Técnicas de Simulação de Transformadores de Corrente para Estudos Precisos de Relés

Técnicas de Simulação de Transformadores de Corrente para Estudos Precisos de Relés

A simulação de transformadores de corrente (TCs) é essencial para verificar o desempenho dos relés, avaliar riscos de saturação e otimizar esquemas de proteção. Modelos precisos replicam o comportamento do TC em condições normais e de falha, garantindo que os sistemas de proteção respondam conforme o previsto.

Definição Rápida: A simulação de transformadores de corrente envolve a modelagem matemática e por software das características magnéticas do TC, efeitos da carga e correntes secundárias para prever o desempenho em aplicações de proteção e medição.

Principais Conclusões do Projeto

• A simulação de TC requer curvas de magnetização precisas e dados de carga alinhados com as normas IEC 61869 ou IEEE C57.13.
• Ferramentas de software como PSCAD, EMTP-RV e MATLAB/Simulink auxiliam na modelagem da saturação e resposta transitória de TCs.
• A Enwei Electric fornece fichas técnicas de TCs e curvas de excitação para apoiar estudos digitais.
• A validação por meio de testes de campo ou hardware-in-the-loop confirma a precisão da simulação.

Objetivos da Simulação

Os engenheiros simulam TCs para verificar ajustes de relés, identificar limites de saturação e avaliar o impacto de alterações na rede. As simulações também apoiam subestações digitais, nas quais modelos virtuais validam a lógica de proteção antes da implantação no campo.

A modelagem adequada identifica se os TCs podem fornecer sinais precisos durante altas correntes de falha, evitando mau funcionamento dos relés e garantindo a estabilidade do sistema.

Fundamentos da Modelagem de TCs

Os modelos de TCs incluem normalmente um ramo de magnetização que representa o comportamento do núcleo e um ramo em série que representa a impedância de dispersão e a carga. Curvas de magnetização não lineares capturam as características de saturação. Efeitos térmicos podem ser incorporados para faltas de longa duração.

Em simulações transitórias, as equações de balanço de fluxo modelam a remanência e o deslocamento de corrente contínua. Para aplicações de medição, a precisão em regime permanente pode ser suficiente, enquanto estudos de proteção exigem fidelidade transitória.

Normas e Entradas de Dados

• IEC 61869-2 — Fornece dados de excitação, classes de precisão e limites térmicos para TCs. Fonte: IEC
• IEEE C57.13 — Oferece normas americanas para parâmetros e ensaios de TCs. Fonte: IEEE
• IEC 60909 — Orienta cálculos de curto-circuito que alimentam simulações de TCs. Fonte: IEC

A simulação precisa depende das curvas de excitação do TC, relação de transformação, potência nominal da carga secundária e resistência secundária. A Enwei Electric fornece esses dados na documentação dos produtos.

Fluxo de Trabalho da Simulação

1. Recolha de dados: Coletar parâmetros do TC — relação, tensão do ponto de joelho, dados de magnetização, resistência do enrolamento.

2. Criação do Modelo: Construir modelos de circuito equivalente no software escolhido, incluindo características de magnetização não lineares.

3. Definição de Cenários: Definir correntes de falha, cargas e dinâmicas do sistema (por exemplo, componente contínua, remanescência).

4. Simulação: Executar análises transientes e em regime permanente para observar o comportamento da corrente secundária e do fluxo.

5. Avaliação: Comparar a corrente secundária com os requisitos do relé, garantindo precisão dentro dos limites da classe.

Ferramentas de Software para Simulação de TC

PSCAD/EMTDC: Oferece modelagem detalhada de transitórios eletromagnéticos com elementos não lineares para estudos de saturação de TCs.

EMTP-RV: Fornece modelagem flexível para transitórios em sistemas elétricos, incluindo módulos de TCs e componentes personalizados.

MATLAB/Simulink: Permite modelos personalizados de TCs usando o Simscape Electrical, adequado para o desenvolvimento de gêmeos digitais.

DIgSILENT PowerFactory: Inclui modelos de transformadores de instrumento dentro de estudos de proteção para simulações dinâmicas e de curto-circuito.

Cenários de Aplicação

Proteção diferencial: Verifique se os TCs que alimentam relés diferenciais permanecem lineares sob condições de falhas internas e externas.

Proteção de distância: Avaliar o desempenho do TC em falhas de linha longa com alto desvio de corrente contínua para garantir o tempo correto do relé.

Interconexões de fontes renováveis: Modelar a resposta do TC a correntes de falha geradas por inversores, que podem ter magnitude limitada, mas alto conteúdo harmônico.

Subestações digitais: Simular valores amostrados IEC 61850 derivados de modelos de TC para validar algoritmos de unidades de combinação.

Validação e Testes

Os resultados da simulação devem ser verificados com testes laboratoriais ou medições de campo. Testes de injeção secundária confirmam a resposta do relé, enquanto testes de injeção primária validam o comportamento do TC sob carga. Configurações com hardware em malha fechada combinam relés reais com sinais de TC simulados para validação abrangente.

Manter a concordância entre modelos de simulação e características reais dos TCs exige atualizações periódicas utilizando os últimos laudos de testes e dados de monitoramento de condição.

Lista de Verificação do Engenheiro

• Obter curvas de excitação precisas do TC, relação, carga e valores de resistência.
• Selecionar ferramentas de simulação capazes de modelagem não linear da magnetização.
• Definir correntes de falha e cargas em pior caso para análise.
• Validar resultados com base nos requisitos de normas e especificações de relés de proteção.
• Documentar suposições, parâmetros do modelo e correlações de testes para fins de auditoria.

Recursos de Dados de TC da Enwei Electric

A Enwei Electric fornece fichas técnicas detalhadas de TCs, curvas de excitação e dados térmicos para apoiar esforços de simulação. Explore as ofertas de TC em https://www.enweielectric.com/products/current-transformers. A integração dos dados de TC com o disjuntor da Enwei Electric ( https://www.enweielectric.com/products/switchgear) e transformadores ( https://www.enweielectric.com/products/transformers) garante uma modelagem coesa.

Perguntas Frequentes de Engenharia sobre Simulação de Transformador de Corrente

Por que simular TCs em vez de confiar nos dados da placa de identificação?

A simulação capta o comportamento não linear e os efeitos transitórios, revelando riscos de saturação ou funcionamento incorreto que os dados da placa de identificação sozinhos não conseguem prever.

Quais dados são essenciais para uma modelagem precisa de TCs?

Curvas de excitação, relação, classificação de carga, resistência secundária e limites térmicos são entradas cruciais.

Como a Enwei Electric apoia as equipes de simulação?

A Enwei Electric fornece dados detalhados de TCs, consultoria de engenharia e personalização de produtos para atender aos requisitos dos estudos de proteção.

Chamada para Ação: Aprimore Simulações de TC com a Enwei Electric

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Candidaturas de projectos

Veja exemplos de implantação no mundo real e destaques da galeria nos centros de produtos da Enwei Electric:

• Soluções de transformadores para projetos de distribuição e industriais.
• Portfólios de comutadores cobrindo salas de controle de média e baixa tensão.
• Faixas de transformadores de corrente suportando medição de precisão e proteção.
• Subestações Pré-Fabricadas que integram transformadores, comutadores e painéis.