XVIII Congresso Brasileiro de Automática / 12 a 16-setembro-2010, Bonito-MS
DETECÇÃO DO INTERVALO DE SATURAÇÃO DE TRANSFORMADORES DE CORRENTE
ATRAVÉS DO ÂNGULO ENTRE AS DIFERENÇAS DAS AMOSTRAS DE CORRENTE
SECUNDÁRIA
EDUARDO M. DOS SANTOS, PATRICK E. FARIAS, GHENDY CARDOSO JR.,
NILVANIA STEFANELLO, YURI N. GAZEN, RAFAEL CORRÊA
Centro de Estudos em Energia e Meio Ambiente, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Universidade Federal de Santa Maria
E-mails: [email protected],[email protected],[email protected],
[email protected],[email protected],
[email protected]
Abstract The Current Transformers (CTs) are essential equipments for electric power systems safety, since its function is to
replicate the high primary currents at acceptable levels in the secondary terminal, where the relays are connected. However, the
CTs are subject to a physical phenomenon called saturation, which occurs mainly due to the presence of exponentially decaying
component produced by short circuit, among other factors. When saturated, the currents reproduced in the secondary of the CTs
are distorted, and may cause unwanted trip. In order to solve this problem, the proposed work presents a new technique to detect
the range of saturation, based on the angle between the differences of each pair of consecutive samples of the secondary current.
The start and end point of saturation are characterized by peaks, where the variation in the differences is sharp and, consequently,
the angles are high. After detection, a method recently proposed in the literature is used to compensate the current distortion. The
studies realized until then show that the method is effective, being able to detect correctly the intervals of the secondary current
waveform distorted by saturation.
Keywords Correction, Detection, Protection, Relays, Saturation, Current Transformer.
ResumoOs Transformadores de Corrente (TCs) são equipamentos fundamentais para a segurança dos sistemas elétricos de
potência, uma vez que sua função é replicar as elevadas correntes do primário em níveis aceitáveis no secundário, terminal em
que são conectados os relés de proteção. Porém, os TCs estão sujeitos a um fenômeno físico chamado saturação, que ocorre
principalmente devido à presença da componente exponencial declinante produzida pelo curto-circuito, entre outros fatores.
Quando saturado, as correntes reproduzidas no secundário dos TCs são distorcidas, podendo causar a operação indevida dos
esquemas de proteção. De modo a solucionar esse problema, o trabalho proposto apresenta uma nova técnica para detecção do
intervalo de saturação, baseado no cálculo do ângulo formado entre as diferenças de cada par de amostras consecutivas da
corrente secundária. O início e o fim dos intervalos de saturação são caracterizados por picos onde a variação nas diferenças é
brusca e, conseqüentemente, os ângulos são grandes. Após a detecção, é utilizado um método recentemente proposto na
literatura, com o objetivo de compensar a corrente distorcida. Os estudos realizados até então demonstram que o método é
bastante eficaz, sendo capaz de detectar corretamente os intervalos da forma de onda da corrente secundária distorcidos pela
saturação.
Palavras-Chave Correção, Detecção, Proteção, Relés, Saturação, Transformador de Corrente.
Com o intuito de evitar os problemas causados
pela saturação, foi desenvolvida uma nova técnica
cuja finalidade é detectar os intervalos em que a
saturação ocorre. Tal técnica é baseada no cálculo da
diferença entre dois pontos consecutivos do sinal de
corrente secundária. Em seguida, é calculado o
ângulo formado entre essa diferença e a anterior. Os
pontos que caracterizam o início ou o fim de um
intervalo de saturação são detectados quando o valor
desse ângulo é maior do que um valor préestabelecido.
Após a detecção do início do fenômeno, é
aplicada a técnica de correção proposta por Kang et
al. (2004). A correção ocorre até a detecção do final
do intervalo de saturação, promovendo a
reconstrução do sinal pelo acréscimo da corrente de
magnetização estimada para cada ponto da região
distorcida.
A seção seguinte apresenta uma breve discussão
sobre o fenômeno da saturação e suas implicações
nos sistemas de proteção. Em seguida, há a
explicação do método proposto e da técnica de
correção usada, bem como os resultados obtidos nas
simulações, e as conclusões.
1 Introdução
Transformadores de corrente são equipamentos
fundamentais para a proteção dos sistemas elétricos
de potência, uma vez que sua função é replicar no
secundário, em escala menor, as altas correntes
primárias, propiciando assim acesso aos sinais de
corrente da rede.
Nesse contexto, os TCs devem replicar as
correntes primárias da forma mais fiel possível, de
modo a garantir a atuação coerente dos sistemas de
proteção. Por isso, são projetados e fabricados
seguindo normas nacionais e internacionais, como a
IEEE Standard Requirements for Instrument
Transformers (1993) e a IEEE Guide for the
Application of Current Transformers Used for
Protective Relaying Purposes (1996).
Estes transformadores, como qualquer outro que
utiliza núcleo ferromagnético, estão sujeitos a um
fenômeno físico conhecido como saturação. Um TC
com núcleo saturado distorce a forma de onda do
sinal no terminal secundário, podendo causar a má
atuação dos relés a ele conectados.
2755
XVIII Congresso Brasileiro de Automática / 12 a 16-setembro-2010, Bonito-MS
secondary current. 39th International Universities
Power Engineering Conference, vol. 1, pp. 468472.
Apêndice A
Tabela A1, Parâmetros do TC
Parâmetros
Valor
Io (A)
Fo (Wb/espira)
Rmag (Ω)
Rp (Ω)
Lp (Ω)
Vrp (kV)
Rs (Ω)
Ls (Ω)
Vrs (kV)
Rms
0
0
0
0.576
0
240
0
1E-7
1
0
Tabela A2, Parâmetros da curva de Excitação do TC
ie(t)
λ(Wb/espira)
0.0141421356
0.0536733089
0.131694552
0.175046597
0.189134128
0.341310866
0.561072569
0.975998771
94.3968011
0.0337618619
0.337618619
1.6055641
1.87565899
2.25079079
2.62592259
2.92602803
3.00105439
3.47747177
2761