APLICAÇÃO DA BOBINA DE PETERSEN EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO VISANDO SEGURANÇA E ESTABILIDADE ATRAVÉS DA ELIMINAÇÃO DA CORRENTE DE FALTA

A. A. Nunes, M. L. B. Martinez,E. T. Wanderley Neto, A. M. M. Diniz,A. M. Nóbrega, R. Salustiano H. R. P. M. de Oliveira, J. I. L. Uchôa

Sumário Introdução; Sistemas de Aterramento e Correntes de Falta; Sistema Ressonante

Princípio de Funcionamento; Sintonia; Operação.

Vantagens da Aplicação; Problemas e Dificuldades; Considerações Finais.

Introdução Sistema amplamente utilizado em diversos países

Europeus; Tecnologia inovadora no Brasil; Um único sistema em operação no Brasil:

Subestação de Canudos (AES Sul Distribuidora Gaúcha de Energia S.A.).

Três sistemas serão instalados: Operação temporária (15s) sob falta:

Subestação de Novo Hamburgo 2 (AES Sul); Subestação de Estância Velha (AES Sul).

Operação Permanente sob falta: Subestação de Novo Hamburgo (AES Sul).

Sistemas de Aterramentoe Correntes de Falta Neutro solidamente aterrado;

Corrente de falta: entre 1 e 10 kA

Sistemas de Aterramentoe Correntes de Falta Neutro aterrado por “bobina de Petersen”, ou

aterramento ressonante; Corrente de falta: entre 1 e 100 A;

Sistema Ressonante Aterramento do neutro é realizado através de

uma bobina; Sintonizado com a capacitância fase-terra total

da rede na qual esteja instalado; Tem como objetivo eliminar a corrente de falta

alimentada pelo acoplamento capacitivo entre a rede e a terra, através da injeção de corrente por meio da bobina sintonizada: A corrente indutiva é defasada de 180º e com

magnitude igual a da corrente capacitiva do sistema;

Sistema Ressonante Uma componente resistiva da corrente resultante

das perdas na isolação do sistema ainda permanecerá, juntamente com uma componente resistiva decorrente da bobina, devido à mesma não ser puramente indutiva: Parcela restante da corrente de falta.

Adoção de um sistema inversor conectado ao sistema de aterramento: Responsável por injetar uma corrente que eliminará a

componente resistiva resultante; Eliminação da corrente de falta.

Princípio de Funcionamento Eliminação da corrente capacitiva:

Princípio de Funcionamento Eliminação da corrente capacitiva:

Princípio de Funcionamento Eliminação da corrente resistiva:

Princípio de Funcionamento Eliminação da corrente resistiva:

Sintonia Indutância da bobina ajustada para compensar

o acoplamento capacitivo da rede: Monitoramento contínuo devido as variações do

sistema; O valor da indutância vista pelo sistema pode

ser alterado através do chaveamento de um banco de capacitores conectado à uma bobina no secundário do reator.

Sintonia Ponto de Ressonância:

Sintonia Na prática, não se consegue um sistema

perfeitamente sintonizado em função da limitação dos equipamentos;

Tolerâncias de até 10% não são prejudiciais à operação do sistema.

Operação Modos de operação quanto a continuidade do serviço:

Temporário (15 s) ou permanente; Definidos pelas necessidades da concessionária; Partem dos valores de sobretensão que ocorrem nas

fases sãs quando o sistema está sob falta monofásica franca. Tensão da fase com defeito tende a zero; Tensões nas duas fases sãs sobem para 1,73 p.u., ou seja,

sobem para o valor de tensão fase-fase: Devido ao deslocamento do neutro em relação ao referencial

de terra.

(file Sistema_CND_AL01.pl4; x-var t) v:TRS02A v:TRS02B v:TRS02C 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30[s]

-50

-35

-20

-5

10

25

40

[kV]

(file Sistema_CND_AL01.pl4; x-var t) v:TRS02A-v:TRS02B v:TRS02B-v:TRS02C v:TRS02C-v:TRS02A 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30[s]

-50

-35

-20

-5

10

25

40

[kV]

Vantagens da Aplicação Redução do stress do aterramento das subestações se

comparado as redes com neutro isolado; Redução dos danos no local da falta; Auto-extinção dos arcos devido ao atraso no restabelecimento

da tensão fase-terra; As tensões de linha permanecem constantes para os

consumidores; Possibilidade da continuidade do fornecimento do serviço

durante uma falta fase-terra. Redução do número de desligamentos; Melhoria nos índices de qualidade; Redução do número de acidentes envolvendo faltas a terra e,

consequentemente, redução do número de indenizações relacionadas a estes acidentes.

Problemas e Dificuldades A utilização da bobina de Petersen exige que durante o curto fase-

terra, a sintonia seja mantida; Em redes cuja topologia pode ser alterada é necessário que a bobina

disponha de método de variação continuo, associado a uma medição também continua da corrente capacitiva.

Sobretensão durante defeito fase-terra: A tensão nas fases sãs, sobe de √3, ou seja, sobem para 1,73 p.u.; Para operação temporária, a isolação do sistema de distribuição suporta

sem restrições (capacidade normalizada de 1 minuto dos equipamentos); Para operação permanente pode haver restrições na suportabilidade de

cabos isolados e equipamentos: A isolação dos condutores não constitui impedimento, pois em geral ela é

dimensionada para suportar surtos atmosféricos e de manobras; Os pára-raios de resistor não linear a óxido metálico sem centelhadores

necessitam ser substituídos obrigatoriamente quando da possibilidade de operação sustentada.

Considerações Finais Eliminação da corrente de falta:

Corrente capacitiva; Corrente resistiva;

Operação temporária: Necessidade apenas da eliminação de defeitos transitórios; Aterramento sólido após tempo determinado; Redução do tempo em que o sistema ficaria sujeito a sobretensão.

Operação permanente: Fornecimento contínuo por tempo indeterminado durante falta fase-

terra; Equipamentos sujeitos a sobretensão permanente:

Redimensionamento dos equipamentos: Custo com redimensionamento.

Considerações Finais A instalação do sistemas tem-se mostrado viável

mesmo considerando-se os custos agregados ao redimensionamento da coordenação de isolamento; Redução do número de desligamentos; Melhoria nos índices de qualidade; Redução do número de acidentes envolvendo faltas a

terra e, consequentemente, redução do número de indenizações relacionadas a estes acidentes.

Se mostra notadamente desejável, no Brasil, ao se considerar a extensão das redes de distribuição aéreas existentes, mesmo em grandes centros urbanos, favorecendo a ocorrência de graves incidentes.

OBRIGADO PELA ATENÇÃO! Arimatéa Araújo Nunes

Laboratório de Alta Tensão Universidade Federal de Itajubá nunesarimatea@lat-efei.org.br

Manuel Luís Barreira Martinez Laboratório de Alta Tensão Universidade Federal de Itajubá martinez@lat-efei.org.br