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menor que a da linha que a alimenta.

3.6 Simulações computacionais para a verificação da influência da distância de proteção

Através de simulações computacionais realizadas no programa ATP [23], são mostrados dois exemplos de geradores existentes no sistema elétrico onde o aumento da distância de proteção conduz a resultados mais vantajosos. Os geradores simulados são

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representados por suas impedâncias de surto calculadas através do modelo empírico

MSR-3, representado pela Equação (3.42), e o barramento blindado é representado por

um modelo de linha de transmissão através da Equação (3.51), onde a sua impedância de surto é superior à da máquina, com a onda no barramento blindado viajando à velocidade da luz [12]. A escolha do modelo MSR-3 para a representação das máquinas justifica-se pelo fato das impedâncias calculadas através do mesmo serem as menores dentre todos os modelos, conforme a Tabela 3.3, resultando nos menores coeficientes de transmissão Kbg calculados através da Equação (3.54), enfatizando dessa forma a

influência da distância de proteção nas tensões resultantes nas máquinas. Os geradores pertencemàs UHE's Capim Branco I e Jaguara, com as seguintes características principais:

• Capim Branco I – 85,5 MVA, 13,8 kV, Zb = 83 (impedância de surto do

barramento blindado), Zg = 6 (impedância de surto do gerador); Kbg

(coeficiente de transmissão) = 0,13.

• Jaguara – 112 MVA, 13,8 kV, Zb = 63 (impedância de surto do barramento

blindado), Zg = 3 (impedância de surto do gerador); Kbg (coeficiente de

transmissão) = 0,09.

O modelo do circuito é mostrado na Figura 3.23, onde um surto de tensão incide nas linhas de transmissão da usina e é transferido por acoplamento capacitivo aos seus terminais de média tensão do transformador elevador TE, viaja pelo barramento blindado e atinge os terminais do gerador. A forma de onda representativa do surto de tensão é o modelo de fonte de tensão triangular do ATP [23], com um tempo de frente de 0,1 s e um tempo de cauda de 50 s e uma magnitude igual ao valor da tensão máxima de descarga para impulso atmosférico do pára-raios PA conectado adjacente aos terminais de alta tensão do transformador TE. CPS é o cubículo de proteção contra surtos, no qual são instalados o capacitor de surtos Cs, cuja capacitância é igual a 0,25 F e o pára-raios tipo óxido de zinco PR, cuja tensão nominal é 18 kV. TE é o transformador elevador, modelado através de um divisor de tensão capacitivo, conforme [16].

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Figura 3.23 – Circuito utilizado para simulação da variação da distância d de proteção das UHE's Capim Branco I e Jaguara

Foram simuladas para cada gerador as tensões resultantes Vg nos seus terminais para três situações distintas:

A – CPS próximo ao gerador;

B – CPS distante do gerador e próximo ao transformador elevador TE;

C – Pára-raios PR distante do gerador e próximo ao transformador elevador TE, mantendo o capacitor Cs próximo ao gerador.

A Figura 3.24 apresenta os resultados da tensão resultante no gerador da UHE Capim Branco I para as situações A, B e C.

Figura 3.24 – Simulação da tensão resultante nos terminais do gerador da UHE Capim Branco I. Distância d de proteção do pára-raios ao gerador para d = 3m (curva vermelha), d = 19m (curva verde) e d = 19m, mas com o capacitor localizado a 3m do gerador (curva azul) [47] A partir dos resultados simulados, percebe-se que o aumento da distância d de proteção proporciona uma redução significativa no nível da tensão máxima resultante no gerador, de 18 kV na situação A para 12 kV na situação B. Porém, percebe-se um aumento da freqüência de oscilação da tensão, de 0.78 MHz para 1.43 MHz. Mantendo-se o

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capacitor próximo ao gerador e o pára-raios distante, situação C, percebe-se uma redução ainda maior nos níveis das sobretensões resultantes, ou seja, de 12 kV na situação B para 7 kV na situação C.

A Figura 3.25 apresenta os resultados da tensão resultante no gerador da UHE Jaguara para as situações A, B e C.

Figura 3.25 – Simulação da tensão resultante nos terminais do gerador da UHE Jaguara. Distância d de proteção do pára-raios ao gerador para d = 2 m (curva vermelha), d = 18 m (curva verde) e d

= 18 m, mas com o capacitor localizado a 2m do gerador (curva azul) [47]

A partir dos resultados simulados, percebe-se que o aumento da distância d de proteção proporciona uma redução significativa no nível da tensão máxima resultante no gerador, de 40 kV na situação A para 10 kV na situação B. Porém, percebe-se um aumento da freqüência de oscilação da tensão, de 0.8 MHz para 1.2 MHz, menor do aquele observado para a UHE Capim Branco I. Mantendo-se o capacitor próximo ao gerador e o pára-raios distante, situação C, percebe-se uma redução ainda maior nos níveis das sobretensões resultantes, ou seja, de 10 kV na situação B para 8 kV na situação C.

Portanto, conclui-se através das Figuras 3.24 e 3.25 que na medida em que se afasta o pára-raios do gerador, os níveis de sobretensão nos terminais do gerador são reduzidos. O aumento do dv/dt decorrente do aumento da freqüência observado da situação A para a situação B não é um fator preocupante para essas máquinas, já que os seus enrolamentos são do tipo monoespiras ou barras, conforme descrito no Capítulo 2. Mantendo-se o capacitor próximo ao gerador e o pára-raios distante, percebe-se uma redução ainda maior nos níveis das sobretensões resultantes. Além disso, as oscilações de tensão na situação C são amortecidas bem mais rapidamente do que nas situações A e

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B. Pode-se afirmar ainda que o maior efeito na redução das sobretensões observada para

a UHE Jaguara em relação a UHE Capim Branco I deve-se ao menor valor obtido para o fator Kbg daquela usina, ou seja, 0,09 contra 0,13, respectivamente.

Desse modo, se confirma a teoria apresentada no item 3.5, a qual afirma que, nas situações onde o fator Kbg for menor que um, uma melhor coordenação de isolamento é

obtida na medida em que se aumenta a distância de proteção dos pára-raios em relação à máquina.

No próximo item deste trabalho, é verificada, através de ensaios em laboratório, a influência da distância de proteção discutida no presente item.

3.7 Medições em laboratório para a verificação da influência da distância de