1 - Transitórios Eletromagnéticos - Introdução

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TRANSITÓRIOS ELETROMAGNÉTICOS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA - 2018 
TRANSITÓRIOS ELETROMAGNÉTICOS 
EM SISTEMAS DE POTÊNCIA 
Sandro de Castro Assis 
Sete Lagoas - 2018 
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TRANSITÓRIOS ELETROMAGNÉTICOS EM SISTEMAS DE POTÊNCIA - 2018 
Eng. Sandro de Castro Assis 
 Graduado em Eng. Elétrica/UFMG em 2004 
 Mestrado em Eng. Elétrica/UFMG – 2006 
 Doutorado em Eng. Elétrica/UFMG – 2017 
 Sócio na NSA Consultoria de 2004 a 2006 
 Eng. de projetos de Linhas de Transmissão e Subestações 
da Cemig D desde 2006 
 Gerente de projetos de P&D desde 2007 
 Professor de graduação e pós-graduação desde 2015 
 Membro CIGRÉ – C4 - Desempenho de Sistemas Elétricos 
 B3 – Subestações 
 B2 – Linhas de transmissão 
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 Atuação nas seguintes principais áreas: 
Sistemas de aterramentos elétricos em LTs e SEs 
Análise de transitórios eletromagnéticos em SEP 
Análise de desempenhos de LTs e SEs frente a 
descargas atmosféricas 
 Interferências eletromagnéticas geradas por linhas de 
transmissão e subestações (campo elétrico, 
magnético, RIV, corona, etc) 
 
Contato 
 scassis@gmail.com 
 http://lattes.cnpq.br/5361372425238294 
 Sandro de Castro Assis 
 
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E vocês? 
 
 Quais são as suas experiências e expectativas para 
essa disciplina? 
http://bit.ly/2KU3zn2 
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• Aulas de laboratório 
– 03/09/2018 – UEGE 
– 15/10/2018 – UEGE 
– 12/11/2018 – UEDI 
 
Data Avaliação Valor 
17/09/2018 Primeira avaliação 25,00 
22/10/2018 Segunda avaliação 12,00 
30/10/2018 Avaliação integrada 10,00 
07/11/2018 Projeto Integrador / Trilhando 
competências / ENADE 
15,00 
Set/Nov APS (2) 8,00 
26/11/2018 Avaliação final 30,00 
 Total 100 
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• Fenômeno de Ondas em Linhas de Transmissão. 
– Teoria Básica da Propagação de Ondas em 
Linhas Reflexões sucessivas e o “Diagrama de 
Lattice” 
– Cálculo de parâmetros de linhas de transmissão 
 
• Sobretensões nos Sistemas de Energia 
Elétrica 
– Sobretensões Temporárias 
– Sobretensões de Manobra 
– Sobretensões Atmosféricas 
 
 
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• Computação Digital de Transitórios 
Eletromagnéticos 
– Simulação de Redes no Domínio do Tempo 
– O programa Electromagnetic Transients Program 
(EMTP) x Alternative Transients Program (ATP) 
– Modelagem de elementos concentrados lineares e 
não lineares 
– Modelo de Linhas de Transmissão. 
– Modelagem no domínio do tempo 
– Modelo de Transformadores 
– Modelo de Chaves - Instabilidade Numérica 
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Time frame of various system phenomena of interest in power system studies 
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• D’Ajuz e outros, “Transitórios Elétricos e 
Coordenação de Isolamento”, FURNAS, EDUFF, 
1987. 
• A. E. A. Araújo e W. L. A. Neves, 
 “Cálculo de Transitórios 
 Eletromagnéticos em Sistemas 
 de Energia”, Editora UFMG, 2005. 
 
 
• L. C. Zanetta Jr., “Transitórios Eletromagnéticos 
em Sistemas de Potência”, São Paulo, Editora da 
Universidade de São Paulo, 2003. 
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• H.W.Dommel, EMTP Theory Book, Second Edition, 
Microtran Power System Analysis Corporation, 
Vancouver, British Columbia, Canada, 1992. 
• ATP Rule Book, latest revision 2002 
• Juan A. Martinez-Velasco, Power system transients 
: parameter determination, CRC PRESS 2010 
 
 
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• Transitórios 
– Mecânicos 
• Falhas de equipamentos 
• Mudanças bruscas de cargas 
 
– Eletromagnéticos 
• Manobras – causa interna 
• Descargas atmosféricas – causa externa 
 
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• Transitórios Eletromagnéticos 
– São mais rápidos que os transitórios mecânicos 
 
– Elementos concentrados 
• Equações diferencias ordinárias 
 
– Linhas de transmissão com parâmetros 
distribuídos 
• Equações diferenciais parciais 
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• Mas o que é transitórios? 
“Intervalo de tempo de mudança de um regime 
permanente para outro regime permanente” 
 
• Por que estudamos este assunto? 
– Evitar falhas de isolamentos nos eventos de 
origem externa e interna 
– Analisar possíveis falhas antes de sua ocorrência 
– Determinar os motivos que causaram uma falha 
 
 
 Coordenação de isolamento 
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• Simulações do SEP 
– TNA - Transient Network Analyzer 
 
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• Simulações do SEP 
– Simulações digitais 
• Marco na década de 60 em função do trabalho de 
Herman Dommel 
 “Digital Computer Solution of Eletromagnetic 
 Transients in Single- and Multiphase 
 Networks”, IEEE Transactions on Power 
 Apparatus and Systems, PAS-88, april 1969, 
 pag. 388-399, descreve a metodologia basica 
 do programa EMTP 
 
• 1964 e 1973 Dommel trabalhou na BPA (Bonneville 
Power Administration) no desenvolvimento de 
varios modelos 
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• Simulações do SEP 
– Simulações digitais 
• Em 1973 Dommel foi para a Universidade de British 
Columbia (UBC) e W.Scott Meyer assumiu a 
coordenação do EMTP no BPA 
• Na primeira metade da década de 80 o EPRI 
(Electric Power Research Institute) investiu no 
EMTP. Ao final do trabalho foi lançado a versão 
M39. 
• Parte do grupo decidiu comercializar esta versão e 
outra, liderada por Meyer, discordou, sendo lançado 
o ATP. 
 
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• Simulações do SEP 
– Simulações digitais 
• SPICE, PSPICE: comercial 
• Simulink (MatLAB): Comercial 
• PSCAD & EMTDC – Manitoba HVDC Research 
Center: comercial 
• Microtran comercial, Herman Dommel 
• ATP: gratuito, mas requer licença, W.S.Meyer 
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• Microtran 
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• Microtran 
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• PSCAD 
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• ATP 
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• ATP 
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• Realidade macroscópica 
 
• Capacidade de representar o fenômeno que se 
deseja avaliar 
 
• O mesmo objeto pode ser modelado de diversas 
formas – dependência do observador 
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• Representação em parâmetros concentrados é 
baseada em aproximação aceitável 
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Se d << l 
 
Para efeitos práticos podemos abrir mão de uma 
modelagem de parâmetros distribuídos por uma 
modelagem a parâmetros concentrados. 
 
Caso contrário os efeitos de propagação são 
dominantes para avaliação do fenômeno 
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Como modelar uma linha de transmissão de 100 km? 
 
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Se for uma análise em frequência industrial: 
 
l = 3.108/60 = 5.106 m 
 
a representação a parâmetros concentrados é aceitável 
 
Circuito p : 
 
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Se for uma análise envolvendo descarga atmosférica 
com frente de onda da ordem de 1ms: 
 
Para 1ms temos frequências de 1/1ms = 1 MHz 
 
l = 3.108/106 = 3.102 m 
 
Neste caso tanto V quanto I variam ao longo da linha e 
com o tempo. Somente equações diferenciais parciais 
podem representar a complexidade do fenômeno do 
comportamento de um componente a parâmetros 
distribuídos 
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• O Comitê Nacional Brasileiro de Produção e Transmissão 
de Energia Elétrica CIGRÉ-Brasil - é uma sociedade civil, 
sem fins lucrativos, fundada em 1971, que tem por 
objetivo promover o intercâmbio e desenvolvimento 
técnico, tecnológico, e da engenharia no Brasil, no campo 
da produção de energia elétrica, de sua transmissão em 
alta tensão e distribuição; 
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Abrange basicamente: 
• Aspectos elétricos e eletromecânicos da geração de 
energia elétrica; 
• Estudos, projetos, construção, operação e manutenção 
de linhas de transmissão, subestações e equipamentos 
ou sistemas associados; 
• Planejamento eletroenergético de sistemas, isolados ou 
interligados e sua operação e racionalização ou 
conservação de energia; 
• Telecomunicações, controle e proteção em sistemas 
elétricos; 
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Abrange basicamente: 
• Desenvolvimentos e aplicação de materiais, 
equipamentos e sistemas eletro energéticos; 
•Desenvolvimento e aplicação de métodos e técnicas 
destinadas à análise e desenvolvimento dos sistemas 
elétricos de potência; 
• Aspectos de regulação e mercado de energia, geração 
distribuída, meio ambiente e tecnologia de informação. 
 
 
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