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metadata.dc.type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Proposição de uma nova técnica para detecção de faltas de alta impedância em redes de média tensão
Authors: Stein, Henrique
metadata.dc.creator: Stein, Henrique
metadata.dc.contributor.advisor1: Santos, Eduardo Machado dos
metadata.dc.description.resumo: Os sistemas de distribuição de energia elétrica, principalmente os aéreos, estão sujeitos a ação do tempo, das pessoas e dos fenômenos naturais. Essas ações podem causar a interrupção do fornecimento de energia pela atuação do sistema de proteção, seja por acidente, por descargas atmosféricas, por defeitos em equipamentos, entre outros. As proteções convencionais atuam sempre que detectam uma sobrecorrente no sistema, a qual pode ser causada por um curto-circuito, por fuga de corrente em isoladores ou por excesso de carga. Porém existe uma situação em que esses dispositivos não atuam. Isso ocorre quando um condutor da rede primária se rompe e entra em contato com alguma superfície que apresente uma resistência elétrica elevada. Esse evento é denominado Falta de Alta Impedância (FAI). Nessas condições, a corrente de falta resultante, dependendo do terreno, pode alcançar valores próximos aos nominais, fazendo com o que os dispositivos de proteção não atuem. Esse problema é de muita importância, já que o condutor caído se mantém energizado, colocando em risco a vida de pessoas e animais que venham a passar no local. Diante disso, muitos estudos vêm sendo feitos para desenvolver metodologias capazes de detectar as FAIs. Entretanto, ainda não existe nenhum método robusto o suficiente que seja capaz de detectar faltas de alta impedância em todas as condições operacionais possíveis. Além disso, a maior parte das metodologias existentes são economicamente inviáveis para implantação em larga escala. Sendo assim, este trabalho propõe uma nova técnica para detecção FAIs que utiliza apenas os valores de corrente amostrados na subestação de energia. Essa técnica conta com um detector de transitório e é capaz de classificar uma FAI através da característica de buildup da corrente, a qual é própria desse tipo de falta. A detecção de um transitório é feita com base no cálculo das distâncias euclidianas entre dois pontos no plano formado pelas amostras do sinal de corrente e o respectivo valor da primeira função-diferença desse sinal. Uma vez que esse parâmetro sofre um incremento considerável quando da ocorrência de um distúrbio na rede, um evento ou transitório fica caracterizado sempre que o valor das referidas distâncias torna-se maior do que um valor limite, dado segundo funções estatísticas calculadas para uma janela de dados contendo valores passados deste parâmetro. Determinada a ocorrência de um transitório na rede, inicia-se o processo de classificação de faltas de alta impedância. Neste processo é identificada a característica de buildup do sinal de corrente, a qual permanece por alguns ciclos do sinal. O algoritmo proposto foi testado com base em simulações realizadas no EMTP/ATP para obtenção dos sinais de corrente, utilizando modelos computacionais de simulação de FAIs encontrados na literatura. Já o algoritmo foi implementado no ambiente MATLAB R○. Os resultados obtidos demonstram que a técnica proposta é robusta e eficaz para detecção de FAIs, uma vez que esta classificou corretamente a ocorrência de faltas de alta impedância em todos os casos analisados.
Abstract: Power distribution systems are subject to the action of time, people and natural phenomena. These actions can cause the interruption of power supply by the action of the protection system, whether by accident, lightning, by defects in the equipment, among other factors. Conventional protections operate whenever the system detects an overcurrent which may be caused by a short circuit, by current leakage in the insulating or overloaded system. But there is a situation in which these devices do not work. This occurs when a feeder of the primary network breaks down and comes in contact with any surface that has high electrical resistance. This event is called High Impedance Fault (HIF). Under these conditions, the resulting fault current, depending on the terrain, can reach values close to the nominal ones, causing the non action of protection devices. This problem is of great importance, since the fallen feeder remains energized, endangering the lives of people and animals that may go on the local where the conductor remains fallen. Therefore, many studieshave been made to develop methodologies that can detect the HIFs. However, no enough robust method exists that is capable of detecting high impedance faults in all possible operating conditions. Furthermore, most existing methods are not economically viable for large scale implementation. Therefore, this paper proposes a new technique for detecting HIFs using only the values of current sampled at the power substation. This technique has a transient detector and is able to classify a HIF through the feature of buildup of the current waveform, which is characteristic of this type of fault. The detection of a transiente is made according to the calculation of the Euclidean distance between two consecutive points in the plan formed by the current signal samples and their respective values of the first-difference function. Since this parameter undergoes a considerable increase when a disturbance on the network occurs, an event or transient is characterized whenever the value of those distances becomes greater than a threshold value, according to the statistics functions calculated for a data window containing past values of distances. After the occurrence of a transient in the network is verified, it begins the process of high impedance fault classification. An HIF is classified by checking the feature of buildup in the current signal, which remains for a few signal cycles. The proposed algorithm was tested for signals obatined by simulations in the EMTP/ATP, using computer models of HIFs simulation proposed in the literature. The algorithm was implemented in MATLAB R○. The results show that the proposed technique is robust and effective for the detection of HIFs, since it correctly classified the occurrence of high impedance faults in all cases analyzed.
Keywords: Electrical engineering
Distribution networks of electric energy
Electrical power systems
Transitory (Electricity)
Publisher: Universidade Federal do Pampa
metadata.dc.rights: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://hdl.handle.net/riu/1052
Issue Date: 16-Jan-2015
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