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APLICACIÓN DE PARARRAYOS EN LINEAS
DE TRANSMISION
Referencia:Referencia:
Jorge Luís de Franco - Tico EED, BrasilJorge Luís de Franco - Tico EED, Brasil
CAPITULO VIIICAPITULO VIII
Parte 4Parte 4
Aplicação de Pára-raios em
linhas de transmissão
Descargas atmosféricas
Responsáveis por cerca de 65% a 70% dos desligamentos não programados que
ocorrem em LT’s com Vn 230 kV
Possibilidade de perda de grandes blocos de carga pelas empresas concessionárias deenergia.
Possibilidade de interrupções nos processosde consumidores industriais.
Desligamentos de LT’s vitais podem ocasionardistúrbios em toda a rede de uma região.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Descargas atmosféricas
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Descarga diretas sobreLinhas de Transmissão
Índice de incidências atmosféricas para a áreaatravessada pela linha Densidade de descargas a terra
(descargas / km2 - ano) Nível ceráunico (número de dias de trovoada / ano)
Largura da faixa de Exposição da linha Comprimento da linha de transmissão
Número estimado de descargas / 100 km /ano
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Desempenho das LT’s frente asdescargas atmosféricas
Índice de descargas / 100 km / ano Densidade de descargas a terra Largura da faixa de exposição da linha
Amplitude da corrente de descarga Determinação da corrente crítica
Taxa de crescimento da corrente Energia associada a descarga
Descarga única Descargas múltiplas
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Descargas atmosféricas
Densidade de descargas a terra
Mapa Nacional
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Descargas atmosféricas
Nível ceráunico
Mapa Nacional
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Descargas atmosféricas
Correlação observada entre a densidadede descargas a terra e nível ceráunico
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Largura da faixa de exposição
Ns = b + 28 . h0,6 (CIGRÉ)
Ns Largura equivalente da faixa deexposição da linha (m)
h Altura média do condutor mais alto ou do
cabo pára-raios, em caso de suaexistência (m).
b Espaçamento horizontal entre cabospára-raios ou cabos condutores, emmetros.
Se a linha tem somente um cabo pára-raios b = 0
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Largura da faixa de exposição
Altura média equivalente do condutor:
Perfil plano: h=hg – 2/3 . (hg – hgw) Perfil ondulado: h = hg Perfil montanhoso: h = 2 . hg
hg Altura do cabo pára-raios ou do condutor maiselevado na torre / estrutura
hgw Atura mínima do cabo pára-raios ou docondutor mais elevado no meio do vão
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Número estimado de descargas diretas que incidem sobre uma Linha de
Transmissão
Nd = Ns . DDT . 10-1 = ( b + 28 . h0,6) . DDT . 10-1
Nd Número de descargas atmosféricasque incidem sobre a linha detransmissão (descargas / 100 km /
ano).Ns Largura da faixa de exposição da linha,
metrosDDT Densidade de descargas a terra
(descargas / km2 - ano)
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Amplitude da corrente de descarga
A probabilidade de uma corrente incidir sobrea linha pode ser obtida pela equação baseadana curva de probabilidade de Anderson-Eriksson:
P(I) = 1 , onde: 1 + (I/31)2,6
P(I) Probabilidade de ocorrência de umacorrente com amplitude maior doque a corrente I
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Amplitude da corrente de descarga
1- CEMIG: 27 descargas obtidas no Cachimbo, confirmadas comodescendentes através de registros fotográficos e/ou pela forma deonda.
2 - CEMIG: 30 descargas negativas registradas no topo de suportes de LTs de138 kV, através de elos magnéticos.
3 - CIGRÉ: curva de referência para descargas descendentes negativas
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Taxa de crescimento da corrente
A probabilidade da taxa de crescimento dacorrente exceder a uma dada taxa pode serobtida pela equação abaixo:
P(di/dt) = _ __1 ___ ___ 1 + ((di/dt) / 24)4
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Parâmetros referentes asdescargas atmosféricas
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas sem cabos pára-raios
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas sem cabos pára-raios
As descargas atmosféricas ao incidiremdiretamente os condutores fase produzemsurtos de corrente que se propagam na linhaem ambas direções gerando tensõesincidentes com amplitudes de:
Vi(t) = Z0 . i(t) / 2
Z0 Impedância de surto dos condutores()i(t) Amplitude da corrente de descarga (kA)
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas sem cabos pára-raios
Considerando a isolação da linha, a máximacorrente (corrente crítica) que poderá incidirsobre a isolação sem a ocorrência de umadescarga externa “flashover” é dada por:
ICRÍTiCA = 2 . U50%(t) / Z0
U50%(t) Tensão crítica de descarga dacadeia de isoladores no tempo t
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas sem cabos pára-raios
Para uma linha não blindada de 69 kV, comum valor de U50% de 450 kV, considerando umsurto de tensão com forma 1,2 / 50 s, temos:
ICRI = 2.U50% / Z0 = 2 . 395 / 450 = 1,76 kA
P(I 1,76 kA) = 99,94 %
Praticamente todas as descargas incidindo diretamente sobre linhas não providas de cabos pára-raios produzem “flashover”, seguida pela passagem da corrente de curto-circuito da linha.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raios
A maioria das descargas atmosféricas aoincidirem sobre linhas de transmissão / redesde distribuição protegidas por cabos pára-raiosadequadamente posicionados, irão incidirsobre esses ou sobre a estrutura.
De uma maneira geral, o sistema éconsiderado adequadamente protegido peloscabos pára-raios quando o ângulo deblindagem entre o(s) cabo(s) pára-raios e oscondutores fase é inferior a 30o.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raios
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raios
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre as estruturas
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre as estruturas
As descargas atmosféricas ao incidirem sobreas estruturas ou sobre os cabos pára-raioselevam a tensão da estrutura acima dopotencial de terra.
No mesmo instante, tensões induzidasaparecem sobre os condutores fase,resultantes do acoplamento capacitivo entreesses condutores e o(s) cabo(s) pára-raios
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre as estruturas
De uma maneira simplificada, a tensão notopo da estrutura, quando da incidência deuma descarga na estrutura pode ser estimadapor:
Zg . ZT
VT(t) = ------------------ . Id(t) Zg + 2 . ZT
Zg Impedância de surto do cabo pára-raios,emohms
ZT Impedância do sistema de aterramento parasurtos, em ohms.
Id(t) Amplitude da corrente de descarga no tempo.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre as estruturas
As tensões induzidas que se estabelecem noscondutores fase podem ser calculadas pelaequação abaixo, considerando a existência deum cabo pára-raios.
Vind (t) = K . VT(t)
Vind(t) Tensão induzida sobre os condutoresfase.
K Fator de acoplamento capacitivo
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre as estruturas
Para uma rede com um cabo pára-raios
CF = (Log b/a) / (Log 2h/r)
b distância do condutor fase considerado para a
imagem do cabo pára-raiosa distância do condutor fase considerado ao
cabo pára-raiosh altura do cabo pára-raiosr raio do condutor utilizado no cabo pára-raios
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre as estruturas
A tensão através das cadeias de isoladoresapresenta uma variação no tempo e consistena diferença de potencial que se estabeleceentre a estrutura e as respectivas tensõesinduzidas nos condutores fase, podendo serdeterminada de forma simplificada econservativa por:
VCI(t) = [ VT(t) – Vind(t) ] + V60HZ
VCI(t) = [ VT(t) . (1 - K) ] + V60HZ
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre as estruturas
VCI(t) = [ VT(t) . (1 - K) ] + V60HZ
Zg . ZT
VCI(t) = [ ------------------ . Id(t) . (1 - K) ] + V60HZ Zg + 2 . ZT
Com a equação acima, é possível estimar acorrente crítica que provoca a descarga deretorno da linha de transmissão provida de umcabo pára-raios.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre o cabo pára-raios
Em caso de incidência das descargasatmosféricas sobre os cabos pára-raios, acorrente de descarga se divide e se propagaao longo desses, gerando uma tensãoincidente dada por:
Vg(t) = Zg . i(t) / 2
Vg(t) Tensão que se propaga pelos cabos pára-raios, em kV.
Zg Impedância de surto do cabo pára-raios, emohms
i(t) Amplitude da corrente de descarga (kA)
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre o cabo pára-raios
A amplitude dessastensões será tanto maiorquanto maior for adistância do ponto deocorrência das descargasem relação as torres,sendo portanto o meio dovão, o ponto de incidênciada descarga que produz amaior tensão incidente.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre o cabo pára-raios
Assumindo que não ocorreu a falha da isolaçãono meio do vão, a tensão Vg irá se propagarpelos cabos pára-raios em direção às torresadjacentes. Desprezando os efeitos de atenuação edistorção, tensão que aparece no topo da torreao longo do tempo pode ser estimada por:
VT(t) = A . Vg(t)
VT(t) Tensão no topo da estrutura, em voltsVg(t) Tensão que se propaga pelos cabos PR´A Coeficiente de refração
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre o cabo pára-raios
ZA = 2. ------------------
Zg + Z
Zg Impedância de surto do cabo pára-raios ()Z Impedância equivalente entre o cabo pára-
raios e a impedância do sistema deaterramento.
Zg . ZT
Z = ------------------ . Zg + ZT
ZT Impedância do sistema de aterramento ()
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosIncidência da descarga sobre o cabo pára-raios
A tensão no topo da estrutura pode ser estimada por:
ZT
VT(t) = ------------------ . Vg(t)(Zg/ / 2) + ZT
A tensão através das cadeias de isoladores apresenta uma variação no tempo e pode ser estimada por:
VCI(t) = VT(t) – Vind(t) V60Hz
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Linhas com cabos pára-raiosLinhas com cabos pára-raiosEfeito da impedância de aterramentoEfeito da impedância de aterramento
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
0
500
1000
1500
2000
2500
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Tempo (us)
Tens
ão n
a ca
deia
de
isol
ador
es
(kV
)
18 ohms
44 ohms
71 ohms
117 ohms
185 ohms
254 ohms
300 ohms
Desempenho das LT’s frenteàs descargas atmosféricas
Linhas sem cabos pára-raios Praticamente todas as descargas atmosféricas que
incidem sobre LT’s sem cabos pára-raios produzemdescargas externas “flashover” ao longo das
cadeias de
isoladores.
Linhas com cabos pára-raios Possibilidade de ocorrência da descarga de retorno
“backflashover” nas cadeias de isoladores. O desempenho das LT’s é fortemente dependente da
impedância de aterramento.
Falha de blindagem Sobretensões induzidas
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Melhoria de desempenho das LT’s
Aumento de isolamento das linhas Aumento da distância de arco a seco das
cadeias de isoladores. Melhoria do sistema de aterramento
Redução nos índices de desligamento de LT’s
com cabos pára-raios. Instalação de cabos pára-raios / melhoria
do ângulo de blindagem Reduz a incidência de descargas diretas Eleva a altura do condutor em relação ao solo
Instalação de pára-raios de linha
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Aplicação de pára-raios em linhas detransmissão:
Tecnologia utilizada em alguns paísespara a melhoria do desempenho de linhasde transmissão desde o início da décadade 80. Primeira aplicação reportada noJapão (1980).
Tecnologia tornou-se mais difundida apartir do desenvolvimento de pára--raioscom invólucros poliméricos.
Implementação no Brasil em meadosda década de 90 (CEMIG).
APLICAÇÃO DE PARA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PARA-RAIOS EM LT’s
Pára-raios de linha
Método de melhoria geralmente mais eficazsob os pontos de vista técnico e econômico.
Utilizado com sucesso em empresas deenergia dos Estados Unidos, Canadá, Japão,França, Alemanha, México, Colômbia, Brasil,entre outros países.
Instalados e conectados eletricamente emparalelo com as cadeias de isoladores.
Existem duas filosofias de aplicação
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Comparação dos tipos construtivosComparação dos tipos construtivos
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Tipo de Pára-raiosSem Centelhadores C/ centelhadores externo série
Manufatura Simplificada Necessidade de Estudos ElaboradosMCOV Valor mais alto Valor mais baixo #
Corrente de DescargaNominal
Idêntica Idêntica
Distância de Escoamento(Comportamento sob
Poluição)
Importante e deve seradequada aos níveis de
contaminação do sistema
Menos Importante, uma vez que oconjunto de resistores, encapsulado em
invólucro polimérico, não estásubmetido ao valor pleno da tensão
entre fase e terraAcessórios Simples Necessitam estudos detalhados
Instalação e Manutenção Mais fácil Mais trabalhosaDesempenho sob Surto de
ManobraPermite o controle das
Sobretensões de manobraao longo das linhas
Projetado, a princípio, para não operarfrente a estas solicitações
Desconexão em Caso deFalha do Pára-raios
Desconector indispensável Garantido pelo centelhador externo
Sinalização da Falha doPára-raios
Garantida pelodesconector
Indicador de defeitos desejável
Possíveis ProblemasRisco de atuação indevida
do desconector edegradação do pára-raiosque está continuamente
sob tensão
Atuação indevida do centelhador sobtensões em freqüência industrial e demanobra o que pode comprometer a
integridade do pára-raios
Princípio de operação
Baseado na redução das sobretensões queaparecem nos terminais das cadeias deisoladores quando da ocorrência de umadescarga, evitando que o nível de isolamentodas cadeias seja excedido.
Necessidade de coordenar os níveis deproteção do pára-raios com os níveis dedescarga das cadeias a serem protegidas.
A sua operação não provoca a interrupção nofornecimento de energia.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Princípio de operação
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
-500.0
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00
Tempo (us)
Tens
ão n
a ca
deia
de
isol
ador
es
(kV
)
44 ohms - S/ PR's
44 ohms - C/ PR's
71 ohms - S/ PR's
71 ohms - C/ PR's
Desempenho operacional
Desempenho adequado dos pára-raios estácondicionado ao correto dimensionamento:
Tensão nominal e MCOVMáx. tensão fase-terra do sistema.Máx. sobretensão sustentada e sua duração;
Capacidade de absorção de energia;
Suportabilidade a correntes de curto-circuito.
Condições ambientais.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Novos projetos de LT’s com índices dedesligamento teórico elevados
Melhoria do desempenho de linhas detransmissão antigas com e sem cabospára-raios
Aplicações especiais: Aplicação em trechos críticos da LT Aplicação nas últimas torres antes da
chegada da LT á subestação Reisolamento de linhas
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Definição dos pontos de aplicação
Critério de dimensionamento, a quantidade e alocalização dos pára-raios a serem instaladosdevem ser obtidos através de estudosutilizando-se de ferramentas computacionais. Estudo de desempenho da linha Estudos para determinar as energias a serem
absorvidas pelos pára-raios
Instalação de pára-raios em uma ou mais fases em todas as estruturas ou em estruturas
alternadas
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Detalhes construtivos de um pára-raios de linha com tensão nominal de 30 kV para
aplicação em sistemas de 36,2 kV
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Aplicação de pára-raios de linha
BRASIL: Aproximadamente 500 pára-raios em linhas de 34,5 kV 444 pára-raios em linhas de 69 kV Aproximadamente 945 pára-raios em linhas de 138 kV Algumas novas linhas com planejamento de instalação
de pára-raios em sistemas de 138 kV, 230 kV e 345 kV Algumas linhas antigas com planejamento de instalação
de pára-raios em sistemas de 34,5 kV, 69 kV e 138 kV
JAPÃO: Mais de 30.000 pára-raios em linhas de 66 kV a 500 kV
(1996)
ESTADOS UNIDOS E CANADÁ: Mais de 50.000 pára-raios em linhas de 34,5 kV a 230 kV
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Desempenho de LT’s com pára-raios
CEMIG: 7 LT’s de 34,5 kV a 138 kV totalizando1.735 pára-raios instalados.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Nome da Número de Desligamento / 100 km /ano
LT Pára-raios Antes PR’s Após PR’s
Diamantina -Gouveia
41734,5 kV
62 24
Ouro Preto -Mariana
324138 kV
41 0
Ouro Preto –Ponte Nova
264138 kV
31 9
Itutinga -Minduri
132138 kV
19 6
Peti - Sabará 44469 kV
40 13
Itutinga – TrêsCorações (*)
144138 kV
----- -----
CEMIG -Linha de transmissão de 34,5 kV
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
CEMIG -Linha de transmissão de 138 kV
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
CEMIG -Linha de transmissão de 138 kV
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
CEMIG -Linha de transmissão de 138 kV
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Desempenho de LT’s com pára-raios
LIGHT: 4 LT’s de 138 kV, totalizando 75 pára-raios instalados.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Nome da Número de Desligamento / 100 km /ano
LT Pára-raios Antes PR’s Após PR’s
Saudade -Funil
25 27,9 4,3
Ilha – SãoJosé
23 7,4 3,7
Ilha – Rio daCidade
15 9,4 4,3
Itapeba -Jacarepaguá
12 41,5 20,7
Desempenho de LT’s com pára-raios
FURNAS: 2 LT’s de 138 kV, com 6 pára-raiosinstalados em fase experimental.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Nome da Número de Desligamento / 100 km /ano
LT Pára-raios Antes PR’s Após PR’s
Jacarepaguá -Cosmo
3 5,83(90/94)
1,67(96/98)
Angra – SantaCruz
3 1,04(77/94)
0(96/98)
Desempenho de LT’s com pára-raios
CERJ: Pára-raios em seções de suas linhasde 34,5 kV.
Linha “Macabu - Trajano de Moraes”
Instalação de pára-raios em maio de 2000
Antes da instalação: 20 desligamentostransitórios de Janeiro 1999 a Maio 2000.
Após instalação: 4 desligamentos transitóriosde Maio 2000 a Maio 2001.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Desempenho de LT’s com pára-raios
COLÔMBIA - LT de 110 kV A aplicação de pára-raios em trechos da LTreduziu o índice de saídas de linha de 85 para42 desligamentos por 100 km - ano.
MÉXICO - LT’s de 115 kVA aplicação de 147 pára-raios em trechos de3 linhas de transmissão: Período de 1984 / 1992 - Média de
59,05 desligamentos 1993 / 1994 - 32 / 16 desligamentos
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Análise do desempenho da linha - 69 kV
Comprimento da LT: 9,5 km Espaçamento médio entre vãos:196 m Nível ceráunico:40 Terreno acidentado No estimado de descargas: 33,7 descargas / 100 km - ano
0,96 m
1,2 m
16,3 m
1,2 m
1,2 m
1,7 m 1,7 m
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Análise do desempenho da linha - 69 kV
0
20
40
60
80
100
120
140
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 500
Impedância de aterramento (ohms)
Pe
rce
nta
ge
m d
e f
alh
as
Sem blindagem
Cabo guarda
Cabo guarda (corrigido)
1 pára-raios por estrutura
2 pára-raios por estrutura
3 pára-raios por estrutura
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Estudo de desempenho de uma LT de 230 kV
Objetivo do estudo:
Estudar o desempenho da LT Guilman Amorin -Ipatinga, com tensão nominal de 230 kV devidoàs descargas atmosféricas.
Motivação do estudo:
Desligamentos transitórios por backflashoverprovocam variações momentâneas de tensão naregião de Ipatinga, com saída de grandescargas.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Características da LT:
Extensão: 51 km Vão médio: 550 metros Potência média: 120 MW Densidade de descargas à
terra: 6 descargas/km2/ano Número de desligamentos
por 100 km - ano (ano 2000):10
LT numa região com elevadaconcentração de consumidoresindustriais.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Registro de uma perda de carga de 336 MWh devido a uma variação momentânea de tensão proveniente de um backflashover
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Análise do desempenho da linha
Estudos de desempenho da linha:
Simulação computacional Aplicação de impulsos de corrente com
amplitude de 42 kA e forma de impulso 2,6/62 us Análise da linha para a configuração atual e
considerando melhoria no sistema deaterramento e instalação pára-raios
Número de incidência de descargas sobre a LT:55,7 descargas / 100 km / ano
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Análise do desempenho da linha
Estudos de absorção de energia pelosPR´s:
Simulação computacional utilizando o EMTP
Aplicação de impulsos de corrente comamplitude de 42 kA e forma de impulso 2,6/62 us
Determinação das energias considerandodescargas sobre estruturas e falha de blindagem
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Estudos de desempenho da linha
Configuração atual
Faixa devalores
medidos(ohms)
Valor médio edesvio padrãodas medições
Númeromediçõesobtidas
Probabilidadede ocorrência
(%)
Probabilidadeacumulada
(%)
0 a 30 17,9 / 3,8 30 32,61 32,61
30 a 60 44,3 / 8,9 17 18,48 51,09
60 a 90 71,4 / 8,3 13 14,13 65,22
90 a 150 116,5 / 13,8 9 9,78 75,00
150 a 210 184,5 / 13,3 8 8,70 83,70
210 a 300 254,2 / 23,2 8 8,70 92,40
Maior 300 300,0 / ... 7 7,61 100,00
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Estudos de desempenho da linha
Configuração atual
Trecho Número deestruturas
Resistênciamédia (ohms)
Correntecrítica (kA)
0 a 30 30 18,0 150,0
30 a 60 17 44,0 70,3
60 a 90 13 71,0 50,8
90 a 150 9 117,0 39,1
150 a 210 8 185,0 32,0
210 a 330 8 254,0 28,1
Maior 300 7 300,0 26,6
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Estudos de desempenho da linha
Configuração atual
15,4 desligamentos / 100 km /ano
0 32,6 51,1 65,2 75,0 83,9 92,4
18 44 71 117 185 254 300
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Estudos de desempenho da linha
Configuração atual
0
500
1000
1500
2000
2500
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00
Tempo (us)
Tens
ão n
a ca
deia
de
isol
ador
es
(kV
)
18 ohms
44 ohms
71 ohms
117 ohms
185 ohms
254 ohms
300 ohms
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Análise do desempenho da linha - 230 kV
Desempenho atual: 10 desl./100 km/ano Melhoria do aterramento: 3,3 desl./100 km/ano 2 PR’s para Zat 30 ohms:
6,8 desl./100 km/ano 2 PR’s por estrutura: 6,3 desl./100 km/ano 3 PR’s para Zat 30 ohms:
0,4 desl./100 km/ano 3 PR’s por estrutura: 0,0 desl./100 km/ano 2 PR p/ Zat 30 ohms e 3 PR’s p/ Zat 71
ohms: 2,2 desl./100 km/ano
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Estudos de absorção de energia:
Incidência de uma descarga com amplitudede 200 kA sobre a estrutura, para valores deimpedância de aterramento médias de 18, 71e 300 ohms.
Falha de blindagem com a incidência de umadescarga com amplitude de 6,5 kA, paravalores de impedâncias de aterramento de18 e 300 ohms.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Estudos de absorção de energia:
Energia máx. 494 kJ 2,6 kJ / kV - PR´s 192 kV
Impedância de Energia absorvida pelos pára-raios (kJ)
aterramento Descarga na estrutura Falha de(ohms) 2 PR´s 3 PR´s blindagem
18,0 82,0 72,0 13,0
71,0 291,0 237,0 -----
300,0 494,0 398,0 10,0
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Análise do desempenho da linha
Análise econômica:
Arranjo Desligamento por100 km - ano
Tempo deretorno do
investimento
VPL (R$)10 anos
Aterramento 3,3 0,3 3.313.075,00
(1) 6,3 1,8 1.622.178,00
(2) 5,9 3,7 946.680,00
(3) 0,4 1,3 3.791.643,00
(4) 0,0 2 3.438.026,00
(5) 1,4 1,8 3.086.103,00
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Síntese dos resultados gerais
Arranjo Desligamento por100 km - ano
Taxa de falha Melhoria nodesempenho (%)
Atual 15,4 27,6 ---
Melhoria doaterramento
3,3 5,9 79
(1) 6,3 11,1 60
(2) 5,9 10,5 62
(3) 0,4 0,6 97
(4) 0,0 0,0 100
(5) 1,4 2,2 91
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
A aplicação de pára-raios de linha ao longo detoda a extensão de uma LT, ou em trechos daLT,associada em muitas vezes à melhoria dosistema de aterramento, acarreta na redução doíndice de desligamento da linha, melhorando oseu desempenho frente às descargasatmosféricas.
Necessidade de um estudo técnico e econômicoespecífico para a LT sob análise, de forma a seobter uma solução otimizada para a melhoria dodesempenho da linha.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
O dimensionamento adequado da capacidade deabsorção de energia dos pára-raios é um fatorde vital importância quando da realização deestudos de desempenho de LT’s, pois acapacidade de absorção de energia do pára-raios consiste num dos fatores mais importantespara um desempenho adequado desses nossistemas.
APLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’sAPLICAÇÃO DE PÁRA-RAIOS EM LT’s
Ensaios em pára-raiosEnsaios em pára-raios
Classificação dos ensaios
Ensaios de tipo:
Conjunto de ensaios realizados em corpos-de-prova, específicos para cada ensaio, montadoscom componentes normais de fabricação, quetem por objetico verificar as características deprojeto do pára-raios e a conformidade do mesmocom as normas técnicas aplicadas.
Salvo acordo entre fabricante e o comprador,enquanto não houver alteração no projeto,nos materiais ou no processo de fabricação, estesensaios não precisam ser repetidos.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Classificação dos ensaios
Ensaios de rotina:
Consiste em um conjunto de ensaios realizadosem cada elemento de pára-raios ou pára-raioscompleto, com o objetivo de verificar ascaracterísticas mínimas de qualidade euniformidade de produção em conformidade como projeto.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Classificação dos ensaios
Ensaios de recebimento:
Consiste em um conjunto de ensaios realizadosem elementos de pára-raios, ou pára-raioscompleto, na presença do comprador ou seurepresentante, com o objetivo de verificar aconformidade dos resultados obtidos com osvalores garantidos pelo fabricante.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Normas técnicas aplicáveis Para pára-raios sem centelhadores:
IEC 60099-4/2001 Surge Arresters - Part 4: "Metal-Oxide surge arresters without gaps for a.c. systems".
ANSI C62.11/1999 "IEEE Standard for Metal-Oxide surge arresters for AC power circuits".
Em adição às normas IEC e ANSI acima referenciadas, existem outras importantes normas, tais como as normas CSA (Canadá), JEC (Japão) e AS (Austrália).
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaios de tipo:
1. Ensaios de tensão suportável no invólucro sem a parteinterna ativa
2. Ensaio de tensão residual- para impulso de corrente íngreme;- para impulso atmosférico;- para impulso de manobra;
3. Ensaios de corrente suportável de impulso:- Ensaio de corrente de impulso retangular de longa duração, para pára-raios 2,5 kA e 5 kA;- Ensaio de descarga de linhas de transmissão: pára-
raios 10 kA classes 1 a 3 e 20 kA classes 4 e 5;
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaios de tipo:
4. Ensaio de ciclo de operação- Ensaio de ciclo de operação para impulso de
corrente elevada;- Ensaio de ciclo de operação sob impulso de
manobra;5. Levantamento da característica "tensão de frequência industrial x tempo"6. Ensaios de alívio de sobrepressão interna, aplicável a
pára-raios de ZnO classe estação com invólucro deporcelana ou invólucro polimérico com espaçamentointerno de ar
7. Ensaio de corrente suportável de curto-circuito
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaios de tipo:
8. Ensaios de tensão de radiointerferência e de ionizaçãointerna (ANSI)
9. Ensaios do desligador automático, quando aplicável10. Ensaio de poluição artificial (ANSI)11. Ensaio de estanqueidade12. Ensaio de medição das descargas parciais (IEC)13. Ensaio de distribuição de corrente, em pára-raios multi
colunas;
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaios de rotina:
1. Medição da tensão de referência2. Medição da tensão residual para impulso
atmosférico à corrente de descarga nominal3. Ensaio de medição das descargas parciais 4. Ensaio de distribuição de corrente, em pára-raios
multi colunas5. Ensaio de estanqueidade
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaios de recebimento:
1. Medição da tensão de referência2. Medição da tensão residual para impulso
atmosférico à corrente de descarga nominal3. Medição de descargas parciais4. Medição da componente resistiva da corrente de
fuga a MCOV (ET’s)
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de Tensão residual (3 amostras)Tensão residual para impulso de frente íngreme (1/2)
Uma aplicação de impulso de corrente, com amplitude equivalente a corrente de descarga nominal do pára-raios
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de Tensão residual (3 amostras)Tensão residual para impulso atmosférico (8/20)
Aplicação em cada amostra, de três impulsos de corrente, com amplitudes equivalentes a meia, uma e duas vezes a corrente de descarga nominal do pára-raios.
Obtem-se a curva Tensão residual x corrente de descarga
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de Tensão residual (3 amostras)Tensão residual para impulso de manobra (30/60)
Duas aplicações de impulso de corrente, com amplitudes definidas em função da amostra a ser
ensaiada.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio corrente suportável de longa duração
Impulso de corrente retangular - Pára-raios de 5 kA
Aplicação de 18 impulsos de corrente, com amplitude de 150 A e duração virtual de crista de 2000 microsegundos.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio corrente suportável de longa duração
Descarga de linhas de transmissão - Pára-raios 10 kA (classes 1 a 3 de DLT) e 20 kA (classes 4 e 5 de DLT)
Aplicação de 18 impulsos de corrente, com os parâmetros do gerador de impulso definidos de acordo com a classe de descarga de linha da amostra ensaiada.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio corrente suportável de longa duraçãoDescarga de linhas de transmissão
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio corrente suportável de longa duraçãoDescarga de linhas de transmissão
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de ciclo de operaçãoEnsaio de envelhecimento acelerado
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de ciclo de operaçãoVerificação da equivalência térmica
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de ciclo de operação Verificação da equivalência térmica
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de ciclo de operação para impulso decorrente elevada
Pára-raios com corrente de descarga nominal de 1,5 kA, 5 kA e 10 kA classe 1 de DLT.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de ciclo de operação para impulso decorrente elevada
Impulsos de corrente com forma 4/10 e amplitude função das características das amostras ensaiadas
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de ciclo de operação para impulso demanobra
Pára-raios com corrente de descarga nominal de 10 kA classes 2 e 3 de DLT e 20 kA classes 4 e 5 DLT.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de ciclo de operação para impulso demanobra
Aplicação de uma descargade linhas de transmissão,(no exemplo classe 2).
Aplicação da tensão nominal da seção sob ensaio por 10 s, seguida da aplicação daMCOV por 30 minutos
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de ciclo de operação
Verificação da estabilidade térmica, através da medição da corrente resistiva 2 minutos e 30 minutos após a aplicação da MCOV
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaio de ciclo de operação
Variação da temperatura e das perdas wattscom o tempo durante a aplicação da MCOV
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO Ensaio de corrente de falta e alívio de sobrepressão
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO Distribuição de corrente – Pára-raios multi colunas
CRC = IT / Imax
CRC Coeficiente de repartição de corrente
IT Corrente total aplicada no ensaio de impulso de
corrente (500 A – 30/60 e 10.000 – 8/20)
Imax Corrente máxima que circula por uma das
colunas do pára-raios
- Ensaio de rotina em todos os pára-raios- Ensaio realizado antes e após aos ensaios de ciclo de
operação, curva TOV e descarga de linhas de transmissãopara fins de comparação.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaios específicos a pára-raios poliméricos:
Com o crescimento do mercado dos pára-raios com invólucro polimérico, ensaios específicos têm se mostrado muito importantes para a avaliação do desempenho desses pára-raios.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaios específicos a pára-raios poliméricos:
Ensaio de penetração de umidade
Ensaio tem por objetivo simular as condições que propiciam a entrada de umidade no interior dos pára-raios.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
Ensaios em pára-raios de ZnO
Ensaios específicos a pára-raios poliméricos:
Ensaio de envelhecimento acelerado do invólucro isolante
Verifica o desempenho do material polimérico utilizado no invólucro do pára-raios, quando submetido a diferentes condições ambientais.
ENSAIOS EM PÁRA-RAIOSENSAIOS EM PÁRA-RAIOS
FINFIN