Transdutor de impedncia para localização de faltas em sistema de energia e método de localização de pontos de defeitos em sistema de energia

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0602860-8 A2
  • Data do depósito:
  • 13/07/2006
  • Data da publicação:
  • 26/02/2008
Inventores:
  • Classificação:
  • G01R 15/18
    Detalhes de disposi??es para medi??es dos tipos abrangidos pelos grupos , ou ; / Adapta??es que proporcionam isolamento de tens?o ou de corrente, p. ex. para redes de alta-tens?o ou alta-corrente; / usando dispositivos indutores, p. ex. transformadores;
    ;

TRANSDUTOR DE IMPEDNCIA PARA LOCALIZAÇÃO DE FALTAS EM SISTEMA DE ENERGIA E MÉTODO DE LOCALIZAÇÃO DE PONTOS DE DEFEITOS EM SISTEMA DE ENERGIA A invenção refere-se a um equipamento elétrico empregado em sistemas de distribuição e de transmissão de energia elétrica destinado a localização precisa de pontos de defeitos, através do seu acoplamento aos sistemas de processamento de sinais. A invenção também refere-se a um método de localização de pontos de defeitos através da avaliação das variações mínimas de impedância instantânea decorrentes das faltas em sistemas de energia elétrica. A bobina de Rogowski (1) é composta por um condutor elétrico recoberto (11) que recebe uma primeira camada de resina (12), envolvida por uma camada de metal condutor (13) que forma o enrolamento da bobina, uma segunda camada de resina (14), uma terceira camada de resina entre duas lâminas de metal condutor (15) e uma camada externa de resina (16). O transdutor (2) recebe energia da rede urbana (3) em alta voltagem, por exemplo, 25 kV. A corrente (4) é medida diretamente do condutor em alta tensão, sem a necessidade de instalação de transformadores, através da bobina de Rogowski (1). A tensão (5) é medida por um divisor capacitivo (6), que usa o corpo da bobina (1) como uma das placas capacitivas e o cabo coaxial (7) como secundário, atuando assim como elemento diferenciador. Da bobina (1) sai o sinal diferencial de corrente elétrica (8), enquanto que do divisor capacitivo (6) sai o sinal diferencial de tensão (9). Esses sinais diferenciais (8 e 9) são transmitidos via cabos coaxiais (7) para um equipamento de processamento computacional (10) adequado.

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Documento

“TRANSDUTOR DE IMPEDÂNCIA PARA LOCALIZAÇÃO DE FALTAS EM SISTEMA DE ENERGIA E MÉTODO DE LOCALIZAÇÃO DE PONTOS DE DEFEITOS EM SISTEIVIA DE ENERGIA”

A presente invenção refere-se a um equipamento elétrico 5 «empregado em sistemas de distribuição e de transmissão de energia elétrica destinado a localização precisa de pontos de defeitos, através do seu acoplamento aos sistemas de processamento de sinais, permitindo às concessionárias de energia elétrica o rápido restabelecimento do fornecimento interrompido por defeito. O princípio de funcionamento do equipamento é a 10 simultânea transdução dos sinais de tensão e de corrente em sinais proporcionais às respectivas taxas de variação da tensão e da corrente, atuando como um derivador desses sinais. A invenção também refere-se a um método de localização de pontos de defeitos através da avaliação das variações mínimas de impedância instantânea decorrentes das faltas em sistemas de energia elétrica.

15    A localização da interrupção do fornecimento de energia elétrica

teve origem em sistemas de transmissão empregando-se dispositivos de detecção de ondas viajantes de corrente que são conectados no circuito secundário de transformadores de proteção, conforme D. W. P. Thomas et alli in “Single and Double Ended Travelling Wave Fault Localization on a MV System” e 20 R. J. O. Carvalho et alli in “Fault Locatation in Distribuition Systems Based on Travelling Waves”. Tendo sido bem sucedida nos sistemas de transmissão, a implantação dessa mesma técnica vem sendo gradativamente aplicada aos sistemas de distribuição de energia elétrica. Uma das principais diferenças é o fato de que nos sistemas de distribuição os circuitos freqüentemente apresentam 25 diversas derivações que caracterizam os circuitos anelados ou radiais. Por conta dessa maior capilaridade, a localização de faltas torna-se bastante mais complexa do que em sistemas de transmissão. Afinal, em sistemas de transmissão a propagação da onda viajante de um dado efeito está tão confinada e, por isso, terá seu comportamento tão previsível, que a localização pode ser feita mesmo 30 com o uso de apenas um elemento detetor, instalado na subestação, configurando o sistema “single-end”, segundo Thomas. Por outro lado, num

circuito alimentador de um sistema de distribuição, quanto mais derivações houver maior será a combinação de caminhos disponíveis para o tráfego de uma onda viajante desde o defeito, requerendo a instalação de elementos detetores em todos os ramais. Além disso, na concepção atual os detetores estão nos secundários dos transformadores de proteção, cujos altos custos envolvidos tornam essa medida economicamente inviável.

Não obstante, os defeitos são mais prováveis e mais freqüentes nos sistemas de distribuição, o que faz com que cada vez mais se procurem alternativas viáveis para que as empresas concessionárias de energia possam localizar pontos de defeito de forma rápida e eficiente, para prontamente restabelecer o fornecimento de energia, ao deparar o dano localizado, segundo S. E. T. Pereira et alli in “Monitoramento da Tensão em Indústrias e Avaliação de Vulnerabilidade”. Por outro lado, é importante citar que um dos requisitos fundamentais para os dispositivos utilizados para a detecção de defeitos é a fidelidade com que os mesmos devam reproduzir a forma de onda de eventos transitórios presentes no primário. Outro requisito muito importante é que o custo desse equipamento seja reduzido, permitindo então a instalação disseminada.

De outra banda, a bobina de Rogowski, um dispositivo eletromagnético conhecido há longo tempo, apresenta diversas aplicações, das quais se destacam a medição de elevadas correntes. Para a medição de corrente com finalidades tarifárias, a opção pelo transformador de corrente é muito mais difundida, ainda que o uso desse equipamento implique em maiores custos por ser relativamente pesado e volumoso, além de apresentar problemas de precisão devido aos efeitos da não-linearidade do seu circuito magnético. Ao contrário, a bobina de Rogowski não possui núcleo de material ferromagnético, o que implica em um menor custo. Uma possível razão da preferência pelo transformador de corrente está no fato de que a bobina de Rogowski transduz a corrente primária em uma tensão secundária que é proporcional à taxa de variação no tempo dessa corrente. Portanto, a tensão secundária precisa ser integrada para que se torne a imagem da corrente elétrica primária.

É, portanto, objetivo da presente invenção um aperfeiçoamento

desenvolvido em um transdutor de corrente que emprega a bobina de Rogowski, cujas novas características de construção permitem um excelente desempenho técnico com grande viabilidade econômica. É proposto pela invenção um método que compreenda a substituição do conjunto transformador de corrente-detector, 5 até então largamente adotado na localização de faltas em sistemas de transmissão, pela bobina de Rogowski aperfeiçoada. Para que seja possível o processamento do sinal da bobina no próprio local de sua instalação é introduzido um divisor capaciíivo, empregando-se o corpo da bobina como parte ativa. Com isso, passa a ser atendida uma importante necessidade dos sistemas de 10 transmissão e de distribuição que é a possibilidade da medição real da tensão instantânea. Segundo o princípio da bobina de Rogowski é possível obter-se um sinal que é a imagem da derivada da corrente, portanto de natureza bastante sensível e útil para a localização de faltas. A invenção ainda prevê o emprego de um meio de obtenção do sinal de saída proporcional à derivada da tensão. Com 15 isso, em um mesmo corpo de bobina se obtém dois sinais: o de derivada da corrente e ainda o de derivada da tensão, pela inclusão de um resistor de baixo valor no lado de baixa tensão do divisor capacitivo, tornando-o um circuito derivador clássico RC-série.

O transdutor de impedância e o método para localização de faltas 20 em sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica, propostos pela invenção, resultam nas seguintes vantagens sobre os demais sistemas integrantes do estado da técnica:

-    Possibilidade de medição real da tensão instantânea;

-    substituição do conjunto transformador de corrente-detetor pela bobina de 25 Rogowski com indutor capacitivo, sabidamente de menor custo;

-    simplicidade construtiva do transdutor detector de falta, que torna a sua ampla disseminação viável economicamente;

-    melhor capacidade de registro de eventos transitórios da corrente elétrica, em face da resposta em freqüência inerentemente mais ampla, permitindo que se

30 obtenha no secundário da bobina uma tensão que representa com maior fidelidade a corrente primária;

-    localização precisa de pontos de faltas mesmo em sistemas de distribuição de energia elétrica;

-    a corrente é medida diretamente em alta tensão, dispensando a instalação de transformadores e tornando o custo muito reduzido, o que permite a sua

5 instalação em vários pontos visando a localização de faltas desde a transmissão até o final da distribuição.

O aperfeiçoamento desenvolvido em transdutor de corrente do tipo conhecido como bobina de Rogowski, bem como o método propostos, podem ser melhor compreendido através da seguinte descrição detalhada, que é baseada 10 nos desenhos em anexo, abaixo listados, que ilustram uma concretização preferencial, que não deve ser considerada limitativa à invenção:

Figura 1 - corte transversal do dispositivo detetor de falhas da invenção;

Figura 2 - corte longitudinal do dispositivo da invenção;

Figura 3 - diagrama em blocos do método proposto.

15    As figuras 1 e 2 ilustram esquematicamente a bobina de Rogowski

(I)    com o divisor capacitivo que é composta por um condutor elétrico recoberto

(II)    que recebe uma primeira camada de resina (12), envolvida por uma camada de metal condutor (13) que forma o enrolamento da bobina, uma segunda camada de resina (14), uma terceira camada de resina entre duas lâminas de

20 metal condutor (15) e uma camada externa de resina (16).

A figura 3 ilustra o transdutor aperfeiçoado que é capaz de executar a medição para localização precisa de pontos de defeitos em sistemas de distribuição e de transmissão de energia elétrica. O transdutor (2) recebe energia da rede urbana (3) em alta voltagem, por exemplo, 25 kV. A corrente (4) é 25 medida diretamente do condutor em alta tensão, através da bobina de Rogowski (1), sem a necessidade de instalação de transformadores. A tensão (5) é medida por um divisor capacitivo (6), que usa o corpo da bobina (1) como uma das placas capacitivas e o cabo coaxial (7) como secundário, atuando assim como elemento diferenciador. Da bobina (1) sai o sinal diferencial de corrente elétrica (8), 30 enquanto que do divisor capacitivo (6) sai o sinal diferencial de tensão (9). Esses sinais diferenciais (8 e 9) são transmitidos, via cabos coaxiais (7), para um

equipamento de processamento computacional (10) adequado.

Deve ser considerado dentro do escopo da presente invenção as eventuais variações de forma e de disposição dos componentes do íransdutor, desde que sejam considerados como meios equivalentes, que alcançam o mesmo 5 efeito técnico, substancialmente da mesma maneira.

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REIVINDICAÇÕES

1    - “TRANSDUTOR DE IMPEDÂNCIA PARA LOCALIZAÇÃO DE FALTAS EM SISTEMA DE ENERGIA” caracterizado por compreender uma bobina de Rogowski (1) que mede a corrente (4) diretamente do condutor em alta

5 tensão e um divisor capacitivo (6) que mede a tensão (5), sendo que o corpo da bobina (1) é usado como uma das placas capacitivas e o cabo coaxial (7) como secundário, de modo que da bobina (1) sai o sinal diferencial de corrente elétrica (8), enquanto que do divisor capacitivo (6) sai o sinal diferencial de tensão (9), ditos sinais diferenciais (8 e 9) são transmitidos para um equipamento de 10 processamento computacional (10) via cabos coaxiais (7).

2    - “TRANSDUTOR DE IMPEDÂNCIA PARA LOCALIZAÇÃO DE FALTAS EM SISTEMA DE ENERGIA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser a bobina de Rogowski (1) composta por um condutor elétrico recoberto (11) que recebe uma primeira camada de resina (12), envolvida

15 por uma camada de metal condutor (13) que forma o enrolamento da bobina, uma segunda camada de resina (14), uma terceira camada de resina entre duas lâminas de metal condutor (15) e uma camada externa de resina (16).

3    - “MÉTODO DE LOCALIZAÇÃO DE PONTOS DE DEFEITOS EM SISTEMA DE ENERGIA” caracterizado por empregar um transdutor (2) que

20 recebe energia da rede urbana (3) em alta voltagem, cuja corrente (4) é medida diretamente do condutor em alta tensão através da bobina de Rogowski (1) e a tensão (5) é medida através de um divisor capacitivo (6), que usa o corpo da bobina (1) como uma das placas capacitivas e o cabo coaxial (7) como secundário, sendo que da bobina (1) sai o sinal diferencial de corrente elétrica (8), 25 enquanto que do divisor capacitivo (6) sai o sinal diferencial de tensão (9), ditos sinais diferenciais (8 e 9) são transmitidos, via cabos coaxiais (7), para um equipamento de processamento computacional (10).

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FIG. 1


FIG. 2



FIG. 3


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RESUMO

“TRANSDUTOR DE SMPEDÂNCIA PARA LOCALIZAÇÃO DE FALTAS EM SISTEMA DE ENERGIA E MÉTODO DE LOCALIZAÇÃO DE PONTOS DE DEFEITOS EM SISTEMA DE ENERGIA”

5    A invenção refere-se a um equipamento elétrico empregado em

sistemas de distribuição e de transmissão de energia elétrica destinado a localização precisa de pontos de defeitos, através do seu acoplamento aos sistemas de processamento de sinais. A invenção também refere-se a um método de localização de pontos de defeitos através da avaliação das variações mínimas 10 de impedância instantânea decorrentes das faltas em sistemas de energia elétrica.

A bobina de Rogowski (1) é composta por um condutor elétrico recoberto (11) que recebe uma primeira camada de resina (12), envolvida por uma camada de metal condutor (13) que forma o enrolamento da bobina, uma 15 segunda camada de resina (14), uma terceira camada de resina entre duas lâminas de metal condutor (15) e uma camada externa de resina (16).

O transdutor (2) recebe energia da rede urbana (3) em alta voltagem, por exemplo, 25 kV. A corrente (4) é medida diretamente do condutor em alta tensão, sem a necessidade de instalação de transformadores, através da 20 bobina de Rogowski (1). A tensão (5) é medida por um divisor capacitivo (6), que usa o corpo da bobina (1) como uma das placas capacitivas e o cabo coaxia! (7) como secundário, atuando assim como elemento diferenciador. Da bobina (1) sai o sinal diferencial de corrente elétrica (8), enquanto que do divisor capacitivo (6) sai o sinal diferencial de tensão (9). Esses sinais diferenciais (8 e 9) são 25 transmitidos via cabos coaxiais (7) para um equipamento de processamento computacional (10) adequado.