Palestra_Estudos SEP - Nilo - Eletronorte

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©Nilo Ribeiro
Modelagem e Simulação de Sistemas Elétricos 
de Potência
©Nilo Ribeiro
Quem sou eu?
Nilo Ribeiro
Engenheiro eletricista (UFMT/2004) e entusiasta de programas EMT (ATP)
Mestrado em Qualidade da Energia (UFU/2007)
Trabalho desde 2007 na Gerência de Estudos Elétricos da Operação da Eletronorte
Professor do Centro Universitário de Brasília - UniCEUB
Criador e administrador da página ATP/ATPDraw no Facebook
Membro do Cigré-Brasil desde 2011
linkedin.com/in/nilo-ribeiro-04002b29
ATP/ATPDraw facebook group
https://www.facebook.com/groups/478272832286738
nilo_ssr@gmail.com
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©Nilo Ribeiro
Sistema Elétrico de Potência
• O que é um Sistema Elétrico de Potência?
Geração Transmissão Distribuição
©Nilo Ribeiro
Sistema Elétrico de Potência
• O que é um Sistema Elétrico de Potência?
Geração
• Máquinas Rotativas
- Hidroelétricas
- Termoelétricas
- Usinas nucleares
- Energia eólica
• Fontes alternativas complementares
- Fotovoltaicas
- Células à combustível
©Nilo Ribeiro
Sistema Elétrico de Potência
• O que é um Sistema Elétrico de Potência?
Transmissão
• Linhas de Transmissão
- Corrente Alternada
- Corrente Contínua
©Nilo Ribeiro
Sistema Elétrico de Potência
• O que é um Sistema Elétrico de Potência?
Distribuição
• Consumidores
- Comerciais
- Industriais
- Residenciais
- Eletrointensivos
- Etc.
©Nilo Ribeiro
Sistema Elétrico Brasileiro
• Características
- Interligado
- EAT
- Corrente Alternada
- Corrente Contínua
- Recursos de Controle de 
- Tensão – Estáticos e 
Dinâmicos
Procedimentos de 
Rede
©Nilo Ribeiro
Procedimentos de Rede - ONS
• Submódulo 23.3 - Diretrizes e critérios para
estudos elétricos
Os P.R. determinam como o 
Sistema Elétrico Deverá ser 
Operado/Planejado
©Nilo Ribeiro
• Estudos Elétricos na Frequência Fundamental
- Estudos de Fluxo de Carga (potência, Flow)
- Estudos de Energização de Linhas de Transmissão (tensões em regime permanente – -
Line Charging)
- Estudos de Rejeição de Carga (sobretensões sustentadas)
- Estudos Dinâmicos (dinâmica das máquinas rotativas)
Estudos Elétricos
Estudos Elétricos Geralmente Desenvolvidos no Âmbito de 
Sistemas de Potência
©Nilo Ribeiro
• Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
- Avaliação da Adequação da Compensação Shunt de Linhas de Transmissão
- Estudo de Energização de Linhas de Transmissão
- Estudo de Religamento Tripolar de Linhas de Transmissão
- Rejeição de Carga
- Estudo de Religamento Monopolar de Linhas de Transmissão
- Estudo de Energização de Transformadores
- Energização de Banco de Capacitores
- Tensão de Restabelecimento Transitória
- Assimetria das Correntes de Curto-circuito
- Tensões e Correntes Induzidas em Lâminas de Terra de Seccionadoras
- Estudo de Coordenação de Isolamento
Estudos Elétricos
Estudos Elétricos Geralmente Desenvolvidos no Âmbito de 
Sistemas de Potência
©Nilo Ribeiro
Estudos Elétricos
Características dos Estudos Elétricos
Estudos Elétricos
Modelo Computacional dos 
Elementos da Rede Elétrica
Frequências Características 
dos Fenômenos
©Nilo Ribeiro
Impactos de Manobra e Atmosféricos
Frequências Características
Origem e Faixa de Frequência
Energização de transformadores 0.1 Hz - 1 kHz
Ferroressonância 0.1 Hz - 1 kHz
Rejeição de carga 0.1 Hz - 3 kHz
Eliminação de faltas 50/60 Hz - 3 kHz
Ocorrência de faltas 50/60 Hz - 20 kHz
Energização de linhas de transmissão 50/60 Hz - 20 kHz
Religamento de linhas de transmissão 50/60 Hz - 20 kHz
Tensão de recuperação transitória (TRT/TRV)
* faltas terminais 50/60 Hz - 20 kHz
* faltas quilométricas 50/60 Hz - 100 kHz
Reignições múltiplas em disjuntores 10 kHz - 1 MHz
Surtos atmosféricos 10 kHz - 3 MHz
Faltas em subestações 10 kHz - 3 MHz
Manobra de secionadores em GIS 100 kHz - 50 MHz
©Nilo Ribeiro
Estudos Elétricos e 
Programas Computacionais
Estudos Elétricos
50/60 HzDC kHz, MHz
Programas de Estabilidade 
Transitória: ANATEM, PSS/E, etc
Adequado para grandes redes
Faixa de frequência : 0.1Hz – 1kHz
Modelos simplificados para HVDC e FACTS
Cálculo de Curto Circuito :
Anafas, Cape, etc
Baseado em dados de sequência (0, +, -)
Apropriado para estudos de grandes redes
Faixa de frequência: 50/60 Hz
Cálculo de fluxo de carga :
ANAREDE, PowerWorld …
Fluxo de carga trifásico 
Considera sistema equilibrado
Faixa de frequência : 50/60 Hz
Programas para estudos de Transitórios : 
ATP, EMTP-RV, PSCAD, SimPowerSystems
Não adequado para grandes redes
Modelos detalhados dos equipamentos
Faixa de freqeência : 0.1 Hz – MHz
©Nilo Ribeiro
Estudos Elétricos
Modelos Computacionais e Estudos a 
Serem Realizados
Os modelos computacionais dos elementos da rede elétrica 
dependem, majoritariamente, da característica do fenômeno 
a ser observado
©Nilo Ribeiro
Estudos Elétricos
Modelos Computacionais e Estudos a 
Serem Realizados
Máquinas Rotativas - Gerador
Transformadores
Linhas de Transmissão
Compensadores de Reativos
Dispositivos de Manobras
Equipamentos de Medição
Dispositivos de Proteção
Cargas
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Máquinas Rotativas
Estudos de Regime Permanente
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Estudos de Estabilidade Transitória
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Máquinas Rotativas
Tópico Transitórios de 
Baixa Frequência
Transitórios com 
frente de onda lenta 
Transitórios com 
frentes de onda 
rápidas
Transitórios com 
frentes de onda 
muito rápidos
Representação Modelagem detalhada
das partes elétricas e
mecânicas da máquina,
incluindo os efeitos de
saturação
Representação
simplificada da parte
elétrica: uma fonte ac
ideal atrás da impedância
transitória dependente da
frequência
Um circuito linear por
fase que corresponde à
resposta em frequência
da máquina
Uma capacitância para a
terra, por fase
Controle de Tensão Muito importante Pode ser omitido Pode ser omitido Não faz sentido
Controle de velocidade Importante Pode ser omitido Pode ser omitido Não faz sentido
Capacitâncias Pode ser omitido Importante Importante Muito importante
Parâmetros dependentes
da frequência
Importante Importante Pode ser omitido Pode ser omitido
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Máquinas Rotativas
Estudos de Regime Permanente
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Transformadores
Estudos de Regime Permanente
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Estudos de Transitórios Rápidos
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Transformadores
Tópico Transitórios de 
Baixa Frequência
Transitórios com 
frente de onda 
lenta 
Transitórios com 
frentes de onda 
rápidas
Transitórios com 
frentes de onda 
muito rápidos
Impedância de Curto-
Circuito
Muito importante Muito importante Importante Pode ser omitido
Saturação Muito importante Importante Pode ser omitido Pode ser omitido
Perdas no ferro Importante Pode ser omitido Pode ser omitido Pode ser omitido
Perdas no núcleo Muito importante Importante Pode ser omitido Pode ser omitido
Capacitâncias Pode ser omitido Importante Muito importante Muito importante
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Transformadores
Estudos de Regime Permanente
2 Enrol. 3 Enrol.
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Transformadores
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Enrolamentos
Núcleo
SAT
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Modelos Computacionais
Transformadores
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Curva de saturação e reatância 
em núcleo de ar - Xac
Joelho da curva
Reatância de 
Magnetização
Reatância em
núcleo de ar
Ângulo entre a 
reta que define 
o joelho da 
curva e Xac
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Transformadores
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Transformadores
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Comparação entre correntes de inrush simuladas e registradas em campo. Energização 
transformador 230/69/13,8 kV – 150 MVA
©NiloRibeiro
Modelos Computacionais
Transformadores
Estudos de Transitórios Rápidos
8,2E-3mH
TRZTR
17,512nF 3 MOhm
13,694H
0,014 mH
10,262nF
7 kOhm
26,23mH
I
4 Ohm
FSCAN.pl4: v :ZTR1 
ztr.ADF: v Ztr1 
1 2 3 4 5 6[s]
100
101
102
103
104
105
106
107
[MV]
Modelo Transformador 765/345/20kV, 
500MVA:
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Linhas de Transmissão
Estudos de Regime Permanente
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Estudos de Transitórios Rápidos
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Linhas de Transmissão
✓ Tipos de Linhas de Transmissão:
Linha aérea CA ou CC;
Linha subterrânea;
Trilha metálica de uma placa de circuito impresso.
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Linhas de Transmissão
Tópico Transitórios de Baixa 
Frequência
Transitórios com 
frente de onda lenta 
Transitórios com 
frentes de onda rápidas
Transitórios com 
frentes de onda 
muito rápidos
Representação de
Transposições
Modelo polifásico a parâmetros
concentrados, circuitos PI
Modelo polifásico a
parâmetros distribuídos
Modelo polifásico a
parâmetros distribuídos
Modelo polifásico a
parâmetros distribuídos
Assimetria da linha Importante Assimetria capacitiva e
indutiva são importantes,
exceto para estudos
estatísticos
Representado apenas para
polifásicos deverá ser
representado
Pode ser omitido
Parâmetros variáveis
com a frequência
Importante Importante Importante Importante
Efeito Corona Importante se a tensão da fase
pode ultrapassar a tensão crítica
de Corona
Pode ser omitido Muito importante Pode ser omitido
Estruturas Não é importante Não é importante Muito importante Depende da causa do
transitório
Aterramento Não é importante Não é importante Muito importante Depende da causa do
transitório
Isoladores Geralmente não são modelados, a
menos que a disrupção
(flashover) necessite ser simulada
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Linhas de Transmissão
Estudos de Regime Permanente
Linhas Curtas Linhas Médias
Linhas Longas
( )
( )
( )
( )2
2
eequivalent
eequivalent
tanh
l
l
Yy
l
lsenh
ZZ


=


=




propagação de Constanteyzγ =
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Linhas de Transmissão
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Linhas de Transmissão
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Determinação dos parâmetros de uma linha de 
transmissão – Line Constants Programs
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Linhas de Transmissão
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Transposição de linhas de transmissão
©Nilo Ribeiro
Resultado determinístico do estudo de energização de uma 
linha de 500 kV – 415 km - Sobrecorrente
1232kV
3300A
Modelos Computacionais
Resultado determinístico do estudo de energização de uma linha de 500 kV – 415 km -
Sobretensão
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Compensadores de Reativos
Estudos de Regime Permanente
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Compensadores de Reativos
Estudos de Regime Permanente
Alguns compensadores de reativos apresentam controles 
eletrônicos.
Em regime permanente os
compensadores de reativos
são modelados pelos seus
componentes lineares (C, L),
considerando a condição da
rede (tensões).
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Compensadores de Reativos
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Para estudos de transitórios
eletromecânicos toda a malha de
controle deverá ser representada, dada
a característica do evento (segundos) e
o tempo de resposta do controle
(milissegundos).
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Compensadores de Reativos
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Transitórios eletromagnéticos são
fenômenos muito rápidos (geralmente
alguns milissegundos). Dessa forma, a
modelagem completa do controle de
compensadores deverá ser realizada a
depender do estudo. Geralmente não se
modela o controle.
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Dispositivos de Manobra
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Estudos de Regime Permanente
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Dispositivos de Manobra
Tópico Transitórios de 
Baixa 
Frequência
Transitórios com frente de 
onda lenta 
Transitórios com 
frentes de onda 
rápidas
Transitórios com 
frentes de onda 
muito rápidos
Manobra de
fechamento
Dispersão mecânica
dos polos do
disjuntor
Importante Muito importante Pode ser omitido Pode ser omitido
Acendimento
Prestrike
Pode ser omitido Importante Importante Muito importante
Manobra de
abertura
Interrupção de
correntes elevadas
Importante para
estudo de
determinação de
capacidade de
interrupção
Importante para estudo de
determinação de capacidade de
interrupção
Pode ser omitido Pode ser omitido
Interrupção de
pequenas correntes
(Current chopping)
Pode ser omitido Importante para estudo de
capacidade de interrupção de
pequenas correntes indutivas
Importante para estudo de
capacidade de interrupção
de pequenas correntes
indutivas
Pode ser omitido
Reacendimento
(restrike)
Pode ser omitido Importante para estudo de
capacidade de interrupção de
pequenas correntes indutivas
Muito importante Muito importante
Interrupção de
correntes de alta
frequência
Pode ser omitido Importante para estudo de
capacidade de interrupção de
pequenas correntes indutivas
Muito importante Muito importante
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Dispositivos de Manobra
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
Estudos de Regime Permanente
Tanto para estudos de regime permanente quanto estudos 
de transitórios eletromecânicos não demandam uma 
modelagem mais criteriosa de chaves e disjuntores, pois os 
maiores impactos da manobra destes equipamentos são 
verificados em estudos de transitórios eletromagnéticos, 
devido às frequências envolvidas.
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Dispositivos de Manobra
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Tensão de Restabelecimento Transitória - TRT
Extinção do arco elétrico
Resfriamento no interior da câmara de extinção do disjuntor. Atua no sentido de 
Evitar o reacendimento por reignição térmica; 
O arco efetivamente é extinto pela passagem da corrente por zero;
Tensão nos terminais do disjuntor favorecendo o reacendimento do arco elétrico, 
quer por reignição, quer por ruptura do dielétrico
Taxa de Crescimento da TRT -
TCTRT
Pico máximo da TRT
Parâmetros importantes
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Tensão de Restabelecimento Transitória - TRT
Representação da rede para estudos de TRT
Não existe a necessidade de representar a subestação de forma detalhada; 
Entretanto as capacitâncias dos barramentos, chaves, TCs, TPs, DCPs, 
disjuntores devem ser representadas;
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Tensão de Restabelecimento Transitória - TRT
(file ajuste_trt_pdts_lt7_leve_Base_Ajustado.pl4; x-var t) v:YA -ZA v:YB -ZB v:YC -ZC 
0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20[s]
-1,00
-0,75
-0,50
-0,25
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
[MV]
TRT ABERTURA LINHA EM VAZIO. MÁX TRT = 921KV (FASE B) - MAX TCTRT = 0,096 KV/uS (FASE B)
Abertura da linha de transmissão em vazio
921Kv
0,096Kv/uS
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Equipamentos de Medição
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Estudos de Regime Permanente
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Equipamentos de Medição
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
Estudos de Regime Permanente
Transformadores de corrente e de potencial, via de regra, 
não precisam ser representados em seus pormenores em 
estudos de regime permanente e transitórios 
eletromecânicos
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Dispositivos de Proteção
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Estudos de Regime Permanente
©Nilo Ribeiro
Modelos ComputacionaisDispositivos de Proteção
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
Estudos de Regime Permanente
Equipamentos para-raios, via de regra, não precisam ser 
representados em seus pormenores em estudos de regime 
permanente e transitórios eletromecânicos
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Dispositivos de Proteção
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Cargas
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Estudos de Regime Permanente
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Cargas
Estudos de Regime Permanente
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Cargas
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
As cargas variam de forma diferente dependendo da sua 
característica de composição. As cargas podem ter as 
seguintes características:
ctejQPS LLL ==✓ Potência constante:
✓ Corrente constante:
✓ Impedância constante:
== IVjQPS LLL
*
2
Z
V
jQPS LLL ==
©Nilo Ribeiro
Modelos Computacionais
Cargas
Estudos de Transitórios Eletromecânicos
©Nilo Ribeiro(f ile v sc3_steady UM3.pl4; x-v ar t) c:INVA -CCMA c:INVB -CCMB c:INVC -CCMC 
1,38 1,40 1,42 1,44 1,46 1,48 1,50[s]
-400
-200
0
200
400
600
[A]
Modelos Computacionais
Cargas
Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
(f ile Exa_1.pl4; x-var t) c:XX0001-VA 
0 10 20 30 40 50[ms]
-40
-25
-10
5
20
35
50
[A]
(f ile Exa_6g.pl4; x-var t) c:X0044A-X0001A c:X0044B-X0001B c:X0044C-X0001C 
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10[s]
-2500
-1875
-1250
-625
0
625
1250
1875
2500
[A]
As cargas especiais (baseadas em eletrônica de potência) 
devem refletir sua característica de geração de correntes 
harmônicas.
©Nilo Ribeiro
Simulações Computacionais
ANAREDE E ANATEM
Caso IEEE 57 Barras
Obrigado
Nilo Ribeiro