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Potência & Energia Diagramas de Carga Sistema PU

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Apresentação em tema: "Potência & Energia Diagramas de Carga Sistema PU"— Transcrição da apresentação:

1 Potência & Energia Diagramas de Carga Sistema PU
SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Potência & Energia Diagramas de Carga Sistema PU

2 v = Vm sent i = Im sen(t - )
A Potência Eléctrica determina-se multiplicando a tensão da rede pela corrente que a atravessa. p = v i v = Vm sent i = Im sen(t - ) p = VmImsen(t)sen(t - j) = ½ VmIm [cosj - cos(2t - j)] = VIcosj - VIcos(2t - j) hjs&rfb&rms SIEER

3 O valor médio é determinado usando a expressão geral da média de uma função:
P = VI cos j = S cos j com S = V I hjs&rfb&rms SIEER

4 Potência Trifásica hjs&rfb&rms SIEER

5 Unidades e Equivalências
Sistema Internacional Energia  J Potência  W (activa) Potência reactiva - VAr e Pot. aparente - VA Sistemas Técnicos  Energia 1 kcal = 4,186 kJ = 3,968 BTU 1 kJ = 0,2389 kcal 1 kWh = 3,6 MJ = 860 kcal (ton. equiv. pet.) tep = 107 kcal = 39,68 MBTU 1 tep = 11,63 MWh (British Thermal Unit) BTU = 1,055 kJ = 0,252 kcal  Potência 1 CV = 9,8175 = 735,75  736 W 1 HP = 550 lbpé/s  746 W hjs&rfb&rms SIEER

6 Múltiplos, Submúltiplos & Prefixos
hjs&rfb&rms SIEER

7 Energia Primária e Conversões
PETRÓLEO 1 barril = 159,0 litros ≈ 1/7,3 tep 1 Mbl/d ≈ 50 Mtep/ano GÁS NATURAL 1 m3 ≈ 8,25 Mcal (PCI) ≈ 9,10 Mcal (PCS) 1 m3 ≈ 10,6 kWh (PCS) 1 MBTU ≈ 27,7 m3 GN (PCS) P.C.S. – poder calorífico superior hjs&rfb&rms SIEER

8 Energia Primária e Conversões
CARVÃO 1 t = 1 tec ≈ 0,67 tep ENERGIA ELÉCTRICA uso útil: 1 kWh = kcal (redução de unidades) na produção: 1 kWh  kcal (conversão) hjs&rfb&rms SIEER

9 Combustíveis Poder Calorífico
PETRÓLEO (Nafta, Fuel, …, Gasolina, Gasóleo, …) PCI = a kcal/kg CARVÃO PCI = a kcal/kg GÁS NATURAL PCI = a KJ/m3 PCI = a Kcal/Nm3 ETANOL PCI = kcal/kg MADEIRA PCI = a 4100 kcal/kg hjs&rfb&rms SIEER

10 DIAGRAMAS DE CARGA hjs&rfb&rms SIEER

11 DIAGRAMA DE CARGA Curva de potência gerada ou consumida ao logo de um
determinado período de tempo De PRODUÇÃO – potência gerada, entregue ou utilizada pelas redes de transporte ou distribuição De CONSUMO - potência utilizada ou consumida pelos utilizadores e consumidores hjs&rfb&rms SIEER

12 Diagrama de Carga de uma Central Geradora ou de uma Rede
Curva de potência entregada pela central ou fornecida por uma rede num determinado intervalo de tempo Os diagramas de carga são semelhantes em determinados intervalos de tempo ou períodos hjs&rfb&rms SIEER

13 SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis
Diagramas de Carga 15-Jan-2003 hjs&rfb&rms SIEER

14 Períodos do diagrama (T)
Periodicidade dos diagramas de carga: DIÁRIA SEMANAL ANUAL Dia (24 h), semana (7 dias = 168 h), ano (365 dias = 8760 horas) Diagramas de carga diário, semanal, anual hjs&rfb&rms SIEER

15 Diagramas Característicos
SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Diagramas Característicos Primavera Outono hjs&rfb&rms SIEER

16 Diagramas Característicos
SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Diagramas Característicos Ponta máxima Verão hjs&rfb&rms SIEER

17 Diagramas de Carga Os diagramas de carga permitem conhecer ao longo do tempo a energia que a central fornece ou a energia solicitada por uma rede. O conhecimento antecipado (previsível) dos períodos de maior consumo, seus valores e evolução possibilitam a organização e planeamento de regulação dos grupos geradores e do arranque dos grupos de reserva. A previsão da variação do consumo de energia são essenciais para o estudo e projecto das centrais e para o dimensionamento das redes. hjs&rfb&rms SIEER

18 À potência total do equipamento instalado chama-se potência instalada (Pi) ou potência nominal (Pn)
A potência máxima do diagrama é sempre menor ou, quando muito, igual à potência instalada Diagrama de cargas diário (típico) Diagrama de cargas linearizado hjs&rfb&rms SIEER

19 Diagrama de Cargas Classificadas
SIEER hjs&rfb&rms

20 Diagrama de Cargas Classificadas
DT (horas) hjs&rfb&rms SIEER

21 Diagrama Normalizado ou Diagrama
MW hjs&rfb&rms SIEER

22 hjs&rfb&rms SIEER

23 hjs&rfb&rms SIEER

24 Potência média no período T
A área do diagrama define a energia eléctrica gerada ou fornecida (kWh) durante o período (T) do diagrama Energia no período T Potência média no período T hjs&rfb&rms SIEER

25 Definições A ordenada máxima do diagrama é chamada ponta máxima (Pmax) Todos os picos do diagrama se chamam pontas Vazios – são as depressões representativas dos pontos de menor consumo tanto de dia como de noite Ao vazio máximo corresponde a potência mínima (Pmin) do diagrama hjs&rfb&rms SIEER

26 Definições Periodicidade diária
Pontas – às 11, meio da tarde, 8 horas da noite Vazios – de madrugada, hora do almoço, às 18 horas Periodicidade semanal Constância nos dias de trabalho, quebra na segunda e vazios no sábado de tarde e domingo Periodicidade anual Pontas nos meses de Inverno, semana do Natal ou 1ª semana de Janeiro (normalmente) Vazios – Julho e Agosto hjs&rfb&rms SIEER

27 Factores CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA Factor de vazio –
Relação entre o vazio máximo (Pmin) e a ponta máxima (Pmax) do diagrama de período T hjs&rfb&rms SIEER

28 CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA
O factor de vazio dá uma ideia da maior ou menor depressão que o vazio da noite introduz no diagrama. Este factor diz-nos de que maneira a rede é aproveitada durante a noite. hjs&rfb&rms SIEER

29 CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA
Factor de carga - Relação entre o potência média (Pmed) e a ponta máxima (Pmax) do diagrama hjs&rfb&rms SIEER

30 CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA
O factor de carga dá uma ideia da forma mais ou menos cheia do diagrama. Para um melhor aproveitamento de uma rede, conviria um factor de carga o mais elevado possível. hjs&rfb&rms SIEER

31 CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA
Factor da ponta (ou da potência) instalada – Relação entre a potência média (Pmed) e a potência instalada (Pinst) O factor 3 (factor de utilização) mede o aproveitamento da potência instalada de uma central ou outro sistema eléctrico hjs&rfb&rms SIEER

32 Utilização da ponta máxima (h) –
Nº de horas de funcionamento de uma central à potência máxima para produzir a energia correspondente ao período (T) do diagrama hjs&rfb&rms SIEER

33 Utilização da potência instalada (h) -
Horas de funcionamento de uma central à potência instalada para produzir a energia correspondente ao período (T) do diagrama hjs&rfb&rms SIEER

34 Factor de simultaneidade -
Razão entre a potência máxima do diagrama de cargas resultante e a soma das potências máximas de cada um dos diagramas componentes hjs&rfb&rms SIEER

35 Pontas máximas hjs&rfb&rms SIEER 35

36 Pontas máximas hjs&rfb&rms SIEER

37 SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis
Rede Francesa Diagrama de Carga: hjs&rfb&rms SIEER

38 SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis
Rede Italiana Diagrama de Carga: hjs&rfb&rms SIEER

39 SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis
Rede Nacional Diagrama de Carga: 04Nov2011 hjs&rfb&rms SIEER

40 SISTEMAS DE ENERGIA ELÉCTRICA
SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis SISTEMAS DE ENERGIA ELÉCTRICA Equipamento (geradores, transformadores, …) e Cargas com diferentes níveis de Potência Tensões diferentes no circuito eléctrico (transformadores) Sistema Por Unidade (PU) Valores pu Chama-se valor por unidade (pu) da grandeza de um sistema à razão entre o valor dessa grandeza e o valor da grandeza (dimensionalmente homogénea) denominada grandeza de base. Ex. Exprimir uma dada tensão V (em volts) em unidades pu. Escolhe-se como grandeza de base uma outra tensão (grandeza dimensionalmente homogénea – em volts). Chamemos-lhe Vb . hjs&rfb&rms SIEER

41 SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis
Grandezas de Base Usuais num Sistema Eléctrico As grandezas de base usuais num SE são:    a potência Sb (VA)  a tensão Vb (V)  a corrente Ib (A)  a impedância Zb (W)  a admitância Yb ( W-1) O cálculo das grandezas em pu faz-se imediatamente aplicando a definição: hjs&rfb&rms SIEER

42 hjs&rfb&rms SIEER

43 Sistema Coerente Valores de Base
Um sistema de valores de base diz-se coerente se o valor de base de uma certa grandeza, dependente de outras grandezas segundo uma lei física expressa por uma relação matemática, é obtido com a mesma relação entre os valores de base destas grandezas. Grandezas de base Fundamentais  Grandezas de base Derivadas Valores de Base Em princípio os valores de base de um sistema podem ser escolhidos arbitrariamente. No entanto, a opção por um sistema coerente evita a utilização de factores de proporcionalidade nas expressões que relacionam as grandezas expressas em pu, simplificando assim a resolução de um dado problema. hjs&rfb&rms SIEER

44 Seja o seguinte circuito:
Vejamos um exemplo da conveniência do uso de um sistema coerente de valores de base. Seja o seguinte circuito: hjs&rfb&rms SIEER

45 Escolhamos agora, arbitrariamente, os seguintes valores de base:
Sb = 100 VA Vb = 20 V SISTEMA DE VALORES DE BASE NÃO COERENTE Ib = 10 A A corrente em pu virá: A relação semelhante a introduziu o factor 0,5 porque o sistema de valores de base não é coerente. hjs&rfb&rms SIEER

46 Adoptemos agora um sistema coerente de valores.
Para isso tomemos ainda, como anteriormente, Sb = 100 VA e Vb = 20 V. Mas para valor de Ib, em vez de o arbitrarmos, busquemo-lo a partir da relação Grandezas Fundamentais (independentes) – Potência e Tensão Grandezas Derivadas (dependentes) – Corrente, Impedância, … Teremos então: hjs&rfb&rms SIEER

47 Para que se tenha um sistema coerente, é necessário que:
Sejam Vb e Sb dois quaisquer valores de base para a tensão e a potência. Para que se tenha um sistema coerente, é necessário que: hjs&rfb&rms SIEER

48 Princípio: Num sistema coerente de valores de base apenas podem ser escolhidas arbitrariamente certas grandezas (independentes)que serão chamadas fundamentais. Todas as outras vêm derivadas das fundamentais mediante as expressões físicas que as relacionam. Como consequência, podem-se aplicar às equações expressas em pu as mesmas relações aplicáveis às grandezas com dimensões. hjs&rfb&rms SIEER

49 Valores em PU para Sistemas Trifásicos
Grandezas fundamentais de base (sistema trifásico): A potência trifásica (igual a 3 vezes a potência monofásica); As tensões nominais (igual a 3 vezes a tensão simples (fase - terra)). As grandezas derivadas são: A corrente de linha; A impedância e admitância. hjs&rfb&rms SIEER

50 POTÊNCIA TRIFÁSICA TENSÃO COMPOSTA
Num sistema coerente de unidades, os outros valores de base vêm determinados do modo seguinte: hjs&rfb&rms SIEER

51 Particularidades do Uso do Sistema PU em Circuitos Trifásicos
Seja calcular a potência de curto-circuito trifásica, em PU Em PU, a potência trifásica exprime-se com a mesma relação usada nos circuitos monofásicos! hjs&rfb&rms SIEER

52 Valores Percentuais das Grandezas Monofásicas e Trifásicas
Chama-se valor percentual ou em percentagem de uma grandeza eléctrica ao seu valor em pu multiplicado por 100% hjs&rfb&rms SIEER

53 Observação: O sistema de valores percentuais obtido de um sistema PU coerente não é por sua vez coerente! hjs&rfb&rms SIEER

54 Mudança dos Valores de Base
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55 Mudança dos Valores de Base
hjs&rfb&rms SIEER

56 Escolha dos Valores de Base
A escolha dos valores de base é completamente arbitrária. É no entanto conveniente: Ter um sistema coerente de unidades escolhendo somente Sb e Ubk; Fazer com que Sb (potência de base universal) e as Ubk tenham qualquer tipo de relação com as grandezas características do sistema em análise. Normalmente escolhe-se para Sb a potência mais comum do equipamento e para Ubk as tensões nominais das linhas. Bibliografia : Zini Giancarlo  Sistemi Elettrici per l’Energia – Pisa hjs&rfb&rms SIEER


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