ISSN 0798 1015

Vol. 38 (Nº 34) Año 2017. Pág. 11

Análise de Curto-Circuitos Transitórios em Linhas de Transmissão Utilizando o Software UDW

Analysis of Transient Short Circuits in Transmission Lines Using The UDW Software

Felipe Parizzi GALLI 1; Stéfano Frizzo STEFENON 2; Jonatas Policarpo AMÉRICO 3

Recibido: 15/02/2017 • Aprobado: 23/03/2017

Conteúdo

1. Introdução

2. Aquisição dos dados

3. Inspeção da Linha

4. Análise

5. Conclusão

Agradecimentos

Referências

1. Introdução

O Sistema Interligado Nacional (SIN) é um sistema hidrotérmico de grande porte, com forte predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários. É formado pelas empresas das regiões Sul, Sudeste, Centro-Oeste, Nordeste e parte da região Norte (Ciocari, Stefenon & Nascimento Leite, 2016). “Apenas 1,7 % da energia requerida pelo país encontra-se fora do SIN, em pequenos sistemas isolados localizados principalmente na região amazônica” (Carvalho, 2016).

A energia elétrica é considerada atualmente um bem de primeira necessidade, pois quase todas as operações feitas nos dias de hoje necessitam da mesma. É por isso que se torna necessário as concessionárias manter o sistema funcionando, foi pensando nisso que a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) criou os indicadores Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (DEC) e Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora (FEC) (Mehl, 2013).

O DEC e o FEC ditam limites para os indicadores coletivos de continuidade, estes são apurados pelas distribuidoras e enviados periodicamente para a ANEEL para verificação da continuidade do serviço prestado, representando, respectivamente, o tempo e o número de vezes que uma unidade consumidora ficou sem energia elétrica para o período considerado (mês, trimestre ou ano), o que permite que a Agência avalie a continuidade da energia oferecida à população. A partir dos indicadores as concessionárias podem avaliar quais redes estão mais vulneráveis e necessitam de investimentos em melhorias, o que direciona o trabalho de manutenção e aumenta a confiabilidade no sistema elétrico (Mehl, 2013).

2. Aquisição dos dados

Para um operador adquirir os dados dos Curto-Circuitos (CC’s) no sistema elétrico na CELESC utiliza-se o software UDW, este tem interface com internet, com isto, é possível o operador ver todas as atuações que aconteceram em uma linha de transmissão ou subestação, desde quedas de tensão até aberturas de disjuntores e atuações dos relés.

Este estudo será desenvolvido na região de Lages, Santa Catarina (SC), que possui a característica de área rural, por este motivo ocorrem diversos CC’s transitórios por causa da vegetação próxima a rede elétrica. A Figura 1 apresenta as linhas de transmissão da CELESC, destacando a região de Lages.

Figura 1 - Mapa de Transmissão CELESC

Fonte: Celesc, 2016

A região em destaque na Figura 1 é a regional de Lages, onde a Agência Regional de Lages (ARLAG) atua. Nesta região existem 12 Subestações (SE) e 17 Linhas de Transmissão (LT), tanto as SE’s quanto as LT’s são identificadas conforme as siglas: LVR – Lages Vidal Ramos, OCA – Otacílio Costa, PAA – Ponte Alta, SCO – São Cristóvão, CBK – Curitibanos Berneck, CDI – Curitibanos - Distrito Industrial, LAI – Lages Área Industrial, SJI – São José do Cerrito – Itararé, SJM – São Joaquim, BJS – Bom Jardim da Serra, BRO – Bom Retiro, SCA – Santa Cecília.

A partir da nomenclatura das SE’s e LT’s é possível utilizar o software UDW e analisar a área de atuação e condição do sistema elétrico. A regional de Lages é responsável pela ARLAG, a Figura 2 mostra a tela inicial do software UDW com alguns passos para selecionar uma SE.

Figura 2 - Tela inicial do software UDW

Fonte: Elaborado pelo Autor

Após esta seleção, é possível avaliar o histórico de eventos do sistema elétrico, a Figura 3 ilustra as atuações sobre a SE de Lages no dia 09/04/2016 (sábado).

Figura 3 - Atuação LVR-BJS

Fonte: Elaborado pelo Autor

Pode-se observar que houve uma abertura de disjuntor as 10:54:04 na SE-LVR, no equipamento que protege a linha de Bom Jardim da Serra, o mesmo fechou-se as 10:54:08, ou seja, 4 segundos após abrir, este curto espaço de tempo entre a abertura e o fechamento do equipamento pode ter ocorrido devido a uma falta caracterizada de curto-circuito transitório.

Um curto-circuito ocorre quando há uma impedância desprezível e a corrente elétrica atinge níveis elevados, podendo ocasionar danos ao sistema elétrico e aos consumidores. Os principais CC’s são divididos em duas categorias: os CC’s permanentes, e os CC’s temporários (Decanini, 2008).

Os permanentes são do tipo irreversível, ou seja, quando ocorre uma falta é necessário que a equipe de manutenção vá até o local e realize a ação corretiva e somente após esta ação, o sistema será reestabelecido. Os temporários, ou transitórios, são aqueles em que o defeito é passageiro, onde o disjuntor abre e após pouco tempo (geralmente milisegundos) o próprio relé de religamento manda uma informação para que o disjuntor reestabeleça o sistema (Decanini, 2008).

De acordo com Kinderman (1997), as causas dos CC’s transitórios são: Sobretensão na rede, podendo ser consequência da quebra de isolamento, propiciando o arco elétrico (flashover); Contaminação do isolador pela poeira e poluição; Umidade; Chuva; Salinidade; Vegetação; Pássaros; Vento; Neve. O principal defeito temporário ocorre pelo isolador que está contaminado com poeira, poluição ou salinidade, que possui uma permissividade elétrica menor que a do isolador e com isto é ocorre uma corrente de fuga pela superfície do mesmo. Uma sobretensão induzida na rede pode provocar danos aos componentes da rede, ionizando o ar e formando o arco elétrico (Kinderman, 1997). A Figura 4 ilustra a ocorrência deste defeito.

Figura 4 - Flashover no isolador

Fonte: Kinderman, 1997

No surgimento de uma falha faz-se o planejamento para inspeção da rede elétrica, no caso da falha apresentada na Figura 4, a linha de transmissão tem 101,41 km. A inspeção total de linhas de grande porte é demorada, com isto são recolhidos dados do Relé 21, o relé de distância, para determinar aproximadamente a distância do curto circuito.

O Relé 21 utiliza a impedância da linha para apresentar onde ocorreu a falha no sistema (Silveira & Pereira, 2001). Na sala de comando regional da CELESC estão instalados relés multifunção com esta característica, conforme apresentado na Figura 5.

Figura 5 - Relé Multifunção

Fonte: Sala de Comando CELESC ARLAG

Operando o Relé tem-se a informação sobre o ocorrido, a figura 6 apresenta o tipo falta.

Figura 6 - Relé mostrando o tipo de CC

Fonte: Sala de Comando CELESC ARLAG

No sistema elétrico as fases são denominadas A, B, C, com isto, uma falta do tipo CG, é uma falta que ocorreu na fase C, para a terra (do inglês ground), com isto, a falta analisada foi um curto-circuito monofásico contra a terra. A figura 7 apresenta a distância provável da ocorrência da falta avaliando a proteção dos dois lados da linha.

Figura 7 - Relé mostrando a distância do CC

Fonte: Sala de Comando CELESC ARLAG

Como a distância da falta registrada pela SE-LVR foi de aproximadamente 68,78 km, e a distância da falta registrada pela SE-BJS foi de 49,06 km, considerando-se o tamanho da linha, a distância a ser inspecionada se reduz para aproximadamente 19,72 km como ilustra a Figura 8.

Figura 8 - Seção onde ocorreu o CC

Fonte: Elaborado pelo Autor

3. Inspeção da Linha

O trabalho de inspeção da rede elétrica demanda muita atenção, pois geralmente os componentes da rede elétrica não apresentam falhas visíveis, com isto, a utilização de equipamentos para detecção de falhas é de extrema importância (Stefenon, Meyer & Molina, 2015).

Tipicamente a equipe de inspeção é especializa, pois, a operação dos equipamentos de detecção de possíveis falhas são sensíveis. O software SAP é utilizado para verificar quais são as estruturas da rede e a distância entre cada estrutura, para a análise em questão os dados são apresentados no Quadro 1.

Quadro 1 - Distância das Estruturas

Fonte: Celesc, 2016

O SAP é um sofware muito utilizado em empresas para agilizar processos e auxiliar no planejamento de manutenções e inspeções. Este se enquadra no conceito ERP (do Inglês Enterprise Resource Planning), e serve para armazenar todas as informações da empresa em um só lugar e também automatiza atividades repetitivas (Barnabé, 2007).

4. Análise

No caso da análise da falta apresentada na Figura 7 (acredito que seria a figura 8), a distância começa a ser calculada pela SE-BJS, então a primeira estrutura a ser levada em consideração para o cálculo e a última a ser inspecionada é a que está à 49,06 km da subestação, sendo esta a 311. A distância final é dada pela última estrutura antes da SE-LVR, sendo esta a de 108,54 km, então para calcular qual será a primeira estrutura a ser inspecionada é necessário fazer a conta: 108,54 - 68,78 = 39,76 km, ou seja, a primeira estrutura a ser inspecionada será a 285 e o final da inspeção se dará na estrutura 311, então como mostrado no Quadro 1 tem-se um intervalo a ser inspecionado entre a estrutura 285 e 311.

Durante uma inspeção prévia do sistema não foram encontradas anomalias, o que leva a crer que a ocorrência do CC ocorreu por causa de uma descarga atmosférica.

4.1. Desempenho das Linhas

O desempenho das linhas é avaliado em relação ao número de falhas por transitórios ocorridos nesta. Para esta avaliação utilizam-se alguns dados da Companhia Energética de Minas Gerais (CEMIG) como referência, estes dados estão demonstrados no Quadro 2.

Quadro 2 - Critério de Desempenho das LT's

Fonte: CEMIG, 2016

Os dados apresentados no Quadro 2 são para uma linha de 100 km, com isto, é necessário refletir este valor para uma linha de outra distância, a Equação 1 é utilizada para avaliar linhas com diferentes distâncias:

Como exemplo, a linha de Ituporanga a Bom Retiro, que tem 34,6 km, é de 69 kV e nos últimos 12 meses houveram 9 aberturas de disjuntores por ocorrência de transitórios, o valor equivalente para esta, conforme (2):

Observando-se o quadro 2, esta linha está com o desempenho ruim pois o número de desligamentos por transitórios está acima de 18.

Para efeitos de comparação pode-se avaliar a linha de Lages a Bom Jardim da Serra, esta linha tem 101,41 km, é de 138 kV, nos últimos 12 meses houveram 7 aberturas de disjuntores por ocorrência de transitórios, conforme (3):

Diferentemente da linha anteriormente estudada, a linha de transmissão está com o desempenho bom de acordo com os critérios da CEMIG apresentados no Quadro 2.

5. Conclusão

A análise de desligamentos nas linhas é algo necessário para fins de planejamento e controle de manutenção, os softwares utilizados auxiliam na aquisição dos dados e com seu entendimento, há maior eficiência na localização de falhas.

Este planejamento auxilia na tomada de decisões para evitar que um grande número de consumidores fique sem energia, pois fazendo a análise e a correção preventiva dos problemas ocorridos oriundo dos CC’s transitórios pode-se evitar que estes se tornem falhas que necessitem de manutenção corretiva, onde, a desenergização da linha deve ser evitada e o custo de manutenção em linha viva é elevado.

A criação de metodologias internas dentro das concessionárias auxilia a tomada de decisões e o direcionamento dos trabalhos, com estes obtêm-se um sistema mais robusto e confiável.

Atualmente estão sendo utilizadas redes com redundância que possuem seu comando telecontrolado, isto diminui consideravelmente o tempo do sistema desligado e facilita a manutenção, por a rede estar desenergizada.

Agradecimentos

Agradecemos a regional da CELESC de Lages, que através de seus funcionários tornaram este estudo possível.

Referências

Barnabé, F. J. E. F. (2007). A implementação de um enterprise resource planning no sector público português e a mudança organizacional: oportunidades e condicionamentos (Doctoral dissertation, Instituto Superior de Economia e Gestão).

Carvalho, E. Q. (2016). Repartição de Receitas do ICMS Sobre Energia Elétrica e a Análise Jurisprudencial em Alagoas. I Encontro de Pesquisas Judiciárias da Escola Superior da Magistratura do Estado de Alagoas.

Ciocari, E., Stefenon, S. F. & Nascimento Leite, J. A. (2016). Desafios na Operação das Usinas Hidrelétricas da Bacia do Rio Uruguai. Niterói: Editora Alternativa.

Decanini, J. G. M. S. (2008). Detecção e classificação de faltas de curto-circuito em sistemas de distribuição de energia elétrica usando lógica nebulosa.

Mehl, E. L. (2013). Qualidade da energia elétrica. Curso de pós-graduação em engenharia elétrica, UFPR.

Kinderman, G. (1997). Curto-Circuito. 2. ed. Porto-alegre: Sagra Luzzato.

Silveira, E. G., & Pereira, C. (2001). Localização de Faltas em Linhas de Transmissão utilizando dados de Tensão e Corrente de um Terminal. XVI Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica–SNPTEE.

Stefenon, S. F., Meyer, L.H., Molina, F. H. (2015). Real Time Automated Diagnosis of Insulating System Employng Ultrasound Inspection. XXIII International Conference on Electricity Distribution. 23, 1-4.

1. Graduado em Engenharia Elétrica (UNIPLAC)

2. Mestre em Engenharia Elétrica (FURB), professor e coordenador do curso de Engenharia Elétrica da UNIPLAC. stefanostefanon@gmail.com

3. Mestre em Engenharia Elétrica (FURB), professor do curso de Engenharia Elétrica da UTFPR. jonatasamerico@utfpr.edu.br