Detecção de faltas de alta impedância por meio de análise fasorial e correntes de sequência zero

Edson Antonio Batista

ORCID iD Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS) Brasil

Moacyr Aureliano Gomes Brito

ORCID iD Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS) Brasil

Renan Saito Kawakita

Energisa Mato Grosso do Sul Brasil

Jader Lucas Perez

ORCID iD Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS) Brasil

Cristiano Quevedo Andrea

ORCID iD Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS) Brasil

José Wanderley Scucuglia

Nastek Indústria e Tecnologia Brasil

Resumo

Este trabalho apresenta uma solução para a detecção de faltas de alta impedância (FAIs) por meio do uso de um dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array). A proposição é de vital importância para o funcionamento adequado do sistema elétrico de distribuição de forma a atender aos requisitos dos procedimentos de distribuição (PRODIST), elaborados pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Para analisar o comportamento das grandezas elétricas frente a essa falha, uma rede de distribuição primária foi modelada, usando a plataforma MATLAB/Simulink®. Paralelamente à modelagem, um algoritmo em linguagem VHDL (VHSIC Hardware Description Language) foi desenvolvido para a detecção da falta, no qual o monitoramento da corrente fasorial, por meio da Transformada Discreta de Fourier, foi utilizado, além do valor RMS da corrente de sequência zero. Para realizar as simulações e os testes do algoritmo, o software ModelSim® foi utilizado, e, posteriormente, o código foi embarcado no dispositivo de lógica programável FPGA. O algoritmo de detecção de falta de alta impedância foi integrado ao sistema modelado em Simulink® para monitoramento em tempo real e comando de um dispositivo de proteção. Os resultados apontam que o algoritmo foi capaz de detectar as faltas, indicando a fase interrompida e comandando a proteção de forma eficiente.

Palavras-chave


análise fasorial; correntes trifásicas; falta de alta impedância; simulação em hardware; sistemas de distribuição


Texto completo:

Referências


AFONSO, J.; FREITAS, M.; MARTINS, J. p-q theory power components calculations. In: IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, 2003, Rio de Janeiro. Proceedings […]. Rio de Janeiro: IEEE, 2003. v. 1, p. 385-390. DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2003.1267279.

ANEEL – AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. PRODIST: Procedimentos de distribuição de energia elétrica no Sistema Elétrico Nacional. Revisão 10. Brasília, DF: ANEEL, 2017. Disponível em: https://antigo.aneel.gov.br/prodist. Acesso em: 15 maio 2021.

BRITO, M.; SAMPAIO, L.; MELO, G.; CANESIN, C. A. Three-phase tri-state buck–boost integrated inverter for solar applications. IET Renewable Power Generation, v. 9, n. 6, p. 557-565, 2015. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2014.0072.

CHAKRABORTY, S.; DAS, S. Application of smart meters in high impedance fault detection on distribution systems. IEEE Transactions on Smart Grid, v. 10, n. 3, p. 3465-3473, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2018.2828414.

CHOLLOT, Y.; MECREANT, J.; LEBLOND, D.; CUMUNEL, P. New solution of fault directional detection for MV fault passage indicators. IET CIRED – Open Access Proceedings Journal, v. 2017, n. 1, p. 1326-1329, 2017. DOI: https://doi.org/10.1049/oap-cired.2017.0382.

DORF, R. C.; BISHOP, R. H. Sistemas de controle modernos. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001.

ENERGISA. Norma de Distribuição Unificada NDU-006: critérios básicos para elaboração de projetos de redes de distribuição em aéreas urbanas. Revisão 5.0, errata 11/04/2022. João Pessoa: Energisa, 2022. Disponível em: https://www.energisa.com.br/Documents/Normas%20t%c3%a9cnicas/NDU%20006%20-%20Crit%c3%a9rios%20B%c3%a1sicos%20para%20Elabora%c3%a7%c3%a3o%20de%20Projetos%20de%20Redes%20de%20Distribui%c3%a7%c3%a3o%20A%c3%a9reas%20Urbanas%20V5.pdf. Acesso em: 8 nov. 2022.

ERSOY, O. K. A comparative review of real and complex Fourier-related transforms. Proceedings of the IEEE, v. 82, n. 3, p. 429-447, Mar. 1994. DOI: https://doi.org/10.1109/5.272147.

FARIAS, P. E.; MORAIS, A. P; CARDOSO JUNIOR, G.; ROSSINI, J. P. Fault location in distribution systems: a method considering the parameter estimation using a RNA online. IEEE Latin America Transactions, v. 14, n. 12, p. 4741-4749, Dec. 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/TLA.2016.7817005.

GERA, A. E. The relationship between the Z-transform and the discrete-time Fourier transform. IEEE Transactions on Automatic Control, v. 44, n. 2, p. 370-371, Feb. 1999. DOI: https://doi.org/10.1109/9.746268.

GONZALES, C.; TANT, J.; GERMAIN, J. G.; RYBEL, T.; DRIESEN, J. Directional, high-impedance fault detection in isolated neutral distribution grids. IEEE Transactions on Power Delivery, v. 33, n. 5, p. 2474-2483, Mar. 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2018.2808428.

GUO, H.; SITTON, G. A.; BURRUS, C. S. The quick Fourier transform: an FFT based on symmetries. IEEE Transactions on Signal Processing, v. 46, n. 2, p. 335-341, Feb. 1998. DOI: https://doi.org/10.1109/78.655419.

HAGHIFAM, M. R.; SEDIGHI A. R.; MALIK, O. P. Development of a fuzzy inference system based on genetic algorithm for high-impedance fault detection. IEE Proceedings – Generation, Transmission and Distribution, v. 153, n. 3, p. 359-367, May 2006. DOI: https://doi.org/10.1049/ip-gtd:20045224.

LAAKSONEN, H.; HOVILA, P. Method for high-impedance fault detection. IET CIRED – Open Access Proceedings Journal, v. 2017, n. 1, p. 1295-1299, 2017. DOI: https://doi.org/10.1049/oap-cired.2017.0308.

MAMEDE FILHO, J.; MAMEDE, D. R. Proteção de sistemas elétricos de potência. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2020.

MICHALIK, M.; REBIZANT, W.; LUKOWICZ, M.; LEE, S.-J.; KANG, S.-H. High-impedance fault detection in distribution networks with use of wavelet-based algorithm. IEEE Transactions on Power Delivery, v. 21, n. 4, p. 1793-1802, Oct. 2006. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRD.2006.874581.

MILIOUDIS, A. N.; ANDREOU, G. T.; LABRIDIS, D. P. Enhanced protection scheme for smart grids using power line communications techniques – Part I: detection of high impedance fault occurrence. IEEE Transactions on Smart Grid, v. 3, n. 4, p. 1621-1630, Oct. 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/TSG.2012.2208987.

MYINT, S.; WICHAKOOL, W.; SANTIPRAPAN, P. A simple high impedance detection method based on phase displacement and zero sequence current for grounded distribution systems. In: IEEE PES-ASIA-PACIFIC POWER AND ENERGY ENGINEERING CONFERENCE (APPEEC), 2018, Kota Kinabalu. Proceedings [...]. Kota Kinabalu: IEEE, 2018. p. 118-122. DOI: https://doi.org/10.1109/APPEEC.2018.8566323.

OGATA, K. Discrete time control systems. 3. ed. Londres: Pearson, 2001.

OLIVEIRA, C. C. B.; SCHMIDT, H. P.; KAGAN, N.; ROBBA, E. J. Introdução a sistemas elétricos de potência: componentes simétricas. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2000.

PENTEADO NETO, R. A. Sistemas para detecção de falta de alta impedância e de rompimento de condutores em redes de distribuição de energia elétrica. 2005. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2005. Disponível em: https://acervodigital.ufpr.br/handle/1884/3128. Acesso em: 15 maio 2021.

UNSALAM, C.; FAR, B. Digital system design with FPGA: implementation using Verilog and VHDL. 1. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2017.

ZAMANAN, N.; SYKULSI, J. The evolution of high impedance fault modeling. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON HARMONICS AND QUALITY OF POWER (ICHQP), 16., 2014, Bucharest. Proceedings [...]. Bucharest: IEEE, 2014. p. 77-81. DOI: https://doi.org/10.1109/ICHQP.2014.6842852.

ZHANG, Z.; ZHOU, X.; WANG, X.; WU, T. Research on high-impedance fault diagnosis and location method for mesh topology constant current remote power supply system in cabled underwater information networks. IEEE Access, v. 7, p. 88609-88621, July 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2926220.


DOI: http://dx.doi.org/10.18265/1517-0306a2021id5711

O arquivo PDF selecionado deve ser carregado no navegador caso tenha instalado um plugin de leitura de arquivos PDF (por exemplo, uma versão atual do Adobe Acrobat Reader).

Como alternativa, pode-se baixar o arquivo PDF para o computador, de onde poderá abrí-lo com o leitor PDF de sua preferência. Para baixar o PDF, clique no link abaixo.

Caso deseje mais informações sobre como imprimir, salvar e trabalhar com PDFs, a Highwire Press oferece uma página de Perguntas Frequentes sobre PDFs bastante útil.

Download do PDF
Imprimir artigo
Exibir metadados
Como citar este documento

Visitas a este artigo: 1157

Total de downloads do artigo: 752