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Melhoria do desempenho de linhas de

transmissão de alta tensão através da

utilização de malhas de aterramento

de baixo valor de impedância

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Projeto P&D ANEEL - Ciclo 2006/2007

Companhia Transirapé de TransmissãoCompanhia Transleste de Transmissão

Universidade Federal de Minas GeraisFundação Christiano Ottoni

Agosto 2009 - Agosto 2010

00:00

UFMG - FCO TRANSIRAPE - TRANSLESTE

Prof. José Osvaldo S. PaulinoEng. José Renato S. MachadoProf. Ivan J. S. Lopes Adm. Marco Antônio RennóProf. Eduardo N. CardosoMestrando Alexander B. Lima Estagiário Thiago C. Dias

A equipe

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Desenvolvimento de uma solução para a melhoria do desempenho, frente a descargas atmosféricas, de linhas

de transmissão de 230 e 345 kV através da aplicação de malhas de aterramento especiais.

Os resultados de desempenho e os custos desta solução foram comparados com os custos e índices de

desempenho da solução baseada na instalação de pára-raios de linha.

OBJETIVO

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Valores das impedâncias de aterramento de pé de torre de linhas de 230 e 345 kV que proporcionem um

desempenho similar ao de linhas protegidas por pára-raios;

Projetos de malhas de aterramento com valores de impedância inferiores aos especificados para as linhas de 230 e 345 kV, instaladas em solos de

resistividade aparente variando de 100 a 4500 m.

Principais produtos

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Descarga atinge a fase

Descarga salta da fase para a torre aterrada

O fenômeno: 1 - Falha de blindagem

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O fenômeno: 2 – Backflashover

Descarga atinge o cabo pára-raios

Descarga salta da torreaterrada para a fase

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Cabo pára-raios

Cruzeta

Cordoalha

Fase

Técnicas de proteção: pára-raios de linha

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Técnicas de proteção: aterramento eficiente da torre

I0

VF

RAterramento

VCPR

raiosPára

CPRoAterrament

MutuaCPRoAterrament0Isolador V

ZR2ZZR

IV

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Expectativa de desempenho entre 0,5 e 1,0 desligamentos/100km/ano,para linhas de transmissão de 230kV e 345kV.

Os resultados obtidos para os valores médios para as resistências de aterramento, que levariam essas LT’s a apresentar desempenhos satisfatórios, situaram-se na faixa de 7 Ω a 12,5 Ω para uma linha de 230 kV e de 19 Ω a 27 Ω para uma linha de 345 kV.

Estudo publicado em 2008 por pesquisadores japoneses sugere que o valor da resistência de aterramento “ideal” nas faixas de tensão de 275 e 500 kV é de 13 Ω.

O problema

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Impedância e resistência de aterramentoO comprimento crítico

l

d2a

I

II

Cabo enterrado

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Impedância e resistência de aterramentoO comprimento crítico

= 1000 mCorrente: 1,2 x 20 µs

Tensão no início do cabo enterrado Comprimento efetivo

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000

50

100

150

Resistividade (m)

Com

prim

ento

Efe

tivo

(m)

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O solo de Minas Gerais

100

80

60

40

20

02000 4000 6000 8000 10000

Intervalo de classe de resistividade (.m)

% d

e va

lore

s acim

a da

abs

cissa Resistividade aparente em Minas Gerais

Média – 2400 .mDesvio padrão – 2600 .mMediana – 1700 .mModa – 1500 .m

0

00:00

A solução

Poste de concreto

L1 L1

L2

D

00:00

A)

B)

C)

Resistividade = 0

Resistividade = 0/2

Resistividade = 0

100 m

100 m

A prova

00:00

A prova

2 4 6

Tempo (s)

0

40

50 Te

nsão

(kV

)

0

Caso A

Caso C

Caso BTF = 1 µs = 1.000 m

1 3 5

30

20

10

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A prova

0

40 Te

nsão

(kV

)

Caso A

Caso C

Caso B

TF = 3 µs = 1.000 m 30

20

10

2 4 6

Tempo (s)8 10 0

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A solução: visão 3D

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A solução para solos mineirosR = 13

a) 600 .m – 4 cabos – L = 30 m b) 1000 .m – 6 cabos – L = 30 m – Trat. com bentonita c) 2000 .m – 2x6 cabos – L = 50 m d) 3000 .m – 2x6 cabos – L = 50 m – Trat. com bentonita e) 4500 .m – 2x6 cabos – L = 75 m – Trat. com bentonita

d)

e)

b)

c)

a)

0,5 m0,2 m

0,2 m

Terra

50% terra50% bentonita

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a) atende o critério de R<13 em 10% dos casos;

b) atende o critério de R<13 em 30% dos casos;

c) atende o critério de R<13 em 62% dos casos;

d) atende o critério de R<13 em 80% dos casos;

e) atende o critério de R<13 em 88% dos casos.

A solução para solos mineiros

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O custo da solução – linha de 230 kV

Insumo QuantidadeCusto

unitáro (R$)

Custo Total(R$)

Poste de concreto duplo T

– 150 kgf02

unidades 250,00 500,00

Cabo de aço 3/8 EHS 150 m 1,00 150,00

Fio de aço-cobre (Coperweld) 21,15 mm2

450 m 2,00 900,00

Bentonita 180 sacos de 50 kg 30,00 5.400,00

Abertura de vala 450 m 7,00 3.150,00Total --- --- 10.100,00

Custo de uma malha - arranjo e)Mesmo quando computados os custos das duas malhas, o custo total do sistema de aterramento atingiria R$ 20.200,00, ainda inferior aos R$ 36.000,00* correspondentes à instalação de pára-raios

*Ref. [8] do artigo

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O futuro

As soluções propostas para malhas de aterramento de baixo valor de impedância são inéditas e atendem aos objetivos do projeto de pesquisa. Entretanto, estas soluções precisam ser avaliadas em campo e também em laboratório para que as conclusões do estudo teórico possam ser confirmadas e validadas.

Estes estudos estão previstos para uma segunda etapa do projeto.

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O futuro: malha alternativa com cabo pára-raios abaixo das fases

Poste de concreto