamente definido permite que o critério responda tanto em correntes baixas e também em correntes altas. Se a diferença entre a corrente de sequência positiva e a corrente de sequência negativa cumpre o critério dinâmico revelado, conclui-se que o erro é o de dois pelos e o primeiro sinal do tipo de erro é gerado. Caso contrário, um erro
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21/23 de um polo é detectado e um segundo sinal de tipo de erro especificando um erro de polo único é gerado.
[0064] Dependendo de qual tipo de erro foi detectado, o circuito afetado pelo erro será detectado de uma maneira diferente. Se um curto-circuito à terra de dois polos for exibido pelo primeiro sinal de tipo de erro, em uma etapa seguinte 64 as tensões encadeadas (ou seja, as tensões existentes entre os respectivos condutores de fase) são investigadas e os dois condutores de fase são selecionados conforme afetados pelo curto-circuito à terra de dois polos do qual a tensão encadeada conjunta é a mais baixa. O circuito de erro selecionado é mostrado pelo primeiro sinal de seleção de circuito. Se, por outro lado, é mostrado pelo segundo sinal de tipo de erro que o erro envolvido é um curto-circuito à terra de um único polo, em uma etapa alternativa 65 as tensões de fase respeitadas (ou seja, as tensões entre o respectivo condutor de fase e terra) são investigadas e esse condutor de fase que possui a tensão de fase mais baixa é selecionado como sendo afetado pelo curto-circuito à terra de um único polo. O circuito de erro selecionado é mostrado por um segundo sinal de seleção de circuito.
[0065] Nas etapas 66 ou 67as quais agora seguem à impedância do erro do circuito selecionado pelo respectivo sinal de seleção de circuito é investigado quanto à sua posição em uma região de excitação e um sinal de confirmação é gerado se a impedância do circuito de erro estiver situada dentro da zona do disparo. Para este efeito, as zonas disparo geralmente utilizadas no âmbito de um algoritmo de proteção à distância pode ser usado para avaliar impedâncias do circuito do erro.
[0066] Só quando tiver sido gerado o sinal de confirmação, ou seja, a impedância do circuito de erro selecionado situar-se na região de excitação respectiva será a direção em que o erro se situa vista desde o respectivo dispositivo de proteção, investigada numa etapa conclusiva 68. Neste caso, uma direção para frente significa que a detecção de um
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22/23 erro da direção da linha de alimentação elétrica monitorada, enquanto que em uma direção para trás permite que um erro externo fora da linha monitorada seja deduzido. A detecção da direção é levada a cabo, independentemente do tipo de erro detectado (de um polo, ou de dois polos) no caso de o paradoxo de Bauch não orientado ao circuito, mas, na base das variáveis de sequência zero, já que as variáveis de medição relacionadas com condutor de fase - como explicado para as Figuras 4 e 5 - não entregaria resultados confiáveis. Para determinar a direção do erro as variáveis indicadoras de corrente de sequência zero e de tensão sequência zero são consideradas. É evidente a partir dos esclarecimentos prestados para as Figuras 4 e 5 que as variáveis de sequência zero podem ser essencialmente relacionadas de volta para a impedância de sequência zero do transformador. Uma vez que esta impedância é indutiva, é de se esperar que a corrente de sequência zero, em caso de um erro a frente (isto é, de um curto-circuito á terra que se encontra na linha) fica atrás da tensão de sequência zero. Por esta razão, uma característica direcional pode ser aplicada, como é mostrado por meio de exemplo na Figura 7.
[0067] Para este fim, a Figura 7 mostra um diagrama 70 no plano dos números complexos, no qual a parte real e imaginária dos componentes de sequência zero para a corrente Io e a tensão Uo são mostrados. Nesta figura o indicador para a corrente Io de sequência zero é mapeado no eixo real e é usado como o indicador de referência. Para este efeito, tem de ser girado em 180 °. Basicamente, é de esperar que com um curto-circuito à terra direcionado a frente, ambos indicadores, ou seja, ambos para a corrente de sequência zero girada em 180° e também para a tensão de sequência zero, situa-se no primeiro quadrante do plano dos números complexos. A fim de também compensar as incertezas como resultado de imprecisões de medição, neste caso, a característica direcional é ampliada de acordo com as
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23/23 linhas de contorno 72 e 73. Por exemplo, estas linhas de contorno podem situar-se a -22° e 122°.
[0068] Se for detectado um erro para frente na etapa 68 (cf. Figura
7) um sinal para frente é gerado, por meio do qual o dispositivo de proteção é levado a emitir um sinal de erro, que é a saída para o disjuntor correspondente, 15a ou 15b (cf. Figura 1). Se o sinal de erro estiver presente o disjuntor abre seu contato de comutação correspondente de forma a desconectar o respectivo condutor de fase afetado pelo erro do restante da rede de alimentação elétrica.
[0069] O algoritmo de proteção adaptado descrito permite que um dispositivo de proteção, especialmente um dispositivo de proteção à distância, mesmo se o efeito de acordo com o paradoxo de Bauch estiver presente, para detectar corretamente e desligar um curto-circuito à terra. Com o uso de um dispositivo de proteção à distância a alta velocidade de disparo do contato à distância pode ser totalmente utilizada e todas as zonas de proteção à distância (regiões de excitação) podem ser utilizadas. Além disso, um disparo falso do dispositivo de proteção de distância pode ser evitado usando o algoritmo de proteção adaptado em vez do algoritmo proteção habitual à distância se o paradoxo de Bauch estiver presente. O transformador, no final da linha de alimentação elétrica o qual, conforme explicado, é envolvido durante o erro, pode ser eficazmente protegido contra sobrecarga térmica e saturação.
[0070] O algoritmo de adaptação descrito pode ser integrado de forma relativamente fácil em dispositivos de proteção, especialmente dispositivos de proteção à distância, de qualquer tipo uma vez que todas as variáveis de medição a serem usadas podem ser disponibilizadas em qualquer caso.

Claims (9)

REIVINDICAÇÕES
1. Método para monitorar uma linha de alimentação elétrica (10) o qual é fornecido em uma extremidade de uma rede de alimentação de energia elétrica trifásica no que respeita à presença de um curto-circuito à terra, sendo que a linha de alimentação (10) está ligada em sua extremidade (11b) distante da alimentação a um transformador (12) operado em conexão em estrela-triângulo, caracterizado pelo fato de que:
- as correntes de fase nos condutores de fase individuais (10a, 10b, 10c) da linha de alimentação (10) bem como a corrente de sequência zero são determinadas em um ponto de medição (14b) situada no final (12b) da linha de alimentação (10) distante da alimentação;
- um sinal de suspeita de curto-circuito à terra é gerado se as correntes de fase individuais e a corrente de sequência zero forem essencialmente da mesma magnitude e estiverem em fase; e
- o sinal de suspeita de curto-circuito à terra é incluído no monitoramento adicional com respeito à presença de curto-circuito à terra, sendo que para detectar a direção na qual o curto-circuito à terra se encontra em relação ao ponto de medição (14b), o indicador da corrente negativa de sequência zero e o indicador associado à tensão de sequência zero são comparados e o sinal para frente especificando um curto-circuito à terra na direção para frente é gerado se o indicador de tensão de sequência zero ficar atrás do indicador da corrente negativa de sequência zero por um ângulo de fase, com um valor de diferença predeterminado.
2/4 corrente de sequência negativa também são determinadas no ponto de medição (14b) e a corrente de sequência zero é comparada por um lado com a corrente de sequência positiva e por outro lado com a corrente de sequência negativa e um primeiro sinal indicador é formado, se a corrente de sequência zero exceder tanto a corrente de sequência positiva como também a corrente de sequência negativa por um fator predeterminado;
- a corrente de sequência zero também é comparada com as correntes de fase individual e um segundo sinal indicador é formado se a corrente de sequência zero e as correntes de fase individuais são aproximadamente do mesmo tamanho ; e
- o sinal de suspeita de curto-circuito à terra é gerado se tanto o primeiro sinal indicador como também o segundo sinal indicador estiverem presentes.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
- para verificar a posição de fase das correntes de fase e da corrente de sequência zero, a corrente de sequência positiva e a
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3/4 sequência positiva e para a tensão de sequência negativa se desvia de um valor limite de disparo de 0°, 120° ou 240°, sendo que o valor limite de disparo depende dinamicamente do nível da tensão de sequência positiva e da tensão de sequência negativa.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que:
- se o sinal de suspeita de curto-circuito à terra estiver presente, para determinar o condutor da fase afetada pelo curto-circuito à terra, uma comparação dos indicadores para a tensão de sequência positiva no ponto de medição (14b) e a tensão de sequência negativa no ponto de medição (14b) é realizada, e um sinal do tipo de erro indicando um curto circuito à terra de dois polos é formado quando os ângulos de fase delimitados por estes indicadores equivalerem a aproximadamente 0°, 120° ou 240°, e de outra forma um segundo sinal de tipo de erro é formado, o qual aponta para um curto-circuito à terra de um único polo.
4/4
- um sinal de confirmação é gerado se o indicador de impedância estiver na região de excitação, e
- o sinal de erro para desligar o condutor de fase (10a, 10b, 10c) afetado pelo curto-circuito à terra só é gerado se o sinal de confirmação também estiver presente.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que:
- o primeiro sinal do tipo de erro também é formado quando o ângulo de fase delimitado pelos indicadores para a tensão de
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5. Método de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que:
- se o primeiro sinal de tipo de erro estiver presente, as tensões de fase encadeadas dos condutores de fase individuais (10a, 10b, 10c) são comparadas uma com a outra e um primeiro sinal de seleção de circuito é formado, que especifica aqueles condutores de fase (10a, 10b, 10c) que juntos formam a menor tensão de fase encadeada conforme é afetada por um curto-circuito à terra de dois polos; e
- se o segundo sinal de tipo de erro estiver presente, as tensões de fase-terra dos condutores de fase individuais (10a, 10b, 10c) são comparadas e um segundo sinal de seleção de circuito é formado, que especifica aqueles condutores de fase (10a, 10b, 10c) que juntos têm a menor tensão de fase-terra conforme é afetada por um curtocircuito à terra de polo único.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que:
- se um sinal para frente estiver presente, um sinal de erro é gerado, o qual faz com que se desligue o condutor de fase respectivo (10a, 10b, 10c) afetado pelo curto-circuito à terra.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que:
- para uma conexão à terra de um condutor de fase afetado pelo curto-circuito à terra, um indicador de impedância é determinado e a posição do indicador de impedância em uma região de excitação predeterminada é investigada no plano de números complexos,
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8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que:
- o método é realizado por um dispositivo de proteção à distância (13a, 13b), o qual realiza o monitoramento da linha de alimentação elétrica (10) utilizando um algoritmo de detecção de erro como um tipo de proteção à distância, e se o curto-circuito à terra que se suspeita estiver presente, algoritmos de detecção para descobrir um circuito afetado por um erro e uma direção de erro, normalmente executado como parte do algoritmo de detecção de erro executado pelo dispositivo de proteção à distância, estão bloqueados.
9. Dispositivo de proteção elétrica (13a, 13b) para monitorar uma linha de alimentação elétrica (10) de uma rede de alimentação elétrica trifásica fornecido em uma extremidade com respeito à presença de um curto-circuito à terra, sendo que a linha de alimentação (10) está ligada em sua extremidade (11b) distante da alimentação, a um transformador (12) operado em conexão em estrela-triângulo, com:
- um dispositivo de medição para a detecção de correntes de fase e tensões de fase em um ponto de medição (14b) que se encontra no extremo (11b) da linha de alimentação elétrica (10) distante da alimentação, e um dispositivo de processamento de dados o qual é configurado para o processamento das correntes de fase e tensões de fase, caracterizado pelo fato de que:
- o dispositivo de processamento de dados é configurado para a realização de um método, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.
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