Resumo:

As linhas de distribuição em média tensão devem ser projetadas para fornecer energia elétrica dentro de padrões de qualidade, confiabilidade e continuidade. No entanto, estão expostas a condições adversas e imprevisíveis que podem levar a situações de falha, sendo as descargas atmosféricas uma das principais causas, o que resulta em grandes prejuízos às empresas e à sociedade. Logo, o estudo das causas e efeitos das descargas atmosféricas pode ser considerado um item essencial.
A análise do desempenho dos sistemas de média tensão frente às descargas atmosféricas é muito dependente da sua modelagem. Quanto mais o modelo se aproxima da realidade mais ele se torna demasiadamente dispendioso e complexo, o que, geralmente, resulta na adoção de algumas simplificações e aproximações. Através da utilização de modelos mais precisos, simulações através de processos estocásticos, simulações de transitórios eletromagnéticos, utilização de dados reais das redes e análises estatísticas, o presente trabalho visa a estudar a ampla gama de efeitos das descargas atmosféricas, seus impactos e fatores preponderantes para análise em diferentes sistemas reais. Assim busca-se um equilíbrio entre a aproximação dos modelos e os erros dos resultados.
Com este estudo, é possível estabelecer os principais pontos de intervenção para a melhoria do desempenho dos sistemas de distribuição em média tensão frente às descargas atmosféricas.

Abstract:

The medium voltage distribution lines must be projected to supply electric energy within the quality, reliability and continuity standards. However, they are exposed to adverse and unexpected conditions that can lead to failures, being the lightning discharges one of the main causes, consequently, resulting in major losses for the companies and society. Therefore, the lightning discharges causes and effects studies should be considered essential.
The medium voltage systems performance analysis front lightning discharges is very dependent on its modeling. As the model approaches the reality, more it becomes extremely complex and time expensive, as a result, it generally leads to the adoption of some sort of simplifications and approximations. The present work aims at the study of large variety of effects of the lightning discharges, its impacts and preponderant factors analysis in different real systems, as far as searching for a balance between the models approximation and the resultant errors. With the use of models that are more precise, stochastic process simulations, electromagnetic transient’s simulations, real information from the networks and statistical analysis.
With this study, it is possible to establish the main intervention points for the improvement of the medium voltage distribution systems performance front lightning discharges.

Introduction:

Os sistemas elétricos de potência (SEP) englobam a geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, sendo projetados para fornecê-la dentro de padrões de qualidade, confiabilidade e continuidade. No entanto, estão expostos a condições adversas e imprevisíveis que podem levar o sistema a situações de falha ou má operação.
A coordenação de isolamento é um conjunto de técnicas e estudos que buscam o projeto dos SEP para condições de isolamento adequadas às sobretensões esperadas, levando-se em conta a característica de possíveis equipamentos protetores.
Contudo, seria extremamente dispendioso economicamente projetar sistemas que suportem todas as sobretensões possíveis. Desta forma, a escolha do isolamento deve ser realizada de forma que minimize o custo e se obtenha um desempenho satisfatório, com uma determinada probabilidade de falha que é expressa como um risco de falha aceitável. O progresso dos computadores tem auxiliado nesta tarefa, permitindo aos engenheiros o refinamento dos cálculos de sobretensões, através de programas de simulações de transitórios eletromagnéticos e de procedimentos de análise estatística.
As descargas atmosféricas estão entre as principais causas de distúrbios, provocando sobretensões e ocasionando uma parcela significativa das interrupções e danos, muitas vezes permanentes, nos sistemas elétricos. Tais situações podem resultar em grandes prejuízos às empresas do setor e à sociedade.
As descargas podem injetar surtos nos sistemas elétricos basicamente por duas maneiras: por indução, através do acoplamento dos campos eletromagnéticos com os condutores; ou impacto direto nos condutores.
Para os sistemas de distribuição de energia elétrica, as descargas possuem grande impacto devido à configuração predominantemente aérea das linhas e sua grande extensão. Assume-se que cerca de um terço dos desligamentos sejam causados por descargas atmosféricas. No Brasil, pela localização entre os trópicos, temos uma das maiores incidências de raios do mundo, estima-se que podem chegar à ordem de 70 milhões de raios atingindo o solo a cada ano, o que pode levar a prejuízos da ordem de R$ 500 milhões.
Esse é um dos motivos pelos quais os efeitos das descargas atmosféricas nos SEP vêm sendo pesquisadas há vários anos, contudo ainda existem sérias divergências nas teorias sobre os fenômenos, não havendo um consenso entre os especialistas mundiais e que tem motivado o desenvolvimento de inúmeros estudos experimentais. No Brasil podem-se citar os desenvolvidos no Morro do Cachimbo pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e os desenvolvidos pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), além do desenvolvimento da Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas (RINDAT).
Com a privatização das concessionárias, resultando em flexibilização e regulamentação dessas, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), órgão regulador do governo, vem exigindo que as mesmas busquem cada vez mais melhorar seus padrões de qualidade, confiabilidade e continuidade no fornecimento de energia elétrica. Os consumidores também estão mais exigentes, de modo que para atender os anseios desse ascendente mercado faz-se necessário um aumento nos investimentos em pesquisas e desenvolvimentos de novas técnicas e tecnologias visando melhorar o fornecimento de energia.
Logo, o estudo dos efeitos das descargas atmosféricas nos sistemas elétricos de potência pode ser considerado um item essencial.

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