🥇Sistema de proteção contra arco elétrico com possibilidade de disparo por sinal de corrente

Na compreensão clássica, a proteção contra arcos na Rússia é uma proteção rápida contra curtos-circuitos, baseada na detecção do espectro de luz de um arco elétrico aberto em instalações elétricas, sendo o método mais comum de detecção através de sensores de fibra ótica. Este método é aplicado principalmente no setor industrial, mas com o surgimento de novos produtos na área de proteção contra arcos no setor residencial, como os AFDD modulares que operam com sinal de corrente, permitindo a instalação de proteção contra arcos em linhas de saída, incluindo caixas de distribuição, cabos, conexões, tomadas, etc., o interesse pelo tema tem aumentado.

No entanto, os fabricantes não costumam compartilhar informações detalhadas sobre a estrutura dos produtos modulares (se alguém tiver esse tipo de informação, ficaria feliz em receber links sobre fontes dessa informação). O mesmo não ocorre com os sistemas de proteção contra arcos para o setor industrial, que possuem um manual do usuário detalhadíssimo com 122 páginas, onde o princípio de funcionamento é exposto minuciosamente.

Vamos considerar como exemplo o sistema de proteção contra arcos VAMP 321 da Schneider Electric, que inclui todas as funções de proteção contra arcos, como sobrecarga de corrente e controle da presença de arcos.

Funcionalidade

Monitoramento de corrente em três fases.
Corrente de sequência zero.
Registros de eventos, gravação de modos de emergência.
Acionamento simultâneo por corrente e luz, ou apenas por luz, ou apenas por corrente.
O tempo de acionamento da saída com relé mecânico é inferior a 7 ms; com a opção da placa IGBT, o tempo de acionamento é reduzido a 1 ms.
Zonas de acionamento configuráveis.
Sistema contínuo de autoproteção.
O dispositivo pode ser utilizado em vários sistemas de proteção contra arcos em redes de distribuição de baixa e média tensão.
O sistema de detecção de arcos e proteção contra arcos mede a corrente de curto-circuito e sinaliza através dos canais do sensor de arco e, em caso de curto-circuito, minimiza o tempo de queima desligando rapidamente a corrente que alimenta o arco.

Princípio de correlação de matrizes

Ao definir as condições de ativação de um determinado nível de proteção contra arcos, aplica-se a soma lógica às saídas das matrizes de luz e corrente.

Se a etapa de proteção for selecionada apenas em uma matriz, ela funcionará com base em condições de corrente ou luminosidade, permitindo que o sistema seja configurado para operar apenas com o sinal de corrente.

Sinais disponíveis para monitoramento ao programar etapas de proteção:

Correntes nas fases.
Corrente de sequência zero.
Tensões lineares.
Tensões de fase.
Tensão da sequência zero.
Frequência.
Soma das correntes de fase.
Corrente da sequência direta.
Corrente da sequência inversa.
Valor relativo da corrente da sequência inversa.
Relação entre as correntes das sequências inversa e zero.
Tensão da sequência direta.
Tensão da sequência inversa.
Valor relativo da tensão da sequência inversa.
Valor médio da corrente nas fases (IL1 + IL2 + IL3) / 3.
Valor médio da tensão UL1, UL2, UL3.
Valor médio da tensão U12, U23, U32.
Fator de distorção não linear IL1.
Fator de distorção não linear IL2.
Fator de distorção não linear IL3.
Fator de distorção não linear Ua.
Valor quadrático médio IL1.
Valor quadrático médio IL2.
Valor quadrático médio IL3.
Valor mínimo IL1, IL2, IL3.
Valor máximo IL1, IL2, IL3.
Valor mínimo U12, U23, U32.
Valor máximo U12, U23, U32.
Valor mínimo UL1, UL2, UL3.
Valor máximo UL1, UL2, UL3.
Valor de referência Uo.
Valor quadrático médio Iо.

Registro de modos de falha

O registro de modos de falha pode ser usado para armazenar todos os sinais de medição (correntes, tensões, informações sobre estados de entradas e saídas digitais). As entradas digitais também incluem sinais de proteção contra arco.

Iniciar gravação

A gravação pode ser iniciada acionando ou disparando qualquer etapa de proteção ou qualquer entrada digital. O sinal de início é selecionado na matriz de sinais de saída (sinal vertical DR). A gravação também pode ser iniciada manualmente.

Autoteste

A memória não volátil do dispositivo é implementada usando um capacitor de alta capacidade e memória de baixo consumo.

Quando a fonte de alimentação adicional está ligada, o condensador e a memória RAM são alimentados pela fonte interna. Quando a fonte de alimentação está desligada, a memória RAM começa a ser alimentada pelo condensador. Ela manterá as informações enquanto o condensador puder suportar a tensão permitida. Para um ambiente com temperatura de +25°C, o tempo de operação será de 7 dias (umidade alta reduz esse parâmetro).

A memória RAM não volátil serve para armazenar registros sobre modos de emergência e o registro de eventos.

As funções do microcontrolador e a integridade dos fios relacionados, junto com a integridade do software, são controladas por uma rede de autoconhecimento separado. Além do controle, esta rede tenta reiniciar o microcontrolador em caso de falha. Se a reinicialização falhar, o dispositivo de autoconhecimento emite um sinal para iniciar a indicação de um dano interno permanente.

Caso o dispositivo de autoconhecimento detecte danos permanentes, ele bloqueia outros relés de saída (exceto o relé de saída da função de autoconhecimento e relés de saída utilizados pela proteção contra arco elétrico).

A fonte de alimentação interna também é monitorada. Em caso de falta de alimentação adicional, um sinal de alarme é enviado automaticamente. Isso significa que o relé de saída de dano interno está energizado se a fonte de alimentação adicional estiver ligada e nenhum dano interno for detectado.

É feito o controle da unidade central, dos dispositivos de entrada/saída e dos sensores.

Medições utilizadas pela função de proteção contra arco elétrico.

As medições de corrente nas três fases e a corrente de falha para a proteção contra arco elétrico são realizadas pela eletrônica. A eletrônica compara os níveis de corrente com os valores dos limites de acionamento e emite sinais binários 'I>>' ou 'Io>>' para a função de proteção contra arco elétrico em caso de ultrapassagem do limite. Todos os componentes das correntes são considerados.

Os sinais 'I>>' e 'Io>>' estão relacionados ao chip FPGA, que executa a função de proteção contra arco elétrico. A precisão da medição para proteção contra arco elétrico é de ± 15% a 50Hz.

Harmônicos e total de não sinusoidalidade (THD)

O dispositivo calcula o THD como uma porcentagem das correntes e tensões na frequência fundamental.

Harmônicos da 2ª à 15ª são considerados para correntes e tensões de fase. (O 17º harmônico será parcialmente considerado no valor do 15º harmônico. Isso ocorre devido aos princípios de medição digital.)

Modos de medição de tensão

Dependendo do tipo de aplicação e dos transformadores de corrente disponíveis, o dispositivo pode ser conectado a uma tensão de sequência zero, tensão linear ou tensão de fase. O parâmetro configurável “Modo de medição de tensão” deve ser definido de acordo com a conexão utilizada.

Modos disponíveis:

“U0”

O dispositivo está conectado à tensão de sequência zero. Proteção direcional contra falhas à terra está disponível. Medição de tensão linear, medição de energia e proteções por aumento e diminuição de tensão não estão disponíveis.

“1LL”

O dispositivo está conectado à tensão linear. Medição de tensão em uma fase e proteções por diminuição e aumento de tensão estão disponíveis. Proteção direcional contra falhas à terra não está disponível.

“1LN”

O dispositivo está conectado a uma tensão de fase. Medição de tensão em uma fase está disponível. Em redes com neutro aterrado e compensado, proteção por diminuição e aumento de tensão está disponível. Proteção direcional contra falhas à terra não está disponível.

Componentes simétricos

Em um sistema trifásico, tensões e correntes podem ser decompostas em componentes simétricos, conforme Fortescue.

Os componentes simétricos são:

Sequência direta.
Sequência inversa.
Sequência zero.

Objetos controlados

Este dispositivo permite monitorar até seis objetos, como interruptores, seccionadores ou lâminas de aterramento. O controle pode ser realizado com base no princípio de “selecionar-agir” ou “controle direto”.