unisal descargas lts ses x

7/14/2019 Unisal Descargas LTs SEs X

1/108

Proteo Contra Descargas Atmosfricas e Sistemas de Aterramento

Desempenho de LTs e S/Es Contra

Descargas Atmosfricas(L i g h t n i n g Pe r f o r m a n c e)

Curso de Ps Graduao Lato Sensu em Engenharia Eletrotcnica eSistemas de Potncia

Campinas, agosto de 2013

Apresentao

Prof. Lzaro Partamian Carriel


2/108

Proteo Contra Descargas Atmosfricas e Sistemas de AterramentoProf. Lzaro Partamian Carriel

Programa do Curso

O ambiente eltrico do planeta;Prog

Final

ParaNavegarCliqueNesta

Coluna

Ref

Fundamentos dos processos fsicos envolvidos numa descarga atmosfrica;

Parmetros envolvidos numa descarga atmosfrica;

Tcnicas de medio de parmetros de uma descarga;

Efeitos e aspectos de segurana;

Tipos e estruturas de um SPDA;

Filosofias de proteo, pra-raios e aplicaes;

Filosofias de sistemas de aterramentos, proteo de instalaes especiais; e

Principais pontos da norma ABNT NBR 5419-2001 (Rev. 2005).


3/108


ROT

Roteiro

1. Descargas Atmosfricas

2. Desempenho de LTs Submetidas s Descargas Atmosfricas

3. Mtodos de Melhoria do Desempenho de LTs

4. Pra-Raios

1

2

3

4

5. Sistema de Aterramento5

ParaNavegarCliqueNesta

Coluna

Final

Ref

Prog


4/108


Final

1

ROT

Prog

As descargas atmosfricas so responsveis por cerca de 65 a 70% dos desligamentos no

programados que ocorrem em LTs com tenso230 kV.

Possibilidade de perda de grandes blocos de carga pelas empresas concessionrias deenergia;

Motivadores

Brasil 50 a 70%Estados Unidos 57%Japo 70 a 80%

Dinamarca 57%Colmbia 47 a 69%Mxico 50 a 60%

Possibilidade de interrupes nos processos de consumidores industriais; e

Desligamentos de LTs vitais podem ocasionar distrbios em toda a rede de uma regio.

Fenmenos naturais: 70%Fonte: Denki Hoan TokeiElectricity Safety StatisticsConsequncias:

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref


5/108


Sistemas de Medio

Main propagation mechanisms: (VLF):Earth-Ionosphere reflections; (LF) Ground wave propagation; (VHF)Line of sight propagation.

Final

1

ROT

Prog

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref


6/108


Sensores

Campo Eltrico Local Impacto

Antena de Deteco (5 dipolos circular)

Processador

UPSDetectionProcessor rack

Temperature controlSwitches and lightningprotection

VHF Deteco de nuvensLF Deteco de raios CGImpacto Foco em raios CGAntena Foco em raios ICLF

LF

VHF

Tecnologias Complementares de Deteco de Descargas

Fonte: Vaisala/HobecoFinal

1

ROT

Prog

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

P


7/108


Exemplo de Localizao de Descargas

Final

1

ROT

Prog

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

P


8/108


Posio dos Sensores

Posio dos Sensores

Final

1

ROT

Prog

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

Prog


9/108


Mapa Isocerunico - Brasil

Mapa Isocerunico

Dias de Trovoadas por Ano100

50

Nvel Cerunico (Td)

Final

1

ROT

Prog

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

Prog


10/108


Correlao

Caracterstica Apresentada Relao Aproximada

ABNT-Cigr (Anderson/Eriksson) Ng = 0,040 . Td,

Minas Gerais (CEMIG) Ng = 0,028 . Td,

Mxico (Regio Plana) Ng = 0,044 . Td ,

Mxico (Regio Costeira) Ng = 0,026 . Td,

Mxico (Regio Montanhosa) Ng = 0,024 . Td,

Emprica (Geral) Ng = 0,023 . Td,

Descargas Atmosfricas

Correlao observada entre a densidade dedescargas para a terra (Ng) e o nvel cerunico

(Td).

Ng... Descargas/km2/AnoTd... Dias de trovoadas por ano

Final

1

ROT

Prog

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

Prog


11/108


Densidade de Descargas Atmosfricas (ONS)

Ng = 0,04 x Td1,25

ABNT NBR 5419

Final

1

ROT

Prog

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

Prog


12/108


Mortes por Raios no Brasil (2002-2012)

Final

1

ROT

Prog

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

Prog


13/108


Caractersticas do Problema

Existem dois tipos de descargas: Nuvem para Terra (CG) e Entre Nuvens (IC).

Um temporal tpico tem 25 km de largura e se forma em 15 minutos.As descargas so compostas por vrios raios

Os raios tm polaridade positiva ou negativa

Geralmente de 2 a 3 raios por descarga

Os raios transferem uma grande quantidade de carga

Dimetro de 1 cmA corrente de pico varia de 2 a 300 kA. (circuito domstico => entre 15 a 30 A)A corrente de pico mdia estimada entre 25 a 35 kAA tenso da descarga varia entre 100 milhes a 1 bilho de VoltsMais de 50.000 graus Fahrenheit ou 30.000 graus Celsius

Globalmente, ocorrem 100 descargas a cada segundo

Cada dia, mais de 8 milhes raios atingem a terra = 3 bilhes cada ano

Nos Estados Unidos, por ano, mata mais pessoas do que tornados e furacescombinados

Final

1

ROT

Prog

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

P l id d F d O dProg


14/108


Polaridade e Forma de Onda

Continua...Final

1

ROT

g

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

P l id d F d O dProg


15/108


Polaridade e Forma de Onda

Exemplo de Polaridade Negativa

Exemplo de Polaridade Positiva

Final

1

ROT

g

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Tipo

Desc

HistFor

Ref

Pola

Ti d R iProg


16/108


Tipos de Raios

Nuvens para Terra (CG)Entre Nuvens (IC)

Continua...Final

1

ROT

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

Tipos de RaiosProg


17/108


Tipos de Raios

EntreNuvens (IC)

Nuvens para Terra (CG) 25% Nuvens para o Ar

Intranuvens

Descargas nas Nuvens 75%

Final

1

ROT

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

DescargasProg


18/108


Descargas

Final

1

ROT

Cara

Moti

Medi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

Histograma (USA)Prog


19/108


Histograma (USA)

Fonte: Vaisala/HobecoFinal

1

ROT

Cara

MotiMedi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

FormaoProg


20/108


Formao

Final

1

ROT

Cara

MotiMedi

Sens

Loca

PosiMap

Corr

Mort

ONS

Pola

Tipo

Desc

HistFor

Ref

DesempenhoProg


21/108


Nmero de descargas diretas/(100 km.ano)

Desempenho

Amplitude e taxa de crescimento da corrente de descarga

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

Final

Ref

Estr

2

ROT

Densidade de descargas a terraLargura da faixa de exposio da linha

Corrente crtica (Ic) para di/dt consideradaDeterminao da probabilidade de desligamento da linha para Ice di/dt.

A funo distribuio de probabilidade log-normal tem sido adotada pelamaioria das publicaes tcnicas para representar a distribuio deprobabilidade cumulativa para as amplitudes e taxas de crescimento das

correntes consideradas.

. dx

xlnxln

2

1

x

1.

. .2

1(x)Fx)P(X

2

xln

x

0xln

X

FX(x) corresponde a probabilidade da varivel aleatria X assumir um valor menor ouigual a um valor especfico x. E corresponde ao valor mdio do logaritmoneperiano da varivel aleatria lnxao desvio-padro logartmico (base e-ln). Desta

forma, a distribuio de probabilidade da varivel aleatria pode ser totalmentecaracterizada por dois parmetros: elnx.

Indu

Aterr

Cab

Resu

Amplitude da Corrente de DescargaROTProg


22/108


Amplitude da Corrente de Descarga

7.4

0

0

451

1

I

IIP d

6.2

0

0

311

1

I

IIP d

Curvas de probabilidade de ocorrncia das correntes de descarga descendentes negativascom valores de pico acima de uma determinada amplitude, obtidas para as medies

efetuadas pelo CIGR e pela CEMIG com base nos valores mdios e nos desvios-padrologartmicos observados.

Curvas com a probabilidade P(Id

I0) da amplitude mxima da corrente de descarga exceder a uma

corrente I0considerada, com base nas equaes simplificadas propostas pelo CIGR e pela CEMIG.

Fonte: Jorge Luiz De Franco

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

ROT

Indu

Aterr

Cab

Resu

Principais AspectosROTProg


23/108


Principais Aspectos

Trs aspectos principais devem ser considerados na anlise do comportamentotransitrio de linhas areas de transmisso frente s descargas atmosfricas: Caractersticas da corrente de descarga: amplitude, tempo de frente e taxa de crescimento da

onda, carga associada a descarga, polaridade etc.; Aspectos relativos ao processo de conexo entre o canal de descarga e os componentes da

linha de transmisso; e

A resposta eletromagntica da linha de transmisso;

As linhas de transmisso podem apresentar diferentes configuraes para as torres,condutores areos e sistema de aterramento;

Diferentes configuraes para estes componentes estabelecem diferentes respostastransitrias quando da ocorrncia de solicitaes atmosfricas, as quais refletemdiretamente nos valores das sobretenses resultantes obtidas;

Ponto de incidncia da descarga: topo da torre ou cabos pra-raios (linhas blindadas);condutores de fase (linhas no blindadas, falha de blindagem);

Caractersticas das correntes de descarga;

Impedncia equivalente dos cabos pra-raios; O acoplamento eletromagntico entre os cabos pra-raios e os condutores fase; A resposta transitria da torre; O efeito das torres adjacentes;

A resposta transitria do sistema de aterramento; e Modelo de disrupo da isolao considerado.

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

ROT

Indu

Aterr

Cab

Resu

LTs sem Cabos Pra-Raios

ROTProg


24/108


s se Cabos a a os

As descargas atmosfricas ao incidirem diretamente os condutores fase produzemondas incidentes de corrente que se propagam na linha em ambos os sentidos gerando

tenses incidentes com amplitudes de:

2

)(0

tiZtVIS

Descarga distruptiva na isolao da linha flashover ocorrer na fase atingida peladescarga e nas fases adjacentes se:

Basicamente todas as descargas incidindo diretamente sobre as estruturas ou oscondutores fase de uma LT area sem cabos pra-raios provocaro descargasdiruptivas de impulso flashover na isolao da linha.

tVtV ii edischIS arg

Rchn

rhnZ 22600

VIS(t) Tenso que se propaga pelos cabos (kV).

Z0 Impedncia de surto dos condutores ()i(t) Amplitude da corrente de descarga (kA)

Continua...

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

ROT

Indu

Aterr

Cab

Resu

LTs sem Cabos Pra-RaiosROTProg


25/108


A maioria das descargas atmosfricas que incidem sobre LTs sem cabos pra-raiosproduzem descargas disruptivas externas flashover ao longo das cadeias deisoladores.

A probabilidade de desligamento da linha, devido a passagem da corrente de curto-circuito, pode ser estimada por:

arcodisrupddesl PPNN Ndesl Nmero de desligamentos na LT por 100 km.anoNd Nmero de descargas incidindo sobre a LT por 100 km.anoPdisrup Probabilidade de disrupo na isolao

Parco Probabilidade da descarga ser seguida pelo arco de potnciaFalh

DeseAmp

Aspe

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

ROT

Indu

Aterr

Cab

Resu

Sem

LTs com Cabos Pra-RaiosROTProg


26/108


A maioria das descargas atmosfricas ao incidirem sobre linhas de transmisso/redes

de distribuio protegidas por cabos pra-raios adequadamente posicionados, iroincidir sobre esses ou sobre a estrutura.

De uma maneira geral, o sistema considerado adequadamente protegido pelos cabospra-raios quando o ngulo de blindagem entre o(s) cabo(s) pra-raios e os condutores

fase inferior a 30.

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

ROT

Indu

Aterr

Cab

Resu

LTs com Cabos Pra-Raios - Modelo Eletrogeomtrico

ROTProg


27/108


g

mYIr

mYIYr

sg

sg

405.5

40)43ln(7.16.3

65.0

65.0

Modelo Eletrogeomtrico CIGR

Im a mxima corrente a partir do qual

nenhuma descarga ir incidir diretamente sobre os condutores fase.

= ngulo de BlindagemDescargas entre A e B

Atingem os Cabos Pra-raiosDescargas entre B e C

Atingem o Condutor de Fase

Descargas alm de CAtingem a TerraIEEE Std 1410-1997

rs.... Distncia de descarga para o condutor horizontal (m).rsg... Distncia de descarga para a terra (m). I ... Amplitude da corrente de descarga (kA)

Descargas que incidem sobre uma LTrs= 10 . I 0,65 rsg= 0,9 . rs

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

ROT

Indu

Aterr

Cab

Resu

BlindagemROTProg


28/108


Continua...

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

ROT

Indu

Aterr

Cab

Resu

BlindagemROTProg


29/108


Continua...

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

ROT

Indu

Aterr

Cab

Resu

Blin

BlindagemROTProg


30/108


Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Blin

Largura da Faixa de Exposio

ROTProg


31/108



Vrios trabalhos abordam diferentes procedimentos para adeterminao do raio de atrao equivalente mdio. Aexpresso proposta por Eriksson tem sido bastante

utilizada em estudos de desempenho de linhas detransmisso:74,06,084,0 IHRa

Ra Raio de atrao equivalente (m);H Altura da estrutura (m);

I Amplitude da corrente de descarga (kA).

Exemplo: Para I = 45 kA Ra= 14.H0,6

Largura da Faixa de Exposio:

bRA a 2 bHA 6.028A Largura da faixa de exposio da linha (m)h Altura mdia do condutor mais alto ou do cabo pra-raios, em

caso de sua existncia (m).b Espaamento horizontal entre cabos pra-raios ou cabos

condutores (m). Se a linha tem somente um cabo pra-raios,b = 0.

Nmero Estimado de Descargas Diretas (Nd) que IncidemSobre uma Linha de Transmisso (descargas/100 km/ano)

10010 3 ANN gd 1102 bRNN agd

16,0

1028

bHNN gdNg Densidade de descargas a terra (descargas/km2.ano) Continua...

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Largura da Faixa de ExposioROTProg


32/108



hg

Altura mdia do condutor mais alto ou do cabo pra-raios, em caso de sua existncia, ou do condutor (m).hgw Atura mnima do cabo pra-raios ou do condutor mais elevado no meio do vo

A altura mdia equivalente (H) do condutor mais elevado em relao ao solo determinada por:Perfil plano: H = hg 2/3 . (hg hgw)Perfil ondulado: H = hgPerfil montanhoso: H = 2 . hg

O nmero de descargas diretas que incidem sobre uma linha de transmisso localizada nasproximidades de outras estruturas influenciado pela rea de captao de descargasdessas estruturas. Desta forma, uma vez conhecidas as caractersticas da linha, a altura

dos objetos prximos e a distncia entre a linha de transmisso e esses objetos (outraslinhas de transmisso, por exemplo), podem ser estabelecidos os fatores de blindagem.

Ndrd= Nd(1 - Sf)N

drd

Nmero de descargas atmosfricas que incidem diretamente sobre a linha detransmisso (descargas /100 km . ano).Nd Nmero de descargas atmosfricas que incidiriam sobre a linha no havendo apresena de objetos prximos a linha.

Sf Fator de blindagem: Sf= 0Ndrd= Nd.Um fator de blindagem igual a zero significa que a linha de transmisso atravessa uma regio onde aproximidade de objetos no afeta o nmero de descargas por ela coletadas. Por outro lado, um fator de

blindagem igual a 1,0, indica que a linha se encontra totalmente protegida das descargas diretas emfuno dos objetos em suas proximidades.

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Expo

Probabilidade e Strike DistanceROTProg


33/108


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Corrente (kA)

ProbabilidadedeExcederaAbcissa(%)

24 kA

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Corrente do Raio (kA)

S

trikeDistance(m)

Darveniza Love Whitehead IEEE Suzuki

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

0 50 100 150 200 250 300

Strike Distance (m)

CorrentedoRaio(kA)

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Falha de Blindagem e Back FlashoverROTProg


34/108



Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Incidncia da Descarga Sobre as Estruturas

ROTProg


35/108


As descargas atmosfricas ao incidiremdiretamente sobre as estruturas ou sobre oscabos pra-raios produzem tensestransitrias que se propagam ao longo dasestruturas e dos cabos pra-raios, elevando atenso no topo da estrutura acima do potencial

de terra (VTORRE).

No mesmo instante, tenses induzidasaparecem sobre os condutores fase,

resultantes do acoplamento capacitivo entreesses condutores e o(s) cabo(s) pra-raios.

iii PFinduzidaicrossarmIS

VtVtVtV

VISi(t) Tenso transitria nos terminais das cadeias de isoladores (kVcr)Vcrossarmi(t) Tenso transitria nas msulas (kVcr)

Vinduzida(t) Tenses induzidas nos condutores fase devido ao acoplamento capacitivo (kVcr)VPFi Tenso de frequncia industrial (kVcr)Fonte: Jorge Luiz De Franco

Continua...

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Incidncia da Descarga Sobre as EstruturasROTProg


36/108


As tenses induzidas que se estabelecem noscondutores fase podem ser estimadas, deforma simplificada, pela expresso abaixo:

Descarga disruptiva de retorno na isolaobackflashover ir ocorrer na fase se:

iii PFinduzidaicrossarmIS

VtVtVtV

VInd(t) Tenso induzida sobre os condutores fase.K Fator de acoplamento.

tVKtV TORREiiInduzida .

tVtVii aDescIS arg

ii PFiTORREIS

VKtVtV 1Desprezando os efeitos dosbraos da torre cross-arm effect:

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Estr

Incidncia da Descarga Sobre os Cabos Pra-RaiosROTProg


37/108


Em caso de incidncia das descargasatmosfricas sobre os cabos pra-raios, a

corrente de descarga se divide e se propaga aolongo desses, gerando uma tenso incidentedada por:

2

)(tiZtV gg

Vg(t) Tenso que se propaga pelos cabos pra-raios (kV).

Zg Impedncia de surto do cabo pra-raios ().i(t) Amplitude da corrente de descarga (kA)

Assumindo que no ocorra falha da isolaono meio do vo, a tenso Vsse propaga peloscabos pra-raios em direo s estruturasmais prximas, alcanando a estrutura em umtempo 1. Desprezando os efeitos de

atenuao e distoro, a tenso no topo daestrutura atingida, a partir do instante 1at aocorrncia da prxima reflexo (tempo + 1),pode ser dada por:

2

)t(A

ZZRZ2

RZ2

tV

1

0200

0

11T


Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

LT com Cabos PR Efeito da Impedncia de AterramentoROTProg


38/108



Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Sobretenses InduzidasROTProg


39/108


Descargas atmosfricas ao incidirem prximas as redes eltricas areas, produzemtenses induzidas, cujas amplitudes dependem principalmente da intensidade da

corrente de descarga, da altura da linha e da distncia do ponto de incidncia da descargaem relao a linha.

Se os valores de tenso induzida excedem a tenso de descarga das cadeias deisoladores, ocorre a descarga externa pelas cadeias seguida da passagem da corrente decurto-circuito.

O clculo das tenses induzidas envolve:

A modelagem da corrente de descarga; O clculo do campo eletromagntico resultante junto aos condutores da linha, a partir

do modelo da corrente de descarga; A modelagem do acoplamento entre o campo eletromagntico e os condutores da

linha;

A soluo das equaes que definem esse acoplamento.

Continua...

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

ComMod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Sobretenses Induzidas

2

ROTProg


40/108


Descargas atmosfricas ao incidirem prximas as redes eltricas areas, produzemtenses induzidas, cujas amplitudes dependem principalmente da intensidade da

corrente de descarga, da altura da linha e da distncia do ponto de incidncia da descargaem relao a linha.

Vmax. Amplitude da tenso induzida sobre a rede/LT (kVcr);I0 Amplitude da corrente de descarga (kA);Z0 Impedncia do canal de ar condutor do arco (30 );h Altura dos condutores da rede ou linha em relao ao solo (m);y Distncia perpendicular entre o ponto de incidncia da descarga no solo com o eixo da rede ou

linhas areas (m); Relao entre a velocidade da corrente de retorno e a velocidade da luz no vcuo = v/v0.Fatores que influenciam na amplitude e forma de onda da tenso induzida:

Caractersticas da descarga: Amplitude da corrente de descarga Forma de onda da corrente de descarga:

Taxa de crescimento

Polaridade Velocidade da descarga

Distncia da descarga a linha Configurao da linha:

Altura da linha Disposio dos condutores

Presena de condutores aterrados

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

Com

Mod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Aterr

Cab

ResuIndu

Resumo

2

ROTProg


41/108


Linhas sem Cabos Pra-Raios

A maioria das descargas atmosfricas que incidem sobre LTs sem cabospra-raios produzem descargas disruptivas externas flashover ao longodas cadeias de isoladores.

Falha de BlindagemOcorrncia de descargas disruptivas externas como no caso de descargas

em linhas sem cabos pra-raios

Linhas com Cabos Pra-Raios - Descarga na Estrutura ou Sobreos Cabos Pra-RaiosPossibilidade de ocorrncia da descarga de retorno backflashover nas

cadeias de isoladores. O desempenho das LTs fortemente dependente da

impedncia de aterramento.

Sobretenses InduzidasCrticas para sistemas com tenso nominal at 45 kV.

Falh

DeseAmp

Aspe

Sem

Com

Mod

Blin

Prob

Expo

FinalRef

Estr

2

Indu

Aterr

Cab

Resu

Projeto de Isolamento

3

ROTProg


42/108


Entende-se porprojeto de isolamentoas atividades da engenharia que visamprojetar as caractersticas dieltricas (isolantes) dos sistemas e suas proteesem relao s solicitaes de tenso que podem ocorrer.

Auto regenerativoquando ele recupera suas caractersticas isolantes aps adescarga causada pela aplicao da tenso de teste. Como exemplos, situam-se

os isolamentos externos como as cadeias de isoladores, a distncia doscondutores ao solo e outros; e No auto regenerativoquando no recupera sua capacidade isolante aps a

descarga. Como exemplo, tm-se os isolamentos internos (papel impregnado a

leo dos transformadores, geradores etc.).

3

Como exemplos de isolantes podem-se citar as cadeias de isoladores de uma linhade transmisso, as distncias entre condutor energizado e a torre ou solo, o papel

isolante de transformadores etc.. Como exemplos de proteo podem-se citar ospra-raios e descarregadores de chifres.

Denomina-se elemento isolante a um bipolo onde aplicado uma tenso e queapresenta impedncia praticamente infinita at o instante de descarga e

impedncia praticamente nuIa aps.

FinalRef

Continua...

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Projeto de Isolamento

3

ROTProg


43/108


Quanto a localizao fsica o isolamento pode ser considerado expostoou no

expostose nele puder ou no ocorrer um tipo de sobretenso. A entrada de linhaat o disjuntor um isolamento exposto s sobretenses de manobra de fim delinha durante religamento, o mesmo no acontecendo com o barramento.

Ainda pode-se classificar um isolamento como criticoou no criticoquando asua falha provoca ou no defeito nas barras resultando na abertura de vriosdisjuntores com possveis inconvenientes estabilidade do sistema (defeito nabarra da subestao).

Sobretenso (NBR 6939). Qualquer tenso entre fase e terra, ou entre fases,cujo valor de crista excede o valor de crista deduzido da tensomxima do equipamento, respectivamente

2Vou32V mm

Entende-se por tenso mxima de um equipamento, a mxima tenso de linhaeficaz que pode ser mantida em condies normais de operao, em qualquerinstante.

3

FinalRef

CxS

Tipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Proj

Tipos de Sobretenso

3

ROTProg


44/108


As sobretenses podem ser classificadas de acordo com a forma da sobretenso,

sua durao, seu efeito sobre a isolao ou sobre o dispositivo de proteo em:Sobretenses temporrias;

Sobretenses transitrias:

Sobretenses combinadas.

Sobretenses de frente lenta;

Sobretenses de frente rpida;Sobretenses de frente muito rpida;

Continua...

3

FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Tipos de Sobretenso (ABNT)

3

ROTProg


45/108


ABNT - NBR 6939

Continua...

3

FinalRef

CxS

Proj

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Tipo

Tipos de Sobretenso (IEC)

3

ROTProg


46/108


IEC 60071

3

FinalRef

CxS

Proj

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Tipo

Coordenao do Isolamento (NBR 6939) Seleo da suportabilidade

Coordenao do Isolamento

3

ROTProg


47/108


Coordenao do Isolamento (NBR 6939). Seleo da suportabilidadedieltrica dos equipamentos em funo das tenses que podem ocorrer no

sistema ao qual estes equipamentos sero ligados, levando em conta ascondies em que sero operados e as caractersticas dos dispositivos deproteo disponveis.

Mtodo Estatstico de Coordenao do Isolamento. A partir daconsiderao de que a falha de um isolamento pode ocorrer, tal procedimentobusca quantificar o risco de falha e us-lo como um ndice de segurana no projetodo isolamento. A determinao do risco de falha para uma dada categoria desobretenso requer o conhecimento das sobretenses s quais o isolamento fica

sujeito e da sua suportabilidade em termos das respectivas distribuies defreqncia.

Mtodo Convencional de Coordenao do Isolamento. Procedimento

baseado na determinao da mxima sobretenso imposta ao isolamento e na suamnima suportabilidade. A noo de mxima sobretenso e mnima suportabilidade arbitrria, uma vez que tais valores so de natureza intrinsecamente aleatria.Busca-se estabelecer uma margem suficiente entre eles com o objetivo de secobrir as incertezas envolvidas na sua determinao e nenhum esforo feito nosentido de se quantificar o risco de falha de isolamento.

3

FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

As solicitaes aos dieltricos constituem-se na tenso operativa e nas

Solicitaes Dieltricas

3

ROTProg


48/108


As solicitaes aos dieltricos constituem-se na tenso operativa e nassobretenses.

As de origem externa, constitudas pelas descargas atmosfricas nos sistemas; e

As de origem interna, que aparecem devido a modificao de corrente ou tenso nos

sistemas pela manobra de um disjuntor ou seccionadora, ou curtos e so constitudas deduas partes: uma primeira rpida (alguns ciclos) bastante amortecida, de valoresbastante elevados, devido s oscilaes dos circuitos RLC das linhas (sobretenses demanobra); e uma segunda j de durao de alguns segundos, de natureza senoidal, s

vezes distorcida: so as sobretenses a freqncia impressa (com ou sem harmnicas).

Enquanto que a tenso operativa uma solicitao contnua e para qual no seaceita uma descarga do isolante, as sobretenses se caracterizam por umadurao transitria de tempo relativamente curto e para a qual aceitam-se algumasdescargas.

Dentre as sobretenses pode-se distinguir:

3

FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Sobretenses de Origem Interna

3

ROTProg


49/108


As sobretenses de origem interna so ocasionadas por:

Energizao ou abertura de linhas;Ocorrncia e eliminao de curtos;

Para estudo dos isolamentos as solicitaes so divididas em trs categorias:sobretenses de origem atmosfrica, sobretenses de

manobra e sobretenses a freqncia impressa(sustentadas).

Religamentos mono e tripolar das linhas;

Rejeio de carga; eAbertura ou insero de correntes indutivas (reatores e transformadores em

vazio).

3

FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Sobretenses de Origem Atmosfrica

3

ROTProg


50/108


Estas sobretenses so unidirecionais e de curta durao, menores que 200 s e

so provocadas por quedas de raios na linha, atingindo uma fase ou o cabo pra-raios. No segundo caso, ocorrer uma sobretenso no topo da torre no pra-raios,transferindo uma parte deste potencial as fases atravs do acoplamento capacitivoentre estes. Estas sobretenses so representadas em laboratrio por uma onda

triangular com uma frente (tempo de subida) de 1,5 a 2 s e uma cauda definidapelo tempo at atingir 50% do valor de crista, em geral da ordem de 50 s.

Real Laboratrio

Continua...

3

FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Sobretenses de Origem Atmosfrica

3

ROTProg


51/108


As sobretenses de origem atmosfrica dependem dos seguintes eventos:

Intensidade de corrente do raio (0 a 200 kA);

Frente de onda do raio (0 a 6 s);

Resistncia de aterramento das estruturas;

Valor da tenso no instante de ocorrncia do valor de pico;Coeficientes de acoplamento entre as fases e pra-raios;

Impedncias caractersticas dos cabos e torre; e

Posio de queda do raio: meio vo, quarto de vo, torre (pra-raios ou fase).

Estes fatores fazem com que o isolamento tenha uma solicitao de caracterstica varivelpodendo ser definida por uma distribuio estatstica dada por um valor mdio V50%e um

desvio padro(distribuio gaussiana).Esta curva de distribuio calculada pela simulao do fenmeno em computadoresdigitais.

FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Melh

Exe

PR

Para

Atm

Mtodos de Melhoria do Desempenho de LTs

Aumento de isolamento das linhas3

ROTProg


52/108


Aumento de isolamento das linhas Aumento da distncia de arco a seco das cadeias de isoladores em linhas de

transmisso; Em redes de distribuio, alm do aumento da distncia de arco a seco dos

isoladores possvel aumentar o isolamento fazendo uso da isolao de partes daestrutura;

Mtodo adequado para reduo das falhas em redes e linhas de distribuio portenses induzidas;

Mtodo no efetivo para reduo de taxas de falha por descargas diretas, tanto paraLTs quanto para redes de distribuio.


Continua...FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para


Isolador de Disco Isolador Polimrico3

ROTProg


53/108



Distncia de Escoamento de um Isolador. Comprimento da distnciaentre os pontos A e B ao longo da superficie de um isolador.

Isolador de Disco

A

B

Distncia de Escoamento

Isolador Polimrico

A

B


Nvel de Poluio


Especfica Nominal

Mnima (mm/kV)

I Leve 16

II Mdio 20

III Pesado 25

IV Muito Pesado 31FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh


3

ROTProg


54/108


FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh


N j t d i l t d3

ROTProg


55/108


No projeto dos isolamentos de uma

linha de transmisso so estudados osseguintes componentes:

Comprimento das cadeias deisoladores (L), tipos I ou V e nmero

de isoladores (N);Gaps parte viva-torre. Distncia parte

viva a massa na fase central (di) eexterna (de);

Distncia entre fases (df);Distncia mnima do condutor ao solo

(dms); e

Localizao dos pra-raios (e dpr).

Os dimensionamentos de outros componentes edistncias so realizados atravs de estudos

especficos.FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh


3

ROTProg


56/108


FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh


Melhoria do sistema de aterramento3

ROTProg


57/108


A reduo nos valores de impedncia de aterramento acarreta em reduo dos

ndices de desligamento de redes de distribuio e LTs providas de cabos pra-raios;No caso das LTs, uma reduo nos ndices de desligamento pode ser obtida com o

aumento do comprimento e de novas disposies de cabos contra -pesos nas basesdas torres;

Em redes de distribuio, alm de reduzir os ndices de desligamentos, reduz o ndicede queima de equipamentos instalados na rede.


FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh


Instalao de cabos pra-raios e/ou melhoria do ngulo de blindagem oferecido3

ROTProg


58/108


pelos cabos pra-raios

A instalao de cabos pra-raios reduz a incidncia de descargas diretas sobre oscondutores;

A instalao dos cabos pra-raios eleva a altura do condutor em relao ao solo,

aumentando a largura da faixa de exposio das redes e linhas e, por conseguinte, aincidncia de descargas atmosfricas sobre essas;

Possibilidade da ocorrncia de descargas disruptivas de retorno backflashover oude descargas disruptivas na isolao flashover, em funo das impedncias de

aterramento e falhas de blindagem, respectivamente;Melhor xito em projetos de linhas novas;

Difcil implementao em linhas antigas;

A aplicao de cabos pra-raios para a proteo de descargas diretas amplamenteutilizado em projetos de linhas de transmisso;

Aplicao limitada em redes de distribuio.


Continua...FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh


Instalao de cabos pra-raios e/ou melhoria do ngulo de blindagem oferecidol b i

3

ROTProg


59/108


pelos cabos pra-raios

Exemplo de aplicao em uma LT de 69 kV da CHESF

Comprimento da LT: 9,5 km Espaamento mdio entre vos: 196 m

Terreno acidentado


FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh


Instalao de pra-raios de linha (TLA)3

ROTProg


60/108


p ( )Tecnologia utilizada em vrios pases para a melhoria do desempenho de linhas de

transmisso desde o incio da dcada de 80 (primeira aplicao reportada no Japoem 1980);

Tecnologia tornou-se mais difundida a partir do desenvolvimento de pra-raios cominvlucros polimricos;

Implementao nos pases latino-americanos no final de dcada de 80 (Mxico em1989 e Brasil em 1996);

Mtodo de melhoria geralmente mais eficaz sob os pontos de vista tcnico eeconmico;

Instalados e conectados eletricamente em paralelo com as cadeias de isoladores;Existem duas filosofias de aplicao: com e sem centelhadores.

Princpio de operao:o Reduo das sobretenses que aparecem nos terminais das cadeias de

isoladores quando da ocorrncia de uma descarga, evitando que o nvel deisolamento das cadeias seja excedido;

o Necessidade de coordenar os nveis de proteo do pra-raios com os nveis dedescarga das cadeias a serem protegidas.

o A sua operao no provoca a interrupo no fornecimento de energia.Fonte: Jorge Luiz De Franco

Continua...FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh


3

ROTProg


61/108


ESCELSA: Linha de distribuio 34,5 kV

Electrocentro (Peru): Linhade distribuio 23 kV


FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh


Resumo3

ROTProg


62/108



FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Exe

PR

Para

Melh

Aplicao de Pra-Raios

A aplicao de pra-raios, em muitas das vezes associada a melhoria do sistema deaterramento tem se mostrado como o mtodo mais eficaz e efetivo para a melhoria de

3

ROTProg


63/108


aterramento, tem se mostrado como o mtodo mais eficaz e efetivo, para a melhoria de

desempenho de linhas de transmisso.A efetividade dos pra-raios na melhoria do desempenho de redes/linhas at 45 kVdepende da causa principal de desligamento da rede: se por descargas diretas ouindiretas.

Uma melhor efetividade obtida nos estudos realizados depende do maior ou menor grau decomplexidade considerado nos estudos para definir a quantidade e a localizao dos pra-raios.

Modelos mais complexos

A maioria desses modelos consideram o acoplamento eletromagntico mtuo entre oscomponentes da linha. Fornecem informaes bastante confiveis sobre as tenses e correntes obtidas no

topo da torre, atravs das cadeias de isoladores e no sistema de aterramento.

Modelos mais simplificados No apresentam em suas modelagens bsicas consideraes importantes que podemacarretar em erros significativos na resposta transitria da LT atingida pela descarga.

Geralmente no fornecem informaes mais consistentes sobre os resultados dastenses e correntes obtidas para o topo da torre, cadeias de isoladores e no sistema deaterramento.


FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Exemplo de Modelo Simplificado

Modelo Simplificado Utilizando o ATP Draw3

ROTProg


64/108


Modelo Simplificado Utilizando o ATP Draw


FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Modelo Complexo versus Modelo Simplificado

3

ROTProg


65/108


HEM Modelo Eletromagntico HbridoMS Modelo Simplificado


Continua...FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

Modelo Complexo versus Modelo Simplificado

Comportamento do Sistema de Aterramento3ROTProg


66/108


FinalRef

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

ParaCxS

Efeitos dos Parmetros na Resposta Transitria de LTs

Efeito do sistema de aterramento3

ROTProg


67/108


Consiste no aspecto mais importante e que apresenta uma maior influncia naresposta transitria de linhas de transmisso devido a descargas atmosfricas.

Melhores resultados para as tenses resultantes atravs das cadeias de isoladores eno topo das estruturas dependem fortemente da modelagem utilizada para avaliar ocomportamento transitrio do sistema de aterramento.

Efeito da Impedncia da torre

Efeito das torres adjacentes As tenses resultantes sobre as cadeias de isoladores e no topo da torre so

influenciadas por menores vos mdios e dependem fortemente da forma de onda da

corrente de descarga considerada.O efeito das torres adjacentes na resposta transitria de uma LT deve ser

considerada quando o tempo de frente da onda de corrente menor do que o tempode propagao das ondas de tenso e corrente durante a propagao da torre

atingida para as adjacentes e o retorno a torre considerada.

Torre representada por um cone:

Torre representada por um cilindro:

2

22

2ln30r

rhZT

1

2*2ln60 r

hZT

FinalRef

CxS

ProjTipo

Coor

Solic

Inter

Atm

Melh

Exe

PR

Para

FunoROTProg

4 Os pra-raios tm por finalidade limitar as sobretenses de origens atmosfrica e demanobra nos terminais dos equipamentos/sistemas por ele protegidos a nveis pr


68/108


FinalRef

FunSiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara

q p p p g p

estabelecidos, de modo aps a ocorrncia dessas sobretenses a isolao dosequipamentos no fique com as suas caractersticas comprometidas.

A tenso mxima nos terminais dos equipamentos protegidos pode ser definida pelascaractersticas de proteo oferecidas pelos pra-raios adicionada aos efeitos dos cabosde ligao dos pra-raios e do efeito distncia entre o pra-raios e o equipamentoprotegido.

Sele

Abs

Outr

Esfe

Evoluo dos Dispositivos UtilizadosROTProg

4 Centelhadores com dieltrico de ar (A).

Pra raios de Carbeto de Silcio (SiC) com


69/108


FinalRef

FunSiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara

Pra-raios de Carbeto de Silcio (SiC) com

centelhadores invlucro de porcelana (B, C).Pra-raios de xido de Zinco sem centelhadores

invlucros de porcelana e polimrico (D).

Construo simples e de baixo custo;Utilizados geralmente em redes de mdia tenso com baixas correntes de curto-circuito e

na entrada de algumas subestaes de 69 kV e 230 kV;Caracterstica de proteo varia com as condies atmosfricas;

Dificuldade na extino da corrente subseqente. Eroso dos eletrodos doscentelhadores, com variao progressiva nos seus nveis de proteo;Durante a operao do centelhador, h um corte brusco da tenso disruptiva (elevado

efeito dv/dt), ocasionando uma solicitao severa na isolao entre espiras dosenrolamentos de transformadores e reatores.

Centelhadores com dieltrico de ar:

13,8 kV 230 kV

(A) (B) (C) (D)

Continua...


Sele

Abs

Outr

Esfe

Evoluo dos Dispositivos Utilizados

Constitudos basicamente por um conjunto de resistores no lineares a base de Carbeto de

ROTProg

4 Pra-raios de SiC com centelhadores:


70/108


Constitudos basicamente por um conjunto de resistores no-lineares a base de Carbeto de

Silcio (SiC) em srie com um conjunto de centelhadores limitadores de corrente.Pra-raios de SiC comcentelhador ativo em

formato zig-zag

FinalRef

FunSiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara

Continua...


Sele

Abs

Outr

Esfe

Evoluo dos Dispositivos Utilizados

Constitudos basicamente por um conjunto de resistores no-li d Z O

ROTProg

4 Pra-raios de ZnO sem centelhadores:


71/108


lineares de ZnO.Os blocos de resistncia no-lineares a base de ZnO soconstitudos de um material cermico denso, com um elevadograu de no-linearidade na sua caracterstica tenso -corrente.A ausncia dos centelhadores deve-se a essa elevada no-linearidade.

FinalRef

FunSiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara


Sele

Abs

Outr

Esfe

Comparao de DesempenhoROTProg

4


72/108


Pra-raios de ZnO Pra-raios de SiCFinalRef

FunSiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara


Sele

Abs

Outr

Esfe

TiposROTProg

4


73/108


Porcelana Polimrico

Coluna nica Srie- Paralelo

FinalRef

FunSiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara


Sele

Abs

Outr

Esfe

Caractersticas Construtivas e Ensaios

Pra-Raios de ZnO semCentelhadores

ROTProg

4


74/108


Icc

Critrio de aprovao do ensaio de corrente decurto-circuito:Dimetro do crculo de ensaio aumentado em 20 % Partes com at 60 g so permitidas fora do crculo de

ensaio

(Porcelana)

FinalRef

FunSiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara

Continua...


Sele

Abs

Outr

Esfe

Caractersticas Construtivas e Ensaios

Pra-Raios de ZnO sem Centelhadores (Polimrico) Suportabilidade a Correntes deCurto-Circuito

ROTProg

4

F


75/108


Diafragma de alvio de sobrepressoMola de compressoMeio interno (ar seco)Blocos espaadores de alumnio

Invlucro polimrico de silicone

Coluna de blocos de ZnO

Anel de fixao

Tubo reforado de fibra de vidroFlange metlica (alumnio) 1) Aps a falha do pra-raios, o gs

ionizado comea a ser expelidoatravs do invlucro.

2) O gs ionizado gera o arco eltrico,que queima atravs do invlucro,resultando em uma descarga.

FinalRef

Fun

SiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara


Sele

Abs

Outr

Esfe

ExemplosROTProg

4

F


76/108


FinalRef

Fun

SiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara

Pra-raios de ZnO - Invlucro de Porcelana

Pra-raios de ZnO -Invlucro Polimrico

230 kVPra-raios polimrico de 420 kV utilizado como isolador depedestal (Station Post) EnBW - Alemanha


Sele

Abs

Outr

Esfe

Manufatura dos Varistores de ZnOROTProg

4

Fun

AditivosZnO


77/108


FinalRef

Fun

SiC

ZnO

Dese

Tipo

Sele

AbsCara

Mistura

Granulao Compresso

Sinterizao

Aplicao de vidro Envidraamento Esmerilhao Eletrodo

Pesagem

Eletricamente: permitir maior densidade decorrente sem ocorrncia de falhas intrnsecas;

Mecanicamente: evitar falhas indevidas.

Blocos de ZnO devem ser homogneos:

O dimetro do bloco o fator decisivo para aobteno de uma mxima capacidade deabsoro de energia, considerando umamesma densidade de energia.A espessura do varistor o fator decisivopara a definio da tenso de operao dovaristor (considerando um mesmo fatorV/mm).


Outr

Esfe

Capacidade de Absoro de EnergiaROTProg

4

Fun


78/108


Perfurao Descarga Externa Quebra

Perdas eltricas noselementos de ZnO

Capacidade de dissipaode calor pelo invlucro

Ponto de operaoestvel

Limite da estabilidadetrmicaRelacionada a capacidade do pra-

raios de dissipar uma determinadaquantidade de energia, para umadada forma de onda, e manter-setermicamente estvel e semalteraes de suas caractersticasde proteo e de operao.

T v(t) . i(t) . dt = (m . c. ) . 4,186 (J)0FinalRef

Fun

SiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara


Sele

Abs

Outr

Esfe

Seleo de Pra-Raios

Procedimentos para a seleo de um pra-raios objetivando a proteo dossistemas eltricos:

ROTProg

4

Fun


79/108


Seleo do pra-raios com base nas informaes do sistema e determinao das suascaractersticas de proteo; Verificao da suportabilidade da isolao;

Avaliao da coordenao do isolamento.

Seleo do pra-raios e determinao das suas caractersticas de proteo: Seleo da tenso nominal do pra-raios (mxima tenso contnua de operao e sobretenses

temporrias); Definio da corrente de

descarga nominal; Verificao das energias a serem

absorvidas pelos pra-raios parasurtos atmosfricos e demanobra;

Determinao das caractersticasde proteo dos pra-raios parasurtos atmosfricos e de

manobra (definio dos nveis deproteo); Verificao da suportabilidade a

correntes de falta; Verificao das condies

ambientais.FinalRef

Fun

SiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara


Sele

Abs

Outr

Esfe

Outros Tipos SPDAROTProg

4

FunTipo Gaiola de FaradayTipo Franklin


80/108


FinalRef

Fun

SiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara

ngulo de ProteoPra-Raios

Cabo

Aterramento

16.01.2014

Raios danificaram mo doCristo Redentor

Sele

Abs

Outr

Esfe

Outros Tipos SPDAROTProg

4

Fun


81/108


FinalRef

Fun

SiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara

Fonte: ERITECH

Sele

Abs

Outr

Esfe

Esfera RolanteROTProg

4

Fun


82/108


FinalRef

u

SiC

ZnO

Dese

Tipo

Cara

Fonte: ERITECH

Sele

Abs

Outr

Esfe

Sistema de Aterramento de LTs

5

ROT

Prog

O aterramento adequado das estruturas das linhas de transmisso pode oferecer umescoamento para a terra mais fcil da corrente de raio e, portanto , reduzir o nmero dedesligamentos por queda indireta.


83/108


FinalRef

g p q

Variaes tpicas da impedncia de aterramento de uma torre durante um surtoatmosfrico:

A impedncia de impulso do aterramento depende principalmente do nmero de caboscontrapesos que partem de cada estrutura. A resistncia de disperso dependeprincipalmente da resistividade do solo, nmero, comprimento e arranjo dos caboscontrapesos. A lei da variao da impedncia em relao ao tempo pode ser assumidaaproximadamente por uma exponencial, cuja constante de tempo depende principalmente

do comprimento dos cabos.

Sist

Mod

Arra

SurtProj

...

Exe

Man

S/Es

HumTens

Modelo

5

ROT

Prog

A representao, atravs de um modelo fsico que simule tal variao feita pelo seguintecircuito eltrico.


84/108


FinalRef

Cuja resposta a um degrau de tenso :

Z (t) = Rd + (Zc - Rd) e-t/ e portanto:

Para t = 0Z (t) = Zc

Para t = 3 Z (t) Rd (tempo para onda detenso ir e voltar de uma extremidade a outra

do contrapeso).

Onde:

Rd Resistncia de disperso (leitura do Megger).Zc Impedncia de impulso (impedncia de surto). = 2L/c = constante de tempo (1/s).L Comprimento de uma perna do contrapeso (m).

c Celocidade da luz (300 m/s).

Sist

Mod

Arra

SurtProj

Exe

Man

S/Es

HumTens

...

Arranjos Tpicos

5

ROT

Prog

Os tipos de aterramento mais comumente usados em linhas de transmisso correspondema um arranjo de cabos contrapesos, instalados radialmente ou paralelamente a partir doponto de terra de uma torre. Essas configuraes so denominadas de arranjos radiais e


85/108


Final

Ref

paralelos. O esquema a seguir apresenta um exemplo desses arranjos para o caso de seutilizar 4 cabos contrapesos:

Os tipos de arranjo Radial e Paralelo so utilizados, de maneira geral, quando asresistividades do terreno so elevadas e se deseja uma resistncia de disperso (Rd)baixa. Por isso so arranjos com os comprimentos dos cabos contrapesos relativamentelongos (100 a 200 m) e apresentam uma impedncia de impulso (Zc) alta.

Quando se deseja uma impedncia de surto baixa, outros tipos de arranjo so maisadequados, como exemplo s Hastes e os Crow-foot". Esses ltimos possuem um nmerode cabos ou hastes maior que os primeiros e comprimento bastante curto (1 a 5m) e porisso possuem uma resistncia de disperso bastante alta.

Uma combinao adequada entre um tipo Radial ou Paralelo com Hastes ou Crow-foot"

podem resultar em um aterramento com baixa impedncia de surto e de disperso.

(a) Radial (b) Paralelo (c) Crow-Foot (d) Hastes

Sist

Mod

Arra

SurtProj

Exe

Man

S/Es

HumTens

...

Determinao das Impedncias de Surtos

5

ROT

Prog

Arranjos radiais e crow-foot:


86/108


Final

Ref

Onde: Permissividade absoluta do vcuo (4.10-7 H/m).0 Constante dieltrica absoluta (8,85.10-12 F/m).

1 Constante dieltrica da terra para altas frequncias..135 + 37 [e-0,0008(-180) + e-0,0022(-80)] Resistividade do solo (.m).n Nmero de cabos radiais.L Comprimento de uma perna do contrapeso.a Raio do cabo radial.

d Profundidade de enterramento.

Continua...

Sist

Mod

Arra

SurtProj

Exe

Man

S/Es

HumTens

...


5

ROT

Prog

Arranjos paralelos:Os arranjos Paralelos podem ser substitudos por um arranjo radial equivalente e as


87/108


Final

Ref

mesmas expresses so utilizadas. A determinao do arranjo radial equivalente mostrada, a seguir, para um caso simples:

Com a seguinte relao:

Continua...

Sist

Mod

Arra

ProjSurt

Exe

Man

S/Es

HumTens

...


5

ROT

Prog

Hastes:Para um conjunto de n hastes, instaladas como esquema a seguir:


88/108


Final

Ref

Se bL:

e ZcRd em primeira aproximao.

Valores tpicos:

Os valores tpicos de resistncia de disperso e impedncia de impulso para vriosarranjos de aterramento so apresentados em forma de grficos (previamentepreparados), utilizando-se cabos contrapesos de 1 cm de dimetro e enterrados a umaprofundidade de 50 cm.

Sist

Mod

Arra

ProjSurt

Exe

Man

S/Es

HumTens

...

Projeto de Aterramento da LT

5

ROT

Prog

O projeto de aterramento da linha de transmisso consta de se recomendar para cada faixade resistividade do solo o arranjo e comprimento do aterramento mais adequado para obom desempenho das linhas durante a queda indireta. As etapas desse procedimento so


89/108


Final

Ref

Levantamento da Resistividade do Solo:A estimativa desse elemento imprescindvel. Geralmente efetuam-se medies comaparelhagem adequada em cada local das fixaes das torres. Os resultados somontados sob forma de uma distribuio estatstica, fornecendo o nmero provvel detorres para cada faixa de resistividade do solo.

Determinao da Resistncia de Aterramento Equivalente:

A resistncia de aterramento equivalente o valor mdio da curva de variao daimpedncia do aterramento at um tempo caracterstico que corresponde a frentes deonda com pouca probabilidade de provocar, desligamentos.

sumarizadas a seguir.

So elaboradas curvas de resistncia deaterramento equivalente para cada tipo dearranjo de contrapesos, em funo docomprimento de cabo e resistividade do solo.

Continua...

Sist

Mod

Arra

SurtProj

Exe

Man

S/Es

HumTens

...

Projeto de Aterramento da LT

5

ROT

Prog

Escolha dos Contrapesos:Esta etapa a associao da

di t ib i d i ti id d d l


90/108


Final

Ref

distribuio da resistividade do solocom as curvas de resistncia deaterramento equivalente. Naturalmenteexistem algumas alternativas de escolhade arranjos com eficincias semelhantes

e, por isso, deve-se fixar algunscritrios, tais como, tipo de arranjopredominante que facilite a construo,custos dos arranjos etc..

Atravs desse critrio pode-seestabelecer um nico arranjo decontrapesos para cada faixa deresistividade do solo e, portanto, para astorres correspondentes a essa faixa.

As resistncias de aterramentoequivalentes so montadas em forma dedistribuio estatstica, permitindo da aavaliao final do nmero dedesligamentos por queda indireta.

Sist

Mod

Arra

SurtProj

Exe

Man

S/Es

HumTens

...

Aterramento da LT (Manuteno)

5

ROT

Prog


91/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

Surt

Exe

Proj

Fonte:Western Area Power Administration

Kayenta-Shiprock 230 kV Line

Man

S/Es

HumTens

...

Sistema de Aterramento de S/Es

5

ROT

Prog

P i i h

Basicamente, os sistemas de aterramento deS/Es tm trs finalidades precpuas, nonecessariamente independentes:


92/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

SurtProj

Potencial de Toque

Potencialde Passo

EARTHING (Aterramento): Conexo eltrica com oseletrodos de aterramento.

BONDING (Ligao): fazer conexo galvnica sferragens e estruturas metlicas em geral.

GROUNDING: conexo com as estruturas metlicasque serviro de referncia de potencial.

Propiciar segurana ao ser humano,atravs do controle dos potenciais e daligao malha de aterramento de todasas partes metlicas no energizadas;

Possibilitar o escoamento para a terra das

correntes resultantes de rompimento daisolao, tanto devido a curtos-circuitosquanto a descargas atmosfricas esobretenses de manobra; e

Permitir o perfeito funcionamento dossistemas de proteo.

Para que essas finalidades sejamalcanadas, necessrio que os critrios deprojeto, bem como os dados fornecidos paraa sua realizao, representem tanto quantopossvel a realidade, no s visando umperfeito funcionamento das malhas deaterramento, como tambm evitandoresultados extremamente conservadores,que levam a solues onerosas.

Exe

Man

S/Es

HumTens

...

Efeitos da Corrente Eltrica Sobre o Corpo Humano

5

ROT

Prog

A corrente a responsvel pelos perigos do choque eltrico e no a tenso, como se podevir a pensar erroneamente, embora, na maioria das vezes, nota-se que mais comumreferir-se tenso. Ao se estudar o comportamento do corpo humano quando submetido a

ao de uma corrente eltrica deve se levar em conta a frequncia a intensidade e a


93/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

SurtProj

ao de uma corrente eltrica, deve-se levar em conta a frequncia, a intensidade e adurao dessa corrente.

Frequncia:O corpo humano pode suportar correntes ligeiramente maiores a 25 Hz do que a 60 Hz,

e provavelmente 5 vezes mais corrente contnua, chegando a ser 25 vezes aindamaior para uma frequncia de 3.000 Hz.

Sabe-se que o grande perigo do efeito da fibrilao ventricular, que em linhas geraispode ser entendido como sendo o batimento cardaco desordenado sem esperana derecuperao do ritmo normal, est exatamente na faixa de frequncias industriais daordem de 60 Hz, largamente utilizadas. Frequncias superiores a 500 kHz, norepresentam perigo algum para o ser humano, sendo inclusive utilizadas pelamedicina.

Na faixa de frequncias industriais pode-se dizer que o corpo humano se comportacomo um elemento puramente resistivo, ao passo que em altas frequncias paravalores superiores a 1.000 Hz apresenta uma caracterstica no linear, comportando-secomo um circuito RC.

Com relao s descargas atmosfricas, parece que o corpo humano est apto asuportar correntes da ordem de centenas de ampres, face ao tipo de forma de onda

que as caracteriza. Continua...

Exe

Man

S/Es

HumTens

...


5

ROT

Prog

Intensidade:A intensidade da corrente depende do valor da tenso que aparece entre seus pontosde contato com o corpo, da resistncia da epiderme e da resistncia interna do corpo.A resistncia total do corpo humano medida entre as mos de um individuo e entre a


94/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

Surt

A resistncia total do corpo humano medida entre as mos de um individuo e entre amo e seus ps.

Uma mo ferida ou queimada 500

Mos perfeitas, mas midas 1.000Mos de adultos com pele seca 100.000

Valores medidos da resistncia entre mos:

Algumas referncias consideram que a resistncia do corpo humano em torno de2.300 (mo a mo) e 1.100 (mo aos ps), recomendando, contudo, 1.000 , frequncia de 60 Hz, como valor razovel a ser utilizado nos clculos e que representaa resistncia entre a mo e os ps de um individuo, referindo-se a este mesmo valorpara expressar a resistncia entre ps.

Na verdade, a intensidade de corrente que os rgos do corpo humano podemsuportar, sem sofrerem injrias, est intimamente ligada ao fator tempo, podendo-se

adiantar que a corrente poder ser tanto maior quanto menor for a sua durao.

Continua...

Exe

Man

S/Es

Tens

Hum

Proj

...


5

ROT

Prog

Intensidade Efeitos

1 mA

Limiar da percepo: formigamento, limite a partirdo qual pode haver perigo; contrao muscular,

dor, o controle dos msculos submetidos ao


95/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

Surt

...

Exe

Continua...

1 mA dor, o controle dos msculos submetidos aoda corrente torna-se cada vez mais difcil.

15 mA

Let-go current: limite a partir do qual no seconsegue mais livrar-se do condutor por ondecircula a corrente, utilizando-se os msculos

diretamente estimulados.

Caso a corrente no seja interrompida, acontrao da caixa torcica pode levar a asfixiaaps um minuto, aproximadamente.

de 30 mA a 5 ARisco de fibrilao ventricular: pode levar mortecaso a corrente que venha a circular pelo coraotenha seu tempo de durao e o instante deaplicao de acordo com o ciclo cardaco.

Acima de alguns Ampres

A fibrilao muito pouco provvel,

desconhecendo-se o motivo. O acidentado podesobreviver, mas se os tecidos musculares foremafetados e decompostos pela corrente, forma-seum material txico que penetra no organismo eprovoca, ao cabo de alguns dias, leses nos rinse um envenenamento mortal.

Exe

Man

S/Es

Tens

Hum

Proj

...


5

ROT

Prog

Durao:A durao, bem como a intensidade da corrente, foram objetos de estudos durantemuito tempo do Prof. Charles Francis Dalziel, que realizou inmeras experincias comanimais extrapolando posteriormente os resultados para os seres humanos Em suas


96/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

Surt

animais, extrapolando posteriormente os resultados para os seres humanos. Em suasexperincias, Dalziel estabeleceu limites para a durao da corrente entre 0,03 e 3segundos.

Exe

Man

S/Es

Tens

Hum

Proj

...

Estudo das Tenses Admissveis

5

ROT

Prog

Para no onerar substancialmente os projetos das malhas de aterramento, no se podepensar em solues que eliminem as diferenas de potenciais internamente ssubestaes, que constitui a grande preocupao dos que se dedicam aos estudos dossistemas de aterramento


97/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

SurtProj

sistemas de aterramento.Cabe, portanto, a cada um conduzir seus estudos no sentido de limitar as diferenas depotenciais a valores inferiores aos admissveis de tal modo, que as pessoas que transitemno interior das subestaes ou nas suas cercanias no corram perigo, tendo-se em mente,

contudo, os fatores econmicos.O clculo dessas tenses admissveis estabelecido com base nos valores de correntesuportvel pelo corpo humano, fornecidos pela equao item anterior, e nas constantes docircuito eltrico equivalente de cada caso.

Tenso de Passo: a diferena de potencial, expressa em funo da elevao total do potencial damalha de aterramento tomada em relao ao potencial zero de referncia, que podeaparecer entre os ps de um indivduo, afastados de 1m, durante a ocorrncia de umcurto-circuito, provocando a circulao de uma corrente pelo seu corpo, de um p ao

outro.Com a finalidade de se calcular a tenso de passo, pode-se considerar o p de umapessoa como sendo equivalente a um eletrodo em forma de crculo, com raio deaproximadamente 8 cm.A resistncia do solo nas imediaes dos ps, ser expressa em termos da

resistividade superficial do solos(.m). Continua...

Exe

Man

S/Es

Hum

Tens

...


5

ROT

Prog


98/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

SurtProj

Para o caso de subestaes cuja superfcie do solo recoberta por pedra britada,

considera-se seu valor para efeito de clculo como sendo 3.000 .m, levando-se emconta que a brita esteja molhada.Pode-se expressar a resistncia do solo sob cada p em funo de s, conformesegue:

RF= 3 s .m

Substituindo- sespelo valor referente a brita molhada, tem-se:

RF= 3 x 3000 ou RF= 9000 .m

Esse valor corresponde resistncia de um cilindro de brita com rea da base de 200

cm2

e altura 6 cm. Continua...

Exe

Man

S/Es

Hum

Tens

...


5

ROT

Prog

A resistncia de contato dos sapatos imprecisa, e considerando-se que o couroesteja mido ou molhado, dever ser muito pequena, sendo assumida zero nosclculos.

A resistncia do corpo humano (R ) ser de 1000 conforme foi estabelecido


99/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

SurtProj

A resistncia do corpo humano (Rk) ser de 1000 , conforme foi estabelecidoanteriormente. Assim, pode-se estabelecer a seguinte equao para a tenso depasso:

Epasso= (Rk+ 2 RF) Ik

Rk= 1000 RF= 3 s .mSendo: (Eq. Dalziel)

Assumindo-se t = 0,5 s, pode-se calcular a tenso de passo admissvel, sobre um solo

recoberto por brita, utilizando-ses= 3000 .m.

Continua...

Exe

Man

S/Es

Hum

Tens

...


5

ROT

Prog

Tenso de Toque:E a diferena de potencial, expressa em funo da elevao total do potencial damalha de aterramento tomada em relao ao potencial zero de referncia, que podeaparecer entre um elemento metlico no energizado tocado pela mo de umi di id di t d 1 d l t d t i d t


100/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

SurtProj

aparecer entre um elemento metlico no energizado tocado pela mo de umindividuo, e seus ps, distando 1m desse elemento, durante a ocorrncia de um curto-circuito, provocando a circulao de uma corrente pelo seu corpo, da mo aos ps.

Considera-se que os ps do indivduo estejam de tal

forma juntos, que as resistncias do solo sob cadap, RFsero admitidas em paralelo.

Pode-se expressar RF/2, que representa a resistnciaequivalente da associao paralelo, em funo des,conforme segue:

A resistncia de contato das mos, para efeito declculo, ser considerada zero.

Sendos= 3000 .m, tem-se:

Continua...

Exe

Man

S/Es

Hum

Tens

...


5

ROT

Prog

Assim, pode-se estabelecer a seguinte equao para a tenso de toque:


101/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

SurtProj

Rk= 1000Sendo: (Eq. Dalziel)

Assumindo-se t = 0,5 s, pode-se calcular a tenso de toque admissvel, sobre um solorecoberto por brita, utilizando-ses= 3000 .m.

O elemento metlico esta aterrado a um eletrodo de aterramento logo abaixo dele. Nesse caso,a mxima diferena de potencial que uma pessoa que nele toque estar sujeita, ser aquelaque poder ocorrer em relao a uma distncia sob o solo igual distncia mxima dealcance, aproximadamente 1 m.

Podem surgir casos em que o elemento metlico esteja ligado a eletrodos de aterramento deledistantes de alguns metros. Essa situao pode surgir quando, por exemplo, o elementometlico est situado no centro de um reticulado de eletrodos de aterramento. A tenso detoque nessas circunstancias normalmente chamada de tenso de malha (Emalha) e resulta emvalores maiores que os da tenso de toque para o caso em que o elemento est aterrado a um

eletrodo afastado dele de 1 m.

Observaes

:

Continua...

Exe

Man

S/Es

Hum

Tens

...


5

ROT

Prog

Tenso de Transferncia:Na verdade, a tenso de transferncia pode ser estudada como um caso particular de

tenso de toque.


102/108


Final

Ref

Sist

Mod

Arra

SurtProj

qPode-se entend-la como sendo a elevao total de potencial da malha de aterramento,a que um indivduo pode vir a fi

unisal descargas lts ses x

Documents