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Tensões Induzidas por Descargas
Atmosféricas em Redes de BT
Alexandre Piantini
INTRODUÇÃO
SURTOS ATMOSFÉRICOS EM REDES DE BT
DESCARGAS INDIRETAS
- ERM (“Extended Rusck Model”) - Validação
- Características das tensões induzidas em redes BT
PROTEÇÃO DE REDES DE BT
CONCLUSÕES
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
- ↑ uso equips. eletrônicos sensíveis (EES)
- ↑ conscientização / exigência dos consumidores
- alto custo prejuízos associados a distúrbios na rede elétrica
importância melhorar confiab. + índices QEE
Ao longo dos últimos anos:
DA’s: CC’s e sags em linhas aéreas, falhas equips., prejuízos
Métodos + eficazes de proteção avaliação ambiente EM
TIPOS DE SURTO (BT)
Descargas intranuvem ou entre nuvens
Descargas diretas (DD’s) na rede BT
- condutores
- instalações de uso final
Transferência da rede de MT
- DD’s na rede primária
- descargas indiretas
Descargas indiretas
- interceptação da Idescarga pelos ptos. aterramento
- indução “direta”
DA’s INDIRETAS
r ≠ 0
x = 0 x = xmáx
h
0),(),(
t
txVC
x
txIS
t
thxA
x
thxi
x
i
),,(),,(
t
txILtxIR
x
txV s ),(),(
),(
t
thxAhtxVtxU
i
zs
),,(),(),( t
tAhtIZtV
i
zs
),0(),0(.),0( 1
t
txAhtxIZtxV máx
i
zmáxmáx
s
),(),(.),( 2
0
“EXTENDED RUSCK MODEL” (ERM)
Para linha sem perdas e solo perfeita/ condutor, ExIi é nulo. a
tensão induzida no caso de ρ ≠ 0 pode ser obtida adicionando-se
à tensão calculada p/ ρ = 0 um termo associado a ExIi.
ki
ki
ki ExI + Exq = Ex,
t
tzxA
x
tzxtzxE
i
x
ii
x
),,(),,(),,(
U(x,t)(r ≠ 0) = U(x,t)ERM(r 0) + VExI(x,t)
(A. Piantini, IEEE T. EMC, 2017)
200 m
200 m
10 m
1) Medição
2) Chowdhuri
3) Liew-Mar
4) Rusck
200 m
x
25 m
U
Descarga natural (CRIEPI, Japão)
I = 9 kA
I
Torre
Validação ERM: DA’s Naturais
Medição
ERM
(ERM)
Medição
Validação ERM: Modelo Reduzido
•d = 1,4 m
14 m 14 m
"Stroke Current"
USP
x70 m
450 m 450 m 25 m25 m 450 m
Validação ERM: Modelo Reduzido
Paulino et al., 2009
Validação ERM (ρ ≠ 0): DA’s iniciadas por foguetes
Paulino et al., IEEE T. EMC, 2009
(Cálculo)
Simulações:
1) linha retilínea
2) onda s/ aten. e distorção
3) solo homogêneo
4) vf = 130 m/μs
TENSÕES INDUZIDAS POR DA’s INDIRETAS
1) Canal da descarga
2) Amplitude e forma de onda da corrente
3) Velocidade de propagação da corrente
4) Posição relativa entre a linha e o ponto de incidência da DA
5) Distância entre a linha e o ponto de incidência da DA
6) Comprimento e topologia da linha
7) Alturas dos condutores
8) Transformador
9) Impedância de entrada das instalações de uso final
10) Resistência de terra e tipo de sist. aterramento
11) No instalações de uso final
12) Redes multiplexadas e convencionais
13) Linhas rurais x urbanas
14) Parâmetros elétricos do solo
EFEITO DA RESISTIVIDADE DO SOLO
Pto. incidência da DA
Tempo (µs)
161412108642
Ten
são
(k
V)
20
16
12
8
4
0
-4
Tempo (µs)
161412108642
Ten
são
(k
V)
20
16
12
8
4
0
-4
Tempo (µs)
161412108642
Ten
são
(k
V)
20
16
12
8
4
0
-4
Tempo (µs)
161412108642
Ten
são
(k
V)
20
16
12
8
4
0
-4
Tensões fase-neutroTensões fase-terra
r = 2000 Wm
r = 1000 Wm
r = 500 Wm
r = 0 Wm
Tempo (µs)
161412108642
Ten
são (
kV
)
140
120
100
80
60
40
20
0
r = 2000 Wm
r = 1000 Wm
r = 500 Wm
r = 0 Wm
Tempo (µs)
12108642
Ten
são (
kV
)
8
4
0
-4
-8
-12
Tempo (µs)
12108642
Ten
são (
kV
)
8
4
0
-4
-8
-12
CORRENTE: FS x SS
Pto. incidência DA
Tensões fase-neutro
r = 0 Wm
FS
SS
FS
SS
Tempo (µs)
12108642
Ten
são (
kV
)
20
15
10
5
0
-5
Tempo (µs)
12108642
Ten
são
(k
V)
20
15
10
5
0
-5
r = 2000 Wm
SS
FS
Tempo (µs)
2420161284
Ten
são (
kV
)
16
8
0
-8
-16
Tempo (µs)
2420161284
Ten
são (
kV
)
16
8
0
-8
-16
Tempo (µs)
20161284
Ten
são (
kV
)
16
8
0
-8
-16
Tempo (µs)
20161284
Ten
são (
kV
)
16
8
0
-8
-16
r = 2000 Wm
r = 100 Wm
Tensões fase-neutro
Tempo (µs)
70605040302010
Ten
são (
kV
)
80
60
40
20
0
-20
-40
Tempo (µs)
70605040302010
Ten
são (
kV
)
80
60
40
20
0
-20
-40
r = 2000 Wm
r = 100 Wm
r = 2000 Wm
r = 100 Wm
r = 2000 Wm
A
B
A
B
POSIÇÃO RELATIVA CANAL x LINHA
Tensões fase-terra
Tempo (µs)
70605040302010
Ten
são (
kV
)
60
40
20
0
-20
-40
Tempo (µs)
70605040302010
Ten
são (
kV
)
8
4
0
-4
Tempo (µs)
70605040302010
Ten
são (
kV
)
8
4
0
-4
r = 1000 Wm
r = 100 Wm
Tempo (µs)
70605040302010
Ten
são (
kV
)
8
4
0
-4
Tempo (µs)
70605040302010
Ten
são (
kV
)
8
4
0
-4
r = 1000 Wm
r = 100 Wm
r = 1000 Wm r = 1000 Wm
A
B
A
B
TENSÕES NA ENTRADA DE INSTALAÇÃO
Tensões fase-neutro Tensões fase-terra
CONFIG. 1: sem SPDs
CONFIG. 2: SPDs apenas no transf.
CONFIG. 3: SPDs em todos os pontos, exceto no Cons. 4
PROTEÇÃO INSTALs. USO FINAL
Tempo (µs)
2018161412108642
Ten
são (
kV
)
3
2
1
0
Tempo (µs)
2018161412108642
Ten
são (
kV
)
3
2
1
0
FS
50 m
FS
Tempo (µs)
108642
Ten
são (
kV
)
4
3
2
1
0
-1
Tempo (µs)
108642
Ten
são (
kV
)
4
3
2
1
0
-1
SS
50 m
SS: I = 29,2 kA
50 m
SS: I = 29,2 kA
Em geral a 1ª descarga (FS) tende a induzir tensões de > amplitude
ou da mesma ordem de grandeza que as SS, embora também possa
ocorrer o contrário, particular/ p/ solos c/ baixa ρ;
as tensões inds. apresentam alta freq. ocorrência e podem
frequente/ atingir amplitudes elevadas. A severidade depende da
combinação entre valores dos parâmetros da DA, da rede e do solo;
as tensões F-T podem atingir várias dezenas de kV em diversos
ptos. da rede. O valor de 20 kV pode ser frequente/ excedido se
d < 100 m. UF-N de vários kV são comuns na ausência de SPD’s;
CONCLUSÕES
regiões com grande Ng: surtos BT podem ser responsáveis por
grande no falhas ou danos em transfs., mesmo que os PR’s do
1ário sejam posicionados próximos aos terminais;
em certas situações a aplicação de SPD’s no 2ário pode ↓
significativa/ as taxas falhas transfs., embora não evite a
ocorrência de sobrets. nas entradas de instals. BT. É
importante, contudo, avaliar as caracts. da rede e dos transfs.
p/ verificar se tal medida é justificável economica/;
é de grande importância que os PR’s do 1ário sejam instalados o
mais próximo possível do transf. (d < 0,4 m); o mesmo se
aplica aos SPD’s;
em certas situações as tensões inds. podem apresentar tf longos
(dezenas de μs). Os tempos cauda (particular/ tensões F-T e N-T)
podem frequente/ apresentar durações de várias dezenas μs.
Durações tendem a ser mais longas à medida que ρ ↑;
instals. BT: a aplicação de SPD’s pode ser eficaz na ↓ sobrets.
locais a limites aceitáveis, mas podem ↑ solicitações em instals.
desprotegidas. A menos que os SPD’s sejam aplicados a todas as
instals., EES podem sofrer danos;
oscilações causadas por reflexões em vários ptos. instal. →
sobrets. internas > aquela limitada pelos SPD’s das entradas das
instals. Cargas sensíveis devem ser protegidas local/.
