simulação de eventos transitórios em sistemas elétricos de potência

SIMULAÇÃO DE EVENTOS TRANSITÓRIOS EM SISTEMAS ELÉTRICOS
DE POTÊNCIA(1)
Rafael Meister Fernandes(2), Eduardo Machado dos Santos(3)
(1)
Trabalho executado com recursos do Edital PDA 2015, da Pró-Reitoria de Assuntos Estudantis e Comunitários.
Estudante; Universidade Federal do Pampa; Alegrete, RS; [email protected]
(3)
Orientador; Universidade Federal do Pampa;
(2)
RESUMO: Freqüentemente, os sistemas elétricos de potência estão expostos a distúrbios transitórios que produzem
distorções nos sinais de corrente e tensão da rede, podendo causar a interrupção no fornecimento de energia pela ação
dos relés de proteção. Tais distúrbios são causados por entrada/saída de cargas, pelo próprio desligamento de linhas
de transmissão e outros componentes, devido à atuação de relés de proteção ou de chaves seccionadoras, além da
energização de transformadores e a ocorrência de curtos-circuitos. Este trabalho apresenta os resultados obtidos a
partir da simulação de fenômenos transitórios em uma linha de transmissão, descrevendo características de alteração
das formas de onda dos sinais de corrente e tensão.
Palavra-Chave: Sistema Elétrico de Potência, Curto-Circuito, Entrada de carga, Abertura monopolar.
INTRODUÇÃO
O sistema de proteção tem por objetivo assegurar a integridade dos equipamentos que compõem os
sistemas elétricos de potência, eliminando curtos-circuitos e condições anormais de carga, desligando
trechos da rede. Entretanto, alguns transitórios podem provocar a atuação indevida dos dispositivos de
proteção, podendo ocasionar o desligamento desnecessário de grandes trechos do sistema.
Nesse contexto, torna-se essencial que os relé numéricos de proteção tenham incorporadas em suas
lógicas metodologias capazes de detectar e classificar os diferentes tipos de transitórios aos quais o sistema
elétrico de potência está sujeito. Sendo assim, faz-se necessário o estudo e a simulação de diferentes
eventos, de modo a se conhecer as características de variação dos parâmetros da rede em função da
ocorrência desses distúrbios.
Dentre os principais transitórios que a serem classificados pelos relés, destacam-se os curtoscircuitos, entradas ou saídas de carga e aberturas monopolares. Também, destacam-se a energização de
transformadores, reatores e bancos de capacitores (FILHO, 2011). Ressalta-se que esses transitórios
provocam alterações características nas formas de onda de tensão e de corrente, podendo ser
adequadamente classificados com o auxílio de ferramentas matemáticas e computacionais adequadas.
Logo, esse trabalho tem por objetivo demonstrar os resultados obtidos a partir das análises das
formas de onda geradas pela simulação de diferentes tipos de transitórios, sob variadas condições
operacionais, em uma linha de transmissão, apontando características de distorções próprias de cada tipo
de transitório, verificadas nas formas de onda dos sinais de corrente e de tensão da rede.
METODOLOGIA
®
Um sistema teste foi simulado no software EMTP-ATP , conforme a Figura 1 (DELIBERALLI, 2014). O
mesmo é composto por uma linha de transmissão de 230 kV com 100 km de extensão, interligando duas
barras.
Figura 1. Sistema teste utilizado para as simulações.
A partir deste modelo foram simuladas faltas monofásicas, bifásicas e trifásicas, em diferentes
pontos da linha. Além disso, foram simuladas aberturas monopolares e bipolares, além de entrada/saída de
cargas e energização de transformadores, de diferentes potências nominais, formando um banco de sinais.
Anais do VII Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa
Todos os casos foram analisados a fim de se averiguar as principais distorções nas formas de onda dos
sinais de corrente e tensão de cada fase.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Figura 2 apresenta os sinais de corrente e tensão provenientes da simulação de um curto-circuito
trifásico em 25% da linha de transmissão. Em (a), pode-se observar que as envoltórias dos sinais das três
fases são alteradas devido à existência da componente DC, a qual varia a amplitude desses sinais até que
a falta entre em regime permanente, permanecendo em um valor maior do que o inicial. Além disso, as
formas de onda de tensão das três fases sofrem um afundamento após a ocorrência da falta, mantendo
amplitudes menores do que aquelas verificadas inicialmente (Figura 2b).
(a)
(b)
Figura 2. Sinais de corrente e tensão para um curto-circuito trifásico em 25% da linha de transmissão.
(a) Sinais de corrente. (b) Sinais de tensão.
Já a Figura 3, apresenta as formas de onda dos sinais de corrente e tensão para a entrada de uma
carga trifásica, constituída por um motor. Nessa Figura, pode-se observar que as alterações nessas formas
de onda são semelhantes aquelas verificadas para o curto-circuito trifásico, porém com amplitudes de
correntes menores e afundamentos de tensão menos intensos.
(a)
(b)
Figura 3. Sinais de corrente e tensão para uma entrada de carga trifásica. (a) Sinais de corrente.
(b) Sinais de tensão.
As variações verificadas para esses transitórios são as mesmas verificadas para outras situações de
curto-circuito e de entrada de carga. Além disso, os demais transitórios analisados também apresentaram
características bem definidas de alteração das formas de onda de corrente e tensão, independentemente
dos parâmetros envolvidos. Logo, pode-se concluir que cada tipo de transitório provoca alterações com
características próprias nesses sinais, as quais podem ser utilizadas na classificação de transitórios.
CONCLUSÕES
Tendo em vista os resultados obtidos, conclui-se que os diferentes transitórios elétricos provocam
alterações bem definidas nas formas de onda dos sinais de corrente e tensão da rede. Dessa forma,
conhecendo-se essas características, pode-se desenvolver uma ferramenta capaz de classificar os
diferentes tipos de transitório, através do tratamento adequado das formas de onda dos sinais de tensão e
corrente. Isto pode ser conseguido através da utilização de técnicas computacionais capazes de extrair tais
características dos sinais envolvidos.
REFERÊNCIAS
DELIBERALLI, W. J., Uma Nova Proposta para Detecção e Classificação de Transitório em Linhas de
Transmissão. Trabalho de Conclusão de Curso | Universidade Federal do Pampa, 2014.
FILHO, J. M.; MAMEDE, D. R., Proteção de Sistemas Elétricos de Potencia, 1ª ed., Rio de Janeiro: LTC, 2011.
Anais do VII Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa