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universidade federal de itajubá isaac gonçalves campos junior

1. Ch 01 S Ch 02 D CIRCUITO 01 NF 4 NF NF SE NA aris ENA D CIRCUITO 02 NF NF NF Figura 5 Diagrama Unifilar de Rede Prim ria Evidentemente o circuito 02 deve ter capacidade para transporte da carga transferida a mais Assim um crit rio usual para a fixa o do carregamento de circuitos em regime normal de opera o o de se definir o n mero de circuitos que devem receber a carga a ser transferida Usualmente dois circuitos socorrem um terceiro isto implica que o carregamento dos circuitos que devem receber a carga transferida n o correspondem ao limite Assim sendo 20 n gt n mero de circuitos que ir o absorver carga do circuito em conting ncia Stem carregamento correspondente ao limite t rmico do circuito Seg gt carregamento do circuito para opera o em condi es normais Resulta para cada um dos circuitos que devem absorver a carga do circuito em conting ncias um carregamento dado por S 5 MEEA term reg n Donde o carregamento de regime dado por n S reg n 1 term Que no caso de dois circuitos de socorro corresponde a 67 da capacidade do limite t rmico O advento da automa o com chaves manobradas distancia permite aumentar a flexibilidade maior n e consequentemente maior carregamento dos alimentadores em opera o normal Sreg 2 2 3 3 Prim r
2. Distribui o Causas Percentual rvores e Ventos 46 Descargas Atmosf ricas 19 Falhas de Equipamentos 11 Erros Humanos 9 Falhas de Isoladores 6 Objetos Estranhos 2 Outras Causas 6 Os valores da Tabela 4 foram retirados dos relat rios estat sticos gerados na Copel 17 e do Livro Curto Circuito de Geraldo Kindermann 22 Tendo como base 20 onde se fez um estudo em v rios ramais da rede de uma Concession ria de distribui o de energia el trica para se levantar o n mero de falhas e principalmente as causas associadas s mesmas em certo per odo procurou se definir duas classes de defeitos Defeitos Prim rios e Defeitos Secund rios S o considerados Defeitos Prim rios aqueles cujas causas s o as seguintes Chuva Descarga atmosf rica Contamina o Surto de tens o Surto de manobra Surto de tens o n o identificado Falha de materiais 46 S o considerados Defeitos Secund rios aqueles cujas causas s o as seguintes Inunda o Queda Crescimento de rvores Animais Terceiros Furtos de material da empresa Choque de ve culos Papagaio Bal es Falha de equipamento da concession ria Aplica o incorreta de equipamento Deteriora o de equipamento por envelhecimento excesso de uso Causas n o classificadas Manobras por servi o programado com aviso A Tabela 5 mostra os resultados
3. 0 10 20 30 60 110 kV Figura 40 Limites de corrente para extin o de arco em sistema Isolado 1 e em sistema ressonante 2 41 107 De acordo com a Figura 40 para o n vel de tens o de 13 8 kV os limites de corrente de falta terra para que seja poss vel a extin o do arco s o de aproximadamente 60 A e 35 A em redes compensadas e com neutro isolado respectivamente Esse valor pode ser menor ainda para o sistema com neutro isolado pois esse sistema esta muito sujeito sobretens es transit rias de alta magnitude Em redes de distribui o rurais normalmente utilizam se os chamados descarregadores de chifre para prote o dos transformadores de pequeno porte contra os elevados n veis de sobretens es Neste caso o arco n o t o livre para se deslocar como no caso de uma descarga atrav s de isoladores de cadeia por exemplo Devido a este fato os limites de corrente mencionados acima s o consideravelmente mais baixos 20 A e 5A respectivamente 42 Nas Tabela 8 e Tabela 9 s o apresentados valores de correntes capacitivas para diversos n veis de tens o para redes a reas e cabos isolados Tabela 8 Corrente Capacitiva Resultante de um Defeito Fase terra em ma kV da Rede mA km 13 8 90 23 0 90 34 5 124 46 0 162 69 0 242 Os dados da Tabela 8 foram retirados de WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION Electrical Transmission and Distribution
4. Gr fico 4 N mero de Ocorr ncias Emergenciais em 2005 21 Em contrapartida devido ao fato das redes rurais apresentarem uma extens o de rede muito superior as redes urbanas a sua taxa de falhas menor conforme se pode verificar pelo Gr fico 5 Taxa de Falhas M dia x M s 2005 0 40 0 35 0 30 0 25 Rural E Urbano 0 20 0 15 0 10 0 05 0 00 Gr fico 5 Taxa de Falhas Emerg ncias em 2005 21 3 5 2 Tempo M dio de Despacho Taesp O Tempo M dio de Despacho definido como sendo o intervalo entre registro da reclama o de falta de energia pelo cliente ao Call Center at 0 0 momento em que o operador do Centro de Opera es da Distribui o COD realiza a solicita o de deslocamento da equipe de eletricistas 52 O tempo de despacho est relacionado diretamente capacidade operacional de cada empresa pois depende do n mero de equipes dispon veis para atendimento Existem outros fatores que tamb m influenciam no tempo de despacho tais como o n mero de eventos coincidentes condi es clim ticas local do evento e at mesmo o tipo de interven o necess ria Atrav s do Gr fico 6 poss vel ver a clara rela o entre o tempo m dio de despacho e o n mero de ocorr ncias no sistema Numero de Ocorr ncias x Tempo de Despacho 3500 2 5
5. 13 2 AMPOdU O ua ET ATT 13 2 22 Caracter sticas Construtivas nose 15 2 2 1 Sistema de subtransmiss o terrer tnresrerrenee 16 2 2 2 Subesta o de distribui o amp a isasre ng ras ea so as aUaSo al agacas 16 2 2 3 Sistema de distribui o prim rio 16 2 2 3 1 Considera es gerais s cas vuisaai tania mea so rneer o anel asa nte aiganm nanda puntana a 16 2 2 3 2 Redes A reas Prim rio Radial ia 19 220 Primario Selli VO seess e sarna ue ra do a ge 21 2 2 4 Esta es transformadoras ssa ora paraiso US aa E ds des ESDa 22 2 2 5 Sistema de distribui o secund rio 22 2 3 Prote o de Redes A reas de Distribui o 23 2 3 1 Considera es gerais sas Sara posso ea pago GEL a agr 23 2 3 2 Dispositivos de prola o sal ussise road fes PA AUG Sa DAR 24 2921 Chave BloSFUS VEIS ape aan E aco a RR Se EES 25 2 3 2 2 MENDADO OS ie O id a 28 2 3 2 3 Seccionador Autom tico aerscissmisarsatas masschsntte avessas cinta essas 33 2 3 2 4 Rel s de Sobrecorrente aire 34 Cap tulo 3 FALHAS NAS REDES A REAS DE DISTRIBUI O 37 Sol INIP dU O asso ne 37 de CONCONUA O sssini as nc rasca TDs dentais estancar 42 3 3 Caracteriza o das Falhas ss osssrereeaas 43 3 3 1 Falha MoMmEnanGa ssa vas e a a S 44 doe Falhatransit rid ss
6. S Resist ncia 0 do sistema Figura 38 Circuito Equivalente de um Sistema com Neutro Aterrado por Bobina Ressonante Quando a reat ncia capacitiva do sistema for igualada pela reat ncia indutiva da bobina o sistema est totalmente compensado ou a uma sintonia de 100 Se a indut ncia do reator n o se igualar capacit ncia do sistema o sistema est fora de sintonia Ele pode estar sobrecompensado ou subcompensado dependendo da rela o entre a indut ncia e a capacit ncia De fato na pr tica taps no reator permitem realizar essa sintonia assim a corrente de falta terra muito pequena e o arco n o ir se manter O circuito um circuito de resson ncia paralelo e as correntes de baixas amplitudes ir o causar danos m nimos ao circuito e equipamentos z Quando este sistema utilizado em redes de distribui o torna se dif cil apresentar uma boa sintoniza o quando h mudan as na topologia do sistema ou comuta o de ramais Um circuito de componentes sim tricas apresentado a seguir na Figura 39 com intuito de representar um sistema de distribui o indicando na sequ ncia as principais caracter sticas deste sistema Com base neste circuito de componentes 104 sim tricas e na representa o do sistema feita na Figura 37 o seguinte equacionamento foi realizado Em condi es normais de opera o o sistema encontra se balanceado ou seja Van Var Ven Ver
7. Atendimento mais eficaz s normas do agente regulador uma vez que a ANEEL estabelece alguns indicadores que as empresas devem respeitar e continuamente melhorar seus valores Dentre estes indicadores os mais conhecidos s o o DEC Dura o Equivalente de Interrup o por Unidade Consumidora e o FEC Frequ ncia Equivalente por Unidade Consumidora 15 Com o estudo das falhas que afetam o sistema de distribui o a concession ria consegue reduzir os valores 41 do tempo m dio de interrup o e da quantidade de interrup es em determinado per odo e este fato auxilia na melhoria de tais indicadores 3 2 Conceitua o Falha em sistemas de distribui o todo evento que produz a perda de capacidade de um componente ou sistema desempenhar sua fun o levando os condi o de opera o inadmiss vel 13 Dentre as falhas a interrup o do fornecimento de energia apresenta alta gravidade e influencia negativamente os ndices de continuidade 16 O termo opera o normal assume que n o h falhas de equipamento nenhum erro de pessoal ou acasos fortuitos 16 Isto envolve as exig ncias m nimas para alimentar a carga existente e certa quantia de carga futura antecipada importante citar que em estudos de falhas nos sistemas de distribui o onde se devem tomar provid ncias para minimizar danos a equipamentos e interrup es do servi o quando falhas acontecerem dois fatores s o considerados
8. a corrente m nima de atua o deve ser superior a corrente de carga m xima poss vel considerando inclusive situa es de sobrecarga desde que se respeitando o limite operacional do condutor As falhas que envolvem a terra defeitos bif sicos terra ou fase terra s o detectadas principalmente pelo rel de neutro 51N e 50N isso n o significa que a prote o de fase n o possa operar O rel de neutro pode ser ajustado com valores baixos pelo fato do mesmo n o detectar condi es de cargas trif sicas equilibradas desde que se respeitando a seletividade 36 Cap tulo3 FALHAS NAS REDES A REAS DE DISTRIBUI O 3 1 Introdu o O interesse pelo monitoramento da continuidade do fornecimento da energia el trica remonta ao in cio da utiliza o da pr pria energia el trica principalmente com o objetivo de proteger dispositivos sens veis sua falta Esse interesse persiste at os dias de hoje pois a despeito dos melhores esfor os despendidos pelas concession rias interrup es no fornecimento de energia podem naturalmente ocorrer Os sistemas de distribui o s o os ltimos elos no complexo sistema de pot ncia que finalmente entregam a energia el trica produzida nas centrais geradoras aos usu rios ou seja s o a parte do sistema que est diretamente ligado s instala es consumidoras O seu desempenho est intimamente 37 relacionado dentre outros concep o do projeto constru
9. Em sistemas a reos a sua aplica o extremamente vantajosa pela elimina o do arco de frequ ncia fundamental em torno dos isoladores como j discutido No entanto devem ser considerados os casos de redes a reas fixas e redes a reas que sofrem modifica es frequentes na sua topologia Em redes a reas fixas por exemplo linhas de usinas geradoras linhas de consumidores fixos etc o emprego simples pois a Bobina n o sofre altera o no seu valor de indut ncia Uma bobina com deriva es alteradas manualmente que s o utilizados eventualmente por exemplo na ocasi o do start up suficiente J quando a topologia da rede frequentemente variada a bobina requer tamb m altera es frequentes no valor de sua indut ncia At recentemente este era um dos grandes inconvenientes pois os recursos t cnicos dispon veis eram poucos resumindo se a ajustes finos nos tapes ou altera es do entreferro da bobina execu o tipo mbolo m vel Al m disto os recursos de medi o e controle para verifica o da rede e posterior modifica o da bobina eram escassos Apesar disto muitos progressos foram feitos dando origem a esquemas sofisticados por m caros Atualmente existem diversas maneiras de se aplicar a Bobina de Petersen principalmente devido grande evolu o da eletr nica de pot ncia por m o princ pio de funcionamento sempre o mesmo ou seja ela deve fornecer uma corrente
10. UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB PROGRAMA DE P S GRADUA O EM ENGENHARIA EL TRICA ATERRAMENTO DO PONTO NEUTRO DAS REDES DE DISTRIBUI O ATRAV S DE BOBINA RESSONANTE ISAAC GON ALVES CAMPOS JUNIOR ITAJUB AGOSTO DE 2009 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB PROGRAMA DE P S GRADUA O EM ENGENHARIA EL TRICA ISAAC GON ALVES CAMPOS JUNIOR ATERRAMENTO DO PONTO NEUTRO DAS REDES DE DISTRIBUI O ATRAV S DE BOBINA RESSONANTE Disserta o submetida ao Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica como parte dos requisitos para a obten o do T tulo de Mestre em Ci ncias em Engenharia El trica Area de concentra o Sistemas El tricos de Pot ncia Orientador Prof Dr Manuel Luiz Barreira Martinez AGOSTO DE 2009 ITAJUB MINAS GERAIS Dedico este trabalho aos meus pais que sempre me apoiaram e se esfor aram para meu desenvolvimento minha esposa pelo apoio dedica o e paci ncia e a todos os amigos que contribu ram ao longo de minha vida iii AGRADECIMENTOS S o muitas as pessoas as quais eu devo agradecimentos por m algumas eu tive maior contato e contei com uma excepcional ajuda durante o per odo de realiza o deste trabalho Tenho muito que agradecer ao amigo e Professor Dr Manuel Lu s Barreira Martinez pela orienta o na execu o do trabalho guiando nas diversas tarefas e principalmente pela ajuda e contribui o na minha vida profissional pois sempre
11. ilustra a rede utilizada para as simula es 122 A 5 gr A er MA A A i dim 1 ms a L Ha a a iii j r E Figura 43 Rede para Simula o no Software ATP 123 Uma rede de distribui o de energia el trica real apresenta v rios ramais alimentando diversos tipos de cargas assim a rede simulada tenta representar todas as caracter sticas de um sistema real Na rede simulada foram representados tr s ramais principais saindo de uma subesta o e cada um desses ramais apresenta ainda outras ramifica es de diversos comprimentos Foi utilizada tamb m uma fonte trif sica de energia devendo se ressaltar que o modelo utilizado representa uma fonte sim trica ou seja que forne a uma tens o sem presen a de distor es Apesar de um sistema real apresentar uma tens o que na maioria dos casos contem alguma distor o ficaria muito dif cil simular uma fonte que representasse fielmente as distor es existentes no sistema pois cada rede pode apresentar um n vel diferente de distor o Assim um modelo com uma fonte sim trica se ad qua bem ao estudo e fornece resultados satisfat rios A simula o deve contemplar os diversos tipos de cargas existentes e a implica o que essas cargas trazem para os resultados do estudo assim diferentes modelos de cargas foram representados Buscou se tamb m realizar uma an lise da rede de distribui o quanto a sua simetria ou seja deve se
12. 1998 Lakervi E amp Holmes E J 1995 Electricity distribution network design 2nd Edition England Peter Peregrinus Ltd 325 p IEE Power Engineering series 21 ISBN O 86341 309 9 Leitloff V Pierrat L amp Feuillet R 1997 Detection of resistive single phase earth faults in a compensated power distribution system ETEP European Transaction in Electrical Power Pp 65 73 Vol 7 No 1 January February Mazon A J e outros First Resonant Neutral Grounding Implantation in Spanish Distribution System IEEE Porto Power Tech Conference 2001 Costa P F Aterramento do Neutro dos Sistemas de Distribui o Brasileiros uma proposta de mudan a disserta o de mestrado Belo Horizonte UFMG 1995 Nikander A amp J rventausta P 1998 Methods for earth fault identification and distance estimation in a compensated medium voltage distribution network Proceedings of international conference on Energy Management and Power Delivery 98 EMPD 98 Singapore IEEE Pp 595 600 IEEE Catalogue No 98EX137 ISBN 0 7803 4495 2 Haefely Trench EPSY Earthfault Protection System Summary of the Results of Earthfault Field Tests 154
13. Qualquer ponto fraco na isola o destas fases d origem a um duplo curto terra falta fase fase terra que provoca com grande possibilidade a abertura do disjuntor e a introdu o de riscos para as pessoas e equipamentos Deve se observar que a reigni o do arco em sistemas com cabos isolados se deve a forte componente residual resistiva n o compensada pela bobina Esta componente resistiva uma caracter stica inerente dos cabos isolados sendo devidas as perdas diel tricas nos mesmos Na concep o moderna da Bobina de Petersen estes inconvenientes podem ser eliminados conforme mostrado a seguir 5 6 Vantagens da Aplica o da Bobina de Petersen O aumento da T S l Tens o Suport vel sob Impulso das estruturas das linhas de distribui o al m de torn las mais caras pode trazer outros inconvenientes como por exemplo e J que a tens o disruptiva cr tica dos isoladores foi aumentada uma tens o maior atinge os equipamentos de distribui o localizados ao longo da linha Desta forma poss vel que ocorra uma eleva o das taxas de falhas dos mesmos e De forma especial os p ra raios de resistor n o linear s o mais solicitados e certamente devem ter seu n mero de falhas aumentado A aplica o da Bobina de Petersen ao inv s de prever o aumento da T S I das estruturas trabalha no sentido de controlar as correntes de curto fase terra atuando apenas na forma de aterrar o neutro do transfor
14. TENS ES EM OPERA O NORMAL TENS ES DURANTE FALTA A TERRA Figura 37 Comportamento do Sistema com Neutro Ressonante em Condi o Normal e sob Defeito Uma observa o importante a respeito dos sistemas de distribui o que utilizam esse m todo de aterramento bobina ressonante ou neutro isolado sobre a corrente de falta pois a princ pio ela praticamente n o varia sua intensidade com a posi o da falta ou seja independentemente do ponto onde ocorre o defeito a magnitude da corrente ser a mesma Isto se deve ao fato do valor da imped ncia de sequ ncia positiva e negativa ser infinitamente menor que a imped ncia de sequ ncia zero do sistema Como a imped ncia de sequ ncia zero determinada praticamente pela capacit ncia do sistema e pela imped ncia conectada entre o ponto neutro do transformador e a terra que neste m todo de aterramento praticamente infinita tem que a imped ncia equivalente do sistema composta na sua quase totalidade pela imped ncia de sequ ncia zero A varia o do ponto de defeito tem influ ncia apenas nas imped ncias de sequ ncia positiva e negativa do sistema sendo essas desprez veis frente imped ncia de sequ ncia zero 103 Podemos considerar ent o que o ponto onde ocorre a falta fase terra tamb m n o tem nenhuma influ ncia no valor da corrente de defeito O circuito equivalente deste sistema mostrado na Figura 38 a seguir exemplificando tal fato
15. frequ ncia de falhas em que o sistema em estudo est submetido Esta frequ ncia de defeitos pode ser quantificada atrav s de um indicador denominado de Taxa de Falhas que pode ser definido como sendo o n mero de falhas na rede prim ria em um determinado per odo pela quilometragem total de rede prim ria do determinado sistema Onde Taxa de Falhas e Somat rio das falhas emergenciais da rede prim ria durante determinado per odo geralmente um ano l z Comprimento total do circuito de estudo em quil metros Os sistemas de distribui o podem ser divididos em dois grandes grupos sendo eles Redes de Distribui o Urbana ouseja a parte de um sistema de distribui o destinada ao fornecimento de energia el trica a consumidores situados em zona urbana e Redes de Distribui o Rural ou seja a parte de um sistema de distribui o destinada ao fornecimento de energia el trica a consumidores situados no meio rural isto locais afastados dos centros urbanos com baixa densidade demogr fica baixa demanda de energia el trica e predomin ncia de propriedades rurais Se observarmos o Gr fico 4 possivel verificar o grande n mero de ocorr ncias emergenciais nos sistemas de distribui o Rural em compara o aos sistemas de distribui o urbano 51 Ocorr ncias M dias x M s 2005 30 00 25 00 20 00 e Rural 15 00 Urbano EE SS E 5 00
16. lise apresenta uma m dia mensal de 2000 interrup es de origem emergencial na m dia tens o N mero de Ocorr ncias x M s 4500 4000 3500 N lt 3000 S di 2500 2002 s 2003 2000 soi O 1500 m 2005 1000 500 Gr fico 3 N mero de Ocorr ncias por M s 21 Nos sistemas de distribui o de energia el trica a reos existem diversas interfer ncias externas que influenciam em seu desempenho as quais s o de dif cil mensura o tais como vandalismos furtos de rede vegetal isoladores postes podres liga es clandestinas entre outros Estas anomalias variam de regi o para regi o assim em muitas an lises costuma se subdividir o sistema em blocos utilizando os dados estat sticos referentes a cada bloco Esta abordagem possibilita uma mensura o mais precisa da estimativa de energia n o fornecida e dos consumidores interrompidos Em estudos para otimiza o dos processos com intuito de auxiliar a concession ria na gest o das falhas para melhor utiliza o e despacho das equipes de manuten o os dados estat sticos mais importantes na an lise de confiabilidade s o as taxas de falhas e os tempos m dios de despacho deslocamento e manuten o agregados ao n mero de consumidores e a energia n o fornecida 50 3 5 1 Taxa de Falhas wo Um dos fatores mais importantes para an lises de confiabilidade a
17. ncia de cargas e ramifica es em seu 23 percurso Al m disso chaves distribu das ao longo do sistema podem mudar a topologia de um determinado alimentador em caso de ocorr ncia de faltas sobrecargas ou manuten es programadas o que tamb m deve ser considerado na prote o Estas caracter sticas fazem com que frequentemente haja a necessidade de instala o de dispositivos de prote o em diversos pontos do sistema Com a utiliza o de v rios dispositivos de prote o ao longo do alimentador surge outro fator a ser considerado no projeto de sistemas de prote o A coordena o dos diversos dispositivos de prote o A coordena o necess ria para que somente o dispositivo de prote o mais pr ximo da falta atue isolando esta do resto do sistema satisfazendo o requisito da seletividade e proporcionando maior confiabilidade ao sistema Sua implementa o feita com a escolha e ajuste adequados dos dispositivos de prote o utilizados 11 2 3 2 Dispositivos de prote o Uma das alternativas na busca de altos n veis de confiabilidade de fornecimento com o melhor custo benef cio est na correta utiliza o dos dispositivos de prote o existentes nos sistemas de distribui o os quais devem ser eficazes e seletivos pois caso os mesmos n o sejam corretamente aplicados podem vir a interferir diretamente nos indicadores t cnicos de continuidade de forma negativa Dentre os diversos componentes dos si
18. o qualidade dos materiais e equipamentos empregados s condi es ambientais aos danos causados por terceiros e aos trabalhos de manuten o e opera o Esta diversidade de fatores acarreta grande n mero de interrup es no fornecimento de energia que nem sempre s o de controle das concession rias Por outro lado os consumidores tornam se cada vez mais exigentes quanto ao fornecimento de energia el trica devido utiliza o de equipamentos e processos produtivos vulner veis s interrup es e s suas necessidades de conforto Isto leva as concession rias a se preocupar com a presta o de um servi o de boa qualidade procurando sempre garantir a continuidade do fornecimento Para cumprir esse objetivo conveniente que os estudos de avalia o do desempenho dos sistemas passem tamb m a incorporar e aprimorar crit rios de planejamento projeto constru o opera o e manuten o das redes de distribui o bem como se preocupem com a melhoria da qualidade dos materiais e equipamentos utilizados O fato do setor de distribui o ser um monop lio natural e portanto com caracter sticas de poder de mercado implica na necessidade de regula o dos par metros de qualidade no servi o p blico de fornecimento de energia el trica Al m do mais na atual regula o econ mica adotada no Brasil a remunera o das distribuidoras baseada no servi o pelo pre o o que possibilita concession ria a apro
19. o contra sobretens es e elos fus veis para a prote o contra sobrecorrentes instalados no prim rio De seu secund rio deriva se sem prote o alguma a rede secund ria Nas redes a reas utilizam se usualmente transformadores trif sicos instalados diretamente nos postes Em geral suas pot ncias nominais s o fixadas na s rie padronizada isto 10 0 15 0 30 0 45 0 75 0 112 5 150 kVA 2 2 5 Sistema de distribui o secund rio No Brasil a tens o de distribui o secund ria est padronizada nos valores 220 127 V e 380 220 V havendo predomin ncia da primeira nos estados das regi es sul e sudeste e da segunda no restante do pa s Pode operar em malha ou radialmente e suprem os consumidores instalados em baixa tens o principalmente consumidores residenciais pequenos com rcios e ind strias Alcan a por circuito comprimentos da ordem de centenas de metros 22 2 3 Prote o de Redes A reas de Distribui o 2 3 1 Considera es gerais Os sistemas de distribui o de energia s o respons veis pela liga o entre o consumidor final e o sistema de transmiss o provendo energia na tens o e frequ ncia corretas e na quantidade exata necess ria para o consumidor Para este ltimo a energia el trica fornecida aparenta ser constante e de infinita capacidade No entanto sistemas de energia especialmente sistemas de distribui o est o sujeitos a diversas perturba es causadas po
20. o do tipo condutor rompido ou se de dif cil localiza o do tipo isolador perfurado Pode se observar pelo Gr fico 8 que o tempo m dio de deslocamento n o varia muito ao longo do ano salientando que o mesmo independe do n mero de ocorr ncias e sim da quilometragem a ser percorrida em busca da localiza o do defeito 54 Tempo M dio de Deslocamento x M s 1 04 48 0 57 36 0 50 24 Eu 0 43 12 de 2002 0 36 00 e 2003 0 28 48 a 2004 0 21 36 W 2005 Horas 0 14 24 0 07 12 0 00 00 Gr fico 8 Tempo M dio de Deslocamento 21 A an lise dos tempos de deslocamento primeiramente foi realizada para as regi es consideradas como Rurais e Urbanas Esta distin o necess ria devido s caracter sticas pr prias de cada regi o tais como vias de acesso e condi es das rodovias como mostra o Gr fico 9 esses tempos s o maiores para as regi es rurais devido principalmente a maior extens o das redes rurais Pode se observar que n o houve altera es significativas durante os meses do ano no tempo m dio de deslocamento para as regi es urbanas evidencializando assim que as condi es clim ticas n o interferem na localiza o dos defeitos em regi es urbanas J para as regi es rurais pode se observar um pequeno acr scimo no tempo m dio de deslocamento justamente devido s condi es das vias de
21. resistores n o linear com centelhadores modelo ainda muito encontrado nas redes de distribui o Esta corrente que uma falta terra de curta 95 dura o imp e aos p ra raios um n vel de energia it muito superior ao imposto pela pr pria descarga j que a corrente de falta terra elevada quando o neutro solidamente aterrado A corrente subsequente nos p ra raios dura at a recupera o de sua resist ncia e a passagem da corrente por zero Teoricamente o tempo m ximo de interrup o de meio ciclo No entanto os p ra raios podem n o desempenhar adequadamente suas fun es e demorar alguns ciclos para interromper a corrente subsequente o que pode ocasionar o Danifica o dos p ra raios ou redu o de sua vida til o Opera o desnecess ria de dispositivos de religamento autom tico o Queima excessiva e desnecess ria de elos fus veis e parte da opera o dos p ra raios a corrente subsequente a disrup o nos isoladores com neutro aterrado provoca a queima de elos fus veis principalmente daqueles de menor corrente nominal Para evitar sua queima devem se utilizar elos com tempos de atua o retardados a fim de permitir a opera o dos religadores antes de sua queima No entanto esta medida al m de n o evitar o desligamento ainda prejudica a prote o dos equipamentos introduzindo retardos desnecess rios e A corrente subsequente quase que inviabiliza a utili
22. simula es procurou se no exemplo em quest o encontrar um valor de corrente fornecido pela Bobina de Petersen ou seja um valor hmico que satisfa a essa sintonia A partir da varia o de valores de corrente fornecidos pela bobina nas simula es obteve se o Gr fico 12 que apresenta uma boa indica o do melhor valor de corrente que deve ser fornecido pela bobina J o Gr fico 13 fornece esta mesma informa o por m com valores hmicos da bobina Deve se ressaltar que para uma aplica o real a Bobina de Petersen deve ser provida de deriva es que permtam um ajuste no seu valor hmico Essas deriva es s o necess rias para permitir alguma mudan a futura na topologia da rede desde que n o seja muito dr stica Uma alternativa a utiliza o de um 127 sistema de comuta o sob carga ou ainda um banco auxiliar de capacitores chaveados importante lembrar que qualquer mudan a na topologia da rede deve ser acompanhada de uma mudan a na compens o fornecida pela bobina para que ocorra resson ncia Um ponto de opera o que n o esteja em perfeita resson ncia admiss vel tamb m porem os pontos limites de trabalho devem ser estudados com cautela A literautra sobre o assunto 53 informa que o limite de at 20 acima ou abaixo da sintonia ainda possibilita a opera o com razo vel qualidade 0 001 0 0001 E gt 3 1E 005 1E 006 0 10 20 30 40 50 6 70 80 90 Corrente Reator A Gr f
23. Entrada de Dados no Software ATP para Representa o de Rede TA DR aa AA ds ido AD q ED a SD E a SRS E 136 Figura 53 Chave de aplica o de Curto Circuito 137 Figura 54 Corrente de Defeito em Diversos Pontos da Rede 138 vil Figura 55 Correntes dos Ramais para Defeitos em Diversos Pontos da Rede TA DR era DA RS RD Oia a GE O PR E RE O ROO ARA 139 Figura 56 Corrente de Defeito Final a 139 Figura 57 Corrente Fornecida Pela Bobina de Petersen 140 Figura 58 Corrente de Falta Final 141 Figura 59 Correntes de Falta para Diferentes Resist ncias de Contato ENE saia dis nr nas abs Rs a Ca dai ES SG DU a dA A a atat 142 Figura 60 Tens o no Ponto Neutro para Diferentes Resist ncias de Contato TEMA arara esse a SR nen ame np untar 143 viii LISTA DE TABELAS Tabela 1 Formas de Aterramento do Neutro nos Sistemas de Distribui o pelo Mundo e seu Desempenho a eerenanasanaaaaaaaa 6 Tabela 2 Corrente de Elos Fus veis Erro Indicador n o definido Tabela 3 Coordena o de Elos por Corrente de Curto Circuito 12 Erro Indicador n o definido Tabela 4 Constantes de Declividade 35 Tabela 5 Composi o Probabil stica das Falhas 43 Tabela 6 Porcentagem dos Fatores que Geram Falhas no Sistema de DISIADUI
24. O capacitor de surto reduz a taxa de crescimento da tens o enquanto que os p ra raios limitam os valores de pico At cerca de 230 kV a isola o definida pelas sobretens es de descargas atmosf ricas A partir de 345 kV a isola o passa a ser definida pelos surtos de manobra 118 SURTOS ATMOSF RICOS SURTOS DE MANOBRA SOBRETENS ES TEMPOR RIAS 102 10 10 10 t s 10 104 Figura 41 Valores e Tempos Caracter sticos de Diversos Tipos de Sobretens es 54 119 Cap tulo 6 SIMULA O DE CASO 6 1 Import ncia e Validade das Simula es Um m todo de estudo e an lise da viabilidade da aplica o de um novo m todo de aterramento do ponto neutro dos sistemas de distribui o pode ser obtido atrav s de simula es que retratem com o m ximo de fidelidade as condi es reais deste sistema Atrav s de simula es poss vel prever com algumas ressalvas o comportamento do sistema para esta nova condi o de aterramento do ponto neutro As simula es realizadas visam modelar uma rede de distribui o de energia el trica semelhante s encontradas em muitos estados do Brasil As redes de distribui o de energia el trica encontradas no Brasil como descrito no cap tulo 2 s o muito complexas e diversificadas Por m algumas caracter sticas s o comuns a grande maioria delas S o predominantemente a reas compostas por cabos nus sustentados por isoladores de v
25. O e A A a T 46 Tabela 7 An lise de Falhas em Concession ria de Energia El trica 48 Tabela 8 Caracter sticas b sicas dos diversos tipos de aterramento 91 Tabela 9 Caracter sticas De Ensaio De Isolador Pino 38 99 Tabela 10 Corrente Capacitiva Resultante de um Defeito Fase terra em ma NE DE E ld DR EE 108 Tabela 11 Corrente Capacitiva Resultante de um Defeito Fase terra em cabos Isolados em AJ KM irecte sad gd a ca ad 109 Tabela 12 Caracteristicas das Sobretes es de Manobra 54 117 SUM RIO LISTA DE FIGURAS css cas raana ara aa raa AKAA ara Aa EEA AE E r aae Rao clean vi LISTA DE TABELAS a a aerar rana oia sta sigla aguas raraniani ava ira cien ix Cap tulo 1 INTRODU O us siiiassisanisastansisasiiieto usibidddaddas ie ncisabiodaitacio casada 1 1 1 Considera es lniciais 2050 220csssosnaossesusossspaso isdosadasissiecisassassics as 1 1 2 Aspectos Gerais dos Sistemas de Distribui o e o M todo de Aterramento do Neutro ssssssssnnunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nenna 4 1 3 Aterramento do Neutro em Diversos Pa ses nnnssassnsnnsnnnnnrnnnnnnnnne 5 1 4 Motiva o para Realiza o do Trabalho 10 1 5 Descri o dos Cap tulos ssssssessnnnensnnnennnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nnne nn nnen 11 Cap tulo 2 SISTEMA DE DISTRIBUI O DE ENERGIA EL TRICA
26. Para encontrar o alimentador sob defeito necess rio utilizar elementos direcionais de 84 sequ ncia zero sens veis ou desconectar alimentadores para determinar quando a tens o de sequ ncia zero cai a um n vel normal O esquema de prote o associado com o aterramento por alta resist ncia geralmente composto por detec o e alarme em vez de desligar o circuito Para os sistemas aterrados por alta resist ncia a conex o do resistor pode se dar diretamente no neutro do sistema como mostra Figura 32 ou atrav s de transformador monof sico de aterramento com o resistor conectado no secund rio do transformador como mostra Figura 33 Neste caso quando referido ao prim rio o resistor deve ter o mesmo valor do resistor diretamente conectado O crit rio para sele o de um ou outro m todo econ mico Figura 32 Aterramento do Neutro por Resistor de Alto Valor 85 ii OnE 3 Figura 33 Aterramento do Neutro por Resistor de Alto Valor Atrav s de Transformador de Aterramento 4 2 4 Aterramento por Reat ncia Nos aterramentos por reat ncia um reator conectado entre o neutro do sistema e a terra como mostra a Figura 34 Em um sistema de aterramento por reat ncia a corrente de falta deve ser pelo menos 25 e preferencialmente 60 da corrente de falta trif sica para se prevenirem s rias sobretens es transit rias 34 Estes n veis de corrente de falta s o muito altos
27. Permanente Nos sistemas de distribui o de energia el trica tradicionamente utilizados no Brasil onde o ponto de neutro do sistema aterrado solidamente essa corrente de desbalan o n o acarreta grandes problemas Isso se deve ao fato da corrente de desbalan o percorrer um caminho de baixa imped ncia associado como o fato do ponto de neutro ser solidamente aterrado Assim nenhuma tens o com elevada amplitude associada com a circula o dessa corrente J um sistema com o ponto neutro aterrado atrav s de uma imped ncia de alto valor como no caso do aterramento atrav s da Bobina de Petersen a corrente de desbalan o encontra um caminho para circula o de alta imped ncia Essa corrente de desbalan o apesar de apresentar pequenas amplitudes ao passar por um caminho de alta imped ncia associado com o modo de aterramento do ponto de neutro do sistema ressulta em tens es de valores elevados que se concentram praticamente no ponto neutro do sistema pois a se encontra a maior parte da imped ncia vista pela corrente de desbalan o uma vez que a imped ncias dos cabos condutores s o praticamente desprez veis Na Figura 48 encontram se 130 valores obtidos da simula o que chegam pr ximos a 1800 V que podem ser considerados como muito elevados 2000 M 1500 1000 500 0 500 1000 1500 2000 0 00 0 05 0 10 0 15 0 20 s 0 25 file PetersenAS ASC pl4 x var t v UTN 23 CJ
28. Quase uma Falta sempre sempre Terra Auto Extin o de Faltas Nem N o N o N o Nem sempre Quase T rra sempre sempre Seguran a M ja Boa Ruim Boa M dia Boa Humana Stress T rmico dos Baixo Alto Alto Alto Baixo Muito Baixo Equipamentos Interfer ncia nas Linhas de M dia Alta Alta Alta Baixa Muito Baixa Comunica o Sensibilidade da Prote o macia Boa Ruim Boa M dia M dia para Faltas Terra Finalmente importante acrescentar alguns coment rios s informa es constantes na Tabela 6 No sistema com neutro solidamente aterrado e neutro distribu do e multiaterrado as correntes de falta fase terra podem apresentar 91 elevada amplitude pois s o limitadas apenas pela imped ncia da linha pela resist ncia neutroterra e a resist ncia de defeito O multiaterramento favorece sensivelmente a distribui o de tens es de fase terra no momento do defeito de forma que ao longo de todo o sistema as tens es de fase para terra ficam pr ximas do valor nominal fase neutro Para faltas com alto valor de resist ncia que podem ocorrer no caso da queda da fase sobre o solo seco ou rochoso por exemplo a detec o exige equipamentos especiais Nestes casos a qualidade do fornecimento de energia considerada tamb m como pobre Os principais aspectos do sistema de distribui o com neutro isolado est o relacionados com a possibilidade de sobretens es transit ria e a di
29. Reference Book 51 Percebe se claramente que a intensidade da corrente capacitiva est diretamente relacionada com o comprimento e com o n vel de tens o da rede 108 Portanto redes com n vel de tens o muito elevado ou com grande extens o encontram maior dificuldade de aplica o do conceito de neutro ressonante pois os crit rios de extin o de arco se tornam mais dif ceis de serem alcan ados Tabela 9 Corrente Capacitiva Resultante de um Defeito Fase terra em cabos Isolados em A km Se o Tens o kV 4 0 AWG 120 mm 500 MCM 240 mm A km A km 0 48 0 33 a 0 46 0 43 a 0 59 2 4 0 85 a 1 05 1 18a 1 51 4 16 1 44 a 1 77 2 10 a 2 62 6 9 2 10 a 2 43 2 62 a 2 95 13 8 2 95 a 3 61 3 94 a 4 92 110 0 18 0 20 0 Tabela 9 foram retirados de BURKE J J LAWRENCE D J Caracteristic of Fault Current on Distribution Systems 50 As correntes capacitivas nos cabos isolados apresentam valores mais elevados quando comparadas com redes a reas de distribui o tal fato prejudica a aplica o do conceito de neutro ressonante por m n o o torna impeditivo Ressalta se que a aplica o deste conceito em cabos isolados bem mais complexa e possui algumas particularidades 109 5 5 Formas e Possibilidades de Aplica o da Bobina de Petersen A Bobina de Petersen pode ser empregada com maior ou menor grau de sofistica o dependendo da aplica o
30. Von Vort Quando uma falta terra ocorre a tens o fase neutro e a tens o fase terra n o s o iguais Pelo tri ngulo das tens es da Figura 37 temos Vy Von Vu 0 5 1 V V V 0 5 2 Va V 0 5 3 Va Vp Va 3V0 5 4 Assim Van MV O 5 5 Combinando as ltimas equa es Va Van Vp Vpn Va Va 3V0 5 6 Va Va Va 3V 5 7 Finalmente temos Va Vo 5 8 Onde Vas Vms Va Tens es entre fase e o ponto neutro Vio Vp V Tens es entre fase e o ponto de terra V Tens o entre o ponto neutro e a terra V Tens o de sequencia zero 105 AY A lt Xi Xol Comimn na s KSA x N Xs N T m 1 7 0 Rede de 5 Xic Vir sequencia Xis m B m ositiva T IL F p YY f YYA 1 4 r N e e Rede de J sequencia Xs B Xoc Xc 2F negativa p Xr Xa X l F aN ae Ya Ea No Rede de V sequencia Xoc E OF zero Xa o NNA 4 A Figura 39 Circuito de Componentes Sim tricas para Sistema com Neutro Aterrado por Bobina Ressonante Percebemos pela equa o 5 8 que a tens o entre o ponto neutro e a terra corresponde exatamente a tens o de sequ ncia zero do sistema 5 4 Extin o de Arco em Faltas Terra A maioria das falhas a terra causam um arco quando na sua ocorr ncia A corrente de falta interrompida quer atrav s dos dispositivos de seccionamento ou atrav s de sua auto extin o no momento em
31. a disrup o de isoladores durante per odos de descargas atmosf ricas e Redu o do n mero de trincas e rupturas dos isoladores de pino e cruzetas com a redu o consequente das paradas de manuten o programadas e Redu o dr stica das interfer ncias nas redes telef nicas ao eliminar a corrente de defeito fase terra 113 e Melhoria fundamental no aspecto de seguran a nas redes de distribui o pela elimina o das tens es de toque passo e transferida provocadas por curtos fase terra 5 7 Dificuldades de Aplica o da Bobina de Petersen Como qualquer tecnologia a Bobina de Petersen possui algumas dificuldades quanto a sua aplica o que podem ser em maior ou menor grau dependendo das caracter sticas do sistema onde se deseja emprega la A primeira dificuldade diz respeito ao aspecto cultural que implica em desconforto ao se abandonar uma tecnologia dominada em favor de outra ainda desconhecida As outras de car ter t cnico s o as seguintes o Em sistemas que utilizam a tecnologia de prote o tradicional a dete o e localiza o do ponto de ocorr ncia da falta s o dificultadas na opera o sustentada o Durante a falta a terra a tens o nas fases s s sobe de V3 sobretens o tempor ria Para opera o de curta dura o a isola o do sistema de distribui o suporta sem restri es basta lembrar a capacidade normalizada de 1 minuto dos equipamentos Para 13 8 kV d
32. a utiliza o do arranjo designado por barra simples que apresenta custo bastante baixo Este tipo de subesta o pode contar com uma nica linha de suprimento ou visando aumentar se a confiabilidade com duas linhas Em regi es de densidade de carga maior aumenta se o n mero de transformadores utilizando se arranjos de subesta es com maior confiabilidade e maior flexibilidade operacional 2 2 3 Sistema de distribui o prim rio 2 2 3 1 Considera es gerais As redes de distribui o primaria ou de m dia tens o emergem das SEs de distribui o podem apresentar diversos n veis de tens o como mostra Gr fico 1 com projeto variando de pa s a pa s de regi o a regi o e entre concession rias dentro de um pa s de acordo com interesses t cnicos econ micos pol ticos sociais 16 ou at mesmo seguindo caracter sticas hist ricas As redes de distribui o s o compostas por redes a reas ou subterr neas a primeira de uso mais difundido principalmente por caracter sticas econ micas e pr ticas As redes subterr neas s o comumente usadas em regi es com grande concentra o de carga como grandes centros urbanos onde se torna muito dif cil a constru o de redes a reas ou regi es hist ricas onde se pretende conservar as caracter sticas originais 100 BELGICA FRAN A INGLATERRA ITALIA JAP O mm lt 12 kv DN lt U lt 17 kV 17 lt U 24 kV gt 24 kV Gr f
33. acesso as quais geralmente n o apresentam cal amento adequado reduzindo a velocidade m dia dos ve culos em condi es clim ticas adversas 55 Tempo M dio de Deslocamento x M s 2005 1 04 48 0 57 36 0 50 2 0 43 124 ppl 0 36 00 Urban 0 28 48 O RR Dm 0 14 244 0 07 124 0 00 00 Horas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Gr fico 9 Tempo de Deslocamento por Regi o 21 J a causa do defeito se torna importante na an lise do tempo m dio de deslocamento pois existem causas de dif cil identifica o e visualiza o tipo isolador perfurado vegetal em pequena quantidade p ra raios danificado entre outros Ao se observar o Gr fico 10 percebe se que uma das causas que deveria ter um menor tempo de despacho devido a f cil localiza o do defeito apresenta o maior tempo m dio por exemplo um poste danificado Isso ocorre devido ao fato de que as equipes de eletricistas desta concession ria s o na maioria caracterizadas como equipes leves com caminhonetes Quando a equipe localiza o defeito com causa estrutural necess rio direcionar a ocorr ncia para uma equipe de emerg ncia pesada com caminh o desta forma o tempo de despacho contabilizado at o inicio da manuten o por este tipo de equipe sendo o tempo total de mobiliza o dos dois tipos de equipe computado 56 Tempo M dio de Deslocamento X Causa rovo E Tomna Jz o
34. caracter sticas b sicas de um isolador t pico de pino para linha a rea de 13 8 kV Tabela 7 Caracter sticas De Ensaio De Isolador Pino 38 Tens o Nominal 13 kV Tens o Cr tica Positiva 100 kV de Impulso 1 2 x 50 us a seco Negativa 130 kV Tens o Seco 65 kV Disruptiva Frequ ncia Sob Chuva 35 kV Industrial Conforme poss evl observar o isolador em quest o suporta continuamente sob chuva durante 1 minuto uma tens o de frequ ncia industrial igual a 35 kV 99 Portanto ele pode trabalhar solicitado pela tens o fase fase do sistema por algum per odo Deste modo caso o aterramento do neutro dos sistemas de distribui o a reos for executado de tal forma que elimine a possibilidade de sobretens o transit ria durante uma falta a terra ele opera em primeira inst ncia de modo satisfat rio neste contexto que a bobina de Petersen pode auxiliar alterando o comportamento dos sistemas de distribui o face aos curto circuitos fase terra e descargas atmosf ricas que s o as causas principais das paralisa es na atualidade 5 3 Princ pios de Funcionamento Neste m todo de aterramento o sistema aterrado atrav s de um reator de alta imped ncia perfeitamente sintonizado com a capacit ncia fase terra total do sistema O reator de imped ncia vari vel denominado Bobina de Petersen em homenagem ao seu inventor que introduziu o conceito em 1917 Ele tamb m c
35. da estrutura 31 64 enrolamentos prim rio e secund rio dos transformadores e outras menor a vida da isola o do sistema como um todo e portanto maior n mero de falhas e desligamentos Aterrar o neutro solidamente auxilia na redu o das sobretens es tempor rias e transit rias que ocorrem durante as falhas terra que s o mais comuns Estas sobretens es s o particularmente elevadas nos sistemas com o neutro n o conectado a terra neutro n o aterrado ou flutuante Por outro lado o neutro solidamente aterrado permite a circula o de correntes de falta terra elevadas que podem causar efeitos dr sticos tais como elevadas tens es de passo toque e transferida perigosas para pessoas e animais com danos irrevers veis em equipamentos e acess rios provocando inc ndios perturba es nos circuitos telef nicos 32 e equipamentos eletr nicos sens veis Para reduzir estes riscos necess rio desligar o sistema com defeito o mais r pido poss vel Neste caso os consumidores finais s o afetados principalmente aqueles que possuem processos produtivos automatizados Isto implica na exist ncia de um conflito entre os objetivos Quando se utilizam sistemas solidamente aterrados controla se de certa forma as sobretens es mas ocasiona se correntes elevadas que necessariamente devem provocar o desligamento do sistema Ao se isolar o neutro tem se baixas correntes de curto circuito fase terra e elevadas sobr
36. de Alta Tens o da Universidade Federal de Itajub a tempos sob a coordena o do Professor D Sc Manuel Luis Barreira Martinez vem desenvolvendo estudos e pesquisas em diversos assuntos relacionados ao setor el trico principalmente na avali o e propostas de melhorias no desempenho de redes a reas de distribui o e transmiss o de energia Outras disserta es de mestrado e teses de doutorado foram e continuam sendo desenvolvidas pelo laborat rio em rela o a assuntos como o desempenho de redes estudos relacionados suportabilidade descargas atmosf ricas pelas redes de distribu o T S Tens o suport vel sob impulso antigo NBI N vel b sico de isola o de estruturas coordena o de isolamento desempenho de transformadores de distribui o isoladores p ra raios equipamentos eletro eletr nicos entre outros a muito s o estudados neste laborat rio sempre tendo como premissa o aprimoramento e um melhor desempenho do sistema el trico em geral mais especificamente redes de distribui o frente aos mais diversos tipos de falhas e desligamentos do sistema dando maior nfase s falhas originadas por descargas atmof ricas Como o m todo de aterramento adotado tem relevante import ncia no comportamento dos sistemas el tricos em uma condi o de falha terra e estatisticamente a grande maioria das falhas que ocorrem nas redes a reas de distribui o de energia el trica envolvem a terra um estu
37. de defeito determinando atrav s das simula es qual o melhor n vel de corrente para que ocorra a extin o da corrente de falta reestabelecendo assim as condi es normais de opera o do sistema Para avaliar o comportamento do sistema quando submetido a uma falta fase terra deve se aplicar defeitos em diversos pontos e analisar o comportamento do mesmo Como demonstrado no Capitulo 5 espera se que o ponto de aplica o do defeito n o interfira na intensidade corrente de falta Outra quest o que deve ser analisada e simulada a influ ncia da imped ncia de falta ou seja caso o defeito 136 n o seja uma falta s lida e apresente uma resist ncia de contato com a terra qual a implica o deste fato na intensidade da corrente Para aplica o do defeito na rede simulada utilizou se uma chave de aterramento onde os par metros tempo de fechamento e abertura podem ser ajustados Quando se necessita simular a aplica o de um defeito com resist ncia de falta utiliza se uma resist ncia em s rie com a chave de aterramento A Figura 52 a seguir exemplica o que foi escrito DATA VALUE Figura 52 Chave de aplica o de Curto Circuito O conjunto figuras apresentado na Figura 53 mostra a corrente de curto circuito para defeitos aplicados em diversos pontos da rede Verifica se que a corrente inicialmente apresenta um valor alto e depois decai para valores muito baixos como era esperado de oco
38. de energiael trica Realiza se um estudo dos diversos m todos deaterramento utilizados no mundo e os mais utilizados no Brasil procurando analizar as vantagens e desvantagens de cada m todo para assim propor um m todo de aterramento que seja mais eficiente ou seja que possibilite o menor n mero de interrup es relacionadas a defeitos que envolvam a Terra Para melhor compreens o da fun o do sistema de aterramento em um sistema el trico de distribui o de energia dedica se um cap tulo para descri o do sistema el trico de distribui o ressaltando suas principais caracter sticas e funcionalidade Com omesmo intuito descreve se tamb m os principais tipos de falhas que ocorrem no sistema de distribui o principalmente as que envolvam a Terra para que se possa determinar o m todo de aterramento a ser utilizado Com base nos estudos e an lises realizados prop em se o m todo de aterramento que utiliza uma bobina ressonante com a imped ncia capacitiva do sistema el trico conhecida como Bobina de Petersen em homenagem a seu inventor Essa bobina tem como fun o principal limitar a corrente de defeito fase terra e agir na elimin o do arco de defeito e consequentemente a falha impedindo o desligamento do sistema Realizam se v rios estudos e simula es para verifica o da viabilidade da aplica o deste m todo de aterramento em um sistema real de distribui o de energia el trica LISTA DE
39. dos Sistemas de Pot ncia que finalmente entregam a energia el trica produzida nas centrais aos consumidores ou seja a parte dos sistemas que esta diretamente em contato com o usu rio O seu desempenho est intimamente relacionado concep o constru o qualidade dos materiais e equipamentos empregados s condi es ambientais aos danos causados por terceiro e aos trabalhos de manuten o 7 Esta diversidade de fatores aliada ao fato de que o sistema de distribui o depende da manipula o de uma quantidade imensa de itens provoca grande n mero de interrup es no fornecimento que nem sempre s o de controle das concession rias 14 Distribui o Distribui o prim ria Distribui o secund ria Figura 4 Diagrama Unifilar do Sistema El trico de Distribui o 8 2 2 Caracter sticas Construtivas O sistema el trico de distribui o segundo defini o do rg o regulador ANEEL Agencia Nacional de Energia El trica compreende todo sistema com n vel de tens o abaixo de 230 kV por m ele pode ser decomposto em v rios subsistemas Esses subsistemas consistem Sistema de subtransmiss o Subesta es de distribui o Sistemas de distribui o prim rios Esta es transformadoras Sistemas de distribui o secund rios Cada subsistema envolve a utiliza o de equipamentos com caracter sticas espec ficas e bem definidas para ca
40. e Incorporar caracter sticas de projeto para prevenir e evitar falhas e e Incluir provid ncias para diminuir os efeitos de falhas quando elas ocorrerem imposs vel ou at mesmo invi vel economicamente tentar prevenir completamente todas as falhas muito mais lucrativo ent o deixar algumas falhas acontecerem e providenciar medidas para diminuir os seus efeitos e tentar melhorar o desempenho do sistema de distribui o quando sujeito a falhas Deve se tomar cuidado ao se utilizar o termo desempenho ao analisar os sistemas el tricos de distribui o e seus diversos componentes Pode se considerar o significado da palavra desempenho sob dois aspectos 1 No sentido restrito caracterizado pelo comportamento frente aos ensaios t picos de recep o ou seja a constata o de que o desempenho de um determinado item esteja de acordo com os valores garantidos e especificados pelo fabricante e pela norma espec fica 42 2 No sentido amplo que caracterizado n o s pelo seu comportamento perante os ensaios de recep o mas tamb m pelo seu comportamento no campo como parte integrante de um sistema tendo em vista que neste caso o item pode estar sujeito a outras solicita es que n o as especificadas Neste trabalho sempre considerado o segundo sentido pois a rede analisada como um todo e o seu comportamento frente s falhas existentes no sistema 3 3 Caracteriza o das Falhas Para uma
41. e o tempo para sua redu o metade do valor de pico tempo de cauda A Tabela 10 compara as caracter sticas das sobretens es de manobra e atmosf rica Sobretens es transit rias Tabela 10 Caracteristicas das Sobretes es de Manobra 54 Caracter sticas Sobretens o de Sobretens o Manobra Atmosf rica Tempo de Frente Entre 100 e 500 us At 20 us Tempo de Cauda At 2500 us At 50 us Interrup o de Faltas Frequ ncia Entre 10 KHz e 20 KHz Maiores que 50 Khz Zur Valores M ximos Valores M ximos em Eos Valores Torno de 4 P U Pr ximos ou uperiores Re A 6 P U Energiza o e Gausas Desligamento de Linhas Descargas de Transmiss o Atmosf ricas 117 Da Tabela 10 verifica se que as sobretens es de origem atmosf ricas s o de dura o muito curta pequeno tempo de frente de onda ou seja crescimento r pido Este tipo de sobretens o solicita mais a isola o de enrolamentos transformadores reatores geradores e maquinas girantes no geral do que outras sobretens es Especificamente em maquinas girantes e outros equipamentos que utilizam isola o s lida necess rio utilizar capacitores de surto associados p ra raios na prote o destes equipamentos isto porque este tipo de isola o s lida mais sens vel ondas com crescimento r pido do que outros tipos de isola o Tamb m suportam proporcionalmente menores valores de tens o
42. foi um exemplo de profiisonal e pessoa digna de ser seguida e admirada pois adota o melhor m todo de ensino que eu tenho conhecimento que o bom exemplo Agrade o tamb m ao aos amigos do grupo de trabalho LAT EFEI Jo o C ndido aos companheiros de estudo Marco Aur lio Ricardo Guedes Credson Salles e a todos os outros que tive o prazer de trabalhar em conjunto Um agradecimento especial minha fam lia que nunca mediu esfor os para que eu tivesse uma boa educa o Ao meu pai Isaac Campos que sempre sempre foi e continua sendo um exemplo de pessoa que eu tento seguir meu Her i por toda vida A minha M e que dedicou sua vida a cuidar dos filhos e da fam lia sendo um ponto forte para todos sempre atenta as necessidades de todos Aos meus Irm os Sara Cristina e Diego que sempre estiveram comigo sendo a base de tudo que consegui conquistar at hoje muito obrigado pela amizade Aos amigos de inf ncia que sempre estiveram ao lado minha querida mulher Ana C ssia que muito amo e agrade o pelo companheirismo dedica o e paci ncia em me acompanhar me ajudar e dar consolo em todos os momentos Voc foi e continua sendo muito importante em minha vida Principalmente Deus pela for a sa de disposi o e tudo mais que n o sou capaz de mensurar Muito obrigado todos iv RESUMO O assunto principal desta disserta o o m todo de aterramento do ponto neutro utilizado nas redes de distribui o
43. indutiva que anula a componente capacitiva da corrente de defeito fase terra A evolu o de sua aplica o consiste basicamente em t cnicas que melhorem a sintoniza o de sua corrente indutiva com a corrente capacitiva do sistema Sua aplica o pode ser planejada para duas formas de opera o principais Planejada para eliminar apenas fen menos de curta dura o provocados principalmente por descargas atmosf ricas e outros fen menos transit rios e animais rvores etc 110 Planejada para operar sem desligamento durante uma falta a terra sustentada mantendo o sistema operante mesmo em condi o de falta terra No primeiro caso combina se a bobina no neutro com um dispositivo de chaveamento mec nico disjuntor contator chave de aterramento r pido ou tiristorizado que aterra o sistema na sua forma original ap s 3 a 5 segundos de ocorr ncia da falta Esta faixa de tempo suficiente para comprova o de que uma falta ou n o de curta dura o e que foi eliminada ou n o pela bobina Assim ap s o retorno do sistema a sua forma de aterramento original as prote es de falta a terra operam seletivamente isolando apenas o ramal defeituoso De acordo com 53 esta t cnica evita a opera o dos religadores r pidos em at 90 contribuindo de forma not vel para a qualidade de energia do sistema principalmente no tocante aos consumidores com equipamentos eletr nicos sens veis Com a introdu
44. lise tridimensional de sistema de aterramento disserta o de Mestrado 1978 32 Paulino J O S Influencias de Curtos Circuitos das Redes de Distribui o sobre Redes Telef nicas em Uso Mutuo de Postea o disserta o de mestrado Belo Horizonte UFMG 1985 33 ABNT NBR 14039 Instala es el tricas de m dia tens o de 1 0 kV a 36 2 kV 34 Blackburn J Lewis Protective Relaying Principles and Applications second edition 35 ABB 1997 SPAA 341 C Feeder Protection Relay User s manual and technical description Vaasa ABB Network Partner 36 William R Waters M Neutral Grounding in High Voltage Transmission Elsevier Publishing Company London 1956 37 Costa P F Aterramento do Neutro dos Sistemas de Distribui o Brasileiros uma proposta de mudan a disserta o de mestrado Belo Horizonte UFMG 1995 38 ABNT Associa o Brasileira de Normas T cnicas NBR 5049 Isoladores de Porcelana ou Vidro para Linhas A reas e Subesta es de Alta Tens o Ensaios ABNT 1985 39 Lehtonen M 1995 Method for distance estimation of single phase to ground faults in electrical distribution network with an isolated or compensated neutral ETEP European Transaction in Electrical Power P 193 198 Vol 5 No 3 May June 40 Nikander A amp J rventausta P 1998 Methods for earth fault identification and distance estimation in a compensated medium voltage distributio
45. melhor opera o dos sistemas de distribui o de energia el trica bem como para uma melhor gest o interna dos problemas que podem ocasionar interrup es no fornecimento de energia muito importante que se fa a uma classifica o das falhas pois baseado nesta classifica o que se dimensiona e se aperfei oa a opera o das equipes de manuten o em campo Os respons veis envolvidos com a gest o de falhas t m basicamente tr s conjuntos de atividades relacionadas compreens o de quais falhas est o ocorrendo e por qu etapa de detec o an lise das formas de reduzir a probabilidade de falhas ou minimizar as consequ ncias das mesmas etapa de an lise de falhas elabora o de procedimentos que auxiliem na recupera o das falhas quando elas ocorrem As falhas s o classificadas como moment neas transit rias e permanentes Na Tabela 3 s o apresentadas as distribui es percentuais das faltas que ocorrem nos sistemas de distribui o onde se pode ver que a maioria dos defeitos que ocorrem nos sistemas a reos de distribui o do tipo que envolve a terra fase terra na forma de defeitos transit rios Tabela 3 Composi o Probabil stica das Falhas no Sistema de Distribui o Copel Total Permanentes Transit rias Trif sicos 2 95 5 43 Bif sicos 11 70 30 Fase terra 79 20 80 Outros 8 Os dados da Tabela 3 foram retirados de relat rios
46. meno da Figura 36 1 Vm Vem N X aL N Ly A corrente total capacitiva vale Ven LX L CT V p gt 0C CT Para que a corrente de falta terra IF no ponto do defeito seja nula a condi o a ser preenchida que lr lcr ou 1 Ly Y LOC O que pode ser traduzida por 1 EC Ou ent o 101 Lo EC 1 Verificamos das equa es anteriores que a menos das componentes resistivas perdas no reator e nas capacit ncias e dos harm nicos de ordem mais alta poss vel tornar a corrente de curto fase terra igual a zero no ponto de defeito Este m todo de aterramento do neutro do sistema tem um comportamento muito semelhante ao sistema com o ponto de neutro isolado A imped ncia equivalente entre o ponto de neutro do sistema e a terra tem um valor muito alto sendo que o ideal seria um valor tendendo ao infinito Como citado no cap tulo 4 a nica corrente que circularia pelo ponto de falta seria a corrente capacitiva do sistema portanto um reator de imped ncia igual a imped ncia capacitiva do sistema seria suficiente para anular a corrente que flui pelo ponto de falta importante notar que na opera o normal do sistema a corrente capacitiva que circula pelo sistema nula pois o sistema encontra se equilibrado n o propiciando um caminho de circula o para essas correntes Conv m ressaltar que em sistemas de distribui
47. nea o que em muitos processos pode acarretar s rios danos Portanto qualquer interrup o no fornecimento de energia totalmente indesej vel Por exemplo uma paralisa o moment nea da rede pela a o dos religadores obriga o desligamento de todos os motores do processo produtivo j que os contatores dos mesmos desatracam Mesmo se os contatores forem retidos por algum processo 98 seria necess rio o desligamento j que caso contr rio haveria fen menos indesej veis como sobrecorrentes devidas a reacelera o simult nea de motores e conjugados transit rios nos eixos dos mesmos Em alguns casos o retorno do processo produtivo ao normal requer horas sendo que estas horas de parada de produ o podem acarretar em preju zos incalcul veis para a empresa Verifica se pelo exposto que os religadores j n o est o atendendo as exig ncias dos consumidores modernos sendo necess rio incorporar outros m todos de melhoria do desempenho nos sistemas de distribui o Uma observa o importante de ordem geral referente aos sistemas de distribui o a reos que devido classe de tens o dos mesmos as sobretens es tempor rias n o s o significativas e portanto determinantes no grau de isolamento a ser utilizado As sobretens es transit rias principalmente aquelas provocados por descargas atmosf ricas que definem o isolamento m nimo utilizado Para observar este fato basta verificar na Tabela 7 as
48. o deste resistor de aterramento conectado atrav s de um transformador nas simula es P E Figura 49 Utiliza o de um Resistor de Amortecimento A Figura 53 ilustra a transforma o realizada 132 Figura 53 Transforma o de par metros no processo de amortecimento por meio da inser o de resist ncias em s rie com uma Bobina de Petersen Varias simula es foram realizadas para diversos valores de resist ncia buscando um melhor amortecimento do valor da tens o de neutro O Gr fico 14 foi obtido a partir dessas simula es Nota se que a partir de certo valor de resist ncia do resistor de amortecimento a divis o das tens es permanece aproximadamente a mesma ou seja um acr scimo no valor da resist ncia n o implica em uma melhor amortiza o da tens o de neutro 133 0 1 Uy Usr 0 01 0 1000 2000 3000 4000 5000 Resist ncia de Amortecimento Referida Q Gr fico 14 Divis o da Tens o x Valor Resistor de Amortecimento 6 2 3 C lculo das capacit ncias distribu das do sistema A capacit ncia distribu da do sistema n o um par metro simples de se estimar pois depende de muitos fatores dentre os principais o comprimento da rede de distribui o a geometria das estruturas da rede a disposi o espacial dos condutores altura das torres e postes os tipos de condutores cabos nus ou isolados entre outros Percebe se ent o que
49. o dos rel s digitais que empregam a t cnica de detec o de faltas a terra com alta imped ncia associados a sistemas de distribui o automatizados n o necess rio o chaveamento do neutro simplificando o sistema No segundo caso o sistema n o desligado durante a falta a terra at que a mesma seja removida pela equipe de manuten o A remo o da falta em geral realizada paralizando se programadamente uma pequena parte do sistema ou mesmo em linha viva dependendo das circunstancias e dos ganhos que se deseja obter junto ao consumidor final J a aplica o da Bobina de Petersen em sistemas com cabos isolados n o obtem resultados satisfat rios tornando se alguns casos um inconveniente ao inv s de uma solu o Em cabos isolados o rompimento da isola o definitivo Mesmo que a descarga inicial seja extinta n o existe recupera o da isola o devido as pequenas distancias entre o condutor de fase e a blindagem dos cabos m dia tens o Desta forma o arco no ponto de defeito reascende ap s o retorno da tens o normal podendo voltar a se extinguir na passagem da corrente por zero Este processo de extin o e reigni o peri dica terminam por afetar a isola o adjacente sendo que em geral o curto evolui de monof sico para polif sico Outro inconveniente que durante o processo de extin es e reigni es sucessivas s o 111 geradas sobretens es transit rias das fases s s para a terra
50. o s o recomendados Para estes sistemas os dois fatores principais que limitam a magnitude da corrente de falta terra s o a resist ncia de falta e a capacit ncia fase terra de sequ ncia zero Uma vez que o tri ngulo de tens es n o relativamente afetado esses sistemas podem permanecer operacionais durante faltas sustentadas de baixa magnitude Z E importante citar que apesar deste sistema apresentar a possibilidade de operar mesmo na presen a de uma falta terra ele pode ocasionar a evolu o do defeitos devido a ocorr ncia de sobretens o nas outras fases Quando se adota este tipo de aterramento visando a opera o sustentada com uma falta terra deve se redimensionar toda a isola o e equipamentos da rede tais como isoladores p ra raios transformador etc A auto extin o de faltas terra nas linhas a reas n o aterradas poss vel para valores baixos da corrente de falta terra Para magnitudes maiores da corrente de falta as faltas t m uma menor probabilidade de se auto extinguirem na passagem pelo zero natural da corrente de falta devido intera o entre os valores de ioniza o do meio e a tens o transit ria de restabelecimento Posteriormente discutido como um sistema com aterramento ressonante amortece a eleva o da tens o de restabelecimento aumentando dessa forma a probabilidade de provocar a auto extin o da falta terra 71 A corrente que flui atrav s do pon
51. od em 2z gt gt o O uu P o w OBJETOS MEDIDOR ILUINA O ERRO LIGA O ANIMAIS DIVERSOS bez E w O e w DESCARGA JOGOS DE BOLA ERRO DE APLICA O TELEFONIA PARA RAIOS AMARRILHO RAMAL LIGA O FERRAGENS CONCESSIONARIOS TRANSIT RIO MANUTEN O EMERG NCIA FACAFUSIVEL SOBRECARGA FALHA NO ELO COMPONENTES o o EE Za u Z w 20 uU 3v oz wu ra E IMPROCEDENTE Gr fico 10 Tempo de Deslocamento x Causa da Ocorr ncia 21 3 5 4 Tempo M dio de Manuten o O Tempo M dio de Manuten o definido como sendo o intervalo entre o momento da localiza o do defeito at a sua corre o e o restabelecimento do fornecimento de energia No momento da localiza o do defeito a equipe de eletricistas informa ao COD a causa do defeito e os procedimentos necess rios para a sua corre o O tempo m dio de manuten o apresenta uma rela o direta com a causa da ocorr ncia pois cada tipo de defeito apresenta uma a o de corre o espec fica assim ele sofre pouca influ ncia da sazonalidade As redes de distribui o no Brasil por apresentarem caracter sticas construtivas predominantemente a reas e com cabos descobertos est o sujeitas a proximidade de vegeta o e descargas atmosf ricas diretas e induzidas Estas particularidades submetem as redes de distribui o a diversas falhas de caracter stica transit rias Os sistemas atuais
52. os transformadores de distribui o formando assim um neutro cont nuo e aterrado 67 Os principais objetivos do aterramento do sistema s o minimizar as solicita es t rmicas e de tens o nos equipamentos propiciar seguran a para as equipes de trabalho reduzir as interfer ncias nos sistemas de comunica o e contribuir para a detec o e elimina o r pidas de faltas terra Com exce o das solicta es de tens o a opera o de um sistema do tipo n o aterrado aterrado atrav s de alta imped ncia ou com aterramento ressonante restringe as magnitudes das correntes de falta terra e permite atingir a maioria dos objetivos relacionados acima O inconveniente desses m todos de aterramento que eles tamb m geram problemas na sensibilidade de detec o de faltas prote o Z E poss vel criar um aterramento do sistema que reduza as solicita es de tens o ao custo de magnitudes elevadas da corrente de falta Portanto em tal sistema o circuito defeituoso tem de ser desenergizado imediatamente para evitar as solicita es t rmicas a interfer ncia nos canais de comunica o e os riscos para a seguran a humana A desvantagem desse sistema que o servi o precisa ser interrompido mesmo para faltas tempor rias A seguir apresenta se uma descri o sucinta dos m todos de aterramento normalmente usados nos circuitos de m dia tens o da distribui o 4 2 1 Sistema N o Aterrado ou com Neutro Isol
53. por regi es em que face presen a de obst culos era imposs vel a utiliza o da linha convencional com cruzeta As redes prim rias Figura 5 contam com um tronco principal do qual se derivam ramais que usualmente s o protegidos por fus veis Disp em de chaves de 19 seccionamento que operam na condi o normal fechada chaves normalmente fechadas NF que se destinam a isolar blocos de carga para permitir sua manuten o corretiva ou preventiva usual instalar se em um mesmo circuito ou entre circuitos diferentes chaves que operam abertas chaves normalmente abertas NA que podem ser fechadas em manobras de transfer ncia de carga Na Figura 5 est o apresentados dois circuitos que derivam de uma mesma subesta o Supondo a ocorr ncia de defeito entre as chaves 01 e 02 do circuito 1 ter se inicialmente o desligamento do disjuntor na sa da da SE e posteriormente ap s a equipe de manuten o identificar o trecho com defeito ela o isola pela abertura das chaves 01 e 02 Ap s a isola o do trecho com defeito fecha se o disjuntor da SE restabelecendo se o suprimento de energia aos consumidores existentes at a chave 01 restando os a jusante da chave 02 desenergizados Fechando se a chave NA de socorro externo 03 restabelece se o suprimento desses consumidores atrav s do circuito 02 Destaca se que o circuito 02 poderia derivar se de outra SE
54. quando se adota esta ultima op o de aplica o deve se obrigat riamente alterar toda a coordena o de isolamento e elevar o n vel de isola o de cada fase para a tens o entre fases assim como modificar a especifica o de diversos outros equipamentos como os p ra raios isoladores etc 115 5 8 1 Sobretens es nos sistemas de distribui o Em primeira inst ncia as sobretens es s o classificadas simplesmente segundo sua origem e segundo sua dura o Segundo sua origem s o denominadas como de origem externa e origem interna Segundo sua dura o respectivamente em sobretens es tempor rias e sobretens es transit rias As sobretens es de origem externa s o aquelas devidas descargas atmosf ricas diretamente incidentes sobre o sistema ou causadas por indu o devidas a descargas pr ximas Tamb m contatos acidentais com redes de tens es mais elevadas devido por exemplo a ruptura ou queda de uma linha de transmiss o ou falha da isola o do lado de alta tens o para o lado de m dia ou baixa tens o podem ser classificadas como sobretens es de origem externa As sobretens es de origem interna ocorrem devido a uma modifica o brusca da topologia da rede devida por exemplo ao ato de ligar ou desligar uma linha ou uma carga ou na ocorr ncia de curto circuitos locais 5 8 1 1 Sobretens es tempor rias S o aquelas que ocorrem entre fase e terra ou entre fases sendo de natureza oscilat ria e d
55. superior a sua corrente de ajuste defeitos fase terra e bif sicos terra Para a defini o dos ajustes de fase dos religadores devem ser considerados dois par metros e A corrente de partida de fase do religador corrente a qual o equipamento sensibilizado e inicia a contagem de tempo para a interrup o do defeito 31 x 1 5 1 lt I lt Onde lc Corrente de carga no trecho lp Corrente de Partida de Fase l Corrente de Curto circuito bif sica A curva de opera o de fase do religador selecionada de modo a coordenar com as chaves fus veis a jusante e a prote o de sobrecorrente de fase do m dulo do alimentador Para a defini o dos ajustes de neutro dos religadores tamb m devem ser considerados dois par metros A corrente de partida de neutro do religador corrente a qual o equipamento sensibilizado e inicia a contagem de tempo para a interrup o do defeito E Onde 2 0 1a0 3 1 lt 1 lt lc Corrente de carga no trecho lp Corrente de Partida de Neutro l Corrente de Curto circuito fase terra m nimo Onde o termo 0 1 a 0 3 a faixa admiss vel de corrente A curva de opera o de neutro do religador selecionada de modo a coordenar com as chaves fus veis a jusante e a prote o de sobrecorrente de neutro do m dulo do alimentador 32 2 3 2 3 Seccionador Autom tico O seccionador autom tico pode ser definido como
56. 01 Figura 37 Comportamento do Sistema com Neutro Ressonante 103 Figura 38 Circuito Equivalente de um Sistema com Neutro Aterrado por Bobina Ressonante as a O DR nn neee reene 104 Figura 39 Circuito de Componentes Sim tricas para Sistema com Neutro Aterrado por Bobina Ressonante a 106 Figura 40 Limites de corrente para extin o de arco em sistema Isolado 1 e em sistema ressonante 2 41 n eae 107 Figura 41 Compensa o Total da Corrente Residual Erro Indicador n o definido Figura 42 Valores e Tempos Caracter sticos de Diversos Tipos de Sobretens es DM msee s Lied a a ob UTAD a Tre Passe Suas Sana 119 Figura 43 Desenho Simplicado da Rede de Distribui o para Simula o 121 Figura 44 Rede para Simula o no Software ATP 123 Figura 45 Modelo de Carga Trif sica Desequilibrada Ligada em Estrela 125 Figura 46 Modelo de Carga com Liga o Monof sica 126 Figura 47 Modelo de Carga com Liga o entre Fases 126 Figura 48 Corrente de Desbalan o Permanente 130 Figura 49 Tens o no Neutro Devido Corrente de Desbalan o 131 Figura 50 Utiliza o de um Resistor de Amortecimento 132 Figura 51 Representa o Rede de Distribui o no Software ATP 135 Figura 52
57. 107 EH M 0 12058 1861 9 Mark Copy Print Figura 48 Tens o no Neutro Devido Corrente de Desbalan o Caso nenhuma medida mitigadora seja tomada a tens o elevada de car cter permanente devido a constante circula o da corrente de desbalan o que aparece no ponto neutro do sistema pode acarretar diversos danos ao sistema como a fadiga da isola o dos equipamentos a perda de equipamentos e s rios riscos a seguran a pessoal e patrimonial 6 2 2 3 Mitiga o das sobretens es atrav s de resistor de amortecimento A conviv ncia com elevados n veis de tens o no ponto neutro do sistema torna se impratic vel devido a diversos problemas citados anteriormente Portanto medidas que contornem esse problema devem ser tomadas Uma solu o que foi analisada e proposta a utiliza o de um resistor de amortecimento conectado em s rie com a Bobina de Petersen esse resistor normalmente conectado ao 131 secund rio de um transformador e este ligado em s rie com a bobina Desta maneira acrescenta se uma resist ncia de amortecimento elevada em s rie com a imped ncia da Bobina de Petersen criando um divisor de correntes Este conceito pode ser entendido pela transforma o da imped ncia s rie em paralela sendo que deste modo criado um caminho de baixa imped ncia com o circuito ressonante formado pela Bobina de Pertersen e as capacit ncias para a terra da rede A Figura 49 a seguir mostra a aplica
58. 2 48 o 3000 ai 2 24 00 E 2500 t 1 5512 2000 o E 1 26 24 amp 1500 fo E 0 57 36 1000 F 500 0 28 48 O 0 Ocorr ncias 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 411 12 M s 4 Tempo M dio de Despacho Gr fico 6 N mero de Ocorr ncias x Tempo de Despacho 21 Al m da rela o direta com o n mero de ocorr ncia atrav s do Gr fico 7 poss vel verificar a diferen a entre os tempos de despacho para os eventos na regi o urbana em rela o aos eventos da regi o rural 53 Tempo M dio de Despacho x M s 2005 3 21 3 2 52 2 24 00 1 55 12 8 Rural 1 26 24 tg Urbana 0 57 36 Horas 0 28 48 0 00 00 M s Gr fico 7 Tempos M dios de Despacho por Regi o 21 Esta diferen a ocorre devido prioriza o definida pela distribuidora na qual os eventos nas regi es urbanas apresentam uma prioridade de atendimento maior em rela o as regi es rurais visto o elevado n mero de consumidores e a maior densidade de carga em rela o as regi es rurais 3 5 3 Tempo M dio de Deslocamento Taesi O Tempo M dio de Deslocamento definido como sendo o intervalo entre o momento em que o operador do COD realizou a solicita o de deslocamento at o momento da localiza o do defeito pela equipe de eletricistas O tempo de deslocamento depende muito das caracter sticas do defeito ou seja se de f cil localiza
59. 30 0 45 0 60 075 sl 090 file Petersen ASC CF LT1 pl4 x var t t IA1 0 t IA2 0 tIAIO file Petersen ASC CF LT2 1 pl4 x var t t IA1 0 t 1A2 0 t 1A3 0 20 20 154 15 104 10 5 4 5 o 0 54 5 10 4 10 154 15 20 r r gt r 20 p r z 0 00 0 15 0 30 0 45 0 60 075 s 090 0 00 0 15 0 30 0 45 0 60 075 sl 0 90 file Petersen ASC CF LT2 3 pl4 x var t t IA1 0 t IA2 0 tIAIO file Petersen ASC CF LTF pl4 x var t t IA1 0 tIAZO t IA39 Figura 54 Correntes dos Ramais para Defeitos em Diversos Pontos da Rede Fie Petersen ASC CF LTI pis 0 78039 0 89725 2 5086 0 83236 0 65 0 70 0 75 0 80 0 85 sl 0 90 file Petersen ASC CFAT1 pl4 x var t t IA1 0 tIAZO _t IA3 0 Figura 55 Corrente de Defeito Final A corrente que percorre a Bobina de Petersen mant m se sempre a mesma para todos os defeitos uma vez que ela depende apenas da imped ncia da bobina que uma caracter stica construtiva A Figura 56 abaixo mostra essa corrente 139 10 A 5 10 15 0 00 0 15 0 30 0 45 0 60 075 Is 090 file Petersen ASC CF T2 1 pl4 x var t c RCC O UTN 23 Figura 56 Corrente Fornecida Pela Bobina de Petersen Novamente um conjunto de defeitos foi aplicado rede simulada por m agora se acrescentou uma resist ncia de falta ao defeito Trabalhou se com duas resist ncias de faltas diferentes uma de 20000 Q e outra de 5000 Q Percebeu se novamente que o ponto de aplica o do d
60. 6 20 Martinez L B M An lise de Desempenho de Circuitos de Distribui o frente a Descargas Atmosf ricas laborat rio de alta tens o Universidade Federal de Itajub Eletropaulo 21 Comassetto L ferramenta computacional de otimiza o de dispositivos de prote o e manobra em redes de distribui o de energia disserta o de doutorado 2006 22 KNDERMANN GERALDO Curto Circuito Editora Sagra DC Luzzato 1 edi o Porto Alegre 1992 23 Resolu o n 505 da ANEEL de 26 de novembro de 2001 24 Santos R F S Fiat Autom veis Silva S R DEE UFMG Sensibilidade dos controladores l gicos program veis frente a afundamentos de tens o Revista eletricidade Moderna ano XXXIII n 367 pp 92 outubro 2004 25 Conrad L Little K Grigg C Predicting and preventing problems with remote fault clearing voltage dips IEEE Transactions on Industry Applications v 27 n 1 pp 167 172 1991 26 NEC National Electrical Code 27 Epri Peac Performance of AC motor drives during voltage sags and momentary interruptions PQ Commentary n 3 12 p Dezembro 1998 150 28 Lakervi E and Holmes E J Eletricity distribution network design 2nd Edition 1995 29 ANSI NFPA 70 1990 The National Electrical Code 30 IEEE Std 142 1991 Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems 31 Azevedo J W Cabral An
61. A rede simulada neste estudo foi baseada em crit rios de projeto de rede e exemplos de redes utilizadas por v rias concession rias de distribui o de energia el trica do Brasil desta maneira os resultados obtidos s o considerados confi veis e reproduzem bem a Apesar das simplifica es realizadas na modelagem da rede de distribui o de energia obtiveram se resultados consistentes com a teoria desenvolvida e que exemplificam diversas peculariedades dos sistemas que utilizam o conceito de neutro ressonante Esses resultados obtidos fornecem uma boa base para a implementa o de um sistema com essa filosofia de aterramento do ponto neutro do sistema Deve se ressaltar que para uma aplica o real outros estudos devem ser realizados com intuito de garantir a seguran a operacional da instala o e uma correta aplica o da t cnica Para aplica o desta t cnica de aterramento em redes que utilizam cabos isolados devem se realizar estudos mais espec ficos de acordo com o tipo de instala o 6 4 Recomenda es para Trabalhos Futuros Uma quest o de grande relev ncia para o desenvolvimento da aplica o da Bobina de Petersen a utiliza o da eletr nica de pot ncia Ela pode ser aplicada a bobina ajudando na sintoniza o da mesma com as capacit ncias do sistema el trico Pode se contruir uma bobina com diversas deriva es e a partir de medi es de par metros do sistema el trico enviar sinais para real
62. ENCE D J Caracteristic of Fault Current on Distribution Systems Vol PAS 103 N mero 1 Janeiro 1984 51 WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION Electrical Transmission and Distribution Reference Book Fourth edition 1950 52 Haase H amp Taimisto S 1983 New Finnish Equipment for compensation of earth fault current S hk Electricity and Electronics Pp 48 51 Vol 56 12 December 53 Claudelin P 1991 Compensation of earth current in a MV distribution network Earth fault problems in MV Systems Helsink INSKO Pp 138 152 54 ABNT Associa o Brasileira de Normas T cnicas NBR 6939 Coordena o do Isolamento Procedimento 15 p 2000 55 D AJUZ Ary et al Transit rios el tricos e coordena o de isolamento aplica o em sistemas de pot ncia de alta tens o Niter i EDUFF 1987 435 p FURNAS Centrais El tricas S A 56 VALERO Patr cia M Analise comparativa de t cnicas de controle de sobretens es transit rias nas manobras de energiza o e religamento de linhas de transmiss o 2007 163 f Disserta o Mestrado em Engenharia El trica Faculdade de Engenharia El trica e de Computa o Campinas 2007 153 BIBLIOGRAFIAS William R Waters M Neutral Grounding in High Voltage Transmission Elsevier Publishing Company London 1956 J L Blackburn Protective Relaying Principles and Applications Second Edition Nova York Marcel Dekker Inc
63. FIGURAS Figura 1 Vis o Hist rica dos M todos de Aterramento o 7 Figura 2 Evolu o dos M todos de Aterramento ese 8 Figura 3 Panorama Atual e Tend ncia de Aplica o do M todo 9 Figura 4 Diagrama Unifilar do Sistema El trico de Distribui o 8 15 Figura 5 Diagrama Unifilar de Rede Prim ria esseer rnrssrerrrnee 20 Figura 6 Prim rio Seletivo a tranrareneeaaaantanaa 22 Figura 7 Chave e Elo Fus vel 12 sasesssanstegaa ts paro ne dta da fab nus a 26 Figura 8 Exemplo de Curvas de Fus o de Elos Fus veis 12 27 Figura 9 Religador Eletr nico 14 30 Figura 10 Curvas de Opera o 14 a 31 Figura 11 Seccionador Autom tico Instalado 14 33 Figura 12 Caracter stica de Opera o dos Rel s de Sobrecorrente 34 Figura 13 Caracter stica de Opera o dos Rel s de Sobrecorrente Temporizad S raia a SG Lo ASI A A 36 Figura 14 Sistemas Aterrados 30 63 Figura 15 Circuito do sistema de neutro e diagramas equivalentes para sistemas n o aterrados e v rios tipos de aterramento do neutro 30 67 Figura 16 Sistema com Neutro Isolado 69 Figura 17 Deslocamento da tens o para uma falha fase terra em um sistema EoI Co o AES EE E La as DOS AL ODAS DSO DDS 70 Figura 18 Corrente
64. Um equipamento utilizado para interrup o autom tica de circuitos que abre seus contatos quando o circuito desenergizado por um equipamento de prote o situado sua retaguarda e equipado com dispositivo para religamento autom tico Os seccionadores autom ticos s o dispositivos projetados para operar em conjunto com os religadores Basicamente eles s o constitu dos de uma chave a leo monof sica ou trif sica e possuem a apar ncia de um religador Seu controle pode ser tanto hidr ulico quanto eletr nico Diferentemente do religador o seccionador autom tico n o interrompe a corrente de defeito Ele ligado a certa dist ncia do religador no seu lado de carga A cada vez que o religador interrompe um corrente de falta o seccionador conta a interrup o e ap s um pr determinado n mero de interrup es abre seus contatos antes da abertura definitiva do religador Desta forma um trecho sob condi es de falta permanente pode ser isolado permanecendo o religador e os demais trechos em situa o normal Al m de sua opera o normal o seccionador pode ser operado manualmente para interromper a corrente nominal de carga e ser empregado como chave para seccionamento manual de alimentadores 14 A Figura 11 apresenta uma vista de um seccionador instalado em um sistema de distribui o de energia Figura 11 Seccionador Autom tico Instalado 14 33 2 3 2 4 Rel s de Sobrecorrente Rel s de
65. a descarga atrav s das estruturas ou equipamentos associados procurou se uma solu o que minimizasse ao m ximo os efeitos causados por essa descarga buscando elimin la o mais r pido poss vel evitando sua evolu o Constatou se que a grande maioria dos defeitos ocorridos nas redes de distribui o de energia entre 60 e 90 envolvia a terra ou seja falhas monof sicas onde o caminho de retorno da corrente de defeito se faz pela terra Como essa corrente de defeito envolve obrigat riamente a terra e o ponto neutro do sistema realizou se um estudo detalhado dos diversos tipos de aterramento utilizados em diversas partes do mundo mostrando suas carateristicas e comportamento para o caso de uma falha terra Observou se que a escolha do tipo de aterramento leva em considera o diversas vari veis sendo que a tradi o ou seja o costume hist rco em muitos casos um forte componente na determina o da escolha Por m observou se tamb m que h uma tend ncia mundial de modifica o do tipo de aterramento utilizado desde solidamente aterrado at neutro isolado para um aterramento do ponto neutro atrav s de bobina ressonante Muitos pa ses j fizeram essa mudan a e vem obtendo bons resultados Percebeu se ent o que o tipo de aterramento utilizado tem grande relev ncia para melhoria do desempenho das edes de distribui o frente s falhas que ocorrem com maior frequ ncia no sistema A proposta principal desta disse
66. ade das Simula es 120 6 2 Softwares para Simula o Erro Indicador n o definido 6 2 1 ATP Alternative Transient Program Erro Indicador n o definido 6 3 Simula o de uma Rede de Distribui o de Energia 122 6 3 1 Cargas d sistema Ci DR a 124 6 311 Cargas IN SICAS sesasi n eE A a aaa ba 125 6 3 1 2 Cargas monof sicas us cantaria ido assa a RED ARS La 125 6 3 1 3 Cargas entre fas s aan sangra ao anti a nb aaa ond 126 6 3 2 Rede sim trica e n o sim trica in 126 6 3 2 1 Sistema perfeitamente equilibrado seeen 127 6 3 2 2 Corrente de desbalan o permanente 129 xii 6 3 2 3 Mitiga o das sobretens es atrav s de resistor de amortecimento 131 6 3 3 C lculo das capacit ncias distribu das do sistema 134 6 3 4 Aplica o de curto circuitos fase terra em diferentes pontos do sistema 136 6 4 Consolida o dos Resultados ssesessessseeseeees 143 6 5 Recomenda es para Trabalhos Futuros s ss 144 Cap tulo 7 CONCLUS ES is rrreeeterererareeseserararareanes 145 REFER NCIAS surra ra a e 149 BIBLIOGRAFIAS acesas ssa aaa Raid Gad E GATE DESSES So Si ctaa grades 154 xiii Cap tulo 1 INTRODU O 1 1 Considera es Iniciais Sabe se que a paralisa o intempestiva dos sistemas el tricos de di
67. ado S o sistemas que operam sem uma conex o intencional entre os condutores do sistema e a terra 34 Por m em todo sistema pr tico existe uma conex o atrav s da capacit ncia de acoplamento que distribu da ao longo do sistema Considerando se que existem capacit ncias de cada fase para a terra bem como das fases entre si um sistema isolado pode ser representado pela Figura 16 68 Figura 16 Sistema com Neutro Isolado A maior influ ncia no comportamento do sistema exercida pelas capacit ncias das fases em rela o terra Se as fases forem perfeitamente transpostas as tens es fase terra para as tr s fases t m valores iguais e deslocadas entre si de 120 Consequentemente n o existe diferen a de potencial entre o ponto neutro do transformador da subesta o alimentadora e o ponto neutro das capacit ncias do sistema Desde que o neutro das capacit ncias esteja no potencial de terra o ponto neutro do transformador tamb m est no potencial de terra Se no entanto uma das fases for colocada em contato com a terra ocorre um deslocamento das outras duas fases em rela o a ela ocasionando nestas fases tens es iguais ou maiores que as tens es fase fase como mostrado na Figura 17 Nestes casos o n vel da corrente de falha muito baixo logo os danos aos equipamentos s o m nimos e n o necessariamente essencial que a rea afetada seja isolada rapidamente Esta uma vantagem dest
68. ado na disserta o as estruturas e equipamentos associados das redes de distribui o de energia suportam sobretens es transit rias Outra grande vantagem desse tipo de utiliza o do conceito de aterramento ressonante a n o necessecidade de mudan a dos equipamentos e principalmente da filosofia e ajustes de prote o utilizados pelas concession rias Com o aux lio de chave de aterramento r pido conectada em paralelo com a bobina ressonante pode se a qualquer momento mudar o aterramento do neutro das redes de distribui o de ressonante para o aterramento original ou seja no caso do Brasil solidamente aterrado Assim caso n o ocorra a extin o da falta terra em um tempo pr determinado pode se passar o aterramento do neutro para solidamente aterrado fazendo com que a prote o originalmente utilizada enxergue a falta e desligue o sistema Esse tipo de utiliza o do conceito de aterramento ressonante mais recomendado para uma aplica o inicial e posteriormente com maior conhecimento do sistema e experi ncia adquirida pode se evoluir para aplica o com opera o continua mesmo para uma falta sustentada 147 Para uma aplica o real do conceito de neutro ressonante devem se levar em considera o as particularidades da rede a qual se pretende aplicar esse conceito A escolha da forma mais adequada deve levar em considera o crit rios de seguran a operacional qualidade de fornecimento da energia e
69. analisar o caso de uma rede transposta e n o transposta o que pode acarretar em uma varia o das imped ncias do sistema causando um desequil brio neste 6 2 1 Cargas do sistema Existem muitas representa es poss veis para as cargas e tamb m diversos tipos de cargas que devem ser representadas para simula o do sistema Uma representa o que apresenta bons resultados em uma simula o o modelo de carga tipo RLC ou seja uma composi o entre as componentes resistivas indutivas e capacitivas da carga Deste modo variando se os par metros R Le C poss vel representar uma grande variedade de cargas O software ATP possibilita o ajuste destes par metros bem como o tipo de liga o das cargas estrela ou tri ngulo apresenta tamb m representa o de cargas com liga o trif sicas monof sicas ou entre duas fases 124 6 2 1 1 Cargas trif sicas As cargas trif sicas representam a grande maioria das cargas existentes no sistema e s o respons veis por grande parte do consumo de energia Elas podem ser equilibradas ou desequilibradas ou seja suas imped ncias por fase podem diferir em m dulo e ngulo A Figura 44 apresenta o caso de uma carga com liga o trif sica em estrela com diferentes imped ncias por fase tanto em m ludo quanto em ngulo Figura 44 Modelo de Carga Trif sica Desequilibrada Ligada em Estrela 6 2 1 2 Cargas monof sicas As
70. as emprega se na maioria dos estados uma sub distribui o monof sica mantendo se em geral um ramal principal trif sico Nas reas urbanas a distribui o quase que exclusivamente do tipo trif sica 1 3 Aterramento do Neutro em Diversos Pa ses Uma vez eliminada a sobretens o transit ria o aterramento do neutro dos sistemas de distribui o escolhido em geral para atender um compromisso entre duas situa es opostas e Reduzir a corrente de falta a terra expondo o sistema durante maior tempo a este defeito e trabalhando no sentido de controlar as dificuldades de detec o e Aceitar correntes de falta a terra mais elevadas de mais f cil detec o mas desligando o sistema de forma r pida para evitar os danos que poderiam ser causados caso n o fosse adotado este procedimento Portanto os crit rios iniciais de escolha s o relacionados com a seguran a do sistema evitando se sobretens es transit rias e a continuidade de servi o Muitos outros fatores influenciam no desempenho final como o Caracter sticas f sicas do sistema sistema a reo subterr neo misto longo curto Densidade e natureza das cargas alimentadas cargas rurais comerciais industriais residenciais exist ncia de alimenta o monof sica Densidade de descargas atmosf ricas n vel cer unico importante salientar que o desenvolvimento de novas tecnologias associadas a uma determinada forma de ater
71. ativa das leituras de tens o nas faixas de tens es cr ticas no per odo de observa o definido expresso em percentual e Dura o Relativa da Transgress o de Tens o Prec ria DRP indicador referente dura o relativa das leituras de tens o nas faixas de tens es prec rias no per odo de observa o definido tamb m expresso em percentual 60 e ndice de Unidades Consumidoras com Tens o Cr tica ICC percentual da amostra com transgress o de tens o cr tica Como pode ser percebido atrav s dos ndices apresentados a ANEEL exerce um controle extremamente rigoroso sobre as concession rias que pode acarretar em s rias multas para as mesmas Este controle tem por objetivo garantir a qualidade da energia ou seja incentiva as distribuidoras de energia a evitarem ao m ximo a ocorr ncia de falhas importante se ter em mente que com a grande variedade das atividades industriais e com o avan o tecnol gico da ind stria os sistemas est o ficando cada vez mais integrados assim se um dispositivo proporciona algum problema as consequ ncias ser o mais relevantes 24 Os sistemas industriais utilizam uma grande quantidade de equipamentos eletr nicos sens veis a afundamentos de tens o Esses afundamentos na maioria das vezes s o causados por falhas remotas 25 que n o chegam a interromper o fornecimento de energia mas podem ser t o danosos industria quanto as interrup es e ocorrem com maior fr
72. bui o de energia el trica 2005 9 GIGUER S Prote o de Sistemas de Distribui o Porto Alegre Sagra 1988 344p 10 RAUSAND M OIEN K The basic concepts of failure analysis Reliability Engineering and System Safety n 53 p 73 83 1996 11 HOROWITZ S H PHADKE A G Power System Relaying Baldock Hertfordshire England Research Studies Press LTD 1995 319p 12 DELMAR LTDA Cat logo t cnico elos fus veis de distribui o modelo H K T EF e OLHAL Dispon vel em lt http www delmar com br pdf elos pdf gt 13 Fagundes L Mapeamento de falhas em concession ria do setor el trico padroniza o diagrama o e parametriza o 2004 149 14 JOSLYN HIGH VOLTAGE Sectionalizers Dispon vel em lt http www joslynhivoltage com PDFFiles DB750 202sectionalizer PDF gt 15 Resolu o n 24 da ANEEL 27 de janeiro de 2000 16 Chueiri I J Localiza o de Faltas em Redes A reas de Distribui o de Energia El trica LAC UFPR COPEL Comunica o T cnica 04 96 Curitiba PR jan 1996 15 pp 17 COPEL COMPANHIA PARANAENSE DE ENERGIA Manuais de Instru es T cnicas Curitiba 2004 18 Bollen M H J Understanding power quality problems voltages sags and interruptions Piscataway IEEE Press 543 pp 2000 19 MASON C RUSSELL The Art and Science of Protective Relaying John Wiley and Sons Inc New York 195
73. cargas monof sicas s o menos utilizadas nos sistemas de distribui o no Brasil a sua maior aplica o encontra se em estabelecimentos residenciais principalmente na rea rural As redes de distribui o de energia nas reas rurais geralmente apresentam grande extens o por m possuem uma pequena densidade de carga por isso em muitos casos vizando uma economia de recursos muitas linhas rurais s o monof sicas A Figura 45 mostra a representa o de tal carga no software ATP 125 Figura 45 Modelo de Carga com Liga o Monof sica 6 2 1 3 Cargas entre fases As cargas com liga o entre fases assim com as cargas monof sicas apresentam menor aplica o nos sistemas el tricos e s o respons veis por uma pequena parcela do consumo de energia el trica A Figura 46 a seguir exemplifica a representa o de uma carga com liga o entre fases no software ATP Figura 46 Modelo de Carga com Liga o entre Fases 6 2 2 Rede sim trica e n o sim trica Um efeito que tem grande relev ncia no funcionamento das redes de distribui o de energia o acoplamento eletromagn tico entre as fases da rede Devido a distribui o espacial dos condutores das fases ser paralela o circuito da fase do meio submentido a um maior acoplamento eletromagn tico Tal fato 126 acarreta em diferentes valores de imped ncias para cada fase o que gera um desequil brio natural no sistema Esse des
74. circuito menor o tempo de fus o do elo fus vel Existem diversos tipos de bases para as chaves fus veis dependendo de sua aplica o Para os sistemas de distribui o de energia el trica os tipos de bases mais utilizadas s o do tipo A e C na qual a sua diferencia o est no tamanho na sua corrente nominal e capacidade de interrup o de corrente de curto circuito Da mesma forma que as chaves fus veis existem diversos tipos de elos fus veis que variam de acordo com as suas aplica es Para os sistemas de distribui o de energia os mais utilizados s o os elos do TIPO K Os elos TIPO K t m caracter sticas r pidas de atua o e admitem sobrecargas de 1 5 vezes os seus valores nominais sem causar excesso de temperatura ou perda de sua caracter stica tempo x corrente Corrente admiss vel Por outro lado a fus o dos elos TIPO K se d com duas vezes o seu valor nominal Os elos fus veis n o possuem um tempo de atua o exato pois como a sua atua o depende da temperatura de fus o do elemento fus vel esta influenciada pela temperatura ambiente corrente de carga dentre outros Desta forma o fabricante determina uma faixa de opera o aceit vel entre duas curvas Para um mesmo elo fus vel existe a curva de tempo m nimo de fus o T m n F e a curva de tempo m ximo de fus o T m x F Em resumo um elo fus vel nunca deve fundir antes do T m n F e nem ultrapassar o T m
75. cluir que uma falha transit ria pode ser definida como Falha transit ria uma falha onde as condi es de opera o normal do sistema podem ser restitu das ou seja o defeito em algum componente do sistema que originou a falha pode ser eliminado Nestes casos tem se como exemplos um galho batendo no cabo da rede ou o choque de dois cabos importante ressaltar que a possibilidade de haver uma revers o da falha n o implica que haja uma restitui o das condi es operativas do 44 sistema pois em muitos casos uma falha transit ria pode evoluir para uma falha permanente onde h necessidade de desligamento do sistema pelos dispositivos de prote o 3 3 3 Falha permanente Uma falta permanente aquela onde o defeito permanece sem a possibilidade do sistema restituir a condi o de opera o normal O sistema afetado por ela deve ser desligado ou seja deve se desconectar o ramal ou equipamento do restante do sistema para evitar danos maiores devido perman ncia do defeito Neste caso ocorre um defeito que o religador na subesta o detecta o curto circuito franco e impede que o circuito seja religado Quando acontece esse tipo de falha grupos de manuten o s o acionados e se deslocam at o local o mais r pido poss vel para realizarem a manuten o do sistema e a remo o da falha fazendo com que o sistema esteja apto novamente para opera o normal evitando assim que consumidores deixem de sere
76. da an lise das falhas no per odo de 2004 a 2005 associadas s causas prim rias secund rias e totais para diversos ramais da concession ria de distribui o de energia 47 Tabela 5 An lise de Falhas em Concession ria de Energia El trica Circuito CAUSAS PRIM RIAS CAUSAS SECUND RIAS CAUSAS TOTAIS COT 106 4 00 FALHAS 34 00 FALHAS 38 00 FALHAS PAR 106 1 00 FALHA 29 00 FALHAS 30 00 FALHAS AUT 114 NENHUMA FALHA 3 00 FALHAS 3 00 FALHAS VGR 2302 2 00 FALHAS 13 00FALHAS 15 00FALHAS BSI 110 NENHUMA FALHA 10 00 FALHA 10 00 FALHAS PSD 106 4 00 FALHAS 21 00 FALHAS 25 00 FALHAS MAT 104 NENHUMA FALHA 3 00 FALHAS 3 00 FALHAS CAT 107 1 00 FALHA 5 00 FALHA 6 00 FALHA GNA 111 3 00 FALHAS 13 00 FALHAS 16 00 FALHAS COT 111 2 00 FALHAS 7 00 FALHAS 9 00 FALHAS JOR 102 9 00 FALHAS 38 00 FALHAS 47 00 FALHAS NAC 102 1 00 FALHA 12 00 FALHAS 13 00 FALHAS CUP 105 NENHUMA FALHA 11 00 FALHAS 11 00 FALHAS VGR 2301 34 00 FALHAS 152 00 FALHAS 186 00 FALHAS IVI 102 10 00 FALHAS 23 00 FALHAS 33 00 FALHAS JUQ 106 17 00 FALHAS 98 00 FALHAS 115 00 FALHAS PAR 104 10 00 FALHAS 24 00 FALHAS 34 00 FALHAS PAR 105 1 00 FALHAS 4 00 FALHAS 5 00 FALHAS Os valores da Tabela 5 foram retirados de 20 3 5 Estat sticas das Falhas Para se ter um conhecimento mais profundo a respeito das falhas e sua implica o no sistema de distribui o empregam se com frequ ncia t cnicas e ferramentas estat sticas para auxiliar nos estudos das falhas A necessidade cada ve
77. da fun o Neste cap tulo dada maior nfase nos sistemas de distribui o prim rios principalmente em redes a reas 15 2 2 1 Sistema de subtransmiss o Este elo tem a fun o de captar a energia das subesta es de subtransmiss o e transferi las s subesta es de distribui o e aos consumidores em tens o de subtransmiss o atrav s de linhas trif sicas operando em tens es usualmente de 138 KV ou 69 kV ou mais raramente em 34 5 kV com capacidade de transporte de algumas dezenas de MW por circuito usualmente de 20 a 150 MW Os consumidores em tens o de subtransmiss o s o representados usualmente por grandes instala es industriais esta es de tratamento e bombeamento de gua entre outros O sistema de subtransmiss o pode operar em configura o radial com possibilidade de transfer ncia de blocos de carga quando de conting ncias Com cuidados especiais no que se refere prote o pode tamb m operar em malha 2 2 2 Subesta o de distribui o As subesta es de distribui o que s o supridas pelas redes de subtransmiss o s o respons veis pela transforma o da tens o de subtransmiss o para a de distribui o prim ria H in meros arranjos de subesta es poss veis variando com a pot ncia instalada Assim em subesta es que suprem regi es de baixa densidade de carga com transformador da subesta o com pot ncia nominal da ordem de 10 MVA bastante frequente
78. dade em considera o Entretanto a inclus o de resist ncias ou reat ncias entre o neutro e a terra torna poss vel diminuir a corrente de curto circuito fase terra sem alterar a condi o de efetivamente aterrado do sistema desde que este continue preenchendo as condi es estabelecidas pela defini o 31 76 A prote o t pica contra faltas terra nos sistemas solidamente aterrados consiste de rel s de sobrecorrente direcionais e n o direcionais com conex o residual ou uma soma matem tica equivalente Existem duas implementa es pr ticas diferentes do aterramento s lido nos sistemas de m dia tens o de distribui o uniaterrados e multiaterrados Os sistemas da distribui o s o normalmente uniaterrados na Gr Bretanha e multiaterrados na Am rica do Norte Austr lia e alguns pa ses da Am rica Latina Nos sistemas uniaterrados somente podem existir tr s fios com todas as cargas conectadas entre fases Figura 24 ou podem existir quatro fios com um neutro isolado e todas as cargas conectadas fase neutro Figura 25 Nesta ltima aplica o a corrente de desbalan o de carga retorna atrav s do neutro enquanto a corrente de falta terra retorna atrav s da terra para o neutro da subesta o Figura 24 Sistema Uniaterrado a Tr s Fios 1 Falta Terra G B Condutor do neutro isolado Figura 25 Sistema Uniaterrado a Quatro Fios Nos sist
79. de cadastro das concession rias do estado do Rio Grande do Sul n o registram as ocorr ncias as quais foram restabelecidos de forma autom tica pelas prote es com religamento desta forma a quantidade de defeitos de origem transit ria muito maior do que o apresentado Alguns autores 13 16 17 afirmam que os defeitos transit rios podem representar at 90 dos defeitos nas redes a reas de distribui o 57 3 6 An lise da Qualidade da Energia Relacionada s Falhas nos Sistemas de Distribui o Devido ao fato da energia ser um recurso b sico ao desenvolvimento a distribui o de energia el trica tornou se um dos servi os de grande import ncia para a popula o Esta enorme import ncia exige muita responsabilidade e monitoramento de todos os tipos de detalhes para que a qualidade do servi o n o seja afetada A qualidade do setor el trico de distribui o esta relacionada ao desempenho das concession rias no fornecimento de energia el trica seus principais par metros s o a conformidade o atendimento ao consumidor e a continuidade Esses par metros s o pontos b sicos para a defini o dos diversos crit rios de localiza o e arranjo das subesta es crit rios de escolha dos materiais e equipamentos de controle e prote o regula o de tens o e configura o da rede de distribui o A conformidade est relacionada com os fen menos associados forma de onda de tens o tais como fl
80. de de que ocorram incidentes tanto maior quanto forem as sobretens es principalmente as transit rias produzidas durante manobras descargas atmosf ricas interrup o de faltas terra ruptura do isolamento entre prim rio e secund rio de transformadores etc Conforme demonstrado o aterramento do neutro auxilia no controle das sobretens es se executado de maneira prop cia Por outro lado a intensidade da falta terra tem a ver com tens es perigosas de contato gradiente de tens o no solo danifica o de equipamentos risco de explos es e inc ndios perturba es em sistemas telef nicos e de comando e principalmente paralisa o do sistema com todas as suas consequ ncias indesej veis 88 Estas quest es aconselham a trabalhar com n veis reduzidos de corrente de falta terra introduzindo uma imped ncia no neutro A imped ncia introduzida no neutro pode ser pequena suficiente para controlar sobretens es transit rias permitindo por exemplo circula o de corrente da ordem de 25 da corrente de defeito trif sica Pode por outro lado pode se aplicar uma imped ncia elevada caso se queira reduzir a corrente de falta terra a valores suficientemente pequenos de forma a manter a instala o em servi o durante a falta terra Infelizmente como visto existe uma incompatibilidade irreconcili vel entre os dois crit rios Reduzindo se as correntes de falta terra aumentam se as sobreten
81. dia no per odo de observa o em cada unidade consumidora do conjunto considerado ocorreu descontinuidade da distribui o de energia el trica e Frequ ncia Equivalente de Interrup o por Unidade Consumidora FEC N mero de interrup es ocorridas em m dia no per odo de observa o em cada unidade consumidora do conjunto considerado e Dura o de Interrup o Individual por Unidade Consumidora DIC Intervalo de tempo que no per odo de observa o em cada unidade consumidora ocorreu descontinuidade da distribui o de energia el trica e Dura o M xima de Interrup o Cont nua por Unidade Consumidora DMIC Tempo m ximo de interrup o cont nua da distribui o de energia el trica para uma unidade consumidora qualquer e Frequ ncia de Interrup o Individual por Unidade Consumidora FIC N mero de interrup es ocorridas no per odo de observa o em cada unidade consumidora Al m dos ndices de continuidade existem tamb m outros como os citados na Resolu o n 505 23 de 26 de novembro de 2001 que t m por finalidade monitorar a conformidade dos n veis de tens o de energia el trica em regime permanente Estes indicadores tamb m se dividem em indicadores individuais DRC e DRP e indicador coletivo ICC explicados cada um a seguir de acordo com a Resolu o n 505 2001 e Dura o Relativa da Transgress o de Tens o Cr tica DRC indicador referente dura o rel
82. distribui o Em caso de atua o os fus veis resultam na s bita interrup o da corrente que circula pelo circuito necessitando serem manualmente substitu dos para que o sistema volte a sua condi o de opera o normal O elo fus vel atua quando uma corrente de valor acima de sua capacidade de condu o circula pelo elemento fus vel que entra em fus o interrompendo o circuito Apresenta um tempo de atua o que varia de acordo com a intensidade da corrente O elemento fus vel o principal componente do elo fus vel formado por um fio composto de liga de estanho prata ou n quel cromo conforme mostrado na Figura 7a Os elos fus veis s o utilizados juntamente com chaves mec nicas que abrem os contatos em casos de rompimento do fus vel facilitando tamb m a sua troca e o religamento do circuito Estas chaves s o chamadas chaves fus veis e um exemplo delas pode ser visto na Figura 7b O elo fus vel alojado dentro de um tubo de fibra isolante o qual revestido internamente por uma fibra especial A queima desta fibra no instante de fus o do elemento fus vel produz gases desionizantes importantes na extin o do arco el trico que surge no momento em que o circuito aberto 25 f ye A g Elemento fusivel hS r um Cartucho Figura 7 Chave e Elo Fus vel 12 Os elos fus veis t m a caracter stica inversa na rela o tempo x corrente isto quanto maior a corrente de curto
83. do sobre os diversos 10 m todos de aterramento e suas aplica es torna se necess rio quando se almeja um aprimoramento desse sistema el trico Neste contexto com uma boa base consolidada para o desenvolvimento desta disserta o torna se poss vel e atraente o desenvolvimento do trabalho detalhado nos pr ximos cap tulos 1 5 Descri o dos Cap tulos Uma explana o a respeito dos sistemas de distribui ao de energia el trica se faz necess rio para melhor compreens o do trabalho como um todo Assim no Cap tulo 2 descrevem se as caracter sticas principais dos sistemas de distribui o de energia el trica bem como as diversas topologias adotadas mundialmente e principalmente no Brasil e suas caracter sticas construtivas Outro assunto relevante descrito neste cap tulo diz respeito prote o adotada nas redes de distribui ao os principais equipamentos e dispositivos empregados seu princ pio de funcionamento aplica o dentre outros detalhes O pr ximo cap tulo o terceiro descreve as falhas que ocorrem nos sistemas de distribui o de energia el trica fazendo uma introdu o geral a respeito da import ncia de se estudar monitorar e principalmente quantificar as falhas que ocorrem no sistema Com a atual regulamenta o do setor el trico a aten o com respeito s falhas vem ganhando cada vez mais aten o Neste contexto a conceitua o e classifica o das falhas recebe um tratamento consid
84. e 35 kV Para opera o sustentada durante v rias horas pode haver restri es na suportabilidade de cabos isolados e equipamentos A isola o da linha em si n o constitui impedimento pois em geral ela sobredimensionada para suportar surtos atmosf ricos e de chaveamentos Os p ra raios de resistor n o linear a xido met lico sem centelhadores necessitam ser substitu dos obrigatoriamente quando da possibilidade de opera o sustentada e quando isto n o for previsto estudado o seu T O V Temporary Overvoltage para opera o de curta dura o De uma forma geral vencida as restri es quanto a isola o pode se empregar a Bobina de Petersen economicamente at o n vel de tens o de 220 kV como por exemplo na Alemanha e paises N rticos o Uma ltima restri o t cnica diz respeito ao dom nio completo da tecnologia O emprego da bobina exige que em qualquer curto fase terra 114 seja mantida a sintonia isto corrente indutiva igual capacitiva Em linhas de comprimento fixo esta condi o n o representa nenhuma dificuldade A bobina projetada com algumas deriva es para ajuste de sintonia somente no momento de posta em marcha J nas linhas cuja topologia pode mudar ocasionalmente linhas de distribui o com v rios ramais e sistemas industriais necess rio que a bobina disponha de m todo de varia o continuo ou ajuste fino associado a uma medi o tamb m continua da corrent
85. e a grande maioria dos pa ses europeus utiliza o m todo de aterramento do neutro atrav s de bobina ressonante No entanto em muitos deles observa se a coexist ncia de ambos os m todos importante ressaltar que a principal justificativa para utiliza o do m todo de aterramento do neutro atrav s de bobina ressonante o melhor desempenho das redes de distribui o frente s falhas transit rias Em um estudo e aplica o em sistemas de 34 5 kV como mostra 6 obteve se uma melhora substancial no desempenho frente a faltas do sistema diminuindo se em 80 o n mero de desligamentos 1 4 Motiva o para Realiza o do Trabalho O desenvolvimento deste trabalho teve como motiva o diversos fatores Primeiramente o fato deste tema Aterramento dos sistemas de distribui o de energia el trica ser um tema desperta grande interesse devido ao fato de ser um assunto de extrema import ncia para o bom funcionamento de qualquer sistema el trico assim a realiza o de um estudo mais aprofundado neste tema poderia acarretar um importante acr scimo de conhecimento o que com certeza axilia o desenvolvimento profissional Outro motivo de grande relev ncia est no fato da experi ncia adquirida nos anos de trabalho no Laborat rio de Alta Tens o da Universidade Federal de Itajub e principalmente pela voca o deste laborat rio para estudos e pesquisa relacionados a temas como este proposto por esta disserta o O Laborat rio
86. e altas magnitudes pois esse efeito semelhante ao que ocorre em chaveamento de capacitores podendo ocorrer uma multiplica o da 12 tens o devido incapacidade do sistema em descarregar sua tens o atrav s das capacit ncias As Figura 20 e Figura 21 mostram esse fen meno T 5 0 capacit ncia do sistema Vs sem re igni o i Le T a Xe q t a Interrup o do arco 1 Tens o atrav s da r ji Tens o da fonte Figura 20 Decaimento da Tens o nas Capacit ncias do Sistema VA 6pU E sul rV uh Pa iii Terra o AA f 12 Cycle VA y a Be cu a A PU A B C Figura 21 Fen meno de Sobretens es Transit rias em Faltas Intermitentes Uma simula o realizada ilustra bem esse fen meno como mostrado na Figura 22 13 V pu 0 0010 0 0 000 Q Figura 22 M ltiplas Reigni es do Arco Um ponto a salientar que na ocorr ncia de uma fase entrar em contato com a terra a corrente para terra no ponto de contato n o expressiva em consequ ncia disso o esquema tradicional de prote o contra defeitos fase terra com atua o baseada em correntes torna se ineficaz Assim faz se necess rio a aplica o de outros m todos de detec o de falta para terra Os rel s de tens o de seq ncia zero 19 ou trif sica podem detectar faltas terra nos sistemas n o aterrados Este m t
87. e capacitiva esta restri o impediu o uso disseminado da bobina na maioria dos paises do mundo 5 8 An lise do Funcionamento dos Sistemas de Distribui o e Equipamentos Associados Como poss vel verificar pelo exposto at agora os sistemas que utilizam o ponto de neutro aterrado atrav s de bobina ressonante apresentam comportamento em condi es de falha terra que permite reduzir as altas correntes de defeito minimizando em muito os desligamentos ocorridos no sistema Por m como citado anteriormente n o se consegue conciliar ou minimizar altas correntes e ao mesmo tempo eliminar ou minimizar as sobretens es no sistema na ocorr ncia de uma falha Portanto deve se realizar uma an lise criteriosa dos efeitos das sobretens es principalmente quando se adota a utiliza o deste m todo para manter o sistema operando mesmo sob condi es de falha Quando a op o de aplica o da Bobina de Petersen concebida apenas para eliminar defeitos transit rios ou seja aterrando se o sistema solidamente ap s alguns segundos o tempo que o sistema fica sujeito a sobretens o muito reduzido diminuindo os efeitos que essa sobretens o pode causar no sistema e seus equipamentos J quando se utiliza a Bobina de Pertersen procurando obter uma opera o cont nua sob falha o sistema el trico fica sujeito sobretens es por um grande per odo de tempo o que pode acarretar em s rios defeitos Como discutido anteriormente
88. e dura o relativamente longa desde fra es de segundos at horas dependendo da filosofia de prote o empregada S o tamb m de natureza fracamente amortecidas ou mesmo n o amortecidas Pelo exposto verifica se que este tipo de sobretens o de fundamental import ncia na determina o da classe de isola o do sistema na especifica o de p ra raios e dispositivos de prote o de surtos e portanto de forma geral na coordena o de isolamento Esta import ncia se faz presente ainda que os valores deste tipo de sobretens o sejam inferiores aos valores alcan ados por outros tipos de sobretens es As sobretens es tempor rias se caracterizam por e Dura o sempre superior a dezenas de milissegundos e Geralmente de valor inferior a 1 5 vezes o valor de pico da tens o nominal 116 e De frequ ncia menor ou no m ximo igual frequ ncia fundamental da rede Podem ser causadas por e Curto circuito em geral de fase para a terra e Manobras como rejei o de carga e Fen menos n o lineares ferro resson ncia e Efeito ferrante eleva o da tens o em determinado ponto do sistema devido corrente capacitiva 5 8 1 2 Estas sobretens es podem ser separadas didaticamente em sobretens es de manobra e de descargas atmosf ricas Podem ocorrer entre fase e terra ou entre fases sendo caracterizadas por uma onda transiente caracterizada por um tempo at o valor de pico tempo de frente
89. e ruptura do cabo mensageiro o Desenvolvimento de diferen a de potencial entre a blindagem e o cabo mensageiro ou do cabo mensageiro e a blindagem para os pares condutores o que pode provocar a danifica o do cabo al m da possibilidade de atingir equipamentos da central atrav s da condu o de corrente de 60 Hz pelos pares mensageiro e blindagem Al m dos inconvenientes j apontados as correntes subsequentes curto fase terra que escoam pelo sistema de aterramento podem tornar essas redes perigosas para as pessoas atrav s do desenvolvimento de tens o de passo toque e transfer ncia De um ponto de vista geral poss vel afirmar que o elevado n vel de curto circuito fase terra vigente no regime de neutro solidamente aterrado provoca v rios inconvenientes mesmo quando ocorre devido falhas normais ou acidentais do isolamento ao inv s de ser provocado por descargas atmosf ricas que os efeitos s o devidos aos elevados valores de corrente fase terra e n o descargas atmosf ricas j que estas simplesmente iniciam um processo ao qual permite que as primeiras circulem Outro aspecto importante diz respeito utiliza o de religadores nas linhas de distribui o Estes dispositivos apresentam um desempenho bem satisfat rio no que diz respeito interrup o da corrente subsequente no entanto o sistema quando da atua o do religador autom tico n o deixa de passar por uma interrup o moment
90. e sistema que s vezes utilizado em plantas industriais onde uma continuidade elevada do servi o muito importante pois pode minimizar interrup es nos caros processos de produ o 69 ae BS Terra 9 a Vag 0 Figura 17 Deslocamento da tens o para uma falha fase terra em um sistema isolado poss vel visualizar as correntes para terra nas condi es de opera o normal e de conting ncia na Figura 18 Pode se observar que a corrente no ponto de defeito soma das correntes lp l sendo que essas correntes sofrem um acr scimo de 3 A e Es lt B S i Q S Opera o Normal l 0 L Vb x 7 e N ef x V Falta a terra na fase a Figura 18 Correntes Capacitivas em Sistema Isolado 70 Duas vantagens principais s o atribu das aos sistemas isolados primeira operacional pois a primeira falta terra em um sistema faz com que flua somente uma corrente pequena terra devido as capacit ncias assim o sistema pode ser operado com a presen a desta falta terra o que melhora sua continuidade O segundo econ mico pois nenhuma despesa requerida com aterramento dos equipamentos ou condutores de aterramento do sistema Entretanto os sistemas isolados s o sujeitos as sobretens es transit rias elevadas destrutivas e consequentemente apresentam sempre perigo ao equipamento e ao pessoal Assim geralmente n
91. edes a fim de garantir a inexist ncia de disrup o nas mesmas tanto para descargas diretas quanto para indiretas As conclus es inevitavelmente foram as de adotar medidas para aumentar a T S l tens o suport vel sob impulso das estruturas No entanto uma observa o importante do ponto de vista dos efeitos das descargas atmosf ricas que n o propriamente o escoamento das correntes impulsivas correntes de surto que estas descargas originam que provocam a maioria dos inconvenientes nas redes de distribui o pois estas correntes apesar de estatisticamente poderem alcan ar valores elevados s o de curt ssima dura o da ordem de alguns microssegundos A maioria dos inconvenientes s o provocados pela corrente subsequente de frequ ncia fundamental 60 Hz que segue o caminho inicial aberto pela sobretens o atmosf rica Esta afirmativa pode ser justificada considerando os seguintes aspectos e Quando as sobretens es devidas a descargas atmosf ricas diretas ou indiretas provocam disrrup es nos isoladores das estruturas fen meno mais comum existe uma corrente subsequente de 60 Hz que se estabelece no circuito impedindo a extin o do arco inicialmente formado Esta corrente caracteriza uma falta terra e respons vel pela abertura dos disjuntores ou religadores da rede atrav s da opera o e atua o dos rel s de terra e A corrente subsequente existe tamb m na opera o dos p ra raios de
92. efeito n o influencia na corrente de falta Outra quest o tamb m levantada foi se a inclus o de uma resist ncia de falta tem influ ncia no valor da amplitude da corrente de falta Percebeu se que a inclus o de uma resist ncia de falta n o influencia no valor final da corrente de falta por m tem grande influ ncia no valor inicial da corrente de falta ou seja essa resist ncia de falta ajuda a diminuir o transit rio inicial da corrente diminuindo em muito a amplitude inicial da corrente A Figura 57 mostra claramente que o valor final da corrente falta praticamente a mesma para os dois casos com resist ncia de falta e sem resist ncia J a Figura 58 mostra que valores diferentes de resist ncia de falta tamb m n o modificam o valor final da corrente de falta 140 20 Sem Resist ncia de Falta F Pet rsen ASC CF LT2 2 pis 15 0 73077 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 file Petersen ASC CF LT2 2 pl4 x var t t 141 D t IAZ O t IA3 O 5 0 2 8 0 6 Values Fie Petsrsen ASC CR LTF pis 6 0 0 38 0 40 0 42 file Petersen ASC CR LTF pl4 x var t t IA1 0 t IA2 0 t IA30 Figura 57 Corrente de Falta Final 141 2 0 20000 Q 1 5 1 0 0 5 0 0 2 0 0 35 0 40 0 45 0 50 file Petersen ASC CR LT1 pl4 x var t t IA1 0 t IA2 0 t IA30 5 0 Fis Peters n ASC CR LTF pi4 048124 0 54207 1 8622 0 63802 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 sl 0 60 file Peter
93. emas de alta e extra alta tens o o custo para fornecer a isola o necess ria torna se proibitivo e estes sistemas s o normalmente do tipo solidamente aterrado ou aterrado atrav s de baixa imped ncia Verifica se 3 ent o que poss vel utilizar uma variedade de m todos de aterramento desde que sejam considerados os aspectos do valor da corrente do curto fase terra as tens es normais e transit rias que surgem durante este defeito as facilidades de detec o do defeito e de seu local de ocorr ncia a possibilidade de obten o de seletividade e outros aspectos inerentes a cada classe de tens o e da natureza do sistema el trico em quest o Desta forma os sistemas de gera o transmiss o e distribui o de concession rias podem requerer e em geral requerem m todos diferentes de aterramento Tamb m para uma mesma classe de sistema distribui o por exemplo a natureza dos aspectos envolvidos altera se de pa s para pa s Estas considera es auxiliam na compreens o do fato de que dois sistemas de mesma classe podem dentro ou fora de um mesmo pa s serem aterrados de formas diferentes com desempenho aceit vel N o existe portanto um nico m todo ideal de aterramento sendo de responsabilidade dos projetistas decidirem a respeito do m todo mais conveniente Para tanto necess rio conhecer de forma adequada as caracter sticas do sistema el trico em estudo bem como as vantagens e desvantagens que cada
94. emas multiaterrados com quatro fios e cargas fase neutro Figura 26 o sistema aterrado na subesta o e em cada localiza o dos transformadores ao longo do circuito Em alguns exemplos cargas monof sicas em deriva o s o conectadas de uma fase para a terra sem a exist ncia do condutor no neutro Nesses sistemas ambas as correntes de desbalan o de carga e de falta terra s o divididas entre o condutor do neutro e a terra A detec o de faltas terra de alta resist ncia nesses sistemas dif cil pois o rel de prote o mede a corrente de falta terra com alta resist ncia combinada com a corrente de desbalan o Falta Terra G s B X Condutor do neutro Figura 26 Sistema Multiaterrado a Quatro Fios 78 Faltas terra nesses sistemas podem produzir correntes de alta magnitude que requerem a abertura de todo o circuito e interrup o da carga para muitos consumidores Aproximadamente 80 das faltas terra que ocorrem nas linhas a reas da distribui o s o transit rias O religamento autom tico com v rias tentativas amplamente usado nesses sistemas O ciclo resultante de interrup o restabelecimento pode representar um problema para os consumidores com cargas rotativas elevadas ou aqueles com cargas que sejam intolerantes aos afundamentos de tens o Assim recomend vel sempre que poss vel estudar a ado o de outro tipo de aterramento sempre levando em con
95. ento atrav s de alta resist ncia limita as sobretens es transit rias 83 em valores seguros durante faltas terra O resistor de aterramento pode ser conectado no neutro de um transformador de pot ncia ou aterramento gerador ou barra de aterramento do gerador ou atrav s de uma conex o em delta aberto broken delta dos transformadores da distribui o 34 le 15 lg le Ik IR sto OPERA O CONDI O DE FALTA NORMAL Figura 31 Correntes num sistema aterrado por resist ncia de alto valor Da mesma forma que nos sistemas com neutro isolado faltas terra nos sistemas aterrados por resist ncias deslocam a tens o do neutro do sistema sem modificar o tri ngulo de tens es entre fases Novamente este m todo de aterramento permite que a concession ria de energia el trica continue operando o sistema durante faltas terra sustentadas Em sistemas aterrados por alta resist ncia a tens o fase terra nas fases s s aproxima se de 3 vezes durante a falta fase terra dependendo do valor da resist ncia necess rio que o sistema seja projetado considerando esta condi o A detec o n o seletiva de faltas terra poss vel efetuando se a medi o da magnitude da tens o de sequ ncia zero e comparando o valor encontrado com o valor limite de sobretens o ou medindo todas as tr s tens es fase terra e comparando cada magnitude de tens o com um valor limite de subtens o
96. equ ncia Assim o impacto total mais expressivo Um consumidor pode estar at nove vezes mais suscet vel a experimentar um afundamento de tens o do que uma interrup o moment nea 25 Logo as concession rias devem se preocupar cada vez mais com a seguridade do sistema Uma vez que os consumidores tornam se cada vez mais exigentes quanto ao fornecimento de energia el trica devido utiliza o de equipamentos vulner veis s interrup es e s suas necessidades de conforto Isto leva as concession rias a se preocupar com a presta o de um servi o de boa qualidade procurando sempre dar continuidade ao fornecimento Para cumprir este objetivo conveniente que n o s passem a avaliar o desempenho do sistema como tamb m a atuar no sentido de aprimorar os crit rios de planejamento projeto constru o e manuten o das redes de distribui o como tamb m se preocupar com a melhoria da qualidade dos materiais e equipamentos utilizados 61 Cap tulo 4 ATERRAMENTO DE REDES 4 1 Conceitua o O termo aterramento se refere a terra propriamente dita ou a uma grande massa que se utiliza em seu lugar Quando se fala que algo est aterrado quer se dizer que pelo menos um de seus elementos est ligado a terra O aterramento do sistema de distribui o muito importante particularmente porque a maioria das grandes falhas envolve a terra Assim o aterramento tem um efeito significativo na prote o de t
97. equil brio se reflete nas correntes do sistema e provoca a circula o de uma pequena corrente residual pelo ponto de neutro retornando pela terra Um m todo de mitiga o desse problema seria a transposi o dos condutores em certos intervalos de trechos Esse tipo de solu o bastante empregado em sistemas el tricos de transmiss o de energia el trica Por m na grande maioria das redes de distribui o de energia el trica utilizadas no Brasil n o h a transposi o dos cabos condutores acarretando o desequil brio das correntes do sistema Desta maneira necess rio representar esse fen meno nas simula es Uma quest o importante avaliar o efeito desse desequil brio no sistema e tamb m quais seriam os preju zos ocorridos em uma simula o que n o considerasse esse fen meno Assim simulou se a rede de distribui o considerando as duas abordagens uma com a rede de distribui o sim trica e outra considerando a assimetria causada pelo fen meno de indu o eletromagn tica interessante ressaltar que o software ATP apresenta essa possibilidade de simula o basta apenas selecionar o campo transposi o na entrada de dados do modelo da rede 6 2 2 1 Sistema perfeitamente equilibrado Para que haja uma sintonia ou resson ncia no momento de falta necess rio que a corrente fornecida pela Bobina de Petersen tenha amplitude igual a da corrente de defeito capacitiva do sistema Dessa forma baseado nas
98. er vel a fim situar o leitor sobre a legisla o atual e suas principais implica es para as concession rias de distribui o de energia No desenvolvimento deste trabalho aborda se tamb m as causas das falhas que ocorrem no sistema dando maior nfase as que possuem maior frequ ncia A fim de exemplificar e fixar a import ncia da an lise das falhas um estudo estat stico descreve as principais ocorr ncias e como essas s o tratadas pelas concession rias de distribui o de energia O cap tulo quarto tem uma fun o de relevante import ncia que situar o leitor sobre os diversos m todos de aterramento existentes e os mais utilizados mundialmente descrevendo as principais caracter sticas seu desempenho com rela o s sobretens es e as correntes de curto circuito especialmente correntes de defeito para terra as vantagens e desvantagens de aplica o de cada m todo 11 Neste cap tulo poss vel observar a grande import ncia que a escolha do m todo de aterramento tem para o desempenho do sistema mais notoriamente no caso de falhas que envolvam a terra que s o a grande maioria e tamb m a dificuldade que se encontra na hora da escolha do m todo de aterramento do ponto neutro do sistema Defini se tamb m neste cap tulo alguns crit rios de relevante import ncia que devem ser considerados na hora da escolha do m todo de aterramento a ser utilizado O cap tulo quinto introduz o conceito de Aterrame
99. esta n o uma tarefa f cil de realizar O fator de grande relev ncia para determina o da capacit ncia dos sistemas el tricos de distribui o de energia diz respeito s manobras e chaveamento de trecho das redes Em alguns circuitos que alimentam cargas cr ticas existe a possibilidade de fornecimento de energia atrav s de dois ou mais caminhos Assim quando um circuito desligado por defeito ou retirado para manuten o a concession ria de energia manobra os circuitos de forma que a energia el trica possa ser fornecida por outro circuito que anteriormente poderia estar energizado ou at desenergizado Assim para a determina o dos par metros para o c lculo da capacit ncia do circuito deve se sempre tomar o cuidado de analizar as disposi es das redes e as suas conex es Desta forma para uma aplica o real onde se necessita de valores mais exatos da capacit ncia do sistema recomenda se a medi o em campo por m em 134 muitos casos um c lculo pr vio baseado em alguns par metros da rede pode atender devidamente as necessidades O Software ATP possui uma rotina de c lculo de capacit ncia baseada em algumas caracter sticas f sicas da rede Deste modo de vital import ncia que a rede seja modelada buscando se representar fielmente seu aspecto f sico ou os modelos e normas de constru o de redes a reas de distribui o de energia que se procura estudar Deste modo diversos dados baseados em
100. estat sticos da Copel 17 3 3 1 Falha moment nea aquela que ocorre num curto espa o de tempo em geral um d cimo de um semi ciclo da frequ ncia da rede aonde o religador de uma subesta o n o chega a ser acionado 13 Neste caso nem sempre feito uma manuten o corretiva por n o haverem dados que confirmem o evento a n o ser por relatos de consumidores ou por n o haver necessidade da mesma Este tipo de falha a causadora do maior n mero de defeitos em equipamentos comerciais industriais e dom sticos pois resulta nos chamados impulsos na rede que chegam a valores em torno de 800 V na baixa tens o e s o conhecidos como spikes 18 3 3 2 Falha transit ria Uma falha transit ria por sua vez tamb m ocorre em um curto intervalo de tempo por m com um maior per odo de dura o Neste caso o religador na subesta o controla para que n o haja maiores efeitos sobre a linha de distribui o Segundo o Comit de Distribui o Eletrobr s 1982 1 uma falha transit ria aquela que causa uma interrup o com tempo m ximo de dura o de 3 minutos J de acordo com a resolu o N 024 15 da Agencia Nacional de Energia El trica ANEEL este tipo de falha com mesmo tempo de dura o m xima definida como interrup o de curta dura o que n o computada para os c lculos dos ndices de continuidade Por m o senso pr tico e a experi ncia obtida com estudos 20 permite con
101. etens es Dentro desse dilema muitos projetistas buscam o meio termo introduzindo resistores ou reatores no neutro No entanto a escolha da forma de aterrar o neutro deve atender tamb m caracter sticas particulares do sistema a ser aterrado Dentro desta tica os sistemas de distribui o a reos s o candidatos a uma an lise mais detalhada e criteriosa 4 2 Tipos de Aterramento para Sistemas de M dia Tens o da Distribui o Quanto ao aterramento do neutro as normas brasileiras 33 e internacionais 30 classificam os sistemas el tricos de uma forma geral como de dois tipos neutro solidamente aterrado TT e neutro isolado IT O neutro considerado isolado 65 quando existe uma imped ncia Zn intencionalmente instalada entre o mesmo e a terra ou quando n o se realiza nenhuma conex o dele para a terra Neste ltimo caso o neutro chamado de flutuante ou simplesmente n o aterrado sendo um caso particular de se considerar a instala o de uma imped ncia infinita do neutro para terra A maioria dos sistemas emprega algum m todo para aterrar o neutro do sistema em um ou mais ponto Estes m todos podem ser divididos em duas categorias gerais Aterramento s lido e aterramento atravez de imped ncia que pode ser dividido em diversas subcategorias Aterramento por resist ncia por reat ncia e por um sistema ressonante ground fault neutralizer Exemplos destes m todos de aterramento s o mostrad
102. etens es normais e transit rias e o valor das correntes que surgem durante uma falta terra s o profundamente influenciados pelo m todo de aterramento do neutro Em termos gerais se o sistema diretamente aterrado ou aterrado atrav s de baixa imped ncia a corrente de falta terra alta Consequentemente a destrui o e os inconvenientes causados no local da falta s o consider veis Por outro lado as tens es desenvolvidas nas fases s s fases sem defeito para a terra s o reduzidas e completamente suport veis Se o sistema possui o neutro isolado ou aterrado atrav s de imped ncia de alto valor a corrente de falta terra reduzida mas as tens es das fases s s para terra podem atingir valores perigosos ou mesmo insuport veis Isto pode resultar em evolu o do curto para as outras fases se n o forem tomadas precau es especiais Os sistemas com neutro isolado ou com neutro aterrado por meio de imped ncia de alto valor resist ncia ou reat ncia n o sintonizada s o utilizados geralmente nas classes de baixa tens o e m dia tens o tens es at 34 5 kV Nestas tens es o custo da isola o dos componentes do sistema n o t o cr tico de forma que o mesmo pode ser isolado de forma a suportar razoavelmente as sobretens es originadas durante curtos de fase para terra Esta a filosofia da maioria dos pa ses do norte da Europa e de alguns outros fora da Europa como o Jap o 4 Por outro lado para sist
103. ficuldade de detec o do local do defeito fase terra que muitas vezes exige o desligamento sequencial de alimentadores No estagio atual de desenvolvimento os sistemas de distribui o com neutro isolado s o recomendados apenas para redes curtas predominantemente a reas Onde existem cabos isolados com comprimento significativo a corrente capacitiva resultante durante o defeito fase terra pode assumir valores relevantes Nos sistemas de distribui o com neutro aterrado com resist ncia de baixo valor a corrente durante uma falta terra deve ser suficiente para permitir a detec o segura e r pida mantendo entretanto as sobretens es dentro de limites admiss veis Quando a corrente capacitiva pequena sistemas a reos n o muito longos a corrente de falta definida praticamente pela rela o Urn Rn Quando a rede formada essencialmente por cabos subterr neos de comprimento significativo a corrente elevada e a amplitude da corrente de defeito deve ser superior da corrente capacitiva e permitir a prote o seletiva que realizada por rel s de sobrecorrente de terra normais do tipo tempo definido ou normalmente inverso 92 Nos sistemas de aterramento por meio de reator sintonizado este escolhido de tal forma que durante a falta terra circule uma corrente de m dulo igual a corrente capacitiva Neste caso com In puramente indutiva a corrente total de falta igual a zero Em geral resta uma peque
104. fornecimento de energia Os efeitos da perda no fornecimento variam com o grupo dos clientes Em estudos realizados 16 h uma indica o em escala dos valores que os clientes estariam sujeitos na perda do fornecimento de energia el trica como poss ve observar no Gr fico 11 80 T 60 a o 0 a a 73 40 g e D 3 oO 20 o o 2 4 6 8 Interrup o horas Comercial Setor p blico Residencial ndustrial Agricultura Gr fico 11 Custo de interrup o por classe de clientes 24 A ANEEL Ag ncia Nacional de Energia El trica tem como finalidade regular a presta o dos servi os de energia el trica no Brasil expedindo os atos necess rios ao cumprimento das normas estabelecidas pela legisla o em vigor estimulando a melhoria dos servi os zelando pela sua boa qualidade e observando os princ pios de prote o e defesa do consumidor Para monitorar a qualidade da distribui o de energia el trica vinculada ao princ pio da continuidade foram estabelecidos os indicadores citados na resolu o n 24 de 27 de janeiro de 2000 da ANEEL Os indicadores de continuidade est o divididos em indicadores de 59 continuidade de conjunto DEC e FEC e indicadores de continuidade individuais DIC FIC DMIC que est o explicados seguir segundo a Resolu o n 24 2000 e Dura o Equivalente de Interrup o por Unidade Consumidora DEC Intervalo de tempo que em m
105. gni o e sem o desligamento do sistema Este assunto melhor abordado e discutido no pr ximo cap tulo deste trabalho Bobina Falta Terra Petersen Figura 35 Sistema Compensado ou Neutro Ressonante 87 4 3 Crit rios de Escolha do Regime do Neutro em Sistemas El tricos Todas as considera es anteriormente abordadas permitem concluir que no estagio atual de tecnologia n o existe um tipo nico de aterramento do neutro que satisfa a perfeitamente todas as exig ncias e requisitos para instala o e opera o dos sistemas el tricos de uma forma geral Definir como um dado sistema deve ser aterrado uma arte na qual o projetista escolhe entre diversas possibilidades e seleciona aquela que representa o melhor compromisso levando em conta a legisla o vigente particularidades do sistema el trico tais como a presen a de linhas a reas m quinas rotativas de m dia tens o cabos isolados de alto custo etc Tamb m fatores como risco de inc ndio seguran a pessoal exig ncias de continuidade de servi o exist ncia de pessoal de manuten o qualificada podem ser fundamentais tornando a escolha uma decis o complexa Ficou claro que o esquema de aterramento atua sobre dois aspectos essenciais na opera o dos sistemas el tricos ou seja na severidade das sobretens es e na intensidade das correntes de falta terra Uma vez definida uma classe de isolamento a probabilida
106. h control circuits armed apas NOTE variations negative Curves SR amp SR Average response time for one operation with control circults amed see NOTE variations 10 or 01 secon hever is greater Tests papisa at 25C NOTE Control circuite are armad by electrical operation of thie s closing solenoid Five ampe minimum load current in Phase B or C maintains the circuit charge When the system energized by other means such as closing a backup arming time must be added to these curvos See o Pago a When 5 or 10 amp mi trip resistora ara boing used and fault current Is below four times he minimu m rio 1 levei actual response he tolerance range indica TIME sec TIME cycles 80 hz basis TCC 632R CURRENT percent ot minimum trip August 1987 e New issue 1 bo Figura 10 Curvas de Opera o 14 Como os ajustes de prote o dos religadores s o divididos em duas categorias fase e neutro os crit rios de ajustes s o diferenciados Devido s configura es construtivas do religador as prote es de fase s o sensibilizadas por qualquer tipo de defeito na qual a corrente de falta seja superior a sua corrente de ajuste defeitos trif sicos bif sicos fase terra e bif sicos terra J a prote o de neutro somente sensibilizada pela corrente de falta com retorno por terra na qual a corrente de falta seja
107. ico 1 Propor o dos V rios N veis de Tens o Utilizados para Distribui o em Muitos Pa ses 7 O Gr fico 2 ilustra a utiliza o de redes a reas e subterr neas em diversos paises Pode se observar que paises com pequena extens o de rea geogr fica como Holanda e Dinamarca por exemplo onde a concentra o das cargas maior h maior utiliza o de redes subterr neas por m em paises com grande extens o de rea geogr fica como Estados Unidos e Canad a utiliza o dessas redes muito pequena devido necessidade de grande investimento econ mico 17 0 25 50 75 100 Alemanha Canada Estados Unidos Dinamarca Inglaterra Holanda Subterr nea A reas Gr fico 2 Propor o das Redes A reas e Subterr neas em reas Urbanas em V rios Pa ses 7 As redes a reas que podem apresentar diversas caracter sticas construtivas s o normalmente constitu das de cabos a reos nus n o isolados na maioria dos casos instalados em postes junto s ruas e avenidas Em fun o deste tipo de constru o o n mero de acidentes e defeitos que resultam em curto circuito ou at mesmo na queda de condutores maior do que em sistemas de transmiss o 9 Ainda a grande extens o dos sistemas de distribui o de energia tamb m influencia no elevado n mero de ocorr ncias que podem levar a interrup o no fornecimento de energia el trica A utiliza o de cabos protegidos com redes compac
108. ico 13 Valor timo da Corrente para Resson ncia 128 0 001 0 0001 UyUsr 1E 005 1E 006 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 Reator Neutro 0 Gr fico 13 Valor nmico timo para Resson ncia 6 2 2 2 Corrente de desbalan o permanente Na simula o da rede de distribui o de energia el trica onde foi considerado o efeito da indu o eletromagn tica sem a transposi o dos condutores observando se que existe a presen a uma corrente de desbalanco permanente no sistema Essa corrente de desbalanco j era esperada como foi citado item anterior A quest o que realmente interessa o efeito que essa corrente de desbalan o pode provocar no sistema Como dito anteriormente essa corrente de desbalan o apresenta uma amplitude muito pequena quando comparada a corrente de carga do sistema ficando por volta de algumas dezenas ou centenas de mili amperes Para avaliar o efeito dessa corrente n o basta olhar apenas sua amplitude mas sim qual o caminho que ela percorre bem como qual o valor da imped ncia desse caminho A Figura 47 mostra valores obtidos da rede simulada comprovando que essa corrente de desbalan o possui uma pequena amplitude 129 0 700 6 A 0 525 0 350 0 175 0 000 0 175 0 350 0 525 0 700 0 00 0 04 0 08 0 12 0 16 sl 0 20 file PetersenAS ASC pl4 x var t c RCC 0 UTN 230 e v O r 0 08285 0 68785 Mark Copy Print Figura 47 Corrente de Desbalan o
109. idro ou porcelana fixados 120 em estruturas cruzetas de madeira Apresentam tamb m grande ramifica o para atenderem as cargas em grande espa o geogr fico No Brasil existem na rea rural alguns ramais monof sicos que apesar de cobrirem uma grande extens o possuem uma carga muito pequena Existem diversos tipos de cargas ligadas a essa rede de distribui o cargas trif sicas monof sicas e cargas ligadas entre fases Para simular tal rede conveniente representar todas essas cargas do sistema Um ponto a destacar em qualquer simula o que se queira realizar definir bem que tipo de estudo de pretende fazer e quais resultados s o esperados Em muitos casos n o necess rio representar todos os elementos existentes em uma rede de distribui o mas sim aqueles principais de grande relev ncia para o resultado das simula es Na simula o realizada foi dada maior aten o ao comportamento do sistema em rela o s sobretens es e as correntes de defeito para uma falha fase terra A Figura 42 mostra de maneira simplificada o desenho da rede simulada Procurou se representar uma rede ramificada alimentando diferentes tipos de cargas Maiores detalhes s o fornecidos mais adiante Figura 42 Desenho Simplicado da Rede de Distribui o para Simula o 121 6 2 Simula o de uma Rede de Distribui o de Energia A rede simulada foi montada no software ATP Draw sendo que a Figura 43
110. iedade moderna assim a distribui o de energia el trica pode ser considerada um dos servi os de maior import ncia para a popula o Sistemas de distribui o de energia el trica o nome dado ao conjunto de equipamentos respons veis pelo fornecimento de energia el trica aos consumidores ligados em um n vel de tens o que pode chegar a algumas dezenas de quilovolts 1 A necessidade de que a energia el trica seja fornecida a todos os consumidores 13 de uma forma cont nua e com qualidade faz com que os sistemas de distribui o de energia el trica apresentem uma topologia bastante complexa O fornecimento de energia el trica aos consumidores feito atrav s de linhas de distribui o tamb m chamadas de alimentadores Geralmente estas s o linhas trif sicas radiais com tens es entre 10 kV a 40 kV Ramifica es no alimentador podem ser necess rias para que consumidores mais afastados do seu trajeto possam ser beneficiados Em uma rea urbana por exemplo um alimentador pode possuir v rias ramifica es e sub ramifica es as quais podem ser tanto trif sicas quanto monof sicas Em diversos pontos dos sistemas de distribui o de energia est o localizados transformadores de distribui o os quais fazem a redu o do n vel de tens o para os consumidores de baixa tens o usualmente 127 V ou 220 V Um Sistema de Distribui o como mostrado de maneira esquem tica na Figura 4 o ltimo elo no complexo
111. iginados no fen meno de arcos intermitentes como mencionado anteriormente Outra simula o mostra o efeito da aplica o de um resistor entre o ponto de neutro e a terra com imped ncia igual a imped ncia capacitiva do sistema Podemos observar pela Figura 29 que tens o n o fica acumulada na capacit ncia do sistema 81 V pu 5 20 odo 0010 ado ado ade o0 Figura 29 Efeito do Resistor Conectado ao Neutro em uma Falta Intermitente 4 2 3 1 Aterramento por resist ncia de baixo valor Neste tipo de aterramento o sistema aterrado atrav s de um resistor de baixa imped ncia com o objetivo de limitar a corrente de falta terra Ao limitar as magnitudes das correntes de faltas terra em dezenas ou centenas de amperes as solicita es t rmicas nos equipamentos s o reduzidas permitindo que cub culos de menor custo possam ser adquiridos e ao mesmo tempo evita se altas sobretens es que podem danificar a isola o do sistema Este m todo sob v rios outros aspectos equivalente ao aterramento s lido incluindo os m todos de prote o contra faltas terra Na Fran a muitos dos sistemas de distribui o s o aterrados atrav s de baixa resist ncia Nas redes de distribui o rurais a corrente de falta terra limitada em 150 300 Amperes prim rios e nas redes urbanas que t m correntes capacitivas maiores o resistor selecionado para limitar a corrente de falta terra em um val
112. io Seletivo Neste sistema que se aplicam as redes a reas e subterr neas a linha constru da em circuito duplo Os os consumidores s o ligados a ambos circuitos atrav s de chaves de transfer ncia isto chaves que na condi o de opera o normal conectam o consumidor a um dos circuitos e em emerg ncia transferem no para o outro Estas chaves usualmente s o de transfer ncia autom tica contando com rel s que detectam a exist ncia de tens o nula em seus terminais verificam a inexist ncia de defeito na rede do consumidor e comandam o motor de opera o da chave transferindo automaticamente o consumidor para outro circuito Na Figura 6 apresenta se diagrama unifilar de prim rio seletivo 21 a DIAGRAMA b CHAVE DE UNIFILAR TRANSFERENCIA Ch T REDE D G e o NF E SE ChT Ch T gt ChT CONSUMIDOR a NA D hd hd hd REDE Figura 6 Prim rio Seletivo Neste caso cada circuito deve ter capacidade para absorver toda a carga do outro logo o carregamento admiss vel em condi es normais de opera o deve ser limitado a 50 do limite t rmico 2 2 4 Esta es transformadoras As esta es transformadoras s o constitu das por transformadores que reduzem a tens o prim ria ou m dia tens o para a de distribui o secund ria ou baixa tens o Contam usualmente com p ra raios para prote
113. ionalmente maior que nos casos em que s o utilizados cabos a reos nus 37 Este fato constitui um perigo adicional de vez que quando um condutor coberto se rompe seu contato com o solo pobre dificultando a opera o da prote o e aumentando se os riscos de acidentes envolvendo pessoas As pesquisas efetuadas indicam que as causas est o ligadas as sobretens es de origem atmosf rica que perfuram a capa do cabo em um ponto localizado do condutor Ap s o escoamento da energia do surto de tens o a corrente subsequente de 60 Hz funde o condutor provocando o seu rompimento Embora em menor n mero o rompimento de condutores nus pode estar associado tamb m corrente subsequente de frequ ncia fundamental A redu o da possibilidade de rompimento esta ligada possibilidade do arco de 60 Hz se deslocar ao longo da linha no sentido fonte carga quando os condutores s o nus e Quanto s interfer ncias no sistema de telefonia a refer ncia 37 analisa de forma clara que os principais inconvenientes causados pelas descargas atmosf ricas est o associados tamb m corrente subsequente de 60 Hz que podem provocar o Interfer ncias eletromagn ticas durante a circula o de corrente fase terra 97 o Circula o de corrente fase terra pelo cabo mensageiro com sua consequente eleva o de temperatura e a possibilidade de danificar a capa do cabo telef nico o Em casos extremos existe a possibilidade de fus o
114. iormente devem ser adotar alguns outros crit rios para que a coordena o fus vel x fus vel atenda a todos os requisitos suficientes para uma opera o m nima satisfat ria Desta forma o fus vel de retaguarda a montante deve coordenar com o fus vel protetor em estudo para o valor de m xima corrente de curto circuito no ponto de instala o do fus vel protetor Devido ao curto circuito fase terra ser o mais frequente o elo protegido retaguarda normalmente coordenado com o elo protetor pelo menos para o valor da corrente de curto circuito fase terra no ponto de instala o do elo protetor 2 3 2 2 Religadores Os religadores autom ticos s o amplamente utilizados pelas concession rias de distribui o de energia Seu uso aumentou em fun o das desvantagens geradas pela atua o dos elos fus veis em alguns casos pois estes n o s o capazes de diferenciar uma falta permanente de uma transit ria sendo que estas ltimas representam de 60 a 90 dos casos de falta ocorridos 13 A atua o dos elos fus veis em casos de faltas transit rias gera elevados custos de opera o e principalmente um maior per odo da interrup o sendo os ndices de qualidade relacionados avaliados pelas ag ncias reguladoras podendo resultar em multas para a empresa O religador um dispositivo que pode ser trif sico ou monof sico e constitu do de chaves controladas e submersas em leo ou a v cuo Estas s o ligadas em s rie
115. is difundido pelo seu menor custo e as segundas encontrando grande aplica o em a reas de maior densidade de carga por exemplo zona central de uma metr pole ou onde h restri es paisag sticas As redes a reas apresentam as configura es Prim rio radial com socorro Prim rio seletivo E as redes subterr neas podem ser de dois tipos Prim rio seletivo Prim rio operando em malha aberta 2 2 3 2 Redes A reas Prim rio Radial As redes a reas s o constru das utilizando se postes de concreto em zonas urbanas ou de madeira tratada em zonas rurais que suportam em seu topo a cruzeta usualmente em madeira com cerca de dois metros de comprimento cabos com alma de a o CAA ou sem alma de a o CA nus ou protegidos Em algumas situa es particulares utilizam se condutores de cobre Os cabos protegidos contam com capa externa de material isolante que se destina prote o contra contatos ocasionais de objetos por exemplo galhos de arvores sem que se destine a isolar os condutores A evolu o tecnol gica dos materiais isolantes permitiu a substitui o da cruzeta por estrutura isolante sistema Spacer Cable que permite a sustenta o dos cabos protegidos Este tipo de constru o apresenta custo por quilometro maior que o anterior Apresenta como vantagens a redu o sens vel da taxa de falhas e pela redu o do espa amento entre os condutores a viabiliza o da passagem da linha
116. istor es harm nicas varia es moment neas de tens o entre outros A continuidade do fornecimento corresponde disponibilidade da energia el trica ao consumidor e caracterizada por dois par metros a dura o e a frequ ncia das interrup es Vale ressaltar que o termo interrup o definido como a descontinuidade do neutro ou da tens o dispon vel em qualquer uma das fases de um circuito el trico que atende a unidade consumidora 15 O ideal que n o haja interrup o ou se houver que seja a m nima poss vel e informada ao consumidor em tempo h bil a fim de prevenir maiores preju zos decorrentes da sua falta Dentre os aspectos de qualidade do servi o prestado destaca se a continuidade do fornecimento de energia pois ela afeta diretamente os processos produtivos e acarreta a insatisfa o dos consumidores de todas as classes Al m disso n o se pode falar em melhoria da qualidade do produto se o produto nem mesmo foi entregue No Brasil compete Ag ncia Nacional de Energia El trica ANEEL regular os servi os de eletricidade expedindo os atos necess rios ao cumprimento das normas estabelecidas promovendo e estimulando dessa forma a crescente melhoria dos padr es de qualidade a serem cumpridos pelas empresas concession rias de distribui o de energia el trica Como parte dos esfor os para atingir esse objetivo foi editada a Resolu o 024 2000 ANEEL de 27 de janeiro de 2000 aprimo
117. iza o de comuta es nas deriva es da bobina com um curto intervalo de tempo possibilitando uma perfeita sintonia da bobina com as capacit ncias do sistema independentemente das mudan as de topologias do sistema Assim um estudo mais aprofundado neste assunto pode ser desenvolvido com boas perspectivas de obten o de bons resultados Outro assunto que merece um estudo dedicado a aplica o da Bobina de Petersen a sistemas desbalanceados ou seja onde as capacit ncias do sistema n o s o id nticas devido por exemplo a utiliza o de deriva es nas redes que utilizam duas fases do sistema somente Neste caso prop em se a utiliza o de reatores Shunt em cada fase do sistema com intuito de corrigir o desbalan o das capacit ncias do sistema evitando assim a circula o de corrente pelo neutro em condi es normais de opera o Cabe ainda um estudo relacionado a aplica o da eletr nica de pot ncia neste caso 144 Cap tulo 7 CONCLUS ES Este trabalho procurou levantar as principais caracter sticas dos sistemas el tricos de distribui o utilizados no mundo e principalmente os utilizados no Brasil Apesar do Brasil ser um pa s de grandes dimens es e apresentar uma grande diversidade geogr fica as caracter sticas f sicas dos sistemas el tricos de distribui o de energia utilizados pelo pa s apresentam grande semelhan a portanto o estudo de um sistema el trico t pico pode fornecer resultado
118. l trica crit rios econ micos qualifica o profissional entre outros As simula es realizadas visando estudar o comportamento de uma rede de distribui o real apresentaram resultados que demostram a viabilidade da utiliza o do m todo de aterramento ressonante Percebeu se que para uma falta terra independentemente do ponto de falta ou da resist ncia de falta a corrente de defeito apresenta valores muito baixos com real possibilidade de extin o da corrente de defeito Foi poss vel visualizar tamb m a eleva o da tens o no ponto neutro do sistema como previsto no cap tulo quatro Esse fato merece especial considera o pois esta relacionado com a seguran a humana e operacional da rede de distribui o A medida mitigadora para esse problema com a utiliza o de um resistor em s rie com a bobina ressonante apresentou resultados satisfat rios por m deve se ressaltar que um cuidado especial deve ser tomado na escolha e aplica o desse resistor bem como a potencialidade da utiliza o de eletr nica de pot ncia Por fim considerou se que a aplica o deste m todo de aterramento do neutro dos sistemas de distribui o de energia el trica pode trazer bons resultados para as concession rias do Brasil devido principalmente aos tipos de falhas a que est o sujeitas as redes de distribui o no pa s Um estudo mais aprofundado deve ser realizado para cada aplica o que se pretende fazer apesar dos sistema
119. m atendidos Segundo o Comit de Distribui o Eletrobr s 1982 1 uma falha permanente aquela que causa uma interrup o com tempo de dura o maior ou igual a 3 minutos J de acordo com nova resolu o N 024 15 da Agencia Nacional de Energia El trica ANEEL este tipo de falha com as mesmas caracter sticas definida como interrup o de longa dura o que computada para os c lculos dos ndices de continuidade 3 4 Causas de Falhas Para uma correta mensura o dos n veis de confiabilidade dos sistemas de distribui o se torna necess ria a compreens o das causas das interrup es de energia e suas consequ ncias para o sistema de distribui o Deste modo atrav s de conhecimentos mais precisos torna se poss vel administrar adequadamente os recursos da empresa tanto t cnicos quanto materiais No Brasil os sistemas de distribui o de energia el trica s o compostos em sua grande maioria por redes a reas devido a esse fato eles est o sujeitos a uma variedade muito grande de fatores que podem ocasionar falhas 45 Na Tabela 4 apresentada a distribui o percentual dos fatores que originam as faltas nos sistemas de distribui o onde se pode verificar que a maioria dos defeitos para o caso de sistemas a reos de distribui o origin ria de fen menos naturais ventos e descargas atmosf ricas Tabela 4 Porcentagem dos Fatores que Geram Falhas no Sistema de
120. ma com neutro isolado Em geral os sistemas de transmiss o s o solidamente aterrados ao redor do mundo pois para elevados n veis de tens o o custo com o sistema de isola o torna se muito oneroso inviabilizando qualquer outro tipo de aterramento Outra quest o relevante nos sistemas de transmiss o a elimina o e isola o do defeito em um per odo de tempo mais curto o poss vel e para tanto um 75 n vel de corrente mais alto ajuda na sensibiliza o dos rel s de prote o que normalmente apresentam a caracter stica de funcionamento baseada em uma curva inversa de tempo por corrente assim quanto maior a corrente menor o tempo para sensibiliza o da prote o J os sistemas de distribui o admitem outros tipos de solu es para o aterramento do neutro do sistema pois o custo com a isola o n o tem grande varia o para as varia es do n vel de isola o Ven a b Figura 23 Diagramas Fasoriais a Opera o Normal b Opera o para uma Falta Terra Nos sistemas efetivamente aterrados qualquer tipo de falta deve ser eliminada pela abertura de disjuntores e subsequente interrup o da corrente Os valores de corrente de curto circuito fase terra pr ximos aos pontos de aterramento podem atingir valores superiores s correntes de curto circuito trif sico sendo necess rio especificar a capacidade de interrup o do dispositivo de abertura levando se esta possibili
121. mador que alimenta a rede a rea situado na subesta o principal de distribui o portanto uma solu o localizada Pelo principio de funcionamento da Bobina de Petersen durante a ocorr ncia de um curto terra a corrente no ponto do curto se aproxima do valor nulo 112 Como aproximadamente de 60 90 dos defeito em uma rede de distribui o s o fase terra considerando fase neutro como fase terra o controle deste curto pode evitar um grande n mero de desligamentos principalmente devido a descargas atmosf ricas Deste modo poss vel antever as seguintes vantagens na aplica o da Bobina de Petersen e Possibilidade de trabalhar com a T S l das estruturas no n veis atuais dependendo da filosofia de aplica o da Bobina de Petersen com melhor prote o dos equipamentos principalmente transformadores e menor custo das estruturas e Redu o dr stica na opera o dos religadores pela elimina o da corrente subsequente de 60 Hz que ocorre durante a disrup o dos isoladores nos per odos de descargas atmosf ricas e Elimina o da corrente subsequente nos p ra raios a resistores n o linear com centelhadores aumentando se a confiabilidade e a vida til destes dispositivos al m de eliminar as opera es de fus veis e religadores causadas pelas correntes subsequentes destes dispositivos e Elimina o da queima de elos fus veis devido corrente subsequente associadas com
122. marca Alemanha a opera o mantida com uma falta terra at que o local do defeito seja determinado No computo geral a aplica o do sistema de aterramento por meio de reator sintonizado leva a uma excelente qualidade de fornecimento de energia nos sistemas de distribui o 93 Cap tulo 5 NEUTRO RESSSONANTE 5 1 Introdu o e Hist rico de Utiliza o A Bobina de Petersen ou Bobina Ressonante ou Bobina supressora de arco foi criada por W Petersen em 1916 36 resultado de um trabalho pioneiro na investiga o de fen menos de falta terra nas linhas de distribui o e transmiss o de energia el trica um trabalho sem similar onde obteve sucesso na an lise dos fatos fundamentais na proposi o de uma solu o criativa e simples ao mesmo tempo em que apresentou uma exposi o te rica completa e l cida de sua inven o Suas pesquisas foram relatadas nas revistas alem s E T Z e E U M em 1918 e 1919 respectivamente 94 5 2 Motiva o para Mudan a do M todo de Aterramento dos Sistemas de Distribui o e Utiliza o da Bobina de Petersen Conforme visto anteriormente todos os pa ses que utilizam sistemas de distribui o onde as descargas atmosf ricas causam s rios inconvenientes voltaram as pesquisas para a melhoria do desempenho de suas linhas de distribui o e transmiss o principalmente no sentido de introduzir modifica es f sicas nas estruturas suporte das r
123. modelos e normas construtivas de redes de distribui o de energia el trica utilizadas por concession rias de distribui o de energia el trica do Brasil foram utilizados Utilizou se um modelo de representa o da rede atrav s de m dulos com pequenos comprimentos que somados representam toda a extens o da rede obtendo se melhores resultados nas simula es A Figura 54 exemplifica este tipo de representa o Figura 50 Representa o Rede de Distribui o no Software ATP Para cada bloco representado na rede devem ser fornecidos dados que caracterizem a rede f sica como altura das torres distancia entre os condutores imped ncia dos condutores entre outros Um exemplo da entrada desses dados no software ATP pode ser visto na Figura 55 135 Model Data aq pp e REC CE RE 1 di 1 2 0 1 1 25 10 8 1 0 25 2m2 1 2 0 25 0 1 0 10 8 E 1 2 0 25 01 1 25 10 8 Model Data System type Standard data Overhead Line HPhi3 Rho ohm m 300 Transposed Freg init Hz 160 Auto bundling Length km 12 Skin effect Units l Segmented ground Metric e i Realtransf matrix Engish Model Type Bergeron Figura 51 Entrada de Dados no Software ATP para Representa o de Rede 6 2 4 Aplica o de curto circuitos fase terra em diferentes pontos do sistema z O objetivo principal das simula es verificar o crit rio de extin o da corrente de falta no ponto
124. mportante citar que entre um religamento e outro o sistema permanece por um curto per odo de tempo desenergizado o que para consumidores residenciais por exemplo quase impercept vel por m para alguns consumidores industriais esse per odo pode comprometer seriamente o processo industrial acarretando paradas da linha de produ o perda da qualidade do produto e outros preju zos poss veis Os religadores s o classificados em diferentes classes como monof sicos ou trif sicos com controle hidr ulico ou eletr nico com meio de interrup o do arco el trico a v cuo a leo ou a g s SFs 29 Figura 9 Religador Eletr nico 14 Independentemente de seus princ pios construtivos atrav s de bobinas resistores controles hidr ulicos ou eletr nicos o seu funcionamento est diretamente relacionado corrente de falta obedecendo a um gr fico de tempo x corrente no qual quanto maior a corrente de falta menor o tempo de atua o do religador Normalmente os religadores possuem curvas de atua o e ajustes de prote o individualizados para defeitos de fases prote o de fase e para os defeitos envolvendo retorno por terra neutro prote o de neutro 30 cooFEr Reclosers E E Cooper Power Systems Time Current Curves YV R280 91 12 Ground Trip Inverse Time KA1219R Control Res ponse Time Curve 1R Maximum response time for one operation wit
125. n network Proceedings of international conference on Energy Management and Power Delivery 151 98 EMPD 98 Singapore IEEE Pp 595 600 IEEE Catalogue No 98EX137 ISBN 0 7803 4495 2 41 VDE 0228 1987 Teil 2 Ma nahmen bei Beeinflussung von Fernmeldeanlagen durch Starkstromanlagen Deutcshe Elektrotechnische Kommission im DIN und VDE DKE 42 Taimisto S 1993 Earth fault compensation in medium voltage distribution networks S hk amp Tele Pp 24 30 Vol 66 No 1 43 L F Hunt e J H Vivian Sensitive Ground Protection for Radial Distribution Feeders AIEE Transactions Vol 59 fevereiro de 1940 pp 84 90 44 IEEE Std 367 1987 IEEE Recommended Practice for Determining the Electric Power Station Ground Potential Rise and Induced Voltage from a Power Fault ANSI 45 D Griffel Y Harmand e J Bergeal New Neutral Earthing Technologies on MV Networks Revue Generale D Electricite N 11 dezembro de 1994 pp 35 44 46 Rando R aterramneto e prote o contra descargas atmosf ricas em reas classificadas Disserta o de mestrado Universidade Federal de Itajub 2008 47 Beeman D Industrial Power System Handbook first edition 1955 48 M P hringer Resonant Grounding as Approach to System Neutral Grounding Haefely Trench fevereiro de 1998 49 Stevenson W D Elementos de an lise de sistemas de potencia McGraw Hill 1986 50 BURKE J J LAWR
126. na componente ativa fornecida pela resist ncia n o nula da bobina e pelas perdas fugas na isola o Entretanto esta componente pequena n o influenciando no desempenho final do sistema de aterramento A reat ncia capacitiva Xc sofre altera es com mudan as de topologias da rede manobras desligamentos setoriais etc exigindo modifica o simult nea e autom tica no reator do neutro a fim de se manter a sintonia Mantendo se a sintonia as sobretens es transit rias s o muito bem controladas durante a ocorr ncia de uma falta fase terra A grande vantagem da bobina de Petersen consiste no fato de que ela pela sua concep o favorece a auto extin o do arco no ponto de ocorr ncia da falta fase terra Desta forma o desempenho das redes a reas de distribui o de energia principalmente frente s descargas atmosf ricas extraordinariamente melhorado Existem outras vantagens significativas do seu emprego que s o detalhadas em item espec fico No entanto ela apresenta desvantagens que somente recentemente come aram a ser superadas Estas desvantagens s o ligadas a detec o do defeito fase terra permanente na rede principalmente os defeitos de alta resist ncia e dificuldade de obter seletividade Mesmo com esses inconvenientes praticamente todos os pa ses do Norte e do Leste Europeu j utilizam a bobina de Petersen a longo tempo possuindo grande experi ncia na sua aplica o Em alguns pa ses como Dina
127. no circuito interrompendo o de forma temporizada Ap s detectar o defeito atrav s da medida da corrente em seus terminais o religador dispara rapidamente abrindo o circuito Ap s um determinado tempo os terminais do 28 religador s o fechados Se a falta for de car ter transit rio o sistema continua operando ap s um m nimo tempo de interrup o O processo de abrir e fechar pode se repetir v rias vezes at que a falta seja eliminada Se o defeito continuar ap s as v rias tentativas o religador abre definitivamente seus contatos isolando a parte defeituosa do sistema Os tempos de opera o o n mero de interrup es os ajustes da corrente de disparo e outros par metros podem ser facilmente modificados pelo usu rio resultando em grande flexibilidade e possibilitando a coordena o com outros dispositivos de prote o como os fus veis por exemplo 6 A opera o do religador n o se limita apenas a sentir e interromper os defeitos na linha e efetuar os religamentos O religador dotado tamb m de um mecanismo de temporiza o o qual pode ser ajustado em duas caracter sticas distintas as opera es r pidas que reduzem ao m nimo as possibilidades de danos ao sistema evitando ao mesmo tempo a queima de elos fus veis entre o local do defeito e o religador e as opera es lentas proporcionando maior tempo para eliminar defeitos permanentes queimando os elos fus veis entre o local do defeito e o religador i
128. nsider veis Devido reat ncia do gerador transformador ou sistema em s rie com o neutro do circuito o aterramento s lido n o pode ser considerado como um circuito de imped ncia zero Para assegurar os benef cios e as caracter sticas do aterramento s lido necess rio determinar o grau do aterramento fornecido ao sistema Um bom guia para determinar o grau do aterramento o valor da corrente de falta terra em compara o corrente de falta trif sica do sistema Os sistemas eficazmente aterrados geralmente apresentam uma corrente do curto circuito de falta terra de pelo menos 60 da corrente de falta trif sica por m em alguns casos as correntes de curto circuito fase para a terra podem apresentar valores maiores que para um curto circuito trif sico Considerando se as rela es existentes entre as imped ncias de sequ ncia zero e positiva evidente que no caso de falta terra esse tipo de sistema admite fluxos de corrente de valor apreci vel e n o apresentam grandes eleva es de tens o nas fases s s Em consequ ncia nestes sistemas os transformadores e p ra raios e o restante do sistema de isola o podem ser especificados para as tens es fase terra O aterramento s lido reduz o risco de sobretens es durante faltas terra Essas faltas n o deslocam o neutro do sistema como mostra a Figura 23 Logo o sistema n o requer um n vel de isola o de tens o t o elevado quanto requer um siste
129. nta muitas vantagens no que diz respeito a elimina o de falhas e poss veis danos que elas podem vir a causar Assim nos ltimos tempos esse m todo vem sendo aplicado e cada vez mais aprimorado pois existem diversas formas de utiliza o Diversos pa ses europeus v m aumento sua utiliza o trocando seus antigos m todos de aterramento para o m todo de aterramento atrav s de bobina ressonante As Figuras 2 e 3 exemplificam essa evolu o Sistema Isolado Baixa Imped ncia Solidamente Aterrado Bobina Ressonante gt Ed an Figura 2 Evolu o dos M todos de Aterramento do Neutro Utilizados na Europa 5 Como se pode observar um dos primeiros pa ses a realizar a mudan a do tipo de aterramento do neutro foram os Pa ses N rdicos Recentemente muitos outros pa ses europeus resolveram optar tamb m por este m todo de aterramento trocando paulatinamente o m todo de aterramento por eles utilizado pela bobina ressonante sendo que ultimamente a grande maioria das novas instala es j utiliza esse m todo desde sua concep o Um panorama mais atual da utiliza o deste m todo nos pa ses europeus pode ser visualizado na Figura 3 Sistema Isolado Baixa Imped ncia Solidamente Aterrado Bobina Ressonante o ag gt Figura 3 Panorama Atual e Tend ncia de Aplica o do M todo de Aterramento do Neutro Atrav s de Bobina Ressonante 5 Atualment
130. nto Ressonante ou aterramento atrav s da Bobina de Petersen primeiramente trazendo uma introdu o e o hist rico de utiliza o deste m todo de se aterrar o neutro do sistema A seguir traz as principais motiva es que levam a proposta de mudan a do m todo de aterramento utilizado em algumas redes de distribui o de energia el trica do Brasil Continuando descreve o principio de funcionamento do m todo de aterramento ressonante dando especial aten o ao fen meno de extin o de arco em faltas fase terra Este cap tulo descreve tamb m as diversas formas e possibilidade de aplica o do conceito de aterramento ressonante mostrando as principais evolu es na aplica o do m todo desenvolvido por W Petersen detalhando o que seria uma concep o moderna para a sua aplica o nos sistemas el tricos atuais citando as vantagens e desvantagens e caracterizando as principais dificuldades de aplica o deste m todo Por fim realiza se uma an lise geral do funcionamento de um sistema de distribui o que utilize este m todo de aterramento do ponto neutro as implica es para a rede e para os equipamentos com nfase para as sobretens es e as principais mudan as no sistema de prote o utilizado 12 Cap tulo 2 SISTEMAS DE DISTRIBUI O DE ENERGIA ELETRICA 2 1 Introdu o A energia el trica considerada um insumo b sico e fundamental para o desenvolvimento das mais diversas atividades na soc
131. o de energia que utilizam redes a reas onde n o h uma transposi o dos condutores naturalmente aparece um desequil brio devido s indut ncias mutuas originando uma corrente de circula o pelo ponto de neutro do sistema e esta corrente apesar de pequena pode originar tens es relativamente elevadas no ponto de neutro devido alta imped ncia que ai se encontra devido ao reator de aterramento ligado entre o ponto neutro e a terra Este caso merece especial cuidado e ser tratado mais detalhadamente no cap tulo seguinte Podemos notar tamb m pela Figura 37 que no caso de uma falta terra o tri ngulo das tens es n o se altera o que acontece neste caso uma eleva o da tens o do ponto neutro para um n vel de tens o fase neutro assim o potencial de neutro n o mais igual ao potencial de terra como acontecia na opera o normal do sistema J as tens es das fases s s sem defeito sofrem um eleva o do seu n vel de tens o de V3 vezes Quando o princ pio de funcionamento adotado for a opera o cont nua mesmo sob falta o isolamento do sistema deve ser tal que suporte continuamente o n vel de tens o entre fases Por m quando op o de funcionamento n o for a opera o cont nua e sim o desligamento do sistema 102 quando de uma falta permanente n o h necessidade de um isolamento para tens o fase fase apenas para tens o fase neutro suficiente VsT VaT VaT L3 Vo ViN
132. o dos equipamentos de prote o curtos circuitos fase terra sobretens o etc e Estabilizar a tens o durante transit rios no sistema el trico provocado por faltas a terra cnaveamentos etc e Funcionamento em regime permanente dos equipamentos el tricos que possuem o neutro como retorno de corrente equipamentos monof sicos etc Durante a opera o normal de um sistema el trico o m todo de aterramento do neutro n o tem influ ncia relevante No entanto na ocorr ncia de faltas terra as consequ ncias para o sistema el trico dependem fundamentalmente da forma escolhida para se aterrar o neutro que afeta duas das caracter sticas essenciais da opera o do sistema el trico que s o A severidade das sobretens es e a intensidade das correntes que circulam em caso da falta a terra As sobretens es naturalmente afetam a vida da isola o Quanto maior for a quantidade de sobretens es existentes em um sistema seja por manobras chaveamentos descargas atmosf ricas diretas e indiretas sobretens es produzidas durante a ocorr ncia e elimina o de faltas terra descargas entre 1 Potencial de passo a diferen a de potencial que aparece no momento de uma falta para terra entre dois pontos situados no ch o distantes de um metro 31 2 Potencial de toque a diferen a de potencial no instante de uma falta estrutura entre o ponto tocado por um homem e seus p s considerados a um metro
133. odo de detec o de faltas n o seletivo e requer isola o ou desligamento seq encial dos alimentadores para determinar o alimentador sob defeito Um elemento direcional de terra sens vel a alternativa t pica 19 Esses elementos respondem componente em quadratura da corrente de seq ncia zero em rela o tens o de sequ ncia zero 4 2 2 Aterramento s lido ou efetivo O aterramento efetivo ou s lido popular em muitos pa ses Um sistema dito efetivamente aterrado quando para todos os pontos do mesmo a rela o entre a reat ncia de sequ ncia zero e a reat ncia de sequ ncia positiva inferior ou igual add E se A Rd a a tr s Z lt 3 e a rela o entre a resist ncia de seq ncia zero e a reat ncia de 1 A A S PONS R l A sequ ncia positiva inferior ou igual unidade e lt para qualquer configura o 1 74 do sistema onde Xo e Ro s o a reat ncia e a resist ncia de sequ ncia zero e X a reat ncia de sequ ncia positiva do sistema de pot ncia 31 Na pr tica os sistemas solidamente aterrados possuem todos os neutros do sistema de pot ncia conectados terra sem qualquer imped ncia intencional entre o neutro e a terra importante ressaltar que quando se diz que n o h nenhuma imped ncia intencional entre o ponto de neutro e de terra quer se afirmar que n o h nenhuma imped ncia al m da imped ncia de aterramento que em alguns casos pode alcan ar valores co
134. odos os componentes do sistema O aterramento est presente nos diferentes n veis do sistema como poss vel ver na Figura 14 Segundo defini o do NEC 26 o aterramento de sistema uma conex o para a terra de um dos condutores de corrente de um sistema de distribui o O 62 aterramento do neutro do sistema a conex o para a terra do ponto neutro ou dos pontos neutros de um circuito transformador m quinas rotativas ou sistema Sistema de aterramento 1 area O asa SE ao RSRS EE Sistema de Siiami da aterramento 4 m aterramento 2 kaS ean AN Sistema de aterramento 3 Figura 14 Sistemas Aterrados 30 Com o aumento crescente da malha de atendimento ao consumidor em n vel de distribui o o aterramento vem se tornando priorit rio para a manuten o opera o do sistema Isto ocorre devido maior incid ncia probabil stica de descargas atmosf ricas nos condutores de energia el trica principalmente na malha rural Pode se citar como finalidades do aterramento e A seguran a do pessoal e de terceiros 63 e Minimizar os esfor os t rmicos e de tens o nos equipamentos e Limitar os gradientes de potencial como os potenciais de passo e de toque durante as faltas para terra para prote o pessoal e de equipamentos el tricos e Estabilizar os circuitos de potencial em rela o terra e Prote o dos equipamentos da rede e Sensibiliza
135. om bobina de Petersen Na segunda categoria enquadram se os sistemas solidamente aterrados ou aterrados com imped ncia reat ncia ou resist ncia de baixo valor Embora algumas caracter sticas destes sistemas tenham sido abordados nos itens iniciais a Tabela 6 fornece um quadro geral das caracter sticas b sicas de cada um deles A inten o agrupar informa es essenciais de maneira que a tomada de decis o quanto a forma de se aterrar o neutro de um sistema el trico particular seja facilitada 90 Tabela 6 Caracter sticas b sicas dos diversos tipos de aterramento M todo de Aterramento T picos Aterramento Aterramento Aterramento Aterramento Neutro S lido S lido Atrav s de Atrav s de Aterramento Isolado Aterramento Aterramento Baixa Alta Ressonante nico M ltiplo Imped ncia Imped ncia It lia Estados Jap o Unidos Norte e PO Irlanda Gr Bretanha Canad Fran a Leste Aplica o R ssia Austr lia Espanha da Europa Peru Am rica China Israel Espanha Latina a Fase fase 3 aR Emo os Fase fios e fase Fase fase e argas f faset Fase fase Fase fase Fase fase Permissiv l ase neutro ase terra 4 fios N vel de Fase Isola o fase Fase neutro Fase neutro Fase neutro Fase fase Fase fase Requerido Limita o de Sobretens es Ruim Boa Boa Boa M dia M dia Transit rias Opera o Poss vel com Aem N o N o N o Nem sempre
136. onhecido como bobina de supress o de arco ou neutralizador de faltas terra A bobina normalmente conectada ao neutro do transformador da subesta ao ou a um transformador de aterramento zigzag Os sistemas com este tipo de aterramento s o frequentemente referidos como sistemas compensados ou com aterramento ressonante A principal caracter stica deste m todo de aterramento est no fato do reator sintonizado fornecer uma corrente indutiva de magnitude igual corrente capacitiva do sistema por m 180 defasada fazendo com que a corrente que circula pela falta seja aproximadamente nula a menos de uma componente resistiva da corrente correspondente as perdas na isola o do sistema e a componente resistiva do reator de aterramento uma vez que n o se consegue uma reat ncia pura Assim a corrente residual presente no ponto de falta de caracter stica predominantemente resistiva facilmente extinta eliminando assim o defeito Mais adiante trata se do fen meno de extin o de arco A Figura 36 exemplifica o caso de um sistema com neutro aterrado atrav s da Bobina Ressonante na presen a de uma falta fase terra indicando as correntes de falta Percebe se que a magnitude da corrente indutiva a mesma da soma das correntes que circulam pelas fases s s 100 distribu da do sistema h k So Von Figura 36 Sistema com Neutro Ressonante As equa es a seguir demostram analiticamente a o fen
137. or m ximo de 1 000 A A Figura 30 mostra um sistema aterrado por resist ncia de baixo valor 82 Figura 30 Aterramento por Resistor de Baixo Valor O aterramento por resistor de baixo valor tem a vantagem da imediata e seletiva retirada da falta mas requer que a corrente de falta seja grande o bastante para sensibilizar a prote o de falta a terra Este tipo de aterramento muito utilizado na ind stria principalmente em algumas aplica es em reas classificadas 46 4 2 3 2 Aterramento por resist ncia de alto valor Neste m todo o sistema aterrado atrav s de um resistor de alto valor cujo valor igual ou ligeiramente menor do que o da reat ncia para terra capacitiva total do sistema Este sistema assemelha se muito ao sistema com neutro isolado a diferen a esta no fato da exist ncia de uma corrente que flui atrav s do resistor de valor pequeno por m de magnitude maior ou igual magnitude da componente capacitiva da corrente de falta Este crit rio Rg lt Xo ou Ir 2 3lco deve ser obedecido para que n o ocorram sobretens es muito elevadas bem como arcos intermitentes pois a componente resistiva modifica a fase da corrente falta de modo que o momento em que a corrente passe por zero n o coincida com o momento de pico da tens o poss vel observar essa caracter stica na Figura 31 O m todo do aterramento atrav s de alta imped ncia limita a corrente de falta terra em 25 A ou menos O aterram
138. os na Figura 15 medida que se varia Zn quanto ao tipo resistor reat ncia etc e quanto ao seu valor obtem se muitas maneiras de se aterrar o neutro No entanto a pr tica mundial estabeleceu nos sistemas de distribui o 5 cinco formas usuais que s o e Neutro n o aterrado flutuante e Neutro solidamente diretamente aterrado e Neutro aterrado por resist ncia e Neutro aterrado por reat ncia e Neutro aterrado por bobina de Petersen 66 CIRCUITO COMPONENTES SEQUENCIA ZERO SISTEMA N O ATERRADO AS XGo a SISTEMA XGo SOLIDAMENTE R Il ATERRADO d V Pi o E SISTEMA ATERRADO POR AR idos RESIST NCIA pio cg JL 7 Pi SISTEMA Xoo 3XN ATERRADO POR R RERT NCIA indi X SISTEMA COM Xao 3XN ATERRAMENTO RESSONANTE A iiit iie D E 2e Figura 15 Circuito do sistema de neutro e diagramas equivalentes para sistemas n o aterrados e v rios tipos de aterramento do neutro 30 Sendo que para Neutro solidamente aterrado existem dois tipos diferentes de se aterrar as redes de distribui o Neutro multiaterrado e Neutro aterrado em um nico ponto cont nuo 3 Neutro multiaterrado As conex es para a terra s o feitas em pontos definidos e na subesta o de modo que seja conseguida uma rede cont nua e de baixa imped ncia ao longo do sistema 4 Neutro cont nuo Entende se como neutro cont nuo aquele em que o neutro da interliga todos
139. pria o do ganho com minimiza o do custo Assim a regula o deve contemplar a implanta o de padr es m nimos de desempenho estabelecendo par metros b sicos para garantir o fornecimento adequado dos servi os Para se estabelecer padr es de qualidade adequados necess rio definir a real expectativa dos consumidores isto identificar o quanto a sociedade est disposta a pagar pelos mesmos pois a melhoria do n vel de qualidade implica em aumento dos custos A qualidade do servi o prestado pelas empresas do setor el trico de distribui o de energia pode ser avaliada nos seguintes grandes aspectos a qualidade do atendimento ao consumidor a qualidade do produto energia el trica e a continuidade do fornecimento Esses aspectos s o pontos b sicos para a defini o dos diversos crit rios de localiza o e arranjo das subesta es localiza o das equipes de servi os crit rios 38 de escolha dos materiais e equipamentos de controle e prote o regula o de tens o e configura o da rede de distribui o A qualidade do atendimento abrange a rela o comercial existente entre a concession ria e o consumidor considerando se a cortesia o tempo de atendimento as solicita es de servi os o grau de presteza o respeito aos direitos do consumidor entre outros A qualidade do produto est relacionada com os fen menos associados forma de onda de tens o tais como flutua es de tens o d
140. quando comparados com um sistema aterrado por resist ncia portanto este n o um sistema considerado como alternativa para o aterramento por resist ncia XG 3Xn Figura 34 Aterramento por Reat ncia 86 4 2 5 Neutro Aterrado por Bobina de Petersen Neste m todo de aterramento o sistema aterrado atrav s de um reator de alta imped ncia perfeitamente sintonizado com a capacit ncia fase terra total do sistema conforme mostra Figura 35 Nestes casos a reat ncia do reator sintonizada para a reat ncia capacitiva das linhas de maneira que a corrente resultante de falta terra seja puramente resistiva e de baixa magnitude Deste modo caso uma falta terra ocorra no ar a corrente pode ser auto extinguida Neste caso a componente reativa da imped ncia equivalente do circuito ou sistema anulada Ou seja oL 1 0C z Em caso de falta terra a tens o fase neutro do sistema aplicada ao neutralizador de corrente A corrente de defeito percorre este iindutor que quando sintonizado com o sistema tem um valor igual a corrente de curto circuito capacitiva fornecida pelas capacit ncias das fases s s defasada de 180 Neste caso as componentes indutivas e capacitivas cancelam se ficando somente uma componente resistiva de baixo valor corrente de fuga em isoladores e corona em fase com a tens o fase neutro Esta corrente ao passar pelo zero possibilita a extin o da corrente de falta por arco sem rei
141. que a corrente passa por zero Os fatores que afetam a extin o do arco ao ar livre s o a magnitude da corrente a taxa de recupera o de tens o o tempo do arco existente comprimento da centelha e a velocidade do vento sendo que a magnitude da corrente e a taxa de recupera o da 106 tens o s o as mais importantes 39 Isto provoca uma tens o transit ria frequentemente chamada de tens o de re estabelecimento A capacidade de extin o do arco depende da velocidade da taxa de recupera o da tens o no ponto de falta e esta intimamente ligada a par metros como indut ncia e capacit ncia do sistema A menor inclina o da recupera o de tens o a principal raz o pela qual a possibilidade de extin o de arcos com o maior magnitude de corrente muito maior em sistemas compensados do que em sistemas isolados Em redes compensadas a extin o do arco muito sens vel sintoniza o da bobina supressora de arco bobina de Petersen Em ensaios realizados em campo 40 verificou se que o grau de compensa o sintoniza o da bobina n o deve ser inferior a 75 e nem superior a 125 pois a chance de extin o do arco fica consideravelmente menor de acontecer Em redes parcialmente compensadas com baixo grau de sintoniza o a utiliza o de um resistor corretamente dimensionado em paralelo com a bobina supressora de arco diminui a inclina o e a amplitude da tens o de recupera o transit ria
142. r acr scimos de cargas faltas ocasionadas por fontes naturais falhas de equipamentos etc O car ter de regime permanente da energia fornecida ao consumidor mantido basicamente por dois fatores A grande dimens o do sistema frente s cargas individuais e as corretas a es corretivas tomadas pelos sistemas de prote o em casos de dist rbios 10 Assim os sistemas de prote o s o de fundamental import ncia no fornecimento de energia el trica De modo a manter a qualidade do fornecimento de energia el trica ao consumidor os sistemas de prote o devem atender aos seguintes requisitos conforme 9 e Seletividade Somente deve ser isolada a parte defeituosa do sistema mantendo em servi o as demais partes e Rapidez As sobrecorrentes geradas pela falta devem ser extintas no menor tempo poss vel de modo a dificultar que o defeito interfira em outras partes do sistema e danifique os equipamentos da instala o e Sensibilidade A prote o deve ser sens vel aos defeitos que possam ocorrer no sistema e Seguran a A prote o n o deve atuar de forma err nea em casos onde n o houver falta bem como deixar de atuar em casos faltosos e Economia A implementa o do sistema de prote o deve ser economicamente vi vel De modo a satisfazer os requisitos acima a instala o e ajuste dos equipamentos de prote o em uma linha de distribui o geralmente chamado de alimentador devem levar em conta a exist
143. rada pela Resolu o 177 2005 ANEEL de 28 de novembro de 2005 15 que introduziu novos avan os e reformulou os procedimentos at ent o existentes de controle da qualidade 39 relacionados s interrup es no fornecimento da energia el trica com dura o a partir de 3 minutos As metas dos indicadores de continuidade coletivos que expressam os valores vinculados a conjuntos de unidades consumidoras foram reduzidas Tamb m foram fixadas metas mais apertadas para os indicadores individuais que s o associados a cada unidade consumidora individualmente considerada tendo sido inclusive criado mais um indicador para melhor avaliar a qualidade do fornecimento sob o ponto de vista do consumidor Para cada indicador estabelecido associou se um limite considerado adequado e prev em se penalidades pela sua viola o Os indicadores coletivos s o particularmente teis ag ncia reguladora para atender suas necessidades de avalia o das concession rias enquanto os individuais servem mais em especial ao interesse dos consumidores para avaliar especificamente o seu atendimento pela distribuidora Vale ressaltar que os indicadores s o apurados pelas pr prias concession rias e enviados posteriormente ANEEL a qual se encarrega de auditagens peri dicas a fim de verificar a confiabilidade dessas informa es As organiza es almejam continuamente a redu o e elimina o das falhas que est o inerentes aos seus prod
144. rar o neutro pode alterar completamente o desempenho dos sistemas de distribui o Por exemplo em sistemas longos com valores elevados de resist ncia de aterramento caso do Brasil Fran a algumas reas dos Estados Unidos e ainda com elevado n mero de descargas atmosf ricas o aterramento do neutro de forma s lida ou mesmo com resist ncia de baixo valor apresenta in meros inconvenientes como detalhado a seguir Tabela 1 Formas de Aterramento do Neutro nos Sistemas de Distribui o pelo Mundo e seu Desempenho Distribui o Alguns das Tens es ds E d Pa ses Que das Fases S s o re Qualidade do na da Neutro Utilizam o Para a Terra Protec es Fornecimento Rede Esquema Durante Um Curto Terra U S A S lido Neutro Canad E Tens o Simples Distribu do Austr lia Boa na M Fase Neutro Brasil S lido Neutro E Tens o Simples n o Distribu do Inglaterra Ma Boa va Fase Neutro Boa Para ai x Redes Muito It lia Jap o Ri p jii Tens o Plena Neutro Isolado ustria Curtas De M dia Para M M dio Fase Fase M Para Redes Longas Com Resistor E Fran a E ui Tens o Plena de Baixo Valor M dio Boa M dio Iot 300 A Espanha Fase Fase M dia com Equipamentos Bobina de Ra Muito Boa Convencionais Boa Tens o Plena Petersen da F rop Boa com Fase Fase p Equipamentos Especiais Sempre com intuito de melhorar o desempenho dos sistemas de dist
145. ribui o reduzindo se as falhas e minimizando os efeitos causados pelas mesmas para diminuir o n mero de paralisa es muitos estudos a respeito do m todo de aterramento do sistema de distribui o vem sendo desenvolvidos Diversos pa ses pelo mundo v m alterando seu m todo de aterramento para conseguir com isso a melhora do desempenho do sistema como citado acima A seguir s o mostrados alguns m todos de aterramento historicamente utilizados pelos diversos pa ses da 6 Europa Pa ses como It lia Gr cia Pa ses N rdicos e outros por muito utilizaram sistema de distribui o com neutro isolado J pa ses com Espanha Inglaterra Holanda normalmente utilizavam sistemas de distribui o com neutro solidamente aterrado ou aterrado atrav s de imped ncia de baixo valor Outros pa ses como Alemanha e pa ses do leste Europeu v m optando pelo m todo de aterramento do neutro atrav s de bobina ressonante mais conhecida como Bobina de Petersen A Figura 1 a seguir exemplifica o que foi descrito acima Sistema Isolado Baixa Imped ncia Solidamente Aterrado Bobina Ressonante o d Figura 1 Vis o Hist rica dos M todos de Aterramento do Neutro Utilizados na Europa 5 Um m todo de aterramento do neutro que vem ganhando cada vez mais espa o e sendo cada vez mais utilizado na Europa e em todo mundo o aterramento atrav s de bobina ressonante Este m todo de aterramento aprese
146. rrente determinado pelas constantes 5 e q Tabela 2 Constantes de Declividade Tipo de Curva Constante Constante 5 Normalmente inversa 0 02 0 14 Muito inversa 1 00 13 5 Extremamente inversa 2 00 80 0 Do mesmo modo que os religadores as falhas que n o envolvem a terra defeitos bif sicos ou trif sicos s o detectadas exclusivamente pelos rel s de fase 50 51ABC pois n o existe a circula o de corrente pelo circuito residual Os mesmos devem ter sensibilidade para detectar curtos circuitos e n o devem atuar para correntes de carga 35 IAC 51 Fie Show Goodies Point Zoom Grid 1 2 3457 1 2 345 TTT EREL E T 400 400 30 200 j LL ES 8 T 1 IAC 51 RE N E N f Ni 1E ER 7F J7 E aa al 5 e 5 4 ac 44 al Ja 2 aaa 2 a UL R T 1 8 LU O TS TE D EE E Ly dy FAR 2 345 71 2 345 X10 X100 TAP CURRENT MULTIPLE AMPS FOR FUSES Figura 13 Caracter stica de Opera o dos Rel s de Sobrecorrente Temporizados Os rel s de sobrecorrente com elementos de opera o instant neas 50 e 50N s o ajustados para detectar defeitos pr ximos normalmente de valores elevados os quais podem gerar desgastes prematuros e danificar alguns componentes do sistema O ajuste de corrente m nima de atua o dos rel s de sobrecorrente de fase deve levar em conta a carga m xima poss vel da linha protegida isso
147. rrer Nota se que independentemente do ponto de defeito a corrente de curto converge para um valor muito pr ximo de baixa amplitude possibilitando a extin o do arco da falta 137 200 150 A A 1504 ta 1004 1004 504 504 0 0 504 504 100 4 1004 1 A B 200 i 150 i T T 0 00 0 15 0 30 0 45 0 60 0 75 s 0 90 0 00 0 15 0 30 0 45 0 60 0 75 s 0 90 file Petersen ASC CF LT1 pl4 x var t c X0013C SCCL file Petersen ASC CF LT2 1 pl4 x var t c X0041C SCCL 100 60 tal tal 564 344 124 84 324 184 764 444 120 70 v T T T 1 0 00 0 15 0 30 0 45 0 60 0 75 s 0 9 0 00 0 15 0 30 0 45 0 60 0 75 s 0 90 file Petersen ASC CF LT2 3 pl4 x var t c X0041A XX0225 file Petersen ASC CF LTF pl4 x var t c X0005C SCCT Figura 53 Corrente de Defeito em Diversos Pontos da Rede O pr ximo conjunto de formas apresentadas na Figura 54 representa a corrente residual medida em cada ramal da rede As tr s correntes IA 1 IA 2 e IA 3 identificadas pelas cores vermelho verde e azul respectivamente somadas comp em a corrente de falta A amplitude das correntes decai para um valor comum em todos os pontos de aplica o de defeito como pode ser visto na Figura 55 138 40 25 254 144 104 1 34 54 J 84 204 194 354 504 r r 304 n r 0 00 0 15 0 30 0 45 0 60 075 sl 090 0 00 0 15 0
148. rta o foi al m de analizar os diversos tipos de aterramentos do ponto neutro utilizados pelo mundo avaliar o m todo de 146 aterramento utilizado pela maioria das concession rias de distribui o de energia el trica do Brasil e propor uma mudan a neste m todo de aterramento buscando diminuir os efeitos das falhas que ocorrem nas redes de distribui o sempre tendo em mente uma melhoria do fornecimento de energia el trica ao consumidor final Chegou se a conclus o que existem diversas maneiras de aplicar o conceito de aterramento ressonante a um sistema de distribui o Percebeu se tamb m que algumas aplica es acarretam uma grande mudan a do comportamento do sistema e a necessidade de altera o substancial da rede Resumidamente existem dois tipos diferentes de aplica o do conceito de neutro ressonante um onde o sistema mantido em opera o mesmo no caso de uma falta sustentada ou seja n o se desliga o sistema para uma falha permanente O outro tipo de aplica o considerada o desligamento do sistema caso a falha n o seja extinta rapidamente No primeiro caso deve se fazer altera es no sistema e equipamentos associados devido a sobretens o a que ficam submetidos Esse tipo de aplica o naturalmente encontra maior resist ncia no caso de uma aplica o real devido a necessidade grandes mudan as J o segundo tipo de aplica o pode ser utilizado sem a necessidade de grandes mudan as pois como estud
149. s es N o se conhece ainda solu o que concilie inteiramente estas duas situa es conflitantes Resta ao projetista definir luz das circunst ncias espec ficas de sua instala o qual solu o deve ser privilegiada adotando o valor de imped ncia que represente o melhor compromisso para o caso considerado Um crit rio que tem se tornado extremamente significativo na atualidade o de continuidade de servi o A necessidade de moderniza o das ind strias ditadas por uma forte competi o nos mercados interno e externo gerou os programas de qualidade total enfatizando conceito como Alta Performance continuidade de servi o Redu o de Paradas Confiabilidade seguran a entre outros Especificamente no setor el trico o conceito de qualidade da energia vem adquirindo grande destaque Conforme verificado o aterramento do neutro das instala es el tricas se reveste atualmente de grande import ncia sendo que sob este prisma as referidas instala es podem ser divididas em duas categorias e Instala es el tricas cujo aterramento do neutro permite manter o sistema funcionando durante a primeira falta terra e Instala es el tricas cujo aterramento do neutro obriga o desligamento na ocorr ncia de uma falta terra 89 Na primeira categoria situam se os sistemas isolados os aterrados com imped ncia resist ncia ou reat ncia de alto valor e os ressonantes c
150. s Capacitivas em Sistema Isolado 70 Figura 19 Re igni o do Arco Voltaico nn 72 Figura 20 Decaimento da Tens o nas Capacit ncias do Sistema 73 Figura 21 Fen meno de Sobretens es Transit rias em Faltas Intermitentes 73 Figura 22 M ltiplas Reigni es do Arco a 74 Figura 23 Diagramas Fasoriais a Opera o Normal 76 Figura 24 Sistema Uniaterrado a Tr s FiOS a 77 Figura 25 Sistema Uniaterrado a Quatro FiOS 78 Figura 26 Sistema Multiaterrado a Quatro FiOS 78 Figura 27 Aterramento Por Resist ncia a 80 Figura 28 Sobretens es Versus Rela o Xe Rr 35 81 vi Figura 29 Efeito do Resistor Conectado ao Neutro em uma Falta Intermitente Figura 30 Aterramento por Resistor de Baixo Valor n se 83 Figura 31 Correntes num sistema aterrado por resist ncia de alto valor 84 Figura 32 Aterramento do Neutro por Resistor de Alto Valor 85 Figura 33 Aterramento do Neutro por Resistor de Alto Valor Atrav s de Transformador de Aterramento rara 86 Figura 34 Aterramento por Reat ncia rea 86 Figura 35 Sistema Compensado ou Neutro Ressonante 87 Figura 36 Sistema com Neutro Ressonante 1
151. s de distribui o brasileiros apresentarem grande semelhan a sempre existem diversas vari veis que devam ser analizadas e consideradas para que a aplica o deste m todo de aterramento possa trazer realmente bons resultados e melhorar a desempenho das redes de distribui o 148 REFER NCIAS 1 Eletrobr s Comit de Distribui o Desempenho de sistemas de distribui o Cole o Distribui o de energia el trica volume 3 2 Moreto M localiza o de faltas de alta imped ncia em sistemas de distribui o de energia uma metodologia baseada em redes neurais artificiais Disserta o de mestrado 2005 3 AL DABBAGH M AL DABBAGH L Neural Networks Based Algorithm for Detecting High Impedance Faults on Power Distribution Lines In INTERNATIONAL JOINT CONFERENCE ON NEUTRAL NETWORKS 1999 Washington DC USA Proceedings USA IEEE 1999 v 5 p 3386 3390 4 Griffel D Harmano Y Nouvelles Techniques de Mise a La Terre d s Neutres Sur Le R seaux Moyne Tension R G E N mero 11 1994 5 Trench Austria Earthfault Protection System EPSYX 2008 6 H H Brown felow IEEE and E T B Gross felow IEEE Expirence with Ressonant Grounding in a Large 34 5 kV System 1994 7 Puret C MV public distribution networks throughout the world E CT 155 first published March 1992 8 Kagan N Barioni C C Robba E J Introdu o aos sistemas de distri
152. s de manuten o que resultem em melhorias na confiabilidade do servi o e Estabelecer metas administrativas e informa es objetivas referentes confiabilidade do servi o Os objetivos da otimiza o da confiabilidade est o relacionados com a redu o do tempo de restabelecimento de energia considerando o seu impacto na quantidade de clientes horas sem energia no valor de energia n o faturada e nos ndices de continuidade da ANEEL Neste estudo n o se considera os preju zos com a es judiciais e outras devido dificuldade de mensura o das mesmas Uma caracter stica muito importante em an lises com auxilio estat stico a possibilidade de prever o comportamento do sistema de acordo com pocas do ano apesar da quantidade de falhas variarem possivel retirar conclus es muito importantes a respeito da evolu o das falhas Ao se analisar o Gr fico 3 pode se observar um comportamento semelhante ao longo dos anos do hist rico sendo que o n mero de eventos se acentua a partir do m s de setembro at dezembro para regi o estudada Os dados do Gr fico 3 foram retirados de 21 onde foram analisados os registros de interrup es de uma das distribuidoras de energia el trica 49 do Estado do Rio Grande do Sul Foram consideradas as interrup es na forma de emerg ncias nas redes de distribui o de m dia tens o 15 e 25 kV ocorridas nos anos de 2002 2003 2004 e 2005 A distribuidora em an
153. s pessoas causados pela fuga de corrente no caminho de retorno para terra e Para reduzir o risco de flash e explos o a arco para o pessoal que se encontrar pr ximo ao circuito no momento da falta e Para controlar com seguran a sobretens es transit rias evitando se que o sistema evolua de uma falta terra para faltas que envolvam outras fases aterramento por resist ncia de alto valor O aterramento por resist ncia pode ser dividido em duas classes aterramento por resist ncia de alto valor e aterramento por resist ncia de baixo valor que se diferem pelo valor da corrente durante a falta terra que permitem fluir Ambos os tipos s o projetados para limitar as sobretens es a n veis seguros at 250 da 80 tens o normal importante observar que a inser o de uma imped ncia entre o neutro do transformador e a terra da origem a uma sobretens o de no m nimo 250 como poss vel observar na Figura 28 Isto se deve ao fato de que a imped ncia de terra ou de retorno pela terra ser muito pequena comparada com qualquer imped ncia inserida entre o ponto de neutro e a terra Sobretens o Xc imped ncia capacitiva entre rede e terra RT resist ncia entre 300 Ee Naa E A xe a 05 140 15 20 R Figura 28 Sobretens es Versus Rela o X Rr 35 O sistema de aterramento atrav s de resist ncia tem vantagem de evitar transit rios de tens o elevados or
154. s que caracterizam a grande maioria dos sistemas el tricos de distribui o de energia do Brasil Analizou se as principais caracter sticas construtivas e operacionais desses sistemas procurando identificar seus principais componentes falhas associadas e poss veis solu es Para se entender um sistema qualquer que seja muito importante identificar a sua principal fun o e como esse sistema opera Assim inicia se descrevendo as principais caracter sticas f sicas de um sistema de distribui o de 145 energia el trica e a import ncia do seu funcionamento para os diversos tipos de consumidores de energia el trica Os sistemas el tricos apresentam diversos tipos de falhas por m algumas t m maior relev ncia devido a grande frequ ncia que acontecem Atrav s de pesquisas a outros trabalhos verificou se que muitas solu es propostas para melhoria do desempenho da rede el trica de distriui o e diminui o das falhas e desligamentos estavam ligadas ao aumento da T S l tens o suport vel sob impulso conhecida tamb m como N B I n vel b sico de isola o das estruturas e equipamentos utilizados Por m muito j foi desenvolvido nesta rea e um grande avan o sem grande disp ndio de capital torna se pouco prov vel Desta maneira partiu se para outro tipo de solu o para diminuir o n mero de desligamentos do sistema el trico minimizando os danos ao consumidor final Ao inv s tentar evitar a ocorr ncia de um
155. sat e SS EIA aa Sa 44 3 3 3 Falha permanente saussas pasta sis anestesia i asas grass dade do naus asian ana 45 34 Causas de Falhas ssa aa at 45 3 5 Estat sticas das Falhas ss sscessseeneeseraseenaaea 48 3 5 1 Taxa de Falhas Wo asia ssa e unas nanE its odH nad 51 3 5 2 Tempo M dio de Despacho Taesp c ii 52 3 5 3 Tempo M dio de Deslocamento Taesl ssssssrereesssesrresrserrrrrresene 54 3 5 4 Tempo M dio de Manuten o 57 3 6 An lise da Qualidade da Energia Relacionada s Falhas nos Sistemas de Distribui o ss ssseerensessesenenenanasa 58 Cap tulo 4 ATERRAMENTO DE REDES sanssssensssneeenunnnnunnnnnnnnnnnnnnnn nnmnnn 62 4 1 Conceltla o desse and 62 4 2 Tipos de Aterramento para Sistemas de M dia Tens o da DIStIBUI O sda dn a ande 65 4 2 1 Sistema N o Aterrado ou com Neutro Isolado 68 4 2 2 Aterramento s lido ou efetivo reren rrnesrerrree 74 4 2 3 Aterramento por Resist ncia terrer rnnesrerrree 79 4 2 4 Aterramento por Reat ncia terer tnnesrerrenen 86 4 2 5 Neutro Aterrado por Bobina de Petersen 87 4 3 Crit rios de Escolha do Regime do Neutro em Sistemas El tricos a E E SUSAN a UR DE RR 88 Cap tulo 5 NEUTRO RESSSONANTE sssssssessnnesneenunennnnnnnennnnnnnnnnnnn nanena 94 5 1 Introdu o e His
156. sen ASC CRATF pl4 x var t t IA1 0 t IA2 0 tIAZO Figura 58 Correntes de Falta para Diferentes Resist ncias de Contato Terra Outro ponto interessante notado foi a diminui o da tens o aplicada ao ponto neutro do sistema ou seja Bobina de Petersen Como a resist ncia de falta utilizada para simula o apresenta um alto valor hmico ela funcionou como um divisor de tens o Tal fato pode ser observado na Figura 59 142 40 Inv Rf 0 0 30 20 10 40 x x r 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 file Petersen ASC CFAT1 pi4 x var t v UTN 23 16 T 0 65 sl 0 70 pt Rf 5000 O e 4 o 2 file Petersen ASC CHAT1 pi4 x var t v UTN 23 8 12 16 r r x r v x 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 is file Petersen ASC CR LT1 pi4 x var t v UTN 23 12 ikv Rf 20000 Q s 4 o 4 3 12 0 35 0 40 0 45 0 50 0 55 0 60 0 65 Is 0 70 Figura 59 Tens o no Ponto Neutro para Diferentes Resist ncias de Contato Terra Consolida o dos Resultados Os resultados obtidos com as simula es v em comprovar o estudo realidade 143 desenvolvido nos cap tulos anteriores Como citado para que uma simula o possa fornecer resultados satisfat rios e confi veis necess rio que o levantamento de dados para essa simula o seja feito de forma muito criteriosa tentando reproduzir com o m ximo de veracidade o objeto que se deseja simular
157. sidera o as caracter sticas espec ficas de cada sistema 4 2 3 Aterramento por Resist ncia Em sistemas aterrados por resist ncia o neutro conectado terra atrav s de um ou mais resistores como mostra Figura 27 Neste m todo com exce o das sobretens es transit rias as tens es fase terra que aparecem durante a falta fase terra s o muito pr ximas das que apareceriam para um sistema isolado Um sistema aterrado por resist ncia n o esta sujeito a tens es transit rias destrutivas ou muito danosas ao sistema Para sistemas de at 15 kV aterrados por resist ncia estas sobretens es n o s o um problema s rio desde que o valor do resistor esteja entre os seguintes limites R lt Xco R 22X 34 este o crit rio aterramento para alta resist ncia onde a corrente de falta muito menor do que a correspondente para sistemas aterrados por resistores de baixo valor hmico 79 Xo Ma Rx Figura 27 Aterramento Por Resist ncia As raz es para se limitar a corrente por uma resist ncia de aterramento podem ser uma ou mais das seguintes e Para reduzir os efeitos de queima e fus o de condutores e contatos em equipamentos el tricos sob falta a terra como disjuntores transformadores cabos e m quinas rotativas e Para reduzir as solicita es mec nicas em circuitos e equipamentos sob falta a terra e Para reduzir o risco de choque el trico para a
158. sobrecorrente conectados conforme mostrado na Figura 12 s o todos os rel s que atuam para uma corrente maior que a do seu ajuste Nos rel s de tempo inverso 51ABC e 51N a temporiza o ou retardo de atua o varia inversamente com a corrente isto quanto maior a corrente de defeito menor o tempo de atua o como se v na Figura 13 Este comportamento define as curvas caracter sticas inversas de um rel de sobrecorrente denominadas Caracter sticas de tempo x corrente que s o fornecidas pelos fabricantes la Ib Ic Circuito Residual Figura 12 Caracter stica de Opera o dos Rel s de Sobrecorrente A curva caracter stica do rel geralmente expressa em termos de tempo x m ltiplo do valor de TAP No eixo vertical est o os tempos expressos em segundos s e no eixo horizontal as correntes de acionamentos em m ltiplos do TAP escolhido e este passa a ser o valor para o qual o rel come a a atuar As curvas caracter sticas de tempo s o denominadas de e Normalmente inverso e Muito inverso 34 e Extremamente inverso A rela o entre tempo e corrente estabelecida por normas tais como a IEC 255 4 expressa por H i Rap Onde i 1 Hi gt tempo de opera o em segundos k gt m ltiplo de tempo i m ltiplo da corrente de ajuste Bea gt constantes espec ficas de cada tipo de curva O ajuste da declividade da curva tempo x co
159. stemas de distribui o os dispositivos de prote o apresentam uma import ncia fundamental visto que visam manter a integridade f sica n o s de equipamentos mas tamb m dos eletricistas e da popula o em geral A aplica o correta destes dispositivos demanda um tempo elevado e extremamente trabalhosa devido ao seu grande n mero bem como ao fato de que ao se estudar seus ajustes necess rio levar em conta diversos fatores tais como a corrente de carga futura n veis de correntes de curto circuito m ximos e m nimos ajustes dos dispositivos de prote o a jusante e a montante Os dispositivos de manobra e prote o tradicionalmente utilizados nas redes de distribui o s o as chaves fus veis chaves repetidoras religadoras seccionalizadoras chaves unipolares do tipo faca e chaves trif sicas com abertura sob carga Estes dispositivos apresentaram nos ltimos anos apenas evolu es construtivas pois os seus princ pios de funcionamento n o evolu ram muito Cada um destes equipamentos apresenta caracter sticas pr prias de aplica o opera o 24 e ajustes Para uma melhor compreens o descreve se a seguir as suas caracter sticas construtivas e operacionais 2 3 2 1 Chave e Elos Fus veis Os elos fus veis s o dispositivos de prote o amplamente utilizados em sistemas de distribui o Suas aplica es envolvem basicamente a prote o de ramais de alimentadores cargas e transformadores de
160. stribui o constitui se em evento de consequ ncias cada vez mais graves face principalmente a grande utiliza o de equipamentos e dispositivos eletr nicos que na maioria das vezes s o sens veis a qualquer tipo de interrup o e ou varia es bruscas de tens o A paralisa o ou o funcionamento inadequado destes dispositivos eletr nicos sens veis em muitos casos pode acarretar a paralisa o de linhas inteiras de produ o perda do controle de grandes m quinas e processos paralisados gerando grande preju zo Com intuito de diminuir as paralisa es ocasionadas por defeitos nas redes de distribui o de energia el trica muitos estudos v m sendo desenvolvidos para obter se um melhor desempenho dessas redes Tendo em mente esse objetivo procura se fazer uma an lise do desempenho das redes de distribui o de energia num aspecto mais amplo estudando e avaliando as principais causas de falhas e desligamentos do sistema el trico a 1 origem dessas falhas e principalmente um m todo de mitiga o desse problema procurando sempre obter medidas e solu es que venham a minimizar tanto as falhas como as consequ ncias que estas falhas podem trazer sabido que muitos dos defeitos que ocorrem nos sistemas el tricos s o de dif cil solu o e tentar eliminar todos os defeitos ou criar um sistema el trico imune as falhas e ocorr ncias intempestivas praticamente invi vel tanto em aspectos econ micos quanto em aspectos
161. t cnicos Num levantamento das principais falhas que ocorrem nos sistemas de distribui o tendo como base estudos realizados por distribuidoras de energia el trica cnega se a conclus o de que a grande maioria dos defeitos que ocorrem s o monof sicos E esses defeitos em muitos casos evoluem para outros tipos de defeitos bif sicos e trif sicos A constata o de maior relev ncia que ser discutida neste trabalho a de que entre 60 a 90 dos defeitos s o transit rios como por exemplo uma descarga atmosf rica que provoca sobretens es em uma rede de distribui o sendo que essa sobretens o ultrapassa os valores de tens o suport veis pela estrutura gerando uma descarga pelo isolador Esse arco gerado pela descarga fornece uma via de escoamento para a corrente de frequ ncia industrial do sistema de tal forma que fica caracterizado um curto circuito fase terra obrigando a opera o do sistema de prote o com a consequente abertura do disjuntor do circuito Segue se ent o uma tentativa de religamento que embora na maioria das vezes possa obter sucesso n o evita a paralisa o tempor ria do fornecimento de energia pelo circuito com os seus inconvenientes No Brasil praticamente a totalidade dos sistemas de distribui o s o a reos e possuem o neutro diretamente aterrado liga o terra sem nenhuma imped ncia intencional e esses sistemas s o muito suscet veis aos mais variados tipos de defeitos Outros tipos de a
162. t rico de Utiliza o ssssssssssnnnnnnnnnrnnnnnrnnnnnnnnnne 94 5 2 Motiva o para Mudan a do M todo de Aterramento dos Sistemas de Distribui o e Utiliza o da Bobina de Petersen 95 5 3 Princ pios de Funcionamento ssa 100 5 4 Extin o de Arco em Faltas Terra eee 106 xi 5 5 Formas e Possibilidades de Aplica o da Bobina de Petersen 110 5 6 Concep o Moderna da Bobina de Petersen Erro Indicador n o definido 5 7 Vantagens da Aplica o da Bobina de Petersen 112 5 8 Dificuldades de Aplica o da Bobina de Petersen 114 5 9 An lise do Funcionamento dos Sistemas de Distribui o e Equipamentos Associados s nn ereeeenereaasenasaenaaoa 115 5 9 1 Sobretens es nos sistemas de distribui o 116 5 9 1 1 Sobretens es tempor rias 116 5 9 1 2 Sobretens es transit rias rate 117 5 9 2 Desempenho dos equipamentos sujeitos as sobretens es Erro Indicador n o definido SGT PAPAGAIOS urso nt isa rn ese sa Sagan Erro Indicador n o definido 5 9 2 2 Isoladores muflas terminais e buchas de passagem Erro Indicador n o definido 5 9 2 3 Transformadores de corrente e potencial Erro Indicador n o definido Cap tulo 6 SIMULA O DE CASO imesaaeareerereserenesererenenese 120 6 1 Import ncia e Valid
163. tas pode ajudar a diminuir o n mero de falhas tempor rias como galho de rvore encostando se rede etc Por m devido grande extens o das redes de distribui o a utiliza o de redes compactas pode se tornar um investimento muito alto inviabilizando se sua utiliza o Em regi es onde a carga concentrada podem se utilizar redes compactas j em regi es onde os consumidores est o espalhados e h necessidade de grande extens o de redes utilizam se na grande maioria dos casos redes com cabos nus As redes de distribui o operam no caso da rede a rea radialmente com possibilidade de transfer ncia de blocos de carga entre circuitos para atendimento da opera o em condi es de conting ncia devido manuten o corretiva ou preventiva Os troncos dos alimentadores empregam usualmente condutores de se o 336 4 MCM permitindo na tens o de 13 8 KV o transporte de potencia m xima que de cerca de 12 MVA que face necessidade de transfer ncia de blocos de carga entre alimentadores fica limitada a cerca de 8 MVA Estas redes 18 atendem aos consumidores prim rios e aos transformadores de distribui o esta es transformadoras que suprem a rede secund ria ou de baixa tens o Dentre os consumidores prim rios destacam se ind strias de porte m dio conjuntos comerciais shopping centers instala es de ilumina o p blica etc Podem ser a reas ou subterr neas as primeiras de uso ma
164. terramento do ponto de neutro do sistema s o utilizados em v rios pa ses tais como sistemas com neutro isolado Jap o Finl ndia ustria aterrados por resistor de baixo valor Fran a Espanha aterrado com bobina de Petersen Alemanha Su cia R ssia Em alguns desses pa ses convivem mais de um tipo de sistema Assim um estudo dos diversos tipos de aterramento existentes e a proposta de outro tipo de aterramento que n o seja o diretamente aterrado mas que propicie bons resultados frente aos diversos tipos de defeitos a que est o sujeitas as redes de distribui o de energia torna se amplamente vi vel e at necess rio Neste 2 contexto a escolha do tipo de aterramento de vital import ncia no comportamento do sistema sob falta importante perceber que de uma forma geral o m todo ou filosofia de aterramento do neutro possui pouca influ ncia durante a opera o normal do sistema el trico mas de import ncia fundamental quando ocorre uma falha na qual a terra inserida no circuito Portanto o estudo da forma de aterrar o neutro requer considera es cuidadosas pois o sistema el trico deve ser projetado de forma a suportar as sobretens es normais e transit rias e as correntes resultantes do defeito fase terra e na maioria das vezes o sistema de prote o deve ser capaz de detectar e isolar a falta em tempo h bil para evitar danos aos equipamentos instala es e a vida humana Os n veis de sobr
165. to de falta para uma falta terra devida as capacit ncias distribu das do sistema que em condi es normais de opera o se equilibram e se anulam J quando h um defeito para terra h a cria o de um novo caminho para as correntes que s o agora desequilibradas e circulam pelo ponto de falta A magnitude dessas correntes influencia diretamente a capacidade de auto extin o da corrente de defeito A capacit ncia do sistema depende de diversos fatores sendo os mais preponderantes o n vel de tens o do sistema e o comprimento dos ramais Deste modo a corrente capacitiva pode alcan ar altas magnitudes sendo praticamente imposs vel sua extin o Mesmo para baixos n veis de correntes a extin o dos arcos de correntes n o f cil pois devido a caracter stica predominantemente capacitiva da corrente no momento de sua passagem pelo zero que o momento em que normalmente os arcos se extinguem a tens o se encontra em seu maior valor pico da tens o Assim o arco tende a re iniciar como poss vel ver na Figura 19 Ico Ico Vs Segunda Igni o Primeira Igni o Figura 19 Re igni o do Arco Voltaico Esse fen meno agravado no caso de faltas intermitentes ou seja onde h a extin o e re igni o da corrente de arco Devido s caracter sticas capacitivas da corrente a cada meio ciclo no pico da tens o o arco re inicia Tal fen meno pode gerar tens es transit rias d
166. um dos m todos propiciam Como citado anteriormente muito importante conhecer tamb m os principais tipos de falhas a natureza e a origem delas para assim poder optar por um m todo que venha a sanar os pontos fracos do sistema 1 2 Aspectos Gerais dos Sistemas de Distribui o e o M todo de Aterramento do Neutro Em todo o mundo os sistemas de distribui o s o constru dos em m dia tens o tens o entre fases menor ou igual a 34 5 kV sendo que as tens es de 11 kV Europa e Jap o e 13 8 kV Estados Unidos e Brasil s o as mais utilizadas Em alguns pa ses s o encontradas ainda as tens es de 6 kV 9 kV 20 kV 22 kV 24 kV 30 kV Uma caracter stica importante dos sistemas de distribui o que por raz es econ micas devido a sua vasta extens o s o predominantemente a reos Nos centros urbanos dos pa ses desenvolvidos a distribui o feita com cabos subterr neos enquanto que nas reas rurais continuam a reos 4 No Brasil somente algumas capitais possuem parte do seu sistema subterr neo Algumas companhias de distribui o estaduais introduziram recentemente nos bairros mais nobres destas capitais linhas a reas com cabos revestidos de uma capa protetora externa a qual confere prote o principalmente contra contatos eventuais com rvores e a vegeta o de uma forma geral Na Europa Estados Unidos e Jap o a distribui o do tipo trif sica mesmo em reas rurais No Brasil nestas re
167. utos e servi os Com as empresas de distribui o de energia el trica n o poderia ser diferente No entanto no caso de tais empresas a elimina o de falhas al m de estar ligada com a busca da vantagem competitiva envolve tamb m o atendimento de padr es estabelecidos pelo rg o regulador ANEEL e a necessidade de se evitar algumas falhas cuja peculiaridade n o comum a outras empresas Devido necessidade de se garantir a disponibilidade de energia de forma cont nua as empresas deste setor t m ampliado o uso de novas tecnologias Qualquer tipo de servi o incluindo a distribui o de energia el trica pode conter falhas durante sua presta o No entanto falhas mais graves como a interrup o podem gerar grandes preju zos cuja peculiaridade n o comum a outros tipos de presta es de servi os O preju zo aqui mencionado n o significa apenas a quantidade de dinheiro que a distribuidora deixa de receber quando a carga interrompida A falha pode atingir grandes propor es se afetar ind strias 40 que tenham sua produ o comprometida e que possam mover processos judiciais implicando em penalidades financeiras contra a concession ria Piores ainda s o os casos em que as interrup es no fornecimento de energia possam afetar a vida humana por exemplo se a energia for interrompida para um hospital Logo a an lise das falhas em empresas do setor el trico fundamental principalmente pelo aspecto de se e
168. utua es de tens o distor es harm nicas e varia es moment neas de tens o O atendimento abrange a rela o comercial existente entre a concession ria e o consumidor considera a cortesia o tempo de atendimento s solicita es de servi os o grau de presteza e o respeito aos direitos do consumidor A continuidade corresponde ao grau de disponibilidade de energia el trica ao consumidor O ideal que n o haja interrup o no fornecimento de energia el trica ou se houver que seja a m nima poss vel e informada ao consumidor em tempo h bil a fim de prevenir poss veis preju zos decorrentes da falta de energia Dentre os par metros de qualidade pode se considerar a continuidade o de maior relev ncia porque afeta o cotidiano das pessoas e causa grandes transtornos por comprometer servi os essenciais Basicamente todos os tipos de clientes consideram que a confiabilidade no fornecimento da energia el trica de import ncia fundamental afetando em todos os aspectos de funcionamento da sua vida os dom sticos e os sociais Apesar de que todos os clientes gostariam de ter a confiabilidade total e de nunca perder o seu 58 fornecimento nem mesmo por um per odo breve as autoridades est o cientes que tecnicamente e financeiramente este seria um alvo imposs vel Hoje em dia o cliente conscientizado sobre toda a perda ou inconveni ncia financeira que ele ou pode sofrer em consequ ncia de uma interrup o no
169. vitar a reincid ncia das mesmas e para garantir a confiabilidade do sistema garantindo popula o um servi o essencial qualidade de vida Para minimizar os efeitos causados por falhas nos sistemas el tricos de distribui o fazem se necess rios estudos sobre origem causas dura o tipo e principalmente uma quantifica o das falhas Dentro deste contexto os principais objetivos a serem alcan ados na empresa com estes estudos s o Possibilitar adequada atua o gerencial atrav s do estudo das causas pois quanto maior o conhecimento das falhas menor a chance de haver reincid ncia das mesmas Ou seja atrav s de conhecimentos mais precisos poss vel administrar adequadamente os recursos da empresa tanto t cnicos quanto materiais Minimizar perdas financeiras devido carga interrompida a perda financeira mencionada aqui n o significa apenas o que a empresa deixa de ganhar quando a carga interrompida para determinada regi o Apesar de esta perda ser enorme ela nfima quando comparada com processos judiciais que podem ser movidos contra a concession ria devido a essa descontinuidade e descumprimento de cl usulas contratuais Aumentar a satisfa o do consumidor uma vez que a ANEEL tem um ndice especial para avaliar a satisfa o dos consumidores em rela o aos servi os prestados pela sua concession ria Este ndice denominado IASC ndice ANEEL de Satisfa o do Consumidor
170. x F Desta forma o fabricante estabelece 26 uma faixa de toler ncia onde pode ocorrer a fus o que chamada de faixa de opera o do elo fus vel Tempos em segundos b lu a naubo u names o g Corrente em Amperes pis SERNIN H Ee HRe CURVA M XIMA DE FUS O CURVA MINIMA DE FUSAO Figura 8 Exemplo de Curvas de Fus o de Elos Fus veis 12 O elo fus vel deve suportar em regime permanente a carga m xima no ponto de sua instala o Sua corrente nominal n o deve ser superior a m nima corrente de falta no trecho a ser protegido se poss vel considerando o fim do trecho para o qual prote o de retaguarda Onde In le ICCormin C l K In lt le lt L Kecen 058 100 Corrente nominal do trecho Corrente nominal do elo Corrente de fase terra m nimo no final do trecho protegido Taxa de crescimento anual da carga da regi o N mero de anos previsto Fator de seguran a 27 Para a coordena o fus vel x fus vel adotada uma regra de condi o de coordena o O tempo m nimo de atua o do fus vel protegido retaguarda 7 deve ser maior que o tempo m ximo de atua o do fus vel protetor T com uma toler ncia de 33 de tempo Matematicamente isto expresso da seguinte forma Al m da condi o b sica expressa anter
171. z maior em melhorar a qualidade do servi o e a satisfa o dos clientes tem popularizado esses m todos e t cnicas Estas ferramentas t m como objetivo melhorar a confiabilidade de produtos ou processos ou seja aumentar a probabilidade de um item desempenhar sua fun o sem falhar Os estudos e dados estat sticos s o de extrema import ncia para as concession rias de energia el trica pois ajudam a responder e avaliar quest es como o que esta acontecendo no sistema Onde e porque est o ocorrendo problemas 48 Essas respostas devem ser obtidas para subsidiar os mais diversos setores das concession rias gerencial de opera o de planejamento de constru o etc no sentido de entre outros pontos e Avaliar continuamente a confiabilidade hist rica dos sistemas e Comparar a confiabilidade do servi o atual com aquela inerente a qualquer mudan a na filosofia geral do projeto opera o manuten o e administra o e Prever aumento ou redu o da confiabilidade que pode resultar do fato de se investir ou n o na melhoria do sistema e Aumentar a solidez das compara es de alternativas de fornecimento tais como tra ado do alimentador seccionaliza o chaveamento autom tico configura es radias ou malha etc e Melhorar os projetos de sistemas atrav s de identifica o e modifica o de par metros e componentes que tem efeito marcante na confiabilidade do servi o e Identificar programa
172. za o dos descarregadores a reos centelhadores de chifre dispositivos de constru o simples e robusta que poderiam ser utilizados na coordena o de isolamento das linhas de distribui o principalmente as rurais Conforma j afirmado o inconveniente destes dispositivos que ap s sua opera o segue se uma corrente subsequente de 60 Hz que com o neutro solidamente e multi aterrado pode atingir valores muito elevados n o sendo portanto auto extinta Para elimina o da corrente ou queimam se os fus veis ou operam os disjuntores Portanto onde se aplicam os descarregadores de chifre obrigat ria a utiliza o de religadores autom ticos 96 e A corrente subsequente de 60 Hz contribui notavelmente para trincas e rupturas de isoladores cruzetas e postes de madeira e mesmo concreto Isto justifica a afirmativa j feita de que muitas paradas de manuten o programadas t m sua origem nas descargas atmosf ricas e Como j foi tamb m afirmado recentemente tem se utilizado cabos cobertos mas n o isolados pra tens o plena nas redes a reas de distribui o de regi es urbanas arborizadas Tais cabos permitem que as podas sejam realizadas com menor frequ ncia embora ainda persistam por n o ser recomend vel o contato continuo destes cabos encapados com os troncos e ramos de rvores Verificou se que nas redes a reas onde se empregam condutores cobertos o n mero de falhas por ruptura dos cabos proporc

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