Metodologia para alocação ótima de para-raios em linhas de transmissão objetivando a melhoria do desempenho frente às descargas atmosféricas
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Márcio Matias Afonso
Ricardo Luiz da Silva Adriano
Ivan José da Silva Lopes
Ricardo Luiz da Silva Adriano
Ivan José da Silva Lopes
Resumo
A incidência direta de descargas atmosféricas sobre linhas de transmissão (LTs) é um dos principais obstáculos para a oferta contínua de energia elétrica. Uma prática comum para mitigar os efeitos das descargas atmosféricas nas LTs é a instalação de cabos para-raios no topo das torres. Contudo, mesmo LTs protegidas por cabos para-raios podem apresentar um número elevado de desligamentos. Nesse contexto, buscando melhorar o desempenho das LTs, uma das principais alternativas é o uso de dispositivos para-raios. No entanto, é importante identificar os locais onde tais dispositivos devem ser instalados para evitar um gasto excessivo de recursos financeiros. Assim sendo, com o intuito de atender os limites de desligamentos definidos pelos órgãos reguladores e levando em consideração o aspecto financeiro através da minimização da quantidade de para-raios usados, esta dissertação propõe uma metodologia para o posicionamento ótimo de para-raios em LTs. Essa metodologia é baseada na junção entre um algoritmo de otimização inspirado na meta-heurística busca em vizinhança variável geral e no algoritmo genético com o software ATP (do inglês, Alternative Transient Program). O cálculo de desempenho da linha leva em consideração o efeito de transferência do surto atmosférico devido à operação dos para-raios. Esse mecanismo de transferência que pode levar as torres adjacentes ao flashover é pouco mencionado na literatura. Com o objetivo de analisar o funcionamento da metodologia proposta são realizadas simulações que otimizam o posicionamento de para-raios em múltiplas LTs. Para validar a metodologia desenvolvida, os resultados alcançados são comparados com outros obtidos pelo uso de um algoritmo genético com o ATP, e do uso da busca em vizinhança variável geral com o ATP. Os resultados também são comparados com métodos clássicos para o posicionamento de para-raios. Infere-se que aspectos como o efeito de transferência de surto atmosférico e o favorecimento ao posicionamento depara-raios na(s) fase(s) mais baixa(s) devem ser considerados no projeto de algoritmos para o posicionamento ótimo de para-raios em LTs.
Abstract
The direct incidence of atmospheric discharges on overhead transmission lines (OHTLs) is one of the main obstacles to the continuous supply of electricity. A common practice to mitigate the effects of lightning in OHTLs is the installation of overhead ground wires (OHGWs). However, even an OHTL protected by OHGW can present a high number of outages. In this context, seeking to improve the performance of OHTLs, one of the main alternatives is the use of transmission line surge arresters (TLSAs). However, it is important to identify the locations where such devices must be installed to avoid excessive expenditure of financial resources. Therefore, in order to meet the outages limits defined by regulatory agencies and taking into account the financial aspect by minimizing the amount of TLSAs used, this work proposes a methodology for the optimal positioning of TLSAs in OHTLs. This methodology is based on the combination of an optimization algorithm - inspired by General Variable Neighbourhood Search and Genetic Algorithm - with the ATP (Alternative Transient Program). The line performance calculation is made considering the transfer effect of the atmospheric surge due to arresters operation. This transfer mechanism that can lead adjacent towers to flashover is rarely mentioned in the literature. In order to analyze the behavior of the proposed approach, experiments are carried out to optimize the positioning of TLSAs in multiple OHTLs. To validate the developed procedure, the results obtained are compared with others that are provided by coupling a Genetic Algorithm with ATP,
and with the results achieved by coupling a General Variable Neighbourhood Search algorithm with ATP. They are also compared to classical methods for the positioning of TLSAs. It is possible to conclude that aspects such as the atmospheric surge transfer effect and favoring the positioning of lightning arresters in the lowest phase(s) should be taken into account in studies for the optimal placement of TLSAs in OHTLs.
Assunto
Engenharia elétrica, Linha de transmissão, Para-raios, Raio, Otimização, Algoritmos genéticos
Palavras-chave
Linhas de transmissão, Para-raios, Descargas atmosféricas, Otimização mono-objetivo, Algoritmo genético, Busca em vizinhança variável geral, Simulação de transientes eletromagnéticos