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| B. Engenharias - 1. Engenharia - 8. Engenharia Elétrica | ||
| ANÁLISE DO EFEITO DO SOLO NA PROPAGAÇÃO DE DISTÚRBIOS ELETROMAGNÉTICOS EM LINHAS DE TRANSMISSÃO AÉREAS | ||
| Ciby Kênia Rosa 1, 2 (ciby@es.cefetmg.br), Naiara Figueiredo Duarte 1, 2 e Marco Aurelio de Oliveira Schroeder 1, 2 | ||
| (1. Departamento Acadêmico de Engenharia Industrial Elétrica - CEFET-MG; 2. Laboratório de Eletromagnetismo Aplicado e Controle de Processos Industriais - LEACOPI) | ||
| INTRODUÇÃO:
A crescente demanda de energia elétrica, devido ao acelerado crescimento populacional, exige dos profissionais da área de Sistemas Elétricos de Potência (SEP) estudos mais profundos com relação à qualidade de energia. Em países de dimensões continentais, como o Brasil, as linhas de transmissão (LT’s) constituem o principal meio de transporte de energia elétrica e, devido a sua extensão, são alvos de interações com distúrbios eletromagnéticos. Estes são responsáveis por grande parte dos desligamentos não programados no fornecimento de energia elétrica. Estima-se, segundo a CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais), que no estado de Minas Gerais cerca de 70% das interrupções nos sistemas de transmissão são causadas por descargas atmosféricas (DA’s). O cômputo do efeito do solo subjacente merece atenção especial, pois influencia de forma decisiva na propagação do surto eletromagnético na LT. Assim, este trabalho objetiva apresentar a quantificação do efeito do solo na impedância longitudinal (ZL) e admitância transversal (YT) de uma LT, considerando um espectro de freqüência (EF) característico das principais solicitações indesejadas às quais as LT´s normalmente são submetidas. Estes dois parâmetros definem a impedância característica e a constante de propagação da LT, fundamentais na caracterização do transitório eletromagnético estabelecido na mesma (no domínio da freqüência). |
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| METODOLOGIA:
O estudo foi desenvolvido considerando um EF que abrange solicitações na faixa de freqüência industrial (curto circuito) até a associada às DA's (60Hz a 1MHz). Para cômputo do efeito do solo e análise da penetração do campo eletromagnético no mesmo foram utilizados os métodos mais amplamente divulgados na literatura internacional: J. R. Carson e A. Deri et al. Em função da variação significativa de relevo e constituição físico-química do solo brasileiro (em especial, de Minas Gerais), três valores típicos de resistividade (ρ) foram considerados: 100, 2400 (valor médio em MG) e 10000 ohm.m. Em seguida, foram realizadas análises de sensibilidade de ZL e YT em relação à freqüência e ρ. A ZL possui três componentes: i) interna (Zint), associada à distribuição de campo eletromagnético internamente ao condutor (resistiva e indutiva); ii) externa (Zext), associada ao campo magnético exterior ao condutor (entre o ar e o solo - indutiva); e iii) do solo (ZS), associada ao campo eletromagnético que penetra no solo (resistiva e indutiva). A YT é composta por duas parcelas de natureza capacitiva (a condutância do ar é desprezada): i) externa (Yext), no ar, entre o condutor e o solo e ii) do solo (YS). Para a determinação destes parâmetros e correspondente visualização gráfica e análise de sensibilidade, foram desenvolvidos programas com o auxílio do pacote computacional MATLAB®7.0. |
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| RESULTADOS:
Com os programas computacionais desenvolvidos e devidamente validados, as análises de sensibilidade envolveram a avaliação da contribuição relativa de cada parcela de ZL e de YT, no EF e os valores de ρ considerados. Zint, apesar de não depender de ρ, é bastante sensível ao EF; sua maior contribuição está na faixa do EF próximo as freqüências industriais (aproximadamente 80% de ZL). Zext, que também independe de ρ, tem contribuição significativa em todo o EF, variando de aproximadamente 30% (faixa inferior de EF) a 90% de ZL (faixa superior do EF). A contribuição de ZS aumenta com o aumento de ρ e, nas faixas intermediárias do EF (freqüência típicas das DA’s) corresponde a aproximadamente de 30 a 40% de ZL. A contribuição do solo no efeito capacitivo aumenta com a freqüência e na faixa superior do EF corresponde aproximadamente a 90% do total. Em todas as simulações computacionais realizadas, as respostas oriundas do modelo de A. Deri et al. foram, em termos práticos, as mesmas do modelo de J. R. Carson. Desta forma, para o EF e ρ considerados, é recomendável a utilização de A. Deri et al., uma vez que este é traduzido por fórmulas matemáticas fechadas, ao passo que os cálculos de J. R. Carson requerem o manuseio de séries infinitas de difícil convergência. |
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| CONCLUSÕES:
As LT’s aéreas, em função de sua extensão, constituem-se veículos privilegiados para introdução de distúrbios eletromagnéticos nos sistemas elétricos. Diversos estudos, encontrados na literatura técnica (nacional e internacional), modelam o solo subjacente como um condutor elétrico perfeito (ρ=0). Neste trabalho foi verificado que tal aproximação não é fisicamente consistente, pois dependendo da faixa do espectro de freqüências (principalmente aquela associada às freqüências típicas de descargas atmosféricas), a contribuição do efeito do solo em ZL corresponde aproximadamente a 40% e em torno de 30% em relação à ZT (1/YT). Portanto, é de fundamental importância a inclusão do efeito do solo no cálculo de transitórios eletromagnéticos estabelecidos nas LT’s aéreas devido a um surto eletromagnético indesejado. Ademais, uma importante constatação alcançada neste trabalho corresponde à verificação da grande similaridade entre os resultados decorrentes dos modelos de A. Deri et al. e J. R. Carson na faixa de freqüência e valores de resistividade considerados. Este estudo tem importantes aplicações nos cálculos das sobretensões que solicitam os isolamentos dos Sistemas Elétricos de Potência. No caso do Estado de Minas Gerais, tais sobretensões, quando associadas às descargas atmosféricas, são responsáveis pela grande maioria das interrupções nos sistemas de transmissão. |
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| Instituição de fomento: Seção de Assistência ao Estudante (SAE) do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais | ||
| Trabalho de Iniciação Científica | ||
| Palavras-chave: Efeito do Solo em Linhas de Transmissão; Transitórios Eletromagnéticos; Descargas Atmosféricas. | ||
| Anais da 57ª Reunião Anual da SBPC - Fortaleza, CE - Julho/2005 |