Banco de Capacitor TCC

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CLAUDEMIRO FERREIRA LEITE JÚNIOR 
LUIZ CARLOS DIAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BANCO DE CAPACITORES SÉRIE PARA LINHAS DE TRANSMISSÃO DE 
EXTRA ALTA TENSÃO 
 
 
 
Trabalho de conclusão de curso para 
obtenção do título de graduação em 
Engenharia Elétrica com ênfase em 
Eletrônica, apresentado à 
Universidade Paulista campus de 
Brasília. 
 
 
 
Orientador: (Prof. Michel Moreale) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Brasília 
2012 
III 
 
CLAUDEMIRO FERREIRA LEITE JÚNIOR 
LUIZ CARLOS DIAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BANCO DE CAPACITORES SÉRIE PARA LINHAS DE TRANSMISSÃO DE 
EXTRA ALTA TENSÃO 
 
 
 
Trabalho de conclusão de curso para 
obtenção do título de graduação em 
Engenharia Elétrica com ênfase em 
Eletrônica, apresentado à 
Universidade Paulista campus de 
Brasília. 
 
 
 
 
 
 
 
Aprovado em: 
 
BANCA EXAMINADORA 
____________________/___/__ 
Prof. Renato Maziero 
Universidade Paulista – UNIP 
____________________/___/__ 
Prof. Nome do Professor 
Universidade Paulista – UNIP 
____________________/___/__ 
Prof. Nome do Professor 
Universidade Paulista – UNIP 
IV 
 
 
 
DEDICATÓRIA 
 
Dedicamos este trabalho de conclusão da graduação a nossas esposas, que 
com grande zelo e apreço nos tem ajudado nessa longa jornada, aos nossos pais, 
irmãos, amigos, professores e a todos que direta ou indiretamente se juntou a nós 
nessa conquista para que fosse possível a concretização deste trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Agradecemos em primeiro lugar a DEUS por ser à base das nossas 
conquistas; 
As nossas esposas que se privaram de nossa companhia e empenharam-se 
em nos ajudar, para que fosse possível o trilhar desse caminho; 
Aos nossos familiares, que foram nossas bases de apoio nas horas mais 
complicadas que vivemos ao longo desse percurso; 
Aos nossos professores (sem exceção) e principalmente a nosso Orientador 
Michel Moreale pela dedicação em suas orientações prestadas na elaboração deste 
trabalho, nos incentivando e colaborando no desenvolvimento de nossas ideias; 
Aos nossos amigos e colegas, quer seja no âmbito profissional ou não, que 
desempenharam fundamental papel na conclusão deste trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VI 
 
RESUMO 
 
 
Este trabalho de conclusão de curso apresenta um estudo de viabilidade e 
funcionamento do Banco de Capacitores Série em Linhas de Extra Alta Tensão 
(BCS em LEAT), abordando seu impacto na operação em regime permanente de um 
sistema de transmissão. Serão definidos alguns aspectos sobre as características do 
Sistema Elétrico de Potência, focando no impacto da instalação do BCS em LEAT 
bem como os componentes construtivos e sua importância nas linhas de 
transmissão. Será realizado um estudo de caso comprovando o ganho de potência 
de transmissão quando é inserido o Banco de Capacitor Serie no sistema e que o 
mesmo melhora e influencia criando corredores estáveis para esta transmissão. 
 
Palavras-chave: Sistema Elétrico de Potência, linhas de transmissão, Banco de 
Capacitores Série, Ganho de Potência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VII 
 
ABSTRACT 
 
 
This course conclusion work presents a feasibility study and operation of 
Capacitor Bank Series in Extra High Voltage Lines (BCS in LEAT), addressing its 
impact on steady-state operation of a transmission system, some aspects will be 
defined on features Electric Power System, focusing on the impact of installation on 
BCS LEAT well as building components and its importance in transmission Lines, is 
hosting a case study demonstrating the gain of transmitting power when it entered 
the Bank of Capacitor Series in the system and that it enhances and influences 
creating stable runners for this transmission. . 
 
Keywords: Electric Power System, Transmission Lines, Capacitor Bank Series, Gain 
Power. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VIII 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1 - Diagrama do Sistema Interligado Nacional (SIN) ............................. 5 
Figura 2 - Linha de Transmissão de 500KV ...................................................... 6 
Figura 3 - Subestação de Luziânia 500 KV ..................................................... 12 
Figura 4 - Unifilar Subestação de Luziânia 500 KV ........................................ 13 
Figura 5 - Diagrama unifilar e Para-raios ........................................................ 15 
Figura 6 - Diagrama unifilar e TPC ................................................................. 16 
Figura 7 - Diagrama unifilar e o Transformador Corrente ............................... 17 
Figura 8 - Diagrama unifilar e o Disjuntor ....................................................... 18 
Figura 9 - Diagrama unifilar e o Reator ........................................................... 19 
Figura 10 - Fluxo de Potência sem Compensação Série ................................ 20 
Figura 11 - Banco Capacitor Série instalado na Linha de Transmissão ......... 21 
Figura 12 - Linhas de Transmissão Uniforme ................................................. 23 
Figura 13 - Cálculo de reatância da linha onde está instalado o (BCS) .......... 29 
Figura 14 - Diagrama Unifilar do BCS ............................................................ 31 
Figura 15 - Plataforma de Aço e Isoladores .................................................... 32 
Figura 16 - Unidade Capacitiva ...................................................................... 33 
Figura 17 - Composição de uma Lata ............................................................. 33 
Figura 18 - Spark Gap visão externa e interna ............................................... 35 
Figura 19 - Circuito de Amortecimento ........................................................... 36 
Figura 20 - Curvas do Circuito de Amortecimento .......................................... 37 
Figura 21 - Colunas de Varistores .................................................................. 38 
Figura 22 - Curvas do Dimensionamento de um MOV ................................... 39 
Figura 23 - TC tipo janela ............................................................................... 40 
Figura 24 - Painéis instalados na plataforma .................................................. 41 
Figura 25 - Painéis instalados na sala de controle ......................................... 41 
Figura 26 - Diagrama do sistema de Interligação das Fibras.......................... 42 
Figura 27 - Interface gráfica do programa ANAREDE .................................... 43 
Figura 28 - Estrutura da base de dados em diagrama unifilar ........................ 44 
Figura 29 - Estrutura da base de dados sem a LT compensada .................... 45 
Figura 30 - Relatório do Sistema sem a LT compensada ............................... 46 
Figura 31 - Estrutura da base de dados com a LT compensada .................... 47 
IX 
 
Figura 32 - Relatório do Sistema com a LT compensada ............................... 48 
Figura 33 - Curva de Compensação ............................................................... 50 
Figura 34 - Curva de Compensação referenciando ângulo ............................ 51 
Figura 35 - Curva de Compensação referenciando potência .......................... 52 
Figura 36 - Linha de Transmissão Longa com um BCS ................................. 53 
Figura 37 - Curvas de Eficácia para Instalação do BCS ................................. 54X 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas 
ACL – Ambiente de Contratação Livre 
ACR – Ambiente de Contratação Regulada 
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica 
BCS – Banco de Capacitores Série 
BCS em LEAT – Banco de Capacitores Série em Linhas de Extra Alta Tensão 
BCSF – Banco de Capacitores Série Fixo 
CCEE – Câmara de Comercialização de Energia Elétrica 
CEPEL – Centro de Pesquisas de Energia Elétrica 
CMSE – Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico 
Ep – Enrolamento primário 
EPE – Empresa de Pesquisa Energética 
Es – Enrolamento secundário 
FACTS – Flexible AC Transmission Systems 
IHM – Interface Homem Máquina 
Km – Quilômetro 
KV – Kilo Volts 
Kvar – Kilo Volt Ampère reativo 
KW-h – Kilo Watts hora 
MAE – Mercado Atacadista de Energia 
MME – Ministério de Minas e Energia 
Mvar – Mega Volt Ampère reativo 
NBR – Norma Brasileira 
ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico 
OPGW – Optical Ground Wire Cable 
OPLAT – Ondas Portadoras em Linhas de Alta Tensão 
SE – Subestação 
SEB – Setor Elétrico Brasileiro 
SIL – Surge Impedance Loading 
SIN – Sistema Interligado Nacional 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 – INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1 
2 – O SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO ..................................................................... 2 
2.1 – Sistema Interligado Nacional (SIN) .................................................................... 3 
3 – LINHAS DE TRANSMISSÃO ................................................................................ 6 
3.1 – Composições de uma Linha de Transmissão ..................................................... 7 
3.2 – Características Construtivas ............................................................................... 7 
3.3 – Processos e Componentes da Construção de uma Linha de Transmissão ....... 8 
3.3.1 – Estrutura ou Torre ........................................................................................... 8 
3.3.2 – Sinalização das Estruturas ou Torres .............................................................. 8 
3.4 – Cabos Para-raios ............................................................................................... 9 
3.5 – Cabos Condutores ............................................................................................. 9 
3.5.1 – Tipos de Cabos e Bitolas ................................................................................. 9 
3.6 – Anéis Anti-Corona .............................................................................................. 9 
3.7 – Isolação ............................................................................................................ 10 
3.7.1 – Isoladores ...................................................................................................... 10 
4 – SUBESTAÇÃO .................................................................................................... 12 
4.1 – Para-raios (PR) ................................................................................................ 14 
4.2 – Transformador de Potencial Capacitivo (TPC) ................................................. 15 
4.3 – Transformadores de Corrente (TC) .................................................................. 16 
4.4 – Disjuntor (Dj) .................................................................................................... 17 
4.4 – Reator (RT) ...................................................................................................... 18 
5 – BANCO DE CAPACITORES SÉRIE ................................................................... 20 
5.1 – Construção do Banco de Capacitores Série ..................................................... 22 
5.1.1 – Estudo deste Equipamento ........................................................................... 23 
5.1.2 – Impacto no Sistema ....................................................................................... 29 
5.1.3 – Viabilidade Técnico Econômica ..................................................................... 30 
5.2 – Principais Componentes do BCS ..................................................................... 30 
5.2.1 – Plataforma de Aço ......................................................................................... 32 
5.2.2 – Capacitores ................................................................................................... 33 
5.2.3 – Spark Gap (Centelhador) .............................................................................. 34 
5.2.4 – Damping Circuit (Circuito de Amortecimento) ............................................... 35 
 
 
5.2.5 – Metal Oxide Varistor (Varistor de Óxido Metálico) MOV ................................ 37 
5.2.6 – Series Disconnector (Seccionadora) ............................................................. 39 
5.2.7 – By-pass Disconnector (Seccionadora de Baipasse) ...................................... 39 
5.2.8 – Current Transformers (Transformadores de Corrente) .................................. 39 
5.2.9 – Painéis de Interligação Controle e Proteção da Plataforma .......................... 40 
6 – ESTUDO DE CASO ............................................................................................ 43 
CONCLUSÃO ............................................................................................................ 55 
HIPÓTESE ................................................................................................................ 56 
METÓDO DE PESQUISA ......................................................................................... 57 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................................... 58 
 
 
 
 
1 
 
1 – INTRODUÇÃO 
Desde a descoberta da energia elétrica, o homem vem aprendendo a utilizar 
esta energia a seu favor para executar os trabalhos necessários a sua sobrevivência 
e bem estar. As fontes de energia existentes junto dos grandes centros tornaram-se 
insuficientes em função do crescimento da população, havendo, portanto, a 
necessidade de transportar esta energia [18]. Por causa desta necessidade estava 
formando então o conceito de Sistemas Energéticos, isto é: 
 
 Geração de energia; 
 Transporte; 
 Transformação; 
 Consumo de energia (carga). 
 
Com a descoberta da corrente alternada iniciou-se um aproveitamento maior 
da energia elétrica. Fontes geradoras de eletricidade, afastadas dos grandes centros 
consumidores, passaram a ser economicamente exploradas. 
Com isso, surgiram os Sistemas Elétricos de Energia, responsáveis pelo 
equilíbrio geração-consumo desta energia. 
Com a necessidade de se transmitir cada vez mais potência nas linhas de 
transmissão, foi empregado um elemento essencial, os bancos de capacitores série 
fixos (BCSF) em sistemas de transmissão de extra alta tensão representando uma 
atraente alternativa técnica e econômica, em especial num contexto de restrições de 
ordem financeira e ambiental para a construção de novos corredores de 
transmissão. 
Será explanada uma breve introdução sobre o Sistema Interligado Nacional, 
linhas de transmissão, Subestações, sistemas de proteção e controle, envolvendo o 
uso do Banco de Capacitor Serie (BCS), em sistemas de 500 KV. 
Será destacada sua filosofia e componentes que são integrantes do BCS, 
com ênfase na seleção das suas características nominais tendo como objetivo 
estudar o comportamento do BCS em determinadas situações, tais como; O 
aumento da potência de transmissão de uma linha de longa distância e isso será 
possível através de simuladores no qual será criado uma base de dados com 
valores e condições muito próximo da realidade do Sistema Elétrico Brasileiro. 
2 
 
2 – O SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO 
Entre 2003 e 2004 o governo federal lançou as bases de um novo modelo 
para o SetorElétrico Brasileiro (SEB), sustentado pelas Leis nº 10.847 e 10.848, de 
15 de março de 2004, e pelo Decreto nº 5.163, de 30 de julho de 2004. 
Em termos institucionais, o novo modelo definiu a criação de uma entidade 
responsável pelo planejamento do setor elétrico em longo prazo, a Empresa de 
Pesquisa Energética (EPE); uma instituição com a função de avaliar 
permanentemente a segurança do suprimento de energia elétrica, o Comitê de 
Monitoramento do Setor Elétrico (CMSE); e uma instituição para dar continuidade às 
atividades do Mercado Atacadista de Energia (MAE), relativas à comercialização de 
energia elétrica no Sistema Interligado, a Câmara de Comercialização de Energia 
Elétrica (CCEE). 
Outras alterações importantes incluem a definição do exercício do Poder 
Concedente ao Ministério de Minas e Energia (MME) e a ampliação da autonomia do 
Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). 
Em relação à comercialização de energia, foram instituídos dois ambientes 
para celebrar contratos de compra e venda: o Ambiente de Contratação Regulada 
(ACR), do qual participam agentes de geração e de distribuição de energia; e o 
Ambiente de Contratação Livre (ACL), do qual participam agentes de geração, 
comercializadores, importadores e exportadores de energia e consumidores livres. 
O novo modelo do setor elétrico visa atingir três objetivos principais: 
 
 Garantir a segurança do suprimento de energia elétrica; 
 Promover a modicidade tarifária; 
 Promover a inserção social no Setor Elétrico Brasileiro, em particular pelos 
programas de universalização de atendimento. 
 
O modelo prevê um conjunto de medidas a que devem ser assistidas pelos 
agentes, como a exigência de contratação de totalidade da demanda por parte das 
distribuidoras e dos consumidores livres, nova metodologia de cálculo do lastro para 
venda de geração, contratação de usinas hidrelétricas e termelétricas em 
proporções que assegurem melhor equilíbrio entre garantia e custo de suprimento, 
bem como o monitoramento permanente da continuidade e da segurança de 
suprimento, visando detectar desequilíbrios conjunturais entre oferta e demanda. 
3 
 
Em termos de modicidade tarifária, o modelo prevê a compra de energia 
elétrica pelas distribuidoras no ambiente regulado por meio de leilões – observado o 
critério de menor tarifa, objetivando a redução do custo de aquisição da energia 
elétrica a ser repassada para a tarifa dos consumidores cativos. 
A inserção social busca promover a universalização do acesso e do uso do 
serviço de energia elétrica, criando condições para que os benefícios da eletricidade 
sejam disponibilizados aos cidadãos que ainda não contam com esse serviço, e 
garantir subsídio para os consumidores de baixa renda, de tal forma que estes 
possam arcar com os custos de seu consumo de energia elétrica. 
 
2.1 – Sistema Interligado Nacional (SIN) 
Com tamanho e características que permitem considerá-lo único em âmbito 
mundial, o sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil é um 
sistema hidrotérmico de grande porte, com forte predominância de usinas 
hidrelétricas e com múltiplos proprietários, este sistema é dividido por regiões Sul, 
Sudeste/Centro-Oeste, Nordeste e o Norte interligado, esta divisão é para se ter um 
controle mais efetivo e seguro. 
O Sistema Interligado Nacional (SIN) tem por responsabilidade a operação 
integrada de controle da situação hidro meteorológico do país e garantir o 
atendimento energético, sendo este processo coordenado pelo ONS. 
O atendimento energético no SIN e a operação da rede elétrica têm sido 
conduzidos conforme os critérios de segurança e economicidade dos Procedimentos 
de Rede e, em situações específicas, de acordo com as diretrizes do CMSE e da 
ANEEL. Para atender aos requisitos do SIN, em alguns casos tem sido efetivada a 
exportação de energia para os sistemas elétricos do Uruguai e da Argentina, 
garantindo assim a integração energética desses países com recursos de origem 
térmicos não utilizados pelo Brasil. 
Na data de 26 de agosto de 1998 foi criado o Operador Nacional do Sistema 
Elétrico (ONS) e suas atribuições legais é desenvolver uma série de estudos e 
ações, com base em dois insumos fundamentais, que são eles: 
1. Os Procedimentos de Rede; que são um conjunto de normas e 
requisitos técnicos que estabelecem as responsabilidades do ONS e 
dos Agentes de Operação, no que se referem a atividades, insumos, 
produtos e prazos dos processos de operação do SIN e das demais 
4 
 
atribuições do Operador. Esses documentos são elaborados pelo ONS, 
com a participação dos Agentes e homologados pela Agência Nacional 
de Energia Elétrica (ANEEL). 
2. E o conjunto de insumos que são as informações externas que o ONS 
necessita receber das autoridades setoriais, especialmente do MME e 
da ANEEL, e dos agentes proprietários das instalações que compõem 
o SIN para a execução de suas atividades, conforme estabelecido nos 
próprios Procedimentos de Rede. 
Os principais estudos e ações empreendidos pelo ONS na operação 
coordenada centralizada do SIN são na administração dos serviços de 
transmissão na Rede Básica (instalações com tensões iguais ou maiores que 
230 KV) que podem ser agrupados em diferentes macroprocessos conforme 
descrito a seguir. 
 Ampliações e Reforços na Rede Básica 
 Avaliação das Condições Futuras da Operação 
 Avaliação de Curto Prazo da Operação 
 Resultados da Operação 
 Análise da Carga de Energia e Demanda 
 Indicadores de Desempenho do SIN 
 Histórico da Operação 
 Integração de Novas Instalações ao SIN 
 Administração dos Serviços de Transmissão 
 
O ONS é responsável pela coordenação e controle da operação das 
instalações de geração e transmissão de energia elétrica sob a fiscalização e 
regulação da ANEEL. 
Hoje apenas 3,4% da capacidade de produção de eletricidade do país 
encontram-se fora do SIN, em pequenos sistemas isolados localizados 
principalmente na região amazônica. Na figura 1 podemos verificar o diagrama do 
SIN e consequentemente estudaremos a necessidade do aumento da potência de 
transmissão em linhas de extra alta tensão. 
 
 
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Fonte
 
 
 
 
 
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7 
 
processo de transmissão, por isso se utiliza aelevação de tensão, reduzindo assim, 
a corrente nos circuitos condutores. 
Porém por outro lado, à medida que se eleva a tensão, o sistema de 
transmissão propicia um aumento na presença do efeito corona, o que implica num 
maior controle dessa tensão operativa e do provimento de uma isolação adequada a 
esse sistema, procurando-se assim estabelecer um equilíbrio entre essa tensão e a 
corrente circulante, visando minimizar sob os condutores, alguns desses efeitos 
mencionados (corona, sobreaquecimentos, perdas joule, etc.). 
Para se realizar a construção de uma Linha de Transmissão são necessários 
que sejam verificados e atendidos certos critérios construtivos tais como: 
 
3.1 – Composições de uma Linha de Transmissão 
Para se realizar a construção de uma Linha de Transmissão são necessários 
que sejam verificados e atendidos certos critérios construtivos. 
A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT regulamentou a norma 
de Projetos de linhas de transmissão de Energia Elétrica, a NBR-182, e hoje 
revisada pela NBR 5422, estabelecendo em seu conteúdo e nas suas referências 
toda uma rede de Normas onde, necessariamente, as concessionárias de serviços 
públicos de energia elétrica, firmas de projetos e fabricantes desse ramo de 
atividade terão de recorrer. 
A NBR 5422 fixa condições básicas para o projeto de Linhas Aéreas de 
Transmissão com tensão máxima, valor eficaz Fase-Fase acima de 38 KV e não 
superior a 800 KV, de modo a garantir níveis mínimos de segurança e limitar 
perturbações em instalações próximas. 
 
3.2 – Características Construtivas 
Para se construir uma Linha de Transmissão, além de atender as 
determinações de Lei, torna-se necessário um estudo de viabilidade técnico-
econômica, assunto este que será tratado no próximo capítulo. 
Alguns parâmetros construtivos exigem estudos profundos. Um deles é a 
escolha do traçado da Linha de Transmissão, onde a técnica moderna do traçado 
deve levar em conta obstáculos natural (montanhas, rios, vilas, povoados, etc.) ou 
vias de acesso, indispensáveis para a construção e principalmente para a 
manutenção futura. 
8 
 
Isto geralmente resulta de um compromisso entre o aumento de comprimento 
da linha e número de ângulos a serem introduzidos e o maior custo de construção. 
A definição do traçado viável é baseada em levantamentos 
aerofotogramétricos existentes ou a serem realizados. Com este traçado preliminar, 
faz-se um levantamento topográfico que consiste normalmente na demarcação do 
eixo da linha, com medições transversais nas regiões onde a topografia do terreno 
poderia prejudicar as distâncias livres entre condutores e terra. 
Atualmente se desenvolvem técnicas de construção com aparelhos 
topográficos com o uso de raios laser, infravermelho e gravações em fitas de 
leituras. Isto permite resultados de alta precisão e segurança, como também, 
posterior processamento dos dados por computador. 
Após este processo e definido o traçado, inicia-se o processo construtivo da 
linha de transmissão com definição do projeto de linha (tensão, tipo de cabo, tipo de 
torres, etc.), limpeza da faixa de servidão, estradas de acesso e locação das torres. 
 
3.3 – Processos e Componentes da Construção de uma Linha de 
Transmissão 
Quando da locação das torres, é realizado no local uma sondagem do 
terreno, para definir o tipo de fundação. Após definida, é feita a demarcação das 
cavas, seguida das escavações. 
 
3.3.1 – Estrutura ou Torre 
É o elemento suporte de uma Linha de Transmissão. Tem por finalidade a 
sustentação dos cabos condutores de energia e para-raios. Os tipos usuais são: 
 
 Entreliçada: auto-portante ou estaiada; 
 Tubular: auto-portante; 
 Concreto: auto-portante; 
 Madeira: auto-portante (tensões inferiores a 88 KV). 
 
3.3.2 – Sinalização das Estruturas ou Torres 
Tem por finalidade, chamar a atenção para possíveis obstáculos que existem 
na diretriz da Linha de Transmissão. 
 
9 
 
3.4 – Cabos Para-raios 
Têm por finalidade proteger a Linha de Transmissão contra as perturbações 
atmosféricas. Normalmente usa-se cabo de aço de 5/16’ ou 3/8’ para cabo para-
raios, lançado na parte superior da torre. 
O cabo para-raios é ligado à torre através das ferragens de fixação. As 
eventuais descargas elétricas atmosféricas circulam pelo cabo de aço, pela torre e 
pelo sistema de aterramento (contrapeso). 
Estes cabos também são chamados de OPGW (OPtical Ground Wire) onde 
no seu interior é introduzido pares de fibra que possibilitam a comunicação com 
vários canais de dados e voz. 
 
3.5 – Cabos Condutores 
Tem por finalidade transportar a energia elétrica. É formado por um conjunto 
de fios de alumínio ou cobre, em função da boa condutibilidade e existência na 
natureza em quantidades economicamente exploráveis desses materiais. 
Os cabos para terem maior resistência mecânica são fabricados com uma 
alma de aço, que é o conjunto de fios de aço que compõem a parte central do cabo. 
 
3.5.1 – Tipos de Cabos e Bitolas 
São definidos em função da quantidade de energia a ser transportada, da 
tensão da linha, do efeito corona, da temperatura, interferências de sinais de rádio e 
TV, interferências dos cabos lançados entre as fases. 
 
3.6 – Anéis Anti-Corona 
O problema de distribuição não uniforme dos potenciais foi considerado muito 
grave quando se iniciou o emprego de cadeias de isoladores, observando-se 
perfurações do dielétrico nos primeiros elementos da cadeia, como também 
correntes de fuga sobre sua superfície. 
Procuraram-se então, meios de se evitar esse problema. Primeiramente, 
sugeriu-se o emprego de discos com maiores tensões disruptivas junto aos 
condutores. Posteriormente, foram inventados os anéis distribuidores de potencial. 
Esses anéis distribuidores de potencial têm como principal finalidade 
aumentar a capacitância entre as peças metálicas dos isoladores e condutores, a 
qual desprezada na dedução anterior. Eles não provocam a distribuição uniforme em 
10 
 
todos os isoladores da cadeia, porém reduz substancialmente o potencial a que fica 
submetido o isolador inferior. 
Os anéis de potencial, no entanto, reduzem a distância disruptiva da cadeia, 
principalmente quando associados com outros anéis ou chifres na parte superior, 
reduzindo, portanto, sua eficiência. Essa associação, originada na mesma época, 
tinha como finalidade principal evitar que um eventual arco disruptivo, ao longo da 
cadeia de isoladores, queimasse sua superfície. 
Com o aprimoramento da técnica de fabricação de porcelana, a melhoria de 
sua resistência dielétrica, bem como o aperfeiçoamento da qualidade do material 
para a vitrificação, e principalmente de seus desenhos, relegaram o problema da 
perfuração e queima das superfícies pelo arco a um plano secundário, 
aconselhando-se, hoje, o abandono do emprego dos anéis de potencial e chifres, 
mesmo nas tensões elevadas e extra elevadas. 
Nas linhas de tensão extra elevadas verificam-se, no entanto, grandes 
concentrações de potenciais nas angulosidades e arestas inevitáveis das ferragens 
de suspensão, de forma que são adotados anéis distribuidores chamados anéis de 
guarda, colocados lateralmente aos grampos de suspensão. 
3.7 – Isolação 
O bom desempenho de uma Linha de Transmissão está diretamente ligado 
ao seu isolamento. Nos projetos atuais são levados em consideração para 
dimensionamento do isolamento da mesma, os seguintes fatores: classe de tensão, 
surtos de tensão por manobra, resistência de aterramento, contaminação industrial e 
ou salina, nível isoceráunico da região, densidade relativa do ar e pressão 
atmosférica. 
3.7.1 – Isoladores 
Em regras gerais, os ensaios realizados pelos fabricantes de isoladores 
abrangem ensaios elétricos e mecânicos, os mesmo aprovados garantem uma boa 
isolação ao sistema, os ensaios são: 
 
 Tensão crítica de descarga a seco, sob impulso, polaridade positiva e 
negativa; 
 Tensão de descargaa seco e sob chuva, à frequência industrial; 
11 
 
 Tensão suportável a seco e sob chuva em um minuto, à frequência 
industrial; 
 Tensão de perfuração em óleo; 
 Nível de rádio interferência (RIV); 
 Choque térmico; 
 Galvanização; 
 Eletromecânico de ruptura. 
 
Estes ensaios normalmente são relativos à aceitação de encomendas que 
obedecem a determinadas Normas, Padrões e Especificações das empresas 
compradoras. Baseando nos conceitos adquiridos será possível introduzir e estudar 
no próximo capítulo Subestação e seus equipamentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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No Brasil como não se tem o problema de encontrar espaço físico às 
subestações mais comuns de se ver são as ao ar livre conforme demonstrado na 
figura 4, não que as outras não existam mais é mais aplicado nos grandes centros 
onde o espaço tornou-se muito caro. 
 
O funcionamento de uma Linha de Transmissão pode ser destacado quanto 
aos seus diversos componentes. Uma subestação compreende usualmente os 
seguintes equipamentos: 
 
4.1 – Para-raios (PR) 
Aparelho que tem por fim proteger as instalações elétricas contra o efeito de 
sobre tensões excessivas de causas internas da instalação ou externas, 
descarregando-as para a terra. Apresentam um comportamento automático, onde 
seu valor ôhmico muda de acordo com o valor da tensão, chegando a ficar em curto-
circuito com uma tensão superior a tensão disruptiva. 
Sua finalidade é realizar a proteção do sistema elétrico dos surtos de tensão, 
originados por descargas atmosféricas nas linhas de transmissão ou nas 
proximidades, sobre tensões no sistema elétrico, causados por manobras mal feitas 
ou por operação automática de equipamentos, sejam eles disjuntores e/ou banco de 
 
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5.1 – Construção do Banco de Capacitores Série 
As linhas de transmissão estão sujeitas a limites térmicos ou de estabilidade, 
que restringem o nível de potência que pode ser transmitido com segurança, tais 
limites restringem a transmissão de energia. Estes limites se alteram de acordo com 
fluxos de potência resultantes do despacho de geração, características da carga e 
contingências. Os limites impostos pela própria linha podem gerar custos altos para 
a operação da mesma, tendo que às vezes fazer importação de energia elétrica [10]. 
Em alguns casos é possível realizar o superdimensionamento da rede, mas 
nos dias de hoje tornou-se impraticável tal estratégia, pelas restrições ambientais e 
pelo o alto custo. Mas, contudo ainda se mantém a grande necessidade de se 
transmitir grandes fluxos de potência em determinadas linhas de um sistema, com 
isso foi desenvolvido vários dispositivos para o controle dos fluxos nas redes de 
energia elétrica. 
 
 
Estes dispositivos são pesquisados com dois objetivos principais: 
 
 Aumentar a capacidade de transmissão de potência das redes. 
 Controlar diretamente o fluxo de potência em rotas específicas de 
transmissão. 
 
O BCS foi uma solução encontrada para se ter melhor eficiência na 
transmissão da energia, pois com este equipamento tornaria viável a necessidade 
de se transportar a energia sem perder a confiabilidade do sistema e assim não 
ocorreriam perdas consideráveis na carga transportada. 
Mas para termos o BCS em funcionamento numa LT é indispensável o estudo 
deste equipamento, seu impacto no sistema. 
 
 
 
 
 
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ão 5.2. [5] 
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issão bási
6. 
ã . 
çã . 
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ação 5.1. [5
   
mo a der
   
23
uns casos
mais bem
ca, que é
critas: uma
rencial da
5] 
5.1 
rivada das
5.2
3 
s 
m 
é 
a 
a 
s 
24 
 
Finalmente, combinando as equações 5.1 e 5.2 temos os resultado das 
equações 5.5 e 5.6 da seguinte forma: [5] 
                    5.3
                       
Observa-se que as equações, diferencial de tensão e corrente apresentam a 
mesma forma. 
As condições de contorno podem ser convenientemente expressas em termo 
da tensão e corrente do terminal de recebimento conforme expressão 5.4. [5] 
  
0     0                 5.4 
A solução das equações diferencias 5.3 acima resultam nas equações 5.5 
abaixo: [5] 
              5.5 
1
2
1
2
 
Onde o primeiro termo da equação é chamado de componente incidente e o 
segundo termo é chamado de componente de reflexão. Da equação 5.5 acima 
define-se a Impedância característica Z , a admitância característica Y como 
podemos verificar a equação 5.6 e a constante de propagação 	 γ e definida na 
equação 5.7: [5] 
   Ω                   5
     
                    5.7 
A equação acima 5.5 pode ser rearranjada na forma de uma função 
hiperbólica resultando na equação 5.8: [5] 
cosh sinh	                 5.8 
sinh cosh  
Para calcular a tensão e corrente do terminal de envio, a distância do terminal 
de recebimento, s, é substituída pelo comprimento total da linha como podemos 
verificar na equação 5.9: [5] 
ℓ cosh sinh	               5.9 
ℓ sinh cosh  
25 
 
Esta equação ser escrito na forma de matriz, utilizando os parâmetros 
conhecidos ABCD, como podemos verificar na equação 5.10: [5] 
                    5.10 
Onde a expressão de 5.9 e 5.10 é representada pela equação 5.11: [5] 
cosh  
sinh                     5.11 
sinh  
cosh  
Tem-se notado que a maior parte das linhas de extra alta tensão tem a razão 
X/R maior que 20. Para essas linhas, uma aproximação razoável pode ser realizada 
com a desconsideração da resistência da linha [5]. Isso é referido como “linha sem 
perdas”. Essa consideração simplifica os cálculos do desempenho da Linha de 
Transmissão com pouca perda de precisão. Ao modelo de linhas sem perdas 
proporciona um bom modelo para demonstrar alguns conceitos físicos. 
No caso estudado, linhas de transmissão sem perdas, a parte real tanto de z 
quanto de y são iguais à zero. Isso resulta em duas mudanças nas equações das 
linhas. A impedância característica da linha torna-se um número real como pode ser 
visto na equação 5.12. [5] 
0																									 0                  5.12 
 
A constante de propagação torna-se puramente imaginária conforme equação 
5.13. [5] 
        5.13 
Uma vez que a constante de propagação é puramente imaginária, a função 
seno hiperbólico é puramente imaginária como observado na equação 5.14. [5] 
sinh                     5.14 
1
R
sinh  
Fazendo uma referencia na equação 5.12. O termo “surge impedance 
loading” SIL é frequentemente utilizado em conexões com linhas de transmissão 
26 
 
para indicar a capacidade nominal da linha. Para o caso estudo pode ser 
representado como na equação 5.15: [5] 
	                        5.15 
Onde V é a tensão de linha em quilovolts. 
Definimos também o ângulo da linha para linhas sem perdas com equação 
5.16: [5] 
	                 5.16 
Onde λ é o comprimento de onda da linha. O ângulo da linha é uma constante 
fixada com os parâmetros da linha e não deve ser confundida com o ângulo de 
carga. 
O SIL pode ser controlado variando a impedância série da Linha de 
Transmissão. A compensação série resulta na alteração da reatância indutiva da 
linha. Para essa situação a razão da impedância característica é calculada na 
equação 5.17: [5] 
                    5.17 
O efeito no ângulo da linha é calculado na equação 5.18: [5] 
.
                    5.18 
O efeito na razão da potencia natural é dado pela equação 5.19: [5] 
                    5.19 
Para uma compensação série distribuída, a reatância de linha compensada 
total é definida pela equação 5.20: [5] 
Ω/ 	               5.20 
Por conveniência utiliza-se frequentemente para referir à quantidade de 
reatância capacitiva com uma fração k do total de reatância indutiva da linha. Esta 
fração é frequentemente chamada de grau da compensação série que é definida na 
equação 5.21: [5] 
                      5.21 
Onde X é a reatância capacitiva total do compensador série. 
27 
 
Uma segunda definição para o grau de compensação tem sido utilizada pela 
indústria de potência. Esta definição é baseada no produto do comprimento de linha 
e a reatância por unidade de comprimento. Este produto é referido como a reatância 
de linha nominal. Assim define-se o grau da compensação nominal conforme 
equação 5.22: [5] 
                      5.22 
Podemos então reescrever as equações conforme equações 5.23 abaixo: [5] 
1                   5.23 
   
Assim o aumento no grau de compensação série reduz a impedância 
característica e o ângulo da linha, mas aumenta a potência ativa. 
Se considerarmos a adição de capacitores série uniformemente alongo do 
comprimento de linha para alcançar o dobro da potência natural resulta na equação 
5.24. [5] 
2                    5.24 
0,75 
Se considerarmos um modelo com dois geradores ideais conectados por uma 
linha, conforme apresentado na figura 12, tomando V, temos a seguinte equação 
5.25: [5] 
 5.25 
√3.
. sin . sin
√3.
. cos . cos
√3.
 
Sabendo os fasores de corrente e tensão é possível calcular a potência tanto 
do terminal de envio e quanto do terminal de recepção conforme demonstrado nas 
equações 5.26 abaixo: [5] 
S √3. V . I∗ 5.26 
cos sin .
. sin . sin . cos . cos
 
. cos . sin . . cos . sin . cos . . cos . cos
. sin . . sin . sin . sin . cos . . sin . cos
 
28 
 
 
. cos . sin . . cos . sin . sin . cos . . sin . cos
 
. . sin . cos cos . sin
 
sin sin . cos sin . cos  
. . sin
 
. cos . . cos . cos . sin . . sin . sin
 
. sin cos . . sin . sin cos . cos
 
sin cos 1 
. . cos
 
. . cos
 
. . sin
 
Agora como se tem um embasamento teórico podemos afirmar que uma das 
principais funções do BCS é determinada pela seguinte afirmação: atua reduzindo a 
reatância série da Linha de Transmissão onde este é instalado. Tal afirmação tem 
sua veracidade demonstrada através de estudos e confirmada com a aplicação em 
campo. 
Pode se resumir o estudo através da seguinte afirmação à potência 
transmitida (P) é proporcional ao inverso desta reatância (X), a instalação de BCS 
em linhas de transmissão permite a elevação da sua capacidade de transmissão de 
potência nos regimes, permanente e dinâmico. As tensão (V1, δ1) e (V2, δ2) 
representam respectivamente o módulo e o ângulo das tensões nas barras fonte e 
carga, demonstrado na figura 13 abaixo. 
 
 
 
 
BCS
5.1.2
Tran
restr
emb
equi
exem
ress
 Figura 1
 Fonte: A
 
O perce
S é express
Onde: 
P = Potê
(V1, δ1)
X = Imp
Xc = Im
 
2 – Impact
O conce
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Objetiva
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C 
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30 
 
Neste trabalho mais adiante será realizado testes e simulações, a fim de 
comprovar o proposito de se utilizar a compensação serie, nas quais tem as 
seguintes finalidades: 
 
 Redução da queda de tensão na linha de transmissão 
 Limitação das quedas de tensão relacionadas com carga elevada 
 Influência sobre fluxo de carga em linhas de transmissão paralelas 
 Aumento da capacidade de transmissão 
 Redução do ângulo de transmissão, aumento da estabilidade do sistema. 
 Diminuição da reatância série da LT e, por conseguinte, a distância entre as 
barras terminais. 
 
5.1.3 – Viabilidade Técnico Econômica 
Quando tratamos da viabilidade econômica é necessário levarmos em conta 
alguns questionamentos, tais como; o que se torna melhor, a implantação de um 
BCS, uma subestação elevadora ou uma nova Linha de Transmissão. 
Para contrapormos estes questionamentos é necessário levantarmos alguns 
dados que nos possibilite fazer uma comparação e decidirmos qual é a melhor 
solução, lembrando que para essa decisão é levado em conta não apenas o valor 
monetário, mas nos dias de hoje é muito importante à questão do meio ambiente e 
logicamente se possível, devamos manter um consenso entre o valor monetário e o 
desgaste que o meio ambiente sofrerá. 
No caso da Linha de Transmissão que estamos tratando foi viável a aplicação 
do BSC nos dois terminais Luziânia e Serra da Mesa II, este estudo foi realizado e 
disponibilizado a todos os concorrentes deste leilão pela agencia reguladora Agencia 
Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). 
 
5.2 – Principais Componentes do BCS 
Todos os equipamentos do BCS são projetados para serem montados em 
uma plataforma no mesmo potencial elétrico da Linha de Transmissão, a única 
exceção é o disjuntor de by-pass, este pode ser montado fora da plataforma. 
 
aden
com
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equi
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 Fig
 Fon
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5.2.2
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Fonte
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Fonte
 
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33
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ominal do
5 minutos)
3 
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a 
s 
o 
o 
) 
34 
 
Fusíveis - utilizados para proteger o capacitor individual interno. O capacitor 
interno quando danificado o seu fusível queima e a unidade continua operando 
normalmente porem os elementos da lata está agora sujeitos à pequena 
sobrelevação de tensão reduzindo sua vida útil. 
Esta associação de latas resultará na unidade capacitiva formando a ponte 
em H, esta ponte distribui fisicamente os elementos capacitivos de maneira 
equilibrada, onde as correntes tendem a zero e possa então ser monitorado pelo 
desbalanço de corrente, este monitoramento pode ser visto através de uma interface 
homem maquina (IHM). 
Um banco para ser econômico para uma classe de tensão deve se levar em 
consideração o numero mínimo de latas a se instalar em paralelo, numero dado pela 
limitação na saída da lata não podendo chegar a sobretensão superior a 10%. De 
forma que um banco com Mvar baixo suas latas usadas devem ser um valor menor 
na ordem de kVAr, tornando a instalação mais cara. Para minimizar este problema 
utilizam-se fusíveis internos. 
 
5.2.3 – Spark Gap (Centelhador) 
O Spack Gap tem por finalidade proteger as latas e os MOVs contra sobre 
tensões isso devido sua alta velocidade, seu tempo de atuação é extra rápido 
inferior a 5ms. O Gap como pode ser visto na figura 18 e o mais utilizado é o não 
auto extinguível, o mesmo é um gap que mantém o arco até a atuação de outro 
dispositivo que vai provocar o desvio da corrente normalmente o disjuntor. Como o 
mesmo é um gap e a isolação a ser rompida é o dielétrico do ar este necessita de 
um dispositivo de disparo chamado de TRIGATRON em paralelo, este é disparado 
por um comando enviado pela proteção, o mesmo será abordado mais adiante. 
 
Modos de ignição: 
 
 Disparo forçado 
 Autoignição 
 O circuito de disparo é formado por: 
 Divisor capacitivo 
 Resistor de amortecimento 
 
 
 
 
 
5.2.4
dura
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dele
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tens
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 Gap d
 Eletro
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ABNT NBR
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39
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9 
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 Fon
 
5.2.9
dem
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T1: TC 
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T2: TC 
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T5: TC q
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ura 23 - TC t
nte: Autoria P
9 – Painéis
Todos o
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o em pote
m fibra opti
de desbala
apacitores
do Varisto
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s circuitos p
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Fonte
 
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Fonte
ra 24 - Painé
e: Autoria Pr
Os pain
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cutar todas
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ra 25 - Painé
e: Autoria Pr
éis instalados
rópria. 
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ra 26 - Diagr
e: LÓGICAS
interligaçã
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S DE PROTE
o dos pain
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EÇÃO, AREV
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R, 2010. 
sala de co
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42
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com
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ra 27 - Interf
e: Autoria Pr
 
DE CASO 
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num sistem
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e transmiss
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ra 28 - Estru
e: Autoria Pr
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ra 29 - Estru
e: Autoria Pr
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Fonte
 
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e: Autoria Pr
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9,6 
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24 
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46
 
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Fonte
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ra 31 - Estru
e: Autoria Pr
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47
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e 
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e 
 
Figur
Fonte
ra 32 - Relat
e: Autoria Pr
tório do Siste
rópria. 
ema com a LLT compensaada. 
488 
49 
 
 
Seguem os cálculos dos fluxos de potência ativa nas linhas de transmissão 
sem compensação conforme equação 6.2. Cálculo com a base: SB = 100 MVA. 
	 	
∗
∗ ɤ ɤ (6.2) 
 
1,185	 . ∗ 	1,181 .
0,03274 .
∗ 20 24 
 
2,982 . 298,2 
 
Seguem os cálculos dos fluxos de potência ativa nas linhas de transmissão 
com compensação conforme equação 6.3. Cálculo com a base: SB = 100 MVA. 
	 	
∗
∗ ɤ ɤ (6.3) 
 
1,185	 . ∗ 	1,181 .
0,01306 .
∗ 20 24 
 
 
7,471 . 747,1 
 
De acordo com os cálculos de fluxo de potência para a simulação descrita na 
equação 6.2 e 6.3, para melhorar o entendimento foi plotado o gráfico da figura 33 
utilizando o MATLAB, no qual pode se verificar a curva de ganho na potência de 
transmissão comparando as duas condições da mesma LT com compensação e 
sem compensação, Observa-se também conforme citado no item 5.1.1 (Estudo do 
Equipamento) que o SIL da LT aumenta significativamente conforme os cálculos da 
equação 6.4 e 6.5. Cálculos com a base: SB = 100 MVA. 
SIL sem compensação: 
				
∗
∗ 90⁰ (6.4) 
										
1,185 . ∗ 	1,181 .
0,03274
∗ 	 90⁰ 
42,74	 . 			 4.274,54	 
 
 
Figur
Fonte
SIL c
Para
 
 
 
 
ra 33 - Curva
e: Autoria Pr
com comp
a SB = 100 
a de Compen
rópria. 
pensação: 
MVA 
						
nsação. 
	
∗
		
1,18
107,
 
∗
5 . ∗ 	1,1
0,01306
15	 .
90⁰ 
81 .
∗
10.715,81
	 90⁰ 
	 
50
(6.5) 
0 
 
 
pore
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Fonte
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ra 34 - Curva
e: Autoria Pr
o analisado
m deve-se
sem comp
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a de Compen
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ra 33 foi 
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ngulo. 
citado som
de transm
nto da reg
ir a potênc
o ângulo 
que aplic
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cia de 298
 é 4⁰ e n
car a com
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51
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a LT com
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1 
T 
s 
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s 
m 
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Figur
Fonte
Cálc
 
 
para
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mo ângulo
AREDE com
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compensa
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ra 35 - Curva
e: Autoria Pr
culo do Ga
Conform
a se conse
a 35 mostr
o de carga 
m a LT se
mitida obs
da transm
O aumento
a equação
a de Compen
rópria. 
nho 
 
me citado 
guir o mel
ra a anális
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m compen
serva-se qu
mite maior 
o da potên
o 6.6: 
nsação refer
 
			
acima, a 
hor rendim
e do aume
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,03274
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ra 36 - Linha
e: SÉRIES C
cosh
sinh
sinh
cosh
 
 
 
elhor ficar 
método de
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