Pontos importantes nos estudos de engenharia em barramentos isolados a gás de alta tensão (GIS)
Pontos importantes nos estudos de engenharia em barramentos isolados a gás de alta tensão (GIS)
Estudos de Engenharia em Barramentos Isolados a Gás (GIS)
Uma vez que o engenheiro elétrico definiu a configuração preliminar do GIS e determinou e especificou os dados dos equipamentos principais, devem ser realizados estudos adicionais relacionados aos aspectos de engenharia, bem como à logística de entrega e instalação.
Os estudos de engenharia mais cruciais são resumidos a seguir:
1. Condições de Tensão de Recuperação Transitória (TRV)
O engenheiro elétrico deve exigir que o fabricante realize um estudo de TRV. Este estudo visa avaliar a pior taxa de subida da tensão de recuperação (RRRV) e a tensão máxima de pico nos disjuntores, considerando a resposta transitória da rede elétrica ao redor do GIS. Os valores de TRV calculados precisam ser comparados com as classificações de TRV garantidas pelo relatório de teste do disjuntor e com os envelopes de TRV padrão disponíveis nas normas industriais.
A TRV experimentada por um disjuntor é a tensão entre seus terminais após a interrupção da corrente. A forma da onda de TRV é determinada pelas características da rede elétrica ao redor do disjuntor. Geralmente, o estresse de TRV em um disjuntor depende da localização do defeito, da magnitude da corrente de defeito e da configuração de comutação do quadro de distribuição. Como a TRV é um parâmetro decisivo para a interrupção bem-sucedida da corrente, os disjuntores geralmente são testados em laboratório para suportar uma TRV padronizada. Esta TRV padronizada é definida por um envelope de quatro parâmetros (dois parâmetros para disjuntores com classificação até 100 kV). O primeiro período apresenta uma alta taxa de subida, seguido por um período subsequente com uma taxa de subida menor. A inclinação do primeiro período do envelope de TRV é definida como a taxa de subida da tensão de recuperação (RRRV). Em casos onde a amplitude da corrente de interrupção de curto-circuito é extremamente baixa, devem ser considerados envelopes de dois parâmetros para avaliar o estresse de TRV em um disjuntor.
Figura 1: Curva de TRV em Disjuntor de Alta Tensão
O objetivo deste estudo é avaliar a pior RRRV e a tensão de crista máxima nos disjuntores dentro do GIS, com base na resposta transitória da rede elétrica ao redor do quadro de distribuição.
Para mais detalhes sobre TRV, você pode consultar este artigo.
2. Condições de Transientes Muito Rápidos (VFT)
O engenheiro elétrico deve exigir que o fabricante realize um estudo de VFT. Em barramentos isolados a gás (GIS), podem ocorrer sobretensões de transientes muito rápidos (VFT) com frequências de oscilação na faixa de MHz durante operações de seccionadores. Isto é devido ao colapso rápido da tensão em poucos nanosegundos e ao comprimento e design coaxial do GIS.
Na área próxima ao seccionador operado, podem ser geradas frequências superiores a 100 MHz. Em locais mais internos no GIS, podem ser esperadas frequências na faixa de vários MHz.
As frequências e amplitudes dos VFT são determinadas pelo comprimento e design do GIS. Devido à natureza de onda viajante deste fenômeno, as tensões e frequências variam de um local para outro dentro do GIS.
Amplitudes altas são prováveis quando segmentos longos de barras isoladas a gás são comutados e quando há barras derivadas na origem da seção principal da barra. Se as frequências naturais da origem e do final comutado da barra forem semelhantes e a diferença de tensão através do seccionador for grande, haverá uma diferença de tensão significativa durante a abertura do seccionador. Geralmente, as maiores amplitudes de VFT são encontradas em seções abertas do GIS.
Figura 2: Exemplo de Forma de Onda VFTO em GIS de 750 kV
O objetivo deste estudo é simular as sobretensões VFT no GIS geradas ao energizar segmentos de quadros de distribuição usando seccionadores. Além disso, as sobretensões VFT resultantes de operações de comutação de disjuntores devem ser calculadas.
3. Estudos de Coordenação de Isolamento
O engenheiro elétrico deve exigir que o fabricante realize estudos de coordenação de isolamento. Tal estudo é necessário para confirmar a localização e a quantidade de parafusos de descarga do tipo metal-encapsulado no GIS, que são cruciais para proteger o equipamento do GIS, quaisquer circuitos de cabos subterrâneos interconectados e outros equipamentos isolados a ar.
O estudo de coordenação de isolamento examina os estresses de sobretensão presentes no barramento isolado a gás, suas baias e cabos. Esses estresses são induzidos por surtos de raios que se aproximam da subestação e das linhas conectadas a ela. Assim, para várias configurações de subestação especificadas, incluindo a configuração de operação normal, devem ser simulados os estresses de tensão máximos dentro do GIS e nas baias, causados por raios típicos (como raios remotos, raios diretos aos condutores e raios nos últimos postes de linhas aéreas).
O nível apropriado de coordenação de isolamento deve ser validado comparando os níveis de isolamento de cada equipamento com os estresses de sobretensão máximos previstos. Esta comparação deve considerar os fatores de correção e segurança máximos conforme as normas industriais.
4. Cálculos de Classificação Térmica
O engenheiro elétrico deve exigir que o fabricante ofereça cálculos de classificação térmica para todos os equipamentos e dispositivos nos caminhos de corrente principais. Esses cálculos de classificação térmica devem ser determinados de acordo com a metodologia de classificação da instalação do usuário e da Autoridade Regional de Operação do Sistema.
5. Efeitos da Ferroressonância
O engenheiro elétrico deve especificar que seja realizado um estudo para determinar se há possibilidade de ferroressonância em relação à comutação de transformadores de potencial no GIS. O estudo não apenas deve indicar a gravidade da condição, mas também recomendar medidas de mitigação, como o uso de indutores sintonizados.
6. Resistência e Capacitância do GIS
O engenheiro elétrico deve exigir que o fabricante forneça os valores calculados e medidos de capacitância e resistência para cada componente no GIS. Isso inclui, mas não se limita a, terminais, barras, interruptores e disjuntores.
7. Cálculos Sísmicos
O engenheiro elétrico deve exigir que o fabricante forneça toda a documentação relativa aos testes de projeto sísmico (conforme especificado pelo fabricante na documentação do GIS).
8. Compatibilidade Eletromagnética
O engenheiro elétrico deve especificar que o fabricante realize estudos sobre blindagem e procedimentos de mitigação para lidar com interferências em equipamentos de controle, proteção, diagnóstico e monitoramento.
9. Aspectos de Engenharia Civil
O engenheiro deve solicitar que o fabricante forneça documentação para qualquer projeto civil especial necessário devido a condições específicas do local para acomodar o GIS.
10. Aterramento e Ligação
O engenheiro elétrico deve especificar que o fabricante realize estudos de aterramento de acordo com a versão atual do Padrão IEEE 80. O fabricante deve garantir que o aterramento do equipamento GIS esteja em conformidade com o Código Nacional de Segurança Elétrica C2 e o Padrão IEEE 80.
Todos os estudos devem ser apresentados em relatórios formais e encaminhados ao usuário no prazo especificado após a concessão do contrato. Todos os documentos relevantes, incluindo, mas não se limitando a, cálculos, curvas, suposições, gráficos e saídas de computador, devem ser fornecidos para apoiar as conclusões tiradas.
11. Estudos Logísticos
Figura 2 apresenta um exemplo de curva VFTO em um GIS de 750 kV (por favor, consulte esta postagem).
A Figura 1 ilustra uma curva de recuperação de tensão transitória após a extinção final da corrente em um disjuntor de alta tensão.
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