Perspectivas de estratégias para a identificação da origem das Variações de Tensão de Curta Duração

As Variações de Tensão de Curta Duração (VTCDs) são fenômenos que, embora ocorram durante um curto intervalo de tempo, podem resultar em expressivos impactos sobre redes de transmissão/distribuição ou consumidores. Não obstante, o tema se apresente contemplado na legislação nacional através dos denominados Fatores de Impacto (FI), que quantificam as ocorrências, não há, todavia, qualquer menção à questão da responsabilidade do evento. No contexto de procedimentos metodológicos para a identificação da origem destes eventos, a literatura relata esforços visando a proposição de estratégias para tal fim.

Na publicação [1] é estabelecida uma estratégia baseada em medições realizadas em vários barramentos da rede. A abordagem baseia-se na análise da tensão residual monitorada em cada barramento (a tensão restante associada ao VTCD), o instante que ocorre o evento, e a duração do mesmo. Outro autor [2] explora um procedimento baseado na Transformada Rápida de Fourier. Nesta, as tensões e correntes são monitoradas e analisadas, levando à identificação da origem do evento. Já em [3] encontra-se um procedimento fundamentado no comportamento do fluxo de potência antes e durante o afundamento de tensão analisando-se os valores obtidos nos quadrantes real e imaginário, requerendo, para tanto, as impedâncias das componentes de sequências para a sua aplicação. Em [4], há uma abordagem a partir de medições de corrente, potência ativa e distorção harmônica. As variáveis são medidas antes, durante e, em alguns casos, após os eventos. 

A referência [5] usa um procedimento baseado nas medições dos valores de tensão e corrente de sequência-negativa contando com o conhecimento das respectivas impedâncias. Analisando o período durante a ocorrência das VTCDs, em [6], é apresentada uma proposta que requer grandes esforços computacionais. Por fim, em [7], encontra-se um procedimento baseado nas impedâncias pré e pós falta, através das quais é feita uma análise da parte real e imaginária destas grandezas, e seus correspondentes ângulos de fase. Não obstante tais estratégias, o fato é que, até o momento, não há registros de suas aplicações e eficácias dos procedimentos supra postos.

Já em [8], encontra-se uma proposta metodológica embasada no emprego de indicadores relacionados com os fatores de desequilíbrios de tensão e corrente, e seus processos de transferência, através dos transformadores de conexão entre os agentes. Esta estratégia evidenciou resultados promissores ao propósito estabelecido, os quais foram obtidos através de simulações computacionais e experimentos laboratoriais, tendo-se constatada, numa primeira instância, sua efetividade e perspectivas de aplicação em campo.

O processo em questão se baseia nas medições de tensões e correntes trifásicas dos lados primário e secundário do transformador de conexão interligando, por exemplo, uma concessionária a uma unidade consumidora, ou, uma rede de transmissão a um sistema de distribuição, como ilustra a Figura 1. Uma vez medidas as tensões e correntes trifásicas, seus correspondentes fatores de desequilíbrio de sequência negativa e zero são prontamente calculados, seguido de uma análise comparativa dos valores encontrados, de um e outro lado do transformador. Esta correlação se apresenta como fundamento para o estabelecimento da estratégia para a identificação da origem da VTCD, ressalvando que o fenômeno ocorrido deve possuir uma natureza desequilibrada.

Figura 1 – Interpretação física dos princípios da metodologia estabelecida em [8].

Objetivando esclarecer a proposta contida em [8], através de um sistema elétrico modelado, cujas características não são aqui transcritas, procedeu-se o processo de análise através de mecanismos computacionais e experimentais. Os resultados indicativos da correlação entre os FDs das tensões e correntes, de um e outro lado do transformador, encontram-se sintetizados na Tabela 1. A lógica comparativa entre os correspondentes FDs de tensões e correntes, de um e outro lado do transformador, para distintos tipos de conexão, como indicado, se mostra com características promissoras à identificação da origem dos fenômenos manifestados. Destaca-se que as grandezas indicadas pelos índices “2”, “0”, “v”, “i”, “p” e “s” estão atrelados com a sequência negativa, zero, tensão, corrente, primário e secundário, respectivamente.

Tabela 1 – Correlação entre os FDs de tensão e corrente determinados dos lados primário e secundário de transformadores com conexões típicas e para distintos tipos de desequilíbrio para as VTCDs 

Do exposto, segue que o processo de transferência dos FDs, de um para o outro lado do transformador, quando da ocorrência das VTCDs do lado primário, apresentam os mesmos valores. Por outro lado, quando o evento é advindo do lado secundário, os correspondentes fatores de desequilíbrios são distintos. Assim, os fatores de desequilíbrios de tensão de sequência negativa, obtidos através de medições dos módulos das tensões fase-fase, se revelam-se como grandezas fundamentais à determinação da origem do fenômeno aqui considerado. Quanto aos fatores de desequilíbrio de sequência zero, os mesmos não modificam as constatações supra feitas, mas apenas oferecem uma base complementar para o processo de identificação da responsabilidade da origem do distúrbio em questão. 

Autores: 

Por Adrian Ribeiro Ferreira, M.Sc – Trainee do Grupo Energisa, Doutorando da Universidade Federal de Uberlândia e Pesquisador do NQEE-UFU;

José Carlos de Oliveira, PhD – Prof. colaborador da Universidade Federal de Uberlândia;

Paulo Henrique Oliveira Rezende, Dr. – Prof. da Universidade Federal de Uberlândia e Pesquisador do NQEE-UFU.

Referências:

 [1] C. Noce, M. De Santis, P. Varilone, and P. Verde, “Comparison of Methods Using only Voltage Measurements for Detecting the Origin of Voltage Sags in the Modern Distribution Networks,” IEEE, p. 6, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/ICHQP.2018.8378844. 

[2] H. Shareef, A. Mohamed, and A. A. Ibrahim, “Identification of  voltage sag source location using S and TT transformed disturbance power,” J. Cent. South Univ., vol. 20, pp. 83–97, 2013, doi: https://doi.org/10.1007/s11771-013-1463-5. 

[3] F. O. Passos, “Localizador da Fonte de AMTs Baseado nas Medições de Tensões de Fronteira,” Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI, 2015.

[4] S. J. Ahn, D.-J. Won, I.-Y. Chung, and S. Moon, “A New Approach to Determine the Direction and Cause of Voltage Sag,” J. Electr. Eng. Technol., vol. 3, pp. 300–307, 2008, doi: 10.5370/JEET.2008.3.3.300. 

[5] W. Kanokbannakorn, T. Saengsuwan, and S. Sirisukprasert, “Unbalanced voltage sag source location identification based on superimposed quantities and negative sequence,” 2011. doi: 10.1109/ECTICON.2011.5947915.

[6] Y. Mohammadi, R. C. Leborgne, and B. Polajžer, “Modified methods for voltage-sag source detection using transient periods,” Electr. Power Syst. Res., vol. 207, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2022.107857. 

[7] V. B. Núñez, X. B. Moliner, J. M. Frigola, S. H. Jaramillo, J. Sánchez, and M.Castro, “Two Methods for Voltage Sag Source Location” in International Conference on Harmonics & Quality of Power, 2008, p. 6.

[8] A. R. Ferreira, B. M. Gianesini, J. C. d. Oliveira and P. H. O. Rezende, “An Approach for Assigning Responsibilities of Short-Term Voltage Variations in Electrical Power Systems,” in IEEE Access, vol. 11, pp. 7751-7758, 2023, doi: 10.1109/ACCESS.202