Na etapa seguinte do trabalho foi realizado o levantamento das magnitudes das correntes de arco secundário. Para isso, foram realizadas algumas simplificações, similares às utilizadas na verificação das correntes de curto-circuito (falta primária), mantendo fixas as resistências de falta, nesse caso, representando as impedâncias de arco elétrico. Essa simulação se caracteriza pela inserção do defeito no sistema em regime permanente e após alguns milisegundos, a abertura dos polos da fase defeituosa, simulando a operação monopolar de um sistema de proteção da linha de transmissão.
Na execução dos testes, foram definidos os tempos de 50 e 60 ms para simular o tempo para detecção da falta na fase A da linha MCO+, nos terminais emissor e receptor, respectivamente. Normalmente nas análises de transitórios se utiliza um tempo típico de abertura do trecho sob defeito de 100 ms. No presente estudo o tempo utilizado foi menor, considerando a importância de um sistema de mesmo porte para a estabilidade do sistema elétrico ao qual estará conectado, foram considerados tempos menores para a identificação de falta.
Além do tempo para detecção da falta, foi considerado também o tempo de abertura completa dos polos dos disjuntores, ou seja, adicionado um tempo de 25 ms, de forma a representar a completa separação de seus terminais. Apenas após essa completa abertura, as correntes de contribuição vinda dos equivalentes do sistema se tornam nulas. A partir desse instante, a corrente de falta é mantida apenas devido às tensões induzidas pelo acoplamento indutivo e capacitivo que existe entre as fases da linha de transmissão. O arco mantido passa a se chamar, então, arco secundário. A sequência de eventos da simulação pode ser observada na Figura 4.13.
Figura 4.13 – Sequência de eventos realizados nas simulações.
Fonte – Elaborada pelo autor.
As Figuras 4.14 a 4.16 apresentam os comportamentos das tensões e correntes dos terminais da linha, além da corrente no ponto de falta e status dos disjuntores para faltas em 25%, 50% e 75% da linha MCO+, na condição de carregamento de 1, 0𝑃𝑐. Pode
ser observado que após a abertura dos disjuntores na fase em defeito, a corrente de arco secundário atinge o seu estado de regime permanente entre 150 e 200 ms.
Figura 4.14 – Abertura monopolar da linha durante falta monofásica na fase A em 25% da linha.
Figura 4.15 – Abertura monopolar da linha durante falta monofásica na fase A em 50% da linha.
Figura 4.16 – Abertura monopolar da linha durante falta monofásica na fase A em 75% da linha.
Essa mesma rotina foi aplicada então a diversos pontos ao longo da linha, variando a resistência do arco secundário mantido em regime permanente. As Figuras 4.17, 4.18 e 4.19 apresentam os valores de arco secundário para diferentes condições de carregamento do sistema elétrico e resistências de falta.
Figura 4.17 – Perfil das correntes de arco secundário ao longo da linha para diferentes resistências de falta, com a linha em vazio.
Figura 4.18 – Perfil das correntes de arco secundário ao longo da linha para diferentes resistências de falta, com carregamento de 0, 5𝑃𝑐.
Figura 4.19 – Perfil das correntes de arco secundário ao longo da linha para diferentes resistências de falta com carregamento de 1, 0𝑃𝑐.
Nas figuras são observados os efeitos das elevadas correntes que circulam no sistema no trecho central da linha MCO+, independente da condição de carregamento do mesmo. No trecho entre 800 e 1800 km há um acoplamento indutivo forte entre as fases da linha, de modo que a contribuição das fases sãs à manutenção do arco secundário se torna importante. Essa relação se observa nos elevados valores de arco secundário constatados nos pontos de falta nessa região.
Na condição de regime permanente do arco secundário, após a extinção das componentes assimétricas de curto-circuito, as magnitudes no ponto de falta permanecem com a ordem de grandeza de kA. Essa amplitude das correntes de falta impossibilita uma auto-extinção de um arco formado, ou seja, a condição de defeito será mantida até que essa amplitude seja reduzida.
A abertura dos polos dos disjuntores terminais da linha na fase em falta produz um significativo decréscimo na magnitude das correntes elétricas mantidas nos pontos de falta. No caso do carregamento próximo à potência característica da linha, as magnitudes caem de valores entre 3 e 26 𝑘𝐴𝑒𝑓, valores de arco primário, para o intervalo de 0,5 a
4 𝑘𝐴𝑒𝑓 eficazes, valores de arcos secundários.
Em sistemas elétricos convencionais, com linhas de transmissão de até poucas centenas de quilômetros, somente a abertura da fase em defeito ou ajuste dos reatores de neutro na compensação reativa utilizada, possibilitam que as magnitudes dos arcos
secundários sejam reduzidas o suficiente para sua auto-extinção nesses sistemas (AL- CAHUAMAN, 2007). Nos sistemas de transmissão em meia onda o mesmo não ocorre. As correntes do arco secundário se manteriam acima de 500 𝐴𝑒𝑓 e, com certeza, não se
extinguiriam.
É necessário ressaltar que a utilização de valores fixos na representação das impedâncias dos arcos secundários não limitam a capacidade de análise do estudo. Os valores de impedância permitem entender a faixa de variação da amplitude do parâmetro avaliado, seja ele a corrente de curto-circuito, tensão nos terminais da linha durante o curto-circuito ou a tensão entre os terminais do arco secundário mantido pelo acoplamento entre as fases da linha.
Além da corrente de curto-circuito, e, posteriormente, a corrente de arco se- cundário, há também o efeito da falta nas tensões medidas nas fases sãs do sistema, Figura 4.20. De forma a compensar a fase em falta, as tensões saem da condição normalmente observada em seu regime permanente, ou seja, não se mantêm com o valor de 1,0 p.u. nos terminais da linha durante o regime permanente do arco secundário. Essa condição, por si só, poderia ser suficiente para a sensibilizar o sistema de proteção e abertura trifásica da linha de transmissão, de forma a não desestabilizar o resto do sistema elétrico ao qual a linha MCO+ estaria conectada.
Figura 4.20 – Tensões nos terminais da linha MCO+ durante regime permanente do arco secundário - Resistências de falta e carregamento de 1, 0𝑃𝑐.
5 Redução da magnitude da corrente de arco
secundário
Conforme tratado no capítulo anterior, apesar da redução considerável da mag- nitude da corrente de arco secundário após a abertura da fase em defeito, os valores ainda são suficientes para que este não se extingua naturalmente. Os fortes acoplamentos indu- tivo e capacitivo ao longo da linha mantêm elevadas as magnitudes dessas correntes. Em um sistema elétrico de 1000 kV, espera-se que para a extinção natural do arco secundário o valor das correntes não ultrapasse 75 𝐴𝑒𝑓, conforme afirmado em (GATTA; ILICETO,
1992).
Esse capítulo traz, então, a possibilidade de uso do transformador de bloqueio de sequência zero, como uma possível alternativa para a redução das magnitudes de arco secundário, auxiliando a viabilizar o religamento monopolar na linha MCO+.