Aulas_Sistema Energia Elétrica

5/16/2018 Aulas_Sistema Energia El trica - slidepdf.com

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INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENEGENHARIA DE

TUCURUÍ

Professor MSc. Andrey Ramos Vieira

Disciplina

SISTEMA DE ENERGIA ELÉTRICA



Sistema de Energia Elétrica

Sistema de energia eletrica (SEE) conjunto de equipamentos que operamem conjunto e de maneira coordenada de forma a gerar, transmitir e fornecer

energia elétrica aos consumidores, mantendo o melhor padrão de qualidadepossível.



Hidráulica,Nuclear,

Termoelétrica

Existem váriasconfigurações

Linhas de Transmissão:Existem vários

Modelos

CARGAS:Residencial,Industrial, etc



ANALOGIA DO SEE COM UMA ÁRVORE



• Equipamentos Geradores, transformadores, linhas detransmissão, disjuntores, pára-raios, relés, medidores etc.



• SEE Equivale a um sistema de controle.



• Padrão de qualidade Requisitos básicos a seremsatisfeitos pelas empresas concessionárias de energia elétrica com

relação ao fornecimento aos consumidores:

a) Os níveis de tensão devem estar dentro de uma faixa especificada;

b) A frequência deve estar dentro de uma faixa especificada;

c) O serviço não deve sofrer interrupções (na pratica, este deve sofrer o mínimo numero de interrupções, com o menor tempo possível de duração);

d) A forma de onda da tensão deve ser (a mais próxima possível de) uma senóide;

e) A energia deve ser entregue ao consumidor com o mínimo custo (geração econômica, transmissão com mínima perda, etc.);

f) O impacto ambiental deve ser mínimo (emissão de NOx, etc.);



Idéia do Curso

Estudar os principais componentes dos SEE e obter seus respectivos modelos .

Tais modelos colocados juntos formam um circuito elétrico que deve ser resolvido (cálculo de tensões nos nós, fluxos de corrente e/ou potência nos ramos).



Área de Sistemas de Energia Elétrica

• Vários problemas relacionados com SEE devem ser enfrentadospelos profissionais da área, que vão desde a operação diária da redeaté estudos de planejamento da sua expansão, como por exemplo:

• Operação em Tempo real: Garantir que a geração atenda a Demanda;

• Análise de Segurança em Tempo Real: Avaliar Efeitos de eventuais alterações naRede; Determinar estratégias de Controle Preventivo/ Corretivo;

• Opção econômica: Determinação das Potências entregues por cada gerador de formaa minimizar o custo total da geração;

• Proteção de Sistemas;

• Planejamento de expansão do sistema de transmissão;

• Planejamento de expansão do sistema da geração.



O tamanho, a complexidade e os níveis de potência envolvidos nageração, transmissão e distribuição de energia elétrica aumentarammuito desde Edison fato mundial.

SOLUÇÃO: Utilizar o PC como ferramenta para:

• Obter modelos precisos e confiáveis dos componentes da rede MODELAGEM

• Colocá-los juntos formando um grande circuito elétrico MODELAGEM

• Desenvolver métodos apropriados de resolução de circuitos SOLUÇÃO

• Simular cenários de operação SIMULAÇÃO

• Analisar os resultados ANÁLISE



A solução dos problemas acima necessita e ainda requer muitapesquisa para a obtenção de métodos eficientes de abordagem dosmesmos.

A área de SEE é muito ativa do ponto de vista de pesquisa e tem havidogrande desenvolvimento nos últimos anos.

Pesquisa no Brasil: universidades, programa de P&D/Aneel.



Primeiro Sistema Elétrico de Potência

Estação de Pearl Street em Nova York em 1882• Alimentava 59 consumidores

a) Prédio da Pearl Street b) Dínamo de Edson

a) Thomas Edson



HISTÓRICO DOS SISTEMAS ELÉTRICOS

• Alessandro Volta (Italiano) Em 1800 anunciou a invenção da bateria.

• André Marie Ampère (Francês) Descobriu que as correntes agiam sobre outrascorrentes. Lançou as bases do eletromagnetismo.

• Georg Simon Ohm (Alemão) Em 1827 enunciou a lei de Ohm.

• Michael Faraday (Inglês) em 1831 descobriu a indução eletromagnética.Estabeleceu o princípio do motor elétrico.

• Thomas A. Edison (Americano) Em 1879 inventou a lâmpada elétrica.

• Nikola Tesla (Croata-Americano) Em 1888 inventou: motores de indução esíncrono; sistema polifásico;

Responsável pela definição de 60Hz como freqüência padrão nos EUA



• Em 1886 existem cerca de 60 centrais em CC (Edison) com cerca de 150.000 lâmpadas.a) Stanley coloca em operação a primeira central em CA (Westinghouse) em GreatBarrington, Massachussets - 150 lâmpadas.

• Em 1888 Edison passa a atacar duramente os sistemas de corrente alternada.a) Nessa época, existia medidor de energia somente para corrente contínua (sistema

eletroquímico.b) Os sistemas em corrente alternada cobravam por número de lâmpadas. Tinham de

produzir de 40% a 80% a mais que os sistemas em CC para mesmo número de

consumidores.

• Os SEE tem pouco mais de 100 anos.

• Até então para a transmissão de energia elétrica não se sabia se seria melhor utilizarcorrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA). No caso de CA, não se sabia com que

freqüência nem com que número de fases.

• Em 1882 Edison coloca em funcionamento um sistema de corrente contínua em NewYork (empresa Edison Electric Company) - Pearl St. Station – geradores CC (na época

chamados dínamos) acionados por motores a vapor supriam 30 kW em 110 V a 59consumidores - iluminação incandescente - Área de 1 milha quadrada.



• No mesmo ano Shallenberger (engenheiro chefe de Westinghouse) coloca emfuncionamento um medidor de energia em CA que fornece uma leitura direta da energia

consumida.. Que é superior ao medidor de Edison.a) Nikola Tesla publica um artigo em que mostra ser possível construir um motor emCA.

b) Westinghouse compra a patente de Tesla e o contrata para desenvolver o motor (quesó ficaria pronto em 1892).

• Em 1890 Edison aumenta a discussão, defendo os sistemas CC e o perigo apresentadopor tensões em sistemas CA.

a) 1ª linha de transmissão CA é posta em operação para interligar a de Willamette Fallsaté Portland, Oregon (20 km, 4 kV, monofásica).

b) Ocorrem Morte de animais (cães e cavalos) através de corrente alternada.c) Primeira execução em cadeira elétrica (06 Ago 1890) na prisão de Auburn, NY, foi em

corrente alternada (gerador Westinghouse).



Representação MACRO de um SEEA ) Geração B) Transmissão C) Distribuição



ANÁLISE BÁSICA DE UM SEE

1) SISTEMA DE GERAÇÃO

2) SISTEMA DE TRANSMISSÃO CA & CC

3) SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO

4) SISTEMA DE PROTEÇÃO E MANOBRAS

5) SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS E CONTROLE



1) SISTEMA DE GERAÇÃO: Gerador, TransformadorElevador (e ainda barragens, caldeiras, turbinas, etc.)

• Conversão Convencional

Fontes primarias: a) Hidráulica b) Combustível fóssil: carvão,petróleo e gás Fissão nuclear

• Conversão não-convencional:

Solar : células fotoelétricas rendimento baixo, alto custo

Eólica : cataventos (California, DinamarcaWindmill Farms)

EXISTE MAIS?



EXISTE MAIS?



Processos de Conversão de Energia



2) SISTEMA DE TRANSMISSÃO: Linhas de Transmissão etransformadores.

SISTEMA DE SUBTRANSMISSÃO: Ramificação do sistema detransmissão que utiliza níveis de tensões menores.

A divisão típica pode ser apresentada como:



NÍVEIS DE TENSÃO



NÍVEIS DE TENSÃO



3) SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO: Linhas de Distribuição primárias esecundárias, transformadores abaixadores e cargas.



EXEMPLO DO SD:RepresentaçãoElétrica



4) SISTEMA DE PROTEÇÃO E MANOBRAS:Relé, Disjuntores, Pára-Raios, Religadores,Fusíveis, Chaves Seccionadoras, etc.

5) SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS E CONTROLE: Faz a lnterfacecom o centro de divisão e controle – em inglês SCADA (Supervisory

Control And Data Acquisition).

Centro de supervisão e controle Energy Managment System (EMS)

• Avalia estado de operação da rede;• Simula a ocorrência de possíveis falhas e determina ações de controlepreventivo/corretivo;• Determina ações para a operação econômica e segura.



7) SISTEMA DE TRANSMISSÃO EM CORRENTE CONTÍNUA: Envolvetecnologia de estado sólido (Eletrônica de Potência). Transmissão em CCnão é econômica para distâncias inferiores a 500 km

Exemplos no Brasil: Sistema deGeração e Transmissão de Itaipu

• Usina de Itaipu no Rio Paraná

• Apresenta dois Sistemas deTransmissão: um em CC e outroem CA. • CA: 750 kV (eficaz de linha).

• CC: bipólo de ± 600kV (tensãoentre pólos de 1200 kV)

• Geradores (Brasil): Energia a 60 Hz.

• Geradores (Paraguai): Energia a 50 Hz.

• Energia gerada no Paraguai que vai para o Brasil: 50 Hz retificada etransmitida em CC (Foz do Iguaçú). CC transformado em 60 Hz (Ibiuna).



SISTEMAS INTERLIGADOSÉ um sistema constituído, predominantemente, de centrais hidrelétricas de grande e médioporte.

a) Existe uma concentração de demanda em localidades industrializadas onde não seconcentram as centrais geradoras.

b) Objetivos: ampliar a confiabilidade, otimizar os recursos energéticos e homogeneizarmercados sistema interligado nacional – SIN responsável por mais de 95% dofornecimento nacional.

Al V t

http://atlas_analise/du-ct.nne.01a_r61.pdf















Algumas Vantagens:

• Aumento da estabilidade – sistema torna-semais robusto podendo absorver, sem perdade sincronismo, maiores impactos elétricos;

• Aumento da confiabilidade – permite acontinuidade do serviço em decorrência dafalha ou manutenção de equipamento, ouainda devido às alternativas de rotas parafluxo da energia;

• Aumento da disponibilidade do sistema – capacidade de uma unidade de um sistemade realizar a função requerida em qualquermomento de sua operação;

• Mais econômico – permite a troca de

reservas que pode resultar em economia nacapacidade de reservas dos sistemas. Ademanda máxima dos sistemas envolvidosacontece em horários diferentes.

Desvantagens:

• Distúrbio em um sistema afeta os outrossistemas interligados;

• A operação e proteção tornam-se maiscomplexas. No Brasil, a interligação dosistema elétrico liga as diferentes regiões dopaís;

• Sistema interligado sudeste – centro-oeste → concentra pelo menos 60% da demanda deenergia no Brasil;



•Sistema norte – centro-oeste → capacidade máxima de 1000 MW e comtransferência média de 600 MW.

• Interligação Norte-Sul II → conjunto deLTs passando pelas SE Imperatriz, noMaranhão, Colinas, Miracema e Gurupi, noTocantins, Serra da Mesa em Goiás, eSamambaia em Brasília.•O comprimento da linha é de 1.278 km deextensão em 500 kV;

• Sistema sul – sudeste → com energiatransferida da usina de Itaipu (2 circuitos emCC em 600 kV ligando a usina a São Roque,

dois circuito 765 kV ligando a usina a TijucoPreto);

• Sistema norte – centro-oeste → capacidade máxima de 1000 MW e comtransferência média de 600 MW. Esta

interligação é conhecida como „ligação norte-sul‟ embora interligue Tocantins aoDistrito Federal;

Mapa elétrico Região Norte_Nordeste

Í

http://atlas_analise/du-ct.nne.01_r61.pdf













CARACTERÍSTICAS E REQUISITOS DE UM SEE

Fundamentos para a Solução de Circuitos Elétricos
































REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE SISTEMAS DE POTÊNCIA E




REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE SISTEMAS DE POTÊNCIA EMODELAGEM SEUS COMPONENTES

a) Opera normalmente equilibrado;

b) Substitui-se sua representação trifásica por uma representação simbólicaconhecida como diagrama unifila;c) Os elementos do sistema no diagrama unifilar são representados porsímbolos.

O comportamento de um SEE deve ser acompanhadosistematicamente e analisado frente às suas contingênciase alterações a fim de que um diagnóstico correto dosefeitos seja feito e medidas corretas sejam adotadas.

Para isso, o SEE deve ser criteriosamenterepresentado por meio de uma modelagem adequada aotipo de estudo a ser realizado.


















DIAGRAMA UNIFILARÉ a representação de um sistema trifásico por um sistema monofásico (uma das três fases e o

neutro). Freqüentemente este diagrama é ainda mais simplificado, suprimindo-se o neutro e indicando aspartes componentes por símbolos padronizados.

A importância do diagrama unifilar é fornecer de maneira concisa os dados mais significativos de umsistema de potência bem como sua topologia. As informações contidas num diagrama unifilar variam deacordo com o problema a ser estudado.

Os componentes de um sistema de potência trifásico que são representadas num diagrama unifilarsão:• Máquinas síncronas;

• Transformadores;• Linhas de transmissão;• Cargas estáticas ou dinâmicas.

O diagrama unifilar também deve incluir:

• Informações sobre cargas;•

Valores nominais dos geradores, transformadores e reatâncias dos diversos componentes.OBS.: É importante conhecer também os pontos onde o sistema é ligado a terra, como é mostrado

abaixo.O esquema abaixo mostra alguns tipos de ligações.

Alguns dos símbolos utilizados nesta representação foram normalizados pela































Alguns dos símbolos utilizados nesta representação foram normalizados pelaAmerican National Standards Institute (ANSI) e pelo Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) e são mostrados na figura abaixo

A figura mostra um exemplo de sistema de potência onde as informações










A figura mostra um exemplo de sistema de potência onde as informaçõesapresentadas no diagrama unifilar são interpretadas com maior simplicidade.O sistema de potência trifásico consiste de :

Gerador nº 1 conectado em estrela (Y) aterrado

Gerador nº 2 conectado em estrela (Y) aterrado Gerador nº 3 conectado em estrela (Y) aterrado T1 conectado em Y aterrado dos dois lados T2 conectado em Y e aterrado no alta de baixa tensão e conectado em delta no lado debaixa tensão Reatância da linha de transmissãoCarga A fator de potência em atraso Carga B fator de potência em atraso













































A figura abaixo mostra um pequeno trecho de um diagrama unifilar de umequipamento elétrico (disjuntor) com mais detalhes.

A Fi b i t t l d di ifil d






As Figuras abaixo apresentam um outro exemplo de diagrama unifilar de umsistema elétrico com os respectivos elementos citados anteriormente e odiagrama de impedância, respectivamente.

As impedâncias são usadas para cálculos de queda de tensão, curto-circuito,carregamento de circuitos, etc

Diagrama de impedâncias.

É










4. USINAS ELÉTRICAS

TURBINAS

É um equipamento construído para captar e converter energia mecânica e/ou térmicacontida em um fluido, em trabalho de eixo. Os principais tipos encontrados são:

1. USINAS HIDRELÉTRICAS2. USINAS TÉRMICAS

3. USINAS EÓLICAS

4. USINAS NUCLEAR

5. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

1 USINAS HIDRELÉTRICAS





http://pt.wikipedia.org/wiki/Trabalho

http://pt.wikipedia.org/wiki/Eixo_%28rota%C3%A7%C3%A3o%29





1. USINAS HIDRELÉTRICAS

É um complexo arquitetônico,um conjunto de obras e deequipamentos que tem porobjetivo produzir energiaelétrica por meio doaproveitamento do potencialhidráulico existente em um rio.

ENERGIA PRODUZIDA

1.USINAS DE GRANDE QUEDAdesnível 300m à 1800m

2.USINAS DE QUEDA MÉDIAdesnível 30m à 500m

3.USINAS DE BAIXA QUEDAdesnível até a 60m

TIPOS DE USINAS HIDRELÉTRICAS

1 2 USINAS TÉRMICAS



1.2 USINAS TÉRMICAS

É uma instalação industrial usada parageração de energia elétrica a partir daenergia liberada em forma de calor.

Normalmente por meio da combustão dealgum tipo de combustível renovável ou nãorenovável.

Tipo de combustível fóssil:

a) Petróleo b) Carvão c) Gás Natural

A definição do nometermo-elétrica é devidoesta ser constituída em

duas partes: umaTérmica Produção devapor a alta pressão eoutra Elétrica Produção deeletricidade.

1 3 USINAS EÓLICAS



1.3 USINAS EÓLICAS

A ENERGIA EÓLICA é a energiaque provém do vento.

a) É uma das mais promissorasfontes naturais de energia principalmente porque érenovável não se esgota.

b) São utilizadas tanto emconexão com redes elétricas como em lugares isolados.

c) Os Aerogeradores são osresponsáveis por converter ovento em energia elétrica.Seus agrupamentos sãoconhecidos como PARQUESEÓLICOS.

1 4 USINAS NUCLEARES



1.4 USINAS NUCLEARES

A ENERGIA NUCLEAR é aquelaliberada por meio da quebra donúcleo dos átomos.

O Urânio 235, em função de suascaracterísticas químicas, é oelemento utilizado para a geraçãode energia nuclear nas usinas.

REAÇÃO EM CADEIA

É uma energia considerada „limpa‟, poisnão polui o meio ambiente diretamente, o problema é o lixo radioativo que deveser armazenado cuidadosamente emlocais adequados, seguindo diversasnormas rígidas de segurança, pois ofereceriscos de contaminação que pode durar

centenas de anos.

O Brasil possui três usinas nucleares em Angra dos Reis

1 4 USINAS NUCLEARES



1.4 USINAS NUCLEARES

Caso ChernobylO maior acidente da história.

A grande vantagem de uma centralTémrica Nuclear é a enorme quantidadede energia que pode ser gerada parapouco mateial usado (urânio).

O Urânio é o combustível nuclear substitui o óleo ou o carvão para gerarcalor.A energia Nuclear também é utilizada parafabricação de bombas nucleares.

O "sarcófago" que abriga o reator 4, construído paraconter a radiação liberada pelo acidente

1 5 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sarc%C3%B3fago

http://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sarc%C3%B3fago

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Chernobylreactor_1.jpg



1.5 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

• Geração Fotovoltaica (FV) Conversãode luz solar eletricidade.

• É uma das mais fascinantes tecnologiasno campo da energia.

• Tecnologia iniciada muitos anos atrás erecebeu um grande impulso na década de1950, devido ao programa espacial norte-

americano.

• As células solares continuam relativamentecaras e sua disseminação no mercado éaltamente dependente da redução dos custosde produção e do aumento da eficiência dascélulas.

• Aparentemente não existe mais obstáculostécnicos para a ampla disseminação do uso decélulas solares.

1 5 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS



1.5 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

• O princípio da energia solar para aprodução de eletricidade foi descoberto em 1887 por Heinrich Hertz e explicado em 1905 por Albert Einstein.

PRINCÍPIO “Quando a luz atinge determinados metais, elétrons são

emitidos ”.

SISTEMA FOTOVOLTAICO RESIDENCIAL

Este fenômeno, conhecido como efeitofotoelétrico, pode ser estudado com umartefato como o mostrado na Figura 15.

ELEMENTOS DE SISTEMAS DE POTÊNCIA

http://xn--vdeos-zsa/How%20Solar%20Panels%20Work.flv

http://xn--vdeos-zsa/How%20Solar%20Works.flv

http://xn--vdeos-zsa/How%20Solar%20Works.flv

http://xn--vdeos-zsa/How%20Solar%20Panels%20Work.flv



ELEMENTOS DE SISTEMAS DE POTÊNCIA

TURBINAS

É um equipamento construído para captar e converter energia mecânica e/ou térmicacontida em um fluido, em trabalho de eixo. Os principais tipos encontrados são:

1. TURBINA HIDRÁULICA2. TURBINA A VAPOR

3. TURBINA A GÁS

4. TURBINA EÓLICA

5. TURBINA AERONÁUTICA

1 TURBINA HIDRÁULICA







1. TURBINA HIDRÁULICA

Projetadas para transformar a energia hidráulica (a energia de pressão e aenergia cinética) de um fluxo de água em energia mecânica.

São mais encontradas em usinas hidrelétricas, onde são acopladas a umgerador elétrico, o qual é conectado a rede de energia.

Também são usadas para geração de energia em pequena escala paracomunidades isoladas.

Dividem-se em diversos tipos, sendo quatro tipos principais: Pelton,Francis, Kaplan e Bulbo.

Cada um desses tipos é adaptado para funcionar em usinas com umadeterminada faixa de altura de queda e vazão

TURBINA HIDRÁULICA PELTON

http://pt.wikipedia.org/wiki/Press%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_cin%C3%A9tica

http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_hidrel%C3%A9trica

http://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador

http://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador







http://pt.wikipedia.org/wiki/Press%C3%A3o



TURBINA HIDRÁULICA PELTON

São adequadas para operar entre quedas de 350 m até 1100 m, sendopor isto muito mais comuns em países montanhosos. A Usina

Hidrelétrica Governador Pedro Viriato Parigot de Souza, no Paraná,utiliza turbinas Pelton.A Figura abaixo mostra esquematicamente turbinas pelton contendo ume múltiplos injetores.

TURBINA HIDRÁULICA FRANCIS



TURBINA HIDRÁULICA FRANCIS

São turbinas de reação porque o escoamento na zona da roda se processa a umapressão inferior à pressão atmosférica.

Esta turbina é caracterizada por ter uma roda formada por uma coroa de aletas fixas(Figuras abaixo) as quais constituem uma série de canais hidráulicos que recebem ofluxo de água radialmente, e o orientam para a saída do rotor numa direção axial,conforme ilustra a Figura do próximo slide.

O gerador é geralmente acionado pelo próprio eixo da turbina conforme mostrado as



O gerador é geralmente acionado pelo próprio eixo da turbina, conforme mostrado asFiguras abaixo.

A entrada de água ocorre simultaneamente pormúltiplas comportas de admissão dispostas ao redor daroda, e o trabalho exerce-se sobre todas as aletas aomesmo tempo para fazer girar a turbina e o gerador. Ogerador é geralmente acionado pelo próprio eixo daturbina.



As turbinas Francis, em relação àsPelton, têm um rendimento máximo maiselevado, velocidades maiores e menores

dimensões.

Estas turbinas são utilizadas em quedas úteis superiores aos 20metros, e possuem uma grande adaptabilidade a diferentes quedas ecaudais.

São adequadas para operar entrequedas de 40 m até 400 m. A Usinahidrelétrica de Itaipu assim como a Usina

hidrelétrica de Tucuruí , Furnas e outrasno Brasil funcionam com turbinas tipoFrancis com cerca de 100 m de queda d'água.

TURBINA HIDRÁULICA KAPLAN

) S d d d d é

http://pt.wikipedia.org/wiki/Itaipu

http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_hidrel%C3%A9trica_de_Tucuru%C3%AD


http://pt.wikipedia.org/wiki/Furnas_Centrais_El%C3%A9tricas

http://pt.wikipedia.org/wiki/Furnas_Centrais_El%C3%A9tricas








http://pt.wikipedia.org/wiki/Itaipu



a) São adequadas para operar entre quedas de até 60 m.

b) Assemelha-se a um propulsor de navio (similar a uma hélice), figura abaixo.

c) Essas turbinas funcionam sobre eixos verticas e ficam totalmente submersas. O giro sedá pela pressão da água e pela velocidade de seu fluxo.

d) Elas podem ser abertas ou fechadas como folhas de uma persiana, para ajustar o fluxoe o ângulo da água contra as pás da turbina.

e) O fluxo de água também é controlado por portas ou válvulas.

f) As turbinas Kaplan funcionam melhor com um grande volume de água caindo de umapequena altura.A Figura abaixo apresenta a turbina Kaplan associada ao gerador

e) O fluxo de água também é controlado por portas ou válvulas



e) O fluxo de água também é controlado por portas ou válvulas.

f) As turbinas Kaplan funcionam melhor com um grande volume de água caindo deuma pequena altura.

A Figura abaixo apresenta a turbina Kaplan associada ao gerador

2. TURBINA A VAPOR



2. TURBINA A VAPOR

• Utiliza a energia do vapor sob forma de energia cinética.

• Aproveita a energia calorífica do vapor e a transforma em energia mecânica

• A energia mecânica é utilizada para mover equipamentos e se acoplar a um gerador comturbina a vapor. Com isso tem-se a transformação da energia mecânica em energia elétrica.

Também são consideradas como máquinas de combustão externa.

Combustão externa: os gases resultantes da queima do combustível não entram emcontato com o fluído de trabalho (em geral água) em uma caldeira que escoa no interior damáquina até gerar o vapor que ao se expandir em uma turbina realizará trabalho mecânico.

Os principais combustíveis aplicados nas centrais a vapor (termelétrica) são:

1. Derivados dom petróleo;

2. Carvão mineral;3. Gás natural;4. Nucleares;5. Biomassa.

As centrais a vapor, a gás e nucleares formam os grandes grupos de centraislé i

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Vapor

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_mec%C3%A2nica

http://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia_el%C3%A9trica








http://pt.wikipedia.org/wiki/Vapor

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia



termelétricas.A figura abaixo apresenta exemplos de turbinas a vapor.

A Fi b i il t t bi l d i t té i d



A Figura abaixo ilustra a turbina acoplada num sistema térmico degeração de energia elétrica.

3. TURBINA A GÁS



• É um termo mais comumente empregado em referência a um conjunto de três

equipamentos: compressor, câmara de combustão e turbina propriamente dita.• Esta configuração forma um ciclo termodinâmico a gás, cujo modelo ideal denomina-seCiclo Brayton, concebido por George Brayton em 1870.

• O conjunto opera em um ciclo aberto, ou seja, o fluido de trabalho (ar) é admitido napressão atmosférica e os gases de escape, após passarem pela turbina, são descarregados

de volta na atmosfera sem que retornem à admissão.

A Figura ilustra a Turbina a gás e um esquema básico de seus componentes.

OBS : A palavra gás não se refere à queima de gases combustíveis

http://pt.wikipedia.org/wiki/Compressor

http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A2mara_de_combust%C3%A3o


http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_termodin%C3%A2mico&action=edit&redlink=1

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ciclo_Brayton

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=George_Brayton&action=edit&redlink=1

http://pt.wikipedia.org/wiki/1870

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ar

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ar

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://pt.wikipedia.org/wiki/1870
















http://pt.wikipedia.org/wiki/Compressor



OBS.: A palavra gás não se refere à queima de gases combustíveis,mas sim ao fluido de trabalho da turbina que é, neste caso, amistura de gases resultante da combustão.

O combustível em si pode ser gasoso, como gás natural, gásliquefeito de petróleo (GLP), gás de síntese ou líquido, comoquerosene, óleo diesel e até mesmo óleos mais pesados.

4. TURBINA EÓLICA

http://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%ADvel

http://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_natural

http://pt.wikipedia.org/wiki/GPL_%28combust%C3%ADvel%29


http://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s_de_s%C3%ADntese

http://pt.wikipedia.org/wiki/Querosene

http://pt.wikipedia.org/wiki/Diesel




http://pt.wikipedia.org/wiki/Querosene
















http://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%ADvel

http://pt.wikipedia.org/wiki/Combust%C3%A3o



A energia eólica é hoje considerada uma das mais promissoras fontes naturais deenergia, principalmente porque é renovável. Elas podem ser utilizadas tanto em conexão com

redes elétricas como em lugares isolados.

A Turbina eólica é um mecanismo apropriado para capitação e transformação daforça de ventos canalizados em energia elétrica . O termo eólico vem do latim aeolicus ,pertencente ou relativo a Éolo, Deus dos ventos na mitologia grega e, portanto,pertencente ou relativo ao vento.

• Utiliza se a energia eólica para mover

http://pt.wikipedia.org/wiki/E%C3%B3lico

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%89olo

http://pt.wikipedia.org/wiki/Mitologia_grega




http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%89olo

http://pt.wikipedia.org/wiki/E%C3%B3lico



• Utiliza-se a energia eólica para moveraerogeradores - grandes turbinas colocadas emlugares de muito vento.

• Essas turbinas têm a forma de um cataventoou um moinho. Esse movimento, associado a umgerador, produz energia elétrica.

• Precisam agrupar-se em parques eólicos (Figura 24) concentrações de aerogeradoresnecessários para que a produção de energia se

torne rentável

• Podem ser usados isoladamente paraalimentar localidades remotas e distantes da redede transmissão.

• É possível ainda a utilização de

aerogeradores de baixa tensão quando se tratede requisitos limitados de energia elétrica.

A Figura apresenta os elementos básicos constituintes de uma turbina

http://pt.wikipedia.org/wiki/Aerogerador


http://pt.wikipedia.org/wiki/Parque_e%C3%B3lico


















A Figura apresenta os elementos básicos constituintes de uma turbinaeólica

5 CONTROLE CARGA - FREQUENCIA



• Estudos SEE que retratam odesempenho em regime permanente analisam as condições destes sistemas

para uma determinada condiçãoespecífica do mesmo É como uma fotografia do

sistema naquele instante.

• São analisadas as condições maisseveras de carga

Exemplo: Carga Pesada eCarga Mínima.

• No Brasil, uma premissa adotada paraestes estudos é considerar a frequênciado sistema constante e igual a 60 HZ.

• As cargas no SEP variam a cada instantefazendo com que o estado de equilíbriocarga-geração seja sempre alterado.

• Para isso, é necessário que também sealtere a potência mecânica dos geradores dosistema.

• PORQUE a variação de carga é suprida inicialmente pela energia cinética dasmassas girantes provocando desvios develocidade de rotação das máquinas e defrequência.

Portanto, um SEP deve possuir um sistema de controle adequado pararestabelecimento de um estado de equilíbrio apropriado instante a instante. Talcontrole é comumente denominado de Controle Carga-Freqüência (CCF) .

5 CONTROLE CARGA - FREQUÊNCIA



1ª - Regulação primária realizada pelos

reguladores de velocidade das unidadesgeradoras do sistema.

Atua elevando reduzindo a potênciamecânica da máquina primáriarestabelecendo o equilíbrio carga-geração. Permite um erro de freqüência no

sistema que é proporcional ao montantedo desequilíbrio ocorrido.

2ª - Regulação secundária tem como

objetivo, em sistemas isolados:

Manter a frequência do SEP no valornominal, eliminando desvios resultantes daação da regulação primária.

O controle carga-frequência é normalmente efetuado em duas etapas

5 CONTROLE CARGA - FREQUÊNCIA


http://slidepdf.com/reader/full/aulassistema-energia-eletrica 78/1745 CONTROLE CARGA - FREQUÊNCIA


http://slidepdf.com/reader/full/aulassistema-energia-eletrica 79/1746 - NOÇÕES DE ESTABILIDADE DE POTÊNCIA



Um SEP encontra-se no estado normal

de operação Q uando as seguintescondições são cumpridas:

1) A demanda de todas as cargasalimentadas pelo sistema é satisfeita;

2) A frequência é mantida constante emseu valor nominal (60Hz).

A energia elétrica não pode serarmazenada, ela deve ser gerada „„na medida certa‟‟ no instante em que forsolicitada pela carga.

A função precípua do controle de SEP émanter o sistema operando no estadonormal.

OBJETIVO: garantir um suprimento contínuo de energia respeitando-se simultaneamente certos padrões de qualidade.

Manter a FREQUÊNCIA constante e aTENSÃO dentro de certos limites.

Padrões de Qualidade

O motivo mais importante para manter afrequência igual ao seu valor nominal é ofato de que ela é um indicador de que obalanço de potência ativa está sendoadequadamente cumprido

6 - NOÇÕES DE ESTABILIDADE DE POTÊNCIA



Quanto à tensão Ligada ao desempenhode vários componentes da carga (torque de

motores de indução, fluxo luminoso delâmpadas, etc) Também é um indicador do balanço

de potência reativa. Existe uma maior tolerância a

variações de tensão do que para afrequência.

MOTIVO Possibilidade de se contarcom fontes locais de reativo

a) Bancos de capacitores;b) Compensadores Síncronos,

Estáticos e reatores;c) Outros meios de controle além da

excitação dos geradores („„taps‟‟ detransformadores).

O controle de SEP é facilitado pela aplicação dapropriedade de desacoplamento entre os paresde variáveis:

A) Potência ativa (P) - ângulo da tensão nas barra s (θ)

B) Potência reativa (Q) - magnitudes de tensão (V ).

O controle do torque entregue pelas máquinas

primárias aos geradores controla a potênciaativa e consequentemente a frequência

ΔT está ligadas a Δδ

Por meio da Δif dos geradores controla-se apotência reativa gerada e consequentemente a

tensão terminal da máquina.

7 – SUBESTAÇÕES (SE)



É um conjunto deequipamentos de manobra

e/ou transformação e aindaeventualmente decompensação de reativos usados para:

direcionar o fluxo deenergia em SEPs;

possibilitar a suadiversificação através derotas alternativas;

possui dispositivos deproteção capazes dedetectar os diferentes tipos

Por meio desses dispositivos, isolar os trechos onde estas faltas ocorrerem.

de faltas que ocorrerem no sistema.


Ã



CLASSIFICAÇÃO

FUNÇÃO:

a) Transformadora Converte tensão a um nível

diferente, maior (SE Elevadora) oumenor (SE abaixadora).

b) Seccionadora de manobra echaveamento

interliga circuitos de suprimentosob a mesma tensão. Possibilita seccionamento de

circuitos permitindo sua energizaçãoem trechos sucessivos de menorcomprimento.

INSTALAÇÃO:

a) Externa ou ao Tempo Equipamentos instalados ao tempo

(sol,chuvas, descargas, etc), exigindomanutenção mais frequente, o que reduz aeficácia do isolamento.

b) Interna ou Abrigada Equipamentos instalados ao abrigo dotempo: Edificação ou câmara subterrânea


Ã



PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE UMA SUBESTAÇÃO

a) Eq. De Transformação

• Transformador de Força• Transformador de Instrumentos: TC e

TP

b) Eq. De Manobra

• Disjuntores• Chaves Seccionadoras

c) Eq. De para Compensação deReativos

• Reator Derivação ou Série• Capacitor Derivação ou Série• Compensador Síncrono• Compensador Estático

d) Eq. De proteção

• Pára-Raios• Relés• Fusíveis

e) Eq. De Medição

• Instrumentos destinados a medir:Corrente, Tensão, frequência, potencia,etc




O arranjo de uma subestação e seusdispositivos de chaveamento é um dosfatores afetam sua confiabilidade.

O arranjo dos barramentos / dispositivos dechaveamento irão impactar na manutenção,proteção, desenvolvimento inicial dasubestação e no custo.

Existem seis tipos de arranjos de subestaçãocomumente utilizados ao ar livre:

a) Arranjo com Barramento Simplesb) Arranjo com Barramento Simples e seccionadoc) Arranjo com Barramento ou Disjuntor Duplod) Arranjo com Barramento Principal Transferência

e) Arranjo com Barramento em Anelf) Arranjo Disjuntor e Meio




Arranjos

MÁQUINAS SÍNCRONAS



• Elas estão entre os três tipos mais comuns de máquinas elétricas.• São chamadas assim porque operam a velocidade e freqüências constantes

em regime permanente.• A máquina síncrona é capaz de operara tanto como motor quanto comogerador.• Geram energia em CA no sistema elétrico e suprem a energia solicitada pelascargas em um SEP, mantendo os níveis de tensão dentro de uma faixa estreita, egarantindo a continuidade e a estabilidade do sistema.

TIPOS

a) Rotor Cilíndrico

b) Pólos Salientes

MÁQUINAS SÍNCRONAS



a) Rotor Cilíndrico



É usado em máquinas de altas velocidades, tais como turbo-geradores.

sen X

V V P

S

t

0 Gerador doTensãoV

0

CargadaΤensãeT V SíncronaReatânciaS X

CargadeÂngulo

b) Pólos SalientesÉ usado em máquinas de baixas velocidades, taiscomo geradores hidráulicos.

211

2

2

0 sen

X X

V sen

X

V V P

d q

T

d

t

diretoeixodoReatânciad X

quadraturaemReatânciaq X



O modelo por fase do gerador síncrono, do ponto de vista da proteção, para oestudo de curto-circuito, é apresentado na Figura.

O modelo é, simplesmente, uma reatância sub-transitória do eixo-direto em série

com a fonte de tensão, o que vale também para o motor síncrono.



TRANSFORMADORES



O transformador possibilita a conexão de vários equipamentos elétricos comtensões elétricas distintas, podendo ser abaixador ou elevador de tensão.

Em um SEP ele é responsável pela elevação do nível de tensão para transmissãode energia elétrica.

O circuito equivalente por fase do transformador em Y, com as impedânciasreferidas a um determinado lado, está indicado abaixo.

O modelo para efeito de cálculo de curto-circuito usado em proteção é complexo. A



p p ç pcorrente que flui para o curto-circuito é grande, portanto, a corrente de derivação, isto é, acorrente de magnetização do núcleo, pode ser desprezada, resultando o modelo daFigura abaixo.

No cálculo de curto-circuito pode-se desprezar RT na modelagem do circuito equivalentepor fase, sendo que a corrente de curto-circuito é praticamente limitada somente pela reatânciaXT.

LINHAS DE TRANSMISSÃO



São os elementos do sistema elétrico que transportam toda a energia elétrica gerada atéo consumidor.

Constituem as artérias de um sistema de energia elétrica. Sendo tecnicamente eeconomicamente confiável transportar grandes quantidades de energia elétrica por distânciasrelativamente grandes.

Dependendo do local da geração e do consumo, elas podem ter comprimentos variados,e por este motivo, apresentam modelos distintos visto que sua representação depende daextensão da linha.

a) LT Curtas

Adotam-se modelos de impedância série cujo circuito equivalente por fase é o da Figuraabaixo.

LINHA DE TRANSMISSÃO CURTA

Tensão de Linha (VL) Comprimento Máximo(L)

VL<150 kV 80 km

150 kV ≤ VL<400 kV 40 km

VL≥400 kV 20 km

b) LT Média

É



É usual, neste caso, a utilização do modelo π ou T. No modelo π, os capacitores Shuntestão nas extremidades da impedância série, conforme ilustrado na Figura .

Onde Y é a admitância total da linha de transmissão. A Figura abaixo apresenta o modeloT de uma linha de transmissão média.

Modelo π

Modelo T



Os comprimentos característicos de uma Linha de Transmissão média, em relação àtensão da linha são apresentadas na Tabela.

LINHA DE TRANSMISSÃO MÉDIA

Tensão de Linha (VL)Comprimento

Máximo (L)

VL<150 kV 80 km ≤ L ≤ 200 km

150 kV ≤ VL<400 kV 40 km ≤ L ≤ 200 km

VL≥400 kV 20 km ≤ L ≤ 100 km

c) LT Longa



A representação é mais complexa. Pode-se entretanto fazer um modelo π idêntico aodas Linhas Médias, apenas com os valores de Z e Y corrigidos pelas expressõesabaixo:

senh Z Z Corrigido

2

2tanh

Z Y Corrigido

LT daoCompriment

propagaçãodeConstante z y

y Admitância shunt, por unidade de comprimento

z Impedância série, por unidade de comprimento

D d i d C Ci i d d d d d f l



Do ponto de vista de Curto-Circuito, dependendo do caso, pode-se efetuar algumassimplificações, como, por exemplo, desprezar as reatâncias Shunt.

Normalmente o valor da resistência série é bem menor do que a reatância série da Linha

de Transmissão para tensões elevadas.

Para tensões baixas o valor da resistência é significativo. Assim, o circuito equivalentepor fase de uma linha de transmissão pode ser representado pela Figura.

CARGAS



O termo carga refere-se a um equipamento ou conjunto de equipamentos queretira energia do circuito. Na prática, a carga pode variar desde uma lâmpada depoucos Watts até um motor de muitos MegaWatts.

Mas o que vem a ser de fato carga?

Para alguns autores carga total de um determinado ponto elétrico é a soma detodas as cargas individuais dos diversos equipamentos conectados direta ouindiretamente aos sistemas de AT, Distribuição de MT e BT.

DEFINIÇÕES:



Outro conceito considera como elementos de carga apenas os aparelhos eequipamentos conectados aos diversos consumidores do sistema.

Em ambos os modelos, a carga será expressa pela potência ativa P epotência reativa Q .

Outros conceitos importantes são os de cargas estáticas e dinâmicas e asrepresentações ou modelagens estáticas e dinâmicas.

As cargas consideradas estáticas são aquelas que não possuem partesgirantes (campos girantes) tais como alimentadores, transformadores, reatores,etc e demais cargas dessa natureza como resistências, iluminação, etc.

As cargas dinâmicas são representativas de máquinas e alguns tipos deaparelhos e controladores eletrônicos.



Divisão das diversas cargas:

• Motores;

• Equipamentos de aquecimento;

• Diversos equipamentos eletrônicos;

• Equipamentos de Iluminação.

Do ponto de vista elétrico, os diversos equipamentos são caracterizados porgrandes diferenças no que diz respeito a:

• Tamanho;

• Simetria (Monofásico e Trifásico);

• Constância de carga (em relação a tempo, freqüência e tensão);

• Ciclo de funcionamento (uso regular ou aleatório).

MODELAMENTO DE CARGAS



• Não é uma tarefa simples ou trivial.

• Os estudos de análise de sistemas de potência podem ser afetados deforma significativa pela adoção de um modelo de carga indequado.

• As cargas podem ser modeladas individualmente e existem duasmetodologias comumente utilizadas para tal.

• Isso não será aprofundado aqui devido este não ser o objetivo dadisciplina. Essas metodologias são:

1. Modelagem pelo Método da Composição de Cargas

2. Modelagem pelo Método de Medição Direta.

1. Modelagem pelo Método da Composição de Cargas



O método parte de dados sobre o comportamento dos diversos elementos de

carga ligados à fonte da concessionária chamados de componentes de carga ,cujos dados provém de pesquisas laboratoriais de aparelhos e equipamentoselétricos disponíveis no mercado.

Um componente de carga reúne cargas de características e respostassemelhantes diante de variações de tensão e freqüência.

Exemplo: cargas de aquecimento; refrigeração; industrias que usam muitos grandes motores de indução; sistemas de iluminação; etc.

Representam componentes de carga. Assim para cada componente de carga é levantado seu comportamento estático retratado por uma expressão matemáticado tipo exponencial ou polinomial.

2. Modelagem pelo Método de Medição Direta.



Esta metodologia utiliza procedimentos de medição e análise de resultados de campo. É um métodobastante atrativo em princípio, resume-se na medição direta das características da carga nos pontos deinteresse.

O método requer normalmente medições de potência ativa P e potência reativa Q , mediante variaçõesgraduadas e limitadas de tensão impostas ao sistema sob análise.

Nos testes, um conjunto de dados de medição é registrado apropriadamente em aparelhos instalados eprogramados adequadamente ao processo. Posteriormente, procede-se uma análise de resultados paraobtenção dos parâmetros do modelo e sua caracterização final.

Também pode ser encarado como uma representação matemática da relação entre a tensão (magnitude

e freqüência) e a potência (ativa e reativa) associada a determinada barra de carga de um sistema.

Para os modelos estáticos que representam as cargas em situações de regime diante de variaçõessustentadas de tensão e freqüência são usadas expressões algébricas em função da tensão e da freqüência.

f V f P , f V gQ ,

Já para os modelos dinâmicos usam-se equações algébricas e diferenciais (associadas às partes girantesdas máquinas).

f V P f P ,, f V QgQ ,,

Em estudos estáticos, as variações de freqüência são mínimas, e os modelos resumem-seem funções dependentes da amplitude da tensão.

C id ã d l lá i li i l i l

n



Com essa consideração, apresentam-se os modelos clássicos polinomial e exponencial.

Polinomial

Exponencial

210

0 CV BV AV PP

P potência ativa; Po potência ativa para tensão nominal Vo A (potência constante) , B (Corrente constante) , C (Impedância Constante) são

coeficientes do modelo polinomial.

Este modelo é comumente tratado como modelo ZIP (Impedância, corrente e potênciaconstante).

n

V

V PP

0

0

No modelo exponencial se procura ajustar acarga a uma curva analítica.

P potência ativa; Po potência ativapara tensão nominal Vo

“n” é um expoente real a ser determinado.

Para potência reativa é natural estender as representações e adotar modelos

nn



Para potência reativa, é natural estender as representações e adotar modelosdo tipo polinomial e exponencial em função da tensão, como os descritos pelasequações seguintes:

2

1

1

1

0

10 V C V BV AQQ m

V

V

QQ

0

0

Polinomial Exponencial

Q potência reativa; Qo potência reativa para tensão nominal Vo , A1, B1, C1 são oscoeficientes do modelo polinomial e m é o expoente do modelo exponencial.

Na literatura em geral, existem várias tabelas com extensas relações de parâmetroslevantados. A Tabela 3 mostra valores típicos de m e n para alguns aparelhos e



levantados. A Tabela 3 mostra valores típicos de m e n para alguns aparelhos eequipamentos elétricos.

DIAGRAMA DE IMPEDÂNCIA E REATÂNCIA



Para analisar o comportamento de um sistema em condições de carga ou durante aocorrência de um curto-circuito, o DF deve ser transformado num diagrama de impedâncias,

que apresenta o circuito equivalente de cada componente do sistema, referido ao mesmolado de um dos transformadores.

Como os modelos de todos os elementos que compõem o sistema elétrico já estãodefinidos, o diagrama de impedâncias do sistema é obtido fazendo o circuito equivalente porfase do sistema.

Liga-se em cascata os circuitos equivalentes individuais, de acordo com a topologiaindicada no diagrama unifilar.

A na figura a seguir apresenta-se um DF com seu respectivo diagrama deimpedância.

Todos os circuitos equivalentes são apresentados e referidos ao mesmo lado dotransformador.

DIAGRAMA UNIFILAR



DIAGRAMA DE IMPEDÂNCIA E REATÂNCIA

DIAGRAMA DE REATÂNCIA



O diagrama de reatância apresentado abaixo é caracterizado pela omissão de cargasestáticas, de todas as resistências, da corrente de magnetização de cada transformador eda capacitância de linha de transmissão.

Estas aproximações são úteis para:

· Cálculo analítico de faltas nos sistemas;

· Para cálculos de cargas. Neste caso, um modelo computacional mais complexodeve ser usado.

REPRESENTAÇÃO DO SEP NO SISTEMA “PU”



O sistema "por unidade", ou mais brevemente, sistema p.u.,

consiste na definição de valores de base para as grandezas (tensão,corrente, potência, etc.), seguida da substituição dos valores das variáveis econstantes (expressas no Sistema Internacional de unidades) pelas suasrelações com os valores de base pré-definidos.

VALOR POR UNIDADE

Geralmente, grandezas envolvidas têm implicitamente como base o valor 1,0.A formulação usando esta medida é conhecida por resolução por unidade (pu),

podendo ser usada em qualquer ramo da ciência.Especificamente em Engenharia Elétrica, o uso da representação do sistema de

Energia Elétrica em pu produz várias vantagens na simplificação da modelagem eresolução do sistema.

VALOR POR UNIDADE (pu): é a relação entre o maior da grandeza e o valor baseda mesma grandeza, escolhido como referência.

grandezadabasevalor

grandezadarealvalor Unidade por Valor

VALORES BASE DAS GRANDEZAS ELÉTRICAS DO SISTEMA



Cada ponto do sistema elétrico fica caracterizado por quatro grandezas:

• Tensão Elétrica (V)

• Corrente Elétrica (I)

• Potência Aparente (S)

• Impedância (Z)

Conhecendo-se apenas duas destas grandezas, é possível determinar asgrandezas restantes. Escolhe-se como base, apenas duas dessas grandezas. Écomum, em Sistema de Potência escolher como bases a Tensão (V base ) e a PotênciaAparente (S base ), ficando, conseqüentemente, fixadas as bases de corrente e de

impedância para o nível de tensão correspondente.

SISTEMA MONOFÁSICO



base

base

basebasebasebase

V

S I I V S

oconsiderad tensãodenívelno fasedabaseTensãoV base

.basebase V datensãodenívelnobaseCorrente I

base

base

base

base

base

base

base

base

S

V

V S

V

I

V Z

2

...

SISTEMA TRIFÁSICO 3



base

base

V

S ADOTADAS BASES

)1()3( 3 bb SS

bf base V V 3

Sbase Potência aparente base do sistema trifásico é a soma das potênciasaparentes de cada fase.

Vbase

tensão base fase-fase, ou vezes a tensão base de fase do Yequivalente 3

base

base

base

basebasebase

V

S I

I V S

3

3

Impedância Base (Zbase)



bf

bf

base

I

V Z

base

base

base

bf base

bf base

I

V Z

V V

I I

3

3

base

base

baseS

V Z

2

IGUAL AO SISTEMA MONOFÁSICO

EXERCÍCIO 1



EXERCÍCIO 2 As três partes de um sistema monofásico são designadas por A, B e C e estão

interligadas por meio de transformadores como mostra a Figura abaixo As características



interligadas por meio de transformadores, como mostra a Figura abaixo. As característicasdos trafos são:

AB - 10.000 kVA; 13,8 kV – 138 kV; reatância de dispersão 10%BC - 10.000 kVA; 69 kV – 138 kV; reatância de dispersão 8%

Se as bases no circuito B forem 10.000 kVA, 138 kV, determine a impedância em puda carga resistiva de 300 ohms, localizada no circuito C, referida aos circuitos C, B e A .Faça o diagrama de impedâncias desprezando corrente de magnetização, resistênciasdos transformadores e a impedância da linha.

MUDANÇA DE BASES



Os fabricantes fornecem valores p.u. dos seus equipamentos, tendo por bases asgrandezas nominais dos produtos fornecidos. A grande diversidade dessesequipamentos, num mesmo sistema de potência, exige a execução de mudanças de

bases, com vistas a padronizar os cálculos em p.u.

MUDANÇA DE BASES PARA A TENSÃO

Conhecido o valor absoluto de uma tensão V, seu valor em p.u. na base 1 seráobtido por:

11_

b pu V

V V

A mesma tensão V terá seu valor em p.u. na base 2 obtido por:

2

2_

b

puV

V V

Dividindo-se membro a membro:1

2

2_

1_

b

b

pu

pu

V

V

V

V

2

11_2_

b

b pu pu

V V V V

MUDANÇA DE BASES PARA A POTÊNCIA



Sendo conhecido o valor absoluto de determinada potência, S, seu valor em p.u. nabase 1 será obtido por:

1

1_

b

puSSS

A mesma potência S terá seu valor em p.u. na base 2 obtido:

22_

b pu S

S

S

Dividindo-se membro a membro, obten-se:

1

2

2_

1_

b

b

pu

pu

S

S

S

S

2

11_2_

b

b pu pu

S

SSS

MUDANÇA DE BASES PARA A CORRENTE



Sejam duas correntes bases, definidas por:

1

11_3

b

bb puV

S I

2

22_3 b

bb puV

S I

O valor absoluto de determinada corrente Iserá expresso nas bases de corrente 1 e 2por:

1

11

1_

3 b

bb

b pu

V

S I

I

I I

2

222_

3b

bbb pu

V

S

I

I

I

I


1

2

2

1

2_

1_

b

b

b

b

b pu

b pu

S

S

V

V

I

I

2

1

1

21_2_

b

b

b

bb pub pu

S

S

V

V I I

MUDANÇA DE BASES PARA A IMPEDÂNCIA

V S



Tendo uma impedância cujo valor absoluto é Z, seu valor em p.u. nas bases e

Será obtido por:

1bV 1bS

1

2

11

1_

b

bb

b pu

S

V

Z

Z

Z Z

A mesma impedância Z terá seu valor em p.u. nas bases e obtido por:2bV 2bS

2

2

22

2_

b

bb

b pu

S

V Z

Z Z Z


2

1

2

2

1

2_

1_

b

b

b

b

b pu

b pu

V

V

S

S

Z

Z 2

2

1

1

21_2_

b

b

b

bb pub pu

V

V

S

S Z Z

EXERCÍCIO 3 Certa máquina trifásica tem em cada fase reatância igual a 1,5 pu, com potência

base e tensão iguais a respectivamente 300 MVA e 25 kV



base e tensão iguais a, respectivamente, 300 MVA e 25 kV.a) O valor ôhmico da reatância;b) O valor em p.u da reatância, nas bases de 100 MVA e 20 kV.

SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃOAÉREO



AÉREO

Levar a energia elétrica desde arede de transporte até aoconsumidor com qualidade econtinuidade de serviço

Característica de um sistema deDistribuição Aéreo



Distribuição Aéreo

Radial;Fluxo de energia em apenas um sentido

O Alimentador Principal é Ramificado;Distribuição de cargas ao longo do Alimentador

Operações com tensões mais baixas do que as LT;Tipicamente 13.8kV ou 34.5kV

Proteção quase que exclusivamente para

sobrecorrentes. Proteção quase que exclusiva por dispositivos de sobrecorrentes

Relés de sobrecorrente 50/51

Fusíveis

Religadores

Seccionalizadores

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO



A B1

2

3

4

5

6

7 8

Zona A

Zona B

B ar r am en t o d a

S u b e s t a ç ã o

9 10

Dispositivosde

Religamento

Fusíveis

Alimentador de Distribuição Primário



PrincipaisEquipamentos

1. Disjuntor na SE2. Alimentador

Principal3. Religador4. Seccionalizador5. Fusíveis (Ramais e

Trafos)6. Banco de

Capacitores

7. Trafos deDistribuição

Arranjos de Sistemas de Distribuição para Cobertura deDeterminadas Regiões



4 Alimentadores por SE

Quadrilátero Hexagonal

6 Alimentadores por SE

Alimentadores Aéreos x Alimentadores Subterrâneos

AÉREOS SUBTERRÂNEOS



Vantagens:

a) Menor custo para longas distâncias;b) Fácil localização de Faltas.

Desvantagens:

a) Mais caro para curtas distâncias;

b) Suscetível a descargasatmosféricas;

c) Poluição visual;

d) Manutenção intensiva;

e) Requer a instalação deequipamentos altamenteespecializados.

Vantagens:

a) Menos caro para curtas distâncias;

b) Não está suscetível a descargasatmosféricas;

c) Não apresenta poluição visual;

d) Não requer Manutenção intensiva;

Desvantagens:

a) Mais caro para longas distâncias;

b) Difícil localização de Faltas.









O BALANÇO DE POTÊNCIA















LINHA DE TRANSMISSÃO





























































FLUXO DE CARGA LINEARIZADO (FLUXO CC)

O fluxo de potência ativa em um ramo éaproximadamente proporcional à

b t l d li h

FORMULAÇÃO MATRICIAL



abertura angular da linha

e se desloca no sentido dos ângulosmaiores para os ângulos menores

Θ Vetor dos ângulos das tensõesnodais (dimensão n x 1);

P Vetor injeção nodal líquido de

potencia ativa (dimensão n x 1);

B‟ Matriz do tipo admitância nodal(dimensão n x n).

13 – DISJUNTORES

São dispositivos interruptores de falta quepermitem ou interrompem o fluxo de

O disjuntor deve ser capaz deinterromper correntes:



corrente em sistemas de potência.

Os CONTATOS ...Ao fecharem conduz corrente até queseus contatos sejam abertos.

Ao abrirem o fluxo de corrente é

interrompido até que seus contatos sejamfechados novamente.

p

a) Correntes de Falta (curto-circuito)b) normais de carga;c) correntes de magnetização de

transformadores e reatoresd) correntes capacitivas de bancos de

capacitores e de linhas de transmissão

em vazio.

Tem como principal função a interrupçãode correntes de falta tão rapidamentequanto possível, de forma a limitar a ummínimo os possíveis danos causados aos

i t l t i it

São dispositivos de chaveamento e interruptores de falta.

13 – DISJUNTORES

Não são dispositivos de auto-atuação.



Só atuam (abrir ou fechar contatos) quando um comando de trip ou de fechamento

é recebido.Esse comando pode ser:

a) de origem manual;

b) de um comando de umsistema de controle;

c) pela operação de um relé depois deter detectado alguma condição anormalno sistema.

Devem ser mecanicamente capazesde abrir em tempos tão curtosquanto dois ciclos, após terempermanecido na posição fechada porvários meses.

13 – DISJUNTORES TEMPO DE INTERRUPÇÃO NOMINAL (CICLOS)



Capacidade Estabelecimento Nominal

em curto-circuito (kA, crista)

13 – DISJUNTORES TIPOS

Disjuntores a Óleo Disjuntor a Ar comprimido Disjuntores a SF6



Disjuntores

a Vácuo

A classificação dos disjuntores se dá pelo meio emque seus circuitos são imersos, tipo: óleo, ar,vácuo e SF6.Ainda são classificados por:

1 Tensão nominal;2 C id d d t d

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