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PublicouGeovane Rosas Alterado mais de 9 anos atrás
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1 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Workshop sobre Interação Transformador-Sistema 22 de Outubro de 2009, CEPEL, Rio de Janeiro, RJ
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2 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Metodologia de Análise das Sobretensões: Modelagem e definição dos casos Alécio Barreto Fernandes ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico Guilherme Sarcinelli Luz FURNAS Centrais Elétricas S.A.
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3 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Transitórios rápidos (fast front) e muito rápidos (very fast front) Simulação digital: diretrizes Modelagem da subestação Modelagem do transformador sob manobra Definição dos casos Metodologia proposta Sumário
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4 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Fast front / Very fast front transients (FFT / VFT)
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5 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Fenômenos transitórios e as faixas de frequência associadas. Fast front / Very fast transients (FFT / VFT) (*) CIGRÉ Working Group 33-02 [1990]. (*)
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6 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Simulação digital: diretrizes
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7 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Passo de tempo de simulação ( t) e tempo máximo de simulação (T max ): t inferior ao menor tempo de propagação associado ao menor trecho da SE representada – imposição do programa ATP. T max Evitar o surgimento de frequências dadas as reflexões não existentes - linhas conectadas a SE com comprimentos reduzidos. Representação das linhas de transmissão: Modelo J. Marti – variação dos parâmetros com a frequência (a partir de 10 décadas). Modelo de Bergeron – calculado em uma dada frequência, por exemplo, f=150kHz. Simulação digital: diretrizes
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8 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Simulação digital: diretrizes Região A: a terra se comporta como dielétrico, f > 2f crit, e as equações de Carson não são válidas; Região B: região de transição, 0,1f crit < f < 2f crit ; Região C: a terra se comporta como condutor, f < 0,1f crit,e as equações de Carson são válidas.
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9 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Modelagem: subestação e transformador sob manobra
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10 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Modelagem da subestação Barramentos e condutores: linhas de transmissão (LINE CONSTANTS by ATP). Equipamentos: representados por capacitâncias equivalentes para terra (IEEE Working Group 15.08.09, 1998).
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11 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Modelagem da subestação Modelagem no ATPDraw by ATP.
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12 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Transformador sob manobra: Modelo “caixa branca”: Fornecido pelo fabricante a partir da geometria dos elementos do transformador representando seus pontos físicos internos. Modelos “caixa preta”: Capacitância concentrada para terra – Valor típico = 3,0nF – representativo para a faixa de frequência de 100 à 300kHz. Rede de capacitâncias concentradas – Consideram as capacitâncias entre enrolamentos, dos enrolamentos para o núcleo e dos enrolamentos para a terra, bem como as capacitâncias das buchas. Modelo RLC equivalente, sintetizado a partir da resposta em frequência do transformador, medida em campo, através de rotinas como Vector Fitting, SINTNET, etc – Faixa de frequência típica de 10Hz à 1MHz Modelagem do transformador
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13 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Modelo de transformador para estudos de FFT / VFT. Opção 1: Modelo a parâmetros concentrados, com uma distribuição espacial dos elementos. Modelagem do transformador
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14 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Modelo de transformador para estudos de FFT / VFT. Opção 2: Modelo (caixa preta) sintetizado a partir da resposta em freqüência, com base em medições de campo. Domínio da freqüência – Wide band model. Tempo (s) Modelagem do transformador
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15 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Função Polinomial Racional Domínio do Tempo Síntese de respostas em frequência Função estritamente própria (m=n+1), com pólos reais.
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16 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Ferramenta Vector Fitting Proposto por Gustavsen & Semlyen [1999]. Domínio público (disponível online). Implementado em Matlab. Versão recente: Matrix Fitting. mainfit.m → Rotina principal. mtrxvectfit.m → Converte a matriz informada em um vetor. spavectfit.m → Realiza a síntese por funções racionais. passive.m → Verifica e “força” a passividade. netgen.m → Gera uma rede elétrica equivalente no formato ATP.
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17 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Modelagem do transformador Transformador 525/230/13,8kV, 672MVA: modelo caixa preta. Resposta em frequência obtida por medições em campo. Síntese da admitância, Y(j ), por um polinômio racional – Rotina Matrix Fitting (Vector Fitting). Faixa de frequência: 10,0Hz a 1,0MHz.
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18 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Modelagem do transformador Transformador 765/345/20kV, 500MVA: black box model. Resposta em frequência obtida por medições em campo Síntese da impedância, Programa SINTNET do CEPEL Faixa de frequência: 10,0Hz a 1,0MHz.
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19 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Definição dos casos
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20 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Energização via disjuntor – de barra ou central ATR07 ATR06 Barra 1 LT Barra 2 LT
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21 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Manobra de chave ATR07 ATR06 Barra 1 LT Barra 2 LT
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22 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Curto-circuito próximo à subestação ATR07 ATR06 Barra 1 LT Barra 2 LT
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23 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Definição dos casos Outras manobras podem ser também consideradas à medida que sejam identificadas possíveis geradoras de frequências ressonantes. Exemplo: Manobras de linhas – utilizadas atualmente para controle de tensão.
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24 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz 558kV – 130 kHz (C=3nF) 525kV – 93 kHz ( Z(w) do ZTR) Energização de transformador em Tijuco Preto - FURNAS
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25 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz 93kHz => C = 7nF Energização de transformador em Tijuco Preto - FURNAS
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26 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz 540kV – 93 kHz (C = 7nF) 525kV – 93 kHz ( Z(w) do ZTR) Energização de transformador em Tijuco Preto - FURNAS
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27 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Densidade espectral do sinal
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28 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Densidade espectral de energia Envoltória definida pelos ensaios normatizados. Coberto pelos ensaios Não coberto pelos ensaios Suportabilidade do transformador Envoltória Ondas padronizadas de impulso atmosférico – pleno e cortada (2 à 6µs)
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29 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Densidade espectral de energia Modelo Capacitor (7,0nF) Modelo RLC Envoltória
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30 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Metodologia proposta
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31 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz As tensões transitórias são calculadas no terminal do transformador considerando uma modelagem correspondente aos estudos de descargas atmosféricas na SE. Modelo do transformador: Na ausência de um modelo detalhado, uma capacitância de 3 a 20nF pode ser considerada. Influencia significativamente os resultados. Modelo RLC produz amortecimentos nas sobretensões em função da presença das resistências. Reproduz com maior precisão o transformador, por considerar a resposta em frequência deste. Metodologia proposta
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32 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz A densidade espectral da tensão deve ser calculada e comparada com a envoltória das ondas padronizadas. Identificadas as frequências críticas, estas devem ser consideradas no projeto do transformador. Se o transformador já existe fisicamente, devem ser avaliadas as possíveis amplificações internas. Medidas mitigadoras na SE devem ser preferencialmente avaliadas. Metodologia proposta
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33 © 2009, A.B. Fernandes e G. S. Luz Metodologia de Análise das Sobretensões: Modelagem e definição dos casos Alécio Barreto Fernandes alecio@ons.org.br ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico Guilherme Sarcinelli Luz guiluz@furnas.com.br FURNAS Centrais Elétricas S.A. Workshop sobre Interação Transformador-Sistema 22 de Outubro de 2009, CEPEL, Rio de Janeiro, RJ
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