A fundamentação teórica da TWD e da TWDR aplicada ao caso específico de detecção de transitórios foi apresentada neste capítulo. As transformadas foram comparadas e constatou- se que, em aplicações em tempo real, a TWDR pode apresentar vantagens sobre a TWD, no que concerne à detecção mais rápida dos transitórios, visto que ela não realiza o processo de subamostragem. Uma versão para o cálculo, em tempo real, dos coeficientes de aproximação e
wavelet da TWD e TWDR foi apresentada neste capítulo.
Baseando-se no teorema de Parseval (BURRUS et al., 1998; PERCIVAL; WALDEN, 2000), de que a energia de um sinal pode ser particionada em termos da energia dos coeficientes wavelet e de aproximação, mostrou-se que a análise em tempo real das energias dos coeficientes wavelet pode-se constituir em uma ferramenta poderosa para detecção de transitórios, sendo esta a base do método de diagnóstico de distúrbios transitórios proposto nesta tese. A análise em tempo real das energias dos coeficientes de aproximação também é importante para confirmação de alguns distúrbios, tais como afundamentos de tensão.
CAPÍTULO 4
DIAGNÓSTICO DE DISTÚRBIOS TRANSITÓRIOS
Apresenta-se neste capítulo uma descrição detalhada dos principais distúrbios com transitórios em sistemas de potência, destacando-se o comportamento dos transitórios nas tensões e cor- rentes (vA, vB, vC, iA, iB e iC), assim como os seus efeitos nas respectivas energias dos coefici- entes wavelet (EvA, EvB, EvC, EiA, EiB e EiC) e de aproximação ( ¨EvA, ¨EvB, ¨EvC, ¨EiA, ¨EiB e ¨EiC). O
capítulo é concluído com a apresentação do fluxograma dos métodos de detecção e classificação em tempo real dos distúrbios transitórios.
Todas as tensões e correntes ilustradas neste capítulo são provenientes de registros oscilográ- ficos reais do sistema de transmissão da Chesf, com taxa de amostragem de 15360 amostras/s. As energias dos coeficientes wavelet e de aproximação são calculadas com a TWDR, na primeira escala, fazendo uso da wavelet db4.
4.1 TRANSITÓRIOS
Fenômenos transitórios em sistemas de potência são distúrbios que ocorrem em um intervalo de tempo muito curto, geralmente com duração inferior a um ciclo. Após a sua ocorrência, o sistema elétrico retorna rapidamente ao regime permanente (SANKARAN, 2002). Dentre as principais causas de transitórios, destacam-se os chaveamentos de cargas e de bancos de capacitores, assim como a ocorrência e eliminação das faltas.
Os transitórios são classificados conforme sua duração e amplitude em transitórios impul- sivos e oscilatórios (Tabela 4.1) (DUGAN et al., 2003). Apesar da curta duração, a análise dos transitórios é importante, visto que os equipamentos presentes no sistema elétrico podem ser submetidos à grandes solicitações de energia.
CAPÍTULO 4: DIAGNÓSTICO DE DISTÚRBIOS TRANSITÓRIOS 46
Tabela 4.1. Categorias e características dos transitórios em sistemas elétricos de potência.
Duração Conteúdo Amplitude de Categoria
típica espectral típico tensão típica (pu)
Nanosegundo <50 ηs - -
Impulsivos Microsegundo 50 ηs - 1 ms - -
Milisegundo > 1 ms - -
Baixa frequência 0,3 - 50 ms <5 kHz 0 - 4 Oscilatórios Média frequência 20 µs 5 - 500 kHz 0 - 8 Alta frequência 5 µs 0,5 - 5 MHz 0 - 4
4.1.1 Transitórios Impulsivos
Transitórios impulsivos são mudanças repentinas nas condições de regime permanente da tensão, corrente ou ambas, normalmente causados por descargas atmosféricas, que por sua vez podem ser classificadas em: descargas atmosféricas diretas, que atingem os condutores de fase, os cabos pára-raios ou as torres da LT; descargas atmosféricas indiretas, que ocorrem nas proximidades da LT. A queda direta de uma descarga em uma das fases de uma LT, por exemplo, resulta em ondas viajantes de tensão e corrente em ambos os sentidos (Figura 4.1). Nestas ocorrências, o nível da tensão normalmente ultrapassa a suportabilidade dos isolamentos das LTs, originando as faltas (ARAUJO; NEVES, 2005). De fato, em quase todos os casos, as descargas atmosféricas que atingem os condutores de fase resultam em faltas em LTs (BOLLEN; GU, 2006). As descargas indiretas também induzem sobretensões transitórias nas LTs.
Os transitórios impulsivos são caracterizados pelo tempo de subida da ordem de 1,2 µs, seguido por um decaimento da ordem de 50 µs (CHOWDHURI, 1996;BOLLEN; GU, 2006). Uma análise detalhada desse tipo de distúrbio, portanto, requer dos equipamentos de monitoração uma taxa de amostragem alta (PROBERT; SONG, 2002). Na prática, um RDP não é um dispo-
sitivo de monitoramento apropriado à detecção de transitórios impulsivos, visto que a taxa de amostragem típica é de 10000 amostras/s (frequência de Nyquist de 5 kHz). Além disso, pos- suem filtros anti-aliasing (passa-baixos) com frequência de corte inferior à frequência de Nyquist (BOLLEN; GU, 2006) e os transformadores de instrumentos típicos não possuem resposta em fre- quência adequada à reprodução dos sinais com transitórios impulsivos. Entretanto, as respostas do sistema às descargas atmosféricas, tais como as faltas em LTs podem ser detectadas pelos RDPs.
CAPÍTULO 4: DIAGNÓSTICO DE DISTÚRBIOS TRANSITÓRIOS 47
Figura 4.1. Descarga atmosférica no condutor de fase de uma linha de transmissão.
4.1.2 Transitórios Oscilatórios
Transitórios oscilatórios são fenômenos decorrentes das operações de chaveamento de car- gas e de bancos de capacitores, eliminação de faltas, energização e desligamento de LTs. Os transitórios oscilatórios de alta frequência são tipicamente resultantes da resposta do sistema à transitórios impulsivos. Os transitórios oscilatórios de média frequência são usualmente re- sultantes da energização de bancos de capacitores, operações de chaveamento para eliminação de faltas, energização e desligamento de LTs, ou também, da resposta do sistema a um tran- sitório impulsivo. Os transitórios oscilatórios de baixa frequência são geralmente causados pela energização de bancos de capacitores (DUGAN et al., 2003).
Os distúrbios avaliados nesta tese apresentam transitórios oscilatórios decorrentes de faltas e manobras de chaveamento, dando-se destaque aos transitórios devido às manobras de ener- gizações e desligamentos de LTs e de bancos de capacitores, faltas e afundamentos de tensão.