Modelagem de torres de linhas de transmissão e sua influência na suportabilidade elétrica dos arranjos isolantes solicitados por sobretensões atmosféricas

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Data

2025-01-31
Autor(es)
Jesus Júnior, Robes Silvério de

Orientado(es)
Doutor André Roger Rodrigues

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Abstract

Atmospheric discharges are natural phenomena responsible for the occurrence of high-magnitude disturbances in electrical systems. The incidence of electrical discharges in power transmission systems results in the injection of a high-magnitude surge current through the components of these systems, such as towers, lightning protection wires, phase conductors, and grounding systems. The product of the atmospheric electric current and the impedance of the system components produces high-amplitude overvoltages that must be withstood by insulation systems, particularly insulator strings. In this context, it is of great importance to accurately represent the surge impedance of transmission line towers both for carrying out insulation coordination projects and for studies of the electrical performance of transmission lines under atmospheric overvoltages. Thus, the use of models capable of accurately representing the surge impedance of transmission lines is necessary to reduce the number of outages in transmission systems. Motivated by this need, this work presents investigative studies on the main mathematical models for determining the surge impedance of transmission line towers, whether based on electromagnetic methods or experimental tests. To this end, a computational model capable of performing surge impedance calculations for towers, based on each model identified in the literature review, was developed using the ATPDraw software and the MODELS language. The results obtained were validated using surge impedance values from scaled-down tower models and real towers. Additionally, analyses were conducted to evaluate the influences of both the propagation speed of the atmospheric discharge along the tower and the positioning of the insulating arrangements on the silhouette of the towers during the occurrence of the backflashover phenomenon. The findings are relevant for obtaining more realistic and accurate results in studies of the electrical performance of transmission lines.


Resumo

As descargas atmosféricas são fenômenos da natureza responsáveis pela ocorrência de distúrbios de elevada magnitude nos sistemas elétricos. A incidência de descargas elétricas nos sistemas de transmissão de energia elétrica resulta na injeção de uma corrente elétrica de surto com elevada magnitude percorrendo os componentes destes sistemas, tais como torres, cabos para-raios, cabos fases e sistema de aterramento. O produto da corrente elétrica atmosférica pela impedância dos componentes do sistema produz sobretensões de elevadas amplitudes que devem ser suportadas pelos sistemas isolantes, particularmente, as cadeias de isoladores. Nesse sentido, é de grande importância representar com precisão a impedância de surto das torres de linhas de transmissão tanto para a realização de projetos de coordenação de isolamento quanto para estudos de desempenho elétrico de linhas de transmissão perante sobretensões atmosféricas. Dessa forma, a utilização de modelos capazes de representar com precisão a impedância de surto de linhas de transmissão são necessários para reduzir o número de desligamentos em sistemas de transmissão. A partir desta motivação, este trabalho apresenta estudos investigativos acerca dos principais modelos matemáticos para determinação da impedância de surto de torres de linhas de transmissão, quer sejam baseados em métodos eletromagnéticos quer em ensaios experimentais. Para tanto, foi desenvolvido um modelo computacional capaz de realizar cálculos de impedância de surto de torres para cada modelo identificado na revisão bibliográfica, empregando-se o software ATPDraw e a linguagem MODELS. Os resultados obtidos foram validados utilizando-se valores de impedância de surto de torres em escala reduzida e também de torres reais. Adicionalmente, foram realizadas análises para avaliar as influências tanto da velocidade de propagação da descarga atmosférica na torre quanto do posicionamento dos arranjos isolantes na silhueta das torres na ocorrência do fenômeno de backflashover. As constatações são relevantes para obtenção de resultados mais realísticos e precisos em estudos de desempenho elétrico de linhas de transmissão.

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http://hdl.handle.net/20.500.14387/2058

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