IV SEMIN~RIO NACIONAL DEPHODU<;;ii.O E TRA.:'7SillISSAO DE

ENEl=tG11\ EL£TRI CA

Antores':Oscar Kastrup Filho/Luis C. Zaneta/Dalton de Oliveira C. doBrasil/Jose A. Jardini/iI.ngelo Vian

Empresa:GRUPO DE ESTUDOS MONASI,/THEl,L""G-PTEL

Autor:Luis Eduardo Nora Dias

Empresa:FUH.NAS- CENTRAlS ELf':TRICAs S.A.

o objetivo deste trqbq1hQ e apresentar os estudos rea1izados para as subesta90es de 800 kV do sistema de transmissac de Itaipu, na area de coordena9ao de iso1amento, cO~lvistas a determina9~0 de nlveis de iso1amento a impu1so, asurto de manobra e a 60 Hz dos equipamentos e ao dimensionamento dos espa9amentos fase~terra e fase-fase da inst2.1a

o arranjo de barramentos de todas as subesta90es do sistema Itaipu Ci1ustra9~0 2-1) tem 0 esquema de manobra disjuntor e meio, arranjo fIsico com tr&s nfveis de condutores(i1ustra9aO 2-2). Como sera indicado adiante, do arranjo

.flsico dependem os calcu10s realizados na determina9aO dosniveis de iso1amento a manobra e a impu1so dos componentes.das .subesta90~s._

raios do sistema nao estava ainda definida, havendo 0P9aoentre os para-raiDS de "gap" a.tivo (612 kV) ou de oxido dezinco (588 kV).

FesT autotransformadores e transformadoresEstes equipamentos possuem para-raios praticamente conectados a seus terminais (dist~ncia de .separa9~o =10 m) que fornecem prote9ao contra as sobretensoestransitorias. Devido a esta proximidade para-raio xeguipamento e ~s formas de onda com taxas de crescimento bastante lentas caracterlsticas dos surtos demanoLra, as sobretensoes nestes equipamentos nao excedem do nfvel maximo de disparo dos para--raios. Entretanto, -no caso de manobras de abertura de reatores outransformadores (autotransformadores) em vazio, a sobretensao nestes equipamentcis pode exceder ao nive1do

prote~~o fornecido pe10s p5ra-raios, em funq50 da di~tancia de separasao, bem como pelo desgaste dos componentes dos para-r~ios que pode acarretar a altera<;;aode suas caracterl.sticas de prote<;;ao. Por es'c.es motivos e pratica usual adotar-se una margem de seguran9aentre 0 nl.vel maximo de disparo a surto de manobrados para-raios e 0 BSL dos enrolamentos.

No caso de ltaipu adotou-se 20% acima do maior nlve1maximo de disparo dos para-raios: 1250 kV (2,0 pu)o BSL dos enroldi"'11entos.,definido segundo a lEe (reier~ncia 1) como a tensao suportavel fase-terra a surtode manobra convencional (tens~o de teste para a qualnao ha probabi1idade de descarga) / adotado foi:

BSL = 1/20 x 1250 kV ~ 1550 kV

Se por acaso vier a ser utilizado p~ra-raios de 6xidode zinco, 0 BSL de.1425 kV ser~ adequado e ficar& comuma margem de protc<;;ao de 27% em re1a<;;2oao Dlvclximo de 'protegaoa surto de manobra do para-ra.io588 kV(1125 kV) •

-Os isolamentos auto-regenerativos sac aque1es que terna capacidade de recupera<;;ao die1~trica ap6s a ocorrencia de descarga: parte extern~ de equipamentos (buchas, co1unas de disjuntores e chaves) e instala<;;ao(postes iso1adores, cadeias de iso1adores e "gaps"co~dutor--estrutura, parte energizada de equiparllcntos- estru tura etc v)'"

o BSL destes iso1amentos ~ definido pela refer~ncia 1como a te~sao suportavel fase-terra a surto de manobra estatisticar ou seja/ tensao de ensaio para aqual ha 10% de probabilidade dc descarga no iso1arrento.4.2.1v Determinacao do risco de falha,

~ calculo do risco de falha segue exatamente 0

procedimento descrito na rcfer~ncia 2 1evandose em considera<;;ao 0 cfeito das condi<;;oes at

mosfericas (exceto 0 vento) e do risco de descarga de Hgapslt em paralelo. 0, .numero deIgaps"consic1erados para 0 arranjo c1isjuntor emeio encontra-se na tabe1a e i1ustra9~0 4.2.1.Nos equipamentos com porcelana (buchas, colunas, 'cadQias de' iso1adores, etc.) geralmentenao se verifica redu9~o nas suas suportabilidades durante perfodos de chuva natural com pre

. .. -cipita9~0 menor que 1,5 mm/min. Em alguns casos podem ser observadas redu90es durante ostestes sob chuva (artificial) de 1~5 mm/minutoe 5 mm/minuto recomendados pelas normas lEe eANSI, para polaridades de surto positiva e negativa. 0 BSL determinado para estes equipamentos deve, portanto, satisfazer as condi90esde testes sob chuva artificial e a seco paraambas as polaridades.

Nos' ca.lculos dos -riscos de falha partiu-se deBSL's iguais par~ todos os equipamentos e BSLigua1 para toda a instala9ao que foi tomado urndegrau acima dos equipamentos a fim de reduziros riscos de falha elevados observados em al

Em situa90es crIticas verificou-se a viabilidade do a~~ento do BSL de equip&uentos especificos. Os BSL's estudados sao os padronizadospe1a lEe (1) para a c1asse 765 kV.

4.2.2. Riscos de falha para energizayaoAs sobretensoes de energiza9ao atingem as subesta90es parcial (sobretensoes de fim de linha) ou totalmente (sobretensoes de infcio delinha). As sobretensoes de fim de linha atingem apenas a instala9ao da subesta9ao at~ 0

disjuntor aberta. Em ambos os casos admitiu-se a acorr~ncia das tobretensoes m~ximas simul

As sobretensoes decorrentes de energizcu;;oes para a reconstituiq~o do sistema por Itaipu ouI. Grande, apos a per~a total do sistema, estao sumari zadas na t2~ela 4.2.2-1. 2\ frequ.encia de ocorrencia destas energizaq3es foi considerado igual a 1 vez/ano; valor da frequenciade ocorrencia da perda total do sistema ( referencia 3). Os riscos de falha encontrados noinicio de linha, ou seja, na sUbestaq2..oda qual~ feita a energizaq~ol ef no fim da linha energizada (~isjuntor aberto), est~o na tabela 4.2.

As sobretensoes m5ximas devidas a energizacoesnormai s das lin.t~asdo sisternaf desligadas paramanutenq~o ou durante os perIodos de carga leveencontram-se na tabela 4.2.2-2. Elas podem 0

correr em qualquer das sUbestaq3es do sistema.Os riscos-d·e~falha corresponc1eritesencontram-sena tabela 4.2.2-4.

4.2.3. B:Ls~dE;_falh~a:ra. reltgi3ll1ent~otri]2:?larAs sobretensoes de religamento podem atingir assubes taqoes parcial au totalmen te t da mesma. forroaque as de energizaqao.

As sobretensoes de religamento encontrarn-se natabela 4.2.3-1. Estas sobretensoes podem oeorrer em ~ualguer subestaq~o do sistema. A frequencia de ocorrencia dos religamentos resultado numero de defeitos nas linhas de transmiss~oestimado em 0,3 defeitos/100 Km-ano nos estlidosde desempenho das linhas para descargas atmosf~ricas (refer~ncia 4). Para 0 sistema com 16linhas (~em a usina de T. Gran~er de comprimen~to m~dto de 300 Km, resu1tar~ uma taxa de 14/~defai·tos/ano.

Os riscos de falha estao na tabela 4.2.3-2.4.2.4. Riscos de falha durante a ocorr~ncia de curtos

As sobretens6es registradas no sistema durantea ocorr~ncia de curtos em diversas localiza96es (linhas e subesta96es) atingem totalmente as subesta96es e sao registradas, geralme~te, em apenas uma das fases.

Curtos monofasicos - as sobretens6es nas subesta96es decorrentes da ocorr~ncia de curtosmonofasicos sac inferiores aI,S pu (valoresmaximizados). Admitindo-se que 90% dos cu~tossejam m6nofasicoS, resulta uma taxa de 12,96curtos monof~sicos/ano no sistema. Este tipode sobretensao pode ocorrer em qualquer subesta9ao do sistema. Os riscos de falhas nas subesta9&es para esta sobretensao estao no. tabela 4.2.4-1.

Curtos polifasicos ~ as maiores sobretens6esque foram.obtidas no TNA sac para curtos bifasicos-terra, manifestando-se principalmente nasUbesta9ao de Itaipu (maximo = 2,0 m) para curtos nas proximidades cl_e 13; IV e SR (tabe1a 4.2.4-2). Nas demais suhesta96es as sobretensoes nao ultrapassarZL'Tl1,5~u. Sendo 90%dos curtos monofasicos, os bifasicos-terra ficarao da ordem de 10% acarretando os numerosde ocorr~ncia/ano do. tabe1a 4.2.4-2. Os 1.iscosde falha em Itaipu e nas demais subesta9&es estao no. tabela 4.2.4-3.

4.2.5. Riscos de fa1ha durante a elimina~ao de curtosAs sobretens6es em uma subesta92l.0, decorrentesda elimina9ao de curtos nas 1inhas desta subesta9ao, t~m valo1.es diferentes nos vaos da Ii

.nha defeituosa e no restante da sUbesta9ao(vaos de linhas nao defeituosas e barras). Estas sobretens6es ocorrem em apenas uma das fasese

Curtos. npnof5s.icos. - eIl1q~a,lq~lei;::;.uhes,til,<;;a.odo

sistema, podem ocorrer sobretens.oC'5 devi.do aelimina9~0 deste tipo de curto, acarretando emraros casos sobretensoes superiores aI,S pu(sempre inferiores a 1,6' pu) nas barras das

to) aproximadamente metade dos curtos no sisteroa envolvern sobretensoes de 1,5 a 1,85 pu e, a

mas acima de 2! 0 pu lind tadas pelos pa.ra-raiosa este valor). Caca grupo das sobretensoes tera urna ·taxa·de ocorrencia de 12,96/26,48/ano. Os riscos de falha nas subesta<;cesdo sistema para estas sobretensoes estao n~ ta

Curtos polifasicos - as sobretensoes maximasobtidas no 'l'NA para curtos bifasicos-terra registraram-se em Itabera, para curtos nas Iinhas Itabera - Ivaipor~ pr5ximos a Itabera:l,8pu na barra de Itabera, 2,07 pu nos V2.0S de Iinha para T.Preto ou S.Roque (ate 0 capacitor

ra ("para Ivaipora) reduz estas sobretensoes para 1,52 pu, 1,7 pu e 1,52 pu. A e1imina<;~0 decurto~ em outros pontos do sistema acarretamsobretensoes inferiores 1,7 pu na subesta9aode Itabera. Em resumo, as sobretensoes em Itabera foram assim agrupadas.

2,0 pu no lade da linha do capacitor s~rie(linha para T.Pre-to e S .Roque)., com frequencia de ocorr~ncia de O,l/ano (10 linhas x

0,3 defcitos33 Krn x ..'-----------. x 0,1 t &

100 Km-ano

- 1,8 pu nas barras e vaos de linhas nao dcEeituosas para Ivaipora com frequencia'de. O,llano.

de 1,44 - 0,1 = l,34/ano.1,8 nos vaos de linhas-defeituosastor aberto) com frequencia del,44/ano.

Nas demais subesta90es do sistema registrou-sesempre sobretensoes inferiores a 1,7 pu.

4.2.6. Riscos de falha durante £loi921o de cargo.Durante rejei90es de cargo. podem ocorrer sobretensoes transitorias > 2,0 pu nas subesta90esdo sistema, simultaneamente ~as tres fases. Estas sobretensoes podem ocorrer apenas nos termrn~is d~slinh~~ em rejei9ao ou atingir subesta902s inteira~.

No caso de utiliza9ao dos para-raios de Ilgap"ativo de 612 kV, que tem uma faixa de disparode 1,66 a 2,0 pUJ ~ razoavel admitir-se quedurante 0 crescimento do. sobretensao pelo menos llin dos para-raios do sis-tema opere antesde 2,0 pu 0 que aliviara as sobretensoes em to

de de obten950 de dados relativos 0.0 tipo dedistribui9ao de disparo de p~ra-raios admitiu-

• se uma distribui9ao em que 0 valor mais provo.vel de disparo esteja entre 1,8 e 1,9 PU, maispr6ximo do limite m5ximo de disparo de 2,0 pu.Os riscos de falha estao nas tabel~s 4.2.6-1 e4.2.6-2 para as divers as combina90cs de DSL'sestudados e para freq~8ncia de ocorr~ncia derejei9ao de cargo. de uma vcz/ano. No caso deutiliza9ao de para-raios de 6xido de zinco vo

rificou-se no TNA que as sobretens5es nao. ..

trapa~,sam '1,7 pu.4 _2. 7. Analise dO'sriscos defa'1ha

Dos riscos de faL~as encontrados nos itensteriores, pode-se observar na tabe1a 4.2.7 queas sobretensoes de manobra mais crlticas sacaque1as devidas a rejei9ao de carga pois acarretaram a maior frequencia de falhas na subesta9ao. Estas sobretensoes governaram a coordena9ao de isolamento das subesta90es do sistemade Itaipu e dos resultados apresentados nas tabelas 4.2.6-1 e 4.2.6-2, cogita-se em aceitarcomo satisfatorio 0 desempenho das subesta90escom BSL de 1425 kVpara os equipamentos e 1550kV para a insta1ayao que terao uma taxa de faIhas situada entre 1 vez/5 anos e 1 vez/65 a

1 vez/130 anos, respectivamente. Estas taxasde falha na subesta9ao deverao ocorrer apenasnos est~gios iniciais de opera9ao do sistemapara a q~a1 estfi prevista uma taxa de ocorr~n-cia de rejei9ao de carga bastante elevada . de1 vez/ano (refer§ncia 3). Com a natural ev01u9ao do sistema esta taxa tende a diminuir, parexernpl~ 1 vez/5 anos, passanda a taxa de fa1has na subesta9~0 a se situar entre 1 vez/ 50anos e 1 vez/650 anos.

Para1elamente, estao ainda em andamento comp.9:.rayoes econ5micas visando deterrninar a viabi1idade de se adotar 0 BSL de 1550 kV para todosas equipamentos.

4 ...2 _8. ES2.9~mcnt::0s pa~te viva-mac>saPara a determ:Lna9do do esp<J.yamento mlnimo fase

-terra admitiu-se uma suportabilidade fClse-terra gue tenha,a. 1550 kV, 10% de probabili(:~de de descarga.. Osc§lculos foiam realizadossegundo a referencia 51 chegando-se a "lUnd distancia mInima de 5/00 m.

4.2.9. Espacamento entre fasesAindn baseando-se na referencia 51 mas admitindo-se un1 fator mul tiplicativo da suportabilid~de £ase-terra igua1 a 2/0 (e nao 1/8 como cit~do) para se levar ern considera9ao possiveis v~ria90es no CFO devido aos parillnetros a (rela9aomagnitudes de impulsos) e ~t (diferenya de ternpo entre as cristas dos impulsos) I alem de sedimi.nuir a probabi1idade de descargas entre fases em re1a9ao a probabilidade de descargas fase·-terra I determinou-se uma dist5.ncia, entref~ses de 10 ml na configurayao elnel-anel da ci

'.~:j;p,da-r.efer:encia.-_..-o.~c:-'-

Os estudos foram realizados com programa digital de ondastrafegantes, determinando-se as sobretensoes nosdiversosequiparne.ntos da sUbestaqao.

Foram estudados os diversos tipos de vaos das sUbestayoes:vao de 1inha com reator, VaG de 1inha com reator e capacitor sErie, VaG de linha com capacitor serie e VaG de auto

as situa90es de opera9ao com disjuntores fechados considerando-se agenas dois circuitos, 0 que acarreta as maioressobretensoes na sUbesta9ao (tabe1a 5-1). A maior sobretensao incidente e 1imitada pe1a suportabi1idade das torres:CFO (1 + 30) = 3160 kV, nao se considerando atenuayao porcorona. Desta forma 0 estudo foi conduzidomente. (r'eferenda 2).

Quanto as situC190es de incidencia dn raios com 0 disjuntoraberto, considerou-se apenas esta possibilidade no caso dedescargas mG1tiplas que, Com base ern dados das referEncins

6 e 7 (probabilidade do intervale entre raios exceder a 4ciclos 30%, probabilidade de ocorr&ncia de descarga roG1tip1as - 70%, probabilidade do raio exceder a 30 kV = 5%e probabilic1ade. da ::moa ter frente inferior a, 1 ~s =50%) ,foram estimadas'com magnitude m&xima de 1015 kV e frequ&ncia de ocorrencia de 1 vez/625 ar.os em uma SUb2st~a9ao com10 1inhas num ru.io de 10 Kll1.- ...., ~.As distancias de separa9ao entre os p~ra-ralos ementos encontram-se nas i1ustraco2s 5-1 e 5-2.·.As frentes de 'ondas dos surt.os feram obtidas em £un92o donumero de 1inhas (ou distancias de origem das descargasemrela9ao a subesta9ao) para frequ~ncias de ocorr6ncia de1/50 e 1/25 anos (t.abela 5-2) f acmi tindo-se uma cl.istor921ode 1 11S/ Km por efeitocorona.5.1. Criterios de analise

_s_u~_r_t_..~b_i_l_._i_c1..'~_,,-G_"'..~_d_._e_.·_E_qu~p~J_ar_11_2_f'_'t_o_sA suportabilidade de equipa.c--::entospara impulsos at.mosfericos e-' v8rlflC"a-da'eln-lab6r-c'fto~cioatrave.s dostestes de onda plena (magnitude igual ao BIL e formade onda 1,2 x 50 11s)'e de onda cortada (magnitude igual a 1,15 e 1,29 x BlL e forma de onda 1,2 x 50 11Scortada a 3 e 2'11S, ~especti~amente) .

.Entretanto/ as formas de onda que aparecem nos terminais dos equipwuentos de wu2 sUbesta9ao deviclo a incidencia de impulsos atmosfericos, nao tem a fonla

nao padronizadas do tipo cortada com posslveis oscila908s super~mpostas ou do tipo oscilatoria.

o problema resulta em deterTlinar 0 BlL de cada equJ:.pamento em fun9ao das ondas nao padronizadas a quesac submetidos.

Exi~tem dois m6todos citados na refer~ncia 8 que sacnormalmente ut.ilizc•.dos (na determina9ao do BIL de equipamentos e de suas dist,2!:.ciasaos para-raios) para avaliar as formas de ondas nao padronizadas em

termos da onda padronizada 1,2 x 5Q ~s:m6todo do indice de severidade (Severity Index: SI)metodo do tempo de corte (Time~to-Chop: TTC)

o primeiro metodo (SI) e baseado no princlpio do.igualdade de energia e foi desenvolvido atraves de testesrealizados em transformadores a oleo. Por este metado e possIvel estabelecer se determinada forma de ondo. nao padronizadatem maior ou menor poder

"VO que a forma de onda padrao 1,2 x 50 ~s.disrupti

Como estemetodo baseia-se em pesquisas que estao em desenvolvimento ate os dias atuais, nao foi utilizado no. anali

"se dos resultados.

o segundo metodo (TTC) consiste no. determina<;;ao de Ul.1a

onda"padraoll equivalente (1,2 x 50 11S) - cortada emdeterminado tempo Tcn a on do. n20 padronizada queaparece nos terminais do equipamento e comparc:mdo amagnitude do. onda nao padro~izada com a magnitude obtida do. durVa"suJ?ortabilidade· x tempo."-·

Assim, por exemplo:TCH = 3,54 ~s

(i1ustra<;;ao5.1-1)K ;, 1,11

(i1ustra"<;;ao5.1-2)

BlL x K;;: magni "tuc1edo. sobretensaoBlL x 1,11 = 1800'BIL = 1621 kVEste foi 0 metodo utilizadoembora tenha a desvantagem do jUlgamento subjetivo que pode ser dado 5 onoo.lIpadr~ol\equivalente. Dos oscilogramas obtidos (i1ustra<;;ao5.1-3 a 5.1-10) observa-se que a maioria dasondas tern urn corte equivalente em tempos menores que3 ~s. 0 criteria a ser adotado para os eq~ipamentoscom iso1amentos auto-regenerativos sera:

Suportabilidade (3 p5) = sobretensao x mClrgem de seguran9a

V MAX x J., 10 .

VHAX

rio mai.s conserva ti vo, admi tindo-se que as ondas SE'~

jam do tipo plena:

BIL ~ V ~ x 1,10rnc, xObs.: (1) A dc·terrrrincl.(;aodo BIL dc.s buchas pode ser

baseo.do. no. iguo.ldade de suportabilido.de do.bucha e do enrolarnento. Sendo a bucha urnisolarnento autoregenerativo e 0 enrolarn8nto

.nao regenerat.i '"TO 1 tem-se:BIL (b ' )____ uc0.:E:..- =_~22~

1 - 30BIL. 1 )(anro amen toPara impulsos atmosf~ricoslogo;BIL(. \ ?- 1'.06 BIL (e),D,

(2) Dutra filosofia ~ adotar 0 BIL(bucha) =BIL(enrolamento) desde que fiql.12uma mar gem adequada em rela~~o aos pEra-raios quanto adescarga pela bucha.

as seguintes de ondas:Disj unt.or fechado:Conrigura~ao lLT ~ lA~ = 500 kV/~sCon£:igura~ao lL'l'/CS- R -{-lLrr/CS=lOOO kV/~sDisjuntor aberto:Configura~ao lLT/R, lLT/CS - R e lLT/CS =:4800 kV/~sOpera~~o do paro.-raioAs tens6es de descarga dos para-raias ( 612kV) scrao consideradas em fun~ao do. frente

de onda incidcnte:frentes de anda de 500 e 1000 kV/ s + V" =dlsp

- frentes de andu. de 1200 kV /ps -r

frentes de anda > 2000 kV/~sVd" =1670kVlSP

+ Vd" =1700kVlSP

s~a de dispu.ra igual a 1330 kV,mente da frente de anda.

5.2~ Casas estudados. Resultados das sobretensoes na subestaqao5.2.1. Casos ~o~ disjuntor fechado

Subestaq~o com 4 vaos (LT/R)_ - Este caso foiestudado com frente de and a de 2000 kV/llS ( ta.bela 5-2, 1/50 anos). Pade-se observar da ilustraqao 5.1-3 a influencia do aumen-to de n9 de

vaos da subes-tac;ao Cexceto no vao do raio inc5_dent~, em que a sobretensao cresce ao valor dedescarga do seu para-raiol.

SUbestac;ao com lLT/R + lIl.T- Na configuraqaolLT/R + lAT os raios s5 podem atingir a subesta<;;~opela linha de transmissao. Da tabe1<:1.5-21 para uma (1) linhet, obtem-se uma frentede onda 480 kV/~s no perlodo de recorrencia de1/50 anos. as casos para esta configurac;ao serao estudados com Fa ::= 500 kV/ps e DIll caso comfrente diferente para sensibilidade (1000 kV /llS) •

Os resultados das sobretensoes encontradas nosdiversos equipamentos da sUbcsta<;;ao encontram-se na tabela 5.2.1-1 e ilustra<;;oes 5.1-4 e5.1-5.

SUbest:ac;;aocom lL'r/CS - R + lLT/CS - Nesta configuraq50 os raios po~em atingir a sUbcstac;5o

pelas duas linhas, obte~~sG uma frente de anda960 kV/ps no perloc1o de recorrcncia de 1/50 anO:3.Os casos p~ra es~a configura9~0 ser~o estudadoscom FO = 1000 kV/ps e alguns casos de.sensibilidade para frentes difeY2ntcs (500 e 1200 kV/ps).

tabelas 5.2.1-2 e 5.2.1-3 p~ra-raios incidentespela LT/CS - R ou LT/CS, respectivamente ( ilustra9~es 5.1-6 a 5.1-8).

SUbesta90es com disjuntcr abertoOs raio:;;podem atingir as subesta90es com disjuntor aberto nas configur290es lLT/R, lLT/CS -R e lLT/CS. Da tabela 5-2 para 10 linhas, abtem-se as frentes de onda 4800 e 2400 kV/ps,comperlodo de recorr~ncia' 1/50 e 1/25 anos. Comestas frentes de onda e magnitude da onda3160 kV -'(c'oYEa"da-a'J~lsr,-as-~c-sobretensoesdisjuntores podem chegar a 3500 kV nas config~ra90es lLT/CS - R e lLT/CS e a 2000 kV na conEigura9~0 lLT/R (tabela 5.2.1-4). As sobretensoes nos disjuntores nas configura90es lLT/CS-Re lLT/CS saa maiores qU2 as da configura9~0 1LT/R devido a malar dis~~ncia entre as p~ra-raips da linha (reator e v~o de linha) e asdisjuntores naquelas duas configura90es. Aca so1U9~0 neste caso seria a instala950 dera-raios·entre as disjuntores (na descida

~PE:do

"fly-tapll) conforme atestado pelo caso 6.1:Vr1AX (c1isjuntores) = 18-30 kv. Entretanto, asmagnitudes dos surtos de descargas rnu1tiplas[oram estimados em 1015 kV (com probabilidadede serero excedidas apenas uma vez a cada 625anas). A an51ise dos resultados ser5 portanta,calcada apenas nos resultados dos casas5.3 e 6.2 da tabe1a 5.2~1-4 ([rente de4800 kV/ps).

4.3 I

and a

Aplicando-se aos resultados das sobretenso~s os criteriosde analise estabelecidos no item 5.1, poder-se-ia escoIher os seguintes BlL's entre os padronizados pela lEe:

. Hargem de proteyaoEguipamento BlL (%)

(kV) 612 kv 588 kV. . . . ..

Autotransformador

· enrolarnento 1800 25 35

· bucha 1800 35 47Reator

· enrolamento 1950 35 47• bucha 1950 46 58

Disjuntor 1950

.'Seccionadora " .. - .. . - - 1950 - . - ..

'l'ransformador de corrente

· enrolCtmento 1950

· bucha 1950

Divisor capacitivo de potencial 1950

Postes isoladores 2100v

o BIL de 2100 kV determinado para os postes iso1adores edivisores capacitivos poderia ser reduzido para 1950 kVse se considerasse que a sua determinay~o foi feita emcondiyoes-de operayao que somente ocorrerao no estagioinicia1 do sis·tema, em que uma sUbestay20 pode operar comapenas dois circuitos.

Localiza9ao dos para-raiosHa necessidac1e de insta~a9ao de pelo memos.urn p5ra-raioem todos os vaos de linha e autotransformador nas subestu9°0::; do sistema.

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Nos casos de linha com reator (n~o manobr5vcl) os estudosde incidencia de raios indicara.m' q,ue haver-ia a necessidadeda instala9~0 apenas dos pfira-raios do reator CPR1) que ficarla localizado do lado da linha da seccionadora do reator. Desta forma, 0 pfira-raio ficaria conectado a linha

-caso fosse prevista a opera9ao da linha sem reator durantea manuten9ao deste 'ou perlodos de carga pesada. Entretanto, justamente os vaos de linha sao as mais solicitadospelas sobretensoes, tanto de raios atmosfericos como demanobra. Recomenda-se; portanto; a instala9ao dos para-raios do reator e do para-raio de linha per uma seguran<;;aadicional plenamente justificada pelo baixo custo destesdispositivos em rela9ao aos eguipamentos por eles prot~gidos.

REFE:R.t;NCIASBIBLTOGRi~FICAS

(2) O. Kastrup.Filho et alii - CoordenaQ~o de Isolamento dasLinhas· do Sistema de Transmissao de Itaipu, IV SNPTEE --Rio de Janeiro ..,.Setembro .1977

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Colloquium of CIGRE SC 33, Montreal - J~0ho 1975

Tabe1a 4.2.2-1 - Sobretensoes de energiZ2yaO durante a reconstituiyao do sistema

Local V SO% (pu) V30(pU)---- .~

Inlcio de 1inha 1,SO 1,7S,-a--

Fim de 1inha 1,70 2,,00

- - ~

-, --Local VSO%(pu) V30(pU}

~

Iniclo de linha 1,13 1,30

Fim de 1inha 1,29 1,60 ],

.~ ~~ ·jf· ~-.J,,' -'.J~.- ..••~' ~~I ...,.J ."''- -. .Ii!!" " '-AI"; '_Jri'" "-41.) ,~.I;.' ~I ---b' '-....J.y ~! "fV

114.2.2-3 - Risco de falha em subestayoes para

BSL (kV) - Risco (%) NAF(SE)

Inicio de linha ' Fim de linha ,Inicio de Fim de,!

Equipmnentos Insi:alas;:ao I Equip. Instal. SE Equip. Instal. SE 1inha linha,

II 6,6 5,1 6,6 11,0 517 11,41300 1425' , 150 9

I 10-1 10-3 10-1 10-1:,

I

1425 1550 5,1 9,0 5~1' 2,9 1,0 3,0 20 x 103 33310-3 10-5 10-3 10-1 10-2 10-1

1550 1675 3,3 6,0 3,3 5,1 1,2 5,1 3 x 106 20 x 10310-5 10-7 10-5 1.0-3 10-4 .10-3

. I

• SclJesta~ao = Equipamentos + Instala~ao• NAF = N? de anos para ocorrencia de uma fa1ha na subesi:a9ao

Frequencia das energiza90es (=frequencia de rejei9ao de carga) = 1 vez/ano

Tabela 4.2.2-4 - Risco de falha em sUbest~~oes para energiza~oes normais

I3SL (kV) Risco (%) NAF(SE)

, Inicio de linha Fim de linhaInstal. I [Instal.

Inicio de Fim deEquipamentos Instala<;ao Equip. SE Equip. SE linha linha

I

I I

j 1300 1425 7,8 7,.8 I 3,6 4,2 3,610-9. <10-9 . -9 10-4 10-6 10-4 109 10310 10 x 23 x

I ..

1425 15501<10-9

2,4 2,2

I <10-9 <10-9 -(, 10-Q 10-6 9'2,2xl0 >100xl0 45

I. 1,2 1,2 I~10 -9 <10-9 <10-9 10-9 <10-9' 10-9 9 8 lo9!>lOOxl0 x

I

Subesta<;ao :::Equiparnentos + Instala<;;aoNAP :::N9 de anos para ocorrencia de ~wa fa1ha no..subesta<;aoFrequencia das energiza~oes :::12 vezes!ano .

Tabe1a 4.2.3-1 - Sobretensoes de religamcnto tripolar

v V50% (pu) 3a (pu)

Tabela 4.2.3-2 - Risco de fa1ha em 5ubestacao para religa~entos tripolarI''I

I

BSL (kV) ,Risco ( %) NAFI (SE);Inicio de 1inha Fim de :l;inha I

Equip .1 Instal. I,I

IE' IInsta1.Inicio de Fim, de

j Equipa..mentos Insta1a<;;2.o SE ',qtllp. SE 1inha 1inha

I 1300 1112:> 1,0 J.,/. 1,0

! 10-5 10-7 -5 1;9 -1 2,0 10 106 5010 : 11,3x10 x~4 ~ 6,61425 1550 ,~ 4,5 I 6,3

10-8 I < 10-9 10-:-'810-2 -3 10-2 9 3I 2,9x10 2 x 10 11,5xlO

I,

I 1,6 1 I

I1'1,8

1550 1675 10-9 <10-9 , 1<10-9 -3\ -5 10,-3\

91 -:>1,5x10 10 >100x10 60Y-10..),

0'J I

• SUbesta<;;ao == Equipamcnto + Insta1a<;;&o•,NAF == N9 de anos para a ocorrencia de DBa falha no. subes-tac;ao

Frequencia de re1igamentos == 0,3 des1iga~entos/100 km-ano x 300 km == O,9/ano/1inha

• t,; ...~d,) ,

_ _-:::.a.

::'f,~--~,; 1 1550 I.... --r---. _____

Tabela 4.2.4-1 - Risco rle falhC1 ert'subesi:ac;-:oesdurante a ocor--rencia de curtos monofasicos no sistema

I-

rBSL (kV) RISCO (%)NAF__ IEquipamentos Insta~ac;ao Equip. Inst:..a.1-SUbesta.:;aoi

I -~- -.1300 1425 2,7 2,3 2,7-3 -5 -3 I 286010 10 10

,~, ,

r2O

:

10"j8,4 7,9 8,41425 1550 -6 -8 -6

10 10 10

_______~__1_67_5.l1~< 10-9

SUbestayao - Equipamentos + Instalac;ao

I I2,9 I 6!

_1_o_-_8_~I__2=O J= N9 de anos para ocorrencia de lliuafalha na

subesta<;;ao..

SOBRLTEI'JSP.o N? IE OCOPJ'tNCIAS,~

CURro 20t EI1 ITAIPU POR ANO(pu) -

Ate 2,5 km de IV(ou IB) 2,00 0,008

2,5 - 5 krn de IV(ou IB) 1,85 0,008

Ate 2,5 J<:m·de SR 2,00 0,0025

2,5 - 7,5 kIn de SR 1)85 0,006f--- -

- -.. - -- . - ~ .. - .-

D2TlBlS km 1,50 1,4Lf

Tabela 4.2.4-3 -Risco de fa1ha em sUbestaqoes durante a ocorrencia de curtos po1ifasicos nosistema·

Itaipu . Outras SEts

I BSI, (kV) -I Equip. Instal. SE (1) I Equip. Instal. I SE (1)

'I ! - 'RiSCO! NAF Risco NAFRiscol Nl'FII~Riscol NAFI RiSC01. NAPi Risco NAFECiuiparnentos IInstala<;ao" (i) ~ (2) I (%) . (2)! (%) (2) (%) '. (2) I (%) ~~. (%) (2)

I I . '1\ ~ 1/2Ii--~ I ~~. 26 2,311 3 I. 2,7 261300 1425 I,G1i 42 ; 1,67 41 1,68' 40 ..~:'i.! 3 -5 6~ -3 3

I ~ J J_-! ..10 110 Ll. 10 , 10 10

I ~ 6,2 r j 6 r 9 I 8 ,Ii 8 . ~ 8, 31~'9 880 I 8 '51;. 8 ,2! 1550 110-11110

110-21995 <10-1

85110~6110 6110-S106110-6~0 61

i i i l ~ 1 i 2 (9 ~ 2,41 -d 7 I J

I I 2,6 ! 2,6 8,7 ~ 78 ~ 2,7 ~ . ~ -# "2r9~ 2,4

, 1675: 110-2 110 -3i ~O-4 1103110-2

25001 10-silo 91<10 1>10 II! 10-8'1. 109

11

; ij. ~ ~ ~ ~. ~ ~ ~ ~ - - -

(1) Subesta<;ao = Equipamentos + Instala<;ao(2) NAF = N9 de anos para ocorrencia de uma fa1ha.

Tabela·4.2.5-1 - Risco de falha em subestacoes durante aeliminaqao de curtos monofnsicos

BSL (kV) Barras e vaos de linhas Vao 'da linha defeituosanao defeituosas, I,

Equi pa.'11en tos Instalaqao Subestaqao Equipamentos Instalaqao SubestacaoI Equip. Instal. I Risco NAF I Risco IIJAF Risco 'NAP Risco Risco N.i\.F Eisco Nt"F

I NAF (FAN) (%) (FAN)

I (%) I (%) (% ) i (%) (% )I

,I

I1300 1425 1,1 70 1,4 5,5 1,1 ,~70 46,5 0,166. 29 0,266 48 0,161

10-3 10-3 103 10-1 I

.' (6,02) 3,76) G(22)I

I1<125 1550 4,8 16 5,8 1,5 4,9 16 3,8 2 1,7 ,15 3,9 2

I 10-4 103 10-6 106 10-4 :,103 10-1'i

I -1550 1675 . 2,1 L' <10-9 >100 2,1 4 8,6 90 2,1 3650 8,9 87i

"

10-6 106 9 _r106 10-2

I 10-3 10-210 ' 10 \)

SUbestayao :::: Equipamentos + Instala<;:aoNJI.F = N9 de anos para a oco:.t:"renciade u.rnafalha

to FAN = N9 de falhas/ano

N C)VIenrn

"•.....0'-!

Tabela 4.2.5-2 - Risco de talha em subestaqoes durante a elimina~~o de curtos polifasicos no

! Itabera 'laos de 1inhas defeituosas de\BSL (kV) outras SETs

I I i -I Equipamentos Insta1ar;::aoI ""ubns·,·",(;,;;OEquipamentos SUbesta~aou c:: \..<;.:._0. Insta1a<;<loI ,.

I i j Risco iRisco NAF Risco NAP RiscO; NAF ~. I NAF NAF Risco NAFI .f\.lSCOI Instal. ( " \

I (.%)! Equip. ( %) (q. ) I (% ) {%)'6 J -"I II

I I , 1,1'.I 1300 1425 10 6,51 3,5 18,5 10 :1 6,5 4,1 16,9 -1 630 4,2 16,5I.

I I 101,1 , 5,3 9,1 76 5,4,

1425 I 1550 211 31 -1 590 2,2 30 -2 1300 -4 3 -2 130010 ,I 10 10 10 10'i

I 5,4 1,7 I 40 5,q 4,6 150 6,3 11 4,7 1481550

-I

1675 I -2 1200 '"

I3 -2 1160 -4

I3 -6 6 -4 3-:;;

II 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10I ,

E Q U I P II n E 11 T 0 S Insta1<:1l;:aoSubcstC\c;:iio

n S L Disjuntores e I, Divi"orcs lcar~~i~orcs I CuChtlS (1) (2)Scccionadoras T. corrente ICi1pi1Cilivos scr~c (rei1tor),

iRiSCO I IR·Risco ClN:' Risco r~2\F 1<isco nj\F Risco ~Jl\P Risco !lllF Nt-.r:' .lSCO NAPi (%) (3) ('6) ('6) ('OJ (%) (%) I (%)i ECJuipu.mentos

l'i25 k~625 2700 3333 4167 8050 122 90

8,0 1,85 1,5 1,5 6,2 4,1 5,55

I (4)-

I 1425 kV 10-1 10-1 10-1 10-1 10-1 - 10-1

Insta1a<;:ao 125 540 667 833 1610 '241/2 18I (5) .iL--.

Equipamentos625 2700 3333 4167 8050 :14 325

425 kV 8,0 1,85 1,5 1,2 6,2 3,5- (ll)

103I 1,5.5 '---

1550 kV 10-1 10-1 10-1 10-1 10-2 10-2

Insta1a<;:ao 125 540 667 833 1610 2860 65(5)

i"-- I

385\

I IE'1uipamentos I ,45 31" 4~5 9:;0 ' c' 3)

\I

~,-, j

S5D .lev 6,8 103 1,6 103 1,3 101il,1 =-jS'3, 103 2,6 10(, 1,3 103._, -. --_._---- ~._- -- I - ----=-- (4j

10-3 10-3 10-3 110-3 10-4 10-2 --11';75le" 15 (,2 77 91 10-" 190 385 7700Insta1a<;:ao 103 '103 103 103 103 103

(5) ,

Instala<;:ao gaps em ar + cadcia de isoladores + postes (barra~entos rigidos e filtros de onda)SUbesta<;:ao cquipa~entos + insta1a<;:aoW\F =: nWnero de anos para ocorrencia de uma fa1haFrequencia de ocorrencia de rejei9ao de cargaFrequencia de ocorrencia de rcjei<;:ao de carga

1 vez/5anos1 vez/ano

Equipamentos425 kV

1425 kV

Insta1aqao

Equipamentos425 kV

1550 kVInsta1ac;ao

Equipamentos550 kV

1675 };.V1,6- -1Insta1aqaollO

----'-0 ·--(1)-Ins talayao(2) SUbestayao(3)

(4)

(5)

RiBCO N}\Y(~,) (3)

44(4 )

44(4)

3125(4)

OiBjuntores eT. corrente

Risco(0 )

nivi"orC'sCtlpZlcitivos

Risco:(0) '1:\1"

3,010-2 3333

Risco I !l'IP(% )

2,5-')10 -

l1uchi1s(rcator)

Risco(% )

9,355 10-1

9,310-1 110

rasco(%)

Insti1'L:l<;-ao(1)

1-.11,1;' = r':{im~r0 it", ?'111C:: n;::tr~. ncor:rp.nc;irl,S, nEe nma fillhaFrequencia de ocorrencia de rejei<:;ao r1c carr:u 1 uoz/5 :l.nrI~

Frequencia de ocorrencia de rcjeic;ao de carga 1 vez/ano

1,310-;2 7700

21,290 4,7

665

3.0~10-1, 333

gaps em ar + cadeia de isoladores + postes (barramentos rlgidos e filtros de onda).equipamentos + instala<;:ao

Tabela 4.2-7 - Riscos de falha ern sUbcstayoes ~arasobretensoes de rnanobra

I ocorrencia iN9 de anos para de uma SEts

falha na su,.,~esta<;ao envolvidasEvento BSL. ==1425kV BSL.=1550kV BSL.=1675kVJ:. J. J:.

-, BSL=1300kV DSL =1425kV BSL =1550kVe e eEnergizas;ao (fim de linha): :i

1 - reconstitui<;ao do sistema 9' 340 6T20 x 103 todas- normal 23 x 103 4 x 10 65 ;{ 108 toduS

I

i 2 I i

I 1.03' 103Religarnento tripolar (fim de linha) 55 1,8 x 75 x todasf I Occrr~ncia de curtos:

3 I - monof~sico 2860 920 x 103 266 x 106 todasI - polifasico ~o 85 2500 IT

I II Eliminac;;ao de curtos: I- monofasico

· L'l'defeituosa 0,16 - 2103 87

106 toc1asL3.do - da SE 70' 16 4 todas4 · S.J.O X x

II

- polifasico103 I

· LT c1efeituosa 16,5 1300 148 x todasLado -- da SE 6,5 30 IJ.60 IB· sac

I

5 Rejei<;3.ode carga - 1,8 PlJ 18 ,- I 65 7700 IV, IE1,9 P1-1 1 C" 5 330 I TP I SR_,0 I

BSL. ~~ Nlvel de isolamen-to a manobra da instala<;ao1.

BSL = Nlvel de isolamonto a manobra do~:;cqui pamen tose

Tabela 5~1 - Dist5ncia de queda das raios e tens~o na'subesta~ao em func;ao do numera de linhas

N9 de Distancia (km) Tensao na-

Linhas 1/50 anos 1/25 anos Subesta<;;ao (*)1 6,66 13,32 2E2 3,33 6,66 IE3 2,22 4,44 (2/3)E4 1,67 3,33 (1/2)E .5 1,33 2,66 (2/5)E6 1,.11 2,.22 (1/3)E7 0,95 1,90 (2/7)E8 0,83 1;67 (1/4)E9 0,74 1,48 (2/9) E

- -10 . -." ~;:;':-O-66- -~-- ~-_.-f'~-~n- ,- - . (1/5)EI

T~bela 5~2 - Distanci~s de aueda dos raios e920 do numero de linh2s

onda incidcntcs DC? subc;:L--:r";;o

1/50 anos I 1/25 anos."

N? de Frente de Distancia - I Frente de Distancia -a alinhas· onda Su.be:3t'a<;;ao onc1a , subestaC;2o

(kV/fjs) ,(kIj1) (kVf.is) (km),1 480 G ,6:5 240 13;32

II I2 960

I3 r 3'-3 480 6,66

I3 1440 2;22 720 4,444 1920 1,617 960 3,33

10 4800 016,6 2"100 1,33. I

Localiz,,-u\,ao SolJrctcnsoes rlz,xif'las(kV)

Caso Parametros dos ECJu~ p,11""nlo --para I:aios Barras de Reator Disjuntor Auto

tra[o1inha

S/capa1.0 OP PR1 + PR3 2125 1450 1450 1G40 1525

· Fl'IS

· Sjcapa1.1 · OF PR1 + 1'R3 2120 15:1.0 1450 1785 1565

· nls

· S/cap"PRl 21201.2 · nls (pR2)=0 ,9Fl'IS (PHI) + PR3 1440 1440 HOO 1290

· 01'

· S/capa'1.3 n:s (1'1,:1)=0 ,9 FI'IS (PR2) PR1 + 1'R3 1945 1405 1250 16G5 1455

· 01'

· S/cap«1.4 01' PR3 2885 2765 2810 2710 1470

· FHS

· Sjcapa1.5 01' PRl 2150 1600 1440 1945 2335

· Fl'IS

1.6 Para raios de o. ZillCO PRl + PR3 2040 15bS 1435 1745 1470· 01'Clcapa

1.7 · O? PR1+PR2+PR3 .· 1"\'1S ..

· FO = 1000 kv/lls

S/Capa = Scm capacitancias dos c'1uipu.mentosC/Capa Com capacitancia dos e~ui~amentosnp Onna plenaPHS Tcnsao de dcscarg:J d05 para raios

p'a'raon'da plena

50bretensoC's r.1c1ximas (kV)--

Caso Parametros Loca1izil9ao Equiparcntodos Barras dil Reator Cz Disjuntor C1para raios linha

· 5/capa2.0 OJ? PR1 + PR3 1450 1450 1450 1450 1395 1595

n:s

· C/cilpa2.1 · OJ? PRI + PR3 1450 1490 1440 1470 1440 1570

· FHS

· C/cilpa2.2 · 01' PR1 + PR3 1615 1510 1460 1530 1500 1630

· HiS

· 7 = 300 nL

· C/capa 12.3 · OP PR1 + PR3 i 1755 1570 1430 1630 1655 1625,Para raios o. zinco I j-

I18J

· S/capa2,4 · OP PR1 + p,n 1580 1670 1680 1650 1520

· FO\'IS = 1670 kV

· 1'0 = 1200 kV/llS

· S/capa· OP

.2,5 - , _~':s_ PP1<,: PP) 11;11) 1450 - .1450 - 1565 ·1625

I · 1'0 = 500 kV/llS'· C1 by passado

, !;/cilua

~

· Op2.6 HIS I'Rl + PR3 1625 1455 1455 - -

· 1'0 = 500 kV/llS· C1 c C2 by passado

S/capaC/capaFHSFO\'1S

Scm capacitancias dos cquipamentosCom capacitancias d05 equipamcntosTcns~o de descar0a dos pEra raiosTcns50 de dis[)aro dos p5ra raios nafrentc de andaInpcdancia carilcteri:stica de linha,barras e conexoes

Sobretensocs maximilS (kV) 1Caso Parametros LoeulI zil<;,iloDarr.:ts Equil'"mento Reator C2 Disjulltor ~:~dos da

para raios linhil

· S/eapa3.0 · op PR3 + PIU 1560 1425 1455 1440 ,1500

11470

· FUS- r=;· C/eapa

3.1 · or PR3 + PR1 1450 1445 1445 1420 1410· Fl-lS

C/eapa3.2 · 01' PR3 + PRI 1500 1445 1445 1510 1480 E,25

· F1,'S· Z '"300 n

L

· Cleapa

3.3 · OP PR3 + PR1 1585 1495 1355 1555 1510 1610

· P2ira raios ox. zinco

· S/capa3.4 · 01' PR3 + PR1 1780 1680 '1685 1510 1730 1700/· FO\-lS'" 1670 kV

-- · FO '" 1200 kV!lJs

· s/capa lsJ· 01'3.5 · FIlS PR3 + PRI 1480 1450 1450 - 1425

· FO '" 500 kv/psCS2 by-pas:sa(~o

--· s/capa

· 01'-3.6 -- n'1S - -,PR3+ PR1 1450 1340 1440 ' . .

1370· - .-· FO '" 500 :~V/).1s

I L___· C2 e C1I - -

f'R2 S/capil .- scm eapaeitancias dos equipar;~~ntosr C/eapa Com eapaeitancias dos equipcmentos~ ~ ~1J:01' '" Onda plena~l-12 C2 niS Tensao de descarga dos para raios para

1 onda plenaf'R3 I'm,s Tensilo de dispiJrao dos para raios na

frente de onda

PR5 .1 JPR4 7 ' Impedancia caracterlstica de linha,L barrils e eonexocs

-- --Loc~l i ~~;J.<;Zio FrC'nte I Sahre tcn~:>OC5 r:l;~lr.Qs (k'l)

Ca50 Config.::. Pararaetros dos de I ,-ra'i'ilo para ri!ios anda ) Equipilrr.cnto

! de Pcator C.Serie Disjuntor(1<'1/115)! Linha

I1-

IC/capil I· j4.0 OC PP1 4800 i 1800 1300 - 2000

· POI'S !

· C/capa I -

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