6. Diretrizes e Critérios para Linha de Transmissão
6.5. Cálculo da Capacidade de Corrente dos Cabos Para-raios e
As correntes que circulam nos cabos para-raios e nas resistências de aterramento das estruturas podem ser determinadas, quando da ocorrência de um curto-circuito fase-terra na linha de transmissão, por simulação computacional. Essa simulação pode ser feita por meio do programa ATP – “Alternative Transients Program”, por programação em linguagem científica ou mesmo planilha eletrônica. Para tanto, é necessário definir um modelo com o circuito-terra da linha, as impedâncias e fontes equivalentes nos terminais da linha.
Os parâmetros do circuito-terra vão a vão podem ser calculados, conhecendo-se: os parâmetros elétricos dos cabos para-raios, próprios e mútuos, contidos na matriz longitudinal de faseda linha; as resistências de aterramento das estruturas; e os comprimentos dos vãos. Além disso, é necessário calcular as contribuições de corrente de curto-circuito, fase-terra, vindas das SEs terminais, no ponto de falta, com base nos equivalentes de Thevenin nas barras das SEs e impedâncias das fases. A Figura 3.4 mostra um exemplo de circuito-terra para o cálculo das correntes circulantes nos cabos para-raios, quando da ocorrência de curto-circuito fase-terra num ponto da linha.
Como não se conhece a distribuição dos valores de resistências de aterramento das estruturas ao longo da linha, é comum adotar valores tais, para esse parâmetro, que ocasionem as maiores correntes circulantes nos cabos para-raios, para fins de dimensionamento.
Figura 6.4. Circuito Equivalente para Cálculo das Correntes Circulantes nos Cabos Para-raios.
Onde:
If1 e If2 - Contribuições das correntes de curto-circuito no ponto de falta considerado Zp1 e Zp2 - Impedâncias próprias dos cabos para-raios nos vãos
Rm1 e Rm2 - Resistências das malhas de terra das subestações Rt - resistências de aterramento das estruturas
Zfp1 e Zfp2 - impedâncias mútuas entre a fase em falta e os cabos para-raios nos vãos Zp12 - Impedância mútua entre os cabos para-raios no vão
Devido aos elevados níveis de curto-circuito fase-terra nas barras das subestações, são especificados cabos de maior capacidade de corrente nos trechos de linha próximos às subestações terminais. Já no trecho intermediário da linha são especificados cabos para-raios de menor capacidade de corrente.
Cabe ao projeto definir os pontos de transição de bitola, ao longo da linha, entre os cabos para-raios de diferentes capacidades (pontos de troca), com base nas correntes de curto-circuito circulantes. Para o dimensionamento dos cabos pára-raios ao longo da linha, é necessário conhecer os seguintes parâmetros:
• Correntes de curto-circuito, fase-terra, nas barras das subestações terminais da linha (valores normalmente informados nos AT[7.1]);
• Temperatura máxima dos cabos para-raios. Essa temperatura varia em função do tipo de cabo para-raios utilizado.
Constam da NBR 8449[7.7] ábacos que informam a máxima corrente circulante nos cabos para- raios mais usuais em linhas de transmissão — em função do tempo de atuação da proteção de retaguarda — e as temperaturas inicial e final do condutor.
Na maior parte dos projetos, considera-se que os cabos para-raios são aterrados em todas as estruturas da linha e conectados nas malhas das subestações terminais.
6.5.1. Cálculo da Capacidade de Corrente dos Cabos Para-raios de
Nova Linha de Transmissão
A avaliação da capacidade de corrente dos cabos para-raios deve ser feita nas duas extremidades da linha, exceto se houver simetria no circuito e das contribuições de curto-circuito. A avaliação deve conter as seguintes verificações:
• Verificação das capacidades de corrente dos cabos para-raios nas proximidades das subestações terminais da linha: para um arranjo de cabos pára-raios preconcebido,
simula-se um curto-circuito fase-terra na primeira estrutura a partir da subestação terminal, quantificando as contribuições de corrente vindas das SEs e a sua distribuição nos cabos pára-raios e nas resistências de aterramento das estruturas. Em seguida, verifica- se o arranjo de cabos pára-raios preconcebido, no vão crítico, em termos de capacidade de corrente. Caso se constate superação de um ou mais cabos para-raios do arranjo, cabos de maior capacidade de corrente deverão ser utilizados no trecho, por certa extensão, a partir da qual se faz a troca por cabos de menor capacidade, até que a instalação esteja adequada no que diz respeito à capacidade de corrente.
• Verificação das capacidades de corrente dos cabos para-raios nas proximidades do ponto de troca de cabo para-raios: simula-se um novo curto-circuito fase-terra com
a respectiva quantificação das contribuições de corrente oriundas das SEs, na primeira estrutura após o ponto de troca inicialmente arbitrado, no trecho com cabos para-raios de menor capacidade de corrente. Com base na distribuição da corrente de curto- circuito entre os cabos pára-raios e as resistências de aterramento das estruturas, é feita a verificação de capacidade de corrente dos cabos. O ponto de troca de bitolas ideal deve ser estabelecido de forma a garantir que, na ocorrência de uma falta nos cabos de menor condutividade, as máximas correntes circulantes nesses cabos de menor condutividade devem ser inferiores à capacidade de corrente dos referidos cabos.
distribuição da corrente de falta nos cabos para-raios e estruturas, devem adotar as premissas que acarretem as situações mais desfavoráveis à verificação da capacidade de corrente — seja devido ao valor das impedâncias de sequência zero da linha e do sistema, seja devido aos acoplamentos da fase em falta com os cabos para-raios.
6.5.2. Verificação das Capacidades de Corrente dos Cabos Para-raios
Existentes de Linha de Transmissão Seccionada
Nos casos de seccionamento de linha de transmissão existente, os cabos para-raios dos trechos de linha entre o ponto de seccionamento e a nova subestação devem ser dimensionados de forma idêntica aos de uma nova linha de transmissão. Já os cabos para-raios existentes de linha seccionada devem ser avaliados, em termos de capacidade de corrente, nas imediações do ponto de seccionamento, com base no nível de curto-circuito fase-terra na barra da nova subestação. Essa avaliação deverá ser feita, em duas etapas, conforme abaixo descrito:
• Primeira etapa: verificação dos cabos para-raios existentes nas imediações do ponto
de seccionamento, com base no nível de curto-circuito estimado para um horizonte de médio prazo. A verificação dos cabos para-raios existentes de linha a ser seccionada deve ser feita, numa primeira etapa, considerando-se a corrente de curto-circuito fase-terra, na barra da subestação a ser implantada, indicada no AT[7.1], na tabela de correntes de curto-circuito, coluna “Verificação”. O valor dessa corrente é calculado com base no nível de curto-circuito, nesse ponto da rede, indicado no horizonte dos estudos do PAR – Plano de Ampliações e Reforços do ONS, vigente na época do Leilão. Caso essa verificação conclua que haverá superação dos cabos para-raios existentes, deve ser feito novo dimensionamento, conforme descrito no item abaixo, segunda etapa. Caso contrário, a configuração de cabos para-raios existentes da linha a ser seccionada poderá ser mantida e a segunda etapa da avaliação dispensada.
• Segunda etapa: dimensionamento dos cabos para-raios existentes nas imediações do
ponto de seccionamento, com base na corrente suportável nominal de curta duração dos disjuntores de linha. A segunda etapa da avaliação consiste no dimensionamento dos cabos para-raios existentes na linha a ser seccionada, em termos de capacidade de corrente (caso a primeira etapa conclua pela superação dos cabos), considerando uma corrente de curto-circuito fase-terra, na barra da subestação a ser implantada, cujo valor está indicado no AT[7.1], tabela de correntes de curto-circuito, coluna “dimensionamento”; esse valor corresponde à corrente nominal de curta duração dos disjuntores da saída de linha. Neste caso, deverá constar do projeto básico a proposição de um novo arranjo de cabos para- raios da linha existente, nas proximidades do ponto de seccionamento, que suporte, sem
dano, a circulação da corrente quando da ocorrência de curto-circuito, de forma a garantir, ao menos, o seu desempenho original.
Quando solicitado expressamente no AT[7.1], deverá ser feita a verificação e/ou o dimensionamento dos cabos para-raios da LT seccionada nas proximidades da(s) SE(s) existente(s). Nesses casos, a(s) corrente(s) de curto-circuito fase-terra, na(s) barra(s) da(s)subestação(ões)existente(s), também estará(ão) indicada(s) no AT[7.1].