Tensões induzidas por descargas atmosféricas indiretas em linhas de distribuição compactas trifásicas
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Guilherme da Silva Lima
Fernando Henrique Silveira
Fernando Henrique Silveira
Resumo
Nas últimas décadas, tem sido verificada em vários estados brasileiros a substituição de redes de distribuição de média tensão convencionais por redes compactas. As redes compactas utilizam cabos fase com cobertura isolante, separados por espaçadores poliméricos sustentados por um cabo de aço nu chamado de mensageiro. Dependendo da filosofia de aterramento da concessionária, é possível utilizar um condutor neutro periodicamente aterrado em conjunto com o cabo mensageiro. Esse é o caso das linhas de distribuição compactas instaladas na área de concessão da CEMIG-D, que possuem, portanto, dois condutores multiaterrados além dos condutores fase. A despeito dessa marcante característica, não há estudos que avaliem de que forma a presença de dois condutores periodicamente aterrados e as características de seus aterramentos poderiam influenciar na resposta de linhas compactas frente a sobretensões induzidas por descargas atmosféricas indiretas. Além disso, a cobertura isolante presente nos cabos fase das linhas compactas modifica parâmetros fundamentais necessários para o cálculo de sobretensões transitórias. No entanto, é usual desconsiderar a presença da cobertura isolante nos cálculos dos efeitos de descargas atmosféricas em redes compactas. Portanto, busca-se avaliar os limites dessa aproximação. Para o estudo da resposta de linhas compactas frente aos efeitos de descargas atmosféricas indiretas, são utilizados modelos computacionais para descrever a forma de onda da corrente na base do canal de descarga, a propagação da corrente de retorno ao longo do canal, os campos eletromagnéticos gerados pela corrente de retorno, o acoplamento desses campos com a linha e a solução computacional dos transitórios eletromagnéticos gerados. As análises realizadas levam em consideração uma linha de distribuição compacta trifásica, considerando ou não a presença do condutor neutro ou da cobertura isolante nos condutores fase. É comprovado que a utilização natural do condutor neutro em conjunto com o cabo mensageiro provoca significativa redução nas tensões induzidas em linhas de distribuição compactas sob efeito de descargas indiretas. Comprova-se ainda que os condutores fase da linha compacta podem ser representados como cabos nus no cálculo de tensões induzidas por descargas atmosféricas
Abstract
In recent decades, it has been verified in several Brazilian states the replacement of conventional medium-voltage distribution lines for compact lines. Compact distribution lines use dielectric-coated phase conductors, separated by polymeric spacers sustained by a bare steel cable called messenger. Depending on the grounding philosophy adopted by the utility, it is possible to use a periodically grounded neutral conductor together with the messenger cable. This is the case of the compact distribution lines installed in the CEMIG-D concession area, which therefore have two multigrounded wires in addition to the phase conductors. Despite this remarkable feature, there are no studies evaluating how the presence of two periodically grounded conductors and their grounding characteristics could change the response of compact lines to voltages induced by nearby lightning strikes. In addition, the insulating layer covering the phase conductors of compact lines modifies fundamental parameters necessary for the calculation of transient overvoltages. However, it is usual to disregard the presence of the insulating layer when calculating the effects of lightning on compact lines. Therefore, it is also the aim of this work to assess the limits of this approximation. To evaluate the response of compact lines to the effects of indirect lightning, computational models are used to describe the channel-base current waveform, the return-stroke current propagation along the channel, the electromagnetic fields generated by the return-stroke current, the coupling of these fields with the line and the computational solution of the resulting electromagnetic transients. The performed analyzes consider a compact three-phase distribution line, including or not the presence of the neutral conductor or the insulating layer on the phase conductors. It is shown that the natural presence of the neutral conductor together with the messenger cable causes a reduction on lightning-induced voltages on compact distribution lines. It is also shown that the phase conductors of compact lines can be represented as bare cables in lightning induced voltage calculations.
Assunto
Engenharia elétrica, Energia elétrica - Distribuição, Linha de transmissão, Subestações elétricas, Condutores elétricos, Sistemas de energia elétrica, Transitórios (Eletricidade), Descargas elétricas, Linhas elétricas, Redes elétricas, Cabos elétricos
Palavras-chave
Linhas de distribuição compactas, Tensões induzidas, Descargas atmosféricas, Transitórios eletromagnéticos, Condutores multiaterrados