4.1. CONSIDERAÇÕES GERAIS
Como descrito no capítulo anterior, o principal problema de faltas de alta impedância é a segurança do público e de propriedades. Logo, um cabo partido do circuito primário da RDA energizado e caído ao solo numa área com alta densidade populacional representa um grande risco à vida de pessoas.
Como um cabo partido energizado gera uma “falta de fase” nos circuitos à jusante do ponto de rompimento, haverá um desequilíbrio de tensão entre as fases desses circuitos. Sendo assim, a forma matemática proposta para quantificar esse desequilíbrio de tensão é o cálculo das componentes simétricas em pontos à frente do local de rompimento do(s) condutor(es).
Porém, é importante distinguir uma falta de fase de um desequilíbrio acentuado de carga, o qual pode ser uma situação natural ou anormal no sistema de distribuição.
Dessa forma, neste instante, é conveniente uma leitura dos apêndices A e B, os quais apresentam o desenvolvimento das equações e os cálculos de desequilíbrio de tensão, respectivamente, incluindo os diagramas de seqüência e eventuais comentários, para as seguintes abordagens:
1) desequilíbrio acentuado de carga
2) abertura monopolar do circuito primário de RDA 3) abertura bipolar do circuito primário de RDA
Os resultados e conclusões dos cálculos são apresentados nesse capítulo, assim como os parâmetros definidos para mensurar o grau de desequilíbrio de tensão nas situações acima.
MALAGODI [2] estudou o grau de desequilíbrio de tensão através de dois parâmetros, dados por: 1 2 2 a a V V G = (pu) Eq. (4.1) 1 0 0 a a V V G = (pu) Eq. (4.2) onde,
0
a
V é a tensão de seqüência zero num ponto monitorado do alimentador, em volts Va1 é a tensão de seqüência positiva num ponto monitorado do alimentador, em volts Va2 é a tensão de seqüência negativa num ponto monitorado do alimentador, em volts
Porém, através de suas análises, SENGER e MALAGODI propuseram a detecção do desequilíbrio de tensão através do monitoramento de apenas a componente de seqüência zero. Isto porque em um alimentador, numa abertura bipolar à montante de transformadores ligados em delta no primário, as tensões de seqüência negativa são zero, e dessa forma G2 é zero.
Além disso, GARCIA-SANTANDER et al em [17] propuseram também outra metodologia para detecção do desequilíbrio de tensão, chamada de tensão diferencial relativa, dada como: 0 0 d d d d
V
V
V
V
=
−
∆
(pu) Eq. (4.3) onde d V∆ é a tensão diferencial relativa, em pu d
V é a tensão de seqüência positiva num ponto de monitoramento do alimentador depois
do ponto da falta, em volts 0
d
V é a tensão de seqüência positiva num ponto de monitoramento antes do ponto da falta,
em volts
Ambos os métodos acima, propõem a instalação de sensores para detecção do nível de desequilíbrio de tensão em finais de rede, como é ilustrado na Figura 4.1 através dos pontos 10, 11, 19, 21, 23, 26 e 31 e na saída do alimentador na SE.
O método de MALAGODI e SENGER consiste no monitoramento do nível de desequilíbrio de tensão em pontos onde são instalados sensores, utilizando a tensão de seqüência zero, sendo que, no caso de se atingir valores acima de um valor pré-determinado, a falta é detectada. Já o método proposto por GARCIA-SANTANDER et al consiste no monitoramento da diferença entre o nível de equilíbrio de tensão num sensor e outro sensor instalado à montante do primeiro, de modo que, num determinado momento, se compara o grau de equilíbrio de um ponto antes da falta com um ponto após a falta, resultando na detecção da falta. Pode-se observar que os objetivos dos dois métodos são os mesmos, ou
seja, verificar o grau de desequilíbrio de tensão em pontos do alimentador de modo a detectar a falta no alimentador. SE S R Seccionalizador S Religador Transformador Subestação SE Linha de distribuição
Equipamento de proteção ou manobra
Legenda 31 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 19 18 20 21 22 23 25 26 24 27 29 1 R 28 30 Sensor
Figura 4.1: Desenho esquemático de um alimentador típico de distribuição
Dessa forma, neste capítulo são analisados os dois métodos propostos. Para a variável de monitoramento proposta por SENGER e MALAGODI, será utilizado o parâmetro aqui chamado de α0 e será dado como:
NF a V V 0 0 =
α
(pu) Eq. (4.4)onde VNF é a tensão nominal fase-neutro da fonte, em volts.
Entretanto, para melhoria das análises do desequilíbrio de tensão, também será analisado o parâmetro α2, dado como:
F N a V V 2 2 = α (pu) Eq. (4.5)
Além disso, também será analisado o parâmetro ∆ , proposto em [17], com o detalhe de Vd
que neste trabalho, Vd0 é a tensão de seqüência positiva da fonte. Como nos cálculos as
tensões da fonte são consideradas equilibradas, Vd0 será igual ao módulo da tensão fase- neutro nominal da fonte. Além disso, Vd será a tensão de seqüência positiva em qualquer
ponto do alimentador. Desse modo, o cálculo desse parâmetro não irá comparar as tensões de seqüência positiva entre dois pontos quaisquer do alimentador e sim a tensão de seqüência positiva de um ponto do alimentador com a da fonte, sendo essa última considerada como referência.
Os cálculos de α0, α2 e ∆Vd foram realizados no MatLab® para as seguintes situações: • carga localizada no final de um alimentador, cabo 4 AWG CA, com 15 km de
extensão;
• carga localizada no final de um alimentador, variando sua extensão de 0 a 20 km, para cinco tipos de cabos considerados, os quais são muito utilizados em alimentadores da CEMIG que atendem áreas urbanas:
9 cabo 336 MCM CA
9 cabo 4/0 AWG CA
9 cabo 1/0 AWG CA
9 cabo 2 AWG CA
9 cabo 4 AWG CA
Simulações no ATP® [19] com auxílio da ferramenta gráfica ATP-Draw® (versão 3.9) também foram realizadas de modo a confirmar os cálculos efetuados. Posteriormente, para verificar a defasagem entre os fasores, foram estimados fasores no MatLab® (versão 6.5) para os casos simulados no ATP®.
Além disso, ainda foram avaliadas aberturas monofásicas e bifásicas no alimentador representado na Figura 4.1.
Para o desequilíbrio acentuado de carga no circuito primário de RDA, foram analisadas quatro situações:
a. carga ligada entre duas fases
b. carga ligada entre uma fase e neutro c. carga ligada entre duas fases e neutro d. carga desequilibrada ligada em triângulo
Para a abertura monopolar no circuito primário de RDA, foram analisadas quatro situações:
a) Modo analítico: representação de carga desequilibrada ligada em triângulo conectada no final de um alimentador trifásico com extensão de 2 km, sem condutor tocando o solo e sem banco de capacitores, para os cinco tipos de cabos descritos anteriormente.
b) Através de simulações no ATP® e cálculo de fasores no MatLab® através da representação do alimentador da Figura 4.1 com as seguintes situações:
9 abertura da fase “a” sem cabo tocando o solo, com e sem banco de capacitores.
9 abertura da fase “a” com cabo tocando o solo no lado fonte com resistência de contato com a terra de 80 e 8000 Ω *, com e sem banco de capacitores.
9 abertura da fase “a” com cabo tocando o solo no lado carga com resistência de contato com a terra de 80 e 8000 Ω , com e sem banco de capacitores.
Para a abertura bipolar no circuito primário de RDA, foram analisadas as mesmas situações da abertura monopolar, porém com abertura bipolar nas fases a e b.
4.2. RESUMO DA ANÁLISE DE DESEQUILÍBRIO DE TENSÃO
Visando uma compreensão sintetizada dos casos citados anteriormente e apresentados no apêndice B sobre os níveis de desequilíbrio de tensão devido ao desequilíbrio acentuado de carga e aberturas monopolar e bipolar, é apresentada a Tabela 4.1 com os valores máximos de
0
α , α2 e ∆Vd , visando uma melhor comparação e avaliação entre os casos.
* Os valores 8.000 e 80 Ω foram utilizados baseando-se na faixa típica de corrente de faltas de alta impedância num sistema com tensão fase-neutro de 7967 V, ou seja, 1 a 100 A.
Ressalta-se que nos casos de abertura monopolar e bipolar, α0, α2 e foram calculados do lado carga, onde ficariam instalados os sensores.
d V ∆
Nos casos de desequilíbrio acentuado de carga, onde as tensões de fase apresentam valores muito baixos, α0, α2 e ∆ atingiram seus valores máximos de 13%, 7% e 14%, Vd
respectivamente. Já no caso de abertura monopolar, os menores valores desses parâmetros foram de 40%, 40% e 42%, respectivamente. Na abertura bipolar, os parâmetros atingiram 44%, 0 e 73%, respectivamente. Dessa forma, verifica-se que o parâmetro α2 não serve para distinguir um desequilíbrio de tensão entre uma abertura bipolar e um desequilíbrio acentuado de carga no alimentador, sendo por isso descartada a hipótese de sua utilização como grandeza de monitoramento de desequilíbrio de tensão para o propósito deste trabalho. Dessa forma, pode-se definir um limiar de 0,3 pu, com uma boa margem de segurança, para a sensibilização de um sensor quanto à detecção de falta de fase no alimentador, de modo a não operar para um desequilíbrio acentuado de carga.
Tabela 4.1 – Valores máximos de α0, α2 e ∆ resultantes Vd
dos cálculos de desequilíbrio de tensão