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~IMEIRA CONVENc:;:Ao LATINO AMERICANA CO IEEE
,=u~SO n - ESTUOOS REALIZAVEIS EM SISTEMAS
ELETRICOS cE POT~NCIA
PARTE 1 - cEFINU;:Ao cOS ISOLAMENTOS
COLABORAc;AO: ESCOLA POLlTECNICA UNIVERSIDADEDE SAO PAULO ETHE MAG ENGENHARIA LTDA.
PROFESSORES: JOSE ANTONIO JARDINIANGELO VIANERNESTO JOAO ROBSA
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3.1 - Sobretensoes de origem atmosferica
3.2 - Sobretensoes de manobra
3.3 - Sobretensoes a frequencia impressa
3.4 - Natureza estatlstica das sobretensoes
..., 1 - Curvas de suportabi 1 idade dos isolamentos
auto-regenerativos 17
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DEFINlg~O DO ISOLAMENTO
Entende-se por projeto de isolamento as atividades da eng!nharia que visam projetar as caracteristicas dieletricas(isolantes) dos sistemas e suas prote~oes em rela~ao as so1 icita~oes de tensao que podem ocorrer.
Como exemplos de isolantes podem-se citar as cadeias de isoladores de uma 1 inha de transmissao, as distancias entre condutor energizado e a torre ou solo, 0 papel isolante de tran~formadores etc. Como exemplos de prote~ao podem-se cRitar ospara-raios e descarregadores de chifres.
Neste trabalho procurou-se descrever uma metodologia de tr~tamento do projeto dos isolamentos, baseado em diferentes -5 u po r tab i 1 idad e d 0 5 gap 5 e usa n d 0 pro c e 5 5 0 e 5 ta tis t ico .
Este assunto esta sendo intensivamente pesquisado procura~do-se determinar a flsica das descargas, ao mesmo tempo queest~o se aprimorando estes meios de tratamento, podendo futuramente haver altera~oes.
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)enomina-se elemento isolante a urn bipoJo onde e aplicadouma tensao e que apresenta impedancia praticamente infini-ta ate 0 instante de descarga e impedancia praticamente nula apos.
Diz-se que urn bipolo isolante e auto regenerativo quando -ele recupera suas caracterlsticas isolantes apos a descar-~a causada pela aplicaliao da tensao de teste. Como exemplossituam-se os isolamentos externos como as cadeias de isola-Jores, a distancia dos condutores ao solo e outros.
~o caso contrario, 0 bipolo e denominado nao auto regenera-tivo pelo fato de nao recuperar sua capacidade isolante -apos a descarga. Como exemplo tem-se os isolamentos inter-~os (pape] impregnado a oleo dos transformadores, gerado-'-es, etc.).
::cJanto a Jocaliza<;ao frsica 0 isolamento pode ser conside-'-ado exposto ou nao expos to se nele puder ou nao ocorrer -_, tipo de sobretensao. A entrada de linha ate 0 disjun-
e um isolamento exposto as sobretensoes de manobra de-1m de I inha durante reI igamento, 0 mesmo nao acontecendo-:~m 0 barramento.
~:nda pode-se classificar urn isolamento como crftico ou-30 crrtico quando a sua falha provoca ou nao defeito nas:arras resultando na abertura de varios disjuntores com -::::) 5 S r v e i,5 in c 0 v e n ie n t e 5 a est a b i ] idad e d 0 5 i 5 t e m a (d e f e i t0
-2 barra da subesta<;ao).
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3 - SOLICITA~OES DIELtTRICAS
As solicita~oes aos dieletricos constituem-se na tensao OP!rativa e nas sobretensoes.
Enquanto que a tensao operativa e uma solicita~io contInuae para qual nao se aceita uma descarga do isolante. as sobretensoes se caracterizam por uma dura~ao transitoria detempo relativamente curto e para a qual aceita~-se algumasdescargas.
a) de origem externa, constituTdas pelas descargas atmosfe-ricas nos sistemas;
b) de o~igem interna; estas aparecem devido a modifica~iode corrente ou tensao nos sistemas pela manobra de um -di sjuntor ou secci onadora. ou curtos e sac constiturdas deduas partes: uma primeira rapida (alguns ciclos) bastante amor-tecida, de valores bastante elevados. devida as osci la-~oes dos ci rcuitos RLC das linhas (sobretensoes de manobra); a segunda ja de dura~ao de alguns segundos , de -natureza senoidal, ~s vezes distorcida: sio as sobretensoes a frequencia impressa (com ou sem harmonicas).
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- energi zac;ao ou abertura de 1 inhas- ocorrencia e eliminac;ao de curtos
re 1 i9 a me n to s m 0 no e t rip 01 a r d as in has- rejeic;ao de carga
abertura ou inserc;ao de correntes indutivas (reatores etransformadores em vazio)
em tres categorias: sobretensoes de origem atmosferica, sobretensoes de manobra e sobretensoes a frequencia impressa(sustentadas) .
-menores que 200 ]JS e sac provocadas por quedas de raios na1 inha, atingindo uma fase ou 0 cabo para-raios. No segu~do caso, ocorrera uma sobretensao no tope da torre no p~ra-raios, transferindo uma parte deste potencial is fa-ses atraves do acoplamento capaci tivo entre estes. Estassobretensoes tem a forma da fig. 2a. e sac representadas emlaboratorio por uma onda triangular com uma frente (tem-po de subida) de 1,5 a 2]Js e uma cauda definida pel0tempo ate atingir 50% do valor de crista,em geral da or-
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intensidade de corrente do raio (0 a 200 kA)- f re n t e de on dad 0 ra i0 (0 a6 )1s)
resistencia de aterramento das estruturasvalor da tensao no instante de ocorrencia do valor depica
coeficientes deraies
impedancias caracterlsticas dos cabos e torre- posis;:ao de queda do raio: meio vao, quarto de
r e (p a r a - r a i os 0 U fa s e) .
Estes fatores fazem com que 0 isolamento tenha uma solieita~ao de caracterfstica variavel podendo ser definida poruma distribuic;:ao estatlstica dada por um valor mediov50% e um desvio padrao 0 (distribui<:;:ao gaussiana).
Esta curva de distribuis;:ao e calculada pela simula~ao dofenomeno em computadores digitais.
Estas correspondem aos primei ros instantes das sobreten-soes de origem interna, apre5entando frequencias de ate -mi lhares de hertz. Conslderando sua forma de onda, no quese refere ao isolamento elas podem ser representadas poruma onda unidi recional do tipo da do i'tem 3.1, apenas quecom duras;:ao bem maior (frente de onda de 100 a 300)1s etempo de descida ate atingir 50% do va1cr de crista de2500 a 3500 )15).
Na fig. 3 a 5egui r estao apresentados um tipo de sobre-tensao de manobra e a forma de onda representada em labo-ratori o.
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I ~~
U - - - - -- -- - - --
.
Estas sobretens~es s~o determinadas por estudos em anali-
sadores de transitorlos (TNA-Transient Network Analyser)ou pr£
gramasdigitais, onde 5130 determinadas suas distribuic;oes pro
babilfsticas definidas por urn valormedio VSO%eum desvio padrao-
podendo 0 valor maximo ser estimado por VM = VSO% (I+Ka)
(K = 3 a 4).
Alem do instante de ocorrencia da manobra, outros fatores
tern influencia no valor da sobretensao de manobra confor-
me sera descrito a seguir.
- caracterlstica da rede de alimenta~ao (potencia de
curto, numero de circuitos, etc.)
- parametros e comprimento da I inha a ser inserida.
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- resistores e transformadores 1 igados a 1 inha- diferen~a de tempo de fechamento dos polos dos dis-
juntores (0 a 5 mSltensao na barra por onde sera energizada a 1 inha
Este valor maximo pode ser control ado e diminuido atrayeS dos seguintes metodos:
- uso de para-raios descarregadores de surtos- uso de resistores de pre-inser~io nos disjuntores -
Uo 0 a 600 rt) com tempo de 6 a 15 ms- fechamenta sincronizado des polos. Fechar quando
a tensao polo . nula '(auno e com um erro pe-queno !:It) e curto-circuitar a resistencia quando atensao atraves dela e nu1a.
b) Religamento trif.ssico da linha
- 0 defeito que provocou a abertura e a sequencia deabertura dos polos do disjuntor
- a c a rg are 5 t d u a 1 n a cap a c ita n cia d a 1 in h a- as meios de descarregar esta carga, como a presen~a
de reatores na 1 inha, a condutancia de fuga, ostransformadores em vazio, transformadores de poten-cial,etc.
- a resistencia inserida na abertura- a resistencia inserida no fechamento dos disjunto-
Conseguindo-se descarregar a carga residual durante 0
tempo morto, as sobretensoes ficam iguais ao caso deenergiza~ao. Alguns destes processos sio: instala~ao
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de TPs indutivosna linha, inser~ao de resistencia emserie aos reatores das linhas, instala~ao de seccionadoras para descarregar a 1 inha.
c) Religamento monopolar
Os fatores que influem sac aqueles ja descritos nosub-item a e mais:
Neste caso os reatores nas linhas pioram os valores -de sobretensoes.
d) Elimina¥ao de curtos
- condi~oes de funcionamento da rede antes do curto- distancia e tipo do curto- sequencia de abertura do disjuntor- uso de resistencia em abertura
e) Rejeiiao de carga
- condi~oes de funcionamento da rede- a sequencia de abertura dos disjuntores
Tambim neste caso 0 uso de resistencia em abertura diminui 0 valor da sobretensao de manobra.
f) Ocorrencia de curtos
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- caracterlstica de funcionamento da rede- ponto de ocorrencia do defeito na linha- instante de ocorrencia do defeito
A redu~ao deste tipo de sobretensao so se justifica -nos sistemas a partir de 750 kV e pode serfeita mediante modifica~ao no acoplamento entre fases ecabo para-raios ou introduzindo circuitos R,L,e no extremo da 1 inha.
Depende principalmente da caracterlstica dos disjunt£res, do transformador ou do reator.
Estas sobretens~es nao sac grandes principalmente nossistemas a alta tensao,onde nos disjuntores nao OGor-re reignierao (restike free).
i) Inserxao de transformadores em vazio
So tem importancia para sistemas de altfssima tensaoe para transformadores de grande potencia e depende -de sua curva de satura~ao.
j) Abertura e inser~ao de barramentos com seccionadores
Depende do circuito e da seccionadora. t. de baixo canteudo energetico e em geral de pouca importancia dentro do contexto das sobretensoes.
Na tabela 1 a segui r estao apresentados alguns valoresmaximos fase a terra de sobretensao para as diferen -tes manobras.
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Quanto ao valor da sobretensao entre fases pode-se -dizer que elas sac proporcionais ~quelas fase-terra.T eo r ic a me n t e, e 1a pod eat i n 9 i rum valor de ate 2 v@-zes 0 valor fase-terra.
Este valor maximo depende principal mente da posi~aoem rela~ao ao tempo das sobretensoes fase-terra nasvarias fases.
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.-------- -_. -TIPO DE MANOBRA Sem equip.especiais Com resistor Com sincronizattao
, 000 a 600Q) sem resistorValor maximo em pu a %loici0 1inha Fim 1inha Valor Maximo a % Valor Maximo
(l)Ene rg iza~ao de Iinhas 1.5 a 2,5 2,0 a 3,0 15a20 1 ,3 a 2,2 4 a 8 1,45 a 1,7
(2) T3J 1,6Religamento tripolar 2,0 a 3.0 3,0 a 5$"0 10a25 I,2 a I,7 I,3 aI,5 a 2,5
{4) (4 )Religamento monopolar < 2.0 1,8 a 2,5 < 1,8
2,25 a 3,25 < 2,3
0)Eliminattao de Curto < 2.0 < 2,5 I,5
OJRejeic;:aode carga 1,25 a 1.75 1,5 a 2,0 1,5
Ocorrenci a de curtos 1,3 a 1,6 1,6 a 2,2
Abertura de Cargas induti- 2.5 (3)1,3 a I,5vas
~bertura de linhas em vazio 1,3 a I,5
NOTAS - I2 -3 -4 -
Usando para-raios descarregadoresValores indicados sac pessimistasCom resistor em aberturaPresentta de reatores na I inha
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rigem interna; sac de natureza senoidal,cidas por harmonicas e sao representadaspor uma onda tambem senaidal (Fig. 5).
~as vezes, distorem laboratorio -
Elas aparecem em alguns dos fenomenos lndicados no Item
3.2,conforme sera descrito a seguir
A sobretensao SListentada neste caso depende da caracte-rlstica da fonte de aiimentac;ao e do circuito a ser energizado, Os reguladores de tensao das usinas contr~lam em parte estas sobretensoes. A existencia de trans
tens~es quando se saturam e introduzem harm5nicas nosistema. Neste caso, estas distor~oes podem ser do tipo transitorio au permanente com picas notaveis de sobretensao (ferraressonanci a)
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b) Religamento trifc3sico de linhas
5e por problemas mecanicos Um dos disjuntores dos doislados da linha nao se fechar 0 sistema se encontrara -em condi~ao semelhante a descrita anteriormente.
Considerando um sistema alimentado por uma unica usi-na, ao ocorrer a rejei~ao da carga ocorrera uma sobre-ten sa 0 em todo 0 s i 5 tem a de v ido a 0 e f e itoe a pac i t iv 0
estando constante a for<;a eletromotriz interna dos ge-radores. Este aumento de tensao ocorre tambem nos ter-minais de maquina, introduzindo um sinal de erro ao re-gulador de tensao,que produz a diminui<;:ao de excita~aoda miquina, controlando em parte esta sobretensao. Poroutro lado, a perda de carga provoca a acelera~ao dasm a qui n a s, a u men t a it d 0 a f re que n cia, 0 que con t rib u i rap a -ra aumentar a sobretensao. Se estas rejei~oes ocorremno lado de baixa do transformador este ficara solicitado pela sobretensao, podendo se saturar e introduzir -harmonicas no sistema (tambem os reatores de linha po-dem se saturar).
No caso de redes ba5tante interl igadas pode nao 0-
correr aumento grande de frequencia pelo fato de nao5e perder a carga. Em geral neste segundo tipo de re-de as sobretensoes apresentam-se menores.
Os estudos destas sobretensoes sac real izados em com-putador digital calculando-se as tensoes interna e afrequencia nos geradores e com estes valores no TNAcalculam-se as sobretensoes harmonicas (representandoos elementos saturave is).
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d) Ocorrencia de curtos
Dependendo do aterramento do neutro do sistema a ocor-rencia de curtos para terra pode fazer elevar bastantea tensao nas fases sas.
Em geral 05 sistemas a alta tensao sac bem aterrados,-ocorrendo valores nao multo elevados de sobretensao.Entretanto,se-seadmitir a ocorrencia de um curto na linhadurante, por exempl0, um transitorio de uma rejei~ao decarga, esta sobretensao pode se superpor e terum papel
importante.
e ) 0 sou t r0 s fen (;me noszem sobretensoes sustentadas ou produzem-nas com valoresinsignificantes.
3.4 - Natureza estatrstica das sobretensoes
Conforme descri to no sub-item anterior as sobretensoes deorigem atmosferica e as de manobra tem natureza estatfstica e poderao ser definidas pela sua curva de densidade depro b a b i 1 idad e 0 U sua i n t e g r a 1, a cur v a d e pro b a b i 1 idad e .
FIG. 6 - Densidade de probabilidade f(V)Curva de probabi 1 i clade F (V)
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A curva de probabi 1 idade em geral e ajustada par uma fun-~ao gaussiana e fica determinada definindo-se dois param~tros um valor de posi~ao (p.ex. VSo%) e 0 desvio padraoo
v - VSo% 16%VSo%
Nem sempre 0 valor VSo% ~ adotado para 0 valor de posi~a~
Adotando por exempl0 um valor 10% para p05i~ao poder-se-ia calcular 0 outro Vlo% = VSo% (] ]',30)
FlG, 7 - Curva de Probabi 1 idadeAs sobretensoes sustentadas podem tamb~m ser consideradasde natureza probabi 1.fst ica, uma vez que dependem da condi.,~ao de funcionamento de rede (0,9S a 1,oS pu). Em geralisto nao e feito, sendo apenas considerado 0 valor maximode ocorrencia. t tratada tambem da mesma forma a tensao -operativa.
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A suportabi 1 idade dos isolantes e de natureza estatlstica
e avaliada em laboratorio, para diferentes tipos de solic!..
tar;ao (para ondas representativas de surtos atmosfericos,
de manobra e frequencia impressa, Item 3).
Existe grande volume de dados para os isolamentos auto re-
generativos, especificamente sobre cadeias de isoladores e -
distancias em ar (gaps).
Estas suportabi 1 idades vem definidas pela sua curva de pro-
babi 1 idade dada por um valor de posir;ao e desvio pqdrao.
OBSERVA~AO: Neste caso as normas IEC definem para 0 valor -
de posir;ao 0 valor 101% de descarga ou 90% de -
suportabi 1 i dade.
Os ensaios para as ondas unidirecionais (manobra, impulso -
atmosferico)sao realizados seja com polaridades positiva, -
seja negativa e em duas condir;oes ambientai 5 (ASA)
- a seco (25'?C, 760 mm de mercurio, 0,6085 polegadas de pre~
sao de vapor d'agua).
- sob chuva (taxa de precipi tar;ao 0,2 polegadas por minuto)
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tes das mencionadas as valores sao corrigidos por for-
mulas que serao mostradas a seguir (Item 4.1e) .
.'-1 suportabilidade de um isolante e em geral diferente con-
forme as condi~oes citadas.
- Curvas de suportabi Ii dade dos i solamentos auto regenera-
tivos
No projeto dos isolamentos de uma 1 inha de transmissao
sao estudados as seguintes componentes:
- cadeia dos isoladores
- gaps parte viva-torre
- distancia entre fases
- distancia condutor ao solo
Visando 0 projeto destes isolantes, foram elaborados
rios estudos (baseados nos resultados de laboratorio)
ra relacionar 0 comportamento de diferentesgaps.
a) Comportamento para sobretensao de manobra
Da anal ise dos varios
se a seguinte formula
K.500.dO,6
- V50% e 0 valor 50% de descarga para manobra de -
pol a rid a d e pas i t i va a 5 e co (k V)
- d distancia do gap (m) (2 a 7m)
- K fat 0 r que d e pen d e do tip 0 dog a p
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I FATOR KI
TIPO DE GAP SI CAD CI CADl,s IHASTE - PLANO - 1 ,a 1 ,a
HASTE-ESTRUTURA (abaixo) If 1 ,05lZI25l
CONDUTOR PLANO ::..• 1,15-I CONDUTOR - JANELA [2] 1 ,20 1 , 15I CONDUTOR-ESTRUTURA(abaixo) ::..• 1 ,30I ~, 1/~STE HASTE (H"'3 m abaixo) ..l- 1 ,30
;f ! I2S;;/3i CONDUTOR ESTRUTURA (aeima ate r. ) :: m 1::/ 1 ,35 1 ,30
I (H= 6m abaixo)1;:-
1 .40HASTE HASTE .J. 1 ,30I CONDUTOR-ESTAiS :(II~ 1 ,40
CONDUTOR-BRA~O TORRE ~ 1,55 1 .50::/
(H=3m abaixo) : :..11 ,65CONDUlOR - HASTE .L
(H=6m abaixo): ;,F
• CONDUTOR - HASTE .L. 1 ,90ICONOUTOR - HASTE (aelma) ::..1 1 ,9 1 ,75
Na figura a segui r estao desenhadas as curvas do VSo% emfun~ao do fator K para diferentes tipo de ensaio (ondaspositiva, negativa, a seco e sob chuva). Pode-se verifi-car que 0 ensaio com polaridade positiva a seeo determi-nante para gaps de valor K abaixo de l,5.
Obs. 1 - A influencia da cadeia e a mesma seja ela em Vou 1 desde que com grande numero de isoladores(distancia d cheia).
2 - Outros tipos de formula tem sido estudada con-siderando inclusive a varia~ao do isolamento -com a frente de onda adotada, e estudado a dependeneia de K com 0 campo eletrico dos varios
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1150%(/tl/ )
t-. Convenc;:ao:+ positivo- negativoS seen
1/50%(k V) litt-;
, I
V60"1" If(kV) ..t
-!. I-f-
c) Gap de 4 m
FIG. 9 - Comportamento dos gaps para diferentesensaios surto-manobra.
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.:5· Gaps com isoladores - Os ensaios foram fei tos comtoda a distancia .i preenchida com isoladores. Estes -gaps apresentaram comportamento i rregu]ar para sur-tos negativos a seco.
o valor VsO% apresenta varia~ao 1 inear Com a distanciad. Na fig. lOa esta apresentada a curva do valor(VSO%/d) para as varios valores de K para gaps sem ca-deias. Com cadeias verifica-se uma grande irregulat'id~de de comportamento,principalmente a isolante hasteplano.
i.I 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7.Uil I.' 1.0 I(
Gap sem cadeias,--r-- I
d:Q{o '----V I ~III :op.!, _ ------------r---- \:..1-
"""",1' ......" ..• ,
~:: '
V50%(kV)
FIG. 10 - Comportame.0..to dos gaps para dife
~) f.S2.T.E...2l.!.!!!l!!;.l2 a ills. u i Ii C I a i Ii d u S t r I a 1 ~ ten s a 0 0 e era ~!lY..!
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] inhas de altrssima tensao, devendo ser considerada a-penas em 10cais de ambiente po]urdo.
d) Curvas de suportabi 1 idade dos gaps
Nas figuras ]0 a 19 estao apresentados os va]ores VSo%em fun~ao da distancia para os varios gaps.
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I ,I , f '--+---ri "M"'" "~, , _ I __ ~ I--r ! I
! II, I \J'()~, (S,:, t --MANOBR~,' r _~ +__ .t- _- "+-", '. IPOS. (S,M, I --':1 1-' .. -' I ': ' ~_ I I----r- , I I , -i----+ -L __.., \ ' , , I , __tl .L-i---- t I ,- i ' -i=U~---i ._- --1
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1
_ ----t-----r. CONDUT.O R !_L... ! , f- I
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105 d(m)
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/:'_~, •.__ y,.•.. _ ..r' , Mt!. fIOOBRAr--' POS, S,M',;7
I'VI •t ~ , ~:;.,,)
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, f r"''' H I I I v,. Iii v/ // I I
i..) 'M"'" ',,, Ih " ~ IkV IMl'llI 'Hl \ l/::< MANO/lIl/I
N!:.G.CS,M) JI I j/ (~u'1o) Nl:.G.(3,M) NI::.G.( S)MANOBRA
"\::- .1 POS.(S,M) I,
'i/ dftr"6 / ~I \ -/~
\ IIMPULSO
/ '/ / h=3 \ ", a~ ~\ POS.(S)
/ III /1II'
h=o.~" / // ~
!llfVV\. 1/ - j \ ~ .I. ~d-...•".•..7tIJ '/ / --
~---- --
~III7\ \" ~, , / ~!// \\\~ 'MANOBRA / /J
!i~r NEG.(S)
I~1/ \ \ .bdV /
,'!J1 / ~ III NANOBRA "\/ lJ.tP05.,NEG. (M)••I'1/7 ~: 1/II i~........ ,....,.•...•...
~/ 000
h Iii II I I
f--
K I 1.15 1.65 1.90 III-i 'I h I 0 3,0 6,0 ~If,~ K=I,9
I I I I 19'CONOUTOR- HAS TE CONOUTOR-HASTE
V I (ABAIXO) , (ACIMA) -0 . 0 j j I
• , , , I
10d(m)
10d(m)
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Na Figura 23 esta apresentado a comportamento de al-
guns gaps a frequencla industrial.
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- ADICIOIllAR 11% PARA FASES
EXTERNAS
- ANEIS REDUZ DE·O C! 1,5
ISOLADORES
10d(m)
GAP CHEIODE ISOLADORE /"(CADEIA I) ./. I" 50
GAP J /~ ~~SEM ISOLADORES ~ ." .••••~ ~ 40
,.~~:::'-~/.~~ 30
~Y~~~~:"::::.-25 NQ DE ISOLADORES
d/~[,/"'"P'/ _~20~--...4
r/- ADICIONAR 5% PARA FASES EXTERNAS
-EM CHUVA REDUZIR 5 % ---- ANEIS REDUZ 5 %
I
I
10d(m)
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IV (PICa,
24 l~~I
I
t---+----~ ,I i Ii : ·i i IJ-~--I:3 4 5
I I1-. -t~I ! I
II I I i~I I '
I I I.!! .r------: 1
1-----1\ ~
I I I jj l l 9 106 1 a
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e) Variaxao da capacidade isolante com as condi~oes at-mosfericas
USA-CANADA EUROPAa
Temperatura ( '? C) 25 20Pressao (mmHg) 760 Ia I3 (mbar
Umidade (press3o vapor)(p 01 de Hg) 0,608 0,43Resistividade de chuva(~m) 178Taxa de precipita<;:ao(mm/min) 5,08
Angulo da chuva (graus) 45
Ao variar estas condi<;:oes atmosfericas varia tambem acapacidade isolante. Esta varia<;:ao e calculada por:
Vs tensao em condi<;:oes normal izadasRAD densidade relativa do arH fator de corre~ao devido a umidaden expoente que depende do comprimento do gap
17,93..!460 + T
0,289 b273 + t
-S, b a pressao respectivamente em polegadasdemercurio ou mi I ibar.
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o fator de corre~ao H e dado pela curva da figura 24em fun~ao da presseo de vapor P ca1culada por
0.000367 B (T - T') (1 + T'-321571
Ps pressao maxima do vapor saturado (em po1egadas demercurio)
1.1.
1.11
1.10
1.0I
1.00
0.' I
0.'0
0."
0,1 Hg0." • 6 ••
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Dista~~
cia d Po
(m)
-pulso atmosferico Manobra Tensaolaridade positiva Polaridade positiva A 1 te rnada
( 1 ) ( 2 )
1 ,0 1 , 0 1 ,001 , 0 0,85 0,851 , 0 o ,70 o , 7 01 , 0 o ,60 0,60] , 0 o ,50 o ,50 II , 0 o ,40 O,4~
0,8 para gaps tipo dupla hastezero para gap tipo haste plano
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Ao 5e projetar os varios isolamentos pode-se recorrer aosseguintes processos:
- processo convencional- processo estatlstico
mirHj~Se seu m~ximo valor, per eX6mpio, V'j,.1'1;0
e proporciona-se um i solamento que suporte"" \1 ( 1 + 3 C5 )
e 550 sest" solicita
'!so com ums probabi 1 idade bastante pequena VR := Vr50%
(1+3C5r) (as vezes, adotam-5e condi~oes atmosrericas bastante exageradas). No caso de 50bretensao de manobra pode-se mesmo tamar a maior delas no fim da linha para proje-tar 0 i solamento.
Em geral os fsolamentos nee auto regenerativos sac proj~tados segundo este cri teri e.
Na figura 25 estao apresentadas as curvas de sol icita~aoe suportabi lidade do iso]amento projetado segundo este -criterio.
Vr~l- 3lir)1
j
IVs50
IVr50
Vs50(1+30"'5)
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Conslste em definir diferentes valo~e5 de posi~ao da cura de suportabi 1 Idade e calcular 0 respectivo rfsco de
descargao
V",. 9L
e){emp·~(}
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p
- - -- - - - - - - --- - -- 1
I+------- V3 ----,-
It
--------------- 1
i.. 2 7 .- Cale u 10 d e r i S C Co par a d i fer e n t e s valor e 5 d e p£
sic;ao de cUI-vas de probabilidade de resistencia.
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De posse de mecii ~oes mei:5CH'oi::J' ciS (horarias), norma.!.
me n t e 0 b t 1d as n c Mil 5 t e r i c ,_ ,-"E: r 0 n aut i c a, pod e - s e -
calcular a val' 3~ao de suportdoi idade que sofreria
o isolamento de ida as condi~oe5 atmasfericas. Estas
varia~~es podem ser calculadas para 0 valor de posi-
~ao VSOZ
median to a corre<:;ao (.i~em 4e)
RAD n(~)
com a direc;ao e intensidade cio c,rre. VSO%(d)
rec;ao, intensidade vento).
Uma vez obtida a curva de varia~ao do valor VSO
% com
as condic;~es atmosfericas, e tendo 0 t-isco para dife-
rentes valores de posi~ao, pode~se caicular proporci,£
n a 1me n t e 0 r i s cot 0 tal .
R(", tI
",,---I __
\\, AISCO PAU UM",
CUTA IOLICIl*;AO
~ :.AU DE~'~io.D€
• '.~Olll.,
~Vi
28· Risco total
5eo de desligamento ga!..!...tensao 0E.=ratlva
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bi 1 idade no tempo e escolhe-la de tal forma a
correr nenhuma descarga (posi~ao A) ou ter um
pre-determinado (posi~ao B). Fig. 29
-nao 0-
risco -
....- ..,· A/" .
..../ .
......'
I II I
I II I II I I I
I I I II I I I1-J )J0 d -VENTO
B
A
TENSAOOPERATIVA
"ISCO=~T T ••.
::J) Varios isolantes em paralelo (varias torres p.ex.)
Sendo PI a probabi 1 idade de descarga de um gap, no c~
so de existirem n iguais em paralelo (com a mesma so-
licita~ao), a probabilidade de nao ocorrer descarga -
~or nenhum sera (l-Pl)n e a de ocorrer em pelo menos
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Assim, no caso de linhas onde existem varias torres -
poder-se-ia determinar um valor de solicita<;ao equiv~
lente,ou seja, 0 valor que aplicado a uma cadeia acar
rete a mesma probabi 1 i dade de descarga no caso de outra
sobre os varios gaps igualmente solicitados. (Fig.30)
Na realidade nunca acontece dos gaps nas v~rias torres
ficarem igualmente solicitados. Por exemplo, no caso
de surtos atmosfericos as sol icita<;oes maximas nas varias
torres ocorrem em tempos diferentes e a onda ao cami-
nhar e atenuada. No caso de surtos de manobras os valores
no come<;o e fim de 1 inha sac diferentes e, portanto, di.
ferentes em todas as tor res (0 mesmo ocorrendo para -
frequencia impressa).
No caso de descarga atmosferica, sendo a velocidade de
propaga<;ao do surto 300 m/~s e considerando que 0 pi-
co maximo ocorre apos 6 ys, pode-se considerar 6 a 10
torres em paralelo no maximo.
No caso de surtos de manobra, admite-se que 0 valor -
da sobretensao varia linearmente do come<;o ao fim da
linha e probabilisticamente determina-se um certo nu-mere de torres equivalentes solicitadas pelo valor do
fim de linha.
rela<;ao n Ine
n = n~ de gaps equivalenteen = n~ total de gaps
a - rela<;ao entre os valores maximos do fim e come-
<;0 de linha (maior que 1,0)
Obtendo-se n calcu1a-se 0 risco total.e
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e) Valores normalizados (lEG) para os nfveis de isolamen-to
Na tabela 4, pagina 43, estao apresentados estesveis que correspondem ao valor
v = VSO% (1 1,3 a) = V10%
a = 0,06 para manobraa 0,03 para impulso
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~f/)
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I...IW
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V= TENSPARA
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CRIT CA 0 DESCAR A EXTER AGAPS" SIMP ES - kV
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c ~ 650
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L---[@--] 050< @!J___ ~ __ 1175
~425
. ] 950~ 2]OO
24~
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-200 Km
-VA-O MED10=400m
- 525 kV
-SEM ANEIS DE PROTECAO
'/ a lor V 1 0 % = 1 5 5 0 k V ( Tab e 1 a
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o valor VSo% correspondente
Admitindo esta linha com resistor de pre-inser<;ao po-de-se adotar para sobretensao fase terra
- ! ITipo de manobra I In i c i0 Linha Fim L i n h a
I ° %(k V) (k V) spu pu,
~ =2,2(940)::ne r9 i za<;ao r~"i .85 ()95) 1 0m I mI \' -1 '.? (c. ' 0 \ I VSO%=I, 70 (]30)I v s 0 % - , , Lj .•. 0 I ) I---- I
:" 1 i 9 a me n to V =2,1(900) V =2,5(1070) 1 0m m
:ripolar VSO%=1 ,61 (690) Vro",= 1,92 (820)=' '0---L---.-- i
- Vm - valor maximo = V50 (1 + 3 os)- V base = 12 525 = 429 kV
maxima sobretensao de manobra e 1070 kV e fazendo:om que esta seja a tensao Vw Vrso (1-3 ~-"sulta
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1070 = VrSo (1 - 3xO,06)
VrsO = 1300 kV
o projetos pois dos isolamentos serao feitos prelimina.!,mente admitindo VrsO% = 1300 kV para manobra e 1610 kVpara impulso.
- impulse 2,90 m- manobra 3,90 m
Obs.: No caso de impulse com cadeias em V Os resulta-dos se aproximam da situa~ao sem cadeias.
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impulso 2,70 m- manobra 2,60 m(gap com cadeias em V)
Da figura 15 - resultam os seguintes valores de d1impulso 2,70 m
- manobra 3,20 m(com cadeias V)
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«0 caso !.(Je(a r/q(/rci' ;2 - re.f(/)~c:?/l?(755e!?v;/?~t3..i ,; -.
res de d
- impulso 3.00 m
- manobra 3.90 m
No caso da figura 35b.pela figura 18 - resultamos se
guintes valores de 11
- impulso 2,90 m
- manobra 2,70 m
No caso figura 35c. pela figura 15 resultam os seguintes
valores de 11
- impulso 2,80 m
- manobra 3.30 m
Destas 3 condi~oes 0 caso be 0 que determina a distan
cia mrnima do condutor ao solo .
.h.
~ sobretensio de manobra admitida para 0 cilculo de -
: : 5 tan cia en t r~e f a s e sse r a 1. 7 x 13 0 0 = 2 2 1 0 e d a f i -
;~ra 22 resulta d = 4.2 para duplo anel e 5.20 para du-
:·a haste.
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b5 - Numero de isoladores das cadeias
d
sen 45
o nfvel de suportabilldade do gap com cadeias eo mesmo tanto para cadeias em V ou I, da forma que foi ens~iada nas referencias 2 e 3 (distancia i cheia de isola-dores para cadeia I e distincia ! chela para cadeiasem V).
No caso de cadeias em V nao ha necessidade de enchertodaa distancia ,Q"uma vez que a suportabi1idade destascadeias em sf e praticamente igua1 a das cadeias em Icom 0 mesmo numero de isoladores.
Desta forma,para calcular 0 numero de isoladores deve--se tomar a distancia d e achar 0 numero de isolado-res que enchem esta distincia. Considerando 0 fate docusto dos iso1adores ser baixo em rela':tao ao aumento de peso devido a aumento na distancia em art pode-se co1ocar 10% a mais de isoladores nas cadeias em Vgarantindo assim que as descargast se houver tsejam pe1a cadeia.
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Para cadeia interna d = 3,9()n, Item bl e para externad = 3,2()n, Item b2. Na hipotese de se usar isoladores
3"5 '4 x 1011 (146x254mm) obtem-se:
i
d Q, d/146
Cadeia interna 3,90 5,55 26,8
Cadeia externa 3,20 4,54 22,0
Da figura 20, 21, pode-se compor a seguinte tabela:Valores crrticos de descarga pela cadeia (V50%)
rase interna Fase externaNumero de d 3,90 d 3,2=: =
isoladoresCadeia V Cadeia V
20 1 15025 1300 130 030
I
1400 137035 1480 I
De tabela verlfica-se que com 27 isoladores 0 nlvel dacadeia fica acima de 1300 kV. Usando 30 isoladores ob-ter-se-ia um nfvel de quase 1400 kV tanto para fase interna como extarna, valor ja um tanto acima do nrvel
Para a cadeia externa ficar com 0 mesmo nlvel da interna pode-5e pois utilizar 30 isoladores e uma distanciaentre parte viva e massa pouco superior a, por exempl0, -3,25 m.
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b6 - Resumo dos valores determinados
Obs. Atendendo a distancia fase-terra para 0 caso,automaticamente ficara atendida a distancia fa-se-fase C> 4,0+3.25 = 7,25)
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Na fase central, adotando-se alguns valores de d entre
con d u to i e j an e 1 a ( par a me n 0 bra de en e'lg i z a s: a 0 ere 1 i
gamento)
Pel a fig u r a 13 \j e i" i fie a ~ s e que par a d
vel de restst~ncia V~ ~ vale 1300 kV.,-1 -'0
em pe
cia c:
PeL" curva corresv "dente verifiea-5e que
a pad ~o do conjunto sofre uma redu~io pas-
d CU 1 () com
0 1 0%!S
a == 4%r
- res st~ncia: V ~OQ, fO
V 20 (1";.3xO,1) == 001"\ 5 \
v 1125 (1-3xO,04) == 990w
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~1070
Risco=o.o8% e no caso de se Supor um religamento par
ana, tem-se a probabi 1 i clade de um©' descarga em cada -
\}SO% = 1260
V 1-2,30)
V ~ 955.6"I
V--lL "" 0.89V 115
Estes riscos foram calculedos para condi~oes am
bientais padronizadas.
V .- '; ":;,,,",,r :..~_',...'50% - ,)::'eJ 'c
2,2.::;----1 .85
V Ms
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Risco = 0.00073 descargas por ana ou uma descargacada 1369 anos.
955.6950
0.0073 descargas por ano ou 1 descarga cada136,9 anos.
Na figura 40 esta apresentado um calculo para uma 1 i-nha ao redor de S~o Paulo com 20000 medi;~es horarias.Pode-se verificar que a maior porcentagem do tempo ascondi;~es sac diferentes de basica diminuindo 0 valorda suportabi 1 idade ..
Na tabela a seguir esta apresentado 0 calcu10 do ris-co da fase interna para rei igamento d = 4,Om conside-rando as condili~es ambientais.
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Sigla '\0% 'V, 0% (1-2.30) VwV-ms
Ri see paral.1:1; s-f'l ;-0
887.86922.34939.58
781.31 .73
811. 66 .76
826.83 .773
842. 00 .787
e 1130 974.06 1857.17 ,801r - ~ -
f !1150 991. 1872,34 I .815 !
-,~ ~"r-,<o~~~~~~~~<",l= I =.. ,.,.I9 1170 I 1008,54 100.., ,1 I ,83 I
.' . ,~~.~ ~=~~"~
h ] 190 I 1025.78 j 902.68 I .84 ,
i 1210'-I~02'-' -·"1'91~~r-.857~'1·~_. ~~. ~~"'~'~'-'~-'-'F~-~-=+~'='~-
j 1230 1060,26 ! 933.03 I ,87.. . i
963.37 .90
Freq.% Ri
F i
22.0 .38 8.3613.0 .47 6.1110.0 .854 8.547.5 1.9 14.255.0 3·32 16.60
-
3,5 8.5 29.75-
2.3 P37~42.251.6 47.5229.701.0 t;-; Q-
129.97- ,
I - . 'j!0.66 12.34 8.140.2 .24 .05
SOMA 100% 211.54
211.541 00
Para I inha sob estas cendi~~es meteorcl6gicas. supondeurn rel1 garnento por ano, tem-se a prObi)bi i dade de 1 des
carga em cada 47$4 anos.
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~.I~~(Hii~1SI~~!:lO~ I~ l!l
lOP ~~" YliJ...O:l I a NO:> •~:iW01VA ij! isJ i- ZI <C
1 Jla iJ:
I ~N ~j
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I
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1,2
VwiVrl''UJ
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De posse das sobretensoes procura-se determinar as partes
isolantes, quais sejam:
- numero de isoladores das cadeias
- distancias entre condutores-estrutura
- distancia entre descarregadores (chifres)
distancia entre fases
- distincia condutor ao solo
nica, OLi para atender problemas especiais,como tra-
vessla de regioes lntensamente poluldas. Da mesma
cadeias (suspensao simples, dupla, em V ou horizon-
tais) para atender criterios tecnicos economicos, c£
mo tambem a filosofia de usa de chifres descarregad£
res nas cadeias ou nao.
o projeto era fe~de cadeias com va
- duas hastes (rod-rod)- haste plano (rod-plane)
NesU~ projetos prepondenna a influencia do impulso, fa-
tor d~terminante nB escclha do isolamento.
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Com 0 usa de tensoes superlores (400, 500 kV) particularaten~~o fol dada ao cilculo das sobretens~es de manobra eao dimensionamento do Is01amento para estas. Em geral pro-
curava-se determinar 0 isolamento em laboratorios atravesde ensaios num modelo real das cadeias e gap.
Varios destes ensaios foram reunidos a outros especialme~te real izados e podem ser usados para determina¥ao prel i-minar do isolamento.
Figura Al - tensao ssm descarga (Vw)withstand VwVSo (1-30) em fun;;:ao do numera de isaladores (cadeias verticais).
Figura A2 - tensao critica, 50% de descarga, em fun~aodo numero de isoladores (cadeias verticais)
Figura A3 - tensao sam descarga para manobra (sob chu-va) em fun~io do numero de isoladores - ca
b) ~=--"g a p~."
Figura A4 ~ tensao crltlea (50%) a impulso em funt;:ao da
Figura AS ~ tensao critlca (50%) a manobra em funt;:aoda distancia dos gaps.
Conclus~es: Palo exame destas curvas conclui-se que paradefinir 0 isolamento das cadeias deve-se considerar:
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sobretens~es a impulso positive sera
- sobretens~es de manobra negativa a ",eCG
- frequencia industrial sob chuva
- cadeias horizontais tem maior capacidade isolante que
cade i as em V, que por sua vez tem ma is capac i dade que
as verticais.
- impulso positivo seeD
- manobra positiva
- frequencia industrial a seco
Exemplo: Projetar as distancias para uma 1 inha de 400 kV
de forma a atender (valor sem descarga Vw) as -
seguintes sobretensoes:
- impulso
- manobra
1675 kV12
2,7 x 460 (3=
12 4601 , 7313
12_.: 376 kV13
::Jbretensao Vw N? is 0 l. V5o% GaDS ( m)(fig.Al)
(Fig.A2) Haste-haste Haste plano
-:Jlso 1675 21 1800 3,20 3,40
-=-:Jbra 1020 24 1 1 20 2,10 3,50-~--=:Jencia
- : _ 5 t ria 1 650 l5 800 1 ,40 1 ,90
- --::- s a 0
:-::-ativa 376 1 0 - o ,7 a o • 8
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- 24 iso1adores- 3,20 entre os chifres da cadeia- 3,50 para a distancia minima do condutor estrutura
(projeto pe1a gap haste plano)
Uma 1 inha projetada desta forma tem os seguintes va10resde tensao crltica V50%
impulso 1800 kV- manobra 1120 kV- frequencia industrial 1300 kV crista (determinado pelos
gaps)
1) 0 valor de sobretensao a frequencia industrialdeterminante para 0 isolamento.
2) 0 numero de iso1adores e distancia condutor-estruturaforam definidos pe1a sobretensao de manobra.
3) Para a posi~ao do condutor cadeia na estrutura deve-se adicionar a di stancia minima condutor-estrutura 0
posslvel balan~o das cadeias pelo vento.
4) Para a mesma sobretensao de manobra (1020 kV) poder-se-ia utilizar:
18 isoladores para cadeias horizontais21 iso1adores para cadeias verticais
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VwVw = V50 ( 1- 3 rr )
2200
2100
2000
1900
1800
1700
1600
1500
> 1400
~1300
:EW
1100
0t«
Cf)
ZwI- 800
700
600
--t--~-H--+--i--- I I - r------,
I! I'..1- --~ -+--+---+--J----+----+---jI , ! i'l !---t·_-+·-+-+---t !
, ' j I
-+- - --+--+- ~----~-I-+-- ---t-·_-+~ -t" -- - 1-- .~!. -~
i : I '
--J --+", ----:--~:... ---f-- +----1! : !
I I I I 1·- --J. ---+ 1--+ - -j-- -I -
i I ! I
-+- i-tTi- --+-
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2100
2000
1900
1800
1700
1600
1500
1400>...:
1300
::E 1200LlJ
11000let
1000(I'JZLlJ 900!-
800
700
600
500
400
300
200
100
0
/' ~IIf'
t i' /' ~I ANOE RA! 1-5/ .If /-5 i .••.""i '1;/ ""
IM ••;]I >:0 I i/ i ~l $ ••••••••~,
/
'" --I~/IQFA QlJE~ CIA /' V/III ~ES $A •••• M""-- YVI
~ "/V /'
I I k-s ,-'/ I I~ L
V /'/ l/f \1/ /
,... ...I /
/, / I~ V ./ ~
t
/f / I hV \ ~IJ /
.,
V \/ ..-~ MA 08R:4
/ / / / ;-,/
1/ ,/ '/I I
/ 1/ ~ V I.~.. I
'// /I I./
i 'I ", I I// / I I
/11 / • +~ / I
I
I
V I II I
I I I
III
,
I
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3600340032003000
> 2800~2600
:2I&J 24000 2200
h;t
(J) 2000zw 18001-.
1600140012001000
800600400200
0
V// v//
I////
/// '/////
h/
77I11
// '. i
//~ /
//W
~
DISTANCIA EM METROS
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P/
/ " j".o •••• -_ .•.. ~DUTOR
/ ". F;STRUTURA".""
V ~/// ",," ...•.•~
// /HAS [rE PLAN 0
I- . -- -L-/! .- ./)~~/.V.//~./'
1/ /// /
;///I~'/
I!~~1/1
J'I
J'If -
1600
1500
1200
1100
1000
900800
700600
400300
200
..DISTANCIA EM METROS
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1500 Vw
140
1300120011001000
9000070060050040030020100
0 kV ........H RIZONTk --- 10'"
/1-""'" lfC4eCl) --./ -- - ---./ ~ ---,..., ...-/ ......-
VEfIlflC L (1 )
0/' ........-::: ::;....-
./ ..•~/" ..••-'/ ...
J /'..~,/ ~"7
./ -9/~,-~ '"
0"-24 27 30
HI? DE I SOLA DORES
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clearances in substations!! Electra n'?
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![Page 70: A-PDF Merger DEMO : Purchase from to … · tensao de manobra e a forma de onda representada em ... - a resistencia inserida no fechamento dos disjunto- ... sistemas a alta tensao,onde](https://reader031.fdocuments.net/reader031/viewer/2022022713/5c45140e93f3c34c506036b5/html5/thumbnails/70.jpg)
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