Projeto - 403153 - SISTEMA PARA MEDIÇÃO DA IMPEDÂNCIA TRANSITÓRIA DE MALHAS DE ATERRAMENTO DE ESTRUTURAS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO UTILIZANDO ONDAS IMPULSIVAS E CABOS DE PEQUENO COMPRIMENTO - ETAPA FINAL DE ENSAIOS DE CAMPO - INTEGRAÇÃO DOS PROTÓTIPOS DESENVOLVIDOS - CABEÇA DE SÉRIE
As boas práticas de proteção de linhas de transmissão contra descargas atmosféricas requerem o conhecimento dos valores da impedância de aterramento das estruturas de suporte. A prática usual é a medição da resistência de aterramento em baixa frequência usando o Método da Queda de Potencial. No entanto, é importante ressaltar que os valores obtidos por meio desse método não expressam adequadamente a resposta do aterramento a uma solicitação impulsiva, como é o caso das correntes das descargas atmosféricas, sendo necessário utilizar uma constante empírica para cálculo da impedância.
Outro aspecto que merece consideração é que a medição da resistência de aterramento em linhas energizadas requer que os fios contrapesos sejam desconectados da estrutura e unidos em um ponto comum para evitar a interferência das estruturas adjacentes interconectadas metalicamente via cabo para-raios. Ressalta-se, ainda, que a desconexão dos cabos é tarefa de difícil execução, apresentando maiores custos e, também, riscos associados à segurança pessoal; além disso, nesse caso, a fundação da estrutura não entra no equivalente do valor de resistência medido, o que leva a valores inexatos.
Outro inconveniente do Método de Queda de Potencial é a necessidade de se usar cabos de medição extensos, da ordem de 100 a 200 m. Destarte, a determinação direta da impedância de aterramento via um procedimento simples de medição é uma necessidade atual no Setor Elétrico Nacional.
Para contornar os problemas acima descritos, foi desenvolvida no âmbito do programa de P&D CEMIG-ANEEL, no projeto P&D 270 - "Desenvolvimento de um sistema para medição da impedância de aterramento de estruturas de linhas de transmissão utilizando ondas impulsivas", uma nova metodologia para a medição direta da impedância de malhas de aterramento de estruturas de linhas de transmissão que utiliza um gerador de impulsos e um arranjo inédito com cabos de medição especiais de pequeno comprimento (< 20 m) que apresentam baixa velocidade de propagação (3% da velocidade da luz). Com este novo sistema de medição, a contribuição da fundação da estrutura é levada em consideração e não há necessidade de desconexão dos cabos da malha de aterramento ou dos cabos para-raios. Ademais, o novo sistema simplifica o trabalho envolvido no processo de medição.
Como parte dos testes do novo equipamento e validação da metodologia, foram realizadas medições de impedância de aterramento:
 em um campo de testes na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) de uma haste vertical de 2,4 m de comprimento e um fio contrapeso de 20 m de extensão;
 no campo de testes da Universidade Corporativa da CEMIG (UniverCemig) em Sete Lagoas - MG, para uma torre de 138 kV e
 em uma linha em construção da CEMIG (LT138 kV Jaboticatubas – Pedro Leopoldo 3).
Para um completo domínio da metodologia de medição proposta é necessário a realização de um conjunto de medições em torres de linhas de transmissão energizadas e cobrindo todo o leque de tensões utilizadas pela CEMIG (69, 138, 230, 345 e 500 kV). Este processo será iniciado em um campo de testes especial, onde várias das configurações de estruturas de aterramento serão avaliadas de forma independente e progressiva.
As medições já realizadas foram feitas com um protótipo de gerador de impulsos portátil e de pequenas dimensões e peso (300 g), que fornece uma onda de tensão de saída de 1,2 kV com 100 ns de tempo de frente. O gerador foi projetado e construído no âmbito do P&D 270. Além do gerador foram utilizados um osciloscópio digital, uma ponta de prova de tensão, uma ponta de prova de corrente e cabos de medição de baixa velocidade de propagação construídos de forma artesanal. Para processamento dos dados de medição utilizou-se um microcomputador.
Agregar todos os elementos utilizados nas medições realizadas em um único equipamento constitui-se no objetivo principal do projeto proposto.
Objetivo geral:
Desenvolvimento e integração dos protótipos de um sistema para medição da impedância de aterramento de estruturas de linhas de transmissão utilizando ondas impulsivas e cabos de pequeno comprimento e construção do cabeça de série do produto.
Objetivos específicos:
Objetivos
Alcançar o objetivo geral a partir de:
-Realização de 02(dois) conjuntos de medição de impedância de aterramento em linhas de 69 kV, 138 kV, 230 kV, 345 kV e 500 kV da CEMIG, cobrindo todo o leque de tensões utilizadas pela concessionária,
-Desenvolvimento de um protótipo de sensor para medição de tensão impulsiva de 1,2 kV e tempo de resposta inferior a 20 ns;
-Desenvolvimento de um protótipo de sensor para medição de corrente impulsiva para medição de correntes de 1,5 A e tempo de resposta inferir a 20 ns;
-Desenvolvimento de protótipo aperfeiçoado e robusto do cabo de medição de baixa velocidade de propagação;
-Desenvolvimento de um programa computacional para a realização das medições de tensão e corrente utilizando uma placa de aquisição de dados e um microcomputador;
-Desenvolvimento de um programa de computador para análise dos dados de medição;
-Integração das diversas partes em um único equipamento (maleta de medição) com robustez para operação em campo e preparado para produção seriada em escala adequada ao projeto de Cabeça de Série;
-Montagem de 05 unidades do cabeças de série do equipamento desenvolvido.
Metodologia:
Os resultados pretendidos serão alcançados por meio de 2 conjuntos de atividades técnicas experimentais em campo que ocorrerão em momentos distintos de acordo com sua natureza. O primeiro, compreendendo 2 etapas, será realizado em um campo de testes especial denominado LabMAT, Laboratório de Malhas de Aterramento, que será implementado preferencialmente nas instalações da UNIVERCEMIG, em Sete Lagoas, ou alternativamente nas instalações de uma das fazendas da UFMG, Fazenda Modelo de Pedro Leopoldo ou Fazendo Experimental Professor Hélio Barbosa, esta última localizada no município de Igarapé. A instalação do LabMAT na UNIVERCEMIG é preferencial devido ao fato de já estarem construídos no local trechos de linhas de transmissão com estruturas de madeira e metálicas, ampliando as possibilidades de testes a serem executados.
O segundo momento compreende a realização de medições em estruturas de linhas de transmissão energizadas, que também dar-se-á em 2 etapas. Inicialmente, serão realizados pela equipe da UFMG os procedimentos de segurança e estipuladas as precauções necessárias ao trabalho em campo de sua equipe Posteriormente as medições serão efetivamente realizadas, cabendo à equipe da CEMIG a medição da resistência de aterramento, utilizando metodologia clássica, e à equipe da UFMG a medição da impedância, utilizando a nova metodologia proposta. As medições serão feitas em no mínimo 02(duas) estruturas de linhas energizadas, com tensões variando de 69 a 500 kV, para se avaliar os efeitos da interferência eletromagnética das corrente e tensões das linhas na medição. As medições serão realizadas em linhas de transmissão escolhidas de comum acordo entre CEMIG e UFMG.
A partir dos resultados das medições realizadas e da realização de uma pesquisa bibliográfica serão definidas as tecnologias que serão utilizadas para a montagem dos sensores de tensão e de corrente. Serão projetados e construídos sensores passivos.
Os cabos de medição de baixa velocidade de propagação utilizados nas medições realizadas no P&D 270 foram constituídos de cabos isolados espiralados em torno de tubos de PVC de ½” e 3 m de comprimento cada. Esses cabos especiais acabaram ficando pesados e rígidos o que dificultou o transporte e também o contato com o solo, que em geral é acidentado. Para os atuais experimentos, serão montados cabos de medição flexíveis em padrão industrial.
Serão implementados dois programas computacionais: um para o controle da placa de aquisição de dados e outro para análise dos dados de medição. Os programas serão desenvolvidos a partir de plataforma de alto desempenho, tais como oferecidas pelo LabView, de fabricação da National Instruments.
Finalmente, o microcomputador, o gerador de impulsos e os sensores de medição serão integrados em uma mesma estrutura. Nesta plataforma serão ligados os cabos de medição de baixa velocidade de propagação, o cabo de medição da tensão e o cabo que será ligado na malha de aterramento.
Indicadores de avaliação:
Realização de reuniões técnicas entre as equipes da UFMG e da empresa contratante. Elaboração de Teses e dissertações e publicação de artigos.
Estudantes membros da equipe
Plano de atividades:
-Desenvolvimento de protótipo de sensor para medição de tensão -Implementação do LabMAT e realização das diversas medições nas malhas de aterramento das linhas de transmissão com estruturas de concreto, metálicas e de madeira; realização de medições de impedâncias de estruturas de linhas de transmissão energizadas, sendo 02 conjuntos de medição em estruturas de linhas de 69 kV, 02 conjuntos de medição em estruturas de linhas de 138 kV, 02 conjuntos de medição em estruturas de linhas de 230 kV, 02 conjuntos de medição em estruturas de linhas de 345 kV e 02 conjuntos de medição em estruturas de linhas de 500 kV;
-Desenvolvimento de protótipo de sensor para medição de corrente impulsiva
-Desenvolvimento do protótipo robusto de cabo de medição de baixa velocidade de propagação;
-Desenvolvimento de programa computacional para a realização das medições de tensão e corrente utilizando uma placa de aquisição de dados e um microcomputador;
-Montagem de um protótipo de equipamento que integra as diversas partes (microcomputador, sensores de corrente e tensão e gerador de impulsos);
-Desenvolvimento de um programa de computador para análise dos dados de medição;
-Realização de um Seminário Nacional no tema: Desempenho de Linhas de Transmissão.
-Montagem de cinco cabeças de série do equipamento desenvolvido, ensaios, testes de bancada e em campo e validação;
Plano de acompanhamento e avaliação:
Os trabalhos serão acompanhados pela empresa contratante através da análise dos relatórios técnicos emitidos, preleções sobre o andamento das atividades e por meio de reuniões periódicas de acompanhamento. Os alunos envolvidos serão orientados pelos professores participantes do projeto.
Processo de avaliação: Os relatórios emitidos serão avaliados pela equipe técnica da empresa contratante.
