Ondas Propagantes em Linhas de Transmissão: Conceitos e Localização de Falhas

Ondas Progressivas em Linhas

Uma onda progressiva em uma linha refere-se a uma onda de tensão ou corrente que se propaga ao longo da linha; também é definida como um sinal de tensão ou corrente que viaja ao longo de um condutor.

• Onda progressiva em estado estacionário: Uma onda progressiva que se propaga ao longo da linha durante a operação normal do sistema, gerada pela fonte de alimentação do sistema.

• Onda progressiva transitória: Uma onda progressiva que ocorre repentinamente durante a operação do sistema, causada por falhas à terra, curtos-circuitos, quebras de fios, operações de disjuntores, descargas atmosféricas, etc.

Processo de Onda Progressiva Transitória

O processo de onda refere-se às ondas de tensão e corrente geradas durante o processo transitório de um circuito de parâmetros distribuídos, bem como ao processo de propagação correspondente de ondas eletromagnéticas; também pode ser descrito como um surto de sinais de tensão ou corrente que viaja ao longo da linha.

• Onda progressiva de tensão: A corrente de carga que estabelece o campo elétrico da capacitância distribuída da linha no ponto onde a corrente chega.

• Onda progressiva de corrente: A corrente de carga da capacitância distribuída da linha.

Uma onda progressiva medida em determinado ponto da linha é a superposição de múltiplos surtos de ondas progressivas.

Impedância de Onda

Refere-se à razão entre as amplitudes de um par de ondas de tensão e corrente diretas ou reversas em uma linha, e não à razão das amplitudes instantâneas de tensão e corrente em qualquer ponto.

Está relacionada à estrutura, meio e material do condutor da própria linha, mas não tem relação com o comprimento da linha. A impedância de onda de linhas aéreas é aproximadamente 300–500 Ω; considerando a influência da corona, a impedância de onda diminuirá. A impedância de onda de cabos de energia está em torno de 10–40 Ω. Isso ocorre porque as linhas de cabos têm uma indutância menor por unidade de comprimento (L₀) e uma capacitância maior por unidade de comprimento (C₀).

Velocidade de Onda

A velocidade da onda é determinada apenas pelas propriedades do meio ao redor do fio.

Ao considerar perdas, (características como a impedância de onda) não têm relação com a área ou material do condutor. Para linhas aéreas, a permeabilidade magnética é 1, e a constante dielétrica geralmente é 1. Para linhas de cabo, a permeabilidade magnética é 1, e a constante dielétrica geralmente é 3 - 5. Em linhas aéreas, (a velocidade de propagação das ondas progressivas) está na faixa de 291 - 294 km/ms, e geralmente é selecionada como 292 km/ms; para cabos de polietileno reticulado, é aproximadamente 170 m/μs.

Reflexão e Transmissão

As ondas progressivas geram reflexão e transmissão em descontinuidades de impedância.

• Coeficientes de reflexão para circuitos abertos e curtos: Os coeficientes de reflexão de tensão e corrente são opostos.

• Para um circuito aberto: o coeficiente de reflexão de tensão é 1, e o coeficiente de reflexão de corrente é -1.

• Para um curto-circuito: o coeficiente de reflexão de tensão é -1, e o coeficiente de reflexão de corrente é 1.

• Coeficientes de transmissão: Os coeficientes de transmissão de tensão e corrente são os mesmos.

Influência das Perdas na Linha

Quando a sobretensão em um condutor excede sua tensão de iniciação de corona, ocorre um fenômeno de corona com efeitos dissipativos de energia, resultando em redução da amplitude da onda e distorção do formato de onda.

A resistência da linha causa a diminuição da amplitude das ondas progressivas e a desaceleração de sua velocidade de subida durante a transmissão.

Componentes de ondas progressivas de diferentes frequências têm diferentes coeficientes de atenuação e velocidades de propagação:

• Componentes de baixa frequência têm velocidades mais lentas e menores atenuações;

• Componentes de alta frequência têm velocidades mais rápidas e maiores atenuações.

A velocidade aumenta com a frequência e estabiliza quando a frequência ultrapassa 1kHz. A velocidade de propagação das ondas progressivas em linhas de energia basicamente se estabiliza quando a frequência do sinal está acima de 1kHz.

Localização de Falhas por Ondas Progressivas

Os principais princípios utilizados na localização de falhas por ondas progressivas são: medição monolateral (Tipo A) e medição bilateral (Tipo D).