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BenefíciosOperacionaisdaAplicaçãodeManobrasControladasdeEquipamentosdeAltaTensão

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A3 - 06

Benefícios Operacionais da Aplicação de Manobras Co ntroladas de Equipamentos de Alta Tensão

Herivelto de Souza Bronzeado (*) Jorge Amon Filho Ministério da integração Nacional - MI Consultor

Adolpho E. A. L. Calazans Paulo Cesar Fernandez

Chesf Eletrobras

Brasil

SUMÁRIO Manobras de equipamentos de alta tensão normalmente causam transitórios eletromagnéticos que podem provocar sérios inconvenientes à operação do sitema elétrico, tais como sobretensões harmônicas temporárias, atuação indesejável e/ou incorreta do sistema de proteção, atuação de pára-raios, envelhecimento precoce do isolamento não autoregenerativo, falhas em equipamentos, variações de tensão, degradação da qualidade da energia elétrica, entre outros. Esses transitórios podem ser significantemente reduzidos ou mesmo eliminados através da utilização de estratégias de controle do chaveamento do disjuntor que manobra o equipamento, pré-determinando-se os instantes de abertura e/ou fechamento dos seus polos. Este artigo apresenta os princípios da tecnologia do chaveamento controlado de equipamentos, dá exemplos de suas aplicações e discute os benefícios operacionais advindo das experiências adquiridas no uso dessa tecnologia. PALAVRAS CHAVE Manobra de equipamentos; Chaveamento controlado de equipamentos; Mitigação de transitórios eletromagnéticos; Melhoria da qualidade da energia elétrica; Recomposição segura de sistemas elétricos; Comitê de Estudos A3.

(*) Herivelto de Souza Bronzeado, bronzeado@ieee.org e herivelto.bronzeado@integracao.gov.br

VII WORKSPOT- Workshop internacional sobre transfor madores de potência, equipamentos, subestações e materiais

RIO DE JANEIRO, RJ – 23 A 26 DE NOVEMBRO DE 2014

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1. INTRODUÇÃO A manobra de equipamentos, tais como banco de capacitores, reatores, linhas de transmissão e transformadores, geralmente dão origem a transitórios eletromagnéticos que podem provocar sérios inconvenientes à operação do sistema elétrico. Exemplos desses inconvenientes são as sobretensões harmônicas temporárias, atuação indesejável dos sistemas de proteção, envelhecimento precoce do isolamento não auto-regenerativo, atuação de pára-raios, falhas em equipamentos, grandes variações na tensão de suprimento, problemas com a qualidade da energia elétrica fornecida com interrupção de consumidores com cargas sensíveis, entre outros.

A energização dos bancos de capacitores, especialmente nas configurações “back-to-back”, provoca altas correntes de energização, em módulo e freqüência, exigindo uma maior absorção de energia pelos pára-raios da subestação. Este tipo de manobra causa ainda sobretensões no sistema elétrico, erosão nos contatos do disjuntor, sobretensão nos secundários dos transformadores de corrente, estresse dielétrico no banco de capacitores e em equipamentos próximos, aumento no potencial da malha de terra e elevadas interferências nos cabos de controle e proteção. Também pode causar sobretensões nos terminais remotos de linhas de transmissão, bem como nas redes de média e baixa tensão ligadas aos enrolamentos secundários dos transformadores.

Nas manobras de desligamento de reatores, geralmente ocorrem reignições do arco entre os contatos do disjuntor que causam sobretensões, estressam o isolamento do reator e podem provocar falhas na extinção da corrente no disjuntor. Na energização dos reatores, a componente de corrente contínua da corrente de inrush pode causar saturação nos transformadores de potência que se encontram em operação nas proximidades.

No caso de transformadores, a energização em instantes aleatórios pode gerar correntes de altas magnitudes (correntes de inrush), as quais podem causar elevadas sobretensões harmônicas temporárias, atuações indevidas dos sistemas de proteção, estresses dielétricos nos enrolamentos dos transformadores, degradação da qualidade da tensão fornecida e energia elétrica fornecida, bem como a saturação de transformadores em operação nas proximidades devido ao fenômeno conhecido como “interação simpática” (sympatethic interaction) [1].

Todos esses transitórios de manobras podem ser mitigados ou mesmo eliminados através de chaveamentos controlados desses equipamentos, evitando que sejam excedidos os critérios de planejamento e expansão das transmissoras, além de prolongar a vida útil dos ativos. As estratégias do chaveamento controlado constitui uma poderosa ferramenta para a operacão do sistema elétrico, melhorando principalmente a qualidade da tensão suprida aos consumidores e o desempenho dos disjuntores. A redução desses transitórios reduz consideravelmente os riscos de falhas de equipamentos e pode tornar a recomposição do sistema elétrico muito mais segura, uma vez que haverá uma menor probabilidade de energizações mal sucedidas.

Este artigo tem como objetivo principal a apresentação dos benefícios operacionais da aplicação da tecnologia de chaveamento controlado de equipamentos de alta tensão, bem como compartilhar as experiências já adquiridas com a utilização dessa tecnologia e as informações sobre o trabalho que vem sendo realizado pelo Comitê de Estudos A3 do Cigrè-Brasil (Equipamentos de Alta Tensão).

2. COMITÊ DE ESTUDOS A3 DO CICRÈ-BRASIL (EQUIPAMENTOS DE ALTA TENSÃO)

O Comitê de Estudos A3 do CIGRÉ Brasil (CE A3) tem se empenhado no estudo da aplicação do chaveamento controlado de equipamentos de alta tensão em sistemas de potência e das suas vantagens como método eficaz para limitação dos transitórios eletromagnéticos de manobra. Destaca-se a sua participação no grupo internacional WG A3.07 (Controlled Switching of HVAC Circuit-breakers), criado em 1996 a fim de estudar a tecnologia emergente, na época, do chaveamento controlado, ou seja, a operação de equipamentos de manobra em pontos/instantes pré-determinados da onda de tensão ou corrente do sistema (point-on-wave control).

Comitê de Estudos A3 do CIGRÉ Brasil (CE A3) está participando do recém-formado grupo internacional WG A3.35 (Guidelines and Best Practices for the Commissioning of Controlled Switching Projects), cuja primeira reunião foi em janeiro de 2014, no Rio de Janeiro, com o objetivo de produzir um guia de aplicação das melhores práticas para o comissionamento e operação de instalações providas de chaveamento controlado de equipamentos, partindo dos resultados do WG A3.07 (Controlled Switching of HVAC Circuit-breakers) e de outros organismos relevantes [2].

3. PRINCÍPIOS DE MANOBRAS CONTROLADAS DE EQUIPAMENTOS DE ALTA TENSÃO

O chaveamento controlado de equipamentos de alta tensão como solução técnica para a limitação de transitórios de manobra não é uma idéia nova. Esta possibilidade e seus benefícios vêm sendo investigados há quase 40 anos. Os métodos convencionais para reduzir o impacto dos transitórios de chaveamento utilizam geralmente resistores ou reatores de pré-inserção, reatores limitadores de corrente ou pára-raios. No entanto, soluções tecnológicas satisfatórias só puderam ser implementadas recentemente, graças à evolução da tecnologia dos disjuntores de alta tensão e ao desenvolvimento de dispositivos eletrônicos aplicados a sistemas de potência.

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A idéia básica para realizar um chaveamento controlado é fazer com que o fechamento e/ou abertura elétrica dos contatos dos polos do disjuntor sejam realizados em instantes ideais de forma que os transitórios eletromagnéticos decorrentes possam ser mitigados, atenuando-se, assim, as solicitações dielétricas impostas aos equipamentos e ao sistema elétrico e também melhorando os níveis de qualidade do suprimento de energia.

A abertura/fechamento controlado de disjuntores oferece uma alternativa aos métodos convencionais de redução dos transitórios de manobra e vêm se tornando amplamente disponível na manobra de capacitores, reatores, transformadores e linhas de transmissão, oferecendo vários benefícios técnicos/econômicos. Entre as vantagens do chaveamento controlado estão as reduções de altas correntes de energização em bancos de capacitores e transformadores e, consequentemente, as sobretensões harmônicas temporárias decorrentes, reduzindo também os estresses dielétricos nos enrolamentos de transformadores e reatores, aumentando-lhes a vida útil.

O controle do chaveamento é realizado através de dispositivos que calcula e determina o instante ou tempo de fechamento e/ou abertura dos polos de um disjuntor em relação ao ângulo de fase de um sinal de referência de tensão ou corrente. É relevante dizer que, para que se obtenha um desempenho adequado em uma manobra de fechamento, as características estatísticas da dispersão bem como o comportamento de rigidez dielétrica entre contatos do disjuntor sejam bem conhecidos. Essas duas características são importantes parâmetros na manobra controlada, e vão determinar qual a tensão máxima de estabelecimento entre os contatos do disjuntor, especialmente em aplicação de religamento automático para linhas de transmissão compensadas por reatores.

A eficácia do chaveamento controlado depende de vários fatores, sendo o mais importante a consistência e a repetibilidade do tempo de operação do disjuntor. Os disjuntores mais adequados para aplicações de chaveamento controlado são aqueles com altas taxas de redução da suportabilidade dielétrica entre seus contatos em manobras de fechamento e desvio máximo nos tempos de operação (dispersão estatística) menor que 1 ms.

3.1 Estratégia para o controle da abertura dos polos do disjuntor A abertura controlada dos polos de um disjuntor é realizada através do controle da separação do contato elétrico em cada polo em relação ao ângulo de fase da corrente. Controlar o ponto de separação de contato significa pré-determinar o tempo de arco dos contatos de forma a se reduzir os desgastes dos contatos e falhas no disjuntor, além de minimizar os estresses e perturbações no sistema elétrico decorrentes dos transítórios dessa manobra. O controle é bastante simples desde que sejam conhecidos o tempo de operação do disjuntor, especificamente o intervalo de tempo entre a energização da bobina de abertura e a separação dos contatos.

O controle da abertura do polo é realizado de forma que a separação dos seus contatos se inicie imediatamente após a corrente passar por zero. No movimento de separação dos contatos, um arco elétrico é estabelecido entre eles e se extingue no primeiro zero da corrente, em um intervalo de tempo menor que um semi-ciclo (90 graus elétricos). O chaveamento controlado proporciona um maior tempo de arco, de forma que a sua extinção se dê no momento em que os contatos estejam suficientemente separados para permitir a máxima rigidez dielétrica, garantindo a melhor condição para suportar o restabelecimento da tensão entre os contatos e, consequentemente, a não ocorrência de uma reignição ou reacendimento. A reignição é a ruptura dielétrica que restabelece a corrente ainda dentro do intervalo de tempo de 90 graus elétricos de interrupção, normalmente associada às condições térmicas da câmara que não possibilita o restabelecimento dielétrico e, consequentemente, a não extinção do arco elétrico. O reacendimento é a ruptura dielétrica, após os 90 graus elétricos, normalmente causada por uma falha na capacidade do restabelecimento dielétrico do disjuntor após a interrupção do arco, o que pode resultar em severas consequências para o disjuntor ou sistema elétrico associado.

Figura 1 : Exemplo de sequência dos intervalos de tempos para a abertura controlada de um disjuntor

A Figura 1 mostra a seqüência de tempo para uma abertura controlada de um disjuntor [3]. Uma ordem de comando para abertura é emitida de forma aleatória em relação ao ângulo de fase do sinal de referência no

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instante tcommand. Essa ordem é retardada pelo controlador por um intervalo de tempo, Ttotal, que é a soma de um intervalo de tempo de atraso intencional de sincronização em relação á referência, Tcont, e um determinado intervalo de tempo de espera, Tw. Tcont é calculado em relação a um determinado cruzamento por zero da referência, o qual é uma função do tempo da abertura mecânica do disjuntor, Topening, e do ângulo de fase alvo definido pelo momento da “separação elétrica” dos contatos, tseparate. Onde:

O controle preciso do tseparate, instante da separação mecânica dos contatos em relação ao próximo zero de corrente no qual ocorre a extinção do arco, define efetivamente o tempo de arco, Tarcing. O tempo de abertura mecânica do disjuntor, Topening, é o intervalo de tempo entre a energização da bobina de abertura e o início da separação mecância dos contatos. N•Tzero é um número inteiro de meio-ciclos necessário para se obter um valor positivo de Tcont mostrado na Figura 1.

3.2 Estratégia para o controle do fechamento dos polos do disjuntor O fechamento controlado de um disjuntor refere-se ao controle do instante de condução da corrente em cada pólo do disjuntor com relação ao ângulo de fase da tensão de referência. A Figura 2 mostra a seqüência de tempo para um fechamento controlado [3]. Disjuntores para estas aplicações devem ser construídos de modo a proporcionar uma certa consistência na repetição das operações de fechamento. O dispositivo de controle monitora a tensão da fonte e tem ela como referência para realizar a operação do fechamento.

Figura 2 : Exemplo da sequência dos intervalos de tempo para o fechamento controlado de um disjuntor

A Figura 2 refere-se ao fechamento de uma carga indutiva, onde o instante de fechamento ótimo se dá no pico da tensão, assumindo que o intervalo de tempo de pré-reacendimento é inferior a um semi-ciclo. O comando de fechamento é disparado aleatoriamente em relação ao ângulo de fase do sinal de referência num instante tcommand. O controlador atrasa esse comando por um intervalo de tempo Ttotal, que é a soma do tempo de sincronização intencional de atraso Tcont e um determinado tempo de espera Tw. Tcont é determinado pelo tempo do fechamento mecânico do disjuntor, o tempo de pré-reacendimento Tprestriking e o tempo relacionado com o ângulo de fase alvo do instante do fechamento real dos contatos (making instant).

O intervalo de tempo de atraso Tcont em relação a um cruzamento pelo zero da tensão de referência é calculado considerando o tempo de fechamento do disjuntor Tclosing e o tempo de pré-reacendimento Tprestriking. A corrente começa a fluir no instante do fechamento elétrico dos contatos tmake, com o correspondente intervalo de tempo Tm sendo definido a partir do instante tmake em relação ao primeiro cruzamento da tensão por zero.

O tempo de fechamento Tclosing é o intervalo de tempo entre a energização da bobina de fechamento do disjuntor e o instante de fechamento mecânico dos seus contatos. O tempo de pré-reacendimento Tprestriking é o intervalo de tempo que decorre entre o instante de “prestrike” e toque mecânico dos contatos. O tempo de fechamento elétrico do disjuntor, Tmaking, é o intervalo de tempo entre a energização da bobina de fechamento e o instante em que a corrente começa a fluir, tmake, ou seja, quando os contatos se fecham eletricamente.

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4. APLICAÇÃOES DAS MANOBRAS CONTROLADAS EM EQUIPAMENTO S DE ALTA TENSÃO

4.1 Chaveamento controlado de banco de capacitores em derivação Os bancos de capacitores são manobrados com frequência em sistemas de potência. Os transitórios de corrente e tensão gerados causam sobrecorrentes no local da manobra e/ou sobretensões em locais remotos, podendo afetar os transformadores nos terminais remostos de linhas. Quando existem outros capacitores no mesmo barramento do banco que está sendo energizado (operação back-to-back), as altas correntes transitórias inerentes à esta operação são indesejáveis, particularmente por induzir tensões nos cabos de proteção e controle, além de gerar perigosos potenciais de passo e de toque. O fechamento controlado do banco de capacitores atenua consideravelmente as correntes transitórias de energização.

A Figura 3 mostra as formas de onda de tensões e correntes na energização controlada de um banco de capacitores, com o fechamento dos polos do disjuntor ocorrendo próximo aos zeros da tensão em cada fase. Observa-se que os transitórios nas correntes de energização são relativamente baixos, atingindo rapidamente o seu valor nominal (aproximadamente um ciclo após a energização, em todas as três fases).

Figura 3 – Formas de onda das tensões e correntes na energização controlada de um banco de capacitores.

4.2 Chaveamento controlado de transformadores de potência

A energização convencional de transformadores normalmente é realizada através do fechamento aleatório dos polos do disjuntor, com as tensões do sistema elétrico sendo aplicadas nos enrolamentos do transformador também em instantes aleatórios. Como consequência, os fluxos magnéticos inicialmente produzidos nos enrolamentos, serão, em geral, assimétricos, provocando um sobrefluxo no núcleo do transformador, saturando-o, e, consequentemente, gerando altas correntes de magnetização (corrente de inrush) podendo atingir 10 ou 20 vezes a sua corrente nominal, valores estes próximos à magnitude das correntes de curto-circuito. Dependendo da duração, magnitude e grau de desequilíbrio entre as fases das correntes de inrush, elas podem causar sérios inconvenientes no sistema elétrico e no próprio transformador. Como exemplo desses impactos tem-se: sobretensões harmônicas temporárias, atuação indevida do sistema de proteção, afundamentos momentâneos de tensão, estresses eletromecânicos nos enrolamentos do transformador, interação simpática, etc.

A forma usual de mitigação os transitórios de inrush em transformadores é o uso de resistores de inserção aplicados nos disjuntores, cujos valores habituais para disjutores de 230 kV até 800 kV são de 400 a 800 ohms e tempos de inserção de 8 a 12 ms. Uma solução alternativa surgida posteriormente para mitigar as altas correntes de energização é a aplicação da energização controlada do transformador, cuja estratégia de controle consiste no fechamento elétrico dos polos do disjuntor em instantes de tempo tal que a tensão a ser aplicada nos enrolamentos restabeleça o fluxo magnético no transformador como se o mesmo tivesse permanecido energizado, ou seja, o fluxo a ser gerado no transformador após a sua energização deve coincidir com o do fluxo prospectivo que estaria sendo gerado no transformador pela tensão do sistema caso ele estivesse energizado.

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A Figura 4a ilustra os instantes de uma condição ótima para energizar transformadores sem a ocorrência das altas correntes de energização. Observar que o fluxo magnético é gerado à partir de um valor de fluxo residual, a partir do qual segue o comportamento do fluxo prospectivo como se o transformador estivesse em regime permanente. Lembrar que a tensão aplicada está 90 graus adiantados do fluxo indicado. A Figura 4b ilustra um instante de uma energização não controlada onde o fluxo gerado no transformador está longe de coincidir com o fluxo prospectivo, gerando um sobrefluxo no transformador e, consequentemente, altas correntes de energização.

(a) (b)

Figura 4 – (a) Fluxo magnético gerado em uma energização controlada; (b) Sobrefluxo magnético gerado em uma energização não controlada.

A Figura 5 mostra as formas de onda das correntes de energização nos enrolamentos de 230 kV e as tensões nos terminais de 138 kV em um transformador (100 MVA, 230 kV/138 kV) submetido a ensaios de chaveamento controlado [4].

Figura 5 - Formas de onda das correntes de energização nos enrolamentos de 230 kV e tensões nos terminais de 138 kV de um transformador de 100 MVA, 230 kV/138 kV submetido a ensaios de chaveamento controlado [4].

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A Tabela 1 mostra a descrição de cada um dos ensaios realizados [4]. Para efeito de comparação, as magnitudes das correntes na Figura 5 estão mostradas em uma mesma escala de magnitude, tendo como base o maior valor de pico de corrente (1110 A) registrado no Test 9.

Tabela 1

Ensaios Descrição

Test 1 Energização do transformador com controle dos instantes de fechamento dos polos do disjuntor, mas sem a informação de fluxo residual (considerado nulo).

Test 3 Energização do transformador com controle dos instantes de fechamento dos polos do disjuntor e considerando o fluxo residual medido.

Test 5 Energização do transformador com controle dos instantes de fechamento dos polos do disjuntor e considerando o fluxo residual medido.

Test 7 Energização do transformador com controle dos instantes de fechamento dos polos do disjuntor e considerando o fluxo residual medido.

Test 9 Energização do transformador sem controle dos instantes de fechamento dos polos do disjuntor.

Uma análise das formas de onda das tensões no Test 1 indica que o primeiro polo fechado do disjuntor foi o da fase A e, na sequência, os outros dois polos (B e C) foram fechados praticamente no mesmo instante, aproximadamente ¼ de ciclo após do fechamento do polo da fase A. Neste caso, apesar do chaveamento ter sido controlado, o valor do fluxo residual no transformador não tinha sido considerado.

No Test 3, a energização do transformador foi controlada, com os instantes de fechamento dos polos do disjuntor ajustados para considerar o fluxo residual medido. Neste caso, as correntes de inrush no transformador apresentaram valores insignificantes e, portanto, não detectadas pelo instrumento de medição, indicando que não houve saturação do núcleo do transformador. Isto pode ser confirmado também pelas formas de onda das tensões de 138 kV, as quais não apresentaram distorções. Comportamento praticamente similar ocorreu nos ensaios Test 5 e Test 7, indicando a robustez da estratégia utilizada para o chaveamento controlado de transformadores [4].

No Test 9, onde o transformador foi energizado sem o controle dos instantes de fechamento dos polos do disjuntor, as correntes de inrush apresentaram altas magnitudes, com o pico da fase C atingindo mais de 1.100 A, aproximadamente 250% do pico da corrente nominal do transformador, indicando altos níveis de saturação do transformador. Neste ensaio, observa-se pelas formas de onda das tensões de 138 kV que o disjuntor de 230 kV fechou seus polos praticamente no mesmo instante.

4.3 Chaveamento controlado de reator em derivação O desligamento de reatores em derivação normalmente gera sobretensões transitórias devido ao corte da corrente indutiva no reator antes da sua passagem pelo zero natural. Isto ocorre em praticamente todos os desligamentos de cargas indutivas, em maior ou menor grau de severidade, quando a tensão de restabelecimento entre os contatos do disjuntor excede a rigidez dielétrica do meio de extinção [5]. Neste caso, é a alta taxa de crescimento da tensão de restabelecimento que pode danificar o isolamento dos equipamentos.

A manobra controlada de abertura de reatores em derivação reduz praticamente à zero a probabilidade de reignições. Isto é realizado através do ajuste do instante da abertura mecânica dos polos do disjuntor um pouco depois da passagem da corrente pelo zero natural, de forma a aumentar o tempo de arco, permitindo suficiente separação mecânica entre os contatos do disjuntor no instante da extinção do arco elétrico, elevando o valor da característica dielétrica fria do disjuntor para garantir que não haja reignições. Esta aplicação é muito utilizada para a manobra de abertura de reatores em derivação do sistema da Eletrobras Furnas desde os anos 80 e na CHESF desde os anos 90. As aberturas controladas dos reatores de 150 Mvar/525 kV (Chesf) and 330 Mvar/765 kV (Eletrobras Furnas) tem se mostrados excelentes resultados.

4.4 Chaveamento controlado de linhas de transmissão Um fator primordial no projeto de linhas de transmissão é o nível esperado dos surtos de manobras. No futuro, a capacidade de limitar esses surtos através do chaveamento controlado poderá oferecer algumas vantagens econômicas significativas. É importante ressaltar que o chaveamento controlado de linhas de transmissão requer um dispositivo de controle que possa determinar o estado da tensão nos terminais em cada fase da linha de transmissão e ajustar os tempos de operação de cada polo do disjuntor de forma a “sincronizar” a tensão medida em cada fase da linha de transmissão nos seus terminais com a tensão do sistema a ser aplicada.

Similar ao chaveamento controlado de transformadores trifásicos, onde o fluxo residual e prospectivo devem ser considerados devido os acoplamentos magnéticos entre fases, a manobra controlada de linhas de transmissão devem considerar a tensão residual na linha e os acoplamentos elétricos entre fases duranrte a energização.

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5. BENEFÍCIOS DAS MANOBRAS CONTROLADAS DE EQUIPAMENTOS DE ALTA TENSÃO Os benefícios das manobras controladas de equipamentos de alta tensão incluem, fundamentalmente, a mitigação dos transitórios eletromagnéticos, melhoria da qualidade da energia elétrica, aumento da certeza de sucessos nas manobras de recomposição do sistema, melhoria no desempenho de disjuntores, redução do custo de manutenção e extensão da vida útil dos equipamentos.

O chaveamento controlado de bancos de capacitores e transformadores reduz significativamente a magnitude das correntes de energização (inrush) e, consequentemente, as sobretensões harmônicas temporárias no sistema, minimizando os diversos inconvenientes e estresses decorrentes dessas sobretensões e correntes de inrush.

O chaveamento aleatório do disjuntor provoca desgastes nos componentes internos das câmaras de extinção de arco face às elevadas correntes de inrush (em magnitude e frequência) e reignições durante as várias interrupções ou pré-arco durante as manobras de fechamento. Os principais componentes afetados são os contatos principais, contatos de arco e bocais de sopro [6]. Em alguns casos, os desgastes podem exigir manutenções frequentes nos disjuntores, inviabilizando a sua continuidade operacional, onerando a sua manutenção e, às vezes, requerendo substituição. O uso do chaveamento controlado reduz os transitórios eletromagnéticos, a ocorrência de reignições/reacendimentos na câmara de extinção e o seu desgaste.

Existem indícios de atuação da proteção de sobretensões ou sobrecorrente nas subestações onde bancos de capacitores e transformadores são manobrados, ou mesmo em subestações próximas. A atuação do relé de sobretensão pode ocorrer em função de possíveis ressonâncias entre os elementos do sistema em sintonia com a frequência da corrente de energização dos bancos de capacitores.

A probabilidade de uma ocorrência de operação incorreta da proteção fica ainda maior num processo de recomposição do sistema, tendo em vista que o sistema, degradado em relação à sua condição normal de operação, tem um baixo amortecimento frente aos transitórios eletromagnéticos e tende ficar mais vulnerável às ressonâncias e fenômenos transitórios não muito amortecidos. Com o chaveamento controlado minimiza-se esse risco e favorece o processo de recomposição. Eventuais impecilhos durante uma recomposição demanda a busca de alternativas, atrasando a recomposição e causando perda de receita à Transmissora quanto à Parcela Variável (parcela a ser reduzida da receita da transmissora em função da não prestação adequada do serviço público de transmissão).

A adição de resistores de pré-inserção em disjuntores já existentes requer a inclusão de uma câmara auxiliar com um custo adicional de 25 a 30% do valor nominal do disjuntor e somente pode ser aplicado quando há possibilidade em função do projeto do disjuntor. Se tal adaptação não for possível, apenas a troca completa do disjuntor é que permite lançar mão deste recurso (resistor de pré-inserção). Por esse motivo, o resistor é normalmente disponibilizado já na aquisição ou durante a fase de fabricação do disjuntor. O chaveamento controlado substitui, com menor custo, o resistor de pré-inserção.

Com a aplicação do chaveamento controlado, ocorre um intervalo maior nas intervenções nos equipamentos para manutenção ou mesmo retroffiting. O chaveamento controlado também pode reduzir perdas de receita por indisponibilidade de ativos na Rede Básica e perdas relativas à Parcela Variável em decorrência de desligamentos ou atrasos na recomposição do sistema. A indisponibilidade de ativos ou de energização mal sucedida pode ocorrer face aos transitórios causados pelas manobras convencionais de equipamentos).

Segue uma resumos dos principais benefícios das manobras controladas de equipamentos de alta tensão:

• Redução dos transitórios eletromagnéticos e estresses mecânicos e dielétricos nos equipamentos;

• Melhoria da qualidade da energia elétrica e redução da saída intempestiva de consumidores com cargas sensíveis;

• Redução dos desgastes da câmara dos disjuntores e melhoria do desempenho do disjuntor durante a interrupção de correntes na região dielétrica;

• Redução da operação indesejáveis dos sistemas de proteção;

• Maior segurança nas manobras e redução do tempo e na recomposição do sistema elétrico;

• Aumento da expectativa de vida e redução do risco de falhas de equipamentos;

• Eliminação da utilização dos resistores de pré-inserção;

• Redução da frequência dos serviços de manutenção em equipamentos;

• Redução da perda de receita (Parcela Variável) das transmissoras.

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6. CONCLUSÕES A experiência adquirida com o chaveamento controlado de equipamentos de alta tensão tem demonstrado que esta técnica é bastante eficiente para mitigar os transitórios eletromagnéticos decorrentes das manobras de equipamentos, tornando-se uma poderosa ferramenta para as empresas transmissoras de energia elétrica que tem que atender as rigorosos requisitos de coordenação de isolamento e qualidade da energia elétrica fornecida, além da necessidade de aumentar a vida útil de seus ativos.

A eficácia do chaveamento controlado depende de vários fatores, sendo o mais importante a consistência/repetibilidade do tempo de operação do disjuntor. Disjuntores com um desvio no tempo de operação menor que ± 1 ms e com altas taxas de redução da suportabilidade dielétrica (RDDS) são os mais adequados para essas aplicações. As melhorias recentes na tecnologia de chaveamento controlado produziram uma variedade de dispositivos que são capazes de fazer o controle preciso do tempo de operação de disjuntores.

Com a tecnologia de chaveamento controlado amadurecendo, a flexibilidade, confiabilidade, facilidade de uso e custo global de sua implementação nos disjuntores atualmente em operação irão, cada vez mais, melhorar, beneficiando a operação do sistema elétrico nacional. Os benefícios das manobras controladas de equipamentos de alta tensão são imediatos e duradouros.

As empresas de transmissão no Brasil tem aplicado, com certa cautela, a estratégia do chaveamento controlado em seus sistemas para reduzir os transitórios decorrentes das manobras dos equipamentos. Isto se dá talvez devido ao conservadorismo técnico nas empresas, associado à pouca difusão dessa tecnologia no Brasil.

Em termos mundiais, ainda é necessário aguardar a conclusão dos trabalhos/atividades em andamento no Working Group A3.35 (Guidelines and Best Practices for the Commissioning of Controlled Switching Projects) do Cigrè.

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[4] H. S. Bronzeado, S. O. Pinto, Per Jonsson, J. C. de Oliveira and M. L. R. Chaves, “Transformer Inrush is Over: An Experience with a 100MVA, 230/138 kV Three-phase Transformer Controlled Energizing”, The International Conference on Power System Transients - IPST, Kyoto, Japão, 2009.

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[6] A. Calazans, J. N. de Lima, N. Valença, H. S. Bronzeado, “Improving System and Equipment Performance by Controlled Switching”, Paper No. A3-202, Cigrè Session 42, Paris, France, August 2010.

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[9] CIGRE TF 13.00.1,” Controlled Switching a State of the Art Survey,” Part 1: ELECTRA, No 162, pp. 65-97, October 1995. Part 2: ELECTRA, No 164, pp. 39-61, February 1996.

[10] J. H. Brunke and K. J. Fröhlich, “Elimination of Transformer Inrush Currents by Controlled Switching,” IEEE Electric Power Systems Research-Selected Topics in Power System Transients, pp. 642-649, May 2006.

[11] A. Mercier, E. Portales, Y. Filion, and A. Salibi, “Transformer control switching taking into account the core residual flux – a real case study,” Paper No. 13-201, Cigre Session, Paris, France, August 2002.

[12] CIGRE WG 13.07, Controlled Switching of HVAC Circuit Breakers – Benefits and Economic Aspects, ELECTRA, No 217, pp. 37-47, December 2004.

[13] H. S. Bronzeado, A. Calazans, N. Valença, J. Amon Filho, G. Nicola e Ary D’Ajuz, “Chaveamento Controlado de Equipamentos de Alta tensão: Benefícios e Exemplos de Aplicação”, XXII Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica – SNPTEE, BR/GSE/14, Brasília, October 2013.