ENGENHARIA ELÉTRICA
TÓPICOS EM SEP IV
KADU BELO, KAIQUE AUGUSTO
PROFESSOR(A): CLAÚDIA REJANE
Sobretensões de Manobra na Energização
e Religamento de Linhas
ITABIRITO - MG
2024
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Sobretensões de Manobra em Linhas de Transmissão: Causas, Impactos e Mitigação, Trabalhos de Circuitos Elétricos
Este trabalho apresenta uma análise abrangente das sobretensões de manobra em linhas de transmissão, explorando suas causas, impactos e as principais técnicas de mitigação. O documento discute a importância da coordenação de isolamento, a qualidade da energia e a vida útil dos equipamentos, além de apresentar métodos tradicionais e modernos para reduzir os efeitos negativos das sobretensões, como resistores de pré-inserção e chaveamento sincronizado.
Tipologia: Trabalhos
2024
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ENGENHARIA ELÉTRICA TÓPICOS EM SEP IV KADU BELO, KAIQUE AUGUSTO PROFESSOR(A): CLAÚDIA REJANE
Sobretensões de Manobra na Energização
e Religamento de Linhas
ITABIRITO - MG 2024
Resumo
Este trabalho tem como objetivo apresentar uma análise das sobretensões de manobra, abordando suas causas, impactos e as principais técnicas utilizadas para mitigá-las. Serão discutidos os mecanismos de geração dessas sobretensões, os fatores que influenciam sua magnitude e duração, assim como as consequências para os equipamentos e para o sistema elétrico como um todo. Além disso, serão apresentadas as principais medidas de proteção utilizadas para limitar os efeitos das sobretensões, como resistores de pré- inserção, chaveamento...
Abstract
This work aims to present an analysis of switching overvoltages, addressing their causes, impacts and the main techniques used to mitigate them. The mechanisms behind the generation of these overvoltages, the factors that influence their magnitude and duration, as well as the consequences for the equipment and the electrical system as a whole will be discussed. Furthermore, the main protection measures used to limit the effects of overvoltages will be presented, such as pre-insertion resistors, switching..
Em geral, as solicitações mais extremas que um sistema elétrico pode ser submetido são causadas por distúrbios de natureza transitória. Os fenômenos transitórios podem ocorrer devido a diversos fatores, podendo gerar sobrecorrentes, sobretensões, formas de onda anormais e transitórios eletromecânicos (D'AJUZ et al, 1987). Para sistemas elétricos em Extra Alta Tensão (EAT) caracterizados por longas linhas de transmissão, como é o caso do SIN (Sistema Interligado Nacional), as sobretensões de manobra afetam diretamente a coordenação de isolamento (DANTAS, 2007).
Origem e suas características
As sobretensões que surgem em uma rede elétrica podem ser divididas em sobretensões de origem externa e de origem interna. As sobretensões de origem externa estão associadas às condições atmosféricas, como por exemplo, as descargas elétricas. As sobretensões de origem interna, por outro lado, estão associadas ao próprio sistema e resultam de um modo geral em ações de manobra (abertura ou fechamento de circuitos). As sobretensões podem ser classificadas quanto ao grau de amortecimento e tempo de duração em: sobretensões temporárias, sobretensões de manobra e sobretensões atmosféricas. Sobretensões Temporárias: sobretensões fase-terra ou entre fases, oscilatória, de duração relativamente longa e fracamente amortecida ou não amortecida. Caracterizam-se por amplitudes inferiores a 1,5 p.u., freqüências menores, iguais ou superiores à fundamental e duração total superior a dezenas de milissegundos. São normalmente causadas por curto-circuitos, manobras, fenômenos não-lineares e efeito Ferranti; Sobretensões de Manobra: sobretensões fase-terra ou entre fases, devido à operação de um equipamento de manobra, falta ou outro fenômeno, cuja forma de onda é similar ao impulso de manobra. Caracterizam-se por forte amortecimento e curta duração com frente de onda de 100 a 500 μs e tempo de cauda da ordem de 2.500 μs. São
normalmente causadas por energização e religamento de linhas de transmissão e por faltas no sistema; Sobretensões Atmosféricas: sobretensões fase-terra ou fase-fase, devido a um impulso atmosférico ou outro fenômeno, cuja forma de onda seja similar ao impulso atmosférico. Caracterizam-se por amplitude máxima da ordem de 6 p.u. e curta duração com frente de onda menor que 20 μs e tempo de calda da ordem de 50μs. As sobretensões de manobra têm sua origem através da operação de equipamentos de manobra (disjuntores, chaves seccionadoras). Já a energização e o religamento de linhas de transmissão são manobras típicas que ocorrem em um sistema elétrico, cuja análise pode ser feita considerando- se três períodos distintos: Período Transitório: Prevalecem os efeitos das ondas trafegantes associadas a estes fenômenos e cuja duração é da ordem de alguns milissegundos, dependendo do comprimento da linha manobrada. As sobretensões resultantes podem ser caracterizadas por um valor de pico e uma taxa de crescimento, assumindo uma forma exponencial; Período Dinâmico: Representa uma transição entre os períodos transitórios e o regime permanente, sendo de natureza repetitiva, caracterizado por pequenas variações na forma de onda que é aproximadamente periódica e composta pela tensão à freqüência fundamental e harmônicos de baixas ordens, predominantemente 3
O método tradicional para limitar sobretensões de chaveamento durante manobras de energização e religamento trifásico de linhas de transmissão de EAT é utilizar disjuntores equipados com resistências de pré-inserção. Não obstante, o chaveamento controlado de disjuntores é considerado cada vez mais como uma alternativa, freqüentemente como uma solução onde os pára- raios também são aplicados para limitação ótima das sobretensões de chaveamento. Adotar o chaveamento sincronizado como solução para limitar as sobretensões transitórias advindas da manobra de energização não é uma idéia nova. Esta possibilidade e seus benefícios já foram estudados há vários anos. Entretanto, soluções tecnicamente viáveis para colocar em prática a idéia só puderam ser desenvolvidas em tempos mais recentes, graças à evolução dos projetos dos disjuntores EAT e ao desenvolvimento de dispositivos micro- eletrônicos aplicados a sistemas de potência. (ABB, 2004; CARVALHO, 1997; ROCHA, 1997). Este método consiste em controlar o instante de fechamento do disjuntor através da utilização de um sincronizador que dá a ordem para que o fechamento dos polos do disjuntor ocorra próximo ao zero da tensão. Considerando um sistema trifásico, para satisfazer esta condição, a melhor opção é fechar as três fases consecutivamente quando a tensão em cada uma delas for zero. (ABB, 2004; CARVALHO, 1997; ROCHA, 1997).
Os resistores de fechamento de disjuntores, também conhecidos como resistores de pré-inserção (RPI), são um dos mais utilizados meios para se reduzir a amplitude das sobretensões transitórias geradas por manobras de chaveamento de linhas de transmissão. (COLCLASER, 1969; BARBOSA,1989). São instalados em paralelo com as câmaras dos disjuntores, um resistor para cada câmara. O arranjo de atuação do resistor, como se apresenta na Figura 14, é tal que quando a linha de transmissão é energizada, inicialmente, fecha-se o contato auxiliar que insere o resistor em série entre a fonte e a linha de transmissão. Ao inserir o resistor a tensão que seria imposta sobre a linha é dividida entre a linha e resistor. Após um breve período de tempo fecha-se o contato principal, curto-circuitando desta forma o resistor e trazendo para a linha a tensão plena da fonte.