Estudo de desempenho de linhas de transmissão de 138 kv frente a descargas atmosféricas: análise de um estudo de caso

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Data

2023-12-22
Autor(es)

Orientado(es)
Profa. Dra. Cláudia Rejane de Mesquita.

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Abstract

The lightning strikes on transmission lines are the principal cause of outages in transmission systems, according to electric power utilities. Therefore, understanding the mechanisms associated with these outages can lead to the enhancement of line protection design, improving their performance against such strikes by reducing overvoltages, faults, and outages. There are two mechanisms associated with lightning strikes: flashover, due to strikes on phase conductors, and backflashover, related to strikes on shield wires. Both result in impulsive overvoltages that can cause insulation breakdown and subsequent line outage. This work aims to assess the occurrence of backflashover in a typical 138 kV transmission line when subjected to lightning strikes. The line performance is simulated using the ATPDraw software in order to determine overvoltage levels across the insulator when it exposed to typical lightning current waveforms. Simulations were conducted to obtain overvoltage waveforms for the transmission line with grounding resistances of 30 and 100 ohms, considering lightning strikes on the tower and in the middle of the span. In these cases, simulations with and without the insertion of surge arrester were carried out to enable the assessment of insulator supportability and the efficiency of surge arrester. Based on the calculated overvoltage and withstand values of the insulator in kV, the tolerable peak current value without the presence of surge arresters was determined for each configuration studied.


Resumo

As descargas atmosféricas que incidem em linhas de transmissão são a principal causa de desligamentos não programados dos sistemas de transmissão, segundo as concessionárias de energia elétrica. Portanto, entender os mecanismos associados a esses desligamentos pode proporcionar o aprimoramento de ações de projeto de proteção das linhas, melhorando seu desempenho frente a tais descargas, com redução de sobretensões, faltas e desligamentos. Existem dois mecanismos de desligamento de linhas de transmissão associados à incidência de descargas atmosféricas: o flashover, decorrente da incidência em cabos fase, e o backflashover, referente à incidência em cabos de blindagem. Ambos resultam em sobretensões impulsivas que podem provocar a ruptura do isolamento da linha e seu consequente desligamento. Este trabalho se propõe a avaliar a ocorrência de backflashover em uma linha de transmissão típica de 138 kV frente à incidência de descargas atmosféricas. O desempenho dessa linha é simulado por meio do software ATPDraw, para determinar os níveis de sobretensões nas cadeias de isoladores frente a ondas de corrente típicas de descargas atmosféricas. Foram executadas simulações visando obter as ondas de sobretensões na linha de transmissão com aterramento de 30 ohms e 100 ohms, para descargas atmosféricas incidentes na torre e em meio de vão. Nestes casos, simulações com e sem a inserção de dispositivos para-raios foram realizadas para possibilitar a avaliação da suportabilidade da cadeia de isoladores e de quanto é a eficiência do dispositivo para-raios. Tendo como base os valores de sobretensões simulados e os valores calculados de suportabilidade da cadeia de isoladores em kV, foram determinadas para cada configuração estudada, o valor de corrente de descarga suportável sem a presença dos dispositivos para-raios.

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https://hdl.handle.net/20.500.14387/2059

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