Desempenho Comparativo de Projetos de Linhas de Distribuição para Média Tensão Frente a Surtos Induzidos

Seminário Brasileiro de Sistemas Elétricos, Campina Grande, PB, 2006


Abstract:

Este trabalho tem como objetivo apresentar os resultados obtidos pela parceria entre AES Sul Distribuidora Gaúcha de Energia, Universidade Federal de Itajubá e Universidade de Bologna com as simulações de desempenho de possíveis projetos de redes de média tensão, detalhando os procedimentos utilizados para as simulações realizadas, bem como apresentando os perfis de desempenho resultantes, em termos de falhas esperadas por 100 km de linha para a densidade de descargas ao solo (GDF) de 1 descarga/km²/ano. Comentários sobre o desempenho relativo e comparações são apresentados.
Como primeiro resultado do estudo foi verificado que a melhor solução técnico-econômica é a adoção de uma linha com isoladores com tensão suportável nominal sob impulso atmosférico a seco – NBI, superior a 200 kV, sem a utilização de pára-raios na linha, estando presentes somente os instalados em equipamentos do sistema, como transformadores, chaves e terminais de linha, e sem a necessidade de utilização de um quarto cabo aterrado.

Introduction:

A coordenação de isolamento das linhas de média tensão frente a impulsos atmosféricos é executada por meio de métodos estatísticos baseados nos cálculos de risco de falha de isolamento. Este último pode ser estimado quando a distribuição estatística de sobretensões e a suportabilidade do isolamento são conhecidas. Um método desenvolvido pela Universidade de Bologna para o cálculo da distribuição estatística das tensões induzidas por descargas em linhas de distribuição é primeiramente descrito e então aplicado a padrões de linhas de distribuição na Classe de 25kV da AES Sul.
A avaliação do desempenho das linhas de distribuição frente a descargas induzidas envolve um modelamento preciso dos mecanismos de indução que resultam nas sobretensões. Adicionalmente, para conseguir uma coordenação de isolamento apropriada, é necessário levar em conta a presença de dispositivos de proteção, constituídos basicamente de pára-raios e/ou cabo guarda/neutro aterrado. A conseqüente complexidade dos fenômenos envolvidos e o número elevado de não linearidades resultam em uma dificuldade na estimativa das tensões induzidas. Por esta razão, nos últimos anos modelos mais precisos, comparados com aqueles propostos na literatura na primeira parte do último século, foram apresentados por Nucci e Rachidi [2-5].
Logo em seguida um procedimento estatístico para avaliar o desempenho das linhas aéreas é apresentado por Nucci e Borghetti [6] e estendido por Borghetti, Nucci e Paolone [7-10]. Tal procedimento é baseado em modelos mais precisos, permitindo assim uma descrição correta do mecanismo de indução de sobretensões provenientes de descargas induzidas, e também no Método Estatístico de Monte Carlo.

References:

[1] Nucci C.A., Paolone M., “Calculation of induced voltages in medium voltage overhead systems due to lightning strokes using the LIOV code”, Relatório da segunda fase do projeto de pesquisa com a concessionária AES Sul, Outubro, 2003;
[2] Nucci C.A., Rachidi F., Ianoz M. and Mazzetti C., “Lightning-induced voltages on overhead power lines”, IEEE Trans. on EMC, Vol. 35, Fevereiro, 1993;
[3] Rachidi F., Nucci C.A., Ianoz M., Mazzetti C., “Influence of a lossy ground on lightning-induced voltages on overhead lines”, IEEE Trans. on EMC, Vol. 38, No. 3, pgs. 250-263, Agosto, 1996;
[4] Rachidi F., Nucci C.A., Ianoz M., “Transient analysis of multiconductor lines above a lossy ground”, IEEE Trans. on PWDR, Vol.14, No.1, pgs. 294-302, Janeiro, 1999;
[5] Meliopoulos A. P. S., Cokkinides G., Kennedy J., “An integrated model for lightning performance evaluation of overhead distribution lines”, Proc. 25th International Conference on Lightning Protection, Rhodes, Grécia, 2000;
[6] Borghetti A., Nucci C.A., “Estimation of the frequency distribution of lightning induced voltages on an overhead line above a lossy ground: a sensitivity analysis”, in Proc. International Conference on Lightning Protection, Birmingham, Reino Unido, Setembro, 1998;
[7] Borghetti A., Nucci C.A., Paolone M., Bernardi M., “Effect of the lateral distance expression and of the presence of shielding wires on the evaluation of the number of lightning induced voltages”, Proc. of the 25th International Conference on Lightning Protection 18-22 Setembro 2000, Rhodes Grécia;
[8] Borghetti A., Nucci, C.A., Paolone M., “Lightning performances of distribution lines: sensitivity to computational methods and to data”, Power Engineering Society Winter Meeting, 2001 IEEE, Volume: 2, 2001, pgs. 796-798;
[9] Borghetti A., Nucci C.A., Paolone M., “Statistical Evaluation of Lightning Performances of Distribution Lines”, Proc. of the International Conference on Power System Transient 24-28 Junho 2001, Rio de Janeiro Brazil;
[10] Borghetti A., Nucci C.A., Paolone M., Bernardi M., Malgarotti S., Mastandrea I., “Influence of surge arresters on the statistical evaluation of lightning performance of distribution lines”, Proc. Of the 2004 International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems, pgs. 776 – 781, 12-16 Setembro 2004;
[11] Agrawal A.K., Price H.J., Gurbaxani S.H., “Transient response of a multiconductor transmission line excited by a nonuniform electromagnetic field”, IEEE Trans. on EMC 22-2 (1980) 119-129;
[12] Paolone M., Nucci C.A., Rachidi F., “A New Finite Difference Time Domain Scheme for the Evaluation of Lightning Induced Overvoltage on Multiconductor Overhead Lines”, Proc. 5th Int. Conf. on Power System Transient, vol. 2, Rio de Janeiro, Brazil, 2001, pgs. 596-602;
[13] Paolone M., “Modeling of Lightning-Induced Voltages on Distribution Networks for the Solution of Power Quality Problems, and Relevant Implementation in a Transient Program”, Ph.D. Thesis, University of Bologna, 2001;
[14] Uman M.A., McLain D.K., Krider E.P., “The electromagnetic radiation from a finite antenna”, American Journal of Physics, 1975, Vol. 43, pgs. 33-38;
[15] Nucci C.A., Mazzetti C., Rachidi F., Ianoz M., “On lightning return stroke models for LEMP calculations”, Proc. 19th International Conference on Lightning protection, Graz, Austria, Abril 1988;
[16] Rachidi F., Nucci C.A., “On the Master, Lin, Uman, Standler and the Modified Transmission Line lightning return stroke current models”, Journal of Geophysical Research 95 (1990) 20389-20394;
[17] Cooray V., “Horizontal fields generated by return strokes”, Radio Science 27-4 (1992) 529-537;
[18] Rubinstein M., “An approximate formula for the calculation of the horizontal electric field from lightning at close, intermediate, and long range”, IEEE Trans. on EMC 38-3 (1996) 531-535;
[19] Cooray V., “Some consideration on the ‘Cooray-Rubinstein’ approximation used in deriving the horizontal electric field over finitely conducting ground”, in: Proc. 24th Int. Conf. on Lightning Protection, Birmingham, Reino Unido, 1998, pgs. 282-286;
[20] Wait J.R., Concerning the horizontal electric field of lightning, IEEE Trans. on EMC 39-2 (1997) 186;
[21] Carson J.R., Wave propagation in overhead wires with ground return, Bell System Technical Journal 5 (1926) 539-554;
[22] Timotin A.L., “Longitudinal transient parameters of a unifilar line with ground return”, Rev. Roum. Sci. Techn. Electrotechn. et Energ. 12-4 (1967) 523-535;
[23] Rachidi F., Loyka S.L., Nucci C.A., Ianoz M., “A new expression for the ground transient resistance matrix elements of multiconductor overhead transmission lines”, Electric Power Systems Research 65 (2003) 41-46;
[24] Sunde E.D., “Earth Conduction Effects in Transmission Systems”, New York, Dover, 1968;
[25] IEEE Std 1410-2004 (Review of the IEEE Std 1410-1997) “IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines”, IEEE 3 Park Avenue, New York, NY 10016-5997, USA, 12 Julho 2004;
[26] Anderson R.B., Eriksson A.J., “Lightning parameters for engineering application”, Electra, No. 69, 1980;
[27] Chowdhuri P., “Estimation of flashover rates of overhead power distribution lines by lighting strokes to nearby ground”, IEEE Transactions on PWDR, Vol. 4, No. 3, pgs. 1982-1988, Julho 1989;
[28] Borghetti A., Nucci C.A., Paolone M., “Effect of tall instrumented towers on the statistical distributions of lightning current parameters and its influence on the power system lightning performance assessment”, European Transactions on Electrical Power, Vol. 13, No. 6, Novembro/Dezembro 2003, pgs. 365-372;
[29] Guerrieri S., Ianoz M., Mazzetti C., Nucci C.A., Rachidi F., “Lightning-induced voltages on an overhead line above a lossy ground: a sensitivity analysis”, Proc. of 23rd International Conference on Lightning Protection (ICLP), Florence, Itália, 23-27 Setembro, 1996;
. [30] Guerrieri S., Nucci C.A., Rachidi F., “Influence of the ground resistivity on the polarity and intensity of lightning induced voltages”, Proc. of 10th International Symposium on High Voltage Engineering, Montréal, Canadá, 25-29, 1997;
[31] Paolone M., Nucci C.A., Petrache E., Rachidi F., “Mitigation of Lightning-Induced Overvoltages in Medium Voltage Distribution Lines by Means of Periodical Grounding of Shielding Wires and of Surge Arresters: Modelling and Experimental Validation”, IEEE Trans. on PWDR, Vol. 19, Issue 1, Janeiro 2004, pgs. 423-431;
[32] IEEE Fast Front Transients Task Force, “Modeling guidelines for fast front transients”, IEEE Trans. on PWRD, Vol. 11, No. 1, pgs. 493 – 506, Jan. 1996;


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