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encontrará a versão provisória da dissertação.

1. 19 4 1 Caracteristicas Educativas do Seedu 19 4 2 Funcionalidades do programa see 20 vii 4 3 Fluxogramas de c lculo sisi 31 4 4 Considera es FINAIS sise see seen es Cna ancas edad sore assita iv eres 40 Cap tulo 55 cms tentem cor bos emas in cms aline sees ues ceenemsesucssueeceweens 41 Software Seedu Caso de Estudo ses 41 5 1 Exemplo de c lculo sem recurso ao software Seedu 41 5 2 Exemplo de c lculo com recurso ao software Seedu 57 5 3 Considera es FinaiS casaca essencia cs dents entr diet SER Cla wea dna sr ele ds 60 Capitulo 6222 ccceoses eds Cones medion so Ness sac Tas sais on s sacas aca succes 61 Conclus es e perspetivas de desenvolvimentos futuros para 0 Seedu 61 6 1 Principais CONCLUS ES iscas cepa e r tra pira ie png o RA CNA Al rende 61 6 2 Limita es do Seedu Programa Educacional para o Desenho de Subesta es 62 RETEFENCIAS tenant senc nes cadet dames ie rende senc datent eue unes de 63 Anexo 1 Planta da Subesta o Tipo da EDP Distribui o 65 viii Lista de figuras Figura 2 1 Efeito de atra o e repuls o sob condutores paralelos 2 4 Figura 2 2 Densidade do flu
2. 41 Tabela 5 2 Caracter sticas do cabo flexivel 42 Tabela 5 3 Caracter sticas do cabo flex vel continua o 42 Tabela 5 4 Configura o e dist ncias dos cabos na subesta o 42 Tabela 5 5 Caracter sticas do cabo r gido tubular 48 Tabela 5 6 Caracter sticas do cabo r gido tubular continua o 48 Tabela 5 7 Configura o e dist ncias no barramento AT 48 Tabela 5 8 Caracter sticas do barramento MT 51 Tabela 5 9 Configura o e dist ncias no barramento MT 52 Tabela 5 10 Caracteristicas da corrente de curto circuito no barramento MT 52 Tabela 5 11 Fatores de c lculo para a Sthr para condutor de alum nio 54 Tabela 5 12 Fatores de c lculo para a Ith ccccceceeecececeeceeeeseeeeseeeeseeeeseenseeeesees 55 Tabela 5 13 Fatores de c lculo para a Ith 56 Tabela 5 14 Fatores de c lculo para a Sthr para conductor de cobre 56 xi Abreviaturas e S mbolos Lista de abreviaturas AC AT BD CEI CIGR DC MT TI Corrente alternada Alta Tens o Base de Dados Comiss o Eletrot cnica Internacional International Council on Large Electric Systems
3. 6 1 1 5 Para o estudo do barramento AT ser o utilizadas as caracter sticas da corrente de curto circuito descritas na sec o 5 1 Esta corrente de curto circuito sendo trif sico a for a no condutor central ser calculada de acordo com a express o em Eq 5 32 Contudo esta for a est dependente da corrente de pico e da dist ncia efetiva entre condutores onde dever ser primeiramente calculado estas duas ltimas vari veis A corrente de pico dever ser calculada com recurso express o 5 31 e dever ser apresentada em kA Quanto dist ncia efetiva entre condutores uma vez que os condutores t m uma sec o circular ent o a a ip V2 xX k X Lc 64 002 KA Eq 5 31 3R Onde k 1 02 0 98x x Ho v3 2 En X gt Xi MB on 2 p 2 838kN Eq 5 32 Seguidamente preciso avaliar se existe perigo de efeito de resson ncia pois os condutores est o sujeitos a oscila es e vibra es que podem aumentar consideravelmente quando ocorre um curto circuito Assim necess rio calcular a frequ ncia pr pria do condutor fem Esta frequ ncia pode ser obtida recorrendo express o Eq 5 33 que dever ser apresentada em Hz Para o c lculo desta frequ ncia dever ser determinado o valor do fator y e o momento de in rcia do condutor O fator y depende do tipo e do n mero de suportes e para o caso em an lise toma o valor de 2 45 pois existe um nico v o fixo nas extremidades
4. 30 Figura 4 14 Material inserido na base de dados 30 Figura 4 15 Material removido da base de dados 31 Figura 4 16 Algoritmo de c lculo das Barras 32 Figura 4 17 Algoritmo de c lculo das Barras continua o 33 Figura 4 18 Algoritmo de c lculo dos condutores r gidos tubulares 34 Figura 4 19 Algoritmo de c lculo dos condutores r gidos tubulares continua o 35 Figura 4 20 Algoritmo de c lculo de cabos flex veis 36 Figura 4 21 Algoritmo de c lculo de cabos flex veis continua o 37 Figura 4 22 Algoritmo de c lculo de cabos flex veis continua o 38 Figura 4 23 Algoritmo de c lculo de cabos flex veis continua o 39 Figura 5 1 Fator w de for a de tens o nos condutores 7 46 Figura 5 2 Fatores de c lculo 9 50 Figura 5 3 Resultados do c lculo autom tico dos cabos sessssessssessseessseeesseeesseesso 58 Figura 5 4 Resultados do c lculo autom tico dos tubos 2 59 Figura 5 5 Resultados dos esfor os din micos nas barras 60 Lista de tabelas Tabela 5 1 Caracter stica da corrente de curto circuito
5. Modelo VARCHAR 20 Modelo VARCHAR 20 Diametro Exterior DOUBLE Comprimento da barra INTEGER Diametro Interior DOUBLE Largura da barra INTEGER Sec o DOUBLE Sec o DOUBLE Modulo de Young DOUBLE Modulo de Young DOUBLE Elasticidade Minima INTEGER Elasticidade Minima INTEGER Massa Especifica DOUBLE Massa Especifica DOUBLE X DOUBLE X DOUBLE R DOUBLE R DOUBLE SUPORTES Modelo VARCHAR 20 Sec o DOUBLE Modelo VARCHAR 20 Modulo de Young DOUBLE For a Maxima do suporte DOUBLE Fst 60 INTEGER Fst 20 INTEGER X DOUBLE R DOUBLE Massa Especifica DOUBLE Figura 4 9 Diagrama da base de dados A base de dados permite carregar adicionar e remover equipamentos suportes e condutores funcionalidades que se podem ver atrav s do fluxograma da figura 4 10 28 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu O que pretende fazer na base de dados Carregar Adicionar Remover material da material base material da base de dados de dados base de dados Esenlha do Inserir dados e Selecionar o equipamento adicionar equipamento e da base de base de dados remover dados Equipamento removido da base de dados Dados v lidos Especifica o do dado inv lido Equipamento adicionado base de dados Figura 4 10 Fluxograma de utiliza o da base de dados do Seedu
6. Quanto determina o do momento de in rcia este depende do tipo de 48 condutor e da sua configura o assim nesta situa o dever recorrer se express o Eq 5 34 para o seu c lculo fm x Pe 16 334Hz Eq 5 33 1 Mn Jm x x cs c 2s 1 374 x 10 m4 Eq 5 34 Depois de calculada a f m necess rio analisar se existe perigo de efeito de resson ncia Deste modo o valor de f m deve estar suficientemente afastado do valor da frequ ncia el trica da rede e dos seus m ltiplos Sendo assim os valores a evitar estar o no intervalo f 0 1f f 0 1f U 2f 0 1 x 2f 2f 0 1 x 2f 29 Como a frequ ncia do condutor n o se encontra no intervalo estipulado conclui se que para o caso do barramento em an lise n o existe perigo de ocorrer frequ ncias de resson ncia Posteriormente necess rio calcular a for a de flex o nos condutores principais Para isso ter de se obter os fatores Vi Vom Vim atrav s da figura 5 2 e sabendo que f m f 0 33 e que k gt 1 6 Assim atrav s da consulta gr fica obt m se os seguintes valores adimensionais Ve 0 90 3 Vom 0 90 Vin 1 0 50 Software Seedu Caso de Estudo Key 1 ez 1 80 2 140 Prs 1 25 4 we 1 90 5 veto Figura 5 2 Fatores de c lculo 9 Seguidamente para ser poss vel calcular a for a de tens o entre os condutores ter de ser calculado o m dulo de se
7. o passaria por incluir uma divis o da corrente pelos subcondutores de um barramento e assim calcular os efeitos t rmicos que atuam sobre os subcondutores Tamb m deveria ser integrado no c lculo dos efeitos t rmicos o efeito pelicular para sec es de condutores acima dos 600mm que n o foi considerado para o desenvolvimento do Seedu Poder se ia ainda expandir os c lculos de dimensionamento para disposi o de barramentos n o complanares uma vez que o Seedu contempla somente configura es em que os condutores est o contidos no mesmo plano Assim analisar se ia os efeitos das correntes de curto circuito para uma configura o em que os condutores est o em planos diferentes o que consequentemente tornaria o programa mais multifacetado Relativamente interface do Seedu poderia ser melhorada nomeadamente em ter mais anima es visuais sendo estas anima es interativas de forma captar mais os utilizadores para a utiliza o do programa Poder se ia tamb m colocar o programa num servidor online utilizando o atrav s do browser Assim atrav s de credenciais de acesso os utilizadores poderiam usar a aplica o sem ter que a instalar 62 Refer ncias 1 M D Budinich R E Trahan e M D Budinich Dynamic analysis of substation busbar structures Electric Power Systems Research pp 47 53 1997 2 F M Yusop M K M Jamil D Ishak M Husaini e S Masri Investigation of Electromagnetic Force Durin
8. Online Available http www schneider electric com br documents cadernos tecnicos tema2_efeitos pdf Acedido em 15 maio 2014 11 S C S Juc A relev ncia dos softwares educativos na educa o profissional Ci ncias e Cogni o vol 8 pp 22 26 2006 12 M R d Lima Construcionismo de Papert e Ensino Aprendizagem de Programa o de Computadores no Ensino Superior Universidade Federal de Sao Joao Del Rei Minas Gerais 2009 13 Papert Seymour Logo Computadores e Educa o S o Paulo Editora Brasiliense 1985 14 K L Martins Teorias de Aprendizagem e Avalia o de Software Educativo Universidade Federal do Cear Fortaleza 2002 15 A J Valente Diferentes usos do Computador na Educa o N cleo de Inform tica 64 Aplicada Educa o Universidade Estadual de Campinas S o Paulo 2000 16 A Hakan E Karakas F Aras e F Ozudogru 3D virtual classroom environment forteaching renewable energy production and substation equipment International Journal of Electrical Engineering Education vol 48 n Manchester University Press pp 294 303 2010 17 P Martinez Laca ina J Martinez Ramos A Bachiller Soler e D Monroy Berjillos Teaching reliability analysis of HV MV substations and distribution feeders using educational software International Journal of Electrical Engineering Education vol 49 n Manchester University Press pp 365 382
9. Por conseguinte constitui uma solu o incontest vel na rea da forma o profissional na medida em que pode estimular o desenvolvimento do racioc nio l gico e consequentemente da autonomia tal como a extrapola o de conclus es a partir dos resultados apresentados Atualmente existem programas educativos em diversas reas do conhecimento contudo os programas de dimensionamento autom tico na rea de simula o de curto circuitos n o contemplam diversas configura es de subesta es e alguns deles est o neste momento desatualizados Por conseguinte houve a necessidade da EDP Distribui o em possuir um programa de simula o de curto circuitos Com os resultados do programa de simula o de curto circuitos o utilizador poder efetuar o planeamento e desenhar a subesta o uma vez que com o programa o utilizador poder antever as consequ ncias prejudiciais dos defeitos simulados Este conhecimento facilita a tomada de medidas necess rias para minimizar estas consequ ncias Deste modo os objetivos deste trabalho centram se em desenvolver um software educativo que permita simular os efeitos mec nicos e t rmicos em condutores tanto flex veis como r gidos e suportes de subesta es verificando se estes equipamentos resistem aos efeitos din micos das correntes de curto circuito Este programa dever ser capaz de albergar informa o vasta e atualiz vel relativa aos barramentos e suportes dispon veis no mercado
10. e capaz de a utilizar em conjunto com os dados fornecidos pelo utilizador para simular os efeitos dos curto circuitos Assim ser poss vel efetuar o correto dimensionamento de barramentos e suportes para subesta es O software desenvolvido dever ser flex vel na medida em que permitir experimentar diferentes solu es para os v rios tro os existentes em subesta es 2 Introdu o 1 1 Estrutura da Disserta o Este documento encontra se dividido em 6 cap tulos O presente cap tulo destina se a fazer uma breve introdu o explicando a motiva o para a realiza o deste trabalho tal como os seus objetivos ainda efetuada uma descri o da estrutura o da disserta o onde apresentado um resumo de cada cap tulo No segundo cap tulo ser feita uma pequena abordagem sobre as subesta es de distribui o e transporte tal como a for a principal que atua sobre os equipamentos aquando de um curto circuito nas subesta es Tamb m ser feita uma revis o sobre o impacto desta for a for a eletromagn tica em condutores paralelos Ser feita tamb m refer ncia aos efeitos din micos efeitos t rmicos e mec nicos das correntes de curto circuito em condutores e suportes das subesta es Por fim ser feita uma abordagem sobre as principais normas que orientam o c lculo dos efeitos t rmicos e mec nicos dos curto circuitos em subesta es nomeadamente da CEI e a CIGR No terceiro cap tulo ser fe
11. 2012 18 R P Gupta e S C Srivastava A distribution automation system simulatorfor training and research International Journal of Electrical Engineering Education vol 45 n Manchester University Press pp 336 355 2010 19 J Alves L Sampaio S Aldeia A C Guelpeli e M V Guelpeli Metodologia para Avalia o de Software de Autoria como uma Ferramenta Computacional para aux lio no Desenvolvimento de Conte dos Did tico Pedag gicos Departamento de Ci ncias Exatas e Tecnologia S o Paulo 2000 20 R X T Morais Software Educacional A import ncia de sua avalia o e do seu uso em salas de aula Fortaleza 2003 21 J A Valente Quest o do Software par metros para o desenvolvimento de Software Educativo N cleo de Inform tica Aplicada Educa o S o Paulo 1989 22 International Organization for Standardization Software product evaluation Quality characteristics and guidelines for their use ISO IEC Geneva 1991 23 P A T Gon alves e J M R d S Tavares Uma Interface de Parametriza o e Visualiza o para o programa FastComp Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Porto 2006 24 J Preece Y Rogers e H Sharp Interaction Design beyond human computer interaction New York USA John Wiley amp Sons 2002 25 P Gon alves Desenvolvimento de uma Interface Gr fica para o Programa FastComp Faculdade de Engenharia da Uni
12. Assim consultando a figura 5 2 obt m se os seguintes valores Ve 43 Vom 1 03 Vim 1 0 52 Para o c lculo da for a de tens o no condutor preciso primeiramente obter o valor de WA segundo a express o Eq 5 44 tal como do fator B Sabendo que os suportes encontram se fixos nas extremidades B 0 5 2xJm Win 1 666 x 10 m Eq 5 44 Fm3 XI Otot Om Vom X Vim X B x 8Wm 8 799 x 107 5 Eq 5 45 Para que o condutor resista aos esfor os mec nicos resultantes da corrente de curto circuito preciso que se verifique a condi o Eq 5 46 O fator q toma o valor de 1 5 pelo fato de o condutor ter o formato de uma barra retangular Otot E QX fy Eq 5 46 Como 6 027 N mm lt 180 N mm ent o o condutor em an lise resiste aos esfor os mec nicos Seguidamente necess rio calcular a for a exercida sobre os dois suportes atrav s das express es seguintes Sabendo que a 0 625 e ag 0 375 pois existe um suporte fixo e na extremidade oposta um deslizante Fraa Vp X Vim X Ga X Fm3 2 196 KN Eq 5 47 Frap Vp X Vim X Op X Fm3 1 318 KN Eq 5 48 A partir do resultado obtido pode se concluir que os suportes resistem aos esfor os din micos pois as for as aplicadas nos suportes inferior a 4kV valor m ximo da for a que pode ser aplicada ao suporte em an lise 5 1 2 C lculo dos esfor os t rmicos Os c lculos relativos aos esfor os t rmicos tal como nos esfor os mec nicos
13. Eq 5 22 Relativamente fator w este dado em fun o de s e y como solu o da equa o 5 23 ou pela figura 5 1 Para o c lculo autom tico recorre se express o Eq 5 23 que resolvida de forma iterativa Contudo para o c lculo manual recorrer se figura 5 1 que fornece um valor aproximado mas obtido de forma r pida onde W_29 0 25 e Weo 0 40 pp p 2 E b 1 2E W E2 p 0 Eq 5 23 Com 0 lt w lt 1 46 Software Seedu Caso de Estudo QE See ZH fi s E j gi Figura 5 1 Fator w de for a de tens o nos condutores 7 Como ap s a passagem da corrente de curto circuito o cabo continua a oscilar cai ou est o estabiliza para uma posi o final Dever ent o ser calculada a for a aplicada ao condutor principal ap s a passagem da corrente de curto circuito Fra apenas quando r gt 0 6 e max gt 70 para cabos sem deriva es Esta for a calculada segundo as express es Eq 5 24 e Eq 5 25 onde dever o ser apresentadas em kN 180 Frana i2 Eek 1 8860 X CO 0 732 KN Eq 5 25 Seguidamente como resultado da passagem da corrente de curto circuito ser Fra o 1 2 X Fso X 1 8620 X ECO 0 774 kN Eq 5 24 necessario calcular o alongamento elastico no cabo causado pela corrente de curto circuito Este c lculo dever ser feito atrav s da express o Eq 5 26 apenas para a temperatura de 60 C pois com esta temperatura obt m
14. Para adicionar material na base de dados o utilizador ter que preencher todos campos relativos a esse material seguindo do bot o Adicionar De modo semelhante acontece no caso de o utilizador desejar remover no qual dever selecionar o equipamento e posteriormente selecionar o bot o Remover como de pode verificar pela figura 4 11 28 Fr 7 S Dados do c lculo de Barras o E EE Programa Caracteristicas do curto circuito Suportes Barra Caracteristicas do Barramento AIMgSi0 5 v Material Modelo da Barra AIMgSiO 5 Cobre i i Aluminio liga de Aluminio a o ref Comprimento 60 mm Sec o 600 mm 2 Largura 10 mm Aco Modulo de Young 70000 Nmm2 X Ohm Km Adicionar Massa espec fica m 1 62 Kg m R Ohm Km 0 07 Limite elasticidade min 120 NAmm 2 e Tipo sec o 1 O Tipo sec o 2 O Tipo sec o3 44 Validar Figura 4 11 Adicionar e remover material base de dados De forma a evitar que na base de dados sejam inseridos valores imposs veis de serem lidos equipamentos com nomes iguais ou campos sem preenchimento surgir uma mensagem de erro ao utilizador indicando qual o campo com valor inv lido ou se existe j algum registo com o mesmo nome Como mostra a figura 4 12 a utiliza o de v rgula como separador decimal na for a m xima do suporte A n o permitiu a introdu o do equipamento sendo alertado
15. T N Bes f 60 a Ee f ee 360 ns Li Cz Eq 5 12 Com estes c lculos preliminares realizados em Eq 5 10 Eq 5 11 e Eq 5 12 poder agora ser calculada a norma de rigidez do cabo recorrendo as seguintes express es Eq 5 13 e Eq 5 14 que dever o ser apresentadas na unidade indicada 1 panas a Sxl nxEeff 20 XAs Nipis 5 631 x 10 Eq 5 13 1 N 1 fm gt Sxl nxEerr 60 XAs Neo 5 632 x 10 Eq 5 14 Como a passagem da corrente de curto circuito cria uma tens o no condutor importante determinar o fator de tens o no cabo que depende da norma de rigidez calculada anteriormente Para o seu c lculo recorre se s seguintes express es cujo resultado adimensional _ nxgx mix1 szo SE 0 261 Eq 5 15 3 nxgxm x1 gep ZED 1 174 Eq 5 16 24xF xN De seguida dever ser calculado o ngulo de oscila o do condutor no final da passagem da corrente de curto circuito Este c lculo depende da rela o entre o tempo de passagem da corrente de curto circuito e o per odo resultante da oscila o de um condutor durante a passagem da corrente de um curto circuito A express o para o c lculo de enq para o caso em estudo dada pelas express es Eq 5 17 e Eq 5 18 onde o resultado dever ser apresentado em graus Tk Sena 20 51 X 2 144 850 com gt 0 5 Eq 5 17 end 60 81 X 2 144 850 com To gt 0 5 Eq 5 18 Para al m de exist
16. amento entre condutores m 1 5 1 0 28 Tabela 5 10 Caracter sticas da corrente de curto circuito no barramento MT Tipo de curto circuito Lc KA les Te S kA Trifasico 16 11 2 3 Inicialmente calcular se a for a exercida no condutor central resultante do curto circuito trif sico Sabendo que n o existem subcondutores a express o da for a dada pela express o Eq 5 41 Ho v3 1 X xX ar Fm3 Gat aor iZ 857 179N Eq 5 41 Am Onde am a K 0 305 pois trata se de um condutor retangular e i V2 x kx lec 30 547 kA Seguidamente necess rio verificar se existe a possibilidade de ocorrerem frequ ncias de resson ncia atrav s da express o matem tica Eq 5 42 fom 5X DE 18 481 Hz Eq 5 42 m Onde y 3 56 pois o barramento est fixo em ambas as extremidades Quanto determina o do momento de in rcia este depende do tipo de condutor e da sua configura o assim nesta situa o dever recorrer se express o Eq 5 43 para o seu c lculo gt bscs Im 6 667 x 10 mt Eq 5 43 Como fem amp f 0 1f f 0 1f U 2f 0 1 x 2f 2f 0 1 x 2f pode concluir se que n o h perigo de efeito de resson ncia Posteriormente necess rio obter os fatores Vr Vom Vim atrav s dos gr ficos da figura 5 1 e sabendo que f m f 0 534 e que k gt 1 6 Estes fatores s o indispens veis para os c lculos que se seguem
17. comunidade educacional Neste t pico s o apresentados alguns pontos que devem ser levados em considera o 20 Todos os programas de computador com car ter educativo dever o passar pelas seguintes etapas durante o seu ciclo de vida Estas etapas incluem 20 e Conce o consiste em projetar o software esclarecendo os assuntos e objetivos que se pretende atingir e Escolha do paradigma pedag gico escolha de um paradigma pedag gico que indicar de que forma o software contribuir para o utilizador na aprendizagem do assunto escolhido e An lise interdisciplinar an lise do software de forma a ir ao encontro de uma interliga o entre conhecimentos de diferentes reas e Implementa o desenvolvimento do software seguindo os objetivos o paradigma pedag gico escolhidos nas fases anteriores e Valida o consiste na realiza o de testes ao software para determinar a sua efic cia e Implanta o fase final que consiste na distribui o do software para utiliza o Depois de delimitadas as etapas importante proceder defini o de alguns aspetos importantes para a produ o de software que deve considerar alguns dos seguintes itens 21 a Empenho do utilizador com o sistema Neste contexto o programa dever ser interativo oferecendo ajuda e premiando um di logo amig vel til e fluido com o utilizador n o efetuando qualquer ju zo de valor ao utilizador b Controlo da aprendizagem O control
18. densidade de corrente convencional de curta dura o estipulada Sn 83 884 A mm Eq 5 62 Como procedido nos casos anteriores necess rio que a condi o em Eq 5 63 seja verdadeira para que as barras resistam aos efeitos t rmicos Sn lt Sm x f Eq 5 63 Como Sir X y Tkr Tk 48 431 A mm maior que 16 449 A mm pode se concluir que o condutor em an lise resistir aos esfor os t rmicos de uma corrente de curto circuito de 16 kA 56 5 2 Exemplo de c lculo com recurso ao software Seedu Com o objetivo de confrontar os resultados obtidos na sec o 5 1 ser o simulados os mesmos condutores sujeitos s mesmas condi es de curto circuito com as caracter sticas descritas na sec o 5 1 5 2 1 C lculo dos esfor os mec nicos e t rmicos Para o c lculo relativo aos esfor os mec nicos ser o apresentados os resultados finais dados pelo programa onde se far a respetiva compara o com os resultados obtidos na sec o 5 1 e Cabo entre a linha AT e o TI Efetuando a simula o com o cabo descrito na sec o 5 1 sujeito s mesmas condi es de curto circuito obtiveram se os resultados apresentados na figura seguinte onde estes coincidem com os obtidos na sec o 5 1 Verifica se que o valor da for a eletromagn tica exercida sobre o condutor 62 500 N m tal como o obtido na sec o 5 1 Em rela o for a Fra obteve se no c lculo autom tico um valor de 0 929 kN o que corresponde a
19. e t rmicos resultantes da corrente de curto circuito para os condutores r gidos tubulares Condutores R gidos Tubulares Utilizador Software Inicio ERRO Dados Inv lidos Verifica o dos dados introduzidos C lculo Fm C lculo fem fcs Verifica o de perigo de efeito de resson ncia C lculo fem Vv Verifica o de perigo de efeito de resson ncia Determina o Determina o dos par metros dos par metros Vom Vrm Vrs V Vom Vrm B B os Calculo de Wm Calculo de Wm e Ws C lculo de om d Calculo de om d e os d Figura 4 18 Algoritmo de calculo dos condutores rigidos tubulares 34 Condutores R gidos Tubulares Utilizador Software Determina o N s C lculo Sthr do par metro q Verifica o de Verifica o da condi o de condi o para a resist ncia do resist ncia a condutor aos esfor os esfor os t rmicos mec nicos Enviado ao utilizador os c lculos mais relevantes atrav s da interface Ficheiro guardado em disco esse tom com todos os c lculos os par metros efetuados VFea C lculo de Fr d Determina o da condi o de resist ncia dos suportes a esfor os mec nicos C lculo Ith C lculo Sth Figura 4 19 Algoritmo de c lculo dos condutores r gidos tubulares continu
20. forma que o utilizador seja capaz de entend la De acordo com a ISO CEI 9126 as caracter sticas que definem a qualidade de um software traduzem se atrav s dos seguintes itens 22 e Funcionalidade conjunto de atributos que evidenciam a exist ncia de um conjunto de fun es e as suas propriedades espec ficas As fun es s o as de satisfazem as necessidades expl citas ou impl citas do utilizador e Confiabilidade conjunto de propriedades que evidenciam a capacidade do software em manter o seu n vel de desempenho sob condi es estabelecidas durante um per odo de tempo estabelecido e Usabilidade conjunto de atributos que evidenciam o esfor o necess rio para se poder utilizar o software bem como a opini o individual desse uso por um conjunto de utilizadores e Efici ncia conjunto de atributos que evidenciam o relacionamento entre o n vel de desempenho do software e a quantidade de recursos usados e Portabilidade conjunto de atributos que evidenciam a capacidade do software ser transferido de um ambiente para o outro e Manuten o conjunto de atributos que evidenciam o esfor o necess rio para fazer modifica es no software importante referir que os itens aqui propostos pretendem identificar certos aspetos necess rios para a produ o de um bom software educativo Estes n o devem ser todos satisfeitos j que seria imposs vel desenvolver um software que tivesse todas estas caracter sticas Por outro lad
21. o enriquecimento cognitivo da experi ncia atrav s da assimila o de um conjunto de informa es Este enriquecimento pode se dar pela introdu o de uma interface que permita a capta o e o tratamento simult neo de uma grande quantidade de dados O enriquecimento pode dar se tamb m pela repeti o de um grande n mero de experi ncias o que permitiria a cria o de uma sensibilidade mais agu ada no que diz respeito ao relacionamento das vari veis envolvidas na experi ncia Mas principalmente por permitir o controlo a n vel ideal das vari veis de entrada do modelo e assim a realiza o de uma experi ncia sob condi es dificilmente obtidas na realidade 12 3 1 2 Software Educativo estado da arte Os programas educativos englobam v rias reas do conhecimento como sa de engenharia matem tica qu mica entre outros De acordo com estudos feitos pelo The Educational Products Information Exchange EPIE Institute uma organiza o do Teachers College Columbia E U A foram identificados em 1983 mais de 7000 pacotes de software educacionais no mercado sendo que 125 eram adicionados a cada m s Estes inclu am principalmente as reas da matem tica ci ncias letras artes e ci ncias sociais Dos 7325 programas educacionais mencionados no relat rio da Office of Technology Assestment OTA 66 s o do tipo exerc cio e pr tica 33 s o tutoriais 19 s o jogos 9 s o simula es e 11 s o do
22. o foi processada e portanto se passou a ser conhecimento agregado aos esquemas mentais Por exemplo dif cil um tutorial ter condi es para que o utilizador possa exercitar sua criatividade e explorar diferentes n veis de compreens o de um conceito B Exerc cio e pr tica Neste tipo de software s o apresentados exerc cios para os utilizadores resolverem As perguntas e respostas s o normalmente utilizadas para rever material j estudado ou seja o software procura refor ar fatos e conhecimentos e enfatiza a memoriza o mec nica Em geral o resultado das respostas dos formandos avaliado pelo computador C Programa o A programa o caracteriza se por constituir um tipo de software em que o utilizador programa o computador dando lhe a possibilidade de criar os seus pr prios modelos de programas sem exigir grandes conhecimentos de programa o Ao programar o computador utilizando conceitos e estrat gias este pode ser visto como uma ferramenta para resolver problemas A execu o do programa exige que o utilizador processe a informa o transformando a em conhecimento D Multim dia e Internet Este tipo de programas auxilia o utilizador a adquirir informa es Existem dois tipos de sistemas os sistemas prontos s o semelhantes ao tutorial nos quais a a o do utilizador resume se em escolher op es oferecidas pelo software e os sistemas de autoria que se assemelham aos processadores de textos O us
23. o utilizador para esse fato 4 Dados do c lculo de Tubos X Programa o Caracteristicas do curto circuito Suportes Caracteristicas do Barramento Tubo Tipo de Suportes OTEF 72 5 Dados inv lidos ica OTEF 72 5 a Modelo do Suporte A Modelo do Suporte B a Erro Valor de Forca Maxima A invalido Isolador 30kV OTEF 72 5 For a Maxima A For a M xima B 128 kN 35 KN Adicionar Adicionar Remover Remover Validar M Figura 4 12 Erro na introdu o de dados na base de dados Como se pode constatar pela figura 4 13 uma tentativa de introdu o de um condutor no programa de c lculo de Barras com um nome igual a um j existente na base de dados impossibilitou a introdu o do equipamento Neste caso tamb m alertado o utilizador que o equipamento n o foi introduzido e descrito o motivo que conduzir n o inser o do equipamento na base de dados 30 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu B Dados do c lculo de Barras Bo Programa Caracteristicas do curto circuito Suportes Barra Caracteristicas do Barramento AIMgSi0 5 Material O Cobre Modelo da Barra AlMgSi0 5 jo liga de Aluminio a o ref Comprimento 60 Modulo de Young Massa espec fica m Limite elasticidade min Formato Tipo 1 Formato Tipo 2 Formato Tipo 3 Validar Figura
24. se uma maior dilata o do condutor quando comparada com uma temperatura de 20 C Eela N F a 60 st 60 0 004 Eq 5 26 Para al m do alongamento el stico do material existe tamb m uma dilata o t rmica no mesmo Contudo para o seu c lculo necess rio primeiramente verificar a rela o entre T e Tres 4 que consoante o seu valor assim determinar a express o de c lculo para a dilata o t rmica Como como T gt T es 4 resulta a seguinte express o para o c lculo de zm onde cn 2 70 x 1071 m A s pois o condutor de alum nio EEE Tuta 1 725 x 1075 Eq 5 27 nxAs Os valores de En S o adimensionais e ser o usados para o c lculo do fator de dilata o Este fator considera os aumentos da flecha resultantes do alongamento el stico e 46 da dilata o t rmica do condutor O fator de dilata o dado pela express o Eq 5 28 e dever ser calculado apenas para uma temperatura de 60 C 1 2 sise X Eela Eth 8 1 920 Eq 5 28 Seguidamente dever ser calculado o fator de forma que considera um poss vel aumento da flecha do condutor causado por uma altera o da forma da curva do condutor Este fator adimensional e dado em fun o do r cio da for a eletromagn tica que consequentemente definir a express o de calculo de Cp Para a situa o em an lise como o valor de r superior a 1 8 ent o o fator de forma ser igual a 1 15 Com os valores do fator de f
25. simula o permite uma aprendizagem por descoberta enquadrando se no paradigma construcionista Foi ainda desenvolvido neste cap tulo as etapas e alguns aspetos que dever o ser considerados para o desenvolvimento de software tal como os padr es de qualidade definidos pela ISO CEI 9126 importantes para a implementa o do c digo Concluiu se que a interface constitui um ponto importante onde deve ser f cil de utilizar mas eficaz intuitiva mas eficiente e deve complementar adequadamente o potencial de um programa educativo 18 Cap tulo 4 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu O programa Seedu Programa Educacional para Desenho de Subesta es tem como objetivo fornecer aos engenheiros os fundamentos de an lise necess rios para dimensionamento das subesta es dotando os de capacidade de an lise critica a diferentes solu es O Seedu assume se como uma ferramenta no qual o utilizador constr i o seu conhecimento incentivando a autonomia e permitindo o atuar em situa es desafiadoras e problematizadoras O presente capitulo tem como objetivo mostrar as caracter sticas do Seedu tal como o software se encontra arquitetado as suas funcionalidades desde a interface base de dados e algoritmos de c lculo implementados 4 1 Caracteristicas Educativas do Seedu Para o desenvolvimento do Seedu seguiu se como refer ncia pedag gica o Construcionismo desenvolvido pelo pesquisador em Educa o e
26. 4 13 Erro na introdu o de uma barra na BD Contudo se os dados inseridos na base de dados estiverem todos corretamente introduzidos ser enviado ao utilizador uma mensagem informando o que um determinado material foi adicionado base de dados com sucesso como se pode verificar pela figura 4 14 j Dados do c lculo de Barras gs Programa Caracteristicas do curto circuito Suportes Barra l Caracteristicas do Barramento Modelo da Barra CU 50 10 Comprimento 60 Modulo de Young Massa espec fica m Limite elasticidade min Tipo sec o 1 Tipo sec o 2 O Tipo sec o 3 a oe HH Validar Figura 4 14 Material inserido na base de dados De modo an logo surgir tamb m uma mensagem no caso de o material selecionado for removido como se pode verificar na figura 4 15 30 S Dados do c lculo de Barras Programa Caracteristicas do curto circuito Suportes Barra Caracteristicas do Barramento cu sono D Material Cobre Modelo da Barra CU 50 10 uminio liga de Aluminio a o ref Comprimento 60 mm o Modulo de Young 70000 NI Massa espec fica m 1 62 Ki Limite elasticidade min 120 N Tipo sec o 1 Tipo sec o 2 Tipo sec o 3 DORE Validar Figura 4 15 Material removido da base de dados Para al m de ser poss vel remover e adicionar material o utilizador poder seleciona
27. 5 x 2E 62 57 Eq 5 1 axl Seguidamente ser calculado o racio da for a eletromagn tica Este estabelece a rela o entre a for a eletromec nica sobre um condutor devido a um curto circuito e a for a da gravidade Esta rela o adimensional e calculada segundo a express o matem tica Eq 5 2 F r 3 157 Eq 5 2 nxmixg Este r cio essencialmente calculado para posteriormente se obter a dire o da for a resultante que exercida no condutor aquando de um curto circuito Este ngulo calculado com recurso express o Eq 5 3 e dever estar em graus 42 6 tanh r 72 424 Eq 5 3 Posteriormente necess rio calcular a flexa est tica equivalente do condutor a meio do v o que resulta da passagem da corrente de curto circuito Esta flexa ser calculada em fun o da for a de tra o est tica exercida no condutor para uma temperatura m nima de inverno 20 C segundo o cat logo do cabo usado e tamb m de acordo com a for a de tra o est tica existente na temperatura maxima de opera o de 60 C Deste modo teremos duas flexas uma para cada temperatura de acordo com as seguintes express es que dever o estar em metros nxm xgxl2 fes 209 8xFst20 x 0 280 m Eq 5 4 nxm sxgxl Les 609 axm 0 360m Eq 5 5 Com os valores de fes sos fes 20 Sera calculado o per odo de oscila o do condutor Este per odo dever ser apresentado em segundos e calcu
28. Corrente Continua M dia Tens o Transformador de Intensidade Lista de simbolos gt gt a a 9 Amin Sec o do condutor principal Sec o do subcondutor Dist ncia ao centro entre condutores Dist ncia equivalente entre condutores principais adjacentes Dist ncia m nima entre condutores Dist ncia equivalente entre subcondutores Dist ncia entre o centro do subcondutor 1 e o subcondutor n Dist ncia entre subcondutores Dist ncia efetiva entre subcondutores no feixe Dimens o de um subcondutor perpendicular dire o da for a Flecha est tica equivalente de um condutor a meio do v o Deslocamento horizontal m ximo Fator de dilata o Fator de forma Dimens o de um subcondutor na dire o da for a Constante do material Di metro exterior do condutor tubular ou flex vel M dulo de Young M dulo de Young efetivo Caracter stica da for a eletromagn tica por unidade de comprimento em condutores flex veis For a exercida no condutor principal central durante a passagem da corrente de curto circuito trif sica For a sobre o suporte de condutores r gidos xii fea Forca de queda de um condutor principal Forca de tensao do condutor principal efeito de aperto Forca entre subcondutores durante um curto circuito For a de tens o est tica num condutor principal flex vel For a de tens o durante o curto circuito no condutor principal For a entre subcondutores resultante da corrente de cur
29. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto PORTO FEUP FACULDADE DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO PORTO Desenvolvimento de Software Educativo para o Dimensionamento de Subesta es Elisabete Sofia Martins Jesus VERS O PROVIS RIA Disserta o realizada no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Major Energia Orientador Professor Doutor H lder Filipe Duarte Leite Junho de 2014 O Elisabete Sofia Martins Jesus 2014 Resumo O dimensionamento de barramentos e suportes em subesta es um procedimento que assume contornos de alguma complexidade Pois um processo que implica a execu o de numerosos c lculos e a consulta de v rias tabelas e bacos no sentido de verificar a adequa o do barramento e do suporte para a subesta o em causa Surge ent o a necessidade de desenvolver um programa que agregue toda a informa o necess ria para o dimensionamento de barramentos e suportes e ainda execute toda a parte de c lculos de dimensionamento contra os efeitos t rmicos e mec nicos resultantes das correntes de curto circuito Ainda verificando as vantagens pedag gicas de um software educativo em ambientes tanto acad micos como profissionais desenvolveu se um programa de simula o Este programa permitir aos utilizadores principalmente profissionais na rea de subesta es constru rem e aperfei oarem os conhecimentos relativos ao dimensionamento de c
30. I 60865 divide a an lise dos efeitos dos curto circuitos em duas partes de acordo com o tipo de condutores condutores r gidos e condutores flex veis uma vez que as for as que atuam sobre estes s o diferentes 7 Atrav s do m todo descrito pela CEI poss vel averiguar se os diversos equipamentos de uma subesta o resistem aos esfor os causados pelas correntes de curto circuito A Condutores R gidos Segundo a CEI 60865 1994 a an lise dos efeitos mec nicos nos condutores r gidos comtempla os seguintes aspetos 8 e C lculo de curto circuitos trif sicos ou entre duas fases e Tipo de condutor r gido poss vel efetuar o c lculo personalizando o tipo de condutor em an lise isto se um barra ou um tubo Ainda se pode aprofundar o c lculo para as diversas formas que a barra e o tubo podem assumir E 1 _ LH 4 fm Figura 2 4 Formas dos condutores rigidos 9 e A resist ncia do condutor aos esfor os provocados pelos curto circuitos varia consoante o tipo de material cobre alum nio ou a o refor ado e Diferentes tipos de suportes e n mero de v os e Religa o autom tica nas tr s fases 8 Efeito dos Curto Circuitos em Subesta es Uma vis o geral e Condutores simples um condutor por fase ou m ltiplos condutores por fase subcondutores e Exist ncia ou n o de pe as conectoras entre subcondutores e Simula o da dire o de oscila o do condutor perpendicularmente
31. R PE 3 Efeito dos Curto Circuitos em Subesta es Uma vis o geral 3 2 1 Subesta es de Distribui o e Transporte 3 2 2 For a Eletromagn tica A for a primal para o c lculo dos efeitos din micos provocados pelas correntes de curto circuito eee cece cece nce eeceeneeeneeeneeeneees 4 2 3 Efeitos din micos causados pelas correntes de curto circuito em subesta es de distribui o e transportes ss 5 2 4 Orienta o para o c lculo dos efeitos din micos dos curto circuitos 6 2 9 Considera es FINAIS css st ER nt ea Tu si Cen aca af ja 9 Capitulo 3 5 35h se maas idos nas Ds end es Sousse ouest E eNet 10 Software aplicado ao treino e educa o quais OS desafios 10 3 1 O software Educativo desafios cece ccc eec cece cence eee eeeceeeceeeeeeeeesaeeeaeeeaes 10 3 2 Paradigmas pedag gicos inerentes ao software educativo 13 3 3 Etapas e Padr es de qualidade para o desenvolvimento de software educativo 14 3 4 Caracter sticas ergon micas da interface 16 35 Considera es FINAIS assis nn nn nl da cule rires mets dr die en do ana Cleo ses 18 Capitulo A rnin a Redon ue die Sosa Saree ses oise d 19 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu
32. Tecnologias da Inform tica Seymour Papert O Construtucionismo de Papert baseado nas teorias de Jean Piaget apresentando a vantagem de transformar o processo de ensino aprendizagem atrav s do uso do computador numa ferramenta que propicia ao educando condi es concretas para explorar o seu potencial intelectual desenvolvendo ideias nas mais diferentes reas do conhecimento 27 No que concerne ao tipo de software o Seedu do tipo simula o Este tipo de programa possibilita a viv ncia de situa es dificeis ou at perigosas de serem reproduzidas em ambiente real A simula o permite a emula o de uma situa o real a partir de um modelo Atrav s da simula o poss vel determinar como o sistema responder a mudan as na sua estrutura ou ambiente auxiliando o utilizador a encontrar respostas s quest es importantes e portanto torna a simula o uma t cnica til e poderosa para a solu o de problemas 27 20 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu 4 2 Funcionalidades do programa O programa desenvolvido permite efetuar o c lculo autom tico para o dimensionamento de subesta es contra os esfor os mec nicos e t rmicos devido s correntes de curto circuito em subesta es O software foi desenvolvido em linguagem de programa o Java recorrendo ao IDE NetBeans Esta uma linguagem de programa o orientada a objetos din mica possuindo a vantagem de ser multiplataforma que p
33. a es torna se necess rio desenvolver um software educativo que possibilite simular os efeitos de curto circuitos em diversos pontos da subesta o Pois alguns dos programas existentes no mercado apenas fazem a simula o da for a eletromagn tica ou o c lculo de barramentos r gidos em forma de barra 3 2 Paradigmas pedag gicos inerentes ao software educativo O software educativo constitui um programa que pode consoante a refer ncia pedag gica permite estimular o desenvolvimento do racioc nio l gico e consequentemente da autonomia do individuo Estes programas seguem a linha do construcionismo o computador como ferramenta de aprendizagem 12 Segundo o construcionismo desenvolvido por Papert o computador uma ferramenta com a qual o formando desenvolve algo e portanto a aprendizagem ocorre pelo fato de se estar a executar uma tarefa atrav s do computador Fica expl cita a ideia de que o utilizador ser o sujeito promotor de uma a o ou seja o seu lugar deixa de ser o de espectador e passa a ser o de agente da aprendizagem O utilizador sai da passividade de quem s recebe para se tornar ativo na procura da informa o de problemas para resolver e de assuntos para pesquisar Finalmente ele desenvolve habilidades como saber pensar criar de modo que possa continuar a aperfei oar as suas ideias e a es sem estar vinculado a um sistema educativo 12 A utiliza o do construcionismo veio mostrar um
34. a o 4 3 3 Algoritmo de c lculo dos condutores flex veis Relativamente aos condutores flex veis encontram se representados nas figuras 4 20 4 21 4 22 e 4 23 os algoritmos de c lculo percorridos pelo programa desenvolvido 36 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu Condutores Flex veis Cabos Verifica o dos dados introduzidos ERRO Dados inv lidos C lculo Fm C lculo re 81 C lculo fes C lculo T para temperatura m xima e m nima C lculo Tres para temperatura m xima e minima Determina o do fator Eff para temperatura m xima e minima C lculo de N para temperatura m xima e minima C lculo de fator de stress no condutor Software C lculo do fator X C lculo de Send paratemperatura maxima e minima C lculo de max para temperatura maxima e minima C lculo de cela Determina o de eth Calculo de CD CF e fed Figura 4 20 Algoritmo de calculo de cabos flexiveis 36 Condutores Flex veis Cabos Dropper a meid dov o Verifica o do comprimento do dropper Dropper tem influ ncia nos esfor os horizontais C lculo de 6 Determina o do par metro amp ey C lculo de Ftd C lculo de Ffd efeitos horizontais Comprimento do dropper tem efeitos erticais no condutor Determina o dos par metros Wed C lculo de Ftd para temperatura m xima e minima r gt 0 6 Smax g
35. ade 16 Seguran a envolve a prote o do utilizador de condi es perigosas e situa es indesej veis H que prevenir que o utilizador cometa erros graves reduzindo por exemplo o risco de ativa o de bot es ou teclas erradas Satisfa o mede quanto os utilizadores apreciam uma interface Efic cia mede a adequa o de uma interface se a mesma permite a realiza o correta das tarefas a que se prop e Utilidade refere se capacidade da interface apresentar as funcionalidades certas para que o utilizador atinja os seus objetivos No campo da usabilidade devem ser considerados alguns princ pios de design 24 Visibilidade a compreens o de uma interface depende entre outros fatores da ordena o do posicionamento e da distin o dos objetos imagens texto bot es etc pois os utilizadores v o apreender mais facilmente os diferentes itens se estes forem apresentados de modo organizado e bem vis vel Feedback a o rea o a interface deve reagir s a es do seu utilizador Ao pressionar um bot o por exemplo espera se que uma certa funcionalidade seja ativada e o tempo de resposta apropriado e consistente com a funcionalidade envolvida Restri es respeitam determina o de maneiras de restringir a intera o num determinado momento Em interface gr fica usual desativar certas op es de um menu restringindo assim o utilizador s a es permitidas nesse est gio da atividade Co
36. ade de Engenharia FEUP Figura 4 2 Interface gr fica O menu Programa permite a sele o do c lculo consoante o tipo de condutor Barras Tubos ou Cabos como mostra a figura 4 3 Para cada tipo de condutor selecionado existe uma interface de introdu o de dados Fr 5 Sele o do c lculo Projeto Dimensionamento de subesta es para esfor os mec nicos e t rmicos resultantes de curto circuitos 4 E Barras Cabos Tubos Iniciar o c lculo Figura 4 3 Escolha de condutor na interface Cada interface de introdu o de dados apresenta v rios separadores organizados consoante as caracter sticas do curto circuito as caracter sticas do barramento as caracter sticas do condutor e suportes como mostra a figura 4 4 Todos estes separadores 22 permitem o preenchimento de dados relativos ao curto circuito e equipamentos da subesta o que se pretende analisar De forma a permitir uma interatividade com o utilizador proporcionando a sua aprendizagem o utilizador pode obter o conhecimento relativamente ao significado das vari veis expostas na interface passando o rato por cima da vari vel como mostra a figura 4 4 ou ent o consultando o menu ajuda o qual poder consultar o manual do utilizador O menu ajuda permite ao utilizador aprender a usar o programa de forma correta dando tamb m informa o sobre o significado dos campos a introduzir na interface tal como uma interpr
37. ados pelo programa Atrav s destes fluxogramas poss vel ao software desenvolver todo um conjunto de c lculos que permitir fazer a an lise que os efeitos dos curto circuitos t m nos diversos equipamentos de uma subesta o 40 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu 4 4 Considera es Finais Neste cap tulo foi apresentada a fundamenta o pedag gica que apoiou todo o desenvolvimento do Seedu tal como a escolha do tipo de software educativo De referir que uma refer ncia pedag gica sempre indispens vel para a constru o de um software educativo onde se considerou que um software do tipo simula o seria o mais indicado Foram apresentadas as funcionalidades do Seedu e os algoritmos de c lculo que apoiaram todo o desenvolvimento do programa De salientar que os algoritmos de c lculo est o apresentados de forma simplificada dado que existem diversos c lculos interm dios para se determinar os v rios par metros de c lculo e for as que s o aplicadas nos equipamentos 40 Cap tulo 5 Software Seedu Caso de Estudo Neste cap tulo ser apresentado um exemplo de c lculo sem recurso ao Seedu e com recurso ao Seedu de forma a testar alguns equipamentos de uma subesta o tipo da EDP Distribui o cuja planta da subesta o encontra se no Anexo 1 Atrav s dos c lculos efetuados ser o avaliados os esfor os mec nicos e t rmicos a que alguns equipamentos e condutores est o sujeitos qu
38. amming language using NetBeans IDE and SQLite was used for the database The software has been built in order to allow easy operation permeating the versatility of situations which can be analyzed revealing to be an effective tool of for the examples that were made iti Agradecimentos O meu primeiro agradecimento dirige se ao meu namorado pelo seu apoio incondicional em todas as fases deste trabalho Agrade o igualmente ao Professor Doutor H lder Leite meu orientador pelo grande voto de confian a depositado em mim pela sua orienta o e incentivo na realiza o deste trabalho Por ltimo e n o menos importante agrade o ao meu orientador da EDP Distribui o Engenheiro Bruno S rgio Silva e a todos aqueles que no departamento de projeto e constru o da EDP me acompanharam e apoiaram me vi RESUMO ss ii EA SA Dad a ds AR Ca Ca o Sts i Abstracte ua asso rt ent re iii Agradecimentos onecie i a a i a ins i E a ds v a E EE EEA SAE S S E E E AS SEE vii Lista de figuras racore d ann R LEE E E a ida sd ix Lista de tabelas vases um eine re cad isesi issida isesi aei Seis xi Abreviaturas SiIMDOlOS ss ssssscsscssscnsnssresssiisssisesissses iin iis isene xii Capitulo T sissaWicrciioviiesdiges a Ni ds debian nesedne te sodida Sabias do 1 INTFQUUI O EEPE EE TEO ENO AO O ENO OE 1 1 1 Estrutura da Disserta o cccccsccsecseereererrrerrerner cera cen cercar craceracaaerarsaos 2 Capitulo Dos a praca nn RE SE ERA E
39. ando ocorre um curto circuito na subesta o Posteriormente comparar se o os resultados obtidos com recurso ao Seedu e aqueles que foram obtidos sem recurso ao Seedu de forma a verificar se os resultados s o coincidentes e validar o programa desenvolvido 5 1 Exemplo de c lculo sem recurso ao software Seedu Para efetuar o c lculo sem a ajuda do Seedu dever ser feita a an lise da subesta o tro o a tro o Assim a t tulo de exemplo ser analisado um cabo flex vel um tubo e uma barra Para tal simular se uma corrente de curto circuito trif sica que flui ao longo de todo o cabo com as caracter sticas descritas na tabela seguinte Tabela 5 1 Caracter stica da corrente de curto circuito lec KA Ix KA Ty s Tipo de curto circuito 6 C 9 C 25 19 2 3 Trif sico 65 180 5 1 1 C lculo dos esfor os mec nicos Nesta sec o ser o calculados os esfor os mec nicos a que os condutores est o sujeitos quando ocorre uma corrente de curto circuito com as especifica es descritas na sec o 5 1 Estes esfor os ser o calculados para o cabo flex vel existente entre a linha de alta tens o e o transformador de intensidade para o barramento de alta tens o e para o barramento de m dia tens o 42 Software Seedu Caso de Estudo e Cabo flexivel entre a linha AT e o TI Ser feita a an lise de um condutor flex vel existente entre a linha AT e o TI As caracter sti
40. ao condutor ou ao longo do condutor e C lculo da frequ ncia de oscila o do condutor e subcondutor A ltima publica o da CEI CEI 60865 2011 relativamente ao c lculo dos efeitos dos curto circuitos contempla o efeito das religa es autom ticas nomeadamente a influ ncia tanto da primeira como segunda corrente de curto circuito 7 Atrav s de todos os pontos referidos na subsec o 2 4 1 relativo aos condutores r gidos poss vel analisar de forma pormenorizada o efeito da corrente de curto circuito tendo em conta as particularidades do barramento Assim poss vel calcular as frequ ncias pr prias for as aplicadas ao barramento e suportes permitindo estudar o comportamento do sistema ou mesmo detetar e melhorar pontos fracos determinando tamb m o grau de resist ncia dos condutores s correntes de curto circuito 4 B Condutores Flex veis No que concerne aos cabos flex veis foram realizados v rios testes para analisar o comportamento destes condutores perante curto circuitos em subesta es e verificar a sua viabilidade em projetos de subesta es 4 Atrav s de m todos desenvolvidos poss vel efetuar o c lculo manual ou em computadores pessoais usando poderosos algoritmos de c lculo resolvendo equa es anal ticas e consultando figuras Para a resolu o destes c lculos s o necess rios dados de entrada e os resultados s o valores m ximos de for as e de deslocamentos 4 Na nor
41. as descritas na tabela 5 1 e Barramento MT Para os esfor os t rmicos em condutores r gidos em forma de barra segue se a mesma linha de c lculo dos condutores tubulares e cabos flex veis Assim calcular se 56 Software Seedu Caso de Estudo primeiramente a corrente de curto circuito t rmica equivalente r m s cuja express o igual utilizada para os tubos e para as barras O fatores de c lculo para a s o obtidos recorrendo as express es Eq 5 49 Eq 5 50 Eq 5 51 e Eq 5 52 cujo resultado esta apresentado na tabela 5 13 Tabela 5 13 Fatores de c lculo para a Itn m I KA Ti n 0 003 14 249 2 437 0 673 Assim a corrente de curto circuito t rmica equivalente r m s assume o valor de 13 159 kA de acordo com a express o Eq 5 60 ln ke X Vm n 13 159 kA Eq 5 60 Seguidamente efetuado o calculo da densidade da corrente de curto circuito t rmica equivalente recorrendo a express o Eq 5 61 Sin 16 449 A mm Eq 5 61 Em seguida dever ser calculada a densidade de corrente convencional de curta dura o estipulada com recurso express o Eq 5 55 tendo em considera o que o material de cobre e portanto os fatores para o c lculo para o valor de S encontram se na tabela 5 14 Tabela 5 14 Fatores de c lculo para a S para conductor de cobre 20 Ko c P 0 0039 56 x 105 390 8900 Deste modo tem se o seguinte valor para a
42. as principais conclus es do c lculo Assim dependendo do tipo de condutor escolhido para dimensionamento ser o exibidos os valores das principias for as que exercem nos condutores e ou suportes 24 frequ ncias e conclus es relativas aos esfor os t rmicos como mostra a figura 4 7 Salienta se tamb m que no caso de os equipamentos n o resistirem aos efeitos mec nicos ou t rmicos aparecer na interface de apresenta o de resultados o s mbolo de perigo F S Resultados gt A e Efeitos Mecanicos asi eens oo es or For as relativas aos Efeitos Verticais For a entre os subcondutores For a Eletromagn tica N m 1 For a inicio do CC kN For a de compress o kN 62 500 For a ncio do CC kN sem Dropper 0 329 Deslocamento horizontal m ximo m For a ncio do CC kN com Dropper For a m xima exercida sobre os suportes kN For a final do CC kN Os suportes resistem aos esfor os mec nicos 0 774 amin m Efeitos T rmicos 1 323 A Densidade da corrente t rmica A mm2 58 903 Os condutores n o chocam O condutor n o resiste aos efeitos t rmicos Gravar em disco Figura 4 7 Resultados do c lculo de Cabos O utilizador poder ter acesso a alguns dos c lculos efetuados pelo programa atrav s do bot o Gravar em disco dispon vel na interface de apresenta o de resultados como mostra a figura 4 7 e 4 8 Assim ser gerado u
43. c o do condutor que sendo este tubular assume a express o Eq 5 35 tal como obter o fator B que depende do tipo de suporte e configura o do barramento Neste caso o fator B 0 73 pelo fato de existir um nico v o e este se encontrar fixo numa das extremidades e com outro suporte deslizante na extremidade oposta Win E 3 436 x 10 5 m3 Eq 5 35 Fm3X1 Stot Oma Vom X Vim X Bx BE 3 613 x 10 Eg 5 36 Depois de conhecido o valor de o preciso verificar se o condutor resiste aos esfor os mec nicos resultantes da corrente de curto circuito onde para isso necess rio que a condi o Eq 5 38 seja verdadeira Esta condi o est dependente do fator q que por conseguinte depende da forma da sec o do condutor e sendo este tubular dever recorrer se express o Eq 5 37 1 7x aa 1 437 Eq 5 37 q X ET 1 q a Otot lt q X fy Eq 5 38 Como 261 3 N mm lt 301 N mm ent o o condutor tubular em an lise resiste aos esfor os mec nicos Contudo para al m das for as que s o exercidas sobre os condutores tamb m existem for as exercidas sobre os suportes As for as exercidas sobre os suportes podem ser calculadas com recurso s express es e Eq 5 39 e Eq 5 40 onde haver duas for as uma exercida no suporte A Fa e outra no suporte B Fry Para isso ter de ser primeiramente determinado o valor do fator a que depende do tipo de suporte e do n mero de v os Como neste caso o suporte en
44. cas do cabo e da subesta o encontram se definidas nas tabelas 5 2 5 3 e 5 4 Tabela 5 2 Caracter sticas do cabo flexivel Modelo do Material Massa Especifica Sec o M dulo Fsec 20 Fse 60 Di metro do cabo Kg m mm de k N k N Subcondutor Young mm N mm Aster 336 Alum nio 1 009 366 22 58124 0 330 0 200 24 9 Tabela 5 3 Caracter sticas do cabo flex vel continua o Resist ncia do Condutor Q km Reat ncia do condutor Q km 0 0908 0 316 Tabela 5 4 Configura o e dist ncias dos cabos na subesta o Dist ncia entre N mero de Dist ncia entre Espa amento entre suportes m subcondutores subcondutores m condutores m 1 8 2 0 1 1 5 Todos os condutores s o submetidos a for as eletromagn ticas que podem causar deforma o mec nica permanente quando aplicada uma corrente de curto circuito e esta for elevada Portanto saber o valor desta for a importante e constituir o primeiro c lculo a efetuar O c lculo da for a eletromagn tica depende do tipo de condutor dos seus suportes e da exist ncia ou n o de deriva o a meio do condutor Assim como se trata de um curto circuito trif sico e o cabo n o tem qualquer deriva o a meio do v o e estando os condutores n o tracionados e portantol 1 a for a eletromagn tica dever ser calculada de acordo com a express o Eq 5 1 em N m 2 F Ex 0 7
45. contram se fixo numa das extremidades e existe um nico v o ent o a 0 625 e ag 0 375 Fraga Ve X Vim X 0X Fm3 1 585 kN Eq 5 39 Fas Vr X Vem X X Fm3 0 951 KN Eq 5 40 Depois calculadas as for as exercidas sobre os suportes necess rio averiguar se estas s o superiores s for as que os suportes aguentam Como os suportes resistem a esfor os de 12 5kN ent o estes resistem corrente de curto circuito de 25kA e portanto est o bem dimensionados para os esfor os em quest o e Barramento MT Como o software encontra se projetado para o dimensionamento de condutores r gidos em forma de barras ser efetuado um c lculo dos esfor os mec nicos resultantes da corrente de curto circuito sem recurso ao Seedu Para tal recorreu se a um projeto de uma subesta o cl ssica em que o barramento MT com uma tens o de 15kV possui as caracter sticas da tabela 5 8 e 5 9 tendo em conta as caracter sticas da corrente de curto circuito da tabela 5 10 Tabela 5 8 Caracteristicas do barramento MT Material Massa As Dimens es Massa fytmin Resist ncia Reat ncia Especifica mm do condutor Especifica do do Min mm kg m Condutor condutor kg m Q km Q km Cobre 1 62 800 80 10 70000 120 0 114 0 316 52 Software Seedu Caso de Estudo Tabela 5 9 Configura o e dist ncias no barramento MT Dist ncia entre suportes m N mero de subcondutores Espa
46. da subesta o sem excesso de conce o e aumento desnecess rio do custo global da estrutura 1 Um curto circuito pode ser definido como uma conex o intencional ou acidental em geral de baixa imped ncia entre dois ou mais pontos que normalmente est o a diferentes potenciais el tricos Consequentemente resulta uma corrente el trica que pode atingir valores muito elevados tal como valores de for as eletromagn ticas elevadas e que traz consequ ncias nefastas para as estruturas das subesta es 2 4 Efeito dos Curto Circuitos em Subesta es Uma vis o geral 2 2 For a Eletromagn tica A for a primal para o c lculo dos efeitos din micos provocados pelas correntes de curto circuito Numa subesta o verifica se v rias vezes a exist ncia de dois ou mais condutores em paralelo Estes condutores sofrem efeitos de atra o e de repuls o mutuamente como consequ ncia das for as do campo magn tico produzido pela corrente que circula pelos mesmos Essas for as ser o de atra o se as correntes circulem no mesmo sentido ou de repuls o quando estas est o em sentidos opostos 2 Sob condi es normais de funcionamento as for as eletromagn ticas s o muito pequenas e n o causam um impacto significativo na estrutura mec nica da subesta o e portanto s o negligenciadas No entanto em condi es de curto circuito a for a eletromagn tica relativamente grande e pode danificar a estrutura mec nica do sis
47. dos Curto Circuitos em Subesta es Uma vis o geral Neste cap tulo ser feita uma breve refer ncia constitui o e finalidade das subesta es de distribui o e transporte Ser mencionada na sec o 2 2 a principal for a a que est o sujeitos os diversos equipamentos das subesta es quando expostos a uma corrente de curto circuito A complementar na sec o 2 3 ser descrita os efeitos que as correntes de curto circuito t m nas subesta es Tamb m na sec o 2 4 ser o abordados alguns desenvolvimentos realizados na rea de c lculo de curto circuitos em subesta es 2 1 Subesta es de Distribui o e Transporte Uma subesta o uma instala o el trica de alta pot ncia que cont m um conjunto de aparelhos el tricos como seccionadores disjuntores transformadores barramentos e uma sala de controlo Estes aparelhos est o interligados e organizados de forma a fazerem parte do sistema de distribui o de energia el trica de um pa s 1 As subesta es normalmente t m v rias finalidades tais como o controlo do fluxo de energia que interliga os v rios produtores e n o permite que haja falhas nos consumidores para al m de elevar a tens o na distribui o ou reduzi la para consumo A estrutura da subesta o deve ser portanto projetada para suportar as for as din micas decorrentes de um curto circuito A subesta o deve estar projetada de forma a evitar o fracasso de qualquer componente
48. e um feixe Fator de tens o da contra o de um feixe Dilata o t rmica Fator de tens o de um condutor principal flex vel Fator para o c lculo de F q no caso de subcondutores que n o colidem Temperatura do condutor no in cio do curto circuito Temperatura do condutor no fim do curto circuito Fator para o c lculo do valor de pico da corrente de curto circuito Constante magn tica permeabilidade do v cuo Fatores para o c lculo de Fa Fatores para o c lculo de Fp a Fatores para o c lculo de Fa Fatores para o c lculo de Fp a Fatores para o c lculo de Fa Fator para o c lculo de Fpi no caso de choque de subcondutores Valor mais pequeno de o quando o m dulo de Young se torna constante Tens o de flex o causada pelas for as entre condutores principais Tens o resultante de um condutor Quantidade para o m ximo ngulo de oscila o Fatores para a for a de tens o num condutor flex vel Fatores para a for a de tens o num condutor flex vel Condutividade especifica a 20 C xiv Cap tulo 1 Introdu o Nos ltimos quarenta anos presenciou se difus o do computador expandindo se nas mais diversas reas tendo assumido um papel importante no mbito da constru o do conhecimento O computador aliado ao software educativo proporciona a cria o de ambientes de aprendizagem que enfatizam a constru o do saber Estes programas quando corretamente utilizados favorecem a aprendizagem de um conceito
49. er ser expressa em kA In Ice X Vm n 21 542 kA Eq 5 53 Seguidamente devera ser calculado o valor da densidade da corrente de curto circuito t rmica equivalente que dada por Sa 58 903 A mm Eq 5 54 Com o valor de S dever ser calculada a densidade de corrente convencional de curta dura o estipulada valor eficaz durante um segundo T r 1 recorrendo express o Eq 5 55 Para tal essencial determinar os fatores de c lculo seguintes Tabela 5 11 Fatores de c lculo para a S p para condutor de alum nio 20 K0 C P 0 004 34 8 x 10 910 2700 _ 1 K20Xcxp 1 a 29X e 20 _ 2 Sir Fax x In eee c 83 884 A mm Eq 5 55 Para que o cabo resista aos efeitos t rmicos necess rio que se verifique a seguinte Sin lt Site X Ti Eq 5 56 Tk condi o 54 Com Stay XvVTu Te 48 430 A mm que menor que 0 S pode se concluir que o condutor em an lise n o resistir aos esfor os t rmicos a que se encontra sujeito durante um curto circuito Contudo dever ser tido em atendido que os c lculos efetuados n o consideram que a exist ncia de subcondutores para efeitos de distribui o de corrente Ou seja os c lculos refletem que a corrente flui apenas por um subcondutor com a sec o de 366 22 mm e Barramento AT Tal como efetuado para o c lculo dos efeitos t rmicos nos cabos tamb m para o condutor tubular dever ser calculada a corrente de curto circu
50. ermite que o c digo seja executado em qualquer sistema operativo 28 Com a linguagem de programa o Java foi poss vel desenvolver um c digo dividido em pacotes de classes em que faz uma separa o da interface com a base de dados e separa tamb m as fun es de c lculo para cada tipo de condutor Esta separa o permite que qualquer altera o numa determinada fun o seja poss vel sem colocar em causa a funcionalidade do programa possibilitando assim sempre que desejado efetuar manuten es ao software Dado que se pretende que este programa tenha um car cter educativo foi desenvolvida uma interface que permite o seu f cil manuseamento e intera o intuitiva A interface do Seedu encontra se estruturada de acordo com o fluxograma da figura 4 1 20 O que pretende fazer pretende azer qu pretende azer ee e O qu pretende azer ore remo Novo Projeo A condutor pretende fazer Preenchimento Proj Te i NAO SIM Especifica o O do dado Inv lido SIM SIM Apresenta o de Resultados NAO Especifica o do SIM ravarem SIM bee armazenamento isco de resultados Figura 4 1 Fluxograma de utiliza o do Seedu A interface quando inicializada possui um programa de c lculo e um menu de ajuda como mostra a figura 4 2 22 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu E Seedu Vers o 1 0 Programa Ajuda Facuid
51. esenvolvimento do c lculo de curto circuitos existem normas espec ficas onde usualmente s o utilizadas normas europeias da Comiss o Eletrot cnica Internacional Os estudos realizados pela CEI constituem uma refer ncia para o c lculo dos curto circuitos em subesta es tendo em considera o os efeitos mec nicos e t rmicos que estes causam nos equipamentos da mesma 7 A International Council on Large Electric Systems realizou tamb m investiga es que incluem a simula o de condutores r gidos e flex veis quando expostos a elevadas correntes de curto circuito onde analisado o efeito dessas correntes nos diversos equipamentos de uma subesta o tal como todas as for as que os condutores est o sujeitos perante correntes de curto circuito 4 As simula es efetuadas pelo CIGR t m por base as normas da CEI e fazem uma an lise completa para o estudo dos efeitos dos curto circuitos em subesta es uma vez que contempla v rias configura es barramentos para v rios tipos de condutores 4 2 4 1 Desenvolvimento da CEI 60865 para o c lculo dos curto circuitos em subesta es Em 1955 foi desenvolvido por Lehmann o primeiro m todo de an lise de curto circuitos usando condutores r gidos Posteriormente novas investiga es resultaram em edi es publicadas em 1986 pela CEI e em 1994 o m todo da CEI EN 60865 1 foi aprovado que contemplam n o s condutores r gidos mas tamb m flex veis 4 A norma CE
52. eta o simplificada dos resultados E 3 Pr Sa 4 Dados do c lculo de Barras e FFE 2 Programa Caracteristicas do curto circuito Suportes Barra Caracteristicas do Barramento Corrente de curto circuito Temperatura Icc kA rm s Ti C Tf C Tk s Ik KA rm s Corrente de curto circuito em regime permanente r m s Tipo de curto circuito Frequ ncia de rede N vel de tens o do barramento Curto circuito trif sico f Hz V kV O Curto circuito entre duas fases Validar Figura 4 4 Interface gr fica introdu o de dados Depois de preenchidos todos os campos necess rios para o c lculo pretendido se eventualmente o utilizador introduzir valores inv lidos na interface surgir uma mensagem de erro alertando ao utilizador quais os dados inv lidos como se pode ver pela figura 4 5 Esta funcionalidade permitir ao utilizador reintroduzir os dados de novo corretamente para que o software possa valid los e prosseguir com os c lculos 24 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu Dados do c lculo de Barras ZX Programa Caracteristicas do curto circuito Suportes Barra Caracteristicas do Barramento Corrente de curto circuito Temperatura Icc kA 25p rms TiC 65 TFC 180 Tk s 3 ka 192 Ems Dados Inv lidos p Erro Valor Icc inv lido Tipo de curto circuito do barramento Curto circuito trif sico Q Curto circui
53. g Short Circuit Test in Three Phase Busbar System em IEEE Colloquium on Humanities Science and Engineering Research Penang 2011 3 F M Yusop M K M Jamil D Ishak e S Masri Study on the Electromagnetic Force Affected by Short Circuit Current in Vertical and Horizontal Arrangement of Busbar System em International Conference on Electrical Control and Computer Engineering Pahang Malaysia 2011 4 International Council on LargeElectric Systems The Mechanical Effects of Short Circuit Currents in Open Air Substations PART II CIGRE 2002 5 M Abd El Aziz M N F Nashed A Adly e E Abou El Zahab Electromagnetic Forces Densities for 3 Phase Busbar Parallel Connected to Rectifier Load em The International Conference on Advanced Power System Automation and Protection 2011 6 D Simpson The Use of Compression Technology on Busbars em 79th EESA Conference Sydney Australia 2003 7 CEI 60865 1 Short circuit currents Calculation of effects Part 1 Definitions and calculation methods International Electrotechnical Commission Geneva 2011 8 CEI 865 1 Short circuit currents Calculation of effects CEI Geneve 1994 9 Cr CEI 60909 0 Short circuit currents in three phasea c systems Part 0 Calculation of currents International Electrotechnical Commission Geneva 2002 10 Schneider Electric Schneider Electric Electrical Schneider 2010
54. idade profissional na rea de projeto de subesta es 62 Conclus es e perspetivas de desenvolvimentos futuros para o Seedu Com o software desenvolvido foi comparado os resultados dos c lculos efetuados sem recorrer a uma ferramenta inform tica com os resultados obtidos pelo Seedu para um projeto tipo da EDP Distribui o e para um barramento de uma subesta o cl ssica Desta compara o verificou se que os resultados obtidos pelos dois m todos eram iguais Tamb m com os exemplos de c lculo disponibilizados pela norma CEI 865 2 verificou se que quando aplicados no Seedu se obtiveram os mesmos resultados tanto para os resultados finais como para os c lculos interm dios Por conseguinte o programa foi validado para a realiza o de c lculo Em suma o Seedu contribui para avaliar o desempenho de subesta es el tricas quando percorridas por uma corrente de curto circuito tal como experimentar v rias solu es para diversos pontos da subesta o Esta polival ncia permite os profissionais em projeto de subesta es el tricas encontrar as melhores solu es para os diferentes pontos de subesta es 6 2 Limita es do Seedu Programa Educacional para o Desenho de Subesta es O software desenvolvido apresenta algumas limita es nomeadamente para o c lculo dos efeitos t rmicos n o considerada o efeito de distribui o de corrente no caso da exist ncia de subcondutores Portanto uma poss vel otimiza
55. ir um ngulo de oscila o no final da passagem da corrente de curto circuito como o condutor n o apresenta deriva es a meio do v o ent o existir um ngulo 44 maximo de oscila o do condutor max Este ngulo m ximo obtido em fun o de Sena pois o valor deste determinar o valor do fator x e consequentemente a express o de c lculo de Smax Deste modo sabendo que Sena gt 90 para ambas as temperaturas tem se que x 1 r e com x lt 2 157 o c lculo do ngulo de oscila o m ximo dado pela express o 5 19 que dever ser apresentada em graus max 20 max 60 180 0 Eq 5 19 Devido passagem de corrente de curto circuito pelo condutor ser criada uma for a de tens o sobre o cabo em an lise designada por for a de tens o durante o curto circuito no condutor central principal F a Esta for a dever ser dada em kN e calculada de acordo com as express es Eq 5 20 e Eq 5 21 em fun o dos fatores de c lculo e y sendo estes fatores adimensionais Fra 20 Fst 20 x 1 ew 0 929 kN Eq 5 20 F a oo Est 60 X 1 PY 0 828 kN Eq 5 21 Para obter o valor do fator de c lculo q deve se primeiramente verificar a seguinte rela o tanto para a temperatura de 20 C e 60 C T gt Tres Como para o presente caso em an lise a rela o verifica se ent o q calculada pela express o matem tica Eq 5 22 P_20 Poo 3 V1 r 1 6 943
56. ita uma abordagem sobre software educativo a sua import ncia e a forma como pode contribuir para a constru o de conhecimento Ser tamb m feita referencia aos dois principais paradigmas assentes sobre o software educativo nomeadamente o paradigma construtucionista e o instrutucionista Tamb m ser feita uma revis o sobre os tipos de software educativos importantes para a escolha do tipo de software educativo a desenvolver e as caracter sticas e etapas que premeiam o desenvolvimento de um software No cap tulo tr s ser tamb m feita uma abordagem sobre as caracter sticas ergon micas de uma interface que servir o de guia para o desenvolvimento da mesma No cap tulo 4 descrito o paradigma educativo que apoiou o desenvolvimento do programa Ser tamb m apresentado as caracter sticas e as funcionalidades do programa desenvolvido tal como os fluxogramas que orientaram o desenvolvimento de toda a programa o efetuada No cap tulo 5 apresentado um caso de estudo para cada tipo de condutor barra tubo e cabo onde feito o c lculo sem recorrer ao software desenvolvido tal como ser feito o c lculo autom tico recorrendo para isso ao software desenvolvido Posteriormente ser o comparados os resultados obtidos pelo c lculo manual e autom tico de forma a validar o programa Por ltimo o sexto cap tulo destina se a apresentar as principais conclus es e limita es do programa desenvolvido Cap tulo 2 Efeito
57. ito t rmica equivalente r m s com a express o Eq 5 57 e sabendo os fatores m e n calculados segundo as express es Eq 5 49 e Eq 5 50 lin le X Vm n 21 742 kA Eq 5 57 Os fatores Tj e I necess rios para o c lculo de m e ns o calculados segundo as express es matem ticas enumeradas em Eq 5 51 e Eq 5 52 Os resultados de c lculo dos fatores necess rios para o c lculo de I encontram se na tabela 5 12 Tabela 5 12 Fatores de c lculo para a Ith m Ip KA T n 0 016 22 699 2 622 0 741 De seguida tal como nos c lculos dos efeitos t rmicos nos cabos ter que ser calculada a densidade da corrente de curto circuito t rmica equivalente que a mesma express o utilizada para os cabos e enumerada em Eq 5 58 Sin E 18 426 A mm Eq 5 58 Em seguida dever ser calculada a densidade de corrente convencional de curta dura o estipulada valor eficaz durante um segundo T r 1 recorrendo express o Eq 5 55 e tendo em conta os fatores de c lculo expressos pela tabela 5 11 pois o tubo de aluminio Assim resulta um valor de Snr 83 884 A mm Posteriormente necess rio verificar a condi o Eq 5 59 que determina se o condutor resistir aos esfor os t rmicos Sih lt Su Eq 5 59 Sabendo que Sm 18 426 A mm e que Sp XTer Tk 48 431 A mm pode se concluir que o condutor em an lise resistir aos esfor os t rmicos de uma corrente de curto circuito com as caracter stic
58. iu se que o m todo implementado pela CEI v lido e indicado para projetar subesta es 4 Para al m dos efeitos mec nicos os curto circuitos tamb m t m efeitos t rmicos sobre os condutores Assim a norma CEI 60865 conjuntamente com norma CEI 60690 permite a an lise dos efeitos t rmicos das correntes de curto circuito Esta an lise feita em fun o do tempo de dura o da corrente de curto circuito onde atrav s do c lculo da densidade da corrente de curto circuito poss vel aferir se o condutor resistir aos efeitos t rmicos dos curto circuitos 9 Tendo por base as orienta es da CEI referidos na sec o 2 4 deste cap tulo ser poss vel desenvolver ferramentas computacionais que permitem efetuar todo um c lculo complexo Estes c lculos permitir o projetar de forma eficaz todos os barramentos e suportes de uma subesta o de forma a suportar uma determinada corrente de curto circuito possibilitando tamb m ser estudado novas configura es de subesta es 2 5 Considera es Finais Os efeitos dos curto circuitos em subesta es podem provocar deforma es permanentes nos equipamentos Por isso torna se importante proceder ao c lculo dos efeitos t rmicos e mec nicos das correntes de curto circuito Os efeitos das correntes de curto circuito est o dependentes tanto do valor da corrente tal como da configura o da subesta o e dos condutores Para o c lculo dos efeitos din micos devido corre
59. lado com recurso s express es matem ticas que se seguem para as duas temperaturas Too 2T X e 20 0 280 s Eq 5 6 Too 2T X iam x 0 359s Eq 5 7 Durante a passagem da corrente de curto circuito o condutor oscila a um determinado per odo para cada temperatura de funcionamento Assim o per odo resultante da oscila o de um condutor durante a passagem de um curto circuito dado pelas express es Eq 5 8 e Eq 5 9 e dever ser apresentado em segundos T y FE OTIS Eq 5 8 O TETE ETS 90 T Dies 0 219s Eq 5 9 O Arex Ex 2 64 90 Seguidamente necess rio calcular a norma de rigidez do cabo Para este c lculo necess rio conhecer a constante de elasticidade resultante dos dois suportes de um v o S tal como o m dulo de Young atual Eef No caso em estudo como o valor de S n o conhecido assume se um valor pr definido consoante o n vel de tens o Neste caso estando a analisar o andar de 60kV assume se que S 100 x 10 N m Para o c lculo da norma de rigidez necess rio determinar o m dulo de Young atual avaliando primeiramente a seguinte condi o Fst nxAs Sora Eq 5 10 44 Software Seedu Caso de Estudo Onde og 50 x 10 N m Como a condi o Eq 5 10 verdadeira o valor de Egr calculado segundo as express es Eq 5 11 e Eq 5 12 e dever ser apresentada em N m o T N Eers 20 E X cos 360 z 1 801 5 Eq 5 11 o
60. m ficheiro de texto que poder ser guardado numa pasta escolhida pelo utilizador Estes resultados constituem resultados de c lculos interm dios efetuados pelo programa onde o utilizador poder compar los com os seus c lculos manuais 26 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu S Resultados l B amp E Libraries m Seedu E Ex51987 E Usar pra SE Computer 5 Ainstalar tt E Network 5 compras bt E Curto circuitos F matt Disserta o SEGURAN A F SE tt File Name Resultados Cabos Files of Type TEXT FILES txt 7 Os condutores n o chocam O condutor resiste aos efeitos t rmicos Figura 4 8 Gravar dados em disco 4 2 1 Base de Dados do Seedu O programa Seedu constitu do por uma base de dados onde poder o ser testadas v rias configura es de subesta es comparando o desempenho de diferentes modelos de equipamentos consoante diferentes caracter sticas de curto circuitos A base de dados foi desenvolvida em SQLite pois para al m de ser livre e simples permite que seja usada sem a necessidade de recorrer um servidor externo A base de dados constitu da por quatro tabelas Tubos Barras Cabos e Suportes como mostra a figura 4 9 Nestas tabelas encontrar se o os registos que cont m cada um dos campos de acordo com a figura 4 9 Estes campos dever o ser preenchidos sempre que se pretenda adicionar novo material na base de dados 26
61. ma europeia CEI 60865 de 2011 usado um m todo para o c lculo dos valores m ximos de e For a de tra o durante e no fim do curto circuito e For a de aperto nos subcondutores e Deslocamento horizontal durante a oscila o do condutor Estas for as podem ser calculadas tendo em conta as caracter sticas do curto circuito e a configura o dos condutores presentes na subesta o Em 2011 desenvolvimentos na rea de estudo dos curto circuitos permitiram analisar os efeitos de deriva es em condutores principais denominados na l ngua inglesa como dropper 7 Verificou se que estes condutores est o sujeitos em condi es normais a uma tens o geralmente muito baixa menos de 1 N mm Contudo na presen a for as electromagn ticas de curto circuito o comportamento do dropper diferente do condutor principal e atualmente as for as a que este est sujeito j podem ser calculadas 4 A figura 2 5 mostra sete diferentes configura es para condutores flex veis que s o usadas em subesta es entre elas salienta se o dropper representado pelas letras B E e F 4 mm Figura 2 5 Configura o de condutores flex veis 4 Para condutores flex veis os c lculos de acordo com a publica o CEI 60865 1 foram sujeitos a testes intensivos em diferentes laborat rios As maiorias dos resultados dos testes encontram se na gama de 25 de concord ncia entre eles Confrontando os diferentes testes conclu
62. nsist ncia opera es semelhantes devem ter processos id nticos Se um bot o azul abre um documento e um verde o grava noutra situa o o bot o azul pode mostrar um gr fico e o verde grav lo por exemplo Atribui o correta refere se aos atributos de um objeto que permitem a um utilizador saber como o usar Por exemplo um campo em branco sugere a a o escrever aqui enquanto que um bot o traduz clicar aqui Qualquer utilizador quer sistemas de f cil aprendizagem e utiliza o para al m de eficazes eficientes e seguros Para que todas estas exig ncias sejam satisfeitas de forma adequada preciso avaliar a interface em desenvolvimento antes de a considerar como terminada 23 Ao implementar uma interface o construtor n o deve assumir que os utilizadores s o iguais a ele nem presumir que o fato de estar a seguir todas as regras existentes para a excelente execu o da interface garantia de uma boa usabilidade da mesma Da que avalia o sempre necess ria pelas quatro raz es que se seguem 26 Perce o do mundo real conhecer o modo como os utilizadores utilizam o software nos seus locais de trabalho e tentar aperfei oar o seu design para que se adapte melhor ao ambiente em quest o Compara o de designs ocasionalmente o desenhador de uma interface quer comparar dois ou mais designs de modo a perceber qual ser melhor para por exemplo evidenciar as tarefas mais importantes 18 Soft
63. nte de curto circuito a CEI constitui uma refer ncia A norma CEI 60865 conjuntamente com norma CEI 60690 permite analisar os efeitos t rmicos e mec nicos das correntes de curto circuitos Em particular a norma CEI 60865 permite calcular diversas for as atuantes nos condutores e suportes aquando da passagem da corrente de curto circuito para condutores r gidos e flex veis Cap tulo 3 Software aplicado ao treino e educa o quais os desafios Na constru o de conhecimento no universo da educa o as novas tecnologias t m evolu do rapidamente e j desempenharam um papel preponderante como elemento transformador no modo de aceder e organizar o universo da informa o colocando novos desafios pedag gicos na tarefa de auxiliar o formando a organizar novas reas do saber 11 Este cap tulo far uma breve alus o ao software educativo e aos paradigmas que est o na base da sua conce o tal como alguns programas educativos existentes no mercado Ser o descritas as etapas para o desenvolvimento de um software educativo e as caracter sticas ergon micas para a constru o de uma interface 3 1 O software Educativo desafios As tecnologias inform ticas mostram que quando utilizadas adequadamente auxiliam no processo da constru o do conhecimento tornando o processo ensino aprendizagem mais estimulante e mais eficaz 12 Com o desenvolvimento de tecnologias mais precisamente do computador surgiu o software educati
64. o a exist ncia destas caracter sticas n o condi o suficiente 16 Software aplicado ao treino e educa o quais os desafios para produ o de um bom software A combina o dos diferentes aspetos sugeridos que fazem um software ser mais interessante e efetivo que outro 14 3 4 Caracter sticas ergon micas da interface Qualquer interface gr fica ou n o o utilizador valoriza a facilidade com que consegue executar as tarefas pretendidas e a comodidade ao execut las Por isso as quest es chave na implementa o de uma interface s o a sua finalidade e os seus utilizadores alvo Assim preciso identificar as necessidades do utilizador e a partir da criar uma interface til e agrad vel 23 A melhor forma de identificar as necessidades dos utilizadores mantendo os envolvidos em todo o processo de cria o Os utilizadores podem ser uma fonte de informa o para o desenvolvimento da interface atrav s de entrevistas question rios ou da sua observa o no local habitual de trabalho para determinar os aspetos que a interface dever focar Podem tamb m ser consultados sobre decis es referentes ao aspeto da interface sendo objeto de consulta nas diferentes vers es j implementadas ou ainda na fase de desenho 23 Essencialmente o processo de desenvolvimento de uma interface envolve quatro atividades b sicas 24 e Identificar necessidades necess rio estudar o comportamento do utilizador de fo
65. o da aprendizagem dever estar nas m os do utilizador Os programas educativos devem ser desenvolvidos de tal forma que o utilizador sinta que suas a es n o 14 est o a ser limitadas pelo programa e onde o utilizador dever ser capaz de resolver o problema de acordo com a sua capacidade cognitiva c O valor do erro O valor do erro centra se no fato de que quando o utilizador n o obt m resultados positivos a resposta da aplica o deve ser neutra quanto dire o a ser seguida Qualquer informa o ou dire o fornecida al m da apropriada vista como interven o Para sinalizar os erros h unanimidade de que estes devem ser assinalados imediatamente ou o mais rapidamente poss vel Para a corre o de erros o utilizador deve poder rever facilmente a opera o ou a linha onde se situa o erro e deve poder anular eventualmente na totalidade ou em parte o trabalho que foi feito depois deste d Programa o s lida e efetiva O programa deve ser claro quanto aos seus objetivos e como estes s o atingidos Relativamente interface dever haver prud ncia no uso de cores uma vez que estas podem se tornar fontes de distra o e dificultar o processo de aprendizagem por parte do utilizador e Documenta o O software dever possuir documenta o de ajuda ao utilizador Esta documenta o dever incluir um manual de utiliza o tal como mensagens de erro e de aviso que poder o aparecer na interface de tal
66. o de m dia tens o verifica se que estes est o de acordo com os obtidos pelo c lculo sem recurso ao Seedu o que vem refor ar a efic cia do Seedu 60 Software Seedu Caso de Estudo co ou Efeitos Mecanicos Fm N For a exercicda no suporte A KN 857 179 fie s pe o 2 196 For a m xima de tens o no condutor principal N m 2 1 PRET For a exercicda no suporte B kN 8 799E7 1 318 For a m xima de tens o nos subcondutores N m 2 0 000 Os suportes resistem aos esfor os mec nicos Os condutores resistem aos esfor os mec nicos Frequ ncia do condutor principal Hz Efeitos Termicos 18 481 Densidade da corrente t rmica A mm 2 Frequ ncia do subcondutor Hz 16 449 O condutor resiste aos efeitos t rmicos Gravar em disco N o h perigo de efeito de resson ncia Figura 5 5 Resultados dos esfor os din micos nas barras Salienta se que o programa foi testado tamb m para todos os casos exemplificados na norma CEI 865 2 no qual o programa respondeu com os mesmos resultados tanto para os c lculos finais como para os interm dios 5 3 Considera es Finais Neste cap tulo foram concebidos tr s exemplos de c lculo com e sem recurso ao Seedu para uma barra de cobre um tubo de alum nio e um cabo de alum nio de uma subesta o tipo da EDP Distribui o e de uma subesta o cl ssica da mesma empresa Para verificar se estes condutores resistem aos efeitos t
67. o de multim dia pronta e Internet s o atividades que auxiliam o formando a adquirir informa es mas n o a compreender ou construir conhecimentos com a informa o obtida Torna se necess ria a interven o do agente de aprendizagem para que o conhecimento seja constru do E Jogos Educativos Os jogos educativos s o desenvolvidos geralmente com a finalidade de desafiar e motivar o utilizador envolvendo o numa competi o com colegas permitindo interessantes usos na educa o Contudo os jogos podem dificultar o processo da aprendizagem uma vez que quando o utilizador estiver a jogar o interesse est direcionado para ganhar o jogo e n o em 12 Software aplicado ao treino e educa o quais os desafios refletir sobre os processos e estrat gias envolvidos no mesmo Sem essa consci ncia dif cil adquirir conhecimentos sobre a tem tica abordada pelo jogo F Software de Simula o Os programas educativos do tipo simula o possibilitam a viv ncia de situa es dif ceis ou at perigosas de serem reproduzidas Para que um fen meno possa ser simulado no computador necess rio que um modelo desse fen meno seja implementado Assim a escolha do fen meno a ser desenvolvido feito priori e fornecido ao utilizador atrav s do programa Ao utilizador cabe a altera o de certos par metros e a observa o do comportamento do fen meno de acordo com os valores atribu dos 12 Este tipo de software permite
68. o valor encontrado no c lculo sem recurso ao Seedu verificando se o mesmo para Fra para amin onde estes apresentam no c lculo autom tico o mesmo valor obtido na sec o 5 1 No que concerne aos resultados t rmicos estes tamb m est o em concord ncia onde o Seedu chegou ao mesmo valor de densidade de corrente t rmica 58 903 A mm concluindo se que o cabo n o resiste aos esfor os t rmicos dos curto circuitos Contudo como referido na sec o 5 1 no c lculo dos esfor os t rmicos n o tido em considera o a distribui o da corrente no caso de exist ncia de subcondutores 58 Software Seedu Caso de Estudo A Resultados Efeitos Mecanicos For as relativas aos Efeitos Horizontais corcas relativas aos Efeitos Verticais For a entre os subcondutores For a Eletromagn tica N m 62 500 For a inicio do CC kN For a de compress o kN For a ncio do CC kN sem Dropper 0 929 Deslocamento horizontal m ximo m For a ncio do CC kN com Dropper For a m xima exercida sobre os suportes KN For a final do CC kN 0 774 Os suportes resistem aos esforcos mecanicos amin m Efeitos T rmicos 1 323 FRS Densidade da corrente t rmica 4A mm 2 58 903 O condutor n o resiste aos efeitos t rmicos Gravar em disco Os condutores n o chocam Figura 5 3 Resultados do c lculo autom tico dos cabos e Barramento AT Analisando o
69. ondutores e suportes em subesta es contra os efeitos din micos das correntes de curto circuito A aplica o foi desenvolvida em linguagem de programa o Java recorrendo ao IDE NetBeans e para a constru o da base de dados foi utilizada o SQLite O software foi constru do de forma permitir a sua f cil utiliza o permeando a versatilidade de situa es que poder o ser analisadas revelando ser tamb m uma ferramenta eficaz nos exemplos de c lculo efetuados Abstract The design of busbars and supports in electrical substations is a procedure that takes contours of some complexity it is a process that involves performing numerous calculations and query multiple tables and charts in order to verify the adequacy of the bus and support to that substation Then come the need to develop an application which aggregates all the information necessary for the design of busbars and supports and that can still perform all of the calculations sizing against thermal and mechanical effects resulting from short circuit currents Yet a simulation program by checking the pedagogical benefits of educational software in both academic and professional environments was developed This program allows users especially professionals in substations to construct and improve their knowledge concerning the sizing of conductors and supports of substations against the dynamic effects of short circuit currents These application was developed in Java progr
70. or as Frac2o Fra 20 Com os c lculos efetuados conclui se que uma vez que os suportes das extremidades suportam aos esfor os din micos dos curto circuitos uma for a de 4kN e como as for as aqui calculadas s o inferiores a 4kN ent o os suportes resistem aos esfor os mec nicos causados pela corrente de curto circuito analisada Conclui se tamb m que como amin positivo e diferente de zero ent o os condutores durante a sua oscila o como resultado da passagem da corrente de curto circuito n o colidem 48 Software Seedu Caso de Estudo e Barramento AT Seguidamente ser efetuada a an lise do barramento AT que se encontra entre os seccionadores O barramento constitu do por tr s condutores r gidos tubulares um condutor por fase de alum nio onde as suas caracter sticas encontram se descritas nas tabelas 5 5 5 6 e 5 7 Tabela 5 5 Caracter sticas do cabo r gido tubular Tipo de Material Massa Dimens es do Sec o M dulo de fy condutor Especifica condutor mm mm Young Ma N mm kg m Condutor Aluminio 1 67875 80 70 1180 70360 4187 215 Tubular Tabela 5 6 Caracter sticas do cabo r gido tubular continua o Resist ncia do Condutor Q km Reat ncia do condutor Q km 0 0241 0 336 Tabela 5 7 Configura o e dist ncias no barramento AT Comprimento do Tubo m N mero de subcondutores Espa amento entre condutores m
71. orma e de dilata o poss vel obter o m ximo deslocamento horizontal de um cabo by aquando do curto circuito Este deslocamento depende do valor do ngulo m ximo e pelo fato de o condutor ser tracionado ou suspenso O c lculo do deslocamento dever apenas ser feito para a temperatura de 60 C pois obt m se maiores valores de bp Uma vez que o condutor suspenso 1 1 e como max 60 gt 90 tem se que o deslocamento m ximo dado pela express o Eq 5 29 em metros by Cp x Cr x fes 60 0 089 m Eq 5 29 Durante o curto circuito os condutores em configura o complanar s o deslocados a meio do v o No caso mais desfavor vel sobre um c rculo de raio b volta da linha reta que une os dois pontos de fixa o adjacentes A dist ncia entre pontos centrais dos dois condutores principais durante um curto circuito dada no caso mais desfavor vel pela express o Eq 5 30 Amin 4 2b 1 323 m Eq 5 30 Como n o existem elementos espa adores entre os subcondutores ent o n o ser necess ria calcular a for a de aperto entre os subcondutores Portanto haver apenas duas for as para comparar com a for a que os suportes aguentam o m ximo da for a aplicada no in cio do curto circuito e o m ximo da for a aplicada no condutor no final co curto circuito neste caso termos Fra zo Fta 20 De referir tamb m que para que o cabo flex vel resista aos esfor os mec nicos dever suportar as f
72. outro n vel de constru o do conhecimento onde o uso do computador nessa abordagem configura se de maneira antag nica inicialmente introduzida com o instrucionismo 12 Instrucionismo Construcionismo amp Software Software Dire o do ensino m ousus op ogag Aluno Aluno espectador agente Figura 3 1 Linhas do ensino aprendizagem atrav s do computador 11 A figura 3 1 apresenta as duas linhas do processo ensino aprendizagem instrucionismo e construcionismo sugerindo uma compara o entre elas Nota se em ambos os casos a presen a do computador do aluno e de um software As diferen as est o no sentido do 14 Software aplicado ao treino e educa o quais os desafios ensino no tipo de software utilizado e na postura a ser adotada pelo utilizador dentro do processo 12 No instrucionismo o computador assume se como uma m quina de ensinar e isso incorre basicamente na replica o dos m todos tradicionais de ensino distinguindo apenas a forma de transmitir os conte dos que passam a ser mediados pelo computador 12 No construcionismo de Papert o processo invertido O educando precisa assumir postura ativa no processo ensino aprendizagem Desta forma os utilizadores constroem o seu pr prio conhecimento 19 3 3 Etapas e Padr es de qualidade para o desenvolvimento de software educativo O software educativo a ser desenvolvido deve satisfazer padr es definidos pela
73. r qual o equipamento que pretende testar onde automaticamente ser o preenchidos todos os campos relativos a esse equipamento Devido complexidade dos c lculos efetuados pelo programa que variam consoante o equipamento a analisar tipo de curto circuito e com a configura o da subesta o desenvolveu se um conjunto de fluxogramas de modo a propiciar uma r pida visualiza o dos c lculos envolvidos no dimensionamento 4 3 Fluxogramas de c lculo Para o c lculo autom tico foram desenvolvidos tr s fluxogramas um relativo s Barras outro para os Tubos e outro para os Cabos Flex veis Os fluxogramas representados constituem de uma forma simplificada uma sequ ncia de c lculos usados para o dimensionamento de subesta es sendo percorridos pelo software de acordo com os dados previamente introduzidos 4 3 1 Algoritmo de c lculo dos condutores r gidos Barras Nas Figuras 4 16 e 4 17 est o representados de forma simplificada os algoritmos de dimensionamento das Barras Nestes poss vel observar de uma forma sequencial o encadeamento dos principais c lculos efetuados pelo programa para este tipo de condutor 32 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu Condutores R gidos Barras Utilizador Software In cio N O ERRO Dados inv lidos SIM C lculo as Determina o dos par metros Vom Vrm Vrs V os B C lculo Js Jm e fator e C lculo fcm e fc
74. rma a moldar a interface s suas necessidades e Idealizar uma interface que responda s necessidades do utilizador e Construir vers es interativas da interface para que possam ser utilizadas Avaliar o que est a ser constru do ao longo de todo o processo de desenvolvimento Estes passos complementam se e devem ser repetidos tantas vezes quantas necess rias Ao avaliar o que foi constru do identificam se novas necessidades e idealizam se mudan as a efetuar na interface em quest o ou desenvolvem se novos modelos de interface 24 Um outro ponto j referido na sec o 3 3 importante para o desenvolvimento da interface a usabilidade A usabilidade compreende cinco componentes de qualidade facilidade de aprendizagem facilidade de memoriza o efici ncia seguran a e satisfa o 25 Outros autores adicionam tamb m a efic cia e a utilidade 24 As sete componentes de qualidade inerentes ao termo usabilidade s o ent o e Facilidade de aprendizagem refere se a quanto facilmente se aprende a usar uma interface e Facilidade de memoriza o refere se ao qu o facilmente os utilizadores se recordar o do modo de utiliza o de uma interface depois de a terem aprendido a usar Se as opera es a aprender s o il gicas os utilizadores tendem a esquecer o que fazer se usarem poucas vezes a referida interface e Efici ncia mede a rapidez com que o utilizador realiza as suas tarefas ou seja mede o n vel de produtivid
75. rmicos e mec nicos das correntes de curto circuito foi necess rio entrar com um conjunto de par metros Estes par metros s o relativos corrente de curto circuito caracter sticas do condutor configura o dos condutores e caracter sticas dos suportes A partir dos resultados obtidos com e sem recurso ao Seedu foi feita uma an lise comparativa Desta an lise comparativa verificou se que os resultados das for as que atuam sobre os suportes e condutores s o iguais onde consequentemente se chegou mesma conclus o em rela o resist ncia dos equipamentos Relativamente aos esfor os t rmicos verificou se que o valor da densidade da corrente de curto circuito t rmica equivalente foi igual para o exemplo com e sem recurso ao Seedu Daqui se concluiu que o programa efetua eficazmente todos os c lculos relativos aos esfor os t rmicos e mec nicos resultante dos curto circuitos 60 Cap tulo 6 Conclus es e perspetivas de desenvolvimentos futuros para o Seedu Neste cap tulo s o apresentadas as principais conclus es que t m como base o programa desenvolvido sobre a problem tica do dimensionamento de subesta es contra efeitos mec nicos e t rmicos dos curto circuitos No final do cap tulo s o apresentados alguns aspetos que n o foram contemplados para o desenvolvimento do Seedu e que podem ser de especial interesse para o desenvolvimento de um trabalho mais intenso sobre o tema estudado 6 1 Principais Concl
76. s Verifica o de exist ncia de frequ ncia de resson ncia Determina o Verifica o dos dados introduzidos SIM C lculo am k ip C lculo Fm dos parametros N O Determina o dos par metros Vom Vrm B Calculo Jm C lculo de fem Verifica o de exist ncia de frequ ncia de resson ncia Determina o dos parametros C lculo Wm Figura 4 16 Algoritmo de c lculo das Barras 32 Condutores R gidos Barras Utilizador Software C lculo om d C lculo Ws C lculo Sthr Verifica o da condi o para a resist ncia a esfor os t rmicos C lculo os d Determina o do fator q Ficheiro guardado em disco com todos os c lculos efetuados utilizador os c lculos mais relevantes atrav s da interface Verifica o de condi o de resist ncia de condutor a esfor os mecanicos Determina o do par metro a C lculo da for a exercida nos suportes Verifica o da condi o de resist ncia dos suportes aos esfor os mecanicos C lculo Ith C lculo Sth Figura 4 17 Algoritmo de c lculo das Barras continua o 34 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu 4 3 2 Algoritmo de c lculo dos condutores r gidos Tubos Nas figuras 4 18 e 4 19 encontram se os algoritmos desenvolvidos para o c lculo dos esfor os mec nicos
77. s resultados obtidos pelo Seedu quando simulado o tubo descrito na sec o 5 1 com a mesma configura o sujeito s mesmas condi es de curto circuito verifica se que se obt m os mesmos valores que os calculados sem recurso ao Seedu De salientar que na interface de apresenta o de resultados do Seedu s o apresentados os resultados mais importantes aqueles em que se pode concluir se o condutor e suportes resistir o aos esfor os din micos dos curto circuitos 58 Fr Resultados Efeitos Mecanicos Fm N Fs N For a exercicda no suporte A kN 2 838E3 1 585 For a maxima de tens o no condutor principal N m 2 For a exercicda no suporte B kN 3 613E7 0 951 For a maxima de tens o nos subcondutores N m 2 Os condutores resistem aos esfor os mec nicos Os suportes resistem aos esfor os mec nicos Frequ ncia do condutor principal Hz Efeitos Termicos 16 334 Densidade da corrente t rmica A mm2 Frequ ncia do subcondutor Hz 18 426 O condutor resiste aos efeitos t rmicos N o h perigo de efeito de resson ncia Figura 5 4 Resultados do c lculo autom tico dos tubos Comparando os resultados obtidos pelo programa e os calculados manualmente e verificando que estes coincidem pode se concluir que o programa est a efetuar os c lculos corretamente e Barramento MT Observando os resultados apresentados pela aplica o desenvolvida relativamente ao barrament
78. studos por v rios investigadores acerca da estimativa da for a eletromagn tica num barramento onde esta calculada seguindo as diretrizes da norma CEI 60865 1994 Esta for a sendo posteriormente simulada numa ferramenta computacional revelou que num sistema de condutores trif sico o condutor central fase B apresenta um valor mais elevado de for a eletromagn tica em compara o com condutor externo fase A e C como se pode verificar pela figura que se segue 3 Por esta raz o a CEI calcula algumas for as aplicadas na fase central do barramento 7 Figura 2 2 Densidade do fluxo magn tico aquando de um curto circuito trif sico 21 Concluiu se tamb m que o valor da for a eletromagn tica est dependente da configura o do barramento raz o pela qual a CEI 60865 1994 introduziu a vari vel relativa a dist ncia efetiva entre condutores para o c lculo desta for a e avaliar os efeitos din micos das correntes de curto circuito 8 2 3 Efeitos din micos causados pelas correntes de curto circuito em subesta es de distribui o e transportes No momento em que ocorre o curto circuito a corrente aumenta rapidamente atingindo seu valor m ximo Em seguida inicia se o processo de diminui o exponencial da magnitude atingindo valores de transit rio e subtransit rio para alcan ar finalmente ap s alguns ciclos o valor de curto circuito permanente como se pode ver pela figura 2 3 9 6 Efeito dos Curto Circui
79. suportes de um v o Densidade da corrente de curto circuito t rmica equivalente Densidade de corrente nominal de curta dura o Di metro interior do tubo Per odo de oscila o de um condutor Constante de tempo transit ria de uma m quina s ncrona no eixo direto Dura o da corrente de curto circuito Tempo normalizado para o c lculo da densidade de corrente nominal de curta dura o Per odo resultante da oscila o de um condutor durante a passagem de um curto circuito Rela o entre as for as din micas e est ticas exercidas sobre os xiii Ofin Om d Otot suportes Rela o entre as tens es de um condutor principal com e sem reengate autom tico trif sico Rela o entre as tens es de um subcondutor com e sem reengate autom tico trif sico Rela o entre as tens es din mica e est tica de um condutor principal Rela o entre as tens es din mica e est tica de um subcondutor M dulo de flex o de um condutor principal M dulo de flex o de um subcondutor Reat ncia do condutor Fator relativo for a sobre um suporte Coeficiente de temperatura Fator relativo tens o de um condutor principal Capacidade t rmica especifica Massa espec fica Fator relativo estima o da frequ ncia pr pria Dire o angular da for a ngulo de oscila o no final da passagem da corrente de curto circuito ngulo m ximo de oscila o Alongamento el stico Fator de tens o da contra o d
80. t 70 C lculo de Ffd C lculo de bh e amin C lculo de bh e amin Verifica o da condi o para os condutores colidirem Figura 4 21 Algoritmo de c lculo de cabos flex veis continua o 38 Programa Educacional para o Desenho de Subesta es Seedu Condutores Flex veis Cabos C lculo de Ft d iguais dist ncias entre efeitos subcondutores e verticais lt n lt 4 Ak gt 02 Subcondutores colidem C lculo de bh efeitos verticais C lculo do par metro v1 Determina o dos par metros v2ev3 C lculo de Fv C lculo de est epiej Determina o Determina o do par metro amp do par metro n C lculo de v4 e C lculo de v4e ve ve C lculo de Fpi d Figura 4 22 Algoritmo de c lculo de cabos flex veis continua o 38 Utilizador Software Condutores Flex veis Cabos Calcular MAX 1 5Ffd 1 5Ftd 1 0Fpid Verifica o da condi o de resist ncia dos suportes aos esfor os mecanicos Calculo Ith Calculo Sth C lculo Sthr Verifica o da condi o para a resist ncia a esfor os t rmicos Enviados resultados ao Ficheiro guardado em disco com todos os c lculos efetuados utilizador atrav s da interface Figura 4 23 Algoritmo de c lculo de cabos flex veis continua o Todos os fluxogramas expostos na sec o 4 3 deste cap tulo constituem os principais c lculos efetu
81. tamb m devem ser realizados para cada tro o da subesta o a analisar Os resultados destes c lculos t m apenas em considera o que existe um condutor por fase e Cabo flex vel entre a linha AT e o TI Inicialmente deve se calcular a corrente t rmica equivalente r m s de acordo com a expressao Eq 5 53 Para isso precisa se de se obter os fatores m e n O fator m esta relacionado com o tempo da componente dc da corrente de curto circuito e deve ser calculado pela express o Eq 5 49 O fator n est relacionado com a componente ac da corrente e dado pela express o Eq 5 50 1 M _ _ 2xfxT _xIn k 1 x et FxTexME D _ 1 0 002 Eq 5 49 54 Software Seedu Caso de Estudo T Tk r 20x nz 20x r 2 n x 1 1 6 E D iix 1 x 8 3 cc Ix 20Tk Ik Ik 2Tk Ik Tk Tk T I ly 27 a I T 10 1X 7 I ly ly Hix ie fh 42x ae x a d_x 1 e Tg x e 3 x 1 5Tk Ik Ik Tk Ik 5 051Tk Ik Ik Ik 0 741 Eq 5 50 Para o c lculo do valor de n necess rio determinar o valor da constante de tempo transit ria que dada pela express o Eq 5 51 e a corrente de curto circuito transit ria dada pela express o Eq 5 52 TE A a Gap 2 622 Eq 5 51 I __ 22 699 kA Eq 5 52 0 88X0 17x Icc Ik Com os calculos preliminares realizados pode se agora determinar o valor da corrente t rmica equivalente atrav s da express o matem tica 5 53 onde dev
82. tema se este n o for projetado corretamente 3 Na figura 2 1 est o ilustradas as for as de atra o e repuls o aplicadas aos condutores paralelos Figura 2 1 Efeito de atra o e repuls o sob condutores paralelos 2 Resultados de v rios estudos na rea dos curto circuitos em barramentos de subesta es conclu ram que a for a eletromagn tica exercida sobre as estruturas constituintes da subesta o para al m de estar relacionada com o valor das correntes de curto circuito est tamb m ligada dimens o configura o dos condutores e o espa amento entre eles 4 Esta for a considerada essencial para o c lculo das for as que s o exercidas sobre as estruturas das subesta es 2 2 1 For a eletromagn tica em condutores paralelos revis o O c lculo da for a eletromagn tica entre condutores permite projetar de forma eficaz o espa amento entre eles a dimens o e estrutura de apoio para minimizar as for as expostas sobre os barramentos 5 Uma an lise cuidadosa desta for a e os seus efeitos necess ria para evitar tens es excessivas nos condutores e quebra dos isoladores de suporte Em seguida deve ser concebido um condutor que permita resistir a estas for as sem danos A determina o da rea da sec o transversal do material condutor e estrutura de suporte depende da magnitude da corrente de curto circuito e o tempo de dura o dessa corrente 6 At ao momento t m sido realizados e
83. tipo ferramenta educacional Hoje praticamente imposs vel identificar o n mero de programas educacionais produzidos e comercializados dado ao seu elevado n mero 15 Dos programas educativos existentes na rea da engenharia eletrot cnica salienta se o 3D virtual classroom environment for teaching renewable energy production and substation equipment Este software educativo do tipo jogo recorrendo a um jogo online j existente Second Life Este programa permite aos utilizadores aprenderem como uma turbina e lica produz energia observando os diversos componentes a intervirem em todo o processo 16 Tamb m o Teaching reliability analysis of HV MV substations and distribution feeders using educational software um software educativo do tipo simula o ajuda os seus utilizadores a aprenderem a melhorar a fiabilidade das subesta es AT MT Neste programa os utilizadores criam uma subesta o e atribuem ndices de repara o e avaria analisando posteriormente a sua fiabilidade e os pontos cr ticos da subesta o investigando quais as formas de melhorar 17 Outro software educativo desenvolvido na rea da engenharia eletrot cnica o A distribution automation system simulador for training and research onde o simulador 12 fornece um ambiente interativo para compreender a tecnologia emergente de automa o de distribui o de energia 18 No que concerne rea dos curto circuitos em subest
84. to circuito Frequ ncia de rede Frequ ncia pr pria do condutor principal Flecha est tica equivalente de um condutor a meio do v o Frequ ncia pr pria dos subcondutores Flecha dinamica de um condutor a meio do v o Tens o correspondente ao limite el stico Valor convencional da acelera o da gravidade Altura do dropper Corrente de curto circuito inicial sim trica r m s Corrente de curto circuito t rmica equivalente Corrente de curto circuito em regime estacion ria Corrente de curto circuito em regime transit rio Valor de pico da corrente de curto circuito Momento de in rcia do condutor principal Momento de in rcia do subcondutor Par metro que determina a configura o de um feixe durante a passagem da corrente de curto circuito Fator relativo dist ncia equivalente de um condutor Dist ncia ao centro entre suportes Comprimento de um condutor principal flexivel num v o Fator de aquecimento da componente d c da corrente de curto circuito Massa por unidade de comprimento do subcondutor Massa por unidade de comprimento do condutor principal Norma de rigidez de uma instala o com condutores flex veis N mero de subcondutores de um condutor principal Fator de aquecimento da componente a c da corrente de curto circuito Fator de plasticidade Rela o entre a for a eletromec nica sobre um condutor devido a um curto circuito e a sua gravidade Resist ncia do condutor Constante de elasticidade dos
85. to entre duas fases Validar Figura 4 5 Erro na introdu o de dados na interface Por m se eventualmente os dados estiverem inseridos e validados o programa calcular os respetivos esfor os mec nicos e t rmicos de acordo com os algoritmos desenvolvidos De salientar que mesmo depois de premir o bot o Validar o utilizador poder voltar interface de introdu o de dados e alterar os dados sem que tenha que fechar e abrir o programa de novo e sem que tenha de introduzir todos os dados novamente O software est tamb m programado para que em qualquer momento seja poss vel mudar de programa de c lculo ou sair da aplica o no qual surgir a mensagem de confirma o da figura 4 6 Dados do c lculo de Barras ZX Programa Caracteristicas do curto circuito Suportes Barra Caracteristicas do Barramento AIMgSi0 5 v Material D Cobre Modelo da Barra AlMgSi0 5 Aluminio liga de Aluminio a o ref spa Comprimento 60 mm Se Modulo de Young 70000 N mi Q Deseja mesmo fechar a aplica o Massa espec fica m 1 62 Kg m Lo J Limite elasticidade min 120 Nim e Formato Tipo 1 D Formato Tipo 2 O Formato Tipo3 FA f Validar Figura 4 6 Mensagem de confirma o para terminar a aplica o Ap s a valida o dos dados ser o apresentados os principais resultados dos c lculos ao utilizador atrav s da interface onde ser exposto tamb m
86. tos em Subesta es Uma vis o geral Current Theoretical maximum Peak at 1 2 cycle Top envelope Decaying aperiodic component j Asymmetrical values de DC decay x including motor contributions J den anand Steady state value Bottom envelope no motor contributions Figura 2 3 Forma de onda da corrente AC de curto circuito e decaimento da componente DC 9 No instante em que a corrente atinge seu valor de curto circuito permanente iniciam se as a es do efeito t rmico nos condutores e partes condutoras da aparelhagem da subesta o fazendo com que suas temperaturas aumentem A eleva o de temperatura pode conduzir deforma o das estruturas 9 No caso particular dos barramentos elevadas temperaturas fazem com que a resistividade do condutor aumente e dependendo do grau dessa eleva o as caracter sticas mec nicas como ductilidade e resist ncia corros o do material podem tamb m sofrer altera o Em ltimo caso levar quebra de suportes No caso dos curto circuitos atrav s de arcos el tricos podem ocorrer ainda explos es e inc ndios se n o houver uma pronta atua o da prote o 10 O c lculo de todas as for as atuantes nas estruturas assume um papel fundamental pois os barramentos e suportes sofrerem esfor os t rmicos e mec nicos quando expostos a correntes de curto circuito 10 2 4 Orienta o para o c lculo dos efeitos din micos dos curto circuitos Para o d
87. us es O presente projeto surgiu como uma necessidade empresarial no sentido de desenvolver um programa de c lculo para o dimensionamento autom tico de barramentos e suportes de uma subesta o de distribui o contra os efeitos din micos dos curto circuitos Pois o programa existente na empresa encontra se desatualizado e neste momento n o funcional No entanto analisando todas as vantagens inerentes a um software educativo para os profissionais na rea de projeto e constru o de subesta es tal como a escassez destes em ambientes empresariais desenvolveu se um programa did tico direcionado para profissionais de engenharia eletrot cnica que permita efetuar o dimensionamento de subesta es O problema consistiu na verifica o da resist ncia dos suportes e condutores aos efeitos t rmicos e mec nicos quando aplicada uma corrente de curto circuito em subesta es Com o software desenvolvido poss vel analisar o desempenho de v rios equipamentos em diferentes pontos das subesta es de acordo com as caracter sticas da corrente de curto circuito caracter sticas da subesta o caracter sticas de condutores e suportes Dado que o Seedu um software educativo do tipo simula o permite n o s efetuar c lculos autom ticos mas tamb m devido vertente pedag gica facilitar processo de aprendizagem sobre a tem tica a profissionais de engenharia eletrot cnica e principalmente para aqueles que est o a iniciar ativ
88. versidade do Porto Porto 2005 26 J Preece Y Roggers D Benyon S Holland e T Carey Human Computer Interaction Harlow England Addison Wesley 1994 27 M R Lima CONSTRUCIONISMO DE PAPERT E ENSINO APRENDIZAGEM DE PROGRAMA O DE COMPUTADORES NO ENSINO SUPERIOR UNIVERSIDADE FEDERAL DE S O JO O DEL REI MINAS GERAIS BRASIL 2009 28 P Coelho Programa o em Java 2 Lisboa FCA Editora de Inform tica 2003 29 H J D Faria C lculo de Barramentos em subesta es Faculdade de Engenhari ada Universidade do Porto Porto 2009 30 A Sellen e A Nicol The art for human computer interface design Addison Wesley Publishing Company Massachusetts 1990 31 E Ramos O fundamental na avalia o da qualidade do software educacional Laborat rio de Software Educacional S o Paulo 2010 64 Anexo 1 Planta da Subesta o Tipo da EDP Distribui o z E E g 288 43 Su ga ape Be x 66 66
89. vo 12 O software educativo tem como objetivo principal o de facilitar o processo de ensino aprendizagem em que dependendo do tipo de software pode levar o formando a construir um determinado conhecimento relativo a um conte do Assim medida que o utilizador recebe as informa es do computador ele interpreta renova e modifica o seu conhecimento desenvolvendo o seu processo de constru o e elabora o do saber 13 3 1 1 Tipos de software educativo Para desenvolver um software educativo necess rio conhecer os diferentes tipos de software educativo Uma das classifica es mais usadas divide os tipos de software educativos em tutoriais exerc cios e pr ticas programa o multim dia e internet simula o e jogos 14 A Tutoriais Caracterizam se por transmitir informa es pedagogicamente organizadas como se fosse um livro animado ou um v deo interativo A informa o apresentada ao educando numa determinada sequ ncia e este pode escolher a informa o que desejar A informa o que est dispon vel para o utilizador definida e organizada previamente O computador assume o papel de uma m quina de ensinar O programa ensina o utilizador dando lhe informa o e a seguir efetua perguntas para verificar se compreendeu um determinado conte do A resposta do utilizador vista como um dos momentos do processo ensino aprendizagem A limita o do tutorial est na capacidade de verificar se a informa
90. ware aplicado ao treino e educa o quais os desafios e Constru o com um objetivo ao desenhador dado um objetivo e a sua meta garantir que o seu produto o atinge onde atrav s da avalia o que se sabe se a miss o pretendida foi ou n o cumprida e Conformidade com um padr o se o software a desenvolver pertence ou vai ser vendido a uma empresa h certos padr es dessa empresa que devem ser levados em aten o como o log tipo por exemplo A utiliza o dos computadores como recurso did tico um caminho irrevers vel tendo em vista a crescente versatilidade do software educativo e a sua capacidade para modelar e simular sistemas reais Contudo salienta se que a principal fun o destas ferramentas computacionais did ticas n o substituir a figura de um educador ou orientador no processo educativo mas sim auxiliar o formando no processo ensino aprendizagem 26 3 5 Considera es Finais Neste cap tulo foi exposto a forma como um software educativo pode contribuir para a constru o do conhecimento Foi feita uma pequena revis o s refer ncias pedag gicas que orientam o desenvolvimento deste tipo de programa onde se deu particular enf se ao paradigma do construcionismo Com o construcionismo o utilizador do software constitui um elemento ativo na busca pelo conhecimento permitindo desenvolver compet ncias para um dado conte do De entre os tipos de programas educativos existentes o software do tipo
91. xo magn tico aquando de um curto circuito trif sico 21 5 Figura 2 3 Forma de onda da corrente AC de curto circuito e decaimento da componente DO es scams snes dera Dead Dre pen ee E S A en en date es 6 Figura 2 4 Formas dos condutores r gidos 9 7 Figura 3 1 Linhas do ensino aprendizagem atrav s do computador 11 13 Figura 4 1 Fluxograma de utiliza o do Seedu ec eees esses essere errar 21 Figura 4 2 Interface gr fica sise 22 Figura 4 3 Escolha de condutor na interface ss 22 Figura 4 4 Interface gr fica introdu o de dados 23 Figura 4 5 Erro na introdu o de dados na interface 24 Figura 4 6 Mensagem de confirma o para terminar a aplica o 24 Figura 4 7 Resultados do c lculo de Cabos 25 Figura 4 8 Gravar dados em disco 44 ses rara rara anda 26 Figura 4 9 Diagrama da base de dados 27 Figura 4 10 Fluxograma de utiliza o da base de dados do Seedu 28 Figura 4 11 Adicionar e remover material base de dados 29 Figura 4 12 Erro na introdu o de dados na base de dados 29 Figura 4 13 Erro na introdu o de uma barra na BD

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