Os resultados de experimentos publicados em artigos sobre a suportabilidade de isolamentos submetidos a sobretensões com ressaltos permitem criar um critério de determinação da tensão de 50% de probabilidade de falha (tensão crítica de descarga). Seu valor está compreendido entre as tensões críticas de descarga correspondentes aos tempos de frente da onda principal e do ressalto, e depende da amplitude relativa do ressalto e da tensão de início do líder do intervalo.
Para seu cálculo, é conveniente processar os sinais de todas as sobretensões estatísticas obtidas, decompondo-os em ondas básicas e ondas sobrepostas. Estas contêm as variações rápidas das sobretensões, incluindo os ressaltos, e aquelas enfeixam o conteúdo espectral de baixas freqüências. Dessa forma, retiram-se das duas componentes os parâmetros de cálculo da tensão de 50% de probabilidade de falha.
Através dos processamentos de análise de uma série de ondas construídas com características diversas, concluiu-se que o processo de decomposição e análise elaborado é muito eficiente, obtendo-se os melhores resultados com a filtragem passa- baixas com freqüência de corte igual a 400 Hz. Por essa técnica, o vetor de tensões críticas de descarga calculadas se distancia apenas 1,6% do vetor com os valores de referência, para ondas construídas a partir de co-senóides básicas.
O procedimento de coordenação de isolamento proposto utiliza como base o método direto, onde todas as sobretensões obtidas por simulações estatísticas devem ser examinadas individualmente. Com ele, além dos aspectos aleatórios envolvidos na probabilidade de falha do isolamento e na geração de transitórios, também as distribuições de condições climáticas e de vento podem ser incluídas adequadamente.
representação de componentes, e habilitando o processamento de outros casos. Verificou-se que as operações de religamento são mais severas do que simples energizações da linha, sendo mais importantes na definição das distâncias de isolamento das linhas de transmissão. O sistema alimentado por fonte complexa (incluindo pelo menos uma linha de transmissão no suprimento) apresenta distribuição estatística de sobretensões diferente do sistema com fonte exclusivamente indutiva. No caso específico estudado, as sobretensões do sistema suprido por fonte complexa foram superiores, devido à maior tensão em regime permanente. Observou-se também como a aplicação de pára-raios auxilia na redução das solicitações aos isolamentos.
É necessário maior número de operações simuladas do sistema alimentado por fonte complexa para a obtenção de consistência estatística dos valores representativos de sobretensão e para o cálculo do risco de falha. Da análise para diferentes números de manobras, julgou-se adequado utilizar 200 manobras para o sistema com fonte indutiva, e 400 manobras para o sistema com fonte complexa.
O desenvolvimento do novo procedimento de coordenação de isolamento incorporando os resultados de estudos sobre o comportamento variável do isolamento possibilitou o refinamento do cálculo do risco de falha, e também a análise comparativa do tratamento normalmente feito, que considera a suportabilidade crítica fixa. Em sistemas supridos por fonte complexa, as ondas de sobretensão possuem ressaltos de grande amplitude; nessa situação, não foram observadas diferenças significativas dos resultados em relação aos obtidos pelo procedimento tradicional. Em sistemas alimentados por fonte indutiva, cujos transitórios gerados têm menor conteúdo espectral, o procedimento proposto de coordenação de isolamento resulta em menores espaçamentos necessários, se comparados aos obtidos pelo procedimento tradicional, nesse caso deveras conservativo.
As reduções percentuais proporcionadas pelo novo procedimento são mostradas na tabela 6.1. No sistema com fonte indutiva, a diminuição é sempre maior do que 15%, provando os vultosos ganhos que podem ser obtidos em novos projetos de linhas de transmissão.
Tabela 6.1 – Redução das distâncias de isolamento do procedimento proposto em relação ao procedimento tradicional
Redução (%) das distâncias de isolamento para os seguintes riscos de falha Tipo de fonte do sistema Pára-raios 10-2 10-3 10-4 10-5 Não 4,1 3,5 1,1 1,0 Complexa Sim 1,7 1,5 1,4 1,3 Não 18,5 16,9 16,9 15,9 Indutiva Sim 18,6 17,2 17,6 18,1
Os espaçamentos foram calculados considerando-se um desvio-padrão de 5% da suportabilidade, valor normalmente utilizado para transitórios de manobra. No entanto, foram relatadas variações do desvio-padrão com o tempo de frente da onda, principalmente por Menemenlis e Harbec [9]. Devido à dificuldade na realização de experimentos específicos e à pequena quantidade de trabalhos publicados sobre o assunto, não há formas confiáveis de escolha de um valor adequado, muito menos para ondas com ressaltos. Não obstante, criou-se um critério de cálculo de desvio-padrão em função da forma de onda, analogamente ao cálculo da tensão crítica de descarga, e propositadamente pessimista para tempos de frente longos. As distâncias de isolamento obtidas para o procedimento proposto, desta feita, são bem mais próximas do procedimento tradicional, mesmo para o sistema com fonte indutiva, demonstrando a importância e a necessidade de maiores investigações práticas.
Analisou-se a alternativa de caracterizar a probabilidade de falha do isolamento por uma distribuição de Weibull, adaptada a partir dos valores de tensão crítica de descarga e desvio-padrão de uma gaussiana. As distâncias de isolamento requeridas são um pouco menores devido às maiores probabilidades de falha da distribuição normal truncada, entre 4 e 2,5 desvios-padrão abaixo da média. A adequação da distribuição de Weibull deve ser avaliada, contudo, a partir de valores obtidos por experimentos nela focados.