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1
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
Prof. Dr. Roberto Cayetano LoteroE-mail: [email protected]
Telefone: 35767147
Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Foz do Iguaçu
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Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
LINHAS DE TRANSMISSÃO– Relações entre Tensão e Corrente em uma Linha de
Transmissão– Circuito Equivalente– Fluxo de potência máximo– Capacidade de carga da linha– Compensação de reativos
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3
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Relações entre Tensão e Corrente em uma Linha de Transmissão
• Linhas de transmissão curtas: até 100 km• Linhas de transmissão médias: até 300 km• Linhas de transmissão longas: acima de 300 km
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4
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Linhas de transmissão curtasIR
VS
+
ZR
-
ZL=R+jL
VR
IS
-
+
100*,
,,
PCR
PCRSCR
RRS
RS
V
VVãoRegulaç
ZIVVII
IR
VR
VS
IRRIRXLδ
Carga Indutiva
IR
VR
VS
IRR
IRXLδ
Carga Capacitiva
IR VR
VS
IRR
IRXLδ
Carga Resistiva
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Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
Prova dos cinco minutos 5Seja a linha curta, trifásica, com R=1 e XL=35, por fase, a qual alimenta uma carga de 100MW com fator de potência 0,9 atrasado à tensão de 215kV. Calcular a regulação da linha.
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6
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Linhas de transmissão médiasIR
VS
+
-
ZL=R+jL
VR
IS
-
+
Y/2 Y/2
RRS
RRSS
RRS
RRRS
IZYVZYYI
IYVYVI
ZIVZYV
VZIYVV
12
14
22
12
2
14
12
ZYYC ZB ZYDA
DICVIBIAVV
RRS
RRS
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IR
VR
VS
ILR
ILXLδ
ϕIS
IL
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, ,
,
,
,
Regulação *100
/Regulação *100
R SC R PC
R PC
S R PC
R PC
V V
V
V A V
V
S R RV AV BI
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9
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Linhas de transmissão longasIR
VS
+
ZR
-
zL [Ω/m]
VR
IS
-
+
V+dV
+
-
I+dI
V
+
-
I
xdx
VydxdI VydxydxdVVVdI
IzdxdV IzdxzdxdIIIdV
2
2
y
xyzxyz
2
2
2
2
eAeAV
yzIdxdVy
dxId
yzVdxdIz
dxVd
21
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10
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][/
1
][
21
21
21
21
xyzxyz
xyzxyz
xyzxyz2
2
xyzxyz
eAeAyz
I
zIeAyzeAyz
yzVeAeAyzdx
Vd
eAyzeAyzdxdV
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11
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yz Z sendoZIVA ZIVA
AAyz
I AAV
ccRRcRR
RR
/22
][/
1
21
2121
Utilizando as condiciones do extremo receptor
Assim:
yz sendo
eIZVeIZVI
eZIVeZIVV
xRcRxRcR
xcRRxcRR
2/
2/
22
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12
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Forma Hiperbólica
R
xx
R
xx
c
R
xx
cR
xx
xRcRxRcR
xcRRxcRR
IeeVeeZ
I
IeeZVeeV
eIZVeIZVI
eZIVeZIVV
221
22
2/
2/
22
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13
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SxsenhZ
C
xsenhZBunidade por xDA
IxVxsenhZ
I
IxsenhZVxV
c
c
RRc
RcR
)(1)(
)cosh(
)cosh()(1)()cosh(
Assim:
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14
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Circuito π equivalente
llsenhZZ
lzylsenhzllsenh
yzZ
lsenhZZB c
)('
)()('
)('
2/)2/tanh(
22'
2tanh1
)(1)cosh(1
2'
12
)('
12
''
llYY
lZlsenh
lZ
Y
lcoshlsenhZY
lcosh YZA
cc
c
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Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
Prova dos cinco minutos 6Seja uma linha de comprimento médio, a qual alimenta uma carga de 100MW com fator de potência 0,9 adiantado. Desenhar o diagrama fasorial mostrando todas as correntes e tensões da linha.
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16
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Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
Fluxo de potência por uma linha de transmissão
kmkmkmkkmshkmkm
kmkmkmkmkm
bsenVbbQ
senbgP
cosV VV Vg-)(
V VcosV Vg-V
mkmkkm2
mkmkkm2
k
Perdas ativas da linha:
Perdas reativas da linha:
2 2 2k m k m( V V -2 V V cos )km mk km km km k mP P g g E E
2 2 2 2k m
2 2 2k m
( ) ( 2 V V cos )
- E E
shkm mk k m km km k m km
sh shkm k km m km
Q Q V V b b V V
b V b V b
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17
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Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
Desprezando a resistência da linha
ioestacionár regime em deestabilida de limite X
V VP
senX
V VP
senV VbP
L
mk
kmL
mkkm
kmmkkmkm
max
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0
Pkm
Θkm
Pkm°
k mmax
V V
L
PX
90°
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0
Pkm
Θkm
Pkm°
90°
k mmax
V V
L
PX
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Surge Impedance Loading - SILIR
VS
+
-
ZL=jXL
VR
IS
-
+
cLZC
x x x x
x x
x x
e e e e( )2 2
e ecosh( )2
e esinh( )2
R c RV x V Z I
x
x
j x -j x
j x -j x
e ecosh( ) cos( )2
e esinh( ) sin( )2
( ) cos( ) sin( )R c R
j x x
x j x
V x x V jZ x I
Desprezando a resistência
yz j
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Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
* 2*
( ) cos( ) sin( ) cos( ) sin( )
[cos( ) sin( )]
sin( )( ) cos( ) [cos( ) sin( )]
( ) ( ) ( )
)
( R
RR c R R c
c
j xR R
j xR R RR
c c c c
Rj x j x RR
c c
VV x x V jZ x I x V jZ xZ
x j x V e V
V V Vj xI x V x x j x eZ Z Z Z
VVS x V x I x e V eZ Z
V x V
2nominal
c
VSIL
Z
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Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
k km m mk
2k km
km m m
m km
2km
km
2 V -g V cos V sinV
V -g V cos V sinV
g V V sin V V cos
2 V -g V cos V sinV
V -g V cos V sinV
g
kmkm km km km
kmkm k km km k km
m
kmk km km k km
km
mkkm k mk km k mk
m
mkkm m m mk km m mk
k
mk
km
P g b
P g b
P b
Pg b
Pg b
P
m mV V sin V V cosk mk km k mkb
Sensibilidade
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Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
Sensibilidadekm m m
k
km k k
km k m k m
km
km
2( ) -g V sin V cosV
g V sin V cosV
-g V V cos V V sin
2( ) -g V sin V cosV
g V sin V cV
shkmkm km k km km km
kmkm km km
m
kmkm km km
km
shmkkm km m k mk km k mk
m
mkm mk km m
k
Q b b V b
Q b
Qb
Qb b V b
Q b
km k m k m
os
-g V V cos V V sin
mk
mkmk km mk
km
Qb
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24
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
Para uma linha longa: extremo receptor
)()(
)()(
º0
2*
BVA
BVV
IVjQP
BVA
B
VI
VV VV
BB AABAVVI BIAVV
RRSRRRR
RSR
SSRR
RSRRRS
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25
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
2S
2S
2S
,max
V cos( ) cos( )
B B
V sen( ) ( )
B B
cos Q
V cos( )
B B
R RR
R RR
R R R R R R R R
R RR
V A VP
V A VQ sen
P V I V I sen
V A VP
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26
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
(β-α)(β- δ)
BVV RS
BVA R
2
RR jQP Q
P
Diagrama de potência
n
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27
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
(β-α)(β- δ)
BVV RS
BVA R
2
RR jQP Q
P
Diagrama de círculo
P(β-α)
R
nPmax
ΔP
ΔQ
ΔPΔQ
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28
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
(β-α)(β- δ)
BVV RS
BVA R
2
RR jQP Q
P
P(β-α)
R
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29
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
(β-α) (β- δ)
BVV RS
BVA R
2
RR jQP Q
P
P(β-α)
R
n
n'
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30
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
(β-α) (β- δ)
BVV RS
BVA R
2
RR jQP
Q
P
P(β-α)
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Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
Compensação de reativos
IR
VS
+
-
R’+jX’
VR
IS
-
+
Y’/2 Y’/2
1
4''''1
2'' YZYC ZB YZDA
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32
Universidade Estadual do Oeste do Paraná
Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
VS
+
-
IS
VR
+
-
IRZ
VS
+
-
IS
VR
+
-
IR
Y
101
D CZB A
101
D YCB A
A1B1C1D1VS
+
-
IS
VR
+
-
IRZ
A2B2C2D2
2112
1212
2121
2121
DDCBDDCCACDBBABCBAAA
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33
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Introdução aos Sistemas de Energia Elétrica
(β-α)(β- δ)
BVV RS
BVA R
2
RR jQP Q
P
P(β-α)
R
n
Prova dos cinco minutos 7Seja uma linha de transmissão cujo comportamento no extremo receptor é representado pelo diagrama de círculo da figura. Ao fazer a correção do fator de potência da carga deseja-se manter a tensão constante na mesma. O que vai ocorrer no diagrama de círculo? Que grandezas vão ser alteradas no mesmo.