Localização de defeito em Linhas de Transmissão

Olá pessoal uma linha de transmissão de energia elétrica ela pode desligar por vários tipos de defeito como por exemplo queda da torre de transmissão cabo elétrico rompido isoladores danificados ninho de pássaro ou galho de árvore fechando curto circuito e principalmente por descargas atmosféricas e a pergunta mais importante como se descobre o local do defeito de uma linha de transmissão e essa pergunta é relevante porque uma linha de transmissão ela pode ter centenas de quilômetros e a necessidade de um referencial para deslocamento da equipe de manutenção A primeira estratégia para detecção do defeito é a medição

de impedância da linha de transmissão isso pode ser realizado através do relé de proteção de distância que é um relé que vai medir tensão e corrente elétrica através de TP e TC dessa forma quando ocorre um curto circuito teremos então a medição da impedância vista pelo relé que vale a razão entre tensão e corrente elétrica e através dessa impedância do relé podemos então medir a distância da Falta o ponto onde ocorreu o curto circuito ele será a razão entre a impedância do relé e a impedância total da linha de transmissão tudo isso multiplicado pelo comprimento

da linha de transmissão por exemplo podemos detectar nesse caso que o curto circuito ocorreu a 50 km da substação no entanto esse método de medição de impedância através do relé de distância ele é impreciso em razão da impedância de falta porque temos que levar em conta a variabilidade da impedância do arco e também da impedância de terra precisamos então de uma técnica com maior precisão chegamos amos então a uma metodologia de cálculo com muito maior precisão baseada na teoria das ondas Viajantes É isso mesmo temos ondas Viajantes entre as substações através de linhas de transmissão

ondas senoidais de tensão e corrente elétrica Observe quando ocorre um curto circuito na linha de transmissão esse sinal ele será refletido ou seja essa técnica se baseia na reflexão de ondas e lembre-se que estamos falando de ondas eletromagnéticas essa técnica de detecção de falta ela se baseia no sonar perceba temos um navio e ele utiliza um sonar ele emite um sinal sonoro dentro do oceano e então quando esse sinal sonoro ele encontra um obstáculo por exemplo um submarino teremos A reflexão do sinal e a partir dessa reflexão pode ser calculada a distância entre entre o

navio e o submarino e dessa forma o submarino será localizado no entanto no contexto da linha de transmissão esse objeto esse Submarino é uma condição pode ser o terminal aberto da linha de transmissão uma alteração de impedância ou também um curto circuito vejamos agora as perturbações que podem acontecer numa linha de transmissão primeira delas é abertura de um terminal teremos então a linha de transmissão em vazio o terminal estará aberto e a impedância terminal Vista pela linha será infinita outra condição é a linha de transmissão em carga alimentando uma impedância nesse caso a impedância terminal

será igual a impedância da carga e por fim temos a condição de curto circuito onde a impedância terminal será igual a zero precisamos entender um conceito de impedância característica da linha de transmissão e esse conceito se baseia na troca de energia entre indutor e capacitor no modelo pi da linha de transmissão a energia acumulada no indutor é o produto da indutância pelo quadrado da corrente dividido por 2 e a energia acumulada no capacitor é o produto da capacitância pelo quadrado da tensão dividido por 2 em situação de Equilíbrio considerando uma linha ideal sem perdas essas

energias elas se igualam isolando tensão e corrente elétrica chegaremos à conclusão que a razão tensão sobre corrente elétrica é igual a raiz quadrada da indutância dividida pela capacitância mas a razão tensão sobre corrente elétrica pela lei de OM será a impedância característica da linha de transmissão e esse é um parâmetro muito importante vamos agora analisar uma situação onde a impedância terminal é é igual a impedância característica da linha de transmissão nesse caso não há descontinuidade e não haverá reflexão da senoide teremos Equilíbrio Total é como uma estrada onde não há buraco nem qualquer oscilação não

há descontinuidade é o que chamamos também de casamento de impedância que é um termo muito utilizado em telecomunicações e principalmente em cabeação Observe o sinal senoidal Quando ele chegar ao final na impedância terminal não haverá descontinuidade e o sinal passa bonitinho não há qualquer deformação nenhuma reflexão temos Equilíbrio Total Essa é a situação ideal vamos agora a outra situação onde a impedância terminal ela é diferente da impedância característica nesse caso nós teremos uma descontinuidade e haverá uma reflexão da senoide essa reflexão ela pode ser parcial ou total Resumindo não haverá casamento de impedância E aí

você percebe que no ponto onde há o distúrbio onde tem a descontinuidade há a reflexão do sinal senoidal na prática O que é que provoca essa reflexão pode ser o terminal aberto da linha uma alteração de impedância ou ainda um curto circuito temos em tela uma linha de transmissão ligando duas substações uma substação local e uma substação remota perceba agora o sinal senoidal trafegando pela linha e imagine um curto circuito a uma distância D do terminal Local temos então o sinal senoidal deformado ocorre então uma oscilação porque houve um curto circuito imediatamente haverá uma reflexão

de ondas para o terminal local e terminal remoto e essa reflexão ocorre novamente retornando ao ponto de falta onde ocorreu o curto circuito perceba teremos reflexões entre o ponto de falta e a substação local e também reflexões entre o ponto de falta e a substação remota e podemos então calcular essa distância D baseado em duas temporização o tempo de propagação que é o tempo de reflexão da onda do ponto de falta ao terminal local chamaremos t L E também o tempo de propagação que é a reflexão do sinal do ponto de falta à substação remota

E essa distância ela pode ser calculada com essa fórmula onde L é o comprimento total da linha de transmissão e V é a velocidade de propagação do sinal senoidal para que seja possível utilizarmos a técnica de ondas Viajantes vamos precisar de um instrumento de um relé chamado localizador de faltas ele garante uma maior velocidade na detecção da falha também melhor exatidão da localização de falha e melhora os índices de confiabilidade do sistema elétrico não esquecendo da diminuição dos custos operacionais e a redução das perdas econômicas quando você localiza o defeito com precisão você pode deslocar

com muito maior rapidez a equipe de manutenção utilizando helicóptero carro caminhão não importa e observe Agora Numa substação o relé localizador de faltas para a utilização da técnica precisaremos de relés com a função tw tw significa traveling waves ondas Viajantes e quando utilizamos o tempo de propagação de ambas as substações conectadas à linha de transmissão precisaremos então de um GPS um relógio único e esses relés eles são interligados por fibra ótica então podemos utilizar proteção de distância ou proteção diferencial de linha com a função TW teremos então relés tw21 para proteção de distância e TW

87 para proteção diferencial vamos agora a um cálculo prático temos uma linha de transmissão com comprimento 250 km parâmetros da linha de indutância e capacitância temos os relés com a função de da viajante marcando TL 1,157 MS e TR 1,740 msos Lembrando que TL é o tempo de reflexão ao terminal local e TR é o tempo de reflexão ao terminal remoto em primeiro lugar precisamos calcular a velocidade de propagação do sinal senoidal que será um sobre a raiz da indutância multiplicada pela capacit distância fazendo os cálculos teremos uma propagação na velocidade de 86.42 km/s como

sabemos que a velocidade da luz no vácuo Vale 300.000 km/s temos uma velocidade de 28% da velocidade da luz e agora sim podemos aplicar na fórmula que vimos anteriormente e calcular a distância do ponto de falta ao terminal local fazendo os cálculos encontraremos 100,4 km ou seja o defeito ele ocorreu a 100,4 km do terminal local e aí fica fácil deslocar uma equipe de manutenção com maior precisão para identificar Qual foi de fato a causa do defeito tudo que falamos até agora tem a ver com os sinais no domínio do tempo mas podemos utilizar transformadas

integrais do cálculo de diferencial integral que vai transformar o sinal no domínio do tempo para o domínio da frequência temos várias transformadas que podem ser estudadas nas disciplinas e em livros de sinais e sistemas transformada wavelet transformada de Hilbert e transformada de furrier Observe agora o sinal senoidal no domínio do tempo quando ocorre o curto circuito temos a perturbação no sinal senoidal vamos transformar a através de uma transformada integral o sinal do domínio do tempo para o domínio da frequência e aí você percebe que no domínio da frequência foi registrado esse pico no instante de

curto circuito ou seja o relé TW com a função de ondas Viajantes utilizando transformada vai verificar esse pico no domínio da frequência é outra técnica na prática podemos utilizar o sinal no domínio do ou então no domínio da frequência É isso aí pessoal Valeu forte abraço e bons estudos