BRPI0901057A2 - three-phase capacitor bank failure detection system and its protective equipment - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE DETECçãODE FALHA DE BANCO DE CAPACITOR TRIFáSICO E DE SEUS EQUIPAMENTOS DE PROTEçãO Os bancos de capacitores trifásicos são usados em todas as instalações elétricas industriais e comerciais para a correção de fator de potência para determinado valor estipulado pela concessionária de energia elétrica local, e quando não obedecido este valor de fator de potência a concessionária aplica multa em seus clientes. Em muitos casos quando ocorre á falha dos capacitores do banco de capacitores trifásicos, o valor do fator de potência é alterado de tal maneira que acarretará na multa do cliente da concessionária de energia elétrica. O presente invento mede a corrente elétrica dos bancos de capacitores trifásicos ou seus equipamentos de proteção, fusíveis, sendo desta maneira é possível detectar falha nos equipamentos, consequentemente acionará um alerta sonoro e um relé para indicação, assim. o cliente da concessionária poderá fazer a troca do equipamento com defeito antes mesmo de ser multado pela concessionária de energia elétrica.DETECTION SYSTEM OF THREE-PHASE CAPACITOR BANK FAILURE AND ITS PROTECTIVE EQUIPMENT Three-phase capacitor banks are used in all industrial and commercial electrical installations for power factor correction to a certain value set by the local utility, and when If this power factor value is not obeyed, the concessionaire fines its customers. In many cases when the capacitors of the three-phase capacitor bank fail, the value of the power factor is changed in such a way that it will result in the utility customer's fine. The present invention measures the electric current of the three-phase capacitor banks or their protective equipment, fuses. In this way it is possible to detect equipment failure, consequently it will trigger an audible alert and a relay for indication, thus. The utility customer may exchange defective equipment even before being fined by the utility.
Description
SISTEMA DE DETECÇÃO DE FALHA DE BANCO DECAPACITOR TRIFÁSICO E DE SEUS EQUIPAMENTOS DEPROTEÇÃOTHREE-PHASE DECAPACITOR BANK FAILURE DETECTION SYSTEM AND ITS DEPROTECTION EQUIPMENT
A presente invenção refere-se a um equipamento para detecção de falhade banco de capacitor trifásico e de seus equipamentos de proteção, fusíveis,através da medição da corrente elétrica dos mesmos.The present invention relates to a three phase capacitor bank failure detection equipment and its fuse protection equipment by measuring their electrical current.
Bancos de capacitores trifásicos são largamente utilizados eminstalações elétricas industriais e comerciais para fazer a correção do fator depotência, pois as concessionárias de energia elétrica exigem que seus clientesregulem o fator de potência para um valor mínimo, sendo esse valor mínimodeterminado por cada concessionária de energia elétrica, e quando nãoobedecidos estes valores mínimos os clientes pagam uma multa em relação aobaixo fator de potência, e quanto mais baixo, maior a multa. Para a correção dofator de potência são instalados bancos de capacitores trifásicos que por suavez fornecem energia reativa para o sistema, com isso elevam o fator depotência para determinado valor. Então qualquer sistema de baixa tensão eacima de determinada potência deve utilizar bancos de capacitores trifásicospara elevarem o fator de potência para um valor pré-determinado pelaconcessionária de energia elétrica local.Three-phase capacitor banks are widely used in industrial and commercial wiring to correct power factor correction, as utility companies require their customers to adjust the power factor to a minimum, this minimum value being determined by each utility, and when these minimum values are not met, customers pay a fine for the low power factor, and the lower the higher the fine. For power factor correction three-phase capacitor banks are installed which in turn provide reactive power to the system, thereby raising the power factor to a certain value. Then any low voltage system and above a certain power must use three-phase capacitor banks to raise the power factor to a predetermined value by the local utility.
Muitas vezes os bancos de capacitores trifásicos e seus equipamentosde proteção são instalados em locais remotos ou de difícil acesso dificultandosaber quando alguns destes equipamentos apresentam problemas, pois nomomento em que o banco de capacitor trifásico ou seu equipamento deproteção falha, o valor do fator de potência pode ficar abaixo do níveldeterminado pelas concessionárias de energia elétrica. Em muitos casos osclientes das concessionárias de energia elétrica recebem multas por causa dobaixo valor do fator de potência, e só nesse momento irão verificar se osequipamentos apresentam algum problema. Para essa verificação pode-seutilizar um equipamento para medição de corrente elétrica (multiteste) e mediras correntes elétricas de cada fase do banco de capacitor, porém destamaneira um técnico ou eletricista deverá fazer rotinas constantes deverificações dos equipamentos, outra maneira seria instalar medidores decorrentes elétricas para os bancos de capacitores trifásicos que sãoconstituídos de dois equipamentos: os transformadores de corrente (TC) e oaparelho que mede e visualiza a corrente, tornado as rotinas de verificaçõesmais rápidas, da mesma forma existem outros métodos para detecção defalhas em que dependendo da forma com que os capacitores estão interligadosno banco trifásico (delta ou Y e aterrado ou não aterrado) se aplica umdeterminado método para detectar algum problema no mesmo, citados no livro(Power Engineering and Applications Handbook. Londres: Newnes, 2001.) e noartigo (BRUNELLO, Gustavo; KASZTENNY, Bogdan; WESTER, Craig. ShuntCapacitor Bank Fundamentais and Protection). Disponível em: 13/04/09<httD://Dm.qeindustrial.com/faa/documents/aeneral/shunt.pdf>, porém destamaneira deve-se utilizar dois equipamentos um para medição de corrente (TC)ou um transformador de tensão residual (TTR) e outro equipamento paravisualizar a corrente ou tensão residual para se chegar a conclusão de que obanco de capacitor trifásico está apresentando algum problema. Da mesmamaneira que o outro método citado, teria que utilizar dois equipamentos paracompor um equipamento de verificação do estado dos bancos de capacitores,porém não eliminará a vistoria periódica de um técnico ou eletricista no local.Often the three-phase capacitor banks and their protective equipment are installed in remote or hard-to-reach locations making it difficult to know when some of these devices have problems, because when the three-phase capacitor bank or its protective equipment fails, the power factor value may below the level determined by the electric utilities. In many cases utility customers get fines because of the low power factor value, and only then will they check if the equipment has any problems. For this verification one can use equipment for measurement of electric current (multitest) and measuring electric currents of each phase of the capacitor bank, but this way a technician or electrician should make constant routines equipment obligations, another way would be to install electrical meters for Three-phase capacitor banks that are made up of two devices: current transformers (CT) and current measuring and visualization equipment, making checking routines faster, likewise there are other methods for fault detection, depending on how the capacitors are interconnected in the three-phase bank (delta or Y and grounded or ungrounded). A certain method to detect a problem in the same applies, mentioned in the book (Power Engineering and Applications Handbook. London: Newnes, 2001.) ; KASZTENNY, Bogdan; WESTER, Craig ShuntCapacitor Ba nk Fundamentals and Protection). Available at: 13/04/09 <httD: //Dm.qeindustrial.com/faa/documents/aeneral/shunt.pdf>, but this time two equipment should be used one for measuring current (CT) or a transformer of residual voltage (TTR) and other equipment to display the residual current or voltage to conclude that the three phase capacitor bank is having a problem. In the same way as the other method mentioned, it would have to use two equipments to compose a capacitor bank condition checking equipment, but it will not eliminate the periodic inspection of a technician or electrician on site.
Para um sistema automático que acionasse uma lâmpada ou outroindicador, teríamos que colocar mais alguns equipamentos o que iria tornandoo sistema mais caro e menos viável. Os bancos de capacitores trifásicos decorreção de fator de potência automáticos podem ser programados paraacionar algum equipamento que alerte quando ocorrer problema no banco decapacitores trifásicos, porém em muitos casos estes bancos automáticos sãomuitos caros para instalação ou sem necessidade técnica. Existem tambémrelês de proteção para os bancos de capacitores, como o relê (VAMP 40) e relêde capacitor numérico (SPAJ 160 C), onde uma de suas funções é indicarquando algum capacitor do banco está com problema, porém sãoequipamentos que tem outras utilidades e abrangem outros tipos de bancos decapacitores o que os torna muito caros. Para a utilização destes relês énecessário adicionar equipamentos auxiliares, como transformadores decorrente e outros, para se detectar algum problema nos bancos de capacitorestrifásicos.For an automatic system that would trigger a lamp or other indicator, we would have to put some more equipment which would make the system more expensive and less viable. Automatic three-phase capacitor capacitor banks can be programmed to drive some equipment that alerts you when a three-phase capacitor bank problem occurs, but in many cases these automatic banks are very expensive to install or without technical need. There are also protective relays for capacitor banks, such as relay (VAMP 40) and numerical capacitor relay (SPAJ 160 C), where one of their functions is to indicate when any capacitor in the bank is in trouble, but these equipment have other uses and cover other types of power bank which makes them very expensive. To use these relays it is necessary to add auxiliary equipment, such as current transformers and others, to detect any problem in capacitor-phase capacitor banks.
O invento proposto oferece uma solução de baixo custo para detecçãode falha nos bancos de capacitores trifásicos e seus equipamentos deproteção, fusíveis, para a utilização do invento não há necessidade de colocaroutros equipamentos adicionais, como nos outros métodos citados que existe anecessidade de utilização de transformador de corrente ou transformador decorrente residual, reduzindo o custo do sistema como um todo. O inventopossui indicação sonora e um relê interno para indicação de maufuncionamento dos bancos de capacitores trifásicos e seu equipamento deproteção, fusíveis, possibilitando utilizar o contato do relê para ligar algumequipamento que avise aos técnicos que ocorreu algum problema, eliminado anecessidade de vistorias constantes de técnicos e eletricistas para verificaçãodos bancos de capacitores trifásicos.The proposed invention offers a low cost solution for fault detection in three-phase capacitor banks and their fuse protection equipment, for the use of the invention there is no need to place other additional equipment, as in the other methods mentioned there is a need for using a power transformer. residual current or transformer, reducing the cost of the system as a whole. The invention has an audible indication and an internal relay for indication of the operation of the three-phase capacitor banks and their fuse protection equipment, making it possible to use the relay contact to connect any equipment that warns the technicians that a problem has occurred, eliminating the need for constant technical and technical inspections. electricians to check three-phase capacitor banks.
O invento proposto deverá monitorar o funcionamento dos bancos decapacitores trifásicos, sendo que no momento em que algum problema ocorrerno sistema monitorado, o invento dispara um alerta sonoro e fecha um contatodo rele interno que pode ser ligado a outro equipamento, por exemplo umalâmpada, para indicar que ocorreu algum problema no equipamentomonitorado. Essa monitoração é realizada através da medição da correnteelétrica dos bancos de capacitores trifásicos, através dos circuitos integradossensíveis a campo magnético e como a corrente elétrica gera um campomagnético por fim ela é medida através destes circuitos integrados,dispensando a necessidade de utilizar transformadores de corrente (TC) etambém apresentando um nível de isolação alta, em questões de segurança, autilização dos circuitos integrados seu sinal é mais baixo do que de umtransformador de corrente, apresentando uma segurança maior para oseletricistas que fazem as instalações dos equipamentos. Para a realização dasmedições de corrente elétrica o invento contém dois cabos passantes queestão fixos a ele, arranjados de maneira a ficarem próximos aos circuitosintegrados, uma vez que o deslocamento dos cabos pode influenciar namedição. Os bancos de capacitores trifásicos quando estão em funcionandoapresentam uma corrente elétrica de trabalho que é configurada no inventoatravés de um contato elétrico, como um botão ou um jumper, sendo está, acorrente de referência para o invento monitorar, ou seja, quando esta correnteficar abaixo do patamar previamente configurado, o invento acionará o alarmesonoro e comutará o relê interno assim avisando que o banco de capacitortrifásico ou seu equipamento de proteção está com problema. Outra vantagemdo invento é que apenas em duas fases são medidas as correntes elétricas,pois no momento em que a fase que não está sendo medida tiver problema, amesma irá refletir nas outras duas fases, que são medidas, na forma dediminuir a corrente elétrica. O relê interno pode ser utilizado para acionar umacarga DC ou AC, e uma utilidade seria ligar o relê ao comando de acionamentodo motor, então quando o banco de capacitor trifásico apresentar algumproblema o motor irá parar e o alarme sonoro começará tocar.The proposed invention should monitor the operation of three-phase capacitor banks, and at the moment when any problem occurs in the monitored system, the invention triggers an audible alert and closes an internal relay contactor that can be connected to other equipment, for example a lamp, to indicate that there was a problem with the monitored equipment. This monitoring is performed by measuring the electric current of the three-phase capacitor banks, through the magnetic field-sensitive integrated circuits and how the electric current generates a magnetic field and finally it is measured through these integrated circuits, eliminating the need to use current transformers (CT). ) and also presenting a high isolation level, in terms of safety, the use of integrated circuits its signal is lower than that of a current transformer, presenting a greater safety for the electricians who install the equipment. For the realization of the electric current measurements the invention contains two through cables which are fixed to it, arranged to be close to the integrated circuits, since the displacement of the cables may influence the definition. The three-phase capacitor banks in operation have a working electrical current that is configured in the invention through an electrical contact, such as a button or a jumper, and is the reference current for the invention to monitor, ie when this current is below the current. At a preset level, the invention will set off the audible alarm and switch the internal relay thus warning that the three-phase capacitor bank or its protective equipment is in trouble. Another advantage of the invention is that only in two phases are the electric currents measured, because at the moment when the phase that is not being measured has a problem, the same will reflect in the other two phases, which are measured, in the form of decreasing the electric current. The internal relay can be used to drive a DC or AC charge, and one utility would be to connect the relay to the motor drive command, so when the three-phase capacitor bank has any problems the motor will stop and the audible alarm will start ringing.
Opcionalmente terá outro acessório para utilização em bancos decapacitores trifásicos que são acionados juntamente com motores trifásicos, ouseja, estes bancos funcionam apenas quando o motor está em funcionamento,então este acessório do aparelho tem a função de detectar quando o motor éligado, para então verificar se a corrente elétrica do banco de capacitor trifásicoestá igual a corrente de trabalho que deve ser configurada inicialmente. Paraesta detecção é utilizado um circuito para detectar tensão alternada, então ocomando de uma chave de acionamento do motor trifásico é ligado ao estecircuito de detecção.Optionally you will have another accessory for use on three-phase headers that are operated in conjunction with three-phase motors, so these seats only work when the engine is running, so this device's accessory has the function of detecting when the engine is started, so check if The electric current of the three phase capacitor bank is equal to the working current that must be set initially. For this detection a circuit is used to detect alternating voltage, so the command of a three-phase motor drive switch is connected to the detection circuit.
A instalação do invento (aparelho) é de acordo com a figura 1, oaparelho (1), é instalado em série com os equipamentos de proteções (3),fusíveis, e com o banco de capacitor trifásico (2), vale ressaltar que emalgumas instalações os equipamentos de proteções possam não estarpresentes, então o aparelho (1) ficaria em apenas em série com o banco decapacitor trifásico (2). Apenas duas fases são medidas as corrente elétricaspelo invento, fase R (3) e S (4), a fase T (5) não é medida. Por fim aalimentação (6), corrente alternada, do invento e os contatos do relê (7).The installation of the invention (apparatus) is in accordance with Figure 1, the apparatus (1) is installed in series with the protective equipment (3), fuses, and with the three phase capacitor bank (2), it is noteworthy that some In some cases the protective equipment may not be present, so the device (1) would only be in series with the three-phase decapacitor seat (2). Only two phases are measured the electric currents. By the invention, phase R (3) and S (4), phase T (5) is not measured. Finally the power supply (6), alternating current, of the invention and the relay contacts (7).
O funcionamento do invento é de acordo com a figura 2, onde existenteuma fonte AC/DC (10), que é responsável pela alimentação do equipamento,uma vez que o sistema funciona com alimentação de tensão contínua (DC). Amedição de corrente elétrica (11) é realizada pelos circuitos integrados deefeito Hall1 ou seja, eles são sensíveis a campo magnético, onde geram umsinal referente a corrente elétrica que está passando pelos cabos de energia, eeste sinal é interpretado pelo microcontrolador (13) que faz os cálculos parapassar o sinal para corrente elétrica. O contato elétrico (12) gera um sinal, parao microcontrolador (13) que salva a corrente elétrica no mesmo instante, estácorrente será a de comparação com as novas correntes elétricas medidas,sendo que se a corrente elétrica medida estiver mais baixa do que a salva, omicrocontralador (13) irá acionar o alarme sonoro (15) e também o relê (14).The operation of the invention is according to Figure 2, where there is an AC / DC source (10), which is responsible for supplying the equipment, since the system operates with direct voltage (DC) supply. Measurement of electric current (11) is performed by Hall1 effect integrated circuits, ie, they are sensitive to magnetic field, where they generate a signal referring to the electric current passing through the power cables, and this signal is interpreted by the microcontroller (13) that makes the calculations to pass the signal to electric current. The electric contact (12) generates a signal, for the microcontroller (13) that saves the electric current at the same instant. This current will be compared to the new measured electric currents, and if the measured electric current is lower than the saved current. , the micro-controller (13) will trigger the audible alarm (15) and also the relay (14).
A fixação dos cabos é feita de acordo com a figura 3, a caixa (20) doaparelho, os prensa cabos (23) por onde passam os cabos (22), sendo estespresos por braçadeiras (26), que passam por furos (25) na placa de circuitoimpresso (22), fixada na caixa (20), assim deixando os cabos (22) próximosaos circuitos integrados de efeito Hall que estão abaixo de uma camada deresina epoxy (24) para oferecerem uma proteção aos circuitos integrados.The fixing of the cables is made according to figure 3, the box (20) of the apparatus, the cable glands (23) through which the cables (22) pass, these being held by clamps (26), which pass through holes (25) on the printed circuit board (22) fixed to the housing (20), thus leaving the cables (22) close to the Hall effect integrated circuits which are below an epoxy resin layer (24) to provide protection for the integrated circuits.
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2009
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