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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
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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
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A solução
Poste de concreto
L1 L1
L2
D
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A)
B)
C)
Resistividade = 0
Resistividade = 0/2
Resistividade = 0
100 m
100 m
A prova
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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