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Qualidade de Energia Sobretensões Transitórias Variações de tensão de longa duração. Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Introdução. Sobretensões transitórias Causas principais da sua ocorrência Sobretensões com origem em manobras

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qualidade de energia sobretens es transit rias varia es de tens o de longa dura o

Qualidade de EnergiaSobretensões TransitóriasVariações de tensão de longa duração

Humberto Jorge

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

MEEC - Qualidade de Energia

introdu o
Introdução

Sobretensões transitórias

  • Causas principais da sua ocorrência
  • Sobretensões com origem em manobras
  • Sobretensões de origem atmosférica
  • Princípios de protecção contra sobretensões

MEEC - Qualidade de Energia

sobretens es transit rias
Sobretensões transitórias
  • Sobretensão, oscilatória ou não, de curta duração e em geral fortemente amortecida e com uma duração máxima de alguns milissegundos.
      • Têm geralmente origem nas descargas atmosféricas, nas manobras na rede e na fusão de fusíveis

MEEC - Qualidade de Energia

transit rio comuta o de um banco de condensadores na rede de 34 5 kv
Transitório - comutação de um banco de condensadores na rede de 34,5 kV

MEEC - Qualidade de Energia

sobretens es transit rias5
Sobretensões transitórias
  • Origem de sobretensões
    • Comutação de baterias de condensadores
    • Comutação de linhas e cargas
    • Descargas atmosféricas

MEEC - Qualidade de Energia

comuta o de baterias de condensadores
Comutação de baterias de condensadores

Consumidor

L2

Existem condições de ressonância que amplificam a tensão de oscilação quando

C1

L1

C2

MEEC - Qualidade de Energia

comuta o de bateria de condensadores
Comutação de bateria de condensadores

As soluções para evitar a amplificação da sobretensão em caso de manobra de condensadores, passa pela alteração da impedância L2 ou caso isso seja impossível pela inserção de resistências em série com a bateria de condensadores. Caso haja equipamento electrónico sensível é conveniente colocar dispositivos de protecção contra sobretensões

Consumidor

L2

L1

C2

MEEC - Qualidade de Energia

descargas atmosf ricas
Descargas atmosféricas

MEEC - Qualidade de Energia

descargas atmosf ricas9
Descargas atmosféricas

Protecção contra descargas atmosféricas

1 - Interligação das massas metálicas

2 - Ligação à terra com cabos curtos

3 - Colocação de dispositivos de protecção contra sobretensões

MEEC - Qualidade de Energia

fontes de sobretens es transit rias
Fontes de Sobretensões Transitórias
  • No Sistema Eléctrico (utility)
    • Comutação de Condensadores (MF)
      • muito comuns na compensação do factor de potência (mais baratos e com custos de manutenção mais reduzidos que os compensadores electrónicos ou as máquinas rotativas)
    • Amplificação devido a fenómenos de ressonância no SE
    • Descargas Atmosféricas (HF)
  • Nas instalações do utilizador final
    • Dispositivos de electrónica de potência
    • Iluminação (HF)
    • Fenómenos de comutação de cargas (HF)

MEEC - Qualidade de Energia

comuta o de condensadores
Comutação de Condensadores
  • Ocorrem na mesma altura do dia
  • A sua comutação induz aparecimento de transitórios(1.3 a 1.4pu)
    • Afectam cargas controladas electronicamente
    • Não são detectadas pelas cargas convencionais
    • Não danificam o isolamento
    • Passam para além dos transformadores do SE
    • Corrente sofre aumentos da ordem dos 4pu, pelo que o sistema de terras é muito importante
  • Comutação controlada por variáveis como:
    • tempo, tensão, corrente, potência reactiva
    • Em linhas de distribuição que alimentam cargas industriais, os condensadores são geralmente comutados por “tempo”, antecipando a actividade laboral da fábrica

MEEC - Qualidade de Energia

comuta o de condensadores12
Comutação de Condensadores

Onda da tensão no local da carga

Onda da corrente no alimentador

MEEC - Qualidade de Energia

comuta o de condensadores13
Comutação de Condensadores
  • comutação em avanço (poucos minutos) com o início dum turno
  • pré-inserção duma resistência no circuito
  • pré-inserção de bobinas
    • limita as componentes de HF do transitório
  • fecho síncrono com a passagem por zero da tensão
    • controlado electronicamente, reduz Vtransitória para 1.1pu
  • escolha adequada da localização do condensador
    • em simultâneo com técnicas de comutação suave ou comutação em tempos não críticos

MEEC - Qualidade de Energia

fen menos ressonantes de amplifica o
Fenómenos Ressonantes de Amplificação
  • Amplificação das sobretensões transitórias na linha do utilizador final (f1f2)  3.0 a 4.0pu
      • transitório vindo da rede depende da reactância do transformador
      • possível danificação dos equipamentos do utilizador

MEEC - Qualidade de Energia

fen menos ressonantes de amplifica o15
Fenómenos ressonantes de Amplificação
  • Condições que aumentam o impacto do transitório na instalação
      • Condensadores de baixa tensão na instalação
      • Alguns transformadores redutores
  • Opções para reduzir estes transitórios
    • Controlo da sobretensão transitória da rede
      • synchronous closing breakers ( na passagem por zero)
      • interruptores com pré-inserção de carga resistiva(V)/indutiva(I)
      • “descarregador de sobretensões” na instalação do utilizador reduz a amplitude do transitório até 1.8 pu
    • Converter as baterias de condensadores do utilizador em filtros de harmónicos

MEEC - Qualidade de Energia

descargas atmosf ricas16
Descargas Atmosféricas
  • Fonte poderosa de transitórios impulsivos
  • Resultam em correntes de descarga pelo neutro do SE
  • Locais do SE sujeitos a descargas
    • A) condutores de terra (primária ou secundária)
    • B) directamente numa fase (primária ou secundária)
    • C) estrutura das instalações

MEEC - Qualidade de Energia

descargas atmosf ricas17
Descargas Atmosféricas
  • Caminhos de fuga
    • Pelo condutor de terra mais próximo da descarga
    • Correntes de descarga em outros condutores de terra
    • Contornamento do transformador
      • cria impulso mais longo, por vezes oscilante
      • cria sobretensões nos cabos por onde passa até à “terra melhor”
      • sobreintensidade no secundário
        • falhas no transformador
      • Aumenta o potencial da terra local

MEEC - Qualidade de Energia

princ pios fundamentais de protec o
Princípios Fundamentais de Protecção
  • Limitar a tensão em isolamentos sensíveis
  • Desviar a sobretensão para longe da carga
  • Impedir a chegada da sobretensão à carga
  • Ligar conjuntamente as terras nos aparelhos
  • Reduzir ou evitar que a sobretensão circule entre as massas
  • Criar filtros LP utilizando princípios de bloqueio e redução

MEEC - Qualidade de Energia

dispositivos para protec o contra sobretens es
Dispositivos para protecção contra sobretensões

TVSS (Transient Voltage Surge Supressors)

  • Dispositivo utilizado no equipamento a proteger
  • para além de arresters tem outros elementos limitadores de sobretensões

Arrester

  • Dispositivo de entrada da instalação
    • Blocos de MOV (Metal-oxide-varistors)
    • ou díodos Zener

MEEC - Qualidade de Energia

protec o contra descargas atmosf ricas
Protecção contra descargas atmosféricas

Blindagem

  • Em linhas fortemente expostas a descargas atmosféricas
    • subestações
    • linhas aéreas de transmissão (os custos geralmente não o justificam na distribuição)
  • Realizar estudo de viabilidade
    • necessário aumentar os postes para introduzir a blindagem
    • os arresters são geralmente mais económicos e eficazes

MEEC - Qualidade de Energia

protec o contra descargas atmosf ricas21
Protecção contra descargas atmosféricas

Line arresters

  • Inseridos ao longo da linha (de 2 em 2 ou 3 em 3 postes)
    • favorecem o escoamento das sobretensões
    • protegem os isoladores contra contornamentos
    • a sua eficácia depende da resistência da terra
  • situações de terra deficiente ou cargas sensíveis, obrigam a colocar line arresters em cada poste

MEEC - Qualidade de Energia

protec o contra descargas atmosf ricas contornamento do transformador
Protecção contra descargas atmosféricascontornamento do transformador
  • Medidas de protecção
    • Colocar descarregadores de sobretensões no secundário dos transformadores
    • melhorar a resistência de terra dos postes comparativamente à terra das cargas
    • Proteger as instalações do consumidor

Nota: quer a descarga se dê no sistema de transporte e distribuição ou na instalação do utilizador, os fenómenos observados são os mesmos

MEEC - Qualidade de Energia

protec o contra descargas atmosf ricas23
Protecção contra descargas atmosféricas

Protecção de cabos

  • Problema: Envelhecimento dos cabos (UD)
    • isolamento enfraquece  transitórios favorecem falha & rotura
    • substituição muito cara
  • Solução:
    • introdução de arresters
    • injecção dum liquido restaurador no cabo
    • utilizar scout arrester scheme no primário

MEEC - Qualidade de Energia

protec o contra descargas atmosf ricas24
Protecção contra descargas atmosféricas

Scout Arrester Scheme - Mais dispendioso que o esquema de protecção normal, o que limita o seu uso, mas muito eficaz na protecção de cabos e de transformadores em situações de open-point

  • Princípio
    • colocar arresters nos postes de ambos os lados da baixada
    • grande parte da energia do transitório escoa-se nos “escudeiros”
    • melhorado c/ blindagem dos arcos próximos da baixada do cabo
  • vantagens
    • reduz a velocidade de subida das sobretensões no cabo
    • reduz a tensão de descarga no arrester do cabo

MEEC - Qualidade de Energia

problemas devido a transit rios
Problemas devido a Transitórios
  • VEV - Circuito de controlo sensível a sobretensões de 1.17pu
    • redução dos problemas isolando-os do sistema de potência
  • Soluções
    • aumentar o comprimento do cabo
    • Alterar a frequência de comutação da PWM
    • filtros que suprimam a sobretensão transitória

MEEC - Qualidade de Energia

compensa o s rie
Compensação série

Reactância liquida da linha = X - XC

MEEC - Qualidade de Energia

compensa o paralela shunt
Compensação paralela (shunt)

MEEC - Qualidade de Energia

compensa o paralela shunt29
Compensação paralela (shunt)

MEEC - Qualidade de Energia