7.1 Introdução
No cenário atual em que tanto os clientes das empresas concessionárias quanto os órgãos fiscalizadores exigem maiores disponibilidade, confiabilidade e qualidade da energia, procura-se cada vez mais alternativas não-convencionais eficazes para avaliação de desempenho de linhas de transmissão.
Devido ao grande número de descargas atmosféricas que ocorrem ano a ano e provocam desligamentos em linhas de transmissão, este fenômeno natural requer estudos mais profundos sobre suas características e sobre sua influência em sistemas, de forma que eles possam estar adequadamente protegidos para não sofrerem falhas por sua interferência.
Neste contexto, este trabalho teve como objetivo apresentar uma contribuição aos estudos de desempenho de linhas de transmissão de extra-alta tensão frente a descargas atmosféricas, particularmente no que concerne ao fenômeno ruptura a meio de vão. Este é normalmente desconsiderado em metodologias e softwares de simulação de desempenho de linhas de transmissão. O trabalho desenvolve com interesse especial a consideração do Efeito Corona e das Correntes de Pré-ruptura neste fenômeno.
O estudo recorreu a um caso prático para o desenvolvimento de suas considerações ao abordar a situação de uma linha de transmissão real de 500 kV, cujos resultados de simulações
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de modelagem convencional não apresentavam resultados condizentes com o desempenho efetivo da linha. Isto conferiu às avaliações um caráter mais próximo da realidade de aplicação.
7.2 Resultados Desenvolvidos
7.2.1 Conclusões Gerais
Neste texto foram estudados os aspectos que influenciam diretamente no desempenho de linhas de transmissão com foco em linhas de transmissão de extra-alta tensão.
Sobre a classificação dos tipos de desligamento apresentada, conclui-se que este é um importante aspecto de um estudo de desempenho, para que se possa avaliar as medidas preventivas ou corretivas necessárias para redução da freqüência de desligamentos da linha e conseqüente melhoria do seu desempenho. No caso de desligamentos por descarga, é importante aprofundar na compreensão dos potenciais fenômenos causadores dos desligamentos, pois estes podem não ser provocados simplesmente por valor de resistência de aterramento elevado, como é normalmente assumido pelas empresas do Setor Elétrico.
Por meio do estudo dos parâmetros que mais impactam no desempenho de linhas, foi possível observar a relação intrínseca de alguns parâmetros com trechos da linha que apresentam desligamentos, como por exemplo, a relação do relevo com a densidade de descargas e a relação de parâmetros climatológicos como umidade do ar com a suportabilidade do isolamento do ar. Conclui-se que o conhecimento dessas características também é importante quando da investigação dos prováveis mecanismos que estão provocando desligamentos por descarga na linha.
Em relação à investigação das características da linha de 500kV estudada como exemplo neste texto, foi observada significativa correlação entre os dados de descargas atmosféricas obtidos no LLS e os dados de desligamento obtidos no localizador de faltas. Nos trechos da linha onde houve reincidência de desligamentos constatou-se correlação com trechos que apresentaram resistências de aterramento elevadas, mostrando que alguns dos desligamentos poderiam ser atribuídos a ocorrências de backflashover. Para confirmar este aspecto foram realizadas simulações com o aplicativo SIGMA SLP.
Através dessas simulações foi possível avaliar os trechos críticos da linha com reincidência de desligamentos. Por outro lado, vale destacar que tal aplicativo não leva em consideração a possibilidade de ocorrência do fenômeno ruptura a meio de vão, a presença de Efeito Corona e a existência de Correntes de Pré-ruptura. Apesar de indicar que de fato havia
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ocorrências por backflashover na linha, provavelmente devido às estruturas com valor de resistência de aterramento elevado, o resultado das simulações com o SIGMA SLP divergiu significativamente da taxa real de desligamentos da linha. Isto sugere que a consideração do fenômeno ruptura a meio de vão poderia ser importante para se obter uma estimativa mais precisa da taxa de desligamentos de uma linha em uma simulação.
7.2.2 Conclusões sobre a Ruptura a Meio de Vão considerando Efeito Corona
e Correntes de Pré-Ruptura
Com relação ao efeito corona foi realizado um estudo teórico sobre o seu processo formativo e sua influência na atenuação e distorção de ondas de sobretensão propagadas em linhas de transmissão. Pode-se concluir com base nesse estudo que o efeito corona é um importante parâmetro de influência, sobretudo no fenômeno ruptura a meio de vão, pois se considera reduzida sua relevância como condicionador da ocorrência de flashover e
backflashover.
Foi desenvolvido um estudo sobre a evolução dos modelos de corona publicados nas últimas décadas e alguns desses modelos foram simulados para avaliação de adequabilidade para o estudo do caso de ruptura a meio de vão. Conclui-se, com base no estudo realizado, que os modelos de Efeito Corona tem se tornado cada vez mais precisos. Existem, inclusive, modelos mais detalhados para avaliação de tensão induzida em cabos próximos ao cabo atingido pela descarga. Já é possível escolher um modelo de Efeito Corona para aplicação de acordo com a necessidade do estudo.
Com base no modelo dinâmico de Efeito Corona, foram realizadas simulações com vãos reais da linha de 500 kV considerada neste trabalho para verificar a probabilidade de ocorrência de ruptura a meio de vão. Concluiu-se que para vãos muito longos acima de 1000m, devido ao grande espaçamento do vão, a corrente necessária para ruptura torna-se cada vez mais improvável. Da mesma forma em vãos menores que 600m, o tempo menor para reflexão da onda na estrutura e retorno ao ponto de incidência faz com que não se atinja a sobretensão mínima para ruptura a meio de vão ou que seja necessária uma corrente de amplitude muito elevada para tal. Considera-se também que o fenômeno de ruptura a meio de vão é relevante e não deve ser desprezado nas simulações de desempenho. Este fenômeno pode ser computado por meio de uma modelagem similar à utilizada nesse trabalho.
Com relação às Correntes de Pré-ruptura, foi avaliado o exemplo clássico da literatura que descarta a possibilidade de ruptura a meio de vão devido a este fenômeno. Conclui-se pela análise realizada e pelos questionamentos realizados acerca da modelagem utilizada no
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exemplo, que não é possível afirmar com certeza que as Correntes de Pré-ruptura eliminam a possibilidade de ruptura no meio de vão. Para avaliar corretamente são necessários modelos de transitórios adequados que levem em consideração a presença dessas correntes após a sobretensão ultrapassar o valor crítico de ruptura, os quais não são contemplados pela literatura clássica que apresenta a afirmativa acima.
7.3 Proposta de Continuidade
Para abordar adequadamente o desempenho de linhas de transmissão de extra-alta tensão, recomenda-se que sejam desenvolvidas ferramentas dedicadas para simulação de desempenho de linhas que considerem o fenômeno ruptura a meio de vão e também a presença do Efeito Corona na propagação das sobretensões.
Com relação às Correntes de Pré-ruptura propõe-se que sejam criados modelos de propagação de leader, que considerem a existência dessas correntes, por exemplo, como elementos desaceleradores da propagação do leader no espaçamento entre os condutores. Com esses modelos implementados em aplicativos de cálculo de desempenho de linhas de transmissão frente a descargas, será possível avaliar quantitativamente a probabilidade de ruptura a meio de vão e os valores mínimos de amplitude de corrente de descarga para provocar esse tipo de desligamento, considerando todos os parâmetros de influência envolvidos.
Finalmente, acerca dos estudos de desempenho recomenda-se que as empresas do setor elétrico invistam em sistemas de monitoramento que possam apresentar como resultado dados atualizados das linhas para avaliação de seu desempenho. Estes devem se capazes de realizar análises de correlação de dados como, por exemplo, dados de sistemas de localização de descargas, localizadores de faltas e de detecção de queimadas, além de sistemas georreferenciados que tenham registrados outros dados importantes como valor da resistência ou impedância de aterramento, comprimento dos vãos, densidade de descargas. É interessante também estudar formas de garantir que estes dados sejam sempre atualizados e que sejam definidas metodologias para logística de medição de resistência de aterramento e estudos de custos que demonstrem a relação custo-benefício da melhoria de linhas que apresentem baixo desempenho, considerando a perda de receita por Parcela Variável e outras penalidades dos órgãos reguladores.