M
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Efeito do aterramento do sistema de
distribuição na mitigação das
sobretensões em consumidores de
baixa tensão devidas a descargas
atmosféricas
P. O. Silveira, J.A.B. Falleiros, F.A.T. Silva
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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1
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•Motivação
•Objetivo
•Metodologia
•Estudo de caso
•Questões em aberto
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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2
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Motivação:
No atual quadro do setor elétrico brasileiro é evidente a
importância de se fornecer aos consumidores energia de
forma continua, ininterrupta e sem perturbações momentâneas
significativas. Os distúrbios causados pelas descargas
atmosféricas podem causar o mal funcionamento e até a
queima dos equipamentos dos consumidores de baixa tensão,
ocasionando muitos problemas entre concessionárias e
consumidores.
•Neste trabalho foi dada uma atenção maior ao aterramento,
onde o efeito deste na mitigação das sobretensões que
atingem os consumidores e avaliado através da variação das
resistências de aterramento dos transformadores de
distribuição da rede simulada
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
3
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Objetivo:
•O objetivo do estudo de caso é comparar o efeito
do surto atmosférico que chega ao consumidor
quando ocorre a variação da resistência de
aterramento dos transformadores presentes na
rede.
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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4
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Metodologia:
• Modelagem da rede e descarga atmosférica no ATP
• Simulações realizadas:
(1) Variação da resistência de aterramento do transformador
de 45 kVA, com proteção no primário de cada transformador ;
(2) Variação da resistência de aterramento do transformador
75 kVA, com proteção no primário de cada transformador ;
(3) Variação simultânea das resistências de aterramento dos
dois transformadores, com proteção no primário de cada
transformador ;
(4) Variação das resistências de aterramento dos dois
transformadores, com proteção no primário de cada
transformador e DPS no consumidor.
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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Configuração da Rede de Distribuição
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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6
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Configuração do raio e transformadores
Modelo do
transformad
or de 45
kVA
Amplitude
máxima
Tempo de frente
Tempo final
Modelo do
transformador
de 75 kVA
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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7
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Configuração dos postes e cabos
LINE
CONSTANTS
477 MCM
1/0 AWG
336,4MCM
JMARTI
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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8
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Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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9
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(1) Variação da resistência do aterramento
do trafo de 45 KVA
Tensão de pico (kV)
Resistência de aterramento ( Ω) do transformador de 45 kVA
Consumidores
10
30
50
70
90
100
120
150
200
CONSU1
278
509
647
733
791
813
848
883
921
CONSU2
308
549
703
800
866
891
931
974
1.037
CONSU3
365
550
691
789
874
908
966
1.034
1.113
CONSU4
406
596
751
856
932
962
1.025
1.098
1.183
CONSU5
446
623
782
893
971
1.004
1.062
1.137
1.222
CONSU6
464
656
791
907
992
1.027
1.086
1.160
1.245
CONSU7
470
667
793
911
997
1.031
1.091
1.160
1.245
1.400
1.200
Tensão de pico (kV)
CONSU1
1.000
CONSU2
800
CONSU3
CONSU4
600
CONSU5
400
CONSU6
CONSU7
200
0
10
30
50
70
90
100
120
150
200
Resistência de Aterramento do transformador de 45 kVA
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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10
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(2) Variação da resistência do aterramento
do trafo de 75 KVA
Tensão de pico (kV)
Resistência de aterramento ( Ω) do transformador de 75 kVA
Consumidores
10
30
50
70
90
100
120
150
200
CONSU1
278
278
278
278
278
278
278
278
278
CONSU2
308
308
308
308
308
307
307
306
306
CONSU3
365
365
364
364
364
364
363
363
362
CONSU4
406
406
406
406
406
406
406
406
407
CONSU5
446
446
447
447
447
447
447
447
448
CONSU6
464
464
464
465
465
465
465
466
466
CONSU7
470
470
471
471
471
472
472
472
473
500
Tensão de pico (kV)
450
400
CONSU1
350
CONSU2
300
CONSU3
250
CONSU4
200
CONSU5
150
CONSU6
100
CONSU7
50
0
10
30
50
70
90
100
120
150
200
Resistência de Aterramento do Transformador de 75 kVA
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
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11
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(3) Variação da resistência de aterramento
dos trafos de 45 KVA e 75 KVA
Tensão de pico (kV)
Resistência de aterramento (Ω) dos transformadores de 45 e 75 kVA
Consumidores
10
30
50
70
90
100
120
150
200
CONSU1
278
509
647
734
791
813
848
884
922
CONSU2
308
549
703
800
866
891
931
969
1.037
CONSU3
365
550
690
788
874
908
966
1.034
1.113
CONSU4
407
600
750
854
928
960
1.025
1.098
1.183
CONSU5
446
623
780
890
967
999
1.063
1.137
1.222
CONSU6
464
655
788
903
987
1.021
1.086
1.160
1.245
CONSU7
470
667
791
906
991
1.025
1.082
1.152
1.239
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
12
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(4) Variação da resistência de aterramento
dos trafos de 45 KVA e 75 KVA
Tensão de pico (kV)
Resistência de aterramento (Ω) dos transformadores de 45 e 75 kVA
Consumidores
10
30
50
70
90
100
120
150
200
CONSU1
278
509
647
734
791
813
848
884
922
CONSU2
308
549
703
800
866
891
931
969
1.037
CONSU3
365
550
690
788
874
908
966
1.034
1.113
CONSU4
407
600
750
854
928
960
1.025
1.098
1.183
CONSU5
446
623
780
890
967
999
1.063
1.137
1.222
CONSU6
464
655
788
903
987
1.021
1.086
1.160
1.245
CONSU7
470
667
791
906
991
1.025
1.082
1.152
1.239
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
13
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(4.1) Variação das resistências de aterramento dos dois
transformadores, com proteção no primário dos transformadores
e DPS no consumidor.
4.1.1 Instalação do DPS no consumidor 7 (CONSU7)
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
14
M
Universidade Presbiteriana Mackenzie
Tensão de pico (kV)
Resistência de aterramento (Ω) dos transformadores de 45 e 75 kVA
Consumidores
10
30
50
70
90
100
120
150
200
CONSU1
209
371
463
535
584
603
632
663
693
CONSU2
219
378
454
521
575
596
630
668
707
CONSU3
193
326
390
445
497
518
553
592
636
CONSU4
164
271
325
368
416
436
470
511
559
CONSU5
133
215
259
287
307
319
346
380
421
CONSU6
85
132
160
178
192
198
208
221
236
CONSU7
0,273
0,275
0,276
0,276
0,276
0,276
0,276
0,277
0,277
800,000
Tensão de pico (kV)
700,000
CONSU1
600,000
CONSU2
500,000
CONSU3
400,000
CONSU4
300,000
CONSU5
CONSU6
200,000
CONSU7
100,000
0,000
10
30
50
70
90
100
120
150
200
Resistência de aterramento dos transformadores de 45 e 75kVA
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
15
M
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Tensão de pico (kV)
Resistência de aterramento dos transformadores
em 10 Ω
Consumidores
Com pára raios
Com pára - raios e DPS no
consumidor 7 (CONSU7)
CONSU1
278
209
CONSU2
308
219
CONSU3
365
193
CONSU4
407
164
CONSU5
446
133
CONSU6
464
85
CONSU7
470
0,273
500
450
Com pára - raios
Tensão de pico (kV)
400
Com pára - raios e DPS no
CONSU7
350
300
250
200
150
100
50
7
NS
U
6
C
O
NS
U
5
C
O
NS
U
4
C
O
NS
U
3
O
C
C
O
NS
U
2
U
NS
O
C
C
O
NS
U
1
0
Consumidores do transformador de 45 kVA
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
16
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4.1.2 Instalação do DPS no consumidor 2 (CONSU2)
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
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Tensão de pico (kV)
Resistência de aterramento dos
transformadores em 10 Ω
Consumidores
Com
pára raios
Com pára - raios
e DPS no
consumidor 7
(CONSU7)
Com pára - raios
e DPS no
consumidor 2
(CONSU2)
CONSU1
278
209
98
CONSU2
308
219
0,279
CONSU3
365
193
41
CONSU4
407
164
64
CONSU5
446
133
80
CONSU6
464
85
97
CONSU7
470
0,273
106
500
450
Tensão de Pico (kV)
400
350
300
Com pára - raios
250
Com pára - raios e DPS no CONSU7
200
Com pára - raios e DPS no CONSU2
150
100
50
SU
7
C
O
N
SU
6
C
O
N
SU
5
C
O
N
SU
4
C
O
N
SU
3
C
O
N
SU
2
O
N
C
C
O
N
SU
1
0
Consumidores do Transformador de 45 kVA
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
18
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4.1.3 Instalação de DPS no consumidor 2 (CONSU2) e no 7 (CONSU7)
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
19
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Tensão de pico (kV)
Resistência de aterramento dos transformadores em 10
Ω
Consumidores
Com pára - raios e DPS
nos consumidores 2
(CONSU2) e no 7
(CONSU7)
Com pára - raios e DPS
nos consumidores 1
(CONSU1), 2 (CONSU2) e
7 (CONSU7)
CONSU1
98
0,278
CONSU2
0,278
0,276
CONSU3
18
16
CONSU4
16
14
CONSU5
14
14
CONSU6
11
10
CONSU7
0,27
0,271
Tensão de pico (kV)
120
100
80
Com pára - raios e DPS no
CONSU2 e no CONSU7
60
Com pára - raios e DPS no
CONSU1, CONSU2 E CONSU7
40
20
0
CONSU1 CONSU2 CONSU3 CONSU4 CONSU5 CONSU6 CONSU7
Consumidores do Transformador de 45 kVA
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
20
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Conclusões
As simulações desse fenômeno foram importantes para verificação do
comportamento do aterramento dos transformadores e dos consumidores,
quando submetidos a uma descarga e que riscos o mau funcionamento do
aterramento nessa situação acarreta para os consumidores.
Os resultados das simulações apenas com o pára – raios, demonstram
que as sobretensões mesmo para as menores resistências de aterramento
são muito superiores ao limite especificado pela norma NBR 5410, que é de
1,5 kV para aparelhos instalados em consumidores de baixa tensão.
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
21
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Conclusões
Mesmo com DPS’s instalados em três consumidores, isso não foi
suficiente para manter a sobretensão abaixo do nível estipulado pela
norma.
Além da colocação de para – raios no primário dos transformadores e
DPS’s nos consumidores, deve – se manter a resistência de aterramento
com o menor valor possível, visto que em condições reais é impossível se
obter aterramento ideal.
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
22
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Questões em aberto
 Variação da resistência de aterramento dos consumidores
Modelamento do solo
Otimização da alocação de DPS´s em função do
modelamento do solo e variação do aterramento dos
consumidores
Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
23
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Efeito do aterramento na mitigação de sobretensões
CIDEL 2010
24