PROTEÇÃO E ESTABILIDADE DE SISTEMAS ELÉTRICOS 1 e 2

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PROTEÇÃO E ESTABILIDADE DE SISTEMAS ELÉTRICOS
Atividade 1: Unidades de Estudo 1 e 2
1// Um dos transitórios mais perigosos para os sistemas elétricos são os transientes impulsivos. Um transiente impulsivo, também conhecido como distúrbio impulsivo, é uma ocorrência súbita e transitória que afeta um sistema elétrico ou eletrônico. Esses distúrbios podem ser causados por várias razões, como descargas atmosféricas, manobras de chaveamento, falhas em equipamentos ou interferências eletromagnéticas.
Com base no apresentado, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
 
I. A dissipação do transitório de corrente de uma descarga atmosférica é caracterizado por uma curva exponencial.
PORQUE
II. A descarga atmosférica trata-se de um transitório oscilatório e após o pico a sua intensidade tem um tempo de dissipação maior que o tempo de pico.
 
A respeito dessas asserções, assinale a opção correta:
R: A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
2// Os sistemas elétricos estão expostos a uma variedade de fenômenos transitórios, que abrangem desde oscilações eletromecânicas em baixas frequências até rápidas variações de tensão e corrente resultantes de operações de chaveamento ou mudanças abruptas de estado.
 
Com base no conceito apresentado, avalie as afirmações a seguir:
 
I. O transiente oscilatório é considerado bidirecional por ter duas polaridades, positiva e negativa, ao mesmo tempo.
II. A frequência do transiente oscilatório possui o mesmo valor da frequência do sistema de energia elétrico.
III. Depois que acontece o transiente oscilatório, o seu valor de pico não é reduzido, sendo constante pois os equipamentos não conseguem absorver essa energia.
IV. Um transitório oscilatório com frequência da ordem de 5 kHz e com duração entre 0,3 ms à 50 ms, é considerado de baixa frequência.
 
É correto o que se afirma em:
R: I e IV, apenas.
3// Embora os Sistemas Elétricos de Potência em corrente alternada sejam trifásicos, é comum representá-los utilizando apenas uma das fase e o neutro, sendo agrupado em um diagrama unifilar. Observe o diagrama unifilar contendo apenas as admitâncias de um sistema de potência.
Figura 1: Diagrama unifilar de um circuito elétrico de potência com as admitâncias de linha.
Fonte: Elaborado pelo autor.
#PraCegoVer: a figura apresenta um diagrama elétrico para obter a matriz admitância e a matriz impedância. Este diagrama é constituído de barramentos, admitâncias de linha e um aterramento. Os barramentos são representados por linhas pretas sólidas, as admitância por retângulos. Existem quatro traços mais grossos de cor preta indicados pelos números 1, 2, 3 e 4. Cada admitância tem seus valores indicados ao seu lado, sendo que a primeira superior é de – j4, a segunda de –j8 e a terceira sendo –j5. No meio, a primeira admitância é de –j4 e a segunda de –j2,5, e por fim, na terceira linha as duas admitâncias são de –j0,8.
 
Assinale a alternativa que apresenta a matriz de admitância do diagrama apresentado na figura.
R: Resposta B
4//A sobretensão e a subtensão são fenômenos elétricos que ocorrem quando há variações indesejadas no nível de tensão em um sistema elétrico. A sobretensão ocorre quando a tensão excede o valor nominal. Por outro lado, a subtensão ocorre quando a tensão fica abaixo do valor nominal.
 
Com base no conceito apresentado, avalie as afirmações a seguir:
 
I. Os transitórios com uma duração superior a um minuto podem ser considerados Sobretensão ou Subtensão.
II. A sobretensão pode ser causada devido à uma variação brusca em grandes cargas conectadas no sistema elétrico de potência.
III. A sobretensão pode ocorrer quando há um número excessivos de carregamento de circuitos que interagem com a rede elétrica.
IV. O fenômeno de subtensão pode ocorrer quando existe um excesso de reativo injetado no sistema devido aos bancos de capacitores das indústrias fora do horário de pico.
 
É correto o que se afirma em:
R: I e II, apenas.
5// A admitância de um elemento é a razão entre a corrente fasorial e a tensão fasorial. Uma matriz de admitâncias corresponde à uma representação de um diagrama de um circuito. Sabemos que a admitância é o inverso da impedância. Com isso, observe a matriz admitância apresentada.
Y = 
Na matriz admitância apresentada, o elemento 21 e 12 são nulos, possuindo o valor zero. Isso ocorre devido ao fato de:
R: Não haver uma conexão entre o barramento 1 e o barramento 2.
6// As correntes de curto-circuito relacionam-se diretamente com a quantidade de corrente fornecida pelas máquinas rotativas, principalmente pelos geradores síncronos, durante o curto-circuito.
 
Com base no apresentado, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
 
I. A corrente de curto-circuito é composta por dois termos, sendo modelada pela equação:
 
PORQUE
II. O primeiro termo  corresponde ao valor simétrico da corrente de curto-circuito em regime permanente.
Já o segundo termo   corresponde à componente 
R: As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
7// Embora os Sistemas Elétricos de Potência em corrente alternada sejam trifásicos, é comum representá-los utilizando apenas uma das fase e o neutro, sendo agrupado em um diagrama unifilar. Observe o diagrama unifilar contendo as admitâncias e as fontes de corrente de um sistema de potência.
Figura 3: Diagrama unifilar de um circuito elétrico de potência com as admitâncias de linha.
Fonte: Elaborado pelo autor.
#PraCegoVer: a figura apresenta um diagrama elétrico para obter a matriz admitância e a matriz impedância. Este diagrama é constituído por fontes de correntes, de barramentos, admitâncias de linha e um aterramento. As fontes de correntes são representadas por um círculo com uma seta em seu interior. Os barramentos são representados por linhas pretas sólidas, as admitância por retângulos. Existem quatro traços mais grossos de cor preta indicados pelos números 1, 2, 3 e 4. Cada admitância tem seus valores indicados ao seu lado, sendo que a primeira superior é de – j4, a segunda de –j8 e a terceira sendo –j5. No meio, a primeira admitância é de –j4 e a segunda de –j2,5, e por fim, na terceira linha as duas admitâncias são de –j0,8. As fonte de corrente estão na terceira linha do circuito, em que a primeira é de 1 A em um ângulo de – 90 graus e a segunda é de 0,68 A com um ângulo de – 135 graus.
 
Assinale a alternativa que apresenta a matriz de tensões do diagrama apresentado na figura.
R: V= 
8// Um transitório impulsivo é uma mudança brusca indesejável no sistema que está em estado de equilíbrio estabelecido, manifestando-se nas formas de onda de tensão e/ou corrente. Considere a representação um transitório impulsivo de 0,8 × 60μs - 5kV e os seus efeitos na rede elétrica.
 
Com base no excerto apresentado, avalie as afirmações a seguir:
 
I. Esse transitório impulsivo aumenta de zero até o seu valor de pico em 0,8 ms.
II. O valor de pico do transitório impulsivo é de 5 kV.
III. Esse transitório impulsivo aumenta de zero até o seu valor de pico em 60 μs.
IV. Após 60 μs o transitório impulsivo atinge o seu valor médio de pico.
 
É correto o que se afirma em:
R: I e IV, apenas.
9// Um transiente oscilatório é uma tensão ou corrente cujo valor instantâneo muda de polaridade de modo muito rápido, afetando a qualidade de energia de um sistema elétrico. Esse tipo de transiente pode ocasionar diversos efeitos na rede elétrica, prejudicando equipamentos e elementos de proteção. Observe a figura abaixo com um transitório oscilatório.
Figura 4: Típico transitório oscilatório de corrente (polaridades negativa e positiva) causado pelo chaveamento de um capacitor de potência.
Fonte: Adaptado de DUGAN et al. (2002, p. 17).
#PraCegoVer: a figura apresenta um típico transitório oscilatório de corrente (polaridades negativa e positiva) provocado pelo chaveamento de um capacitor de potência. A figura é representada por um plano cartesiano ortogonal, constituído por dois eixos xis (x) e ípsilon (y) perpendiculares entresi que se cruzam na origem. O eixo xis refere-se ao tempo de duração do transitório oscilatório de corrente, que é da ordem de µs. Ele inicia em oito microssegundos (8 µs), atinge dez microssegundos (10 µs), depois chega ao tempo de doze microssegundos (12 µs) e continua até quatorze microssegundos (14 µs). Observe que, ao passar do tempo, a amplitude das oscilações reduzem (amortecimento do transitório). O eixo ípsilon refere-se à intensidade do transitório de corrente, que é da ordem de ampères (A). Ele inicia no zero (0) e vai até sete mil e quinhentos ampères positivos (7500 A) e até sete mil e quinhentos ampères negativos (-7500 A). As oscilações resultantes do processo de chaveamento são representadas por uma linha sólida de cor preta. Ela tem o seu início na origem do plano cartesiano com uma subida abrupta e, logo em seguida, inicia um período oscilatório que vai diminuindo após o chaveamento.
 
O transitório oscilatório mostrado na figura acima pode ser causado por:
R: Chaveamento de um capacitor de potência.
10// A admitância de um elemento é a razão entre a corrente fasorial e a tensão fasorial. Uma matriz de admitâncias corresponde à uma representação de um diagrama de um circuito. Sabemos que a admitância é o inverso da impedância. Com isso, observe a matriz admitância apresentada.
Y= 
Diante disso, assinale a alternativa que apresenta a matriz de impedâncias, correspondente à matriz de admitância apresentada.
R: Z= 
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