32.4 : Linhas de Transmissão: Operação Transiente

A resistência em série da linha de transmissão e a condutância de derivação causam três efeitos primários: atenuação, distorção e perdas de energia.

Atenuação

Quando a resistência em série constante e a condutância de derivação estão presentes, as equações de tensão e corrente são modificadas. A constante de propagação indica que as ondas de tensão e corrente consistem em componentes de viagem para frente e para trás. Essas ondas atenuam à medida que se propagam, com o fator de atenuação relacionado à resistência e à condutância. Em uma linha sem distorção, onde a relação resistência-indutância é igual à relação condutância-capacitância, o fator de atenuação permanece constante. As ondas viajam sem mudar de forma, apenas diminuindo em magnitude.

Distorção

Para ondas senoidais em estado estacionário, a constante de propagação determina a velocidade de fase e a atenuação. Em uma linha sem perdas, a velocidade de fase é constante, sem atenuação. Em uma linha sem distorção, ondas de todas as frequências viajam a uma velocidade constante com atenuação uniforme, crucial para manter a integridade do sinal em longas distâncias. Acima de uma certa frequência, normalmente 1 MHz para linhas de transmissão práticas, a maioria das linhas se comporta como sem distorção.

Perdas de Energia

As perdas de energia em linhas de transmissão resultam da resistência em série e da condutância de derivação. As perdas relacionadas à resistência ocorrem devido ao fluxo de corrente através da linha, enquanto a tensão nos condutores causa perdas relacionadas à condutância. Essas perdas podem resultar de vazamento do isolador, efeitos corona em linhas aéreas e perdas dielétricas em cabos. Analisar transientes em linhas com perdas com parâmetros constantes — resistência, indutância, condutância e capacitância — é complexo, especialmente considerando os efeitos de pele.

As sobretensões em sistemas de energia são classificadas como surtos de raios, surtos de comutação e sobretensões de frequência de energia. Os raios, uma das principais causas, envolvem interações complexas de nuvens. A separação de cargas dentro das nuvens, gotas de chuva caindo carregando cargas negativas e correntes de ar ascendentes carregando cargas positivas contribuem para a formação de raios. Quando o gradiente de tensão excede a força de ruptura do ar, um líder descendente se conecta a um líder ascendente do solo, causando um surto.