CONSIDERAÇÕES SOBRE O EFEITO CAPACITIVO DAS LTS

Estudos preliminares considerando o efeito capacitivo das LTs demonstram que o ruído produzido pelas capacitâncias shunt prejudica o desempenho das metodologias propostas nesta tese. Foi verificado que o detector de transitórios atua incorretamente ao processar sinais corrompidos pelo efeito capacitivo das LTs, antecipando a detecção dos transitórios e, consequentemente, prejudicando o desempenho das metodologias de detecção e de correção dos intervalos distorcidos das formas de onda de corrente secundária, provocados pela saturação dos TCs.

Com relação ao desempenho do detector de saturação, verificou-se que, em consequência do ruído provocado pelas capacitâncias shunt das LTs, a metodologia atua indevidamente, podendo detectar inícios de saturação inexistentes, além de falhar na detecção dos intervalos de saturação que efetivamente distorcem as formas de onda. A falha na detecção dos trechos distorcidos pode fazer com esses intervalos não sejam compensados. Além disso, a detecção indevida dos mesmos prejudica o desempenho da metodologia de compensação das formas de onda, uma vez que amostras das porções distorcidas podem ser incluídas nos cálculos dos parâmetros C1, C2, λ1, λ2, λ3 e B, provocando erros elevados na reconstrução do sinal.

Ainda, com relação ao desempenho do estimador de frequência frente ao efeito capacitivo das LTs, foi constado que, para níveis elevados de ruído, a frequência estimada apresenta erros elevados, mesmo para situações que não envolvam transitórios.

Entretanto, durante as análises realizadas, foi verificado que a utilização de filtros

Tese – Eduardo Machado dos Santos UFSM / PPGEE erros provocados pelo efeito capacitivo das LTs. Nesse contexto, primeiramente foram testados filtros analógicos RC de primeira ordem, do tipo passa-baixas, os quais foram incluídos em cada fase do sistema teste da Figura 6.1, de modo que todos os sinais fossem filtrados. Os parâmetros RC desses filtros foram dimensionados para uma frequência de corte igual 350 Hz, conforme Rebizant et al. (2008). Além dos filtros RC, foi testado um filtro digital Butterworth de segunda ordem, também com frequência de corte de 350 Hz.

O desempenho das metodologias propostas, utilizando cada uma das filtragens descritas, foi avaliada para o processamento dos sinais provenientes da simulação dos mesmos casos apresentados na Seção 6.3, considerando capacitâncias shunt no modelo da LT do sistema teste da Figura 6.1. Os referidos valores de capacitância considerados foram de 12,8 nF/km para a sequência positiva e 6,6 nF/km para a sequência zero.

Com relação ao desempenho apresentado pelo estimador de frequência proposto, ressalta-se que, para ambas as filtragens, em todos os casos analisados, a resposta foi bastante semelhante àquela apresentada pelo estimador processando sinais obtidos a partir da simulação do sistema teste desprezando o efeito capacitivo da LT. Um exemplo disto pode ser visto na Figura 6.89. Essa Figura mostra a resposta do estimador para os sinais desprezando o efeito capacitivo, bem como para os sinais filtrados pelos respectivos circuitos RC de primeira ordem e pelo o filtro Butterworth de segunda ordem, os quais foram obtidos a partir da simulação de uma falta monofásica em 5% da LT. Nessa Figura, é possível notar a semelhança entre as respostas do estimador de frequência para essas três situações.

Figura 6.89 – Respostas do estimador de frequência para as diferentes filtragens.

Já sobre o detector de transitórios, foi verificado que as filtragens provocam atrasos na detecção da falta, conforme pode ser visto na Figura 6.90, a qual mostra a atuação do detector de transitórios da fase A, para a falta monofásica em 5% da LT, considerando o efeito capacitivo e as respectivas filtragens.

Tese – Eduardo Machado dos Santos UFSM / PPGEE Figura 6.90 – Atuação do detector de transitórios para falta monofásica em 5% da LT. (a) Desprezando o

efeito capacitivo da LT. (b) Utilizando filtro RC. (c) Utilizando filtro Butterworth.

Para o caso ilustrado na Figura 6.90, a falta ocorre em 200 ms. Quando desprezado o efeito capacitivo da LT, a falta era detectada em 200,62 ms, conforme demonstrado na Figura 6.90 (a). Considerando as capacitâncias da linha, a falta foi detectada com atraso de 0,97 ms em relação ao instante de incidência, para a utilização do filtro RC. Já para o filtro Butterworth, esse atraso é 1,14 ms. Embora esses atrasos ocorram, foi verificado que, para ambas as filtragens, os desempenhos das metodologias de detecção e de compensação dos intervalos distorcidos por saturação não são afetados de forma significativa.

Sendo assim, a Figura 6.91 apresenta a resposta da correção e da detecção dos intervalos distorcidos por saturação para a falta monofásica em 5% da LT, considerando os filtros RC. Nesse caso, sete intervalos de saturação, ocorridos a partir do primeiro ciclo da corrente de falta, foram detectados adequadamente, enquanto que para o mesmo caso desprezando o efeito capacitivo da LT oito intervalos foram detectados. Entretanto, o oitavo trecho distorcido, o qual não foi detectado considerando os filtros RC, não prejudica o desempenho da compensação, uma vez que este não representa uma distorção severa da forma de onda. Além disso, ressalta-se que, utilizando os filtros RC, o erro máximo da correção foi de 0,5508%, ocorrido durante a compensação do segundo intervalo de saturação detectado.

Já os resultados considerando o filtro Butterworth são apresentados na Figura 6.92. Nessa Figura, pode-se notar que foram corretamente detectados seis intervalos de saturação, ocorridos desde o primeiro até o sexto ciclo após a incidência de falta, não prejudicando o desempenho da metodologia de compensação da forma de onda.

Tese – Eduardo Machado dos Santos UFSM / PPGEE Embora o sétimo e o oitavo intervalos de saturação presentes na resposta do detector ao se desprezar o efeito capacitivo da LT não tenham sido detectados neste caso, o erro transitório percentual máximo da correção não ultrapassou 0,5383 %, conforme mostrado na Figura 6.92 (c).

Figura 6.91 – Resultados da compensação da forma de onda de corrente secundária para uma falta monofásica em 5% da LT, utilizando filtros RC. (a) Corrente corrigida e distorcida. (b) Detector de

saturação. (c) Erro transitório percentual.

Figura 6.92 - Resultados da compensação da forma de onda de corrente secundária para uma falta monofásica em 5% da LT, utilizando filtro Butterworth. (a) Corrente corrigida e distorcida. (b) Detector

de saturação. (c) Erro transitório percentual.

As Tabelas 6.19 e 6.20 mostram os valores de frequência utilizados para a compensação de cada trecho distorcido detectado, considerando ambas as filtragens.

Tese – Eduardo Machado dos Santos UFSM / PPGEE Tabela 6.19 – Frequências utilizadas para a correção dos trechos distorcidos detectados com filtros RC.

Trecho

distorcido 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º f (Hz) 59,9002 58,3074 57,7635 57,5447 59,1621 59,2135 59,2173

Tabela 6.20 – Frequências utilizadas para a correção dos trechos distorcidos detectados com filtro Butterworth.

Trecho

distorcido 1º 2º 3º 4º 5º 6º f (Hz) 59,9032 58,2808 57,7621 57,5541 59,1774 59,2247

Tendo em vista os resultados apresentados, é possível afirmar que, embora provoquem atrasos na detecção das faltas ou limitem a sensibilidade do detector de saturação, de modo que trechos pouco distorcidos não sejam identificados, a utilização de filtros antialiasing garantem o bom desempenho das técnicas propostas neste trabalho.

Por fim, é importante ressaltar que, embora o efeito capacitivo provoque níveis elevados de ruído nos sinais de corrente, as metodologias de detecção de transitórios e de intervalos de saturação apresentam imunidade ao ruído para sinais com SNR superior a 56 dB, conforme descrito na Seção 5.2.1. Também a metodologia de estimação de frequência apresenta imunidade a ruídos para sinais com SNR superior 58 dB, conforme a Seção 4.7.7.

6.9 Considerações Finais

Neste Capítulo, foram feitas as considerações com relação ao sistema teste e os critérios de avaliação das metodologias propostas. Além disso, foram apresentados e discutidos os resultados obtidos.

De forma geral, foi verificado que as metodologias propostas apresentaram bom desempenho, uma vez que a correção dos sinais distorcidos, em virtude da saturação dos TCs, apresentou erros transitórios que não excederam 1,1%. Tal desempenho se deve à precisão das técnicas de detecção de falta e de detecção de saturação, uma vez que a técnica de correção depende da correta identificação dos trechos distorcidos (SANTOS, 2011), além da qualidade da frequência estimada.

Também, foram demonstrados resultados para análises considerando o efeito capacitivo da LT, a partir dos quais pode-se afirmar que a utilização de filtros antialiasing bem dimensionados garantem o bom desempenho das técnicas propostas.

Tese – Eduardo Machado dos Santos UFSM / PPGEE Portanto, tendo em vista os resultados obtidos, nota-se que a metodologia proposta na tese apresenta grande robustez e pode ser uma boa ferramenta para aumentar a confiabilidade dos sistemas de proteção, que podem ter seu funcionamento afetado pela saturação dos TCs.

Tese – Eduardo Machado dos Santos UFSM / PPGEE

Capítulo 7