Análise da propagação de ondas viajantes em linhas de transmissão aérea, subterrânea e subaquática: impacto na localização de faltas e proteção de linha

Resumo

A crescente demanda por energia elétrica está impondo desafios técnicos e operacionais às concessionárias de energia, especialmente nas redes de transmissão. Essas redes devem garantir a segurança e confiabilidade da transmissão de energia em diversos terrenos, incluindo áreas urbanas, rurais e até mesmo trechos que cruzam rios e lagos.Para enfrentar esses desafios, têm surgido soluções inovadoras na transmissão de energia, destacando-se o uso de linhas de transmissão híbridas (LTHs). Estas LTHs combinam diferentes tipos de linhas, como aéreas, subterrâneas e submarinas, para assegurar um fornecimento de energia confiável aos centros consumidores, ao mesmo tempo que respeitam as restrições ambientais e técnicas.Nesse contexto, a localização de faltas desempenha um papel crucial, permitindo identificar pontos de falha em linhas de transmissão (LTs) após curtos-circuitos, acelerando assim a restauração da rede elétrica. Tradicionalmente, algoritmos de localização de faltas baseados em análises fasoriais eram a principal abordagem para essa tarefa. No entanto, avanços na tecnologia digital possibilitaram o uso de algoritmos baseados em ondas viajantes, também conhecidos como Traveling Waves (TWs), aproveitando registros de alta resolução de tensão e corrente na ordem de MHz. Essa evolução tecnológica tem revolucionado as estratégias de localização de faltas e proteção de linhas em sistemas reais.Isso levou ao desenvolvimento de soluções baseadas em TWs, que ganharam destaque entre os profissionais do setor elétrico. Essas soluções permitem extrair informações dos transitórios de faltas em LTs, melhorando as metodologias de localização de faltas e proteção de linhas.Contudo, a investigação sobre como os diversos modelos de LTHs afetam a propagação das TWs, e, por conseguinte, a localização de faltas e a proteção de linhas, representa uma área que merece de um aprofundamento significativo.Este projeto se dedicará à realização de uma análise comparativa das características de propagação das TWs e seu impacto na localização de faltas e na proteção de LTs.O estudo considerará modelos fisicamente mais consistentes de LTHs baseados nos modelos de J.Martí e ULM, incorporando formulações precisas para o cálculo de parâmetros de linha. Essas formulações, como as de Petterson, Xue e Pollaczek-Sunde, levam em conta a corrente de deslocamento, correção de admitância de solo-mar e variações dos parâmetros elétricos do solo em função da frequência. Isso contribui para uma análise mais precisa e abrangente do comportamento das TWs em diferentes cenários de faltas nas LTHs.Durante o projeto, serão simulados diversos cenários de faltas no software Alternative Transients Program (ATP), proporcionando uma visão clara dos padrões de propagação das TWs nas LTHs. Vale destacar que, embora softwares de simulação, como o ATP, tenham sido amplamente utilizados para estudar sobretensões transitórias em sistemas de transmissão, incluindo LTHs, eles frequentemente adotam suposições que podem levar a resultados imprecisos, especialmente no cálculo das sobretensões causadas por manobras e descargas atmosféricas.Por meio deste projeto de mestrado, almeja-se abordar essas limitações e evidenciar as diferenças nos padrões de propagação das TWs nas LTHs, com foco especial nas características das ondas de propagação terrestre, na localização de falta e na proteção de linhas baseados em TWs. Dessa forma, busca-se contribuir para a melhoria das estratégias de proteção e manutenção das redes elétricas, garantindo um fornecimento de energia mais confiável diante dos desafios modernos.