Sistemas Elétricos de Potência



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FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ANÁLISE DE SISTEMAS ELÉTRICOS
DE POTÊNCIA

NOTAS DE AULA - 9º PERÍODO


Autor: Professor Paulo Rogério Pinheiro Nazareth

Aluno(a): ............................................................................................................................

  • ANÁLISE DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA ( SEP )



I- CONSIDERAÇÕES GERAIS EM SEP.

I.1- Introdução.

Engenharia de SEP é o ramo da engenharia que lida com a tecnologia de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica.

O engenheiro de um SEP deverá saber planejar, projetar e operar com um SEP. Esta tecnologia compreende o estudo de vários tópicos tais como: Análise, Planejamento, Dinâmica de Geração, Proteção, Estabilidade, Confiabilidade, Sobretensões, Operação Econômica, Distribuição de SEP, etc.
I.2- Objetivo.

Gerar energia elétrica suficiente nos locais mais adequados transmiti-la em grosso até o centro de carga e então distribuí-la aos consumidores individuais sob forma e qualidade adequadas e ao mais baixo preço econômico e ecológico. Os SEP são projetados para atender certas exigências, tais como:

a)Confiabilidade de suprimento; b) Economia ( técnica e ecológica );

c)Qualidade de suprimento ( V = cte e f = cte ).


I.3- Classificação das Tensões.

  1. NÍVELTENSÕES NOMINAIS DISPONÍVEISCLASSE DE TENSÃOBaixa Tensão110 ...... 127 V

220 ...... 230 V

380 V


415 ...... 480 V

660 V1 kVMédia Tensão2,4 kV; 3,3 kV; 4,16 kV; 6,6 kV; 7,2 kV

11 kV; 13,2 kV; 13,8 kV

20 kV; 23,2 kV; 24,2 kV

36,2 kV7,2 kV

15 kV


24 kV

36 kVAlta Tensão66 kV; 69 kV

138 kV

230 kV69 kV



138 kV

230 kVExtra Alta

Tensão345 kV

450 kV ..... 550 kV

550 kV ..... 750 kV345 kV

550 kV


750 kV

I.4- Estrutura do SEP.

O SEP opera em diversos níveis de tensão separados por transformadores.



  1. Nível de distribuição

  2. Nível de subtransmissão - 22 kV a 69 kV ou 138 kV

  3. Nível de transmissão - 138 kV; 230 kV

- EAT : 345 kV ; 450 kV ; 550kV ; 750 kV
I.5- Estado de um SEP.

Basicamente um SEP pode operar em dois estados:

- SEP em regime permanente;

- SEP fora do regime permanente (regime transitório).



I.5.1- SEP em regime permanente.

Neste caso são comuns os seguintes tipos de estudos:


1- Fluxo de Potência (Load Flow).

Os estudos de fluxo de potência são realizados, principalmente para fins de planejamento e operação. O estudo do fluxo de potência nos fornece a condição de tensão em todas as barras em módulo e ângulo de fase, bem como o fluxo de potência ativa (P) e reativa (Q) em todas as linhas do sistema.

Com as informações obtidas do estudo de fluxo de potência, pode-se pesquisar:

→ Modificação da configuração do sistema, ou seja, Novas LT’s? Rearranjo das existentes?

→ Modificações das características do sistema, ou seja, Mudar o condutor? Mudar a V do sistema?

→ Emergências no sistema, tais como Perdas de LT’s, e Geradores.

→ Otimização da operação do sistema quanto à distribuição de cargas do sistema, minimização de perdas, utilização de Trafo com e sem taps variáveis em carga (LTC).
2- Operação Econômica do Sistema.

Uma determinada carga pode ser alimentada por diferentes alternativas, dependendo dos despachos de geração das usinas, do perfil de tensão V do sistema e da configuração de linhas de transmissão (LT’s) do sistema.

Portanto, é necessário decidir a estratégia operacional ótima do sistema levando-se em conta:

→Despacho de geração mais econômico.

→Critérios de custos (operacionais de combustíveis).

→Critério de perdas nas linhas de transmissão, para diferentes configurações e diferentes despachos de geração.



3- Controle do Sistema.

Controle f x P (Carga x Frequência)

Controle V x Q (Tensão x Reativos)
I.5.2- SEP fora do regime permanente ( regime transitório ).

Durante o funcionamento de um SEP poderão ocorrer diversos fenômenos transitórios devido a:


1- Variações momentâneas ou permanentes do sistema, provocado por:

→ descargas atmosféricas; → manobras do circuito; → desligamento de geradores;

desligamento de cargas; → ocorrência de curtos-circuitos.
2- Variação de alguma grandeza eletromecânica do sistema.

Consequentemente vão surgir oscilações de potência, tensão e corrente do sistema.

As OSCILAÇÕES DE POTÊNCIA poderão tirar o sistema de sincronismo.

As ELEVADAS TENSÕES E CORRENTES poderão danificar os equipamentos.

Os transitórios são classificados de acordo com a sua velocidade e duração em:

Transitórios Ultrarrápidos ou classe A, que constitui o chamado ESTUDO DE SOBRETENSÕES.

São caracterizados por fenômenos de pontos de tensão, causados por:


=> Descarga atmosférica nas LT’s => Operações de manobra (switching

operations)

São de natureza elétrica provocando ondas eletromagnéticas que se propagam pela linha à velocidade da luz. O elemento que controla ou elimina estes transitórios são os pára-raios do sistema. A duração deste transitório pode chegar até 5 ms após a ocorrência, provocando perigosas sobretensões. A finalidade do Estudo de Sobretensões é de fornecer elementos para estabelecer um esquema e proteção contra sobretensões e determinar o nível básico de isolamento (NBI) dos equipamentos do SEP.


Transitórios Medianamente Rápidos ou classe B, que constitui o chamado ESTUDO DE CURTOS-CIRCUITOS.

São caracterizados por fenômenos de curto-circuito, causados por falhas de isolamento de LT ou equipamentos após surtos de tensão ou contatos acidentais entre fases, fase e terra, ou causas mecânicas diversas.

São também de natureza elétrica e são determinadas basicamente pelo acoplamento magnético entre os enrolamentos dos geradores. Quanto a duração, nos primeiros 10 ciclos do curto-circuito, na prática são de importância maior, porém os estudos se prolongam até 100 ms após a ocorrência do curto-circuito.

Os curtos-circuitos acarretam um colapso total ou parcial da tensão do sistema e as correntes podem alcançar valores maiores que as limitações técnicas dos equipamentos e LT’s.

Os elementos responsáveis por controlar ou eliminar tais transitórios são os relés e disjuntores, religamento automático.

A finalidade do Estudo de Curto-circuito é de determinar presumidamente as correntes e tensões de falta para selecionar os disjuntores do sistema e escolher o sistema de proteção por relés que deverão sentir o defeito e iniciar o chaveamento seletivo para minimizar os problemas técnicos dos equipamentos e as oscilações mecânicas dos motores.

Transitórios Lentos ou classe C, que constitui o chamado ESTUDO DE ESTABILIDADE.

São fenômenos de estabilidade transitória e dinâmica, causados por curto-circuito que ocorre num ponto vital do sistema não eliminado com sucesso e/ou a tempo. São de natureza eletromecânica, envolvendo as oscilações mecânicas dos rotores das máquinas síncronas. Sua duração vai de fração de segundo a um minuto ou mais. As oscilações do rotor podem tirar máquinas de sincronismo e provocar o colapso total ou parcial do sistema.

Estes transitórios podem ser controlados ou eliminados pela eficiência do sistema de proteção que deve eliminar o defeito.

A finalidade do estudo de estabilidade é estabelecer estratégias de operação que minimizem os efeitos das ocorrências usando outros tipos de proteção ou outros tipos de relés, chaveamento no sistema de LT’s e/ou Geradores, e rejeição de cargas.












  1. QUADRO RESUMO DE ESTUDO E ANÁLISE DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA





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