Detecção por algoritmo de energia

No projeto EPRI 1285-3 [6], os pesquisadores desenvolveram um algoritmo de energia, o qual detectava um aumento súbito no nível de corrente de uma dada freqüência ou banda de freqüência. O algoritmo de energia foi inicialmente aplicado em uma corrente de alta freqüência (2 a 10 kHz) e posteriormente para correntes não harmônicas e harmônicas de baixa freqüência.

Os pesquisadores basearam-se em observações feitas durante faltas propositais com condutores caídos ao solo com arco, as quais produziam um aumento significativo de corrente de alta freqüência, devido à característica de resistência não-linear da falta enquanto o arco existia, geralmente sendo intermitente. Também observaram que outros eventos normais do sistema produziam aumentos similares, porém sempre num tempo limitado a poucos ciclos. Isso indicou que o monitoramento do aumento da atividade sustentada de alta freqüência da corrente poderia ser usado como indicador dessas faltas, além do tempo que é o fator discriminante para evitar falsos trips.

O princípio dessa detecção é que faltas de alta impedância com arco são responsáveis pela injeção de altas freqüências na corrente de falta enquanto o arco existir, geralmente sendo intermitentes. Sua distinção com operações normais do sistema como chaveamento de bancos de capacitores, operação de chaves, operação de disjuntor, é que essas últimas, apesar de também injetarem altas freqüências na corrente do sistema, são de curta duração, da ordem de alguns ciclos. Essa teoria foi verificada no laboratório com o auxílio de um centelhador e em campo, através de testes propositais. Dessa forma, o tempo é um fator importante para esse método de detecção, pois distingue entre uma falta de alta impedância com arco e operações normais do sistema. O indicador do método de detecção é a variação da atividade de componentes de alta freqüência na corrente de fase acima da condição normal do sistema.

Sob condições normais, o algoritmo de energia se mantinha no estado “Normal”. Então, a média do nível de energia de uma freqüência particular é calculada e armazenada, sendo a energia calculada como a soma dos quadrados dos valores amostrados de um ciclo de 60 Hz. A seguir é descrita a lógica adotada para indicação do estado do sistema:

1º) calcula-se o nível de energia médio de componentes de alta freqüência (2 a 10 kHz) em cada ciclo de 60 Hz para condições normais do sistema;

2º) a cada ciclo calcula-se novamente o nível de energia e se compara com a média. Se o nível de energia desse ciclo é maior que 1,5 vezes a média, o

algoritmo considera a ocorrência de um evento e o nível de energia é incorporado à média. Caso contrário, o nível de energia é incorporado à média e calcula-se o nível de energia do outro ciclo sem considerar a ocorrência de um evento.

3º) No caso da indicação de um evento, calcula-se o nível de energia do próximo ciclo e se o mesmo é maior 1,5 vezes que a média, é dado um incremento de contagem do evento e assim sucessivamente até o término de um tempo pré- determinado. Caso contrário, a consideração do evento continua e calcula-se o nível de energia do próximo ciclo e volta-se ao início desse passo.

4º) Após o término de um tempo pré-determinado, verifica-se quantos incrementos foram contados naquele intervalo. Caso o número de incrementos seja superior a um valor pré-determinado, o algoritmo acusa a falta. Caso contrário volta-se ao 1º passo, já não considerando um evento. Dois protótipos foram construídos, sendo um para testes em laboratório com a utilização de centelhador e outro para testes no campo. O protótipo aplicado para os testes em laboratório obteve resultados excelentes, atuando para todas as faltas de alta impedância com arco modeladas, segundo [1]. Já o protótipo aplicado no campo foi instalado em um alimentador tipicamente residencial, durante um período de 3 meses, ressaltando-se que os bancos de capacitores foram retirados de serviço durante o período de testes. Segundo [6], durante esse período nenhuma ocorrência natural de falta de alta impedância com arco foi relatada, e não houve nenhuma operação de falso trip.

Segundo [1], o algoritmo de energia também foi aplicado posteriormente em harmônicos ímpares, pares e não-harmônicos numa faixa abaixo de 1200 Hz. O desempenho do algoritmo aplicado a esses harmônicos, quando testado com dados de faltas propositais com condutores caídos ao solo foi satisfatório, especialmente para correntes de harmônicas pares e não- harmônicas.

Esse método de detecção apresentava as seguintes limitações:

9 bancos de capacitores ligados em estrela aterrada atenuam os ruídos de alta freqüência gerados pela falta de alta impedância com arco, pois drenam grande parte desses ruídos para a terra, reduzindo a confiabilidade do método de detecção;

9 faltas de alta impedância com arco com nível de corrente muito baixo (da ordem de 10 A) não geram sinais de alta freqüência suficientes para serem detectadas com confiabilidade;

9 faltas de alta impedância com condutores rompidos, porém sem tocar o solo, não podem ser detectadas por esse método, pelo mesmo motivo acima exposto;

9 o ruído gerado pela falta de alta impedância com arco pode ser transmitido para outros alimentadores ligados no barramento da SE, o que pode gerar falsos

trips nos mesmos com a aplicação desse método.

Ressalta-se, porém, que esse método de detecção aplica-se a todas as faltas de alta impedância com arco e não só para aquelas com condutores caídos ao solo, tendo como exemplo galhos de árvores tocando condutores nus, não distinguindo um tipo de falta do outro.

Além disso, alguns tipos de carga que apresentam ruídos significativos podem dificultar a detecção de faltas de alta impedância com arco por esse método.