Metodologia de detecção de faltas de alta impedância e descargas atmosféricas em redes de distribuição a partir dos sinais trifásicos de tensão da saída da subestação

Abstract

Este trabalho aborda os efeitos da ocorrência de faltas de alta impedância e a incidência de descargas atmosféricas em sistemas elétricos de distribuição. Estes eventos produzem transitórios no sinal de tensão com características de amplitude e frequência distintas entre si. Essas características impõem desafios aos sistemas de proteção convencionais baseados em sobrecorrente e, de maneira geral, não provocam registros oscilográficos capazes de auxiliar seus estudos. Neste trabalho, são propostas duas modelagens e metodologias de detecção específicas a cada um deles. Ambas as metodologias realizam o processamento dos sinais trifásicos de tensão provenientes do transformador de potencial na saída da subestação. Primeiramente, a transformação de Park e transformada de Wavelet são empregadas a fim de promover a agregação dos sinais das fases e ressaltar as componentes de alta frequência dos transitórios por meio da obtenção dos coeficientes de detalhe das componentes de eixo direto e zero. Na segunda etapa, os sinais são avaliados por um algoritmo adaptativo responsável por identificar a ocorrência de transitórios considerando os possíveis ruídos observados na operação em regime permanente do sistema. Por fim, blocos classificadores com limiares pré-definidos para a detecção de faltas de alta impedância e de descargas atmosféricas realizam a extração de características específicas que permitem a verificação da ocorrência destes eventos. Os resultados obtidos com as metodologias propostas a partir de dados de simulação indicam a correta detecção de falta de alta impedância e de descargas atmosféricas, distinguindo com precisão os demais transitórios simulados, como as faltas de baixa impedância, abertura e fechamento de banco de capacitores e energização e desenergização de ramal.

Abstract: This work approaches the effects of high impedance faults occurrence and the incidence of lightning strikes in electrical distribution systems. These events produce transients in the voltage signal with different amplitude and frequency characteristics. These characteristics impose challenges to conventional protection systems based on overcurrent and, in general, do not cause oscillographic records capable of assisting their studies. In this work, two modeling and detection methodologies specifics to each one are proposed. Both methodologies perform the processing of three-phase voltage signals from the potential transformer at the substation output. First of all, the Park and Wavelet transforms are used in order to promote the aggregation of the phases signals and to highlight the high-frequency components of the transients by obtaining the detail coefficients of the direct and zero axis components. In the second stage, the signals are evaluated by an adaptive algorithm responsible for identifying the occurrence of transients considering the possible noise observed in the system?s steady-state operation. Finally, classifier blocks with pre-defined thresholds for detecting high impedance faults and lightning strikes perform the extraction of specifics characteristics that allow the verification of the occurrence of these events. The results obtained with the proposed methodologies from simulation data indicate the correct detection of high impedance faults and lightning discharges, accurately distinguishing the other simulated transients, such as low impedance faults, opening, and closing capacitor banks and energizing and de-energizing of a branch.