Geração Transmissão e Ditribuição - Aula 06

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Instituto Federal de São Paulo
Campus São Paulo 
Departamento de Eletrotécnica
GTD
Geração, Transmissão e Distribuição
ROGÉRIO LÚCIO LIMA 
São Paulo – Outubro de 2014
Prof. Rogério Geração, Transmissão e Distribuição
Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais
Prof. Rogério Geração, Transmissão e Distribuição
Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Efeitos dinâmicos em sistemas de potência
 Dinâmica do Sistema Motriz Primário
 Potência do eixo da turbina
 Pressões da caldeira
 Temperaturas e fluxos
 Dinâmica das Máquinas Elétricas e Controles de Excitação
 Estudos de condições de redes elétricas
 Comportamento do fluxo de potência, tensões, correntes
 Influências dos transitórios eletromecânicos devido aos desequilíbrios transitórios
Estudos da Estabilidade de Sistemas de Potência
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Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Efeitos dinâmicos em sistemas de potência
 Dinâmica da Geração (controles de carga geração – Regulação de velocidade)
 Comportamento de todo os sistemas de potência em relação à frequência e
potência nas linhas de interligação
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Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Classificação dos fenômenos dinâmicos
 Fenômenos de onda
 Fenômenos eletromagnéticos
 Fenômenos eletromecânicos
 Fenômenos termodinâmicos
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Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Classificação dos fenômenos dinâmicos
 Fenômenos de onda
 Efeitos de onda, surtos de L.T., Raios, chaveamentos
 Fenômenos eletromagnéticos
 Enrolamentos das máquinas após distúrbios, operação do sistema de proteção,
interação das máquinas elétricas e a rede de potência
 Fenômenos eletromecânicos
 devido a oscilação das massas girantes dos geradores e motores que ocorrem
subsequente a uma perturbação, a operação do sistema de proteção e a ação de
controle da tensão e da máquina primária
 Fenômenos termodinâmicos
 resultam da ação de controle da caldeira nas usinas termoelétricas a vapor assim
que as demandas do controle automático de geração são implementadas
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Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Afinidades entre os pares de grandezas P-F e Q-V
 Potência ativa e frequência – relação P-f;
 Potência reativa e tensão – relação Q-V;
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Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Afinidades entre os pares de grandezas P-F e Q-V
Analisando os triângulos OBC e BAC, obtêm-se as seguintes relações:
Lado BC = 𝑋𝐼 𝑐𝑜𝑠φ = 𝐸 𝑠𝑒𝑛δ → 𝐼𝑐𝑜𝑠φ =
𝐸
𝑋
𝑠𝑒𝑛δ
Lado AC = 𝑋𝐼 𝑠𝑒𝑛φ = 𝐸 𝑐𝑜𝑠δ − 𝑉 → 𝐼𝑠𝑒𝑛φ =
𝐸
𝑋
𝑐𝑜𝑠δ −
𝑉
𝑋
𝑃 = 𝑉𝐼𝑐𝑜𝑠φ
𝑄 = 𝑉𝐼𝑠𝑒𝑛φ
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Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Afinidades entre os pares de grandezas P-F e Q-V
Dessas relações temos:
𝑃 =
𝐸𝑉
𝑋
𝑠𝑒𝑛δ
𝑄 =
𝐸𝑉
𝑋
𝑐𝑜𝑠δ −
𝑉2
𝑋
Usando 𝑐𝑜𝑠δ = 1 − 𝑠𝑒𝑛2δ
𝑄 =
𝐸𝑉
𝑋
2
− 𝑃2 −
𝑉2
𝑋
 o controle da tensão influencia intensamente a potência reativa e vice-versa
 o controle da frequência afeta grandemente a potência ativa e vice-versa
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Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Noções sobre estabilidade de um sistema de potência
Estabilidade de um sistema de potência é entendida como a habilidade do sistema
em retornar a um estado de equilíbrio após ser submetido a uma perturbação física.
 Ângulos das tensões nodais ou de barras (δ), também referidos como ângulos de
potência ou ângulos de carga
 Frequência (f)
 Magnitudes das tensões nodais ou de barras (V)
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Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Noções sobre estabilidade de um sistema de potência
Estas quantidades são especialmente importantes do ponto de vista de definição e
classificação da estabilidade do sistema de potência, que pode ser dividida em:
 Estabilidade do ângulo do rotor (ou simplesmente estabilidade angular)
 Estabilidade da frequência
 Estabilidade da tensão
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Sistema Elétrico de Potência
Aspectos Gerais – Noções sobre estabilidade de um sistema de potência
A estabilidade do sistema de potência está principalmente ligada aos fenômenos
eletromecânicos, entretanto, ela é também afetada por fenômenos eletromagnéticos
rápidos e fenômenos termodinâmicos. Dependendo do tipo de fenômeno, pode se
referir a estabilidade de curto termo e estabilidade de longo termo.
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Sistema Elétrico de Potência
Estudo de Estabilidade Transitória
Equivalente mecânico para análise de estabilidade 
transitória de sistemas de potência
A perturbação súbita pode causar um dois efeitos:
 O sistema atingirá um novo estado de equilíbrio, caracterizado por um novo
conjunto de forças nos cordões (isto é, linhas de transmissão no caso de sistemas
elétricos).
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Sistema Elétrico de Potência
Estudo de Estabilidade Transitória
A perturbação súbita pode causar um dois efeitos:
 Devido às forças transitórias, um outro cordão romper-se-á, provocando o
enfraquecimento da rede e resultando no rompimento em cadeia de cordões e
o eventual colapso total do sistema.
Estabilidade transitória para a falta em questão – atinge um novo regime permanente.
Divide-se em o período transitório em 3 intervalos de tempo:
 Intervalo inicial
 Intervalo intermediário
 Intervalo final
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Sistema Elétrico de Potência
Estudo de Estabilidade Transitória
 Intervalo inicial
 1º segundo após falta
 Dinâmica do rotor e totalmente descontrolada
 Controle associados aos chaveamentos
 Seção da linha onde está falta
 Colocação de capacitores
 Intervalo intermediário
 Duração de 5 seg.
 Sente-se os efeitos dos controladores Pf e QV
 Intervalo final
 Duração de vário minutos
 Sofrem efeitos de longo prazo
 Constantes de tempo térmicas a vapor e nucleares
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Sistema Elétrico de Potência
Estudo de Estabilidade Transitória
Ao se investigar um sistema quanto à sua estabilidade em transitório, deve-se proceder
como segue:
1. Determinar o estado inicial pré-falta.
2. Iniciar a falta.
3. Calcular o movimento transitório pós-falta das massas e as forças resultantes
nos cordões.
4. Se as forças não excederem os pontos de ruptura dos cordões, o sistema será
considerado estável para a falta em questão.