AlcahuamanMiltonElvisZevallos D

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MILTON ELVIS ZEVALLOS ALCAHUAMAN

OTIMIZAO DE LINHAS DE TRANSMISSO PARA MANOBRA DE ABERTURA MONOPOLAR ANLISE DA INFLUNCIA DOS PARMETROS

TRANSVERSAIS DO SISTEMA DE COMPENSAO REATIVA

CAMPINAS, SP 2013

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Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Eltrica e de Computao Departamento de Sistemas e Controle de Energia

MILTON ELVIS ZEVALLOS ALCAHUAMAN

OTIMIZAO DE LINHAS DE TRANSMISSO PARA MANOBRA DE ABERTURA MONOPOLAR ANLISE DA INFLUNCIA DOS PARMETROS

TRANSVERSAIS DO SISTEMA DE COMPENSAO REATIVA

Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Ps-Graduao da Faculdade de Engenharia Eltrica e de Computao da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia Eltrica, na rea de Energia Eltrica.

Orientadora: Profa. Dra. Maria Cristina Dias Tavares

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE VERSO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO MILTON ELVIS ZEVALLOS ALCAHUAMAN E ORIENTADA PELA PROFa. DRa. MARIA CRISTINA DIAS TAVARES.

___________________________________________________________________

CAMPINAS, SP 2013

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Ficha Catalogrfica Universidade Estadual de Campinas

Biblioteca da rea de Engenharia e Arquitetura Rose Meire da Silva CRB 8/5974

Z61o

Zevallos Alcahuaman, Milton Elvis, 1974- Otimizao de linhas de transmisso para manobra de abertura monopolar

anlise da influncia dos parmetros transversais do sistema de compensao reativa / Milton Elvis Zevallos Alcahuaman. Campinas, SP : [s.n.], 2013.

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares. Tese (doutorado) Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de

Engenharia Eltrica e de Computao.

1. Linhas eltricas areas. 2. Linhas eltricas areas - Transmisso. 3. Energia eltrica Transmisso. 4. Reatores eltricos. I. Tavares, Maria Cristina Dias, 1962-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Eltrica e de Computao. III. Ttulo.

Ttulo em outro idioma: Optimization of transmission lines to single-phase opening maneuver analysis of the influence of transversal parameters of shunt reactive compensation system

Palavras-chave em ingls: Overhead electrical lines Electrical lines Transmission Electrical energy Transmission Electrical reactors rea de concentrao: Energia Eltrica Titulao: Doutor em Engenharia Eltrica Banca examinadora: Maria Cristina Dias Tavares [Orientador], Marcos de Araujo Paz,

Alessandra de S e Benevides Cmara, Luiz Carlos Pereira da Silva e Patricia Mestas Valero

Data de defesa: 01-03-2013 Programa de Ps-Graduao: Engenharia Eltrica

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Resumo

ma soluo bastante utilizada para reduzir a corrente de arco secundrio nas linhas areas de transmisso em extra-alta-tenso aps a ocorrncia de faltas monofsicas no

permanentes a insero de um reator de neutro no arranjo dos reatores dos bancos de compensao reativa em derivao da linha. Muitas vezes estes reatores de neutro no so otimizados, de modo que reatores com valores tpicos so especificados nos projetos de linhas de transmisso areas, baseados simplesmente no seu nvel de tenso, mas sem considerar as especificidades das linhas, como as suas caractersticas fsicas ou o seu comprimento. A especificao inadequada do reator de neutro pode resultar em correntes de arco secundrio elevadas, o que, em ltima anlise, pode reduzir a taxa de sucesso da manobra de religamento monopolar. Alm disto, o custo do sistema de compensao pode ser maior do que o necessrio.

A tese apresenta uma extensa anlise de sensibilidade dos principais parmetros que influenciam no dimensionamento de um tronco de transmisso longo, especificamente do nvel de compensao mais adequado e do valor timo do reator de neutro. Destaca-se na pesquisa o desenvolvimento de uma representao dos componentes de um sistema de transmisso atravs de quadripolos trifsicos com o intuito de obter a resposta sustentada durante o desequilbrio.

Atravs desta representao foi possvel identificar a relao entre o reator de neutro timo e os parmetros transversais da linha de transmisso, assim como a influncia direta entre o nvel de compensao do sistema com o valor do reator de neutro otimizado. Adicionalmente foram identificados comprimentos limites para linhas no compensadas de diferentes nveis de tenso de modo a ainda apresentar alta probabilidade de sucesso para a manobra monopolar.

Simulaes de faltas monofsicas foram realizadas utilizando dados provenientes de linhas tpicas do sistema eltrico brasileiro.

Palavras-chave: Linhas de Transmisso Areas, Religamento Monopolar, Arco Secundrio, Quadripolos Trifsicos, Tenso de Restabelecimento, Compensao Reativa.

U

ix

Abstract

widely used solution to reduce secondary arc current in the overhead transmission lines in EHV after single-phase non permanents faults is the insertion of a neutral reactor in

the arrangement forming part of the shunt reactive compensation of the line.

Frequently in Brazilian electrical system, neutral reactors are not optimized, so that reactors with typical values are specified in the project of overhead transmission lines based on their voltage level, but without considering the specifics line parameters, as their physical characteristics or their length. The specification of unsuitable neutral reactor can result in high secondary arc currents, which eventually diminishes the success rate of single-phase automatic reclosure (SPAR) maneuver. Moreover, the cost of the compensation system may be larger than necessary.

This paper presents an extensive sensitivity analysis of the main parameters that influence the

project of a long transmission trunk, specifically the most appropriate level of compensation and the optimal value of the neutral reactor. It is noteworthy the development of a transmission system components representation using three-phase two-ports networks in order to obtain sustained response during unbalance.

Through this analysis it was possible to identify the relationship between the shunt reactor and the optimized neutral parameter and the influence of the compensation level with the neutral reactor optimized value. Additionally the maximum lengths of non-compensated lines that would have high probability of success of SPAR maneuver were identified.

Simulations of single-phase faults were performed using data from typical lines of the Brazilian electric system.

Keywords: Overhead Electric Lines, Single-phase Automatic Reclosing, Secondary Arc, Three-phase Two-ports Networks, Recovery Voltage, Reactive Shunt Compensation.

A

xi

Sumario Sumario ................................................................................................................................... xi Dedicatria................................................................................................................................ xv Agradecimentos ...................................................................................................................... xvii Lista de Figuras ....................................................................................................................... xix Lista de Tabelas ..................................................................................................................... xxiii Lista de Siglas ......................................................................................................................... xxv Lista de Smbolos ................................................................................................................. xxvii Captulo 1 ................................................................................................................................... 1

Introduo ................................................................................................................................... 1 1.1 Relevncia e Motivao da Pesquisa .......................................................................... 1 1.2 Objetivos da Tese ........................................................................................................ 6 1.3 Estrutura da Tese ......................................................................................................... 7 1.4 Contribuies do Trabalho .......................................................................................... 8 1.5 Publicaes Decorrentes ............................................................................................. 9

Captulo 2 ................................................................................................................................. 11

Reviso Bibliogrfica ............................................................................................................... 11 2.1 Defeitos nas Linhas de Transmisso ......................................................................... 12

2.1.1 Falta Transitria ou No Permanente .................................................................. 12 2.1.2 Falta Permanente ................................................................................................. 12 2.1.3 Estatsticas das Faltas .......................................................................................... 13

2.2 Tipos de Religamento Automtico de Linhas de Transmisso ................................. 13 2.2.1 Religamento Tripolar ........................................................................................... 13 2.2.2 Religamento Monopolar (SPAR) ........................................................................ 15 2.2.3 Arco Eltrico........................................................................................................ 16 2.2.4 Arco Secundrio .................................................................................................. 17 2.2.5 Desionizao do Arco .......................................................................................... 18 2.2.6 Tempo Morto ....................................................................................................... 18

2.3 Equipamentos para uma Transmisso Confivel ...................................................... 19 2.3.1 Disjuntores ........................................................................................................... 19 2.3.2 Reatores em Derivao ........................................................................................ 20 2.3.3 Reator de Neutro .................................................................................................. 20

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2.3.4 Capacitor em Srie............................................................................................... 21 2.3.5 Para-raios ............................................................................................................. 22

Captulo 3 ................................................................................................................................. 23

Tcnicas para Eliminao de Defeitos em Linha de Transmisso - Abertura Monopolar e Tripolar .................................................................................................................... 23

3.1 Comparao entre as Manobras do Tipo Monopolar e Tripolar ............................... 24 3.2 Manobra de Abertura e Religamento Monopolar ..................................................... 24 3.3 Anlise da Manobra Monopolar em Regime Permanente e Transitrio ................... 26

Captulo 4 ................................................................................................................................. 29 Representao do Sistema Eltrico Desequilibrado atravs de Quadripolos Trifsicos .......... 29

4.1 Parmetros ABCD .................................................................................................... 30 4.1.1 Associao em Cascata ........................................................................................ 31 4.1.2 Associao Paralela ............................................................................................. 32

4.2 Representao do Sistema Eltrico ........................................................................... 34 4.2.1 Representao da Linha de Transmisso Linha Transposta ............................. 35 4.2.2 Representao da Compensao Reativa em Derivao ..................................... 40 4.2.3 Representao da Compensao Srie ................................................................ 43 4.2.4 Representao do Estado dos Disjuntores ........................................................... 44 4.2.5 Representao do Curto-Circuito Monofsico .................................................... 45

Captulo 5 ................................................................................................................................. 47 Avaliao dos Ganhos nas Linhas de Transmisso Analisadas ............................................... 47

5.1 Dados da Linha de 500 kV ........................................................................................ 48 5.1.1 Silhueta da Torre ................................................................................................. 48 5.1.2 Dados Eltricos .................................................................................................... 48 5.1.3 Parmetros Eltricos ............................................................................................ 50

5.2 Avaliao dos Ganhos de Tenso nas Linhas sem nenhum Tipo de Compensao . 50 5.3 Avaliao dos Ganhos de Tenso nas Linhas com Compensao em Derivao .... 51 5.4 Avaliao dos Ganhos de Tenso nas Linhas de Transmisso com Compensao em Derivao e Compensao em Srie ..................................................................................... 54

Captulo 6 ................................................................................................................................. 59 Anlise de Sensibilidade da Corrente de Arco Secundrio (Iarc) ............................................ 59

6.1 Anlise de Sensibilidade nas Linhas sem Compensao .......................................... 60 6.2 Anlise de Sensibilidade da Linha com Compensao em Derivao sem Reator de Neutro Instalado .................................................................................................................... 64

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6.3 Anlise de Sensibilidade da Linha com Compensao em Derivao e Reator de Neutro Instalado .................................................................................................................... 66

6.3.1 Linha de 450 km. ................................................................................................. 69 6.3.2 Linha de 600 km .................................................................................................. 71 6.3.3 Linha de 900 km. ................................................................................................. 72 6.3.4 Critrios Utilizados para as Anlises ................................................................... 74

Captulo 7 ................................................................................................................................. 77

Anlise da Influncia dos Parmetros Transversais de Linha Longas ..................................... 77 7.1 Parmetros Transversais de uma Linha de Transmisso Longa ............................... 78 7.2 Parmetros Transversais da Compensao Reativa em Derivao ........................... 81 7.3 Parmetros Transversais do Conjunto Linha + Compensao Reativa em Derivao 83 7.4 Sistema de Transmisso Analisado ........................................................................... 85

7.4.1 Caso Exemplo de Linha Longa ........................................................................... 85 7.4.2 Otimizao do Reator de Neutro ......................................................................... 85 7.4.3 Anlise dos Parmetros Transversais .................................................................. 88

Captulo 8 ................................................................................................................................. 97 Concluses ................................................................................................................................ 97 Referncias Bibliogrficas ...................................................................................................... 103 Apndice A ............................................................................................................................. 107 Ganhos de Tenso de Linhas Longas de Transmisso com Compensao Reativa ............... 107 Apndice B ............................................................................................................................. 115 Dados de Linhas Tpicas Analisadas ...................................................................................... 115

B.1 Linha de Transmisso de 230 kV ............................................................................ 115 B.1.1 Silhueta da Torre ............................................................................................... 115 B.1.2 Dados Eltricos .................................................................................................. 116 B.1.3 Parmetros Eltricos .......................................................................................... 117


B.3 Linha de Transmisso de 440 kV ............................................................................ 121 B.3.1 Silhueta da Torre ............................................................................................... 121 B.3.2 Dados Eltricos .................................................................................................. 122

xiv

B.3.3 Parmetros Eltricos .......................................................................................... 123 B.4 Linha de Transmisso Convencional de 500 kV .................................................... 123

B.4.1 Silhueta da Torre ............................................................................................... 123 B.4.2 Dados Eltricos .................................................................................................. 123 B.4.3 Parmetros Eltricos .......................................................................................... 125

B.5 Linha de Transmisso No Convencional de 500 kV ............................................. 126 B.5.1 Silhueta da Torre ............................................................................................... 126 B.5.2 Dados Eltricos .................................................................................................. 127 B.5.3 Parmetros Eltricos .......................................................................................... 127


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Aos meus pais, irmos, esposa e filhos (Marlon, Luciana e Natlia). Foram de vital importncia seu carinho e

sua torcida principalmente durante situaes onde fica difcil avanar a passo firme.

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Agradecimentos

A minha orientadora, Prof. Dr. Maria Cristina Dias Tavares, pelo seu voto de confiana em cada etapa da minha formao acadmica aqui no Brasil, pela sua orientao tanto acadmica como no mbito pessoal e familiar. Gracias Cristina !

Aos meus pais Jess Lesmes e Maria Trinidad por deixar-me a maior das heranas que pai algum pode deixar para um filho: a oportunidade de estudar e avanar academicamente.

Aos colegas do Laboratrio de Transitrios Eletromagnticos (LTE).

Aos amigos e amigas que fiz na Unicamp, sou grato pelas sugestes e crticas.

minha famlia pelo apoio constante desde que iniciei esta aventura acadmica no Brasil.

comunidade peruana em Campinas, sempre serei grato pelos momentos inesquecveis que vivenciei com vocs.

Coordenao de Aperfeioamento Pessoal de Nvel Superior (CAPES), pelo apoio financeiro para o desenvolvimento deste trabalho.

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Lista de Figuras

Figura 1.1 Sistema Interligado Nacional Brasileiro .................................................................... 2 Figura 2.1 Processo de Abertura/Religamento Tripolar aps ocorrncia da falta. .................... 14 Figura 2.2 Processo de Abertura/Religamento Monopolar aps ocorrncia da falta. ............... 16 Figura 3.1 Esquema de Compensao Trifsico em Derivao com Reator de Neutro instalado. ................................................................................................................................................... 25 Figura 3.2 Funcionamento de HSGS na eliminao da Iarc...................................................... 26 Figura 3.3 Zona de uma provvel extino do arco secundrio. ............................................... 28 Figura 4.1 Representao monofsica de um quadripolo .......................................................... 30 Figura 4.2 Representao de uma associao em cascata de dois quadripolos ......................... 31 Figura 4.3 Associao de dois quadripolos em paralelo ........................................................... 33 Figura 4.4 Representao monofsica da linha de transmisso................................................. 35 Figura 4.5 Quadripolo trifsico da linha de transmisso em modos. ........................................ 38 Figura 4.6 Quadripolo trifsico da linha de transmisso em fase. ............................................. 39 Figura 4.7 Representao trifsica da compensao reativa em derivao ............................... 40 Figura 4.8 Quadripolo trifsico da compensao reativa em derivao em fase. ..................... 43 Figura 4.9 Representao trifsica do capacitor srie ............................................................... 43 Figura 4.10 Representao trifsica do modelo do disjuntor em cada fase ............................... 44 Figura 4.11 Representao trifilar de um curto-circuito monofsico para terra envolvendo a fase a .......................................................................................................................................... 45 Figura 5.1 Silhueta de torre da linha de 500 kV convencional compacta. ................................ 49 Figura 5.3 Ganhos U2/U1 da linha convencional de 500 kV ao longo de 900 km para diferentes nveis de compensao. ............................................................................................................. 53 Figura 5.4 Ganhos U2/U1 da linha convencional de 500 kV ao longo de 900 km para diferentes nveis de compensao. Esquema de compensao hbrido. ..................................................... 55 Figura 6.1 Esquema trifilar da linha em regime permanente com o quadripolo trifsico da linha ................................................................................................................................................... 60 Figura 6.2 Esquema trifilar da linha aps ocorrncia de falta com os quadripolos trifsicos da linha ........................................................................................................................................... 60 Figura 6.3 Diagrama de blocos para conseguir trechos mximos sem que a Iarc seja severa em LTs sem nenhuma compensao .............................................................................................. 61 Figura 6.4 Mximos trechos das linhas tpicas do SEB sem que a corrente Iarc atinja valores muito severos garantindo uma alta probabilidade de religamento monopolar com sucesso. .... 62

xx

Fig. 6.5 Iarc nas linhas de 450 km, 600 km e 900 km sem reator de neutro. ............................ 65 Fig. 6.6 Detalhe da Iarc eficaz em Regime Permanente nas linhas de 450 km, 600 km e 900 km sem reator de neutro. .................................................................................................... 66 Figura 6.7 Esquema trifilar da linha em regime permanente com o quadripolo trifsico da linha e com compensao reativa em derivao aos extremos. .......................................................... 67 Figura 6.8 Esquema trifilar da linha aps ocorrncia de falta com os quadripolos trifsicos da linha e com compensao reativa em derivao aos extremos. ................................................. 67 Figura 6.9 Diagrama de blocos para conseguir Xn otimizados que reduzam a Iarc em LTs com compensao em derivao ............................................................................................... 68 Figura 6.10 Iarc no caso exemplo da linha de 450 km com reator de neutro otimizado. Compensao de 72 %. .............................................................................................................. 69 Figura 6.11 Detalhe da Iarc na linha de 450 km com falta monofsica no final da linha e reator de neutro otimizado. Compensao de 72 %. ........................................................................... 70 Figura 6.12 Detalhe da Iarc na linha de 450 km com outro Reator Xn = 106 . Compensao de 72 %. ..................................................................................................................................... 70 Figura 6.13 Iarc no caso exemplo da Linha de 600 km com reator de neutro otimizado e reator de neutro otimizado. Compensao de 84 %. ........................................................................... 71 Figura 6.14 Detalhe da Iarc na linha de 600 km com falta monofsica no final da linha e reator de neutro otimizado. Compensao de 84 %. ........................................................................... 72 Figura 6.15 Detalhe da Iarc na linha de 600 km com reator Xn = 800 . Compensao de 84 %. .......................................................................................................................................... 72 Figura 6.16 Iarc no caso exemplo da Linha de 900 km com falta monofsica no final da linha e reator de neutro otimizado. Compensao de 92 %. ................................................................ 73 Figura 6.17 Detalhe da Iarc na linha de 900 km com falta monofsica no final da linha e reator de neutro otimizado. Compensao de 92 %. ........................................................................... 74 Figura 6.18 Detalhe da Iarc na linha de 900 km com reator Xn = 800 . Compensao de 92 %. .......................................................................................................................................... 74 Figura 7.1 Representao de uma linha de transmisso monofsica (ou de um modo de propagao da linha). ................................................................................................................. 78 Figura 7.2 O esquema unifilar da Compensao Reativa em Derivao aos extremos da Representao Monofsica Tradicional de uma Linha Longa. ................................................. 81 Figura 7.3 Esquema de conexo do Reator de Quatro Pernas (com Reator de Neutro Instalado). .................................................................................................................................. 82 Figura 7.4 Representao Unifilar dos Parmetros Transversais da Linha + Compensao atravs dos Reatores em Derivao: Fase e Neutro aos Extremos da Linha. ............................ 83 Figura 7.5 Maior valor de corrente de arco secundrio durante a manobra de energizao variando o nvel de compensao da linha e a razo r0. Comprimento da linha: 450 km. ........ 87 Figura 7.6 Maior valor de corrente de arco secundrio durante a manobra de energizao variando o nvel de compensao da linha e a razo r0. Comprimento da linha: 600 km. ........ 87

xxi

Figura 7.7 Maior valor de corrente de arco secundrio durante a manobra de energizao variando o nvel de compensao da linha e a razo r0. Comprimento da linha: 900 km. ........ 88 Figura 7.8 Razo entre Ym/YLT em funo do nvel de compensao considerando diferentes valores de reator de neutro LT 450 km................................................................................... 89 Figura 7.9 Razo entre Ym/YLT em funo do nvel de compensao considerando diferentes valores de reator de neutro LT 600 km................................................................................... 90 Figura 7.10 Razo entre Ym/YLT em funo do nvel de compensao considerando diferentes valores de reator de neutro LT 900 km................................................................................... 91 Figura 7.11 Razo entre Ym/YLT em funo do reator de neutro para diferentes valores de nvel de compensao LT 450 km .......................................................................................... 91 Figura 7.12 Razo entre Ym/YLT em funo do reator de neutro para diferentes valores de nvel de compensao LT 600 km. ......................................................................................... 92 Figura 7.13 Razo entre Ym/YLT em funo do reator de neutro para diferentes valores de nvel de compensao LT 900 km. ......................................................................................... 92 Figura 7.14 Maiores valores de corrente de arco secundrio obtidas em funo do nvel de compensao da linha para alguns valores de reator de neutro - Linha de 450 km. ................. 93 Figura 7.15 Maiores valores de corrente de arco secundrio obtidas em funo do nvel de compensao da linha para alguns valores de reator de neutro. Linha de 600 km. ................... 94 Figura 7.16 Maiores valores de corrente de arco secundrio obtidas em funo do nvel de compensao da linha para alguns valores de reator de neutro. Linha de 900 km. ................... 95 Figura B.1 Disposio dos cabos condutores na linha de 230 kV. .......................................... 116 Figura B.2 Silhueta da torre na linha de 345 kV. .................................................................... 119 Figura B.3 Disposio dos cabos condutores na linha de 440 kV. .......................................... 121 Figura B.4 Silhueta de torre da linha de 500 kV convencional. .............................................. 124 Figura B.5 Silhueta de torre da linha no convencional de 500 kV. ....................................... 126 Figura B.6 Silhueta da torre na linha de 765 kV. .................................................................... 129

xxiii

Lista de Tabelas Tabela 1.1 Estatsticas de incidncias dos tipos de faltas em linhas de transmisso em EAT. ............................................................................................................................................ 4 Tabela 1.2 Principais Diferenas entre as Manobras Monopolar e Tripolar ...................... 5 Tabela 5.1 Caractersticas dos condutores na linha de 500 kV. .......................................... 49 Tabela 5.2 Caractersticas do cabo pra-raios na linha de 500 kV. .................................... 50 Tabela 5.3 Parmetros eltricos da linha de 500 kV a 60 Hz. ............................................. 50 Tabela 5.4 Mximos Comprimentos de linha sem que o ganho U2/U1 seja severo a 60 Hz. ................................................................................................................................................... 51 Tabela 5.5 Ganho de tenso da linha convencional de 500 kV com compensao reativa em derivao nos extremos. .................................................................................................... 52 Tabela 5.6 Ganho de tenso da linha convencional de 500 kV com compensao reativa nos extremos. ............................................................................................................................ 54 Tabela 5.7 Ganho de tenso da linha convencional de 500 kV com compensao hbrida. Compensao reativa nos extremos da linha e nos extremos do capacitor instalado no meio da linha. Compensao capacitiva de 50 %. Variao da compensao reativa para trs comprimentos de linha ..................................................................................................... 56 Tabela 5.8 Ganho de tenso da linha convencional de 500 kV com 900 km e com compensao hbrida. Compensao reativa nos extremos da linha e nos extremos do capacitor instalado no meio da linha. Variao da compensao reativa e capacitiva. .... 57 Tabela 5.9 Compensao em Derivao Mnimo para a Linha Convencional de 500 kV. ................................................................................................................................................... 57 Tabela 5.10 Compensao em Derivao Mnimo para a Linha no Convencional de 500 kV. ...................................................................................................................................... 58 Tabela 5.11 Compensao em Derivao Mnimo para a Linha Convencional de 765 kV. ................................................................................................................................................... 58 Tabela 6.1 Comprimento mximo de linhas tpicas no compensadas para valores moderados de corrente de arco secundrio. .......................................................................... 62 Tabela 6.2 Valores de Iarc eficazes ao se variar o nvel de compensao da linha de 500 kV. Variao do comprimento da linha com compensao reativa e sem reator de neutro. ....................................................................................................................................... 64 Tabela 6.3 Valores de corrente de arco secundrio para os menores valores de compensao adequados para cada comprimento de linha de 500 kV. Reator de neutro timo e corrente de arco secundrio correspondente. .......................................................... 68 Tabela 6.4 Sobretenses dinmicas e sustentadas admissveis a 60 Hz .............................. 75 Tabela 6.5 Valores de tenso no neutro do banco de compensao reativa. ...................... 76

xxiv

Tabela 7.1 Relao r0 tima para minimizar a corrente de arco secundrio para o local de falta que corresponde maior corrente para o comprimento e nvel de compensao analisado. .................................................................................................................................. 86 Tabela 7.2 Relao entre o abs[Ym/YLT], reator de neutro e a corrente Iarc para alguns nveis de compensao para as linhas de 450, 600 e 900 km. ............................................... 95 Tabela A.1 Ganho de tenso da linha convencional de 230 kV com compensao reativa nos extremos. .......................................................................................................................... 108 Tabela A.2 Ganho de tenso da linha convencional de 345 kV com compensao reativa nos extremos. .......................................................................................................................... 109 Tabela A.3 Ganho de tenso da linha convencional de 440 kV com compensao reativa nos extremos. .......................................................................................................................... 110 Tabela A.4 Ganho de tenso da linha convencional de 500 kV com compensao reativa nos extremos. .......................................................................................................................... 111 Tabela A.5 Ganho de tenso da linha no convencional de 500 kV com compensao reativa nos extremos. ............................................................................................................. 112 Tabela A.6 Ganho de tenso da linha convencional de 765 kV com compensao reativa nos extremos. .......................................................................................................................... 113 Tabela B.1 Caractersticas dos cabos condutores de fase na linha de 230 kV. ................ 117 Tabela B.2 Caractersticas do cabo pra-raios a linha de 230 kV. ................................... 117 Tabela B.3 Parmetros eltricos da linha de 230 kV a 60 Hz. ........................................... 118 Tabela B.4 Caractersticas dos cabos condutores na linha de 345 kV. ............................. 120 Tabela B.5 Caractersticas do cabo pra-raios na linha de 345 kV. ................................. 120 Tabela B.6 Parmetros eltricos da linha de 345 kV a 60 Hz. ........................................... 120 Tabela B.7 Caractersticas dos condutores na linha de 440 kV. ....................................... 122 Tabela B.8 Caractersticas do cabo pra-raios na linha de 440 kV. ................................. 122 Tabela B.9 Parmetros eltricos da linha de 440 kV a 60 Hz. ........................................... 123 Tabela B.10 Caractersticas dos condutores na linha de 500 kV. ..................................... 124 Tabela B.11 Caractersticas do cabo pra-raios na linha de 500 kV. ............................... 125 Tabela B.12 Parmetros eltricos da linha de 500 kV a 60 Hz. ......................................... 125 Tabela B.13 Caractersticas dos condutores no sistema no convencional de 500 kV. ... 127 Tabela B.14 Caractersticas do cabo pra-raios no sistema no convencional de 500 kV. ................................................................................................................................................. 128 Tabela B.15 Parmetros eltricos da linha no convencional de 500 kV a 60 Hz. .......... 128 Tabela B.16 Caractersticas dos condutores na linha de 765 kV. ..................................... 130 Tabela B.17 Caractersticas do cabo pra-raios na linha de 765 kV. ............................... 131 Tabela B.18 Parmetros eltricos na linha de 765 kV a 60 Hz. ......................................... 131

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Lista de Siglas

ABNT-NBR Associao Brasileira de Normas Tcnicas - Norma Brasileira. AC / DC Alternate Current / Direct Current (Corrente Alternada / Corrente Continua)

ACSR Aluminium Conductor Steel Reinforced (Condutor de Alumnio de Ao Reforado) AT Alta Tenso.

ATP Alternative Transients Program (Programa Alternativo de Transitrio) CCAA Cabos de Alumnio com Alma de Ao. EAT Extra Alta Tenso. EHV Extra High Voltage (Extra Alta Tenso).

ELETROSUL Eletrosul Centrais Eltricas S.A. EPE Empresa de Pesquisa Energtica.

EMTP Electro-Magnetic Transients Program (Programa de Transitrios Eletromagnticos) FURNAS Furnas - Centrais Eltricas S.A.

HSGS High Speed Grounding Switches (Chaves de Aterramento Rpido). LT Linha de Transmisso.

MATLAB MATrix LABoratory (Programa computacional de clculo) MATHEMATICA Programa de clculo Mathematica.

MCM Mil Circular Mills (rea transversal dos condutores eltricos) MME Ministrio de Minas e Energia. PDEE Programa Decenal de Expanso Energtica.

PSCAD Visual Power System Simulation (Programa de simulao de transitrios em sistemas eltricos)

RMG Raio Mdio Geomtrico. SEB Sistema Eltrico Brasileiro SEPs Sistemas Eltricos de Potncia. SIN Sistema Interligado Nacional.

SPAR Single Pole Auto-Reclosing (Auto-religamento Monofsico) TRT Tenso de Restabelecimento Transitria. TRV Transient Recovey Voltage (Tenso de Restabelecimento Transitria) TTA Tenso entre os terminais do arco. UAT Ultra Alta Tenso.

xxvi

UHV Ultra High Voltage (Ultra Alta Tenso)

xxvii

Lista de Smbolos

Aabc Matriz A em componentes de fase.

0A Matriz A em componentes , , 0.

Aef, Arms Amperes eficazes. ABCD Elementos do quadripolo.

B Susceptncia eltrica. C Capacitncia. C0 Capacitncia de sequncia zero. C1 Capacitncia de sequncia positiva. Cm Capacitncia mtua. Cp Capacitncia prpria.

CSh Compensao reativa em derivao. CSr Compensao reativa srie.

G Condutncia. If Corrente de fase. IG Corrente na gerao. IR Corrente na recepo. Iarc Corrente de arco secundrio. IRa Corrente de fase a na recepo. IRb Corrente de fase b na recepo. IRc Corrente de fase c na recepo.

I1, I2 Corrente de entrada, Corrente de sada. kV-pico Tenso pico (em kV)

l Comprimento. L Indutncia.

Po Potncia do arco em equilbrio. QF1 Quadripolo antes do ponto de falta. QF2 Quadripolo depois do ponto de falta. QDA Quadripolo do disjuntor aberto. QDF Quadripolo do disjuntor fechado.

xxviii

QG Quadripolo do gerador em barra infinita. QR Quadripolo na recepo em vazio. R Resistncia. Rf Resistncia de fase. r0 Relao no homopolar / homopolar. t Tempo.

Tcl Matriz associada transformada de Clarke. Tcl-1 Inversa da matriz associada transformada de Clarke. Uo Tenso de arco em equilbrio.

U1, U2 Tenso de entrada, tenso de sada. U Tenso.

Urec Tenso na recepo. v Velocidade. Frequncia angular. X0 Reatncia de sequncia zero. X1 Reatncia de sequncia positiva. XC Reatncia capacitiva. Xd Reatncia no homopolar ou direta. Xh Reatncia homopolar. Xf Reatncia de fase. Xn Reatncia de neutro. XR Reatncia da compensao em derivao. Y Admitncia. Yd Admitncia no homopolar ou direta. Yh Admitncia homopolar. Zd Impedncia no homopolar ou direta. Zh Impedncia homopolar. Zc Impedncia caracterstica. Zf Impedncia de fase. Zn Impedncia de neutro. ZR Impedncia do reator.

YZ , Impedncia e admitncia associada a componente da transformada de Clarke respectivamente.

xxix

YZ , Impedncia e admitncia associada a componente da transformada de Clarke respectivamente.

332211 ,, zzz Impedncia de elementos prprios.

231312 ,, zzz Impedncia de elementos mtuos.

Constante de atenuao. Constante de propagao da onda de transmisso. Constante de tempo.

1

Captulo 1

Introduo

1.1 Relevncia e Motivao da Pesquisa

Brasil um pas com caractersticas continentais (aproximadamente 4000 km de extenso de norte a sul) com um rea aproximada de 8,5 milhes km2, onde o seu

Sistema Interligado Nacional (SIN) possui um parque gerador predominantemente hidrulico. O mapa hidrulico brasileiro composto por oito grandes bacias hidrogrficas, as duas principais localizadas na regio norte, especificamente as bacias dos rios Amazonas e Tocantins, cujo potencial de gerao alcana 131,6 GW, correspondendo a 50,9 % de potencial eltrico brasileiro.

A utilizao destes recursos est condicionada ao correto processo de intercmbio energtico atravs de extensos troncos de transmisso com nveis de tenso entre 230 kV e 750 kV. No SIN brasileiro, o atual esquema de configurao referente ao ano de 2010 mostrado na Figura 1.1, onde tambm se podem perceber algumas instalaes a serem implantadas no futuro prximo (2012/2013).

O

2

O processo contnuo da expanso dos sistemas de transmisso no Brasil coordenado e administrado pelo Ministrio de Minas e Energia (MME) em parceria com a Empresa de Pesquisa Energtica (EPE), os quais garantem uma Rede Bsica de Transmisso com dois objetivos importantes e que so: a transmisso da energia gerada pelas usinas para os grandes centros de carga e a integrao dos diversos elementos do sistema eltrico com o propsito de garantir estabilidade e confiabilidade na rede eltrica.

Fonte ONS [dez-2011]. Disponvel em: .

Figura 1.1 Sistema Interligado Nacional Brasileiro

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Milhares de quilmetros de linhas de Transmisso Eltrica Areas so interligados visando conectar gerao e carga nas diversas regies do Brasil. Em 2011 o SIN atingiu a importante marca de 100.000 km de linhas de transmisso na rede bsica. As linhas de transmisso, portanto, so os elementos de maior importncia na configurao da transmisso de energia eltrica.

Num estudo inicial do sistema eltrico efetuada a anlise de desempenho em regime permanente com diferentes nveis de carga, atravs de estudos de fluxo de potncia em condio normal e sob contingncia no simultnea dos outros elementos da rede. Para tais anlises a representao adequada da linha de transmisso consider-la como um circuito Pi longo, ou seja, empregando as suas equaes exatas em sua forma hiperblica ou exponencial com as correes de seus parmetros eltricos devido ao efeito da distncia.

Em troncos de transmisso CA longos, como os encontrados no SIN brasileiro, comum o uso de reatores em derivao e/ou capacitores em srie como dispositivos de compensao reativa, seja para reduzir o comprimento eltrico da linha ou bem para diminuir a reatncia indutiva e aumentar o carregamento da energia. Nestes sistemas de transmisso basicamente formados por linhas areas a representao transversal da linha feita somente atravs da sua susceptncia capacitiva, desprezando-se a condutncia transversal.

As linhas de transmisso, evidentemente por serem os elementos mais extensos no sistema eltrico, so tambm os de maior vulnerabilidade com relao s condies atmosfricas de qualquer tipo, estando tambm sujeitos s sobretenses elevadas devido aos transitrios de manobras. Transtornos atmosfricos podem provocar descargas eltricas que geram grandes sobretenses e que so caracterizadas pela liberao de elevados montantes de energia numa frente de onda com tempo extremamente rpido (1 s at 10 s).

Em termos estatsticos para linhas em nveis de tenso elevadas, as descargas atmosfricas atingem predominantemente s uma fase da linha e so de caractersticas no permanentes, ou seja, do tipo transitrio. A tabela 1.1 apresenta as estatsticas feitas por duas empresas de transmisso de energia estrangeiras onde mostrada a incidncia dos tipos de faltas nas linhas de transmisso.

4

Quando um curto-circuito monofsico ocorre produz-se a rpida ao do sistema de proteo que abre os disjuntores instalados em cada terminal das fases da linha, isolando totalmente o trecho afetado do restante do sistema e interrompendo a transmisso normal de energia. Este tipo de manobra conhecido como de abertura tripolar e a linha deve ser mantida aberta durante um tempo relativamente curto visando evitar uma propagao do distrbio para outras linhas num fenmeno conhecido como efeito cascata. Se o trecho no for religado rapidamente pode acontecer uma defasagem excessiva entre as tenses dos barramentos interligados pela linha que pode produzir perturbaes muito severas, com inerente efeito negativo na estabilidade e confiabilidade do sistema eltrico. Muitas vezes o religamento fica bloqueado devido grande abertura angular das tenses terminais.

Tabela 1.1 Estatsticas de incidncias dos tipos de faltas em linhas de transmisso em EAT.

Bonneville Power Administration Swedish State Power Board

500 kV 400 kV 200 kV Faltas Monofsicas para Terra 93 % 70 % 56 %

Faltas Bifsicas 4 % 23 % 27 % Faltas Bifsicas com Aterramento 2 % 23 % 27 %

Faltas Trifsicas 1 % 7 % 17 % Fonte: Pamphlet RK 85-201 E Auto-reclosing Edition 1 ABB Relays

Outra forma de eliminar o defeito monofsico consiste na manobra de abertura monopolar onde somente a fase onde aconteceu o defeito aberta, o que assegura a transmisso ininterrupta de uma frao importante de energia atravs das outras duas fases que no foram afetadas pela falta, o que reduz consideravelmente a severidade da perturbao. A manobra ter sucesso se a falta tiver se auto-extinguido no momento do religamento e o canal ionizado da falta no existir mais, evitando que o defeito se restabelea. Um dos parmetros importantes para que a manobra tenha uma alta probabilidade de sucesso que a corrente de falta que mantida pelo acoplamento entre as fases ss e a fase aberta (corrente de arco secundrio) tenha uma baixa amplitude.

5

Existem grandes diferenas entre estes dois tipos de manobras que fazem com que se possa entender a importncia da correta escolha do tipo de procedimento a programar principalmente pela confiabilidade e flexibilidade que proporciona ao sistema. Na tabela 1.2 mostram-se essas diferenas evidenciando uma clara vantagem da manobra de abertura/religamento monopolar em relao manobra de abertura/religamento tripolar.

Tabela 1.2 Principais Diferenas entre as Manobras Monopolar e Tripolar

Principais Ocorrncias: Manobra Monopolar Manobra Tripolar

Existe transmisso de energia Mantm at 54 % da

transmisso em operao normal

No existe

Acontecem sobretenses severas no religamento

Menos severo Mais severo

Propagao do defeito em cascada No existe Alta probabilidade

Acontece defasagem nos extremos Baixa probabilidade Alta probabilidade

Limite no tempo morto Critrio 1: At 500 ms

Critrio 2: t >500 ms Pode ter um tempo maior

Perda de sincronismo Baixa probabilidade Alta probabilidade

Arco Secundrio Existe No existe

Arco sustentado em 60 Hz Existe Existe

Carga residual nas fases No existe Depende da sequncia de abertura

Existem diversos tipos de procedimentos para conseguir reduzir essa corrente de arco secundrio, sendo o mais comum o uso de reatores de neutro, no caso de linhas com compensao reativa em derivao.

Em sistemas de transmisso com comprimentos longos, a instalao de reatores em derivao reduz o ganho de tenso entre os terminais da linha quando esta se encontra em vazio ou em carga leve (Efeito Ferranti). Aproveitando-se da existncia do banco de reatores em derivao possvel instalar um reator no neutro do banco de forma a minimizar e at eliminar o acoplamento capacitivo que sustenta a corrente de arco secundrio que surge durante a abertura monopolar. Este acoplamento capacitivo mantido entre as duas fases ss que

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continuam energizadas e a fase sob falta que foi isolada. O arco tambm alimentado pelo acoplamento indutivo entre a fase aberta e as fases ss, sendo este significativo somente quando a linha estiver transmitindo uma potncia importante.

Neste contexto importante analisar o desempenho da linha juntamente com os elementos de compensao de modo a realizar uma anlise que permita uma otimizao dos parmetros do sistema de transmisso. O religamento monofsico com sucesso deve ser a consequncia dessa operao conjunta de otimizao dos parmetros e que resulta na minimizao da corrente de arco secundrio e num consequente efeito favorvel ao sistema em termos de estabilidade eletromecnica, de tenso, e de confiabilidade operacional.

1.2 Objetivos da Tese O objetivo geral da pesquisa o desenvolvimento de um mtodo para a reduo da amplitude da corrente de arco secundrio analisando a influncia do nvel de compensao reativa em derivao em linhas de transmisso longas. O foco do mtodo desenvolvido o estabelecimento de relaes entre o nvel de compensao reativa e a otimizao do reator de neutro com o intuito de reduzir os valores das correntes de arco secundrio.

A seguir, os objetivos especficos do trabalho so apresentados:

Desenvolvimento de um mtodo para a obteno de uma resposta sustentada do sistema eltrico trifsico em desequilbrio. Esta metodologia pode ser utilizada na eapa de projeto de um sistema de transmisso.

Identificar os comprimentos mximos de linhas no compensadas para diferentes nveis de tenso e que apresentam elevada probabilidade de sucesso para a manobra de religamento monopolar.

Caracterizar a influncia dos parmetros transversais do conjunto Linha + Compensao visando reduzir a corrente de arco secundrio que surge aps abertura monopolar em linhas com compensao em derivao.

Desenvolvimento de uma metodologia para o dimensionamento de um reator de neutro adequado em cada nvel de compensao solicitado com o intuito de reduzir a amplitude

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da corrente de arco secundrio, aumentando assim a probabilidade de sucesso da manobra de religamento monopolar.

1.3 Estrutura da Tese

O presente texto est dividido em oito captulos, o primeiro captulo descreve a introduo geral do trabalho. Os captulos seguintes encontram-se subdivididos de acordo com assuntos correlatos ao seu tema principal, descritos a seguir.

No captulo 2 apresentada uma extensa reviso bibliogrfica onde so analisados os conceitos gerais relacionados pesquisa com o intuito de um melhor entendimento da rea de estudo, especificamente: os tipos de defeitos em linhas de transmisso, equipamentos necessrios para uma transmisso confivel em extra-alta-tenso, classes de religamentos automticos de linhas de transmisso, arco secundrio, tempo morto, entre outros.

No captulo 3 apresentam-se as principais tcnicas para eliminao dos defeitos em linhas de transmisso. As manobras de abertura/religamento tripolar e monopolar so descritas, analisando as suas vantagens e desvantagens.

No captulo 4 faz-se uma introduo teoria de quadripolos e descreve-se a representao dos principais elementos de um sistema de transmisso atravs de quadripolos trifsicos. A metodologia proposta aplicada minimizao da corrente de arco secundrio para eliminao de falta monofsica.

No captulo 5 so avaliados os ganhos de tenso nas linhas de transmisso tpicas do SIN. So descritos tambm os critrios e as condies para a anlise da extino da corrente de arco secundrio em linhas longas. So mostrados os comprimentos mximos de linha para os quais provvel ter sucesso na manobra de religamento para os casos de faltas monofsicas do tipo no permanentes. Continua-se a anlise, e analisam-se as linhas com vrios nveis de compensao que tm a corrente de arco reduzida pelo uso de reatores em derivao.

No captulo 6 feita uma anlise de sensibilidade das correntes de arco secundrio aps a ocorrncia de falta monofsica em linhas tpicas do sistema eltrico brasileiro.

8

No captulo 7 feita uma anlise de sensibilidade da corrente de arco secundrio analisando-se os parmetros transversais do sistema de transmisso: Linha + Compensao.

O Captulo 8 apresenta, de acordo com os resultados obtidos nos captulos anteriores, as principais concluses do trabalho.

A seguir apresentam-se os apndices que ajudam na compreenso geral do presente trabalho e que foram dispostos de maneira a acrescentar informao aos temas relacionados.

O apndice A so apresentadas as tabelas completas dos ganhos de tenso de todas as linhas analisadas com reatores de compensao reativa aos extremos e no meio da linha.

O apndice B so mostradas as caractersticas e dados eltricos das linhas de transmisso utilizadas para o estudo. Os parmetros eltricos de todas as linhas tambm so apresentados atravs de tabelas.

1.4 Contribuies do Trabalho

A seguir so apresentadas as principais contribuies da pesquisa:

O mtodo proposto para a obteno da resposta sustentada do sistema eltrico trifsico em desequilbrio. Esta metodologia pode ser utilizada na fase de projeto de um sistema de transmisso;

A representao da linha longa compensada levando em considerao a abordagem conjunta da Linha + Compensao foi importante para caracterizar a influncia dos parmetros transversais na reduo da corrente de arco secundrio;

A caracterizao da relao entre o nvel de compensao do sistema e o valor timo do reator de neutro que minimiza a corrente de arco secundrio. Esta uma das contribuies mais importantes da presente pesquisa;

A identificao de comprimentos limites de linhas no compensadas para diferentes nveis de tenso que apresentam elevada probabilidade de sucesso para a manobra de religamento monopolar.

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Uma nova hiptese de compensao hbrida que garante um perfil de tenso adequado ao longo das linhas longas a partir de 900 km de comprimento. A hiptese proposta acrescenta dois reatores no meio da linha, a montante e a jusante dos capacitores srie em cada fase.

1.5 Publicaes Decorrentes

Como parte das atividades desenvolvidas ao longo da pesquisa, so apresentados os trabalhos que consolidaram os resultados da pesquisa.

Artigo em Revista:

a) M. E. Zevallos, M. C. Tavares, Reduo da Corrente de Arco Secundrio em Sistemas de Transmisso Tpicos, Revista da Sociedade Brasileira de Automtica (SBA), ISSN: 0103-1759, vol. 20, n 3, pp. 373-382, Jul/Set 2009.

Artigos em Congresso:

1. M. E. Zevallos, M. C. Tavares, Sustained Response of Unbalanced Electric System Represented Through Three-Phase Two-port Networks; 2012 IEEE Power & Energy Society Transmission and Distribution Conference and Exposition; Orlando Flrida EUA; maio 2012.

2. M.E.Zevallos, M.C.Tavares, Single-Phase Auto-Reclosure Studies: Influence of Transversal Parameters of a Transmission System on the Secondary Arc Current Reduction; International Conference in Power System Transients IPST 2011; Delft - Holanda; junho 2011.

3. M. E. Zevallos, M. C. Tavares, Reduccin de las Mximas Corrientes de Arco Secundario para Sistemas de Transmisin Tpicos durante la Maniobra de Abertura Monopolar; IX ERIAC Encontro Regional Ibero-americano do CIGR; Ciudad del Este Paraguai; maio 2011.

4. M. E. Zevallos, M. C. Tavares, Influncia dos Parmetros Transversais de uma Linha de Transmisso na Reduo da Corrente de Arco Secundrio durante a Manobra de

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Abertura Monopolar; IEEE/PES T&D Latin America; So Paulo Brasil; Novembro 2010.

5. M. E. Zevallos, M. C. Tavares, O Uso de Quadripolos Trifsicos na Obteno da Resposta Sustentada de um Sistema Eltrico Desequilibrado; XVIII Congresso Brasileiro de Automtica CBA; Bonito MS Brasil; Setembro 2010.

6. M. E. Zevallos, M. C. Tavares, Sensitivity Analysis of Secondary Arc Current for Different Transmission Systems. In: Conferncia Tcnica Andina IEEE ANDESCON, Cusco, Per; Outubro 2008.

7. M. E. Zevallos, M. C. Tavares, Anlise de Sensibilidade das Correntes de Arco Secundrio para Diferentes Sistemas de Transmisso. In: Simpsio Brasileiro de Sistemas Eltricos SBSE 2008, Belo Horizonte, MG, Brasil; Abril 2008.

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Captulo 2

Reviso Bibliogrfica S troncos de transmisso muito longos existentes no SIN brasileiro e os novos troncos, que entraro em operao num futuro prximo, necessitam assegurar de forma eficiente

e ininterrupta o fornecimento da energia eltrica desde as afastadas UHE at os centros de consumo no pas. Este importante objetivo alcanado a partir de uma anlise constante de estudos realizados tanto em regime permanente como tambm em regime transitrio.

Dentre os inmeros defeitos que acontecem nas linhas de transmisso de grande porte so os curto-circuitos os que podem produzir as piores consequncias para o sistema eltrico j que ocasionam elevadas correntes de defeito (da ordem de 103 A), assim como elevadas sobretenses que surgem durante as diversas manobras usuais no sistema, e que podem afetar de maneira catica a rede.

No incio da dcada de 1980 o religamento automtico de linhas de transmisso aps situaes de curtos-circuitos tornou-se uma manobra muito bem aceita em diferentes partes do mundo (IEEE POWER SYSTEMS RELAYING COMMITEE, 1984), principalmente em pases com regies sujeitas alta incidncia de descargas atmosfricas. Somente cinco por cento das faltas decorrente de descargas atmosfricas so permanentes. O religamento rpido, seja trifsico ou

O

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monofsico, portanto, fornece vantagens quanto reduo do tempo de durao de uma interrupo se comparado s linhas com manobra de religamento tradicional.

Atualmente no Brasil necessrio realizar estudos para o projeto das novas linhas de transmisso considerando as manobras de abertura/religamento monopolar e tripolar da linha visando a rpida eliminao de defeitos com o subsequente retorno da linha operao normal.

A seguir so apresentados alguns conceitos referentes ao trabalho com o intuito de definir a rea de pesquisa.

2.1 Defeitos nas Linhas de Transmisso

2.1.1 Falta Transitria ou No Permanente

Uma falta transitria tem como caracterstica principal o fato de desaparecer num curto perodo de tempo, aps a atuao da proteo. Estas faltas so muito rpidas, sendo as suas principais causas as descargas atmosfricas e as manobras usuais da rede. A sobretenso induzida na linha durante a ocorrncia de descarga atmosfrica geralmente causa um arco eltrico sobre os isoladores (regio de menor distncia de isolamento). Este arco, denominado comumente de arco primrio, pode atingir valores de dezenas de kA e existir enquanto o defeito estiver sendo alimentado pelo sistema. Quando a proteo atua, isolando a parte do sistema sob defeito, o arco tem sua corrente reduzida para algumas centenas de ampres, sendo chamado de arco secundrio. Este arco pode se auto-extinguir ou no, dependendo da quantidade de energia fornecida pelo sistema ao arco.

2.1.2 Falta Permanente

Um condutor se partindo, ou o colapso de torre ou uma rvore se inclinando sobre uma linha, etc, so exemplos de faltas de carter permanente. Nestes casos necessrio primeiro localizar o defeito para que as medidas corretas de manuteno sejam tomadas e o dano reparado. Este tipo de falta geralmente demanda mais tempo para recuperao do sistema e,

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consequentemente, deve impor uma maior demanda da rede quanto estabilidade e ao desempenho.

2.1.3 Estatsticas das Faltas

Faltas monofsicas para terra so os defeitos predominantes em todas as linhas. Em linhas de AT e EAT as estatsticas revelam maior ocorrncia das faltas monofsicas para terra. Segundo (IEEE POWER SYSTEM RELAYING COMMITTEE, 1992) em linhas de transmisso de 500 kV quase 93 % do total de faltas envolve uma s fase para terra.

2.2 Tipos de Religamento Automtico de Linhas de Transmisso

2.2.1 Religamento Tripolar

Aps uma ocorrncia de falta na linha de transmisso, os disjuntores isolam o trecho com defeito e aguardam um intervalo de tempo denominado de tempo morto para religar o circuito. Caso a falta seja no permanente espera-se que ocorra a auto-extino do arco eltrico neste intervalo. Para que o sistema no perca estabilidade o religamento tripolar deve acontecer rapidamente num tempo morto curto. Na figura 2.1 apresentado um esquema de atuao da proteo de um sistema de transmisso com a manobra de abertura e religamento tripolar aps ocorrncia de falta monofsica.

A eliminao de uma falta monofsica atravs da abertura trifsica do trecho sob falta muito comum e de uso generalizado no SIN brasileiro. A manobra que segue, tambm denominado religamento tripolar rpido, deve possuir um tempo morto entre 0,5 s e 1 s para no prejudicar a estabilidade do sistema.

Apesar disto a manobra trifsica (rpida ou lenta) pode ser perigosa para o sistema devido principalmente s sobretenses que surgem. Estas sobretenses dependem basicamente da carga residual e do instante de execuo da manobra. Estas sobretenses podem ocasionar um risco na estabilidade do sistema eltrico, aps um tempo relativamente longo de abertura

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trifsica. Um religamento trifsico sem extino do defeito pode levar a problemas severos para o sistema, principalmente pela propagao em cascata da falta.

Figura 2.1 Processo de Abertura/Religamento Tripolar aps ocorrncia da falta.

As sobretenses ocasionadas pelo religamento trifsico em linhas em vazio podem ser muito severas se a carga residual no for drenada antes da corrente capacitiva ser interrompida (DAJUZ et al., 1987), e a manobra pode provocar a instabilidade do ngulo de defasagem interna das unidades geradoras. Este tipo de fenmeno impe um limite mximo ao tempo morto de religamento, que no poder ser to longo a ponto de implicar na perda de sincronismo entre as unidades geradoras ou sistemas interligados pela linha de transmisso.

Os valores das sobretenses devido ao religamento trifsico da linha podem ser obtidos mediante estudos estatsticos onde se variam aleatoriamente os tempos associados ao instante de execuo da abertura e o posterior religamento trifsico. Os valores das cargas residuais vo depender diretamente da sequncia da abertura trifsica, devendo ser considerado tambm

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o atraso de um polo. Os valores numricos da carga residual apresentam uma forte dependncia da relao entre as capacitncias da linha de transmisso.

importante analisar o arco que surge aps o processo de eliminao da falta monofsica atravs da abertura trifsica. Inicialmente ocorre o defeito monofsico e a proteo d ordem para a abertura trifsica do trecho sob falta. O arco primrio (da ordem de 10 kA) d lugar a um arco de amplitude bem menor (da ordem de 102 A), arco secundrio, aps a abertura do trecho sob defeito. O arco que se estabelece aps a abertura trifsica amortecido e existir enquanto a carga residual do trecho aberto existir. Muitos autores denominam este arco como arco secundrio, apesar de este termo ser mais aplicado ao arco que se forma aps a abertura monopolar da fase sob falta, como apresentado a seguir.

2.2.2 Religamento Monopolar (SPAR) O religamento monopolar, tambm conhecido como religamento automtico monofsico pelas siglas em ingls SPAR, da mesma forma que o religamento tripolar, resulta na abertura do trecho sob defeito, mas envolve somente a fase onde ocorreu a falta. Nesta manobra os problemas de estabilidade no sistema se reduzem porque as fases ss continuam transmitindo potncia, havendo, portanto, uma ligao eltrica entre os terminais da linha sob defeito. Na figura 2.2 apresentado um esquema de atuao da proteo de um sistema de transmisso com a manobra de abertura e religamento monopolar aps ocorrncia de falta monofsica. A principal desvantagem dessa manobra a existncia do arco secundrio mantido pelo acoplamento capacitivo e indutivo entre as fases ss e a fase com defeito. Este acoplamento no devido carga residual da linha, mas ao fato de o trecho onde a falta ocorreu no ter sido totalmente aberto, uma vez que a manobra de abertura envolve somente a fase atingida pelo defeito. As fases ss mantm a transmisso de energia e, portanto, encontram-se energizadas e conduzindo potncia.

O sucesso do religamento monopolar depende da extino do arco secundrio antes do religamento da fase aberta. A probabilidade de extino do arco secundrio funo do tempo morto ajustado pela proteo. Para eliminao de faltas monofsicas no permanentes atravs da manobra monopolar, a fase com falta isolada em seus dois terminais. Como na manobra

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monopolar, o arco eltrico ainda existe aps a atuao da proteo e este instante finaliza a existncia do arco primrio e inicia o chamado arco secundrio.

Figura 2.2 Processo de Abertura/Religamento Monopolar aps ocorrncia da falta.

2.2.3 Arco Eltrico

O arco eltrico o fenmeno principal no processo de interrupo da corrente nos disjuntor de alta potncia (CARVALHO et al., 1996). Quando um interruptor abre um circuito com carga ou quando ocorre uma falta, surge a presena do arco eltrico. As caractersticas do arco dependem, entre outras coisas da natureza e presso do meio ambiente onde se induzem os arcos, da presena de agentes ionizantes ou desionizantes como, por exemplo, a influncia de isoladores poludos (GARCIA et. al., 1988), da tenso entre os contatos e da sua variao no tempo, da composio do meio onde se formam os arcos e do sistema de mitigao do arco eltrico. O alongamento do arco depende geralmente do nvel de tenso fornecida ao sistema e est inversamente relacionada ao valor eficaz da corrente de arco, menor corrente eficaz, maior alongamento do arco (TALAYSIS, et. al., 2011) o que implica numa rpida auto-extino a depender do tempo morto estabelecido.

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No caso de curtos-circuitos, os arcos eltricos se formam sob altas correntes que se originam em sua maioria por sobretenses resultantes de descargas atmosfricas ou manobras no sistema. Estes arcos se estabelecem no ar, tendo caractersticas distintas dos arcos em disjuntores devido ao meio onde se formam. Nestes casos o comportamento dinmico dos arcos no pode ser adequadamente representado por modelos comuns, ou seja, ao menos duas constantes de tempo devem ser envolvidas (PORTELA, 1992).

2.2.4 Arco Secundrio

Uma anlise do arco secundrio se d de forma semelhante ao arco de potncia que o precede, mesmo porque sua ocorrncia est associada a um tipo de manobra definida. Ele est tambm associado aos fenmenos cujos parmetros apresentam um alto grau de aleatoriedade, entretanto a extino do arco secundrio se v afetada determinantemente por fatores que relacionam uma interao arco-rede aos terminais do arco (CAMARA, 2003). A representao do arco secundrio atravs do modelo matemtico de (JOHNS et. al., 1982) ganhou grande aceitao iniciando a dcada de 1980. Foram representadas no programa EMTP modelos associados ao fenmeno e manobra de religamento monopolar (GOLDBERG et. al., 1989) em linhas de 500 kV e de 765 kV (BEZERRA, 1990). O estudo da representao do arco com este modelo foi aplicado a sistemas de transmisso hbridos AC/DC onde se discutiram os fatores que afetam a durao do arco secundrio em condies de equilbrio e desequilbrio (WOODFORD, 1993).

A variao quase aleatria dos parmetros do arco influencia significativamente o desempenho do arco durante o religamento monofsico e dificulta a exata reproduo da durao do arco na simulao digital. Dependendo da variao dos parmetros do arco, alguns efeitos de interao com o sistema de transmisso podem ser percebidos. Uma representao do comportamento dinmico do arco (KIZILCAY et. al., 2003) foi feita atravs de uma resistncia variando no tempo para representar a condutncia do arco baseada no balano de energia sob a coluna do arco.

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2.2.5 Desionizao do Arco

O tempo requerido para a desionizao da trajetria do arco eltrico um fator muito importante a ser considerado antes do religamento da fase aberta e depende de diversos fatores, que incluem o tempo de durao do arco (tempo de durao da falta), amplitude da corrente de falta, tenso do sistema, capacitncia de acoplamento, espaamento dos condutores e condies climticas como o vento, umidade do ar, presso atmosfrica, etc. Comumente um arco no ar constitudo por um plasma de alta temperatura que mantido ionizado principalmente pela absoro da energia do sistema eltrico. O nvel de tenso no circuito tem uma influncia predominante no tempo de desionizao do arco. Essa desionizao vai acontecer se o fenmeno influenciado positivamente por uma recombinao das partculas ionizadas do arco junto com partculas de energia neutralizante e que descaracterizaro o plasma. Isto ocorre em temperaturas mais baixas, onde a agitao menor e a presso aumenta (PORTELA et al., 1994).

2.2.6 Tempo Morto

o tempo entre a interrupo de uma fase do circuito atravs de um polo do disjuntor durante a manobra de abertura e do restabelecimento da fase durante a operao de fechamento. Um religamento automtico de linhas precisa de um tempo morto que exceda o tempo de desionizao do caminho do arco eltrico, ou seja, o ajuste do rel deste tempo morto deve ser mais longo para permitir essa desionizao. Existem pesquisas onde o tempo morto acaba exatamente no momento da auto-extino do arco o que favorece na deciso do rel para mandar religar no tempo exato, tornando a manobra numa manobra com religamento adaptativo (AHN, 2001; DE SOUZA, 2003).

Em linhas de transmisso longas, o religamento monofsico requer um tempo maior que para o caso do religamento das trs fases simultaneamente, j que o maior acoplamento eletromagntico entre as fases ss e a fase com falta resulta num perodo maior da desionizao da trajetria do arco.

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2.3 Equipamentos para uma Transmisso Confivel

O sistema de transmisso muito longo acarreta certa complexidade quanto aos parmetros que determinam a transferncia qualitativa da energia, dentre estes parmetros esto: o ganho da tenso devido ao longo comprimento da linha, o excesso de potncia reativa consumida pela linha e os surtos de tenso que acontecem produto de manobras na rede ou devido a defeitos atmosfricos em determinadas regies que podem colapsar o sistema interligado gerando desligamentos em cascata como ocorreu nos ltimos anos.

Para reduzir os efeitos causados pela elevao de tenso terminal de uma linha em vazio ou sob condio de operao em carga leve determina-se o nvel de compensao reativa em derivao (INDULKAR, 1999), principalmente prximo da localizao da carga, com o intuito de manter o perfil de transmisso adequado e reduzir o acoplamento eletromagntico entre fases.

A seguir so descritos os principais equipamentos que so utilizados ou inseridos para reduzir ou eliminar as perturbaes que geram os problemas descritos anteriormente.

2.3.1 Disjuntores Um disjuntor utilizado na manobra SPAR precisa ter o mecanismo de operao e a capacidade de abertura necessria para concretizar uma sequncia operativa visando o seu fechamento automtico.

O disjuntor deve ser capaz de fechar (religar a linha ou a fase da linha, no caso de manobra monopolar) depois de um tempo morto pr-determinado, se for adequado para um SPAR de alta velocidade. A manobra deve garantir que o mecanismo de operao do disjuntor sempre tenha tempo para armazenar a energia necessria para uma abertura subsequente.

O disjuntor tambm deve ser capaz de suportar o religamento sobre uma possvel falta do tipo permanente sem que se modifiquem suas caractersticas de capacidade de abertura ou evitando se danificar (CARVALHO et. al., 1996).

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O tempo de operao (abertura) de um disjuntor deve ser pequeno para garantir a menor ionizao possvel e assim melhorar a probabilidade de um fechamento bem sucedido (extino do defeito antes do fechamento do disjuntor).

2.3.2 Reatores em Derivao

Num sistema eltrico de grande porte necessrio compensar a potncia reativa capacitiva inerente do sistema de transmisso em funo da potncia ativa consumida ou transmitida (THALLAM, 2007). Essa energia reativa o resultado de uma transmisso sob condies de carga leve em regime permanente ou nula em caso de energizao. Uma compensao reativa em derivao pode ajudar a controlar tambm a impedncia equivalente da linha de transmisso com o propsito de manter a transmisso prxima do valor da potncia natural da linha (KIMBARK, 1983).

A principal ao dos reatores de potncia introduzir impedncia num sistema de potncia. Os reatores em derivao so ligados entre fases, ou entre fase e neutro ou entre fase e terra, num sistema de potncia, normalmente para compensao da corrente capacitiva do sistema atravs da sua reatncia indutiva.

Para especificao das caractersticas eltricas dos reatores de potncia devem ser considerados alguns aspectos (FURNAS CENTRAIS ELTRICAS, 1985) como o nvel de tenso, potncia reativa, tipo de proteo, sobretenses, caractersticas ambientais, etc.

2.3.3 Reator de Neutro

O reator de neutro um reator monofsico conectado entre o neutro de um equipamento eltrico e a terra. No esquema de compensao reativa em derivao serve para compensar a corrente de desequilbrio durante uma falta monofsica para terra. A partir de uma configurao peculiar junto com os reatores de fase (configurao de quatro pernas) pode reduzir ento a capacitncia equivalente (acoplamento eltrico) que existe entre as fases ss e a fase com falta. O reator de neutro especificado em funo do banco de reatores existente e, dessa maneira, seu parmetro definido em funo dos parmetros impedncia e susceptncia da linha de transmisso.

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A maioria das linhas de EAT no Brasil utiliza compensao reativa devido ao seu alto comprimento. A utilizao da configurao de quatro pernas incluindo o reator de neutro o principal mtodo de reduo do arco para casos de abertura monopolar com falta temporria, cujos relatrios de anlise e aplicao so exigidos por parte da ANEEL.

Em (TAVARES, 2004) mostrado o processo de obteno do valor timo de reator de neutro para um sistema real numa linha de 865 km e em (ZEVALLOS, 2007) mostrada uma maneira otimizada de obter valores de reatores de neutro apropriados para linhas com diferentes nveis de tenso. Em ambos os casos evita-se uma simples extrapolao de valores de reatores de neutro comuns de linhas em operao com o mesmo nvel de tenso ou o mesmo comprimento.

Caso no se consiga a reduo dos valores da corrente de arco atravs do reator de neutro, a ANEEL recomenda o estudo de aplicao e utilizao de chaves de aterramento rpido (HSGSs), que aumentam a probabilidade de reduzir os valores do arco, mas encarecem o projeto eltrico. As HSGSs so dispositivos utilizados principalmente em linhas onde no existe compensao em derivao (linhas curtas) e funcionam formando um circuito estabelecido atravs da trajetria do arco e a chave que fechada (AHN, 2005). As chaves tem uma impedncia menor que o arco fazendo com que a corrente no arco seja cancelada.

2.3.4 Capacitor em Srie

Os capacitores em srie desempenham um papel importante em sistemas de transmisso de energia, pois aumentam a capacidade de transferncia de energia e reduzem a variao da tenso em regime permanente (KIMBARK, 1983), tornando os sistemas mais vantajosos ao reduzir os seus comprimentos eltricos. Os capacitores em srie tm sido utilizados com sucesso h algumas dcadas melhorando a estabilidade e a capacidade de carga das redes de transmisso. Os capacitores introduzem tenso capacitiva para compensar a queda de tenso indutiva na linha, ou seja, reduzem a reatncia longitudinal da linha de transmisso, sendo aplicados para linhas com comprimentos elevados. Muitas vezes so instalados em interligaes formadas por vrios trechos de linhas em srie, o que resulta na instalao do capacitor em trechos de linhas com comprimentos de 250 ou 300 km. O objetivo final

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compensar a reatncia srie da interligao, que normalmente tem comprimento superior a 600 km.

2.3.5 Para-raios

So dispositivos limitadores das sobretenses que ocorrem nas linhas de transmisso, sejam estas causadas por manobra ou descargas atmosfricas que atinjam a linha ou outro elemento do sistema eltrico. Os para-raios de xido metlico (MOV) ou tambm conhecidos como de xido de zinco (ZnO) so os mais utilizados por terem uma maior capacidade de absoro de energia. Os para-raios oferecem proteo para vrios equipamentos do sistema eltrico. Os para-raios de linha so conectados entre as fases e a terra e quando solicitados devem absorver o excedente de energia produzido pelas sobretenses transitrias evitando a ruptura do nvel de isolamento das linhas. Ao ocorrer uma descarga atmosfrica, seja na estrutura da torre, nos cabos para-raios ou nos condutores de fase, ou uma sobretenso devido manobra (transitria ou sustentada), uma parcela da corrente de surto fluir atravs do para-raios, originando uma tenso residual entre os seus terminais que limitar a tenso resultante no local onde estiver localizado.

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Captulo 3

Tcnicas para Eliminao de Defeitos em Linha de Transmisso - Abertura Monopolar e Tripolar

s caractersticas particulares da rede eltrica brasileira mostram um sistema composto por um grande nmero de linhas longas e pouco malhadas (EPE, 2011), onde os grandes

centros de carga ficam muito distantes dos parques de gerao. Para manter uma operao normal e evitar a instabilidade na rede necessrio atender rapidamente a qualquer evento que possa desequilibrar o sistema. Como dito, em sistemas de EAT 93 % dos defeitos que acontecem nas linhas so monofsicos e do tipo no permanentes, ou seja, defeitos transitrios (IEEE POWER SYSTEM RELAYING COMMITEE, 1992), o que indica que a manobra de abertura e religamento somente da fase com defeito deva ser utilizada, de modo a retornar rapidamente condio normal de operao da linha.

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3.1 Comparao entre as Manobras do Tipo Monopolar e Tripolar

Muitas so as diferenas entre estes dois tipos de manobras que fazem com que se possa entender a importncia da correta escolha do tipo de procedimento a implementar principalmente pela confiabilidade e flexibilidade que proporciona ao sistema. Na tabela 1.2 mostram-se essas diferenas evidenciando uma clara vantagem da manobra de abertura/religamento monopolar em relao da manobra de abertura/religamento tripolar para os casos mais comuns de faltas nas linhas de EAT.

3.2 Manobra de Abertura e Religamento Monopolar

A manobra de abertura/religamento monopolar ou tambm conhecida como manobra monofsica visa atuao somente dos disjuntores das extremidades da fase onde acontece a ocorrncia de defeito monofsico em uma linha de transmisso. A principal vantagem da abertura de uma fase da linha de transmisso trifsica a no interrupo do fornecimento da energia que mantido atravs das outras duas fases ss.

Com a abertura da fase com defeito, observa-se uma reduo da corrente de curto-circuito (arco primrio) de valores da ordem de dezenas de kA para uma corrente com valor razoavelmente moderado na faixa de 101 A a 102 A. Este fato assegura uma alta probabilidade de extino do arco num tempo curto, aps o qual as duas extremidades dessa fase podem ser religadas com sucesso.

O arco eltrico aps a abertura da fase chamado de arco secundrio. O arco secundrio sustentado pelo acoplamento da fase aberta com as fases ss, ou seja, est associado ao fenmeno de induo eletromagntica que existe entre fases, uma vez que as fases ss tm tenso e correntes no nulas. Existem diversos tipos de procedimentos com domnios de aplicao especficos e que ajudam supresso do arco secundrio, principalmente atravs da eliminao dos acoplamentos eletromagnticos produtos das capacitncias mtuas entre fases.

Dentre os diversos mtodos que tentam reduzir a corrente de arco secundrio h um mtodo muito utilizado principalmente em linhas com compensao reativa em derivao e que est

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relacionado com a neutralizao (ou minimizao) das capacitncias entre fases (acoplamento mtuo). O efeito do acoplamento indutivo menor, podendo ser ajustado numa fase subsequente se necessrio em funo do carregamento da linha. O acoplamento capacitivo predominante e existe para todas as condies de carga, incluindo a operao sob carga leve ou enquanto a linha estiver em vazio.

O mtodo para minimizar o acoplamento capacitivo baseado na utilizao de reatores de neutro (Xn) instalados a partir do ponto comum de um esquema trifsico de reatores (Xf) para terra (reator de quatro pernas), no caso de existncia de compensao no sistema de transmisso. A figura 3.1 mostra um esquema de compensao trifsico com reator de neutro instalado.

Figura 3.1 Esquema de Compensao Trifsico em Derivao com Reator de Neutro instalado.

Outro mtodo empregado principalmente em linhas sem nenhum tipo de compensao ou quando o reator de neutro de uma linha compensada no reduz a corrente de arco secundrio a valores baixos o suficiente para resultar numa alta probabilidade de sucesso na manobra monopolar a utilizao de chaves de aterramento rpido ou tambm conhecidas com a sigla HSGS do ingls (High Speed Grounded Switches). Este mtodo consiste num dispositivo instalado em ambos os extremos da linha para reduzir o tempo de extino do arco. Para um melhor entendimento do seu funcionamento pode-se supor que exista uma falta entre uma fase A e terra. Os disjuntores de ambos os lados da fase (S1A e S2A) abrem para eliminar o curto; uma corrente de arco secundrio mantida pelos acoplamentos (CCA e CBA). A seguir fechada a primeira chave HSGS(1) formando um circuito estabelecido atravs da trajetria de

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arco e a chave. Quando a outra chave HSGS(2) fechada, a corrente de arco secundrio passa a fluir pelas chaves que tm uma impedncia (ZHSGS) bem menor que a impedncia do arco secundrio (Zarc) fazendo com que a corrente no arco secundrio se extinga. Na figura 3.2 mostrado este procedimento.

importante, portanto, garantir o sucesso da manobra dentro dos limites de tempo identificados em estudos de estabilidade do sistema. As principais grandezas a serem analisadas na presente pesquisa se referem basicamente quelas associadas ao fenmeno de acoplamento entre fases, visando minimizar a corrente sustentada de arco secundrio. O comportamento dinmico do arco secundrio no foi tratado nesta pesquisa.

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Figura 3.2 Funcionamento de HSGS na eliminao da Iarc.

3.3 Anlise da Manobra Monopolar em Regime Permanente e Transitrio

Para se aumentar a probabilidade de auto-extino do arco secundrio importante reduzir o valor da corrente sustentada do arco, abordagem que feita numa anlise na frequncia fundamental, isto porque o arco sustentado principalmente pelo acoplamento das fases ss e a fase com falta. Numa fase posterior, a resposta dinmica do arco deve ser analisada para que seja verificado o tempo de auto-extino do mesmo, permitindo o correto ajuste do tempo morto da proteo.

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Em regime permanente, a amplitude do arco secundrio depende, dentre outros fatores, da localizao do defeito, j que o acoplamento capacitivo funo do comprimento do trecho de linha.

Para os casos de linhas em EAT e em regime permanente, os valores de referncia para supor a extino do arco estabelecido na presente pesquisa e normalmente utilizados nos estudos de religamento monopolar so valores at 50 A eficazes. Correntes elevadas, ou seja, acima de 100 A eficazes, incorrem em risco de no se produzir a auto-extino do arco em um perodo curto de tempo, entre 0,5 s e 1 s (KIMBARK, 1976; VIVAS, 2004; IEEE POWER SYSTEM RELAYING COMMITTEE, 1992). Um valor de corrente entre 50 A e 100 A eficazes significaria que a linha precisaria de outro tipo de mitigao do arco secundrio.

O valor referencia de 50 A eficazes adotado como premissa para a alta probabilidade de sucesso do religamento monopolar baseia-se na rea mostrada na figura 3.3, onde a extino da corrente de arco secundrio depende do valor do primeiro pico da tenso de recuperao (TRV) na fase onde aconteceu a falta. Esta curva foi obtida de ensaio e no pode ser generalizada para qualquer nvel de tenso da linha, pois as linhas possuem parmetros especficos em funo do nvel de tenso, comprimento, carregamento, compensao, dentre outros fatores.

No caso de linhas com compensao em derivao, sero analisados em regime permanente os valores a serem adotados dos reatores de neutro. A otimizao deste elemento de grande importncia para promover a extino do arco secundrio e o ponto crucial no desenvolvimento do presente trabalho.

Para analisar a manobra no domnio do tempo preciso que seja desenvolvido um modelo mais preciso da representao do arco eltrico. Este no foi objeto da presente pesquisa.

O tempo mnimo necessrio para o arco secundrio se extinguir define o tempo morto do religamento, e importante para a estabilidade do sistema aps a manobra. Para avaliar o tempo morto necessrio modelar o sistema eltrico de forma coerente com as constantes de tempo do arco que so da ordem de microssegundo (100 s), ou seja, o sistema deve ser

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modelado at a faixa de 10 MHz. Cabe ressaltar que esta anlise no foi efetuada na presente pesquisa.

Figura 3.3 Zona de uma provvel extino do arco secundrio.

Os processos descritos anteriormente, em regime permanente, embora verifiquem condies de alta probabilidade de extino do arco secundrio no indicam o tempo necessrio para tal.

A anlise em regime transitrio, no domnio do tempo, tem papel fundamental na verificao do tempo morto efetivamente necessrio para que se garanta a extino do arco secundrio. Vale ressaltar que a caracterizao do tempo morto dever ser compatvel com os estudos de sistema (estabilidade da rede).

Existem ferramentas que so utilizadas para os clculos de transitrios eletromagnticos no domnio do tempo, tais como o ATP e o PSCAD. Entre os programas de clculo utilizados podem ser citados o Matlab e o Mathematica. Na verdade, independentemente do instrumento a utilizar, a modelagem dos elementos de representao da manobra deve ser adequada, principalmente os elementos que compem o circuito de representao do arco secundrio e do comportamento da rede eltrica.

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Captulo 4

Representao do Sistema Eltrico Desequilibrado atravs de Quadripolos Trifsicos

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