Sistemas para dedição de correntes de descargas atmosféricas: desenvolvimentos e resultados preliminares

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Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica. Área de concentração: Engenharia de Potência Linha de Pesquisa: Sistemas de Energia Elétrica Orientador: Prof. Silvério Visacro Filho

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1. INTRODUÇÃO 1

1.1RELEVÂNCIA DA INVESTIGAÇÃO 1

1.2OBJETIVO 3

1.3METODOLOGIA 3

1.4ORGANIZAÇÃO DO TEXTO 4

2. PROCESSOS ENVOLVIDOS NA FORMAÇÃO DAS DESCARGAS

ATMOSFÉRICA 5

2.1INTRODUÇÃO 5

2.2CLASSIFICAÇÕES DE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS 5

2.2ADESCARGA NUVEM-SOLO NEGATIVA DESCENDENTE 7

2.3.1 VISÃO GERAL 7

2.3.2 RUPTURA PRELIMINAR 11

2.3.3 CANAL PRECURSOR DE DESCARGA 14

2.3.4 PROCESSO DE CONEXÃO 18

2.3.5 CORRENTE DE RETORNO 20

2.3.6 PROCESSO DE RECARREGAMENTO DO CANAL 27

2.3.7 COMPONENTE CONTÍNUA DA CORRENTE DE DESCARGA 29

2.3.8 COMPONENTE-M 33

2.3.9 PROCESSOS-J E -K 36

3. APRESENTAÇÃO DOS SISTEMAS DE MEDIÇÃO DESENVOLVIDOS 40

3.1INTRODUÇÃO 40

3.2OSISTEMA DE MEDIÇÃO INSTALADO NA LINHA DE TRANSMISSÃO 40

3.2.1 VISÃO GERAL 40

3.2.2 LOCAL DE INSTALAÇÃO 42

3.2.3 TRECHO DE LINHA DE TRANSMISSÃO EXPERIMENTAL 43

3.2.4 ABRIGO 45

3.2.5 TRANSDUTORES DE CORRENTE 47

3.2.6 SISTEMAS DE PROTEÇÃO, AQUISIÇÃO E REGISTRO 49

3.2OSISTEMA DE MEDIÇÃO INSTALADO NO MORRO DO CACHIMBO 58

3.3.1 A ESTAÇÃO DO MORRO DO CACHIMBO 58

3.3.2 VISÃO GERAL 59

3.3.3 TORRE INSTRUMENTADA 59

3.3.4 TRANSDUTORES DE CORRENTE 62

3.3.5 SISTEMAS DE PROTEÇÃO, AQUISIÇÃO E REGISTRO 63

4. RESULTADOS E ANÁLISES 69

4.1INTRODUÇÃO 69

4.2DADOS OBTIDOS PELO SISTEMA INSTALADO NO TRECHO DE LINHA DE

TRANSMISSÃO EXPERIMENTAL 69

4.3SISTEMA INSTALADO NO MORRO DO CACHIMBO 71

4.3.1 RESUMO DAS MEDIÇÕES REALIZADAS RECENTEMENTE 71 4.3.2 ILUSTRAÇÕES DE REGISTROS DAS FASES IMPULSIVAS DA CORRENTE DE

DESCARGA 72

4.3.3 REGISTRO DE CORRENTE DE DESCARGA NA FASE ANTERIOR À PRIMEIRA

CORRENTE DE RETORNO 76

5. CONCLUSÕES 83

5.1CONCLUSÕES GERAIS 83

5.2PROPOSTAS DE CONTINUIDADE 84

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1.1

Relevância da Investigação

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LRC – Núcleo de Desenvolvimento Científico e Tecnológico em Descargas Atmosféricas (fruto de uma

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Objetivo

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Metodologia

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1.4

Organização do Texto

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2.1 Introdução

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2.2

Classificações de Descargas Atmosféricas

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Processos

Envolvidos na

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2.3 A Descarga Nuvem-Solo Negativa Descendente

2.3.1 Visão Geral

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Nomenclatura em Português Nomenclatura em Inglês

Raio ou Descarga Atmosférica Lighining

Descarga Atmosférica Plena Flash

Ruptura Inicial Iniiial Breakdown

Ruptura Preliminar Preliminary Breakdown

Canal Precursor de Descarga Siepped Leader

Canal Descendente Downward Leader

Canal Ascendente Upward Leader

Canal de Descarga Lighining Channel

Corrente de Retorno Reiurn Curreni

Descarga de Retorno Reiurn Siroke ou Siroke

Processo de Recarregamento do Canal de Descarga Dari Leader

Processo de Conexão Aiiachmeni Process

Componente Contínua Coniinuing Curreni

2.3.2 Ruptura Preliminar

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2.3.3 Canal Precursor de Descarga

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2.3.4 Processo de Conexão

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2.3.5 Corrente de Retorno

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Porcentagem excedente ao valor da tabela

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Quantidade

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Descargas Primeiras 101 14 30 80

Descargas Subseqüentes 135 4,6 12 30

Carga Total C

Descargas Primeiras 93 1,1 5,2 24

Descargas Subseqüentes 122 0,2 1,4 11

Descarga Plena 94 1,3 7,5 40

Carga Impulsiva C

Descargas Primeiras 90 1,1 4,5 20

Descargas Subseqüentes 117 0,2 0,95 4

Tempo de Frente s

Descargas Primeiras 89 1,8 5,5 18

Descargas Subseqüentes 118 0,22 1,1 4,5

Máximo dI/dt kA/ s

Descargas Primeiras 92 5,5 12 32

Descargas Subseqüentes 122 12 40 120

Tempo de Meia-Onda s

Descargas Primeiras 90 30 75 200

Descargas Subseqüentes 115 6,5 32 140

Energia Específica i(t)2dt A2s

Descargas Primeiras 91 6,0x103 5,5x104 5,5x105 Descargas Subseqüentes 88 5,5x102 _6,0x103 _5,2x104

Intervalo entre descargas ms 133 7 33 150 Duração da Descarga Plena ms

Todas 94 0,15 13 1100

Excluindo Descargas Únicas 39 31 180 900

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Fig. 2.9 – Forma de onda típica para campo elétrico associado à variação de carga da nuvem. Campo medido na

Estação do Morro do Cachimbo, no dia 16/04/2007 distante aproximadamente 9 km do ponto de incidência.

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2.3.6 Processo de Recarregamento do Canal

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2.3.7 Componente Contínua da Corrente de Descarga

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Porcentagem excedente ao valor da tabela

Parâmetros

Quantidade

de Amostras 95% 50% 5%

Amplitude, A 124 20 121 757

Tempo de Frente, s 124 102 415 1785

Duração, ms 114 0,6 2 7,6

Tempo de Meia-Onda, s 113 192 800 3580

Carga Total, mC 104 33 131 377

Nível da Componente Contínua, A 140 34 183 991 Intervalo entre Componentes-M, ms 107 0,8 4.9 23

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3.1 Introdução

3.2 O Sistema de Medição instalado na Linha de Transmissão

3.2.1 Visão Geral

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dos Sistemas de

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3.2.2 Local de instalação

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Fig. 3.1 – Local exato da instalação da linha. As elipses destacam as posições das torres.

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3.2.3 Trecho de Linha de Transmissão Experimental

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Fig. 3.2 – Uma das torres da linha. Todas apresentam a mesma forma. O carro contribui para uma noção de

tamanho.

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3.2.4 Abrigo

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Fig. 3.3 – Imagens do abrigo do sistema de medição. A primeira mostra o abrigo completo, a segunda, a parte

inferior e a terceira, a parte superior.

3.2.5 Transdutores de Corrente

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3.2.6 Sistemas de Proteção, Aquisição e Registro

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Fig. 3.5 – Placa de aquisição igual à utilizada no projeto

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Fig. 3.6 – Janela que mostra o “loop” de aquisição de dados no LabView_{. Imagem partida para melhor}

visualização.

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Fig. 3.7 – Interface do programa com o usuário.

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Fig. 3.8 – Gabinete do computador utilizado no projeto.

3.2.7 Sistemas de Alimentação e Acionamento

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Fig. 3.10 – Imagens da Agulha de Corona. A primeira mostra toda a agulha e a segunda, um detalhe da ponta

utilizando um microscópio eletrônico.

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Fig. 3.11 – Diagrama esquemático do circuito

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3.3 O Sistema de Medição instalado no Morro do Cachimbo

3.3.1 A Estação do Morro do Cachimbo

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3.3.2 Visão Geral

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3.3.3 Torre Instrumentada

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Fig. 3.14 – “Layout” do aterramento da estação

3.3.4 Transdutores de corrente

2 2

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Fig. 3.15 – Bobinas de Pearson instaladas no abrigo. Nessa imagem também se vê outro par de bobinas e um

resistor “Shunt” para medições redundantes de corrente.

3.3.5 Sistemas de Proteção, Aquisição e Registro

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Fig. 3.17 – Janela que mostra o “loop” de aquisição de dados no LabView_{. Imagem partida para melhor}

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Fig. 3.18 – Interface do programa com o usuário.

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4.1 Introdução

4.2

Dados obtidos pelo sistema instalado no trecho de linha de

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4.3

Sistema instalado no Morro do Cachimbo

4.3.1 Resumo das medições realizadas recentemente

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Data

Número de Correntes de Retorno

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4.3.2 Ilustração de registros das fases impulsivas da corrente de descarga

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4.3.3 Registro de corrente de descarga na fase anterior à primeira corrente

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5.1 Conclusões Gerais

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5.2

Propostas de Continuidade

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