Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica Aula 26 24 05 16

Prévia do material em texto

Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Professor: Paulo Roberto Costa Silva 
E-mail: pr@task.com.br 
ENGENHARIA ELÉTRICA – GRADUAÇÃO 
EMENTA 
1. ESTRUTURA DA INDÚSTRIA DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
2. REPRESENTAÇÃO DAS REDES DE ENERGIA ELÉTRICA 
 
3. LINHAS DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO 
 
4. FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO 
 
5. PLANEJAMENTO E OPERAÇÃO 
 
6. COORDENAÇÃO DO ISOLAMENTO 
 
7. MONITORAMENTO E DIAGNÓSTICO DE FALHAS EM EQUIPAMENTOS 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
• Tensões e Sobretensões 
• Isolamentos 
• Coordenação de Isolamento 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
• A coordenação de isolamento compreende a adequação da suportabilidade de um 
equipamento, ou arranjo isolante, às tensões que podem aparecer no sistema para o 
qual ele foi projetado 
 
• Este procedimento leva em conta as características dos dispositivos de proteção, de 
modo a reduzir a um nível economicamente e operacionalmente aceitável a 
probabilidade de que as tensões resultantes impostas não causem danos ou afetem a 
continuidade do serviço 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
• A coordenação de isolamento: conjunto de procedimentos utilizados na seleção de um 
equipamento, tendo-se em vista as tensões que podem se manifestar no sistema e 
levando-se em conta as características dos dispositivos de proteção 
 
• De modo a reduzir a um nível econômica e operacionalmente aceitável a probabilidade 
de danos ao equipamento e/ou interrupções do fornecimento de energia, causadas por 
aquelas tensões 
Coordenação de Isolamento 
Definições 
• Risco de falha: 
• Probabilidade de ocorrência de falha de um determinado arranjo isolante, 
calculada a partir da natureza probabilística de ocorrência do esforço elétrico e da 
suportabilidade do arranjo 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
• Suportabilidade 
• É a propriedade de 
uma isolação de se 
opor a descargas 
disruptivas 
Coordenação de Isolamento 
Definições 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Definições 
• Ondas eletromagnéticas viajam continuamente usando uma linha de transmissão como 
meio físico, quando a mesma está energizada, e assim se dá a transmissão de energia 
elétrica 
 
• Portanto, continuamente temos ondas incidentes, refletidas e refratadas na linha 
 
• Quando ocorre uma falta, ou seja, quando há uma descontinuidade na transmissão de 
energia, uma nova onda refletida e refratada é gerada naquele ponto 
 
• Junções de linhas também geram ondas refletidas e refratadas uma forma fácil de 
representá-las é pelo Diagrama de Lattice 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Diagrama de Laticce 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Diagrama de Laticce 
• Definições: 
 
• Tensão nominal de um sistema: 
• Tensão de linha pela qual o sistema é designado 
 
• Tensão máxima de um sistema: 
• Máxima tensão de linha que pode ser mantida em condições de operação, 
em qualquer instante e em qualquer ponto do sistema 
 
• Tensão crítica: 
• Também denominada V50%, corresponde ao valor de tensão que, quando 
aplicado um grande número de vezes ao isolamento, resulta em ocorrência 
de falha em 50% das aplicações e em sua não ocorrência nos outros 50% 
 
• Sobretensão: 
• Qualquer tensão entre fase e terra, ou entre fases, cujo valor excede o valor de 
pico da máxima tensão correspondente do equipamento 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Tipos de solicitações: 
 
• Tensões à frequência industrial, sob condições de operação, isto é, que não 
excedem a tensão máxima do equipamento 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Tipos de solicitações: 
 
• Sobretensões temporárias 
 
• Sobretensões de manobra 
 
• Sobretensões atmosféricas 
• Sobretensões temporárias: 
• É uma sobretensão fase-terra ou entre fases, em um dado ponto do sistema, 
oscilatória, de duração relativamente longa e fracamente amortecida ou não 
amortecida. 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Principais causas: 
• Manobras: como por exemplo rejeição de carga 
• Falta: como por exemplo curto-circuito monofásico 
• Fenômeno não-linerares: como por exemplo ferro-ressonância 
• Efeito Ferranti 
• Caracterizadas por: 
• Amplitude: Em geral inferior a 1,5 pu; 
• Frequência de oscilação: Frequência menor, igual ou maior que a fundamental 
• Duração total: Tempo de duração superior a dezenas de milissegundos 
• Sobretensões Temporárias: 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Energização de transformador: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Sobretensões Temporárias: 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Refeição de carga: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Sobretensões de Manobra: 
 
• Uma sobretensão fase-terra ou entre fases, em um dado ponto do 
sistema, devido à operação de um equipamento de manobra, falta ou 
outra causa, cuja forma de onda, para fins de coordenação de isolamento 
é: 
• Similar à onda de impulso de manobra utilizada para ensaio 
 
• Tal sobretensão é em geral fortemente amortecida e de curta duração 
 
• Curta duração: 
 
• Serve para caracterizar esta sobretensão quanto ao tempo de frente de 
onda e o tempo até o meio valor 
 
• Assim sobretensões com tempo de frente entre 100 a 500 μs 
(frequências de 10 a 2 kHz) e com o tempo até o meio valor da ordem de 
2500 μs 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Sobretensões de Manobra Máxima: 
 
• Uma sobretensão de manobra cujo valor de crista com o máximo que 
pode ocorrer em determinado ponto do sistema sendo utilizado no 
método convencional de coordenação de isolamento, sendo em geral 
inferior a 4 pu 
 
• Devido a aleatoriedade de vários eventos, entre eles o instante de 
fechamento dos polos de um disjuntor , torna-se extremamente difícil de 
prever a máxima sobretensão que irá ocorrer para uma manobra 
especifica. 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Sobretensões de Manobra: 
• Tensão Transitória de Energização: 
 
 
 
 
 
 
• Tensão Transitória de Religamento: 
 
 
 
 
 
 
 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Sobretensão Atmosférica: 
 
• Sobretensão fase-terra ou fase-fase, em um dado ponto do sistema, 
originária de uma descarga atmosférica ou outra causa, cuja forma de 
onda, para fins de coordenação de isolamento, pode ser considerada 
similar à onda padrão de ensaio de impulso atmosférico 
 
• Sua forma de onda padronizada é 1.2μs x 50μs 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Isolação: 
 
• Classificação da isolação: 
 
• Isolamento Externo: 
• Distância de ar e das superfícies em contato com o ar livre do 
isolante sólido do equipamento que está sujeita a esforços 
elétricos e a condições atmosféricase outros fatores externos, 
tais como: poluição, umidade etc... 
 
• Isolamento Interno: 
• Partes internas sólidas, líquidas ou gasosas constituintes do 
isolamento do equipamento, as quais encontram-se protegidas 
de condições atmosféricas e outros fatores externos, tais como: 
poluição, umidade etc... 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Isolação: 
 
• Classificação da isolação: 
 
• Isolamento Externo Exposto: 
• Isolamento externo projetado para operar em locais não 
abrigados e consequentemente exposto ao tempo 
 
• Isolamento Externo Não Exposto: 
• Isolamento externo projetado para operar em locais abrigados e 
consequentemente não exposto ao tempo 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Isolação: 
• Classificação da isolação: 
• Isolamento Auto-Regenerativo: 
• Isolamento que recupera completamente suas propriedades 
isolantes depois da ocorrência de uma descarga disruptiva 
causada pela aplicação de uma tensão de teste 
• Tal isolamento é geralmente, mas não necessariamente, externo 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Isolação: 
• Classificação da isolação: 
• Isolamento Não Auto-Regenerativo: 
• Isolamento que perde suas propriedades isolantes e não as 
recupera completamente, depois da ocorrência de uma 
descarga disruptiva causada pela aplicação de uma tensão de 
teste 
• Tal isolamento é geralmente, mas não necessariamente, interno 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Métodos para Descrever o Comportamento da Sobretensão: 
 
• Método convencional de coordenação de isolamento: 
• Procedimento baseado na determinação da máxima sobretensão 
imposta ao isolamento e na sua mínima suportabilidade 
 
• A noção de máxima sobretensão e mínima suportabilidade é 
arbitrária, uma vez que tais valores são de natureza intrinsecamente 
aleatória 
 
• Busca-se estabelecer uma margem suficiente entre eles com o 
objetivo de se cobrir as incertezas envolvidas na sua determinação e 
nenhum esforço é feito no sentido de se quantificar o risco de falha 
de isolamento 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Método Convencional: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Método Determinístico: 
 
• Busca-se estabelecer uma margem suficiente entre eles, com o objetivo 
de se cobrirem as incertezas envolvidas na sua determinação 
 
• Nenhum esforço é feito no sentido de se quantificar o risco de falha de 
isolamento 
 
• Constitui pois um método de natureza conservativa, resultando num 
superdimensionamento do isolamento e em custos mais elevados, mais 
aplicável a isolamento não auto regenerativo 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Método Determinístico: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Método Estatístico de Coordenação de Isolamento: 
 
• A partir da consideração de que a falha de um isolamento pode ocorrer, 
tal procedimento busca quantificar o risco de falha e usá-lo como um 
índice de segurança no projeto do isolamento. 
 
• A determinação do risco de falha para uma dada categoria de 
sobretensão requer o conhecimento das sobretensões às quais o 
isolamento fica sujeito e da sua suportabilidade em termos das 
respectivas distribuições de freqüência 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Método Estatístico de Coordenação de Isolamento: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Método Estatístico Simplificado: 
 
• Dois valores nas curvas de probabilidade podem ser definidos e da 
relação entre eles obtém-se o risco de falha 
 
• Definem-se: “surto estatístico” como a sobretensão com probabilidade de 
2% de ser excedida e “tensão suportável estatística de impulso” como 
aquela à qual o isolamento possui uma probabilidade de 90% de suportar 
 
• A relação entre esses dois valores é denominada “fator de segurança 
estatístico” 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
Coordenação de Isolamento 
Solicitações Elétricas 
• Método Estatístico Simplificado: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Próxima Aula 
• Unidade VII 
• Sistemas de Monitoramento de Equipamentos 
 
• Sugestão: 
• Ver Fontes de Leitura na Ementa do Curso 
 
• Boa Noite! 
Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica 
• Primeira prova.....................40 pontos = dia 17/03/2016 
• Trabalho prático 1ª parte.....10 pontos (Seminários e trabalhos extra-classe) = dia 17/05/2016 
• Segunda prova....................40 pontos = dia 02/06/2016 
• Trabalho prático 2ª parte.....10 pontos (Seminários e trabalhos extra-classe) = dia 14/06/2016 
• Prova de Reposição............40 pontos = dia 16/06/2016 
 
• Aprovação: Pontuação ≥ 60 pontos do total de 100 pontos 
• Frequência: ≥ 75% da carga horária 
CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO