Métodos de atenuação de sobretensão de comutação em EHT

Inserção Rápida de Reatores Shunt

Objetivo:

Os reatores shunt são principalmente usados para compensar a capacitância de linhas de transmissão longas, que pode levar a sobretensões e problemas de potência reativa. Eles fornecem um benefício secundário ao reduzir as sobretensões de comutação quando conectados, mas isso não é tipicamente a principal razão pela qual as concessionárias os instalam. Os principais objetivos dos reatores shunt incluem:

• Compensação de Capacitância: Linhas de transmissão longas têm capacitância significativa, especialmente em níveis de Tensão Extra Alta (THE). Esta capacitância pode causar sobretensões, particularmente durante condições de carga leve ou quando a linha está aberta. Os reatores shunt ajudam a mitigar essas sobretensões fornecendo uma carga reativa que contrabalanceia os efeitos capacitivos.

• Redução de Sobretensões de Comutação: Embora não seja o propósito principal, os reatores shunt também podem reduzir as sobretensões de comutação. Quando um disjuntor abre ou fecha, podem ocorrer sobretensões transitórias. Os reatores shunt podem absorver parte dessas transientes, reduzindo assim a magnitude das sobretensões.

Aplicação:

• Os reatores shunt são geralmente instalados em subestações ao longo de linhas de transmissão longas, especialmente em sistemas THE onde o efeito da capacitância é mais pronunciado.

• Eles normalmente não são adicionados apenas para reduzir as sobretensões de comutação, pois outras medidas (como resistores de fechamento ou fechamento controlado) são mais eficazes para este propósito específico.

Resistores de Fechamento

Objetivo:

Os resistores de fechamento são usados para limitar o aumento de tensão no extremo receptor de uma linha de transmissão quando ela é energizada. O objetivo principal é manter a tensão dentro de limites aceitáveis, geralmente em torno de 2 unidades per unit (u.p.), para evitar danos ao equipamento e garantir a estabilidade do sistema.

Operação:

• Quando uma linha de transmissão é energizada, uma súbita onda de corrente pode causar um aumento significativo de tensão no extremo receptor, levando a condições de sobretensão.

• Os resistores de fechamento são temporariamente conectados em série com o disjuntor durante a operação de fechamento. Eles limitam a onda inicial de corrente e atenuam quaisquer transientes resultantes, evitando que a tensão exceda 2 u.p.

• Uma vez que os transientes tenham diminuído, os resistores são bypassados, e a linha opera normalmente.

Benefícios:

• Limitação de Tensão: Mantém a tensão no extremo receptor dentro de limites seguros, protegendo o equipamento e garantindo a operação estável.

• Supressão de Transientes: Reduz a magnitude das sobretensões de comutação, o que pode ser particularmente importante em sistemas THE.

Fechamento Sequencial de Polos

Princípio:

O fechamento sequencial de polos envolve o fechamento dos polos individuais de um disjuntor trifásico, separados por meio ciclo. A ideia é permitir que os transientes na primeira fase se atenuem antes que a próxima fase seja fechada, reduzindo assim a probabilidade de sobretensões severas.

Operação:

• Em um sistema trifásico, cada fase é fechada sequencialmente, com um atraso de meio ciclo (10 ms a 50 Hz ou 8,33 ms a 60 Hz) entre cada fase.

• Ao sequenciar o fechamento, os transientes gerados pela primeira fase têm tempo para decrescer antes que a próxima fase seja energizada. Isso reduz o efeito cumulativo dos transientes e minimiza o risco de eventos de sobretensão.

Benefícios:

• Atenuação de Transientes: Permite que os transientes da primeira fase se dissipem antes que a próxima fase seja fechada, reduzindo a severidade geral das sobretensões.

• Implementação Simplificada: Não requer sistemas de controle complexos, tornando-o um método relativamente simples e custo-efetivo para mitigar sobretensões.

Pararaios Terminais de Linha

Objetivo:

Os pararaios terminais de linha são instalados nas extremidades das linhas de transmissão para proteger contra sobretensões causadas por descargas atmosféricas ou operações de comutação. Eles limitam as sobretensões nos pontos onde estão instalados ao nível de proteção do pararaios.

Operação:

• Os pararaios são projetados para conduzir energia excessiva fora do sistema quando as sobretensões excedem certo limite. Eles clippam a tensão a um nível seguro, prevenindo danos ao equipamento e garantindo a integridade do sistema de transmissão.

• Geralmente, os pararaios são colocados em ambas as extremidades da linha de transmissão (terminais de envio e recepção). No entanto, eles limitam as sobretensões apenas nesses locais específicos e não fornecem proteção ao longo de toda a extensão da linha.

Benefícios:

• Proteção Contra Sobretensões: Protege efetivamente o equipamento nos terminais da linha de sobretensões causadas por descargas atmosféricas ou comutação.

• Proteção Focalizada: Fornece proteção focada em pontos críticos do sistema sem a necessidade de equipamentos adicionais ao longo de toda a linha.

Fechamento Controlado

Princípio:

O fechamento controlado é uma medida avançada de mitigação que usa um controlador dinâmico para analisar a tensão diferencial através do disjuntor, prever futuros mínimos de tensão e fechar o disjuntor no momento ótimo para minimizar as sobretensões. Todo o processo deve ser concluído em menos de 0,5 segundos para ser eficaz.

Operação:

• Um controlador dinâmico monitora continuamente a diferença de tensão através do disjuntor.

• Ele identifica os pontos de tensão mínima e prevê quando futuros mínimos ocorrerão.

• O controlador então fecha o disjuntor no ponto de tensão mínima previsto, garantindo que o fechamento ocorra durante um período de baixa tensão e minimizando o risco de sobretensão.

• Este método requer algoritmos de controle rápidos e precisos, bem como sincronização precisa para garantir que o disjuntor seja fechado no momento ótimo.

Benefícios:

• Sobretensões Minimizadas: Ao fechar o disjuntor no ponto de tensão ótimo, o fechamento controlado reduz significativamente a magnitude das sobretensões.

• Estabilidade do Sistema Melhorada: Ajuda a manter a estabilidade do sistema, prevenindo surtos de tensão excessiva durante a energização da linha.

• Tecnologia Avançada: Oferece uma solução mais sofisticada e eficaz em comparação com métodos tradicionais, como o fechamento sequencial de polos ou resistores de fechamento.

Perfil de Sobretensão em Linhas Longas de THE

A figura mostrando o perfil de sobretensão em uma linha longa de THE demonstra a eficácia de várias opções de limitação de sobretensão. Cada método tem seu próprio impacto nos níveis de sobretensão, e a escolha do método depende dos requisitos específicos do sistema.

• Inserção Rápida de Reatores Shunt: Reduz as sobretensões devido à capacitância da linha e fornece alguma redução nas sobretensões de comutação.

• Resistores de Fechamento: Limitam a tensão no extremo receptor a 2 u.p., controlando efetivamente as sobretensões durante a energização da linha.

• Fechamento Sequencial de Polos: Reduz o efeito cumulativo dos transientes, permitindo que eles se atenuem entre os fechamentos de fases.

• Pararaios Terminais de Linha: Protegem os terminais da linha de sobretensões, mas não fornecem proteção ao longo de toda a linha.

• Fechamento Controlado: Minimiza as sobretensões fechando o disjuntor no ponto de tensão ótimo, oferecendo o controle mais eficaz sobre as sobretensões transitórias.

Cada um desses métodos pode ser usado individualmente ou em combinação para alcançar a mitigação desejada de sobretensões em linhas longas de THE, dependendo das necessidades e restrições específicas do sistema.