Definições de Disjuntor Híbrido HVDC

Definições para Disjuntores Híbridos HVDC

Definições Padrão para Disjuntores de CA

• Limitações: As definições padrão para disjuntores de CA não se traduzem diretamente para a proteção HVDC, pois os intervalos de tempo e as dinâmicas envolvidas são diferentes.
• Intervalos de Tempo: Os disjuntores de CA têm um tempo relativamente longo para agir em comparação com os disjuntores de CC. Geralmente, as correntes de falha que um disjuntor de CA interrompe terão quase atingido o estado estacionário no momento em que a proteção age, mas nem sempre é o caso.

Disjuntores HVDC

• Tempo de Resposta: Os disjuntores HVDC devem agir antes que a corrente de falha de CC atinja um valor de estado estacionário, devido às limitações dos eletrônicos dentro dos disjuntores e dos próprios conversores.

Principais Ramificações e Suas Funções

1. Ramificação Principal:

   • Conduz a corrente durante a operação normal.

2. Ramificação Secundária:

   • Conduz a corrente de falha por um curto período de tempo.

3. Ramificação de Absorção de Energia:

   • Limita a tensão através do disjuntor e absorve qualquer energia adicional da rede de CC.

Principais Definições Temporais para Disjuntores Híbridos

1. Início da Falha (Tf):

   • O momento em que as condições elétricas da rede mudam, resultando em uma condição de sobrecorrente.

2. Tempo de Detecção:

   • O tempo decorrido desde o início da falha até o momento em que o sistema de proteção detecta a falha.

3. Tempo de Localização:

   • O tempo necessário para o sistema de proteção decidir quais disjuntores abrir a partir do momento em que a falha é detectada.

4. Tempo de Operação:

   • O tempo necessário para o disjuntor transitar do estado "Fechado" para o estado "Aberto".

5. Tempo de Interrupção (Tint):

   • O tempo entre o início da falha e o disjuntor construir tensão suficiente para se opor substancialmente à corrente de falha.

6. Tempo de Comutação (Tcom):

   • O tempo necessário para a corrente na ramificação principal decrescer a zero, ou tão próximo de zero que a próxima etapa na operação do disjuntor possa ocorrer.

7. Tempo de Limpeza (Tclr):

   • O tempo decorrido desde o início da falha até o momento em que a corrente da linha de CC atinge zero, ou a corrente de joelho dos varistores (I_knee) é atingida.

8. Tempo de Operação de Limitação de Corrente (Tlim):

   • O tempo em que o disjuntor começa a operar como limitador de corrente de falha.

Disjuntor Híbrido Proativo (PHCB) HVDC Projetado pela ABB

Visão Geral do Projeto

O Disjuntor Híbrido Proativo (PHCB) HVDC, projetado pela ABB, consiste em duas ramificações paralelas:

1. Caminho de Corrente Normal:

   • Interruptor Mecânico: Permanece fechado durante a operação normal.
   • Interruptor de Comutação de Carga (LCS): Uma pilha em série de baixa tensão de interruptores semicondutores que está ligada durante a operação normal.

2. Elemento Principal de Interrupção de Corrente:

   • Disjuntor Principal: Uma pilha de interruptores semicondutores que está desligada durante a operação normal.

3. Ramificação de Absorção de Energia:

   • Combinada com a ramificação secundária para adicionar funcionalidade ao disjuntor. Isso permite que seções da ramificação secundária sejam acionadas independentemente umas das outras. Essa característica permite que o disjuntor atue como limitador de corrente de falha em determinadas situações.

Operação Normal

• Desconector: Fechado
• LCS: Ligado
• Disjuntor Principal: Desligado

Operação em Condição de Falha

1. Detectação de Falha:

   • O LCS é desligado.
   • O disjuntor principal é ligado.
   • O LCS fornece tensão suficiente para comutar a corrente da ramificação principal para a ramificação secundária.
   • O LCS pode ser acionado antes que a falha seja confirmada, permitindo que o algoritmo de detecção processe em paralelo com a operação do disjuntor.

2. Transferência de Corrente:

   • Assim que toda a corrente está fluindo através do disjuntor principal, o desconector mecânico de alta velocidade é aberto.
   • Quando o interruptor mecânico está completamente aberto, o disjuntor principal é desligado, a corrente do disjuntor principal é interrompida, e a energia da linha é dissipada nos varistores.
   • O interruptor de desconexão de corrente residual em série, relativamente lento, é usado para interromper a corrente de fuga através do disjuntor principal e dispositivos associados, que podem ser significativos dependendo de como a ramificação de absorção de energia é projetada. Este interruptor também fornece isolamento completo.

Exemplo Ilustrativo

A Figura 3 mostra uma típica forma de onda de corrente de falha com tempos e classificações de corrente rotulados. As dinâmicas foram exageradas para permitir que as definições fossem desenhadas facilmente:

• Início da Falha (Tf): O momento inicial de ocorrência da falha.
• Tempo de Detecção: Tempo de Tf até a detecção da falha.
• Tempo de Localização: Tempo de detecção até a determinação de quais disjuntores abrir.
• Tempo de Operação: Tempo para o disjuntor transitar de fechado para aberto.
• Tempo de Interrupção (Tint): Tempo de Tf até a construção de tensão suficiente para se opor à corrente de falha.
• Tempo de Comutação (Tcom): Tempo para a corrente na ramificação principal decrescer.
• Tempo de Limpeza (Tclr): Tempo de Tf até corrente zero ou Iknee.
• Tempo de Operação de Limitação de Corrente (Tlim): Tempo em que o disjuntor começa a limitar a corrente de falha.

Resumo

O Disjuntor Híbrido Proativo (PHCB) HVDC, projetado pela ABB, combina interruptores mecânicos e semicondutores para fornecer proteção rápida, confiável e eficiente contra falhas em sistemas HVDC. As definições e intervalos de tempo para disjuntores híbridos HVDC destacam os desafios únicos e requisitos da proteção de CC, enfatizando a necessidade de operação rápida e precisa para garantir a segurança e estabilidade do sistema.