CLADE 2012 24 al 26 Septiembre 2012 - Rosario, Santa Fe, Argentina Análise do desempenho de linhas de distribuição devido a descargas atmosféricas diretas usando ATP-Draw Roberto J. Cabral, Daniel S. Gazzana, Roberto C. Leborgne, Arturo S. Bretas e Guilherme A. D. Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS Porto Alegre, RS - Brasil Marcos Telló Companhia Estadual de Energia Elétrica CEEE-D Porto Alegre, RS - Brasil Good morning Ladies and Gentlemen! My name is Roberto Cabral. I am a PHD student at the Federal University of Rio Grande do Sul, Brazil. I will introduce our research about the Analysis of Distribution Lines Performance Against Lightning Using ATP-EMTP

CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina Resumen El resumen de la presentación es como sigue: Introducción; Antecedentes y objetivos; Modelos de ATP-Draw; Modelado del SEP en el ATP-Draw; Estudio de caso; Simulaciones y análisis; Conclusiones. CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina Motivación Región rural, líneas aéreas de distribución son muy sensibles a descargas atmosféricas; Los índices de calidad de potencia (SAIDI y SAIFI) son muy bajos en esta región; Los clientes se quejan y la Compañía de distribución debe reembolsar y pagar multas a las agencias gubernamentales; Por lo tanto, nuestro proyecto es mejorar el rendimiento del servicio y principalmente la satisfacción del cliente. CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

Desempeño de alimentadores Es importante definir claramente cómo se calcula el rendimiento de los alimentadores: El rendimiento del alimentador se estima como la máxima corriente de rayo que no produce fenómenos de flashover o back-flashovers sobre los aisladores. CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina Definiciones Flashover: descarga de contorno en aisladores, se produce cuando un rayo cae sobre un conductor de fase y supera el nivel de aislamiento de los aisladores, que se caracteriza por la aparición de arco eléctrico; Back-flashover: descarga de contorno inverso en aisladores, se produce cuando un rayo cae en el blindaje o poste, produciendo una sobretensión entre el aislador y el suelo, y por tanto sobre el aislante, que se caracteriza por la aparición de arco eléctrico; CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina Objetivos Estudiar el rendimiento y la sensibilidad del alimentador de distribución, asociado a los fenómenos de flashover y back-fashover, debido a los rayos directos e indirectos en las líneas aéreas de distribución; Analizar la influencia de cada configuración en el rendimiento del alimentador. CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

SEP modelado en el ATP-EMTP Con el fin de simular el impacto de un rayo en un alimentador, es necesario encontrar un modelo adecuado para: Descarga atmosférica; Fuente de alimentación de la subestación; Terminales de línea (equivalente del sistema); Línea de Distribución; Postes; Sistemas de puesta a tierra; Aisladores incluyendo fenómenos de flashover y back-flashover. CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

Componentes del SEP modelados en ATP-Draw Las simulaciones que se realizaron en el ATP-EMTP se basan en: Modelo de la línea aérea de distribución: parámetros dependientes de la frecuencia - model JMarti; Topología del poste-cruzeta (hormigón y/o madera): model LINEZT_1; Modelo del aislador: model SWITCHVC; Sistema de puesta a tierra – model LINEZT_1; Corriente de descarga atmosferica – model Heidler. CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

SEP Modelado en ATP-Draw Modelo en ATP del alimentador sin blindaje. Modelo en ATP del alimentador con blindaje. CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

Caso de Estudio Datos reales de un alimentador situado en el sur de Brasil fueron utilizados como estudio de caso para ilustrar el potencial del modelo desarrollado. Datos del alimentador sin blindaje: Vnom=23,1kV, Critical Flashover Overvoltage CFO=180kV; Longitud Total: 440 km incluyendo 225 km de circuitos laterales; Índice ceráunico: 15 descargas / km2 / año. Los principales clientes son productores de arroz con bombas de agua de gran tamaño y de elevado consumo de energía eléctrica.

CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina Caso de Estudio Cuatro diferentes escenarios fueron simulados: alimentador blindado y resistividad del suelo 500 Ω.m alimentador sin blindaje y resistividad del suelo 500 Ω.m alimentador blindado y resistividad del suelo100 Ω.m alimentador sin blindaje y resistividad del suelo100 Ω.m Por lo tanto, es posible desarrollar un análisis de la influencia del hilo de guardia y de la resistencia de puesta a tierra (resistividad del suelo) en el rendimiento del alimentador. CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

Resultados Alimentador sin blindaje Idescarga = 1000 A – ρsuelo = 100 Ω.m Idescarga = 2500 A – ρsuelo = 100 Ω.m Idescarga = 1000 A – ρsuelo = 500 Ω.m Idescarga = 2500 A – ρsuelo = 500 Ω.m CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

Resultados Alimentador blindado Idescarga = 4000 A - ρsuelo = 100 Ω.m Idescarga = 4500 A - ρsuelo = 100 Ω.m Idescarga = 2500 A - ρsuelo = 500 Ω.m Idescarga = 4000 A - ρsuelo = 500 Ω.m CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

Simulaciones y Análisis de Resultados Tabla I. Voltajes – alimentador sin blindaje, con suelo de baja resistividad Tabla II. Voltajes – alimentador sin blindaje, con suelo de alta resistividad Idescarga [A] Vaislator A [kV] Vaislator B [kV] Vaislator C [kV] 500 28,016 29,104 68,119 750 39,288 45,203 103,59 1000 50,555 61,299 139,31 2400 60,245 76,703 171,23 2500 63,866 81,162 179,53 4000 62,809 79,930 177,63 4500 62,632 79,729 177,34 Idescarga [A] Vaislator A [kV] Vaislator B [kV] Vaislator C [kV] 500 30,385 31,321 69,938 750 42,833 48,512 105,91 1000 55,283 65,708 142,58 2400 65,377 81,318 172,83 2500 68,102 84,707 179,48 4000 67,402 84,107 179,26 4500 67,168 83,854 178,93 Flashover Tabla III. Voltajes – alimentador blindado, con suelo de baja resistividad Tabla IV. Voltajes – alimentador blindado, con suelo de alta resistividad Idescarga [A] Vaislator A [kV] Vaislator B [kV] Vaislator C [kV] 750 -24,73 -31,59 -32,63 1000 -34,79 -41,09 -42,69 2500 -95,19 -98,13 -103,09 4000 -155,14 -163,82 -163,44 4400 -163,16 -167,04 -175,07 4500 -172,11 -170,84 -179,98 5000 -172,53 -170,77 -179,94 Idescarga [A] Vaislator A [kV] Vaislator B [kV] Vaislator C [kV] 500 -17,54 -24,85 -25,39 750 -29,05 -35,72 -36,86 1000 -40,56 -46,61 -48,34 2500 -109,70 -112,61 -117,32 3900 -168,23 -167,24 -175,54 4000 -172,54 -171,52 -180,00 4500 -171,48 -179,94 Back-Flashover CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina Conclusiones El uso del hilo de guardia en los sistemas de distribución de las zonas rurales de la región analizada no es una práctica habitual; El hilo de guardia mejora significativamente el rendimiento de los alimentadores frente a descargas atmosféricas; El sistema de puesta a tierra, la resistividad del terreno, la configuración de los conductores y el blindaje afectan significativamente la ocurrencia de flashover y back-flashover en los sistemas de distribución de las zonas rurales de la región analizada; CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina Conclusiones Alimentadores blindados son justificados en las regiones con alto índice ceráunico (densidad de descargas atmosféricas) y donde el alimentador suministra energía a los consumidores industriales y agricultores industrializados; Este trabajo presenta una solución que puede ser adoptado por las compañías de distribución, que pueden estar experimentando frecuentes interrupciones debido a la falta de protección contra este tipo de fenómeno natural; Las inversiones también son justificadas cuando las penalidades (multas) por mala calidad de la energía son lo suficientemente altas. CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012

Agradecimientos Muchas gracias por su atención!!! CLADE 2012 – Rosario Santa Fe Argentina 24-26 Septiembre, 2012