transmissão aula

Graduao em Engenharia Eltrica

TRANSMISSO DE ENERGIA ELTRICA

PROF. FLVIO VANDERSON GOMESE-mail: [email protected]

Aula Nmero: 04

UNIVERSIDADE FEDERAL

DE JUIZ DE FORA

Curso de Transmisso de Energia Eltrica Aula Nmero: 04 PROF. FLVIO VANDERSON GOMES

Cabos Pra-Raios Usados para proteo dos condutores fases contra surtos atmosfricos

Tipos de cabos pra-raios Multi-aterrados

Aterrados em todas as estruturas Isolados

Usados tambm para comunicao entre SEs Abastecimento de pequenas vilas ao longo da LT So chamados de pra-raios energizados Seus isoladores possuem baixa tenso disruptiva

o O que mantm a prioridade de pra-raios em presena de descarga atmosfrica Material: Ao Galvanizado

HS Alta resistncia mecnica EHS Extra Alta resistncia mecnica

So compostos de fios de cabos de ao encordoados Alumowild

So fios de ao encordoado revestidos por uma capa de alumnio ACSR

Usado somente na formao do cabo 12/7 (12 fios de alumnio e 7 fios de ao) Alta resistncia mecnica

2


Cabos Pra-Raios

3


Isoladores Funo principal

Fixar e isolar os cabos s estruturas So fabricados em

Vidro temperado Porcelana Resina sinttica

Ferragens em ao galvanizado Solicitaes Eltricas

Tenso nominal Sobre-tenso (manobra e descarga)

Solicitaes Mecnicas Foras verticais Foras horizontais Robustos na montagem

Solicitaes Ambientais Poluio

Tipos mais utilizados Pino: at 69 kV Disco: Formam as cadeias de isoladores (suspenso e ancoragem) 4


Isoladores Os cabos so suportados pelas estruturas atravs dos isoladores, que, como seu

prprio nome indica, os mantm isolados eletricamente das mesmas. Devem resistir tanto a solicitaes mecnicas quanto eltricas

Os esforos so transmitidos pelos isoladores s estruturas, que devem absorv-los

As solicitaes de natureza eltrica a que um isolador deve resistir so as tenses mais elevadas que podem ocorrer nas LTs, e que so: Tenso normal e sobretenses em freqncia industrial; Surtos de sobretenso de manobra que so de curta durao podendo, no entanto,

atingir nveis de 3 a 5 vezes a tenso normal entre fase e terra Sobretenses de origem atmosfrica, cujas intensidades podem sr muito elevadas e

variadas Um isolador eficiente deve ainda ser capaz de fazer o mximo uso do poder

isolante do ar que o envolve a fim de assegurar isolamento adequado. A falha de um isolador pode ocorrer tanto no interior do material (perfurao) ou pelo ar que o envolve (descarga atmosfrica)

No produo de rdio interferncia Em geral, causada nos isoladores por minsculos pontos de disrupo eltrica para o ar

Efeito corona 5


Isoladores

6

Isoladores de Pino

Isoladores de disco


Isoladores

7


Ferragens Utilizadas para o engastamento de condutores, isoladores e estruturas

So fabricados de ao forjado, zincado a quente Tipos

Amortecedores Servem para amortecer as vibraes dos condutores e pra-raios Usa-se em circuitos mltiplos anis separadores como amortecedores a cada 50 m

Espaadores Usados junto s estruturas para separar os condutores mltiplos Geralmente utilizados em conjunto com os amortecedores

Contrapeso Tem a funo de diminuir a resistncia de aterramento das estruturas, a fim de se

obter melhor desempenho, quando a linha est sujeita a surtos atmosfricos So de ao ou do tipo Copperweld, enterrados no solo e conectados s estruturas

8


Estruturas

Servem para suporte dos condutores e cabos pra-raios, mantendo uma distncia mnima entre condutores e o solo

Materiais mais utilizados Ao Concreto Madeira Trelia de ao galvanizado

9

14

Disposio Horizontal: Disposio Vertical:

Disposio Triangular:

230/345/500/765kV Distribuio Primria13,8/34,5kV DistribuioSecundria220/127V

CircuitoSimples138kV

CircuitoDuplo138kV

CircuitoSimples138kV


Estruturas

10


Escolha da Tenso de Funcionamento Dados bsicos para a escolha

Potncia a transmitir Distncia a vencer

A tenso de transmisso pode tambm ser um dado a mais Interligao entre dois pontos j existentes Caso exista a possibilidade de escolha da tenso, ento um estudo de

otimizao ter que ser realizado Primeira Aproximaoa) Baseado no comprimento

No leva em considerao a potncia

b) Baseado na potnciaNo leva em considerao o comprimento. Deve ser usada para tenses acima de 150 kV

c) Frmula de StillLinhas maiores que 30 km

11

kmkV

6,010 PV =

10062,05,5 PLV +=

MWunidadePkVunidadeV

kmunidadeLkWunidadePkVunidadeV


Escolha da Tenso de Funcionamentod) Dimensionamento com base nas perdas

As perdas por efeito joule e corona representam um nus na transmisso, reduz-se este problema com o aumento da bitola do condutor, que por sua vez, aumenta o custo da instalao inicial (custo de capital). Deve-se procurar o custo total mnimo

Ordem de grandeza do custo para uma linha de 230 kV Condutores (30%), Suportes (50%), Isoladores (10%), Outros (10%)

Outra referncia para a escolha do nvel de tenso Custo mnimo x MW transportado

12

16

O custo total no aumenta com o dimetro do condutor.

Ordem de grandeza do custo para uma linha de 230 KV:

- Condutores : 30 % - Suportes : 50 % - Isoladores : 10 % - Outros : 10 %

P1 P2

69 KV138 KV230 KV

MW transportado

Outra referncia para a escolha do nvel de tenso: Custo mnimo x MWtransportado


Escolha da Tenso de Funcionamento Potncia transmitida

13


Escolha da Tenso de Funcionamento Custo de transmisso por kW transmitido para linhas de 345 kV e 750 kV

considerando comprimento da linha fixo

14


Escolha da Tenso de Funcionamento Efeito da distncia sobre o custo de transmisso por kW

15


Escolha da Tenso de Funcionamento Custos fixos/variveis

16


Ementa do Curso1. Introduo e consideraes gerais2. Linhas areas de transmisso (LTs)

Efeito corona3. Relao entre tenso, corrente e potncia em uma LT

Circuitos monofsicos Circuitos trifsicos Grandezas em p.u.

4. Indutncia, reatncia indutiva das LTs Reduo de KRON

5. Resistncia e efeito pelicular6. Impedncias das LTs

Correo de Carson Impedncia de seqncia zero (Seq.(0))

7. Capacitncia, susceptncia capacitiva das LTs

17


Reviso de Circuitos Monofsicos Relaes fundamentais

Impedncia: e L = Henry C = Faraday w = Freqncia em rad/seg

Admitncia: G = condutncia B = susceptncia

Carga representada por uma impedncia

18

jXRZ =.

.

I

VZ =

LwX L =

CwX C

=

1

jBGZ

Y == 1 CwBC =

LwBL

=

1

= ZZ.V

.

I


Reviso de Circuitos Monofsicos

19

= 0.

VV

.

V

.

I

Carga indutiva

Carga capacitiva

.

V

.

I

=

=

ZV

ZVI 0

.

=

=

ZV

ZVI 0

.

Considerando:

)cos(}{.

= IIreal

)(}{.

= senIIimag(-) carga indutiva

(+) carga capacitiva

positivo

Observao:


Reviso de Circuitos Monofsicos Potncia e carga representadas por impedncias

20

ZX

sen

ZR

cos

ZjXRZ

=

=

==

)(

)(0

.

= VV

.

IRV

.

XV.

R

Xj R

XZ

Potncia Ativa (MW)

RV

RVRIRRI

ZV

ZRIVcosIVIrealVP RR

222

.

)(}{ =

======

RVIRcosIVP R

22)( ===



21

Potncia reativa (Mvar)Potncia utilizada pelos campos eltricos/magnticos da carga, representada pela parte imaginria da corrente

XV

XVXIXXI

ZV

ZXIVensIVIimagVQ XX

222

.

)(}{ =

======

XVIXensIVQ X

22)( ===

Potncia aparente (MVA)Potncia total absorvida pela carga

Q

P

S

22

IZZ

VIVS ===

22

)()(

QPS

senIVQcosIVP

+=

==

> 0Q Circuito de natureza indutiva corrente atrasada

Circuito de natureza capacitiva corrente adiantada< 0Q



22

Potncia complexa (MVA)

2

2

)()(

IXsenIVQIRcosIVP====QjPS +=

*..

*..

2222 )(

IVS

IIZIZIXjRIXjIRS

=

==+=+=


Reviso de Circuitos Monofsicos Fator de Potncia

um fator indicativo da quantidade de potncia ativa est sendo utilizada de uma potncia aparente

23

P

QS

SPfp == )cos(

Fator de potncia atrasado corrente atrasada circuito de natureza indutiva

Fator de potncia adiantado corrente adiantada circuito de natureza capacitiva

ngulo da impedncia

ngulo da defasagem entre a tenso e a corrente

ngulo de defasagem entre P e S


Reviso de Circuitos Monofsicos No Brasil, a Agncia Nacional de Energia Eltrica - ANEEL estabelece que

o fator de potncia nas unidades consumidoras deve ser superior a 0,92 capacitivo durante 6 horas da madrugada e 0,92 indutivo durante as outras 18 horas do dia. Esse limite determinado pelo Artigo n 64 da Resoluo ANEEL n456 de 29 de novembro de 2000 e quem descumpre est sujeito a uma espcie de multa que leva em conta o fator de potncia medido e a energia consumida ao longo de um ms

A mesma resoluo estabelece que a exigncia de medio do fator de potncia pelas concessionrias obrigatria para unidades consumidoras de mdia tenso (supridas com mais de 2.300 V) e facultativa para unidades consumidoras de baixa tenso (abaixo de 2.300 V, como residncias em geral). A cobrana em baixa tenso, na prtica, raramente ocorre, pois o fator de potncia deste tipo de unidade consumidora geralmente est acima de 0,92. No compensa, pois, a instalao de medidores de energia reativa

24


Reviso de Circuitos MonofsicosExerccio 2: Uma carga monofsica (Z=80+j.60) alimentada com uma tenso de 100 kV

a. Determine a corrente e diagrama fasorialb. Determine as potncias e fator de potncia

25

= ZZ.V

.

I

.

V

QjP +


Reviso de Circuitos MonofsicosSoluo do exerccio 2:

Letra (a):

Letra (b):

26

AI

kVVjZ

=

=

==+=

86,36100086,361000100000

010086,361006080

.

V

.

I

86,36

MvarIQMWIP

MVAIVS

60608080

86,36100)86,361(0100

2

2

*.

*.

==

==

===

Consome potncia reativa (carga de natureza indutiva)

Fator de potncia = 0,8 atrasado / indutivo


Reviso de Circuitos Monofsicos Correo do fator de potncia

Em termos de potncia

27

Z.

V

.

I

.

V

.

IZ CZ CI.

Antes Depois

CI.

.

I

'

.

I

.

V'


Reviso de Circuitos MonofsicosExerccio 3: Uma fbrica atendida por um transformador de 750 kVA. No seu secundrio esto ligadas trs cargas. Deseja-se ligar neste barramento um motor de 100 HP. Verificar se possvel realizar a ligao.

28

Carga Dados Fornecidos1 250 kVA f.p. 0,50 atrasado2 180 kW f.p. 0,80 atrasado3 300 kVA 100 kvar

Motor 100 HP f.p. 0,85 atrasado; 2,1 kV e rendimento de 90 %Transformador 23,1 kV/2,1 kV 750 kVA


Reviso de Circuitos MonofsicosSoluo Exerccio 3:

29

P Q S Fator de Potncia

Carga 1 125 216,5 250 0,50 atrasado

Carga 2 180 135 225 0,80 atrasado

Carga 3 282,84 100 300 0,942 atrasado

Motor 82,9 51,36 97,5 0,85 atrasado

Total 0,80 atrasado

kWHpPmotor 9,8290,0746,010076,0

=

=

=


Reviso de Circuitos MonofsicosSoluo Exerccio 3:

30

kWHpPmotor 9,8290,0746,010076,0

=

=

=

P Q S Fator de PotnciaCarga 1 125 216,5 250 0,50 atrasado

Carga 2 180 135 225 0,80 atrasado

Carga 3 282,84 100 300 0,942 atrasado

Motor 82,9 51,36 97,5 0,85 atrasado

Total 670,74 502,86 838,3 0,80 atrasado

Capacitor -167,4

Total 670,74 335,5 750 0,89 atrasado


Reviso de Circuitos MonofsicosSoluo Exerccio 3: Como o transformador de 750 kVA, no possvel realizar a ligao do

motor sem fazer a correo no fator de potncia No entanto 670,74< 750 kVA

31

P Q S Fator de PotnciaCarga 1 125 216,5 250 0,50 atrasado

Carga 2 180 135 225 0,80 atrasado

Carga 3 282,84 100 300 0,942 atrasado

Motor 82,9 51,36 97,5 0,85 atrasado

Total 670,74 502,86 838,3 0,80 atrasado

Capacitor -167,4

Total 670,74 335,5 750 0,89 atrasado

varkQQQ ExistenteTC 36,16786,5025,335 ===



32



33

jXRZL =RV

.

RZSV.

SI.

RI.

= SS VV.

= 0.

RR VVjXRZL =RZ

RS II..

=

RLRS IZVV...

+=Equaes

SV.

RV.

RI. RIR

.

RIXj.

Obs: medida que a corrente avana, se aproxima de , tem-se menos queda de tenso no sistema.SV RV



34

Regulao:

a variao percentual da tenso em um ponto do sistema, desde a vazio at a plena carga

100% = pcR

pcR

vazR

VVVReg

Queda de Tenso:

a variao percentual da tenso entre dois pontos do sistema

100=S

RST V

VVQ


Reviso de Circuitos Monofsicos Nesta anlise pretende-se mostrar o acoplamento P- e Q-V

35

0.

= SS VV = RR VV.

LXj RR QjP +

SS QjP +

SI.

RI.

Hiptese: Linha de transmisso sem perdas SRL PPR == 0

RLRS IXjVV...

+= RLSR IXjVV...

= (1)

S

SSRRSSSSS

V

QjPIIVIVQjP.

.

*..

*..

===+ )(*

..

SS VV =

Supondo pouca perda de potncia reativa na linha:

S

RRRSR V

QjPIQQ .

(2)


Reviso de Circuitos Monofsicos Substituindo (2) em (1) vem:

36

=

S

RRLSR V

QjPXjVV..

S

RL

S

RLSR

VQX

VPXjVV =

..

S

RL

S

RLSR

VPXj

VQXVV =

..

(1) Se variarmos varia muito mais que Acoplamento

(2) Se variarmos varia muito mais que Acoplamento RP RV RP

RQ RR VQ RV

SV.

RV.

RS

L QVX

RS

L PVXj


Reviso de Circuitos MonofsicosExerccio 4: Uma LT parte de um barramento de 138 kV e atende uma carga ZR Determine a partir dos dados abaixo os valores na carga para as situaes:

a) Chave aberta: Tenso, corrente, potncias e fator de potncia;b) Chave fechada: Tenso, corrente, potncias e fator de potncia, se um banco de

capacitores de 0,468 F for ligado em paralelo com a carga;

37=+= 853,9494,9321,8 jZL

=+= 2560057,25378,543 jZR

0138.

=SV

0138.

=SVLZ

LZ

RZ

RZ

CXj

CXj

RV.

SI.

RI.

SI.

RI.

RV.


Reviso de Circuitos Monofsicos Soluo Exerccio 4: (a) chave aberta

38

kVV

VZZ

ZV

R

SLR

RR

=

+

+=

19,7127

0138853,9425600

25600

.

..

atrasado0,90fpvarMQ

MWPIVS

AI

ZVI

R

R

RRR

R

R

RR

=

=

=

===

=

===

36.1136,24

2588,2619,3266,21119,7127

19,3266,211

2560019,712719,7

*..

.

.

.


Reviso de Circuitos Monofsicos Soluo (b) chave fechada

39

ThZ=

=

=

=

908,5667

82,566746,0602

102

1 6

C

C

Z

jjCfjXj pipi

ThV.

== 19,7127..

RTh VV =+

== 81,7774,86//RL

RLRLTh ZZ

ZZZZZ

+

=

+= 19,7127

81,7774,86908,5667908,5667..

ThThC

CC V

ZZZV RC VV '38,7129

..

==

SV. LZ

SI.

RI.

CI.

RV.

RZ CZ

=

==

=

==

38,3221525600

38,7129''

62,8274,22908,5667

38,7129

.

.

.

.

R

RR

C

CC

ZVI

ZVI

=+= 64,2641,206'....

RRCR IIII


Reviso de Circuitos Monofsicos Soluo (b) chave fechada (cont.)

40

MvarIXZVQ

atrasado0,95cos(19,26)f.p.MvarQMWP

SIVS

CCC

VC

R

R

R

RRR

58,28,5667

129

78,813,25

26,1962,2604,2641,20638,7129

22

*..

====

==

=

=

===

Condio Vs Vr QR (Mvar) PR (MW) f.p.

Sem capacitor 138 kV 127 kV 7,19 11,36 24,36 0,9

Com capacitor 138 kV 129 kV 7,38 8,78 25,13 0,95

==

19,077,0

MWP

kVVMvarQ

258,2

==

Sensibilidades



41


Reviso de Circuitos Monofsicos Equaes de potncia

42


Reviso de Circuitos Monofsicos Equaes de potncia (cont.)

43


Reviso de Circuitos Monofsicos Equaes de potncia (cont.)

44


Reviso de Circuitos MonofsicosExerccio 5: Uma LT de 230 kV e com 225 km parte de uma estao geradora, onde a tenso mantida fixa em 220 kV para atender uma carga de 80 MW em 200 kV. Nestas condies determine:a) ngulo de potncia;b) Potncia reativa e fator de potncia na carga;c) Rendimento e fluxo de potncia;

Frequncia dos sistema: 60 Hz Dados da linha:

45

kmmHLkmR/18,2/172,0

=

=



46

kmmHLkmR/18,2

/172,0=

=



47



48



49


Reviso de Circuitos MonofsicosExerccio 5: Soluo utilizando a frmula completa (linha longa)

Soluo letra (a)

50

kVVkVV

ebeg

ZLwjRZ

m

k

km

km

L

L

200220

318101,5308426,118,7892,188

)1018,2602172,0(225 3

=

=

=

=

=+=+= pi

=

=+

=

2,201)()(

))()((2

2

2

kmkmmkmkmmk

cossen

senbcosgVVVgP


Reviso de Circuitos Monofsicos Soluo letra (b)

51

adiantado-cosf.p.MVAjS

QcosbsengVVVbbQ

km

mk

kmkmmkmshkmkmmk

99,0)92,6(92,658,8078,980

78,9))()(()( 2

==

====

+++=

RSMvar


Reviso de Circuitos Monofsicos Soluo letra (c)

52

MvarQMWP

cosbsengVVVbbQsenbcosgVVVgP

km

km

kmkmmkkshkmkmkm

kmkmmkkkmkm

33,2028,86

))()(()())()((

2

2

=

=

+=

+=

%72,9210028,86

80100% ===S

R

PP

MvarQQQ RS 11,30==

kVV S 220.

=

LZ

33,2028,86 += jSS

kVV R 200.

=

72,980 = jSR

Consumo de potncia reativa

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