Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Qualidade de Energia Sobretensões Transitórias Variações de tensão de longa duração Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Introdução Sobretensões transitórias Causas principais da sua ocorrência Sobretensões com origem em manobras Sobretensões de origem atmosférica Princípios de protecção contra sobretensões MEEC - Qualidade de Energia

Sobretensões transitórias Sobretensão, oscilatória ou não, de curta duração e em geral fortemente amortecida e com uma duração máxima de alguns milissegundos. Têm geralmente origem nas descargas atmosféricas, nas manobras na rede e na fusão de fusíveis MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Transitório - comutação de um banco de condensadores na rede de 34,5 kV MEEC - Qualidade de Energia

Sobretensões transitórias Origem de sobretensões Comutação de baterias de condensadores Comutação de linhas e cargas Descargas atmosféricas MEEC - Qualidade de Energia

Comutação de baterias de condensadores L2 Consumidor Existem condições de ressonância que amplificam a tensão de oscilação quando C1 L1 C2 MEEC - Qualidade de Energia

Comutação de bateria de condensadores As soluções para evitar a amplificação da sobretensão em caso de manobra de condensadores, passa pela alteração da impedância L2 ou caso isso seja impossível pela inserção de resistências em série com a bateria de condensadores. Caso haja equipamento electrónico sensível é conveniente colocar dispositivos de protecção contra sobretensões L2 Consumidor L1 C2 MEEC - Qualidade de Energia

Descargas atmosféricas MEEC - Qualidade de Energia

Descargas atmosféricas Protecção contra descargas atmosféricas 1 - Interligação das massas metálicas 2 - Ligação à terra com cabos curtos 3 - Colocação de dispositivos de protecção contra sobretensões MEEC - Qualidade de Energia

Fontes de Sobretensões Transitórias No Sistema Eléctrico (utility) Comutação de Condensadores (MF) muito comuns na compensação do factor de potência (mais baratos e com custos de manutenção mais reduzidos que os compensadores electrónicos ou as máquinas rotativas) Amplificação devido a fenómenos de ressonância no SE Descargas Atmosféricas (HF) Nas instalações do utilizador final Dispositivos de electrónica de potência Iluminação (HF) Fenómenos de comutação de cargas (HF) MEEC - Qualidade de Energia

Comutação de Condensadores Ocorrem na mesma altura do dia A sua comutação induz aparecimento de transitórios (1.3 a 1.4pu) Afectam cargas controladas electronicamente Não são detectadas pelas cargas convencionais Não danificam o isolamento Passam para além dos transformadores do SE Corrente sofre aumentos da ordem dos 4pu, pelo que o sistema de terras é muito importante Comutação controlada por variáveis como: tempo, tensão, corrente, potência reactiva Em linhas de distribuição que alimentam cargas industriais, os condensadores são geralmente comutados por “tempo”, antecipando a actividade laboral da fábrica MEEC - Qualidade de Energia

Comutação de Condensadores Onda da tensão no local da carga Onda da corrente no alimentador MEEC - Qualidade de Energia

Comutação de Condensadores comutação em avanço (poucos minutos) com o início dum turno pré-inserção duma resistência no circuito pré-inserção de bobinas limita as componentes de HF do transitório fecho síncrono com a passagem por zero da tensão controlado electronicamente, reduz Vtransitória para 1.1pu escolha adequada da localização do condensador em simultâneo com técnicas de comutação suave ou comutação em tempos não críticos MEEC - Qualidade de Energia

Fenómenos Ressonantes de Amplificação Amplificação das sobretensões transitórias na linha do utilizador final (f1f2)  3.0 a 4.0pu transitório vindo da rede depende da reactância do transformador possível danificação dos equipamentos do utilizador MEEC - Qualidade de Energia

Fenómenos ressonantes de Amplificação Condições que aumentam o impacto do transitório na instalação Condensadores de baixa tensão na instalação Alguns transformadores redutores Opções para reduzir estes transitórios Controlo da sobretensão transitória da rede synchronous closing breakers ( na passagem por zero) interruptores com pré-inserção de carga resistiva(V)/indutiva(I) “descarregador de sobretensões” na instalação do utilizador reduz a amplitude do transitório até 1.8 pu Converter as baterias de condensadores do utilizador em filtros de harmónicos MEEC - Qualidade de Energia

Descargas Atmosféricas Fonte poderosa de transitórios impulsivos Resultam em correntes de descarga pelo neutro do SE Locais do SE sujeitos a descargas A) condutores de terra (primária ou secundária) B) directamente numa fase (primária ou secundária) C) estrutura das instalações MEEC - Qualidade de Energia

Descargas Atmosféricas Caminhos de fuga Pelo condutor de terra mais próximo da descarga Correntes de descarga em outros condutores de terra Contornamento do transformador cria impulso mais longo, por vezes oscilante cria sobretensões nos cabos por onde passa até à “terra melhor” sobreintensidade no secundário falhas no transformador Aumenta o potencial da terra local MEEC - Qualidade de Energia

Princípios Fundamentais de Protecção Limitar a tensão em isolamentos sensíveis Desviar a sobretensão para longe da carga Impedir a chegada da sobretensão à carga Ligar conjuntamente as terras nos aparelhos Reduzir ou evitar que a sobretensão circule entre as massas Criar filtros LP utilizando princípios de bloqueio e redução MEEC - Qualidade de Energia

Dispositivos para protecção contra sobretensões TVSS (Transient Voltage Surge Supressors) Dispositivo utilizado no equipamento a proteger para além de arresters tem outros elementos limitadores de sobretensões Arrester Dispositivo de entrada da instalação Blocos de MOV (Metal-oxide-varistors) ou díodos Zener MEEC - Qualidade de Energia

Protecção contra descargas atmosféricas Blindagem Em linhas fortemente expostas a descargas atmosféricas subestações linhas aéreas de transmissão (os custos geralmente não o justificam na distribuição) Realizar estudo de viabilidade necessário aumentar os postes para introduzir a blindagem os arresters são geralmente mais económicos e eficazes MEEC - Qualidade de Energia

Protecção contra descargas atmosféricas Line arresters Inseridos ao longo da linha (de 2 em 2 ou 3 em 3 postes) favorecem o escoamento das sobretensões protegem os isoladores contra contornamentos a sua eficácia depende da resistência da terra situações de terra deficiente ou cargas sensíveis, obrigam a colocar line arresters em cada poste MEEC - Qualidade de Energia

Protecção contra descargas atmosféricas contornamento do transformador Medidas de protecção Colocar descarregadores de sobretensões no secundário dos transformadores melhorar a resistência de terra dos postes comparativamente à terra das cargas Proteger as instalações do consumidor Nota: quer a descarga se dê no sistema de transporte e distribuição ou na instalação do utilizador, os fenómenos observados são os mesmos MEEC - Qualidade de Energia

Protecção contra descargas atmosféricas Protecção de cabos Problema: Envelhecimento dos cabos (UD) isolamento enfraquece  transitórios favorecem falha & rotura substituição muito cara Solução: introdução de arresters injecção dum liquido restaurador no cabo utilizar scout arrester scheme no primário MEEC - Qualidade de Energia

Protecção contra descargas atmosféricas Scout Arrester Scheme - Mais dispendioso que o esquema de protecção normal, o que limita o seu uso, mas muito eficaz na protecção de cabos e de transformadores em situações de open-point Princípio colocar arresters nos postes de ambos os lados da baixada grande parte da energia do transitório escoa-se nos “escudeiros” melhorado c/ blindagem dos arcos próximos da baixada do cabo vantagens reduz a velocidade de subida das sobretensões no cabo reduz a tensão de descarga no arrester do cabo MEEC - Qualidade de Energia

Problemas devido a Transitórios VEV - Circuito de controlo sensível a sobretensões de 1.17pu redução dos problemas isolando-os do sistema de potência Soluções aumentar o comprimento do cabo Alterar a frequência de comutação da PWM filtros que suprimam a sobretensão transitória MEEC - Qualidade de Energia

Variações de tensão de longa duração MEEC - Qualidade de Energia

MEEC - Qualidade de Energia Compensação série Reactância liquida da linha = X - XC MEEC - Qualidade de Energia

Compensação paralela (shunt) MEEC - Qualidade de Energia

Compensação paralela (shunt) MEEC - Qualidade de Energia

Compensação paralela (SVC’s - Static Var Compensators) MEEC - Qualidade de Energia

Compensação paralela (SVC’s - Static Var Compensators) MEEC - Qualidade de Energia

Transformadores com tomadas (Load tap Changers) MEEC - Qualidade de Energia

Transformadores com tomadas (Load tap Changers) MEEC - Qualidade de Energia