A função de sobrecorrente instantânea adaptativa em relés microprocessados devido à

Em certos casos de aplicação de proteção de motores industriais, pode ocorrer a saturação dos TC’s de proteção, em situações de ocorrência de curto circuito trifásico, caso o valor primário do TC seja baixo (normalmente selecionado de acordo com a corrente nominal do motor) e caso o sistema elétrico de potência apresente níveis de correntes de curto circuito muito elevados. A ocorrência de níveis de curto circuito elevados em sistemas elétricos industriais é comum atualmente, onde são normalmente utilizados transformadores de potência de grande porte.

Elevadas correntes de falta podem ocasionar a saturação dos TC’s de proteção e degradar a resposta de filtros digitais que sejam baseados em filtros do tipo DFT (Discrete

Fourier Transform), degradando a ação da função de proteção de sobrecorrente instantânea (Função 50). Filtros digitais não podem fazer uma medida precisa da corrente de falta quando ocorre a saturação dos TC’s, uma vez que a magnitude da corrente fundamental na formas de onda de TC’s severamente saturados é uma pobre representação da real corrente de falta. [35]

O filtro do tipo Cosseno tem um desempenho excelente na remoção do DC Offset e na remoção das harmônicas do sinal de entrada a ser analisado. Entretanto, o filtro do tipo Detector Bipolar de Pico apresenta um melhor desempenho na estimativa do valor da magnitude da componente fundamental do sinal em situações de severas saturações de TC’s, onde os cálculos de valor de magnitude efetuados pelo Filtro Cosseno podem ser significantemente degradados.

O Anexo A deste trabalho apresenta considerações sobre algoritmos baseado em filtros digitais do tipo DFT ou Filtro Cosseno, normalmente utilizados em relés de proteção microprocessados.

A combinação destes dois métodos (Filtro Cosseno e Detector Bipolar de Pico) fornece uma solução eficiente para a operação de uma função de proteção de sobrecorrente instantânea (Função 50). Este elemento de sobrecorrente instantâneo combinado, conforme mostrado no diagrama de blocos da Figura 4.4 é denominado Filtro Adaptativo de Cosseno e de Pico, uma vez que este algoritmo incorpora ambos os filtros. [36]

Figura 4.4 - Diagrama de blocos de um elemento de sobrecorrente instantâneo (Função 50) com filtro adaptativo de cosseno e de pico.

Neste diagrama de blocos, o filtro digital detector de pico bipolar calcula o valor de pico da forma da onda bem como a média do valor absoluto de dois picos positivos e negativos consecutivos.

Um detector de distorção do sinal de entrada mede o grau de saturação do TC através do calculo e da avaliação do nível de distorção do sinal. Em função deste valor, um elemento comutador efetua a comutação da sua entrada para o detector bipolar de pico quando o Índice de Distorção (ID) atinge um valor pré-determinado.

Uma forma de calcular este índice de distorção é através do teorema de Parseval, com o cálculo do somatório do quadrado de todos os valores das amostras (in), medidas durante um

período, em relação ao valor da componente fundamental do sinal, da seguinte forma:

(

)

∑

Como um exemplo de implementação deste algoritmo, existe relés microprocessados para proteção de motores, com filtro adaptativo, onde são consideradas para o cálculo do índice de distorção somente as componentes da fundamental (h=1) e da segunda (h=2) e terceira (h=3) harmônicas. No caso destes relés, o índice de distorção é calculado através de 3 filtros do tipo cosseno, configurados para estas três ordens harmônicas, através da seguinte equação: 1 2 3 1 + + = I I I ID I (4.2)

Conforme mostrado no Diagrama de Blocos da Figura 4.4, o filtro cosseno fornece a magnitude do sinal de entrada para o caso de operação normal senoidal, para casos de índice de distorção baixo. O filtro detector de pico fornece a magnitude do sinal de entrada para o caso de operação com elevados níveis de distorção, tal como ocorre nos casos de saturação de TC’s.

Para formas de onda sem distorção (ou não contendo harmônicas), o índice de distorção é igual a 1. Para formas de onda de corrente altamente distorcidas por saturação de TC’s, o índice de distorção atinge valores maiores do que 2 (dois). O conceito básico é então, que seja feita uma comutação da medição da magnitude do sistema de filtragem convencional

(cosse

a partir da saída do filtro detect

nitude da corrente de falta nestas situações. Este tipo de algoritmo tem sido atualmente implementado em relés microprocessados de proteção para motores trifásicos industriais. [35] [36]

no) para o sistema detector de pico quando o índice de distorção se torna maior do que um valor limite de threshold. Tipicamente, este valor limite fica em torno de 1.75. [35]

O índice de distorção é calculado amostra por amostra e comparado com o valor limite. Este comparador, por sua vez, controla a função de comutação. Quando a distorção excede o valor de threshold, a medição da magnitude da corrente é feita

or bipolar de pico. Quando a distorção é menor do que o valor limite, a medição da magnitude da corrente é feita a partir da saída do Filtro Cosseno.

Os valores de pickup dos ajustes das funções de sobrecorrente são comparados com a magnitude da máxima corrente de fase de saída do respectivo filtro selecionado.

Portanto, para a função de sobrecorrente instantânea, o filtro detector bipolar de corrente de pico tem o melhor desempenho em situações de severa saturação de TC, quando a estimativa de magnitude do sinal pelo filtro cosseno é significantemente degradada. Em função da rápida resposta de subida do filtro digital do tipo detector de pico o seu sinal de saída é mais representativo da real mag

5 MODELO PARA PROTEÇÃO TÉRMICA DE MOTORES DE INDUÇÃO