Cálculo de sobretensões causadas por descargas atmosféricas indiretas em linhas de distribuição aéreas considerando falhas de isolamento

Neste trabalho avalia-se o efeito de tensões induzidas por descargas atmosféricas em uma linha de distribuição monofásica rural considerando-se a ocorrência de rupturas em isoladores. Para o cálculo das sobretensões induzidas, utilizou-se uma abordagem direta no domínio do tempo e supôs-se que o solo pudesse ser representado como um plano condutor perfeito. O acoplamento dos campos eletromagnéticos gerados pela descarga com a linha foi realizado com a utilização do modelo de Agrawal. O modelo de cálculo de tensões induzidas foi implementado na rotina MODELS disponível naplataforma computacional ATP (Alternative Transients Program) utilizando uma formulação baseada no método das características.Para avaliar a ocorrência de falhas de isolamento na rede causadas porsobretensões induzidas por descargas atmosféricas, foi implementado no ATP um modelo de isolador baseado no método da integração. Três diferentes metodologias foram testadas para determinar os parâmetros a serem utilizados nesse modelo: uma baseada na solução de equações não-lineares com método de Newton, outra baseada nométodo de variância mínima proposto por Ancajima et al., e finalmente uma terceira metodologia baseada na abordagem proposta por Hileman. Os três métodos foram testados e validados tendo como base curvas V-t obtidas em ensaios realizados em laboratório com isoladores tipicamente empregados em redes de distribuição. Também foi considerado nas análises o método simplificado proposto pelo IEEE para estimar a taxa de falhas de redes de distribuição aéreas submetidas aos efeitos de descargas atmosféricas. Finalmente, para analisar os efeitos de descargas atmosféricas indiretas considerando-se o efeito de falhas de isolamento foi implementada uma topologia de rede monofásica real contendo transformadores, pára-raios e cargas consumidoras. Análises de sensibilidade foram realizadas para avaliar o efeito de diferentes parâmetros nas sobretensões resultantes na rede, como forma de onda da corrente de descarga,modelo de isolador, ponto de incidência da descarga, tempo de frente da corrente de descarga e efeito de pára-raios. Os resultados obtidos demonstram a importância de se considerar modelos de isoladores adequados para a análise das sobretensões induzidas por descargas atmosféricas em redes de distribuição.In this work it is evaluated the effect of lightning-induced voltages on a singlephase overhead line considering flashovers. For calculating lightning-induced voltages, a direct time-domain approach was used in which the ground was assumed as a perfect conductor. The coupling of the incident lightning electromagnetic fields with the illuminated line was made with Agrawals model. The model was implemented in theMODELS routine available in ATP (Alternative Transients Program) using a formulation based on the method of characteristics. To evaluate the occurrence of flashovers caused by lightning-induced overvoltages on overhead lines, an insulator model based on the integration method wasimplemented in ATP. Three different methodologies were tested to determine the parameters to be used in this model: one based on the solution of non-linear equations using Newtons method, other based on the minimum variance method proposed by Ancajima et al., and finally a third methodology based on Hilemans approach. The three methods above were tested and validated through comparisons with V-t curvesobtained from laboratory tests with distribution line insulators. It was also considered in the analyses the simplified method proposed by the IEEE to estimate the flashover rate of overhead distribution lines due to lightning-induced overvoltages. Finally, to evaluate the effect of lightning-induced voltages considering flashovers, an actual single-phase, medium-voltage distribution line containing transformers, surge arresters, and consumer loads was implemented. Sensitivityanalyses were performed to evaluate the effect of different parameters on the resulting overvoltages, namely the lightning current waveform, the insulator model, the stroke location, the front time of the lightning current, and the effect of surge arresters. The obtained results indicate the importance of considering adequate insulator models to evaluate lightning-induced voltages on distribution lines