Método para Isolamento Automático de Falhas em Equipamentos de Clientes por Interruptores de Carga em Redes de Distribuição

1 Visão Geral

A segurança da rede de distribuição tem sido historicamente subestimada, com sua automação atrasada em relação à automação das subestações. Usar intervalos de 10 kV de subestações existentes para definir pontos de seção atende às necessidades futuras da rede. A configuração de disjuntores de distribuição, disjuntores de seção e proteção deve corresponder à proteção de saída de linha da subestação para garantir confiabilidade. O isolamento de falhas, a autorrecuperação e a restauração são fundamentais para a automação da distribuição.

Estudiosos têm estudado a otimização de recuperação de falhas em redes de distribuição inteligentes (múltiplas fontes de energia, fontes intermitentes, armazenamento de energia), mas não o isolamento de falhas de equipamentos de usuários baseado em disjuntores de carga. Considerando a linha do Figura 1: o disjuntor de seção S3 serve A, B, C. Uma falha em A aciona o S3. Falhas transitórias permitem o recolocamento bem-sucedido; as permanentes causam interrupções em B/C, prejudicando a produção, cortando o fornecimento e aumentando a resolução de problemas (pois o S3 não pode identificar a falha, exigindo verificações uma por uma). Portanto, é urgente um método/dispositivo de disjuntor de carga para isolar falhas, identificar usuários com falhas. Garantir que o S3 recoloque com sucesso para usuários sem falhas, independentemente do tipo de usuário/falha (transitória/permanente).

2 Método para Isolar Efetivamente Falhas em Equipamentos de Usuários de Energia com Disjuntores de Carga

Um disjuntor de carga, um dispositivo de comutação entre um disjuntor e um interruptor de seccionamento, possui um dispositivo simples de extinção de arco. Pode interromper correntes de carga nominal e algumas correntes de sobrecarga, mas não correntes de falha de curto-circuito. Assim, quando qualquer equipamento de usuário falha, apenas o disjuntor de seção S3 dispara para proteção. Se um dispositivo detecta o usuário com falha e dispara seu disjuntor de carga antes que o S3 recoloque, o usuário com falha é isolado, e o S3 recola com sucesso. Enviar informações do usuário com falha para a equipe de operação e manutenção (O&M) da rede de distribuição via mensagem de texto permite que eles tratem as falhas rapidamente, reduzindo a carga de trabalho de O&M, melhorando a confiabilidade do fornecimento de energia e garantindo o fornecimento de energia para usuários sem falhas.

3 Rota Técnica para Isolar Efetivamente Falhas em Equipamentos de Usuários de Energia com Disjuntores de Carga
3.1 Processo do Módulo Lógico Técnico

Tomando como exemplo a falha no equipamento do Usuário A. Instale um dispositivo de detecção de falhas em seu disjuntor de carga (como na Figura 2). Colocado entre o disjuntor de carga e a linha de entrada, ele possui um módulo de detecção de tensão, um módulo de detecção de corrente, um módulo de julgamento lógico e processamento, um contato de disparo, um contato de sinalização e um módulo de envio de sinal sem fio (processo lógico na Figura 3). As saídas dos módulos de detecção de tensão e corrente conectam-se à entrada do módulo lógico. Sua saída conecta-se a uma extremidade do contato de disparo e do contato de sinalização. A outra extremidade do contato de disparo conecta-se ao equipamento primário do usuário através da bobina de disparo do disjuntor de carga; a outra extremidade do contato de sinalização conecta-se ao módulo sem fio. Isso permite o isolamento efetivo de falhas, a rápida resolução de falhas pela equipe de manutenção, a redução da carga de trabalho de localização de falhas e a melhoria da eficiência do trabalho.

3.2 Implementação Física de Conexões

Tomando como exemplo a falha no equipamento do Usuário A (ver Figura 4), o módulo de detecção de tensão conecta-se ao transformador de tensão da barra da sala de distribuição pública, e o módulo de detecção de corrente conecta-se ao CT1 (transformador de corrente da linha de entrada do Usuário A). O módulo de julgamento lógico do Usuário A processa a corrente e a tensão de entrada.

Quando o Usuário A tem uma falha de curto-circuito, a corrente que passa por seu módulo de julgamento lógico sobe (e excede) a corrente de falha pré-definida, marcada como "1". Em seguida, o disjuntor de seção S3 dispara, fazendo com que a barra da sala de distribuição pública perca tensão. Todos os módulos lógicos dos usuários detectam essa perda de tensão (marcada como "1"), mas apenas o módulo do Usuário A detecta tanto a corrente de falha quanto a perda de tensão (ambas "1"). Esses "1s" formam uma porta AND, identificando o Usuário A como o com falha.

O módulo lógico do Usuário A gera o contato de disparo TJ1 e o contato de sinalização TJ2. TJ1 fecha, conectando-se à alimentação positiva e à bobina de disparo do disjuntor de carga para disparar o disjuntor de carga do Usuário A. TJ2 fecha, enviando informações de falha para a equipe de O&M da rede de distribuição via sem fio. Isso garante que o disjuntor de carga do usuário com falha não interrompa a corrente de falha, mas isole a falha. Os usuários sem falha, apesar da perda de tensão (sem detecção de corrente de falha), não disparam seus disjuntores de carga (porta AND não ativada).

De maneira similar, as correntes secundárias dos transformadores de corrente de linha de entrada CT2 (Usuário B) e CT3 (Usuário C) conectam-se ao dispositivo de detecção. A lógica de falha segue o princípio do Usuário A, isolando falhas para B/C para garantir o fornecimento de energia normal para os demais.

4 Coordenação com Proteção do Disjuntor de Seção e Medidas Anticontraoperação

• Para linhas aéreas: o detector de falhas coordena com o tempo de recolocação do S3 (geralmente 1,2s de atraso após o disparo). Dentro de 1,2s, deve disparar o disjuntor de carga do usuário com falha (evitando que o S3 recoloque em falhas). Informações de falha são enviadas por texto para a equipe de O&M para reparos rápidos.

• Para linhas de cabo: como o S3 não tem recolocação, o detector dispara o disjuntor de carga com falha e envia informações de falha. A equipe de O&M então fecha o S3, garantindo o fornecimento de energia para usuários sem falhas e reduzindo o tempo de interrupção.

• Para evitar o disparo incorreto de disjuntores de carga sem falha após o recolocamento do S3: a lógica do detector requer primeiro a detecção de aumento da corrente de falha, seguida pela perda de tensão (formando uma porta AND). Um atraso é adicionado ao julgamento de perda de tensão (para evitar disparos incorretos devido a correntes de inrush chegando antes da tensão).

5 Conclusão

Instalar detectores de falhas nas linhas de entrada dos disjuntores de carga dos usuários (coordenados com a proteção do disjuntor de seção) permite que os disjuntores de carga isolem automaticamente as falhas e alertem a equipe de O&M. Isso aumenta a confiabilidade das linhas de distribuição públicas, reduz a carga de trabalho de solução de problemas e limita a propagação de interrupções. O dispositivo também pode ser usado em disjuntores de carga de linhas principais de distribuição (coordenados com a proteção do disjuntor de seção superior), isolando falhas pós-disjuntor de carga e garantindo o fornecimento de energia para usuários entre disjuntores. Isso reduz as áreas de interrupção e melhora a confiabilidade das linhas de distribuição.