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OTIMIZAÇÃO DA OPERAÇÃO DA REDE DE GÁS

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1. 1 50 2 00 1 000 1 020 1 040 1 060 1 080 1 100 1 120 Va m VaREG i 2 00 1 50 0 50 n f woo LA hoo fy i yyy RO id 6 8 E Bas 1 500 1 520 1 540 1 560 1 580 1 600 1 620 Figura 5 4 Tens o na fonte e na carga para T2 aberto em 1 0 e 1 5 segundo A corrente entregue a carga pode se vista na figura 5 5 48 Correntes 5 0 30 0 20 0 10 0 00 y KA 0 10 bi Figura 5 5 Corrente entregue a carga para T2 aberto A figura 5 5 mostra coer ncia no que foi dito anteriormente a corrente vai praticamente a zero quando se precisa da chave T2 para compensar e a mesma se encontra aberta Na figura 5 6 mostrado um zoom para se entender melhor o resultado da corrente encontrada y kA Se he EEE EEE E a TENTE Oe te Ne ee i E TE E 0 970 0 980 0 990 1 000 1 010 1 020 1 030 1 040 1 050 gt Figura 5 6 Zoom na corrente entregue a carga com T2 aberto 49 Pode se observar na figura 5 5 que a corrente possui um alto teor harm nico no instante de tempo entre 1 um e 1 5 segundo Se observarmos na figura 5 3 a tens o n o est exatamente em zero como deveria ela est um pouco acima Isso se d porque a corrente encontra caminho mesmo com a chave T2 aberta ela percorre o snubber que est em paralelo com a
2. l 45 5 2 Segunda Simula o de Falha nas Chaves sseseeeesssseeeeeeeseeseseseeeees 54 5 3 Terceira Simula o de Falha nas Chaves sssssssesesssseessseeeseseeeeeees 59 5 4 Quarta Simula o de Falha nas Chaves ssesssssssssesesssessessseeseeseees 62 5 5 Simula o de Falha na Linha de Distribui o 66 5 5 1 Curto Circuito Fase Terra Montante ao RECET 66 5 5 2 Curto Circuito Fase Terra Ajusante ao RECET 71 5 5 2 1 Curto Circuito Fase Terra Ajusante ao RECET Primeiro Caso 72 5 5 2 2 Curto Circuito Fase Terra Ajusante ao RECET Segundo Caso 76 CAP TULO VI CONCLUS O seios oiro sado EE O DRA 80 6 1 Trabalhos Futuros rrenan 81 CAP TULO VII REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS E ELETR NICAS 82 xiii LISTA DE FIGURAS Figura 2 1 Esquematico do regulador de tens o tipo A 0 ccceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeneeeees 4 Figura 2 2 Esquematico do regulador de tens o tipo B 5 Figura 2 3 Regulador de tens o como redutor Tipo BB 5 Figura 2 4 Regulador de tens o como elevador Tipo B 6 Figura 2 5 Regulador de tens o Tipo B geral 6 Figura 2 6 Ilustra o da adi o do reator de equaliza o 7 Figura 2 7 Diagrama geral do regulador eletr
3. i TF JE E io a a TF E e m g L s E Ss al mo T10 5 2 TF dz g o G 9 z T11 Fx K s e G Tiz a Fx K g Te Figura 4 3 Esquema de liga es do Modelo Umec Da mesma forma que o Modelo Autotrafo o Modelo Umec apresenta quatro bobinas no prim rio conectadas s c lulas tiristorisadas de forma a atender o princ pio de compensa o do RECET Os valores da tens o e a conex o s o a mesma e foram explicados com mais detalhes no item anterior A grande diferen a est na utiliza o de um transformador de quatro enrolamentos e na conex o de uma bobina do prim rio transformador de quatro enrolamentos a uma bobina do secund rio transformador de tr s enrolamentos Isso se d para que seja for ado que atravesse o mesmo fluxo em todos os enrolamentos validando a caracter stica de autotransformador do RECET Essa 31 conex o a mais para for ar o caminho do fluxo que se faz necess ria a utiliza o do transformador de quatro enrolamentos Por m como o PSCAD EMTDC possui o modelo Umec como modelo de transformador de quatro enrolamentos esse segundo modelo apresenta caracter sticas particulares intr nsecas ao modelo Umec Por este motivo na pr xima se o ser feita uma an lise mais detalhada deste modelo de transformador 4 2 1 Transformador Umec Este modelo de transformador conhecido como Umec possui a op o de que o usu
4. j iii iii Figura 4 9 Comportamento do fluxo nos dois transformadores da fase A do Modelo Autotrafo Analisando a figura 4 9 observa se que os fluxos nos dois transformadores s o exatamente o mesmo Comprovando a id ia do RECET sobre o principio do autotransformador que dizia que o fluxo deve ser o comum a todos os enrolamentos Como s o os mesmos aparece apenas o fluxo 2 em verde Mas para provar que realmente o mesmo foi colocada uma observa o na figura mostrando que para um tempo de aproximadamente 0 66 segundo os fluxos s o de 0 73 p u para ambos os transformadores Na figura 4 10 feito um zoom nos fluxos entre 0 4 e 0 8 segundo para mostrar com mais clareza o comportamento dos mesmos e a pequena varia o que eles sofrem em 0 5 segundo quando a tens o na fonte sofre uma eleva o Pode ser observado que eles continuam os mesmos e sofrem a mesma varia o quando a tens o na fonte alterada Essa altera o no fluxo se deve ao in cio do chaveamento dos tiristores para compensar a varia o da tens o 39 RECETA Fluxos dos Trafos Fase a m fluxo1 m fluxo b 1 50 1 00 0 50 0 00 x 0 702599164459 fluxo1 1 0 471097171622 fluxo2 1 0 471097171622 Be TART 1 00 1 50 SU SL TT TSE TT TUTO se a r ae 0 400 0 450 0 500 0 550 0 600 0 650 0 700 0 750 0 800 4 b Figura 4 10 Zoom no comportamento do fluxo nos dois transformadores da fase A do Modelo Autotrafo Ent
5. Tabela 3 Rela o inteiro e funcionamento ii eeeeeeeeeeeereaaaeena xviii SIGLAS LEMT Laborat rio de Eletr nica de Pot ncia e M dia Tens o RECET Regulador de Tens o com Comutador Eletr nico de Taps VTCD s Varia o Transit ria de Curta Dura o LUT Look Up Table UMEC Unified Magnetic Equivalent Circuit Cap tulo Introdu o Com a expans o do sistema el trico criou se a necessidade de implanta o de dispositivos para a regula o da tens o Essa regula o tem como principal objetivo fazer com que cada consumidor receba uma tens o dentro dos limites adequados as suas necessidades As concession rias de energia e os rg os reguladores atentam para uma cont nua necessidade da melhoria dos servi os Com isso a utiliza o dos Reguladores de Tens o tem se mostrado importante para que se mantenham os n veis de tens o em um alimentador dentro dos limites especificados Nos dias de hoje devido ao aumento da popula o e por conseguinte o aumento do consumo de energia el trica a maioria dos sistemas de pot ncia est operando pr ximo ao seu limite Comprometendo assim a qualidade da tens o fornecida Os Reguladores de Tens o s o largamente utilizados no Brasil Os tipos mais usados s o os equipamentos com comutadores autom ticos eletromec nicos constitu dos por sistemas mec nicos que permitem uma a o sob carga e possibilitam um bom desempenho na r
6. Figura 3 1 Arranjo adotado para a composi o de uma c lula do circuito de pot ncia Na figura 3 2 que se segue ilustrada a vis o geral da conex o do autotransformador com o comutador eletr nico de taps baseado em c lulas compostas por tiristores em antiparalelo conforme mostrado na figura 3 1 anteriormente UY A N Z f es WN Figura 3 2 Vis o geral do RECET 11 A topologia monof sica do RECET est apresentada na figura 3 3 O circuito eletromagn tico do autotransformador composto no total por tr s bobinas distintas A bobina principal normalmente denominada como bobina de excita o est diretamente conectada a carga enquanto as outras duas bobinas ser o utilizadas pelo circuito comutador Figura 3 3 Topologia proposta para o RECET Em rela o s duas bobinas conectadas ao circuito de pot ncia do RECET vale ressaltar que ambas possuem tr s pontos de sa das os quais est o conectados as c lulas tiristorizadas Devido a essa configura o cada uma dessas bobinas pode ser considerada como uma associa o de duas bobinas distintas em s rie formando no total um conjunto de quatro bobinas Esta configura o possibilita a 12 utiliza o de somente uma at o m ximo de quatro bobinas Vale lembrar que esta topologia n o permite que as bobinas conectadas em s rie sejam utilizadas com as suas polaridades invertidas entre elas Para melhor escl
7. O fluxo nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos pode ser visto na figura 5 15 RECETA Fluxos dos Trafos Fase a 500 2 fuxo m fluxo PI 1 50 1 00 0 50 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 4 gt Figura 5 15 Dinamica dos fluxos nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos para T9 aberta A din mica do fluxo est coerente em 0 5 segundo a tens o na fonte sofre um afundamento e perturba ligeiramente o fluxo Em 0 7 segundo quando a chave T9 se abre a tens o vai a praticamente zero e o fluxo tamb m J quando a chave T9 volta ao seu funcionamento normal e a corrente encontra caminho pelas chaves o fluxo se restabelece e a tens o na carga compensada Na figura 5 16 mostra se um zoom feito no fluxo entre 1 2 e 1 4 segundos para mostrar que o fluxo nos dois transformadores exatamente o mesmo e comprovar o teor harm nico 58 RECETA Fluxos dos Trafos Fase a m fluxo1 m fluxo2 2 00 1 50 1 00 0 00 x 1 32762094236 gt j fluxo1 1 0 571424062739 0 50 fluxo2 1 0 571424062789 1 00 V V V 1 50 2 00 1 200 1 225 1 250 1 275 1 300 1 325 1 350 1 375 1 400 4 b Figura 5 16 Zoom na din mica dos fluxos nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos entre 1 2 e 1 4 segundo Atrav s da figura observa se que o fluxo tamb m possui o teor harm nico devido ao motivo explicado no item anterior 5 3 Terceira Simula o de Fal
8. Figura 3 5 Pontos de Medi o utilizados pelo Controlador 14 O diagrama de blocos do algoritmo de contole do RECET est ilustrado na figura 3 6 A partir da medi o da tens o de entrada o bloco Detector de Amplitude ir calcular o valor de pico referente a esta tens o Esta amplitude comparada com valores pr definidos de refer ncia LUT Look Up Table com o intuito de determinar o conjunto de quatro chaves a serem disparadas a fim de regular a tens o de sa da Ao mesmo tempo a partir da medi o da corrente de entrada o bloco Detector de Fase ir rastrear o ngulo de fase da corrente para que esta informa o seja utilizada juntamente com o conjunto de quatro chaves determinados pela LUT no Circuito de Disparo Deste modo os sinais de disparo ser o aplicados aos quatro tiristores determinados possibilitando a compensa o da VTCD Detector de Amplitude Gy Figura 3 6 Diagrama de Blocos do Algoritmo de Controle Os detectores de amplitude e fase utilizados no algoritmo de controle s o baseados em um PLL Phase Locked Loop que al m de rastrear a frequ ncia e o ngulo de fase da componente fundamental medida capaz de determinar a amplitude de pico desta mesma componente O algoritmo de controle foi estruturado de forma a utilizar informa es pr definidas em uma tabela O valor da amplitude da componente fundamental da tens o comparado com os v rios n ve
9. Figura 3 17 Resultado da falha no quinto e d cimo pares de tiristores 26 Figura 4 1 Esquema de liga es do Modelo Autotrafo ii 28 Figura 4 2 Janela de configura o da satura o do transformador do Modelo PULO LDO EEE ANAE DA e neal a A cc 30 Figura 4 3 Esquema de liga es do Modelo Umec 31 Figura 4 4 Modelo do transformador Umec monof sico a caminho do fluxo no n cleo e b circuito magn tico equivalente ii 33 XIV Figura 4 5 Curva caracter stica de magnetiza o 34 Figura 4 6 Implementa o do Umec no PSCAD EMTDC 36 Figura 4 7 Rede na qual o RECET est inserido rreren 37 Figura 4 8 Comportamento do RECET para fase A do Modelo Autotrafo 38 Figura 4 9 Comportamento do fluxo nos dois transformadores da fase A do Modelo Autotrafo e eeerrereererereeeeneeeaaaaaaaaaa 39 Figura 4 10 Zoom no comportamento do fluxo nos dois transformadores da fase A do MOdelO AUIOU AIO saicn ue sr ahd ga pa eres 40 Figura 4 11 Comportamento do RECET para fase A do Modelo Umec 41 Figura 4 12 Comportamento do fluxo nos dois transformadores da fase A do Modelo IMG C S gu sstats ee ia ao a O RE TORO E 41 Figura 4 13 Zoom no comportamento do fluxo nos dois transformadores da fase A do M
10. ajusante ao regulador de tens o Palavras chave RECET Tiristores VTCD s Falhas e Modelagem Abstract The text brings the analysis of two models for simulation in PSCAD EMTDC of a voltage regulator with electronic tap changer RECET After this analysis will be proposed a third model that can incorporate the best features of the other two presented This model presents in the composition the Umec Unified Magnetic Equivalent Circuit transformer and for that reason a study of the characteristics of this type of transformer will be presented Moreover the focus of the work then will be submit this new model to types of failures and analyze this performance The first simulation will be imposed failures directly on the power thyristors of the electronic tap changer The types of failures that will be analyzed are two the damaged xi thyristors in Short circuit or in Open Circuit Besides the model will be also analyzed during single phase to ground faults in the distribution line Keywords RECET Tiristores VTCD s Falhas e Modelagem xii SUM RIO CAPITULO INTRODU O a sirene dba A 1 1 WDC jo vate itesecsen ds heheh RE RURAIS RREO VR 2 12 RAIN ZACAO dO TOKO secs cada ctes cocevocs tuts cis a vag dodge ai 2 CAP TULO Il REGULADORES DE TENS O 4 251 Nirod AO usage a da a ARS A AA a A a 4 2 2 Reguladores de Tens o com Comutador Eletromec nico de Tap s 8 CAP TULO Ill DESCRI O DO RECET E
11. que circula na linha de distribui o pode ser vista na figura 5 26 abaixo 70 Main Icurto Linha a dcl gt 4 b Figura 5 26 Corrente de curto monof sico na linha de distribui o antes do regulador Pela figura pode se observar que a corrente de curto circuito chega a um valor maior que 20kA e permanece neste valor at que o curto se acabe Essa corrente muito alta se compararmos com a corrente nominal que de 200A mas mesmo assim o RECET consegue se manter em funcionamento e retorna ao comportamento normal logo ap s o fim do curto circuito Obviamente o fato de o curto ter sido antes do regulador fez com que essa corrente n o passasse pelo mesmo n o interferindo no seu funcionamento Mas o modelo se mostrou com uma din mica de recupera o r pida voltando ao normal logo ap s o fim do curto circuito 5 5 2 Curto Circuito Fase Terra Ajusante ao RECET A partir de agora ser o realizadas simula es de modo a analisar o comportamento do RECET mediantes curto circuito na linha de distribui o ap s o regulador Neste t pico ser simulado um curto circuito monof sico terra ap s o RECET A inten o com isso mostrar como se comporta o regulador perante esta situa o Ser analisado se os circuitos de pot ncia e de controle ser o capazes de suportar correntes de curto elevadas passando por regulador Pois como agora o 71 curto ap s o regulador toda a corrente de curto ci
12. rio possa modelar a caracter stica da satura o do n cleo diretamente por uma curva IxV tens o por corrente Se desejado o ramo de magnetiza o pode ser eliminado completamente deixando o transformador no modo Ideal onde tudo que permanece uma reat ncia s rie Alguns elementos da geometria do n cleo isto tipo do n cleo dimens es do membro e do enrolamento tamb m s o exigidos na entrada de dados 7 Com isso a principal diferen a entre o transformador convencional utilizado no Modelo Autotrafo e o transformador Umec que se torna poss vel dimensionar ou seja modelar a geometria do n cleo Como o modelo Umec leva em conta a topologia magn tica do transformador se torna poss vel caracterizar melhor o comportamento do transformador em um sistema de pot ncia A satura o tamb m pode ser parametrizada com mais efici ncia A possibilidade de inserir at 10 pontos da curva de satura o uma consider vel diferen a em rela o ao modelo convencional pois assim a curva de satura o poder ser mais fiel ao transformador que est sendo utilizado na pr tica e com isso os resultados da simula o tamb m ter o mais sentido pr tico Por m para este trabalho o valor da curva de satura o utilizado foi o que v m de padr o para o modelo Umec no PSCAD EMTDC tendo em vista que os valores reais n o est o dispon veis ainda 32 4 2 1 1 An lise do Transformador Umec Monof sico As
13. 1 000 1 025 1 050 1 075 1 100 1 125 4 b Figura 5 8 Zoom na din mica dos fluxos nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos entre 0 95 e 1 125 segundo Observa se que o fluxo tamb m possui o teor harm nico no instante ap s 1 um segundo O motivo que como a tens o se relaciona diretamente com o fluxo se a tens o possui componentes harm nicos o fluxo tamb m ter Como explicado anteriormente no Cap tulo 4 a geometria do n cleo algo que pode ser parametrizado no modelo de transformador Umec A t tulo de compara o ser feita essa mesma simula o feita anteriormente por m utilizando valores padr es da geometria do n cleo do PSCAD EMTDC Lembrando que para todas as simula es diferentemente desta a seguir foram usados valores diferentes desses valores padr es E o intuito com essa simula o mostrar a grande influ ncia que a geometria do n cleo imp e nos resultados do fluxo nos transformadores do RECET Na figura 5 9 abaixo pode ser observado o comportamento do RECET 51 Tens es y p u Figura 5 9 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T2 aberto com valores da geometria do n cleo padr es Observa se que a din mica do RECET n o se altera para essa simula o Compensando as varia es da tens o na fonte e respeitando a din mica quando a o par de tiristores T2 aberto Po
14. 2 1 106 667 646669611 10 12 2 107 383 616369611 1 12 TT 109 589 636569611 14 12 2 _ 110 345 O 64G6G8G11 15 12 5 2 Doo 111111 A O G16368G11 16 o 12 541 18 5 2 1 5 2 5 1 5 5 1 2 Eleva o de Tens o ajo Afundamento de Tens o 112 676 G2G4G8G611 12 5 1 113 475 G3G5G8G611 12 5 2 6 97113 114 286 G2G5G8G11 12 5 2 1 16 3 3 L gica de Falhas Esse modelo consiste na cria o de tiristores que possuem uma l gica de falhas ou seja a partir de um dado comando eles entram em curto circuito e atrav s de outro comando os mesmos entram em modo de circuito aberto O tempo para que eles entrem nesses modos de falhas e voltem ao modo de opera o normal ou n o tamb m algo control vel e toda essa l gica ser explicada detalhadamente nesta se o O objetivo ent o encontrar um programa que trabalhe em paralelo ao programa padr o do RECET e coloque os tiristores em modo de falha para que se possa analisar como cada modelo se comportar mediante as falhas introduzidas nas chaves est ticas 3 3 1 Montagem do Modelo de Falha dos Tiristores Para a montagem deste modelo foi usado uma ferramenta do PSCAD EMTDC denominada de Single Phase Breaker que consiste em uma chave que abre ou fecha de acordo com um comando digital Com isso a uni o dessa ferramenta com os tiristores conectados em anti
15. 88 Mvar vor 3 3 3 Vnominal 7 967 V g R 34 62 OhmL 0 1224H N N N mE bau 4 e 4 Figura 4 7 Rede na qual o RECET esta inserido 4 3 1 Modelo Autotrafo A condi o de simula o sera a seguinte a tens o da fonte estar em 7 967kV ou seja em 1p u at 0 5 segundo Nesse instante a tens o na fonte 37 sofrer uma eleva o e ir para um valor aproximadamente de 8 66kV e assim permanecer at 1 um segundo Nesse instante a tens o voltar para 7 967kV e seguir dessa forma at o fim da simula o em 1 5 segundos Lembrando que as an lises ser o feitas sempre para apenas uma fase a fase A O comportamento do RECET igual para todas as fases Basta impor as mesmas condi es a elas que o comportamento delas ser o mesmo O comportamento de compensa o do RECET para a fase A pode ser visto na figura 4 8 Tens es m Varms m VarmsREG E 1 20 E 1 00 0 80 Ss 060 amp 0 40 0 20 0 00 kona er ee aaa a EEE NTE ER NEED 0 00 0 20 0 40 0 60 0 80 1 00 1 20 1 40 Figura 4 8 Comportamento do RECET para fase A do Modelo Autotrafo Atrav s da an lise deste resultado pode se observar que o comportamento do RECET foi o esperado compensando para 1p u a tens o na carga sempre que uma varia o de tens o na fonte ocorresse Na figura 4 9 est sendo mostrado o comportamento do fluxo nos dois transformadores do modelo 38 RECETA Fluxos dos Trafos Fase a
16. L GICA DE FALHAS 10 3 1 Introdu o OND BRENNER NNDD RNDVENE RE RREO A Ardatye est sh hat heheh ead RN Re UA 10 3 2 Descri es Gerais do RECET sean 10 3 2 1 Circuito de Pot ncia sais foro cen case ei DinEnDds oa NUR RUE ES ia ada e e ga 10 3 2 2 Estrategia de Controle do REGE Ta ves cvcscverveiseuetsucccwuzewercuatemcevesivatewetine 14 3 3 L gica de Falhas aa aaa da EN eM A a AO 17 3 3 1 Montagem do Modelo de Falha dos Tiristores sseeeeeeeeeeeeees 17 3 3 2 Cria o de um Bloco de Tiristores com Possibilidade de Falhas 20 3 3 3 Montagem da L gica de Falha dos Tiristores ii 21 3 94 L gica de Falhas Final rania para 24 CAP TULO IV MODELOS DE SIMULA O DO RECET 27 4 1 Primeiro Modelo Modelo Autotrafo eres 27 4 2 Segundo Modelo Modelo Umec ii 30 4 2 1 Transformador Umec ccccccccsssseeececeesececcsaesececesaaeeeeeseaaeeeessaaeees 32 4 2 1 1 An lise do Transformador Umec Monof sico 33 4 3 Simula es e An lise de Resultados para os Modelos do RECET 37 4 3 1 Modelo AUIOU AIO Garanta iraniana 37 Ada MOUGIO MCC ciiise eel iii di atirada des dio di did o 40 CAP TULO V AN LISE DE FALHAS NOS TIRISTORES 44 5 1 Primeira Simula o de Falha nas Chaves
17. Simulation The Institution of Engineering and Technology Londres 2008 Anderson G W J Arnold C P Watson N R and Arrilaga J A new hybrid ac dc transient stability program Setembro 1995 Anderson G W J Hybrid simulation of ac dc power systems Nova Zelandia 1995 Arrilaga J and Watson N R Computer modelling of electrical power systems John Wiley Chichester 2nd edition 2001 Heffernan M D Turner K S and Arrilaga J Computation of AC DC system disturbances IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems 1981 Reeve J and Adapa R A new approach to dynamic analysis of AC networks incorporating detailed modelling of DC systems IEEE Transactions on Power Delivery 1988 82 14 Watson N R Frequency dependent A C system equivalents for harmonic studies and transient convertor simulation Nova Zelandia 1987 83
18. a carga para T9 aberto 57 Figura 5 14 Zoom na corrente entregue a carga com T9 aberto 57 XV Figura 5 15 Din mica dos fluxos nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos para T9 aberta eee 58 Figura 5 16 Zoom na dinamica dos fluxos nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos entre 1 2 e 1 4 segundo 59 Figura 5 17 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T4 em Figura 5 18 Corrente nos enrolamentos dos transformadores 62 Figura 5 19 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T3 em Figura 5 20 Compara o das tens es reguladas antes e ap s a falha em T3 64 Figura 5 21 Corrente no primeiro enrolamento do transformador 65 Figura 5 22 Din mica de compensa o da tens o com curto monof sico na linha de distribui o antes do regulador 67 Figura 5 23 Forma de onda da tens o na fonte e na carga durante o curto 68 Figura 5 24 Comportamento da corrente entregue a carga com curto monof sico na linha de distribui o antes do regulador i 69 Figura 5 25 Comportamento do fluxo nos transformadores com curto monof sico na linha de distribui o antes do regulador ii 70 Figura 5 26 Corrente de curto monof sico na linha de di
19. a isto o par de tiristores T3 sofrer um curto circuito em 1 0 segundo ou seja ser colocado em funcionamento neste instante e assim permanecer at o final da simula o O resultado da din mica de compensa o da tens o entregue a carga pode ser vista na figura 5 19 Tens es m Varms m VarmsREG 1 20 1 00 0 80 0 60 y pu 0 40 0 00 0 00 0 25 0 50 0 75 1 00 1 25 1 50 1 75 2 00 4 b Figura 5 19 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T3 em curto A figura superior mostra a tens o de entrada da fonte em azul e a tens o regulada para a carga em vermelho J a figura inferior mostra os pulsos enviados a chave T3 ou seja mostra quando a l gica de compensa o do RECET precisa ou n o da chave T3 para compensar a tens o na carga Com os resultados obtidos acima podemos observar que o RECET se comporta de maneira interessante Antes de ocorrer a falha o RECET compensa a tens o na carga para 1p u Por m em 1 0 segundo quando o par de tiristores T3 63 sofre o curto e a tens o da fonte est sofrendo um afundamento ocorre um problema O valor da tens o regulada para a carga parece o mesmo antes de 1 0 segundo e ap s 1 0 segundo mas n o Essa afirma o pode ser confirmada na figura 5 20 abaixo Tens es m Varms m VarmsREG E 3 060 x 0 875 E 0 40 Varms 1 0 889074723365 VarmsREG 1 0 990848344765 0 20 0 00 Tens es m Var
20. a tens o regulada para a carga em vermelho J a figura inferior mostra os pulsos enviados a chave T4 ou seja mostra quando a l gica de compensa o do RECET precisa ou n o da chave T4 para compensar a tens o na carga Com os resultados obtidos acima podemos observar que o RECET se comporta de maneira correta Antes de a falha ocorrer o RECET compensa a tens o na carga para 1p u Por m em 1 0 segundo quando o par de tiristores T4 sofre o curto a tens o entregue a carga se eleva e passa a n o ser mais 1p u at o par de tiristores voltar ao funcionamento normal em 1 3 segundos Isso ocorre porque com o par de tiristores T4 em curto a corrente encontra outro caminho para percorrer Ao inv s de percorrer as bobinas corretamente de forma a somar 8s para compensar a varia o imposta na fonte ela acaba 60 encontrando menos que 8s no novo caminho E como consequ ncia n o existe steps suficientes para compensar a tens o para 1p u Quando o par de tiristores T4 n o est mais em curto a corrente se restabelece no caminho correto e a compensa o passa a existir por completo at o final Pode se observar na figura 5 17 que a compensa o existe enquanto o tiristor T4 est em curto mas n o se apresenta suficiente N o existem steps suficientes para fazer a tens o na carga chegar a 1p u ficando a mesma um pouco acima de 1p u Para que a tens o seja compensada em qualquer ocasi o s o chaveados quatro pares dife
21. a utilizar as chaves T1 T3 T7 e T8 para compensar a tens o na carga Ou seja T2 n o mais utilizado ent o mesmo que ele esteja aberto a corrente n o precisaria circular por ele para encontrar o caminho e com isso a tens o na carga consegue ser regulada para 1p u Essas afirma es referentes a varia o da tens o entregue a carga podem ser observadas na figura 5 3 abaixo 46 Va m VaREG r E 1 00 2 00 1 50 1 00 0 an o wn oO 1 50 2 00 0 250 0 300 0 350 0 400 0 450 0 500 0 550 0 600 Figura 5 3 Tens es na fonte e na carga para T2 aberto Em 1 um segundo quando a tens o na fonte volta para 7 967kV 1p u e passa a precisar novamente da chave T2 para compensar a tens o na carga T2 ainda est aberto ou seja a corrente n o encontra caminho e a tens o entregue a carga vai praticamente para zero Ser visto mais a frente porque a tens o n o vai a zero totalmente E por fim em 1 5 segundo quando a tens o na fonte sofre um afundamento e vai para aproximadamente 7 518kV a l gica de compensa o do RECET passa a utilizar as chaves T1 T6 T9 e T11 para compensar a tens o na carga Logo como T2 n o faz mais parte do caminho da corrente a tens o consegue ser compensada e passa a ser entregue 1p u a carga Novamente as varia es das tens es da fonte e da carga em 1 um e 1 5 segundo podem ser observadas na figura 5 4 47 Va m VaREG 4
22. as falhas citadas temos que a falha mec nica pode ser considerada a mais grave A necessidade frequente de manuten o que quando frequentes demais podem tamb m induzir falhas e a din mica de regula o de tens o lenta n o sendo capaz de corrigir VTCD s fez com que houvesse a necessidade da cria o de um regulador com menos manuten o e capaz de corrigir VTCD s sobre essa vis o que foi desenvolvido o RECET que ser explicado com mais detalhes no cap tulo seguinte Capitulo Ill Descri o do RECET e Logica de Falhas 3 1 Introdu o Este cap tulo traz uma descri o geral do RECET Ser mostrada a configura o do seu circuito de pot ncia e como o autotransformador se aplica ao princ pio de funcionamento do regulador Al m disso discutido tamb m neste cap tulo como foi realizada a montagem no software PSCAD EMTDC do modelo denominado L gica de Falhas 3 2 Descri es Gerais do RECET 3 2 1 Circuito de Pot ncia O novo regulador RECET apresenta como principal caracter stica b sica um circuito magn tico com a funcionalidade de um autrotransformador e considerado que a varia o da rela o de transforma o realizada por interm dio do acr scimo ou decr scimo do n mero de espiras do enrolamento s rie Este novo regulador possui um n mero maior de n veis de compensa o em compara o ao regulador tradicional com comutador eletromec nico de taps utilizado pela ITB e que f
23. chave e como esse snubber uma associa o de resistor com capacitor em s rie justifica se ent o o alto teor harm nico na forma de onda da corrente e a tens o na carga n o ser exatamente zero O fluxo nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos pode ser visto na figura 5 7 RECETA Fluxos dos Trafos Fase a 2 00 Sid fuxo 1 50 1 00 0 50 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 4 b Figura 5 7 Din mica dos fluxos nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos para T2 aberta A din mica do fluxo tamb m segue a coer ncia entre 0 3 e 0 5 segundo quando a corrente passa a n o ter mais caminho pois T2 est aberto a tens o vai praticamente a zero e consequentemente o fluxo tamb m vai praticamente a zero Entre 1 um segundo e 1 5 segundo o conte do harm nico da corrente interfere na forma do fluxo J quando a corrente encontra caminho pelas chaves o fluxo se restabelece e a tens o na carga compensada Na figura 5 8 mostrado um zoom feito no fluxo entre 0 95 e 1 125 segundos para mostrar que o fluxo nos dois transformadores exatamente o mesmo e analisar tamb m o teor harm nico explicado anteriormente 50 RECETA Fluxos dos Trafos Fase a m fluxo1 m fluxo q 2 00 a 1 50 1 00 0 50 0 00 0 50 x 1 01184701858 fluxol 1 0 21 7074949355 1 00 fluxo2 1 0 21 7074949355 1 50 2 00 en el ee lt lt lt ire ee Naa 0 950 0 975
24. din mica de varia o da tens o da fonte e da compensa o da tens o entregue a carga a par de tiristores T2 sofrer a abertura em 0 3 segundo ou seja ser queimado neste instante e assim permanecer at o final da simula o Comprometendo assim o funcionamento normal do RECET Os resultados da din mica de compensa o da tens o entregue a carga pode ser vista na figura 5 2 45 Tens es Varms m VarmsREG e 1 00 y pu 0 40 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 4 b Figura 5 2 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T2 aberto A figura superior mostra a tens o de entrada da fonte em azul e a tens o regulada para a carga em vermelho J a figura inferior mostra os pulsos enviados a chave T2 ou seja mostra quando a l gica de compensa o do RECET precisa ou n o da chave T2 para compensar a tens o na carga Com os resultados obtidos acima podemos observar que o RECET se comporta de maneira correta Em 0 3 segundo quando o par de tiristores T2 se abre a tens o entregue a carga vai a zero quase que instantaneamente Pois para a tens o em 7 967kV 1p u o RECET utiliza os pares de tiristores T1 T2 T7 e T8 para compensar entregar a tens o de 1p u a carga Como o T2 est aberto a corrente passa a n o ter mais caminho logo a tens o na carga vai a zero Por m em 0 5 segundo quando a tens o sofre uma eleva o e vai para aproximadamente 8 016kV a l gica do RECET passa
25. enrolamentos continuam baixas pois a l gica precisaria da chave conduzindo de uma maneira ou de outra 5 5 Simula o de Falha na Linha de Distribui o A partir de agora ser analisado o comportamento do RECET diante falhas nas linhas de distribui o Essas falhas ser o antes e depois do regulador Para esses dois casos ser analisado curto circuito monof sico Vale ressaltar que n o ser o inseridas falhas dos tipos mostradas anteriormente ou seja o RECET n o estar trabalhando com falhas nos tiristores que comp em o circuito de pot ncia 5 5 1 Curto Circuito Fase Terra Montante ao RECET Ser simulado um curto circuito monof sico terra antes do RECET A inten o com isso mostrar como se comporta o regulador perante esta situa o que muito comum nos sistemas de distribui o Como por exemplo pode ocorrer o rompimento de um cabo de uma fase e por consequ ncia disto o mesmo vir a tocar o solo A din mica na qual o RECET estar inserido a seguinte ele entrar em funcionamento e com sua tens o da fonte em 7 967kV ou seja em 1p u at 1 5 segundos Nesse instante a tens o sofrer um afundamento e ir para aproximadamente 7 269kV e ficar nesse valor at o final da simula o Paralelo a isto ser for ado um curto circuito monof sico terra antes do regulador esse curto ser imposto em 0 7 segundo e durar 0 05 segundo O tempo de dura o do curto circuito foi escolhido
26. falhas sendo estas representadas quando o tiristor do circuito de pot ncia for condicionado a estar em curto circuito ou em circuito aberto Logo ap s a an lise sob essas condi es ser feita uma segunda an lise submetendo o modelo proposto a falhas no sistema de distribui o Ou seja curto circuitos montante e ajusante ao RECET sendo estes representados por curtos monof sicos fase terra 1 2 Organiza o do Texto O trabalho pode ser dividido como se segue Neste cap tulo feita uma apresenta o geral do tema do trabalho mostrando o contexto no qual ele est inserido Tamb m relatada a organiza o do texto descrevendo o que ser abordado em cada cap tulo O cap tulo 2 dedicado a descrever os fundamentos b sicos dos Reguladores de Tens o em geral e descrever tamb m o Regulador de Tens o com Comutador Eletromec nico de Taps que muito utilizado pelas concession rias atualmente O cap tulo 3 mostra uma descri o espec fica do RECET assim como seu princ pio de funcionamento E logo ap s ser mostrado como foi realizada toda a constru o da L gica de Falhas feita no PSCAD EMTDC para a simula o de falhas nos tiristores No cap tulo 4 apresentam se o primeiro modelo denominado de Modelo Autrotrafo e tamb m o segundo modelo denominado Modelo Umec Ser mostrado como foram feitas as modelagens e ser dado um enfoque maior na explica o do modelo que possui o transforma
27. figura inferior mostra os pulsos enviados a chave T9 Atrav s dos resultados obtidos podemos observar que o RECET se comporta de maneira correta At 0 5 segundo quando a tens o est em 7 967kV 1p u o RECET funciona compensando normalmente pois al m da chave ainda n o ter sido aberta para uma tens o de 7 967kV 1p u a chave T9 n o utilizada para compensa o da tens o na carga Em 0 5 segundo quando a tens o sofre um afundamento e vai para aproximadamente 7 269kV a l gica do RECET passa a utilizar as chaves T3 T5 T9 e T11 para compensar a tens o na carga Tudo funciona perfeitamente pois a chave T9 ainda n o sofreu a falha Por m em 0 7 segundos a chave T9 aberta e a tens o vai a aproximadamente zero E como a tens o na fonte n o sofrer mais altera es ou seja permanecer em 7 269kV at o fim a tens o na carga permanecer aproximadamente zero at que a chave volte ao seu funcionamento normal em 1 3 segundos e o RECET consiga compensar a varia o da fonte e entregar a carga uma tens o de 1p u A queda da tens o entregue a carga em 0 7 segundo e o retorno ao valor de 1p u da mesma em 1 3 segundo quando a chave T9 volta ao estado de funcionamento normal podem ser observadas na figura 5 12 abaixo Al m disso tamb m mostrado o comportamento da tens o de entrada da fonte 55 Va m VaREG 1 50 1 0
28. figuras 4 4 a e 4 4 b apresentam o modelo Umec A fonte de for a magneto motriz Nili t e N l2 t representam cada enrolamento individualmente As tens es dos enrolamentos prim rios e secund rios vi t e v gt t s o usadas para calcular o fluxo e 2do membro onde se encontra o enrolamento 8 a Magnetic circuits b Patti Figura 4 4 Modelo do transformador Umec monof sico a caminhos do fluxo do n cleo e b circuito magn tico equivalente Fonte Neville Watson Jos Arrillaga Power Systems Eletromagnetic Transients Simulation O fluxo do membro onde se encontra o enrolamento divide se entre o fluxo de dispers o e o fluxo que percorre o garfo yoke ent o o fluxo no n cleo n o pode ser considerado uniforme Na figura 4 4 b P4 e P2 representam as permeancias dos membros onde se encontram os enrolamentos do transformador e Ps representa a perme ncia do garfo Se o comprimento total do n cleo Lw cercado pelos enrolamentos t m uma se o transversal uniforme Aw ent o Aj A gt Awm assumido tamb m que o garfo superior e inferior possua o mesmo tamanho Ly e uma se o transversal Ay Ambos os garfos s o representados por um nico ramo chamado de ramo 3 no modelo Umec de dist ncia L3 2Ly e rea As A 8 33 A informa o da dispers o obtida atrav s de ensaios de circuito aberto e curto circuito e consequentemente os comprimentos eficazes e as reas de se o transversa
29. 0 2 00 0 650 0 700 0 750 0 800 0 850 0 900 Figura 5 23 Forma de onda da tens o na fonte e na carga durante o curto A figura acima mostra com clareza o que foi dito anteriormente a tens o de entrada e da carga sofre uma queda durante o curto e logo ap s apresenta imperfei es na forma de onda Essas imperfei es se devem ao controle do RECET que se perde um pouco com a varia o abrupta da corrente que um par metro de entrada do controle Mas logo ap s o controle se encontra novamente e a din mica do regulador volta ao seu estado de funcionamento normal Essa falha no controle ser mostrada com mais clareza nas simula es seguintes Pode se concluir que o curto circuito antes do regulador n o interfere na din mica do mesmo Pois o alto valor da corrente de curto n o percorrer o RECET fazendo com que o regulador volte ao seu funcionamento normal logo ap s o fim do curto circuito Na figura 5 24 pode se observar o comportamento da corrente entregue a carga 68 Correntes 0 250 q 0 200 0 150 0 100 0 050 0 000 y kA 0 100 0 150 0 200 0 250 0 550 0 600 0 650 0 700 0 750 0 800 0 850 0 900 0 950 4 b Figura 5 24 Comportamento da corrente entregue a carga com curto monof sico na linha de distribui o antes do regulador Na figura 5 24 observa se que a corrente entregue a carga sofre uma queda durante a ocorr ncia do curto Ap s o curto a mesma retorna um pouco a mais que o v
30. 0 A A fi hj i a 0 50 0 00 If If pe 0 50 1 00 i y y y y Y Y 1 50 Ee E ee 0 600 0 650 0 700 0 750 0 800 0 850 150 Va m VaREG 1 00 m q ft i i fi fi A i A H h E 0 00 iii ph it 0 50 400 i p q y y y i 1 y Y y y 1 50 1 250 1 300 1 350 1 400 1 450 1 500 Figura 5 12 Tens o na fonte e na carga para T9 aberto em 0 7 e 1 3 segundo A corrente entregue a carga pode ser vista na figura 5 13 abaixo Correntes 5 K 0 20 HI 0 10 I ll I g 00 gt 0 20 0 10 OO OO EEO 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 Figura 5 13 Corrente entregue a carga para T9 aberto A figura 5 13 mostra que a corrente vai praticamente a zero quando se precisa da chave T9 para compensar e a mesma se encontra aberta Na figura 5 14 mostrado um zoom para se entender melhor o resultado da corrente encontrada Correntes y KA 0 640 0 660 0 680 0 700 0 720 0 740 0 760 0 780 0 800 l l gt Figura 5 14 Zoom na corrente entregue a carga com T9 aberto Pode se observar que acontece novamente o que aconteceu na primeira simula o a corrente possui um alto teor harm nico no instante de tempo entre 0 7 57 e 1 3 segundo quando a chave T9 est aberta Isso se d novamente pelo motivo da corrente encontrar caminho pelo snubber conforme foi explicado com mais detalhe no item anterior
31. 4565 fluxo3enrol 1 0 8942112714 TU 1 00 1 50 0 00 0 20 0 40 0 60 0 80 1 00 1 20 1 40 Figura 4 12 Comportamento do fluxo nos dois transformadores da fase A do Modelo Umec O comportamento do fluxo nos dois transformadores foi praticamente o mesmo por m pode se observar que a partir da sexta casa decimal os valores dos 41 fluxos passam a ser diferentes Com esse resultado percebe se que o modelo n o valida o princ pio de fluxo comum aos enrolamentos Mesmo que o comportamento tenha sido praticamente id ntico ao Modelo Autotrafo Um zoom tamb m foi dado entre 0 4 e 0 8 segundo para mostrar que o comportamento dos fluxos s o ligeiramente diferentes entre os transformadores do Modelo Umec Isso pode ser observado na figura 4 13 abaixo RECETA Fluxos nos TRAFOS m fiuxo1 m fluxo3enrol 1 50 1 00 0 50 0 00 x 0 590172789347 Gir fluxo1 1 0 910090229469 fluxo3enrol 1 0 910088705563 Ea YYUVYYYY 1 00 1 50 0 400 0 450 0 500 0 550 0 600 0 650 0 700 0 750 0 800 Figura 4 13 Zoom no comportamento do fluxo nos dois transformadores da fase A do Modelo Umec A conclus o que pode ser tirada ap s essa an lise dos dois modelos que o Modelo Autotrafo atende as caracter sticas do RECET simula o em regime permanente Por m o Modelo Umec n o totalmente correto a conex o entre a bobina do prim rio transformador de quatro enrolamentos e a bobina do secu
32. AN LISE DE FALHAS DE UM REGULADOR DE TENS O COM COMUTADOR ELETR NICO DE TAPS RAPHAEL SANTOS BAPTISTA PROJETO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA EL TRICA DA ESCOLA POLIT CNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESS RIOS PARA A OBTEN O DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA Aprovado por Prof Maur cio Aredes Dr Ing Orientador Prof Marcos Vicente de Brito Moreira D Sc Lucas Frizera Encarna o D Sc RIO DE JANEIRO RJ BRASIL FEVEREIRO DE 2010 Dedicat ria Dedico este projeto aos meus pais Divino e Maria S nia minha irm Leandra e minha namorada Carolina A vida sem voc s n o faria sentido Obrigado viii Agradecimentos Agrade o primeiramente for a Deus e minha fam lia por toda dedica o e aten o para que eu me tornasse um engenheiro o amor dedicado a mim e a essencial cobran a nas horas devidas Agrade o tamb m a minha namorada Carolina por estar sempre ao meu lado me incentivando e me dando for as nas horas boas e dif ceis Agrade o tamb m sua fam lia por me tratarem como um filho por todo esse tempo e com certeza que digo que eles possuem uma parcela grande na minha forma o profissional me ajudando de v rias maneiras no per odo em que cursei a faculdade Agrade o aos meus amigos Alexandre e Marcus pela grande amizade que com certeza ser para sempre Agrade o aos amigos da faculdad
33. OD HNI Figura 3 12 Programa Principal da L gica de Falha A preocupa o a partir de agora ser em explicar como funciona essa l gica apresentada acima Primeiramente pode se observar na figura 3 12 uma interface na qual podemos variar os n veis de um a sete Isso serve para que se escolha qual par de tiristores sofrer a falha Lembrando que o RECET possui um total de doze pares de tiristores que de acordo com uma l gica de chaveamento compensam as varia es de tens o da fonte para entregar a carga uma tens o fixa Com isso observa se um total de 14 n veis O primeiro n vel representa nenhum tiristor selecionado ou seja n o haver falha em nenhum par de tiristores E os outros n veis na interface superior da figura 3 12 representam os seis primeiros pares Na interface inferior temos os outros sete n veis que representam as falhas no outros seis pares de tiristores que restavam somando um total de doze n veis sendo o n vel um representando por nenhuma falha No Channel Decoder existe uma entrada denominada Select e nela entram os sinais Fx e Fx1 Esses sinais representam o estado que est selecionado na interface de varia o de n veis Ou seja atrav s desses sinais que h a comunica o entre a escolha do n vel e qual par de tiristores sofrer a falha 22 Na entrada Data do Channel Decoder se encontra uma l gica na qual controla o tempo de que se iniciar
34. a por isso que o comutador de tap deve estar inserido num compartimento com leo isolante Mas mesmo assim devido a opera o cont nua o leo no compartimento se deteriora devido a o do arco 2 2 Reguladores de Tens o com Comutador Eletromec nico de Tap s Os reguladores de tens o com comutador eletromec nico de tap s v m sendo muito utilizado em todo o mundo h v rias d cadas Com o passar do tempo o projeto destes equipamentos modificou se bastante de modo a atender as normas gerais de opera o Atualmente no Brasil s o muito utilizados os reguladores do Tipo B como descrito anteriormente Esse regulador um autotransformador em leo isolante com enrolamento s rie do lado da fonte equipado com comutador de deriva o em carga que em conjunto com o reator possibilita 33 deriva es 16 para cima 16 para baixo e a posi o neutra 3 Al m disso permite a regula o da linha com desvios de at 10 com passos de 0 625 da tens o nominal Esse tipo de regulador descrito se trata do modelo utilizado pela ITB e serviu como refer ncia para a cria o do RECET O diagrama geral de pot ncia mostrado na figura 2 7 FC F C BLOCO DE TERMINAIS i 02 L 003 L 04 01 LUZ NEUTRA CONTADOR DE OPERA ES 3 POLARIDADE DA BOBINA S RIE 610 COMUTADOR SOB CARGA TANQUE Figura 2 7 Diagrama Geral do Regulador Eletromecanico Fonte ITB DATASHEET 3 A
35. a falha e terminar a falha Objetivo a partir de agora explicar a l gica de tempo descrita Observa se com mais clareza essa l gica na figura 3 13 abaixo Tipo_Fal Figura 3 13 Controle de tempo de falhas Data O primeiro comparador a esquerda possui a seguinte l gica se A for maior que B ent o o sinal de sa da ser o n vel l gico 1 um E se A for menor ou igual a B o sinal de sa da ser o n vel l gico zero A vari vel TIME que est conectada em A corresponde ao tempo de simula o ou seja um contador que come a a contar quando a simula o inicia e p ra de contar quando a simula o termina Logo na entrada B est conectado um inteiro que representa o tempo que a falha se iniciar Ou seja quando TIME for maior que o tempo que foi estipulado em B saira um n vel l gico 1 um na sa da do comparador Ent o em Tfin conectado em B que se determina o tempo no qual a falha come ar O outro comparador a direita da figura 3 13 possui uma l gica trocada Se A for maior que B ent o na sa da do comparador ter o n vel l gico zero e se A for menor ou igual a B o sinal de sa da ser o n vel l gico 1 um Ent o em Tff conectado em B que se determina o tempo no qual a falha terminar Com isso o sinal representado por Data na figura 3 13 ser 1 um ou zero acionando ou n o a sa da do Channel Decoder sendo essa sa da selecionada na in
36. alhas nos Tiristores Conforme explicado no Cap tulo 4 um novo modelo de simula o do RECET foi proposto e a configura o dele pode ser vista na figura 5 1 E yq B Ea 4 re a ifs HmHm a H HE wt 06 D 046 DOU DOG V 06 DOH V 06G DOH V 06 DOG V 0 B 06 ia L nae Figura 5 1 Esquema de liga es do Modelo Tr s Enrolamentos A partir de agora este modelo ser submetido falha nos tiristores e ser avaliado seu comportamento perante essas condi es 44 5 1 Primeira Simula o de Falha nas Chaves A primeira simula o se caracterizar por mostrar o comportamento do RECET diante a abertura do par de tiristores T2 o segundo de cima para baixo do modelo mostrado na figura 5 1 Dizer que o tiristor ir abrir simular como se estivesse sido retirado por em um determinado instante enquanto o regulador estava em funcionamento A simula o ser a seguinte o RECET entrar em funcionamento e com sua tens o da fonte em 7 967kV ou seja em 1p u at 0 5 segundo Nesse instante a tens o da fonte sofrer uma eleva o e ir para aproximadamente 8 016kV e ficar assim at 1 segundo Quando ent o ir retornar a 7 967kV e assim ficar at 1 5 segundo e a partir deste instante a tens o da fonte sofrer um afundamento e ira para aproximadamente 7 518kV Paralelo a essa
37. alor nominal mas logo retorna ao seu valor de regime e assim se mant m at o final Observa se tamb m que continua a circular corrente pelo RECET e por consequ ncia a carga tamb m recebe esta corrente isso se d pois o curto simulado n o se trata de um curto circuito franco ou seja a corrente n o totalmente drenada para a terra fazendo com que uma parte da corrente circule pelo regulador Pode se analisar o comportamento do fluxo nos transformadores atrav s da figura 5 25 69 RECETA Fluxos dos Trafos Fase a m fluxo1 m fluxo2 RE 1 00 0 50 _ 000 x 0 590783412676 fluxo1 1 0 91261970545 050 fluxo2 1 0 91261970546 VV VY SE eo ee 0 600 0 650 0 700 0 750 0 800 0 850 4 b Figura 5 25 Comportamento do fluxo nos transformadores com curto monof sico na linha de distribui o antes do regulador A partir da an lise da figura 5 25 observa se que o fluxo estava constante e sim trico at o momento do curto Com o curto como a tens o de entrada do regulador diminui o fluxo tamb m diminui Ap s o curto o fluxo se recupera e volta ao seu valor nominal Uma observa o importante que todos os enrolamentos dos transformadores sentem as falhas at quando a mesma ocorre na linha de distribui o na qual o regulador se encontra e n o no regulador em si Isso pode ser visto na figura 5 25 por mais que o fluxo sinta varia es os fluxos nos transformadores s o id nticos A corrente de curto
38. ao circuito conforme mostra a figura 2 5 poss vel subtrair ou adicionar a tens o do enrolamento s rie possibilitando que o Regulador de Tens o opere como redutor ou elevador respectivamente Elevador Reator de Comuta o Redutor Enrolamento Fonte S rie ou Enrolamento de Tap s Enrolamento de excita o Figura 2 5 Regulador de Tens o Tipo B Geral O enrolamento s rie composto por diversas deriva es tamb m conhecido como tap s Esses tap s determinam os degraus de tens o a serem considerados no circuito de forma aditiva ou subtrativa dependendo da polaridade da chave de revers o Para que haja a comuta o de uma tap para o outro a corrente no circuito deveria ser obrigatoriamente interrompida Para que essa interrup o de corrente n o ocorra adicionado um reator de comuta o ao circuito como pode ser observado na figura 2 5 Para limitar o desgaste dos contatos do reator de comuta o em decorr ncia da taxa de varia o de corrente FA di A circulante entre o reator de comuta o e as deriva es dos taps inserido um reator de equaliza o conforme mostra a figura 2 6 Reator de Comuta o Reator de Equaliza o Enrolamento S rie ou Enrolamento de Tap s Reator de Comuta o Figura 2 6 Ilustra o da Adi o do Reator de Equaliza o Outro problema seria o arco voltaico que a mudan a de posi o da chave direcionadora caus
39. arecimento as bobinas 1s 2s ou 5s 12s por exemplo n o poder o ser subtra das entre si tendo em vista que nessa situa o as mesmas ter o seus terminais externos curto circuitados A estrutura monof sica do comutador composta por doze c lulas de tiristores em antiparalelo conectadas em s rie totalizando um conjunto de vinte e quatro chaves semicondutoras Esta conex o possibilita uma varia o de quarenta e um n veis de tens o sendo vinte delas em degraus positivos diminui o de tens o de carga vinte em degraus negativos aumento de tens o de carga e um n vel zero Ou Seja sem compensa o As varia es de tens o ocorrem na propor o de 0 625 da tens o de entrada O funcionamento do comutador eletr nico baseado na escolha do conjunto de chaves que ir o conduzir por um intervalo de tempo determinado regulando a tens o da carga Para que a regula o da tens o seja obtida determinado um total de quatro c lulas que ir o conduzir durante um ciclo completo Sendo que quatro tiristores conduzir o no semi ciclo positivo enquanto os outros quatro restantes conduzir o no semi ciclo negativo permitindo assim que a carga seja alimentada durante o ciclo completo Devido ao n mero m ximo de degraus positivo e negativo serem de vinte a rela o de transforma o das bobinas foi definida de forma a garantir que a excurs o do menor n vel at o maior n vel de compensa o ocorra gradualmente de acord
40. considerando que os sistemas de prote o atuam em aproximadamente tr s ciclos que mais ou menos 50ms Logo esse tempo foi escolhido para simbolizar o tempo m ximo que o RECET trabalharia em curto j que se o curto passasse al m deste tempo de tr s ciclos a prote o atuaria e o sistema seria desligado 66 Os resultados encontrados da din mica de funcionamento do regulador seguem na figura 5 22 Tens es m Varms m VarmsREG E 1 20 1 00 0 80 0 60 y pu 0 40 0 20 0 00 0 00 0 25 0 50 0 75 1 00 1 25 1 50 1 75 2 00 4 Figura 5 22 Din mica de compensa o da tens o com curto monof sico na linha de distribui o antes do regulador Observa se que o RECET est funcionando de maneira correta at que em 0 7 segundo um curto monof sico terra acontece na linha de distribui o antes do regulador Durante o curto a tens o de entrada do regulador diminui pois a corrente que passa pelo mesmo tamb m diminui tendo em vista que boa parte da corrente foi drenada para a terra Mas em 0 75 segundo o curto acaba e o RECET volta ao funcionamento normal tanto que em 1 5 segundo ocorre um afundamento da tens o e o mesmo regula com efici ncia De forma a facilitar a visualiza o a figura 5 23 abaixo traz a forma de onda da tens o na fonte e da tens o entregue a carga antes durante e ap s o curto 67 Va m VaREG 2 00 q 1 50 1 00 f 0 50 0 00 0 50 1 00 y 1 5
41. curto circuito e essa falha se iniciando em 1 segundo e terminando em 1 8 segundos Esses ajustes podem ser observados no canto direito 24 inferior da figura 3 14 atrav s dos ajustes desses valores que se escolhe o tempo das falhas e o tipo de falha Com isso observando a figura 3 15 abaixo veremos que acontece exatamente o previsto e os outros pares de tiristores permanecendo em zero todo o tempo ou seja n o sofrendo nenhum tipo de falha Main Graphs PP Ds AA AA Ma ee b 3 50 3 00 2 50 2 00 1 50 1 00 0 50 0 00 0 50 1 00 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 4 b Figura 3 15 Resultado da Falha no Primeiro Par de Tiristores f cil observar que a falha 3 ocorre no tempo determinado e volta ao normal no tempo tamb m determinado E mais uma vez todos os tiristores permanecendo no estado zero ou seja sem falha Agora ser imposto como se pode ver na figura 3 16 a falha n mero 2 circuito aberto ocorrendo no par de tiristores 5 e 10 ao mesmo tempo Essa falha come ando em 0 5 segundo e terminando em 1 5 segundos 25 Man Cont be o Dai CR E x gt je 6 Lo Dial P Te 4 i br a ee Ss om o 2 E p 3 1 5 E br Main Cont Fx1 E pc Delt Tipo Fa E 7 Tipofalha ra lt 6 in 1 E x o 4 o e Fx1 a 3 bh Dist z z J 2 gt FipoPatha 1 br Figura 3 16 L gica de falha completa Com is
42. da Agrade o minha M e pelo amor e aten o prestados a mim e seu esfor o incondicional em me fazer feliz Voc a mulher da minha vida Amo te IX Brindo a casa Brindo a vida Meus amores Minha fam lia O Rappa Mar de Gente Resumo O texto traz a an lise de dois modelos para simula o no ambiente PSCAD EMTDC de um regulador de tens o com comutador eletr nico de taps RECET Ao fim desta an lise diante das conclus es obtidas ser proposto um terceiro modelo que consegue englobar as melhores caracter sticas dos outros dois apresentados Esse modelo ter na sua composi o o transformador Umec Unified Magnetic Equivalent Circuit e por conta disso um estudo do comportamento e das caracter sticas deste modelo de transformador existente no PSCAD EMTDC ser apresentado Ademais o enfoque do trabalho ent o ser submeter este novo modelo proposto a v rios tipos de falhas e analisar o desempenho do mesmo A primeira simula o ser impor falhas diretamente nas chaves do regulador sendo estas representadas por tiristores Os tipos de falhas que ser o analisadas s o duas os tiristores em Curto Circuito ou em Circuito Aberto Com isso poder ser visto como o modelo responder a essas situa es Al m das falhas nos tiristores o modelo ser analisado em rela o ao comportamento mediante falhas na linha de distribui o Essas falhas ser o curto circuito monof sico fase terra montante e
43. de comprimento e rea do n cleo s o primordiais para uma modelagem correta do transformador A figura 4 6 abaixo apresenta um diagrama de blocos que mostra o passo a passo das etapas que o PSCAD EMTDC segue para calcular as perme ncias e caracterizar o funcionamento do transformador atrav s dos par metros inseridos no modelo de simula o 35 Start user defined Core B H dynamics file characteristics number of turns on winding core N dimensions leakage reactance Meter previous time step voltage variables v 1 At Calculate core Pt from initial Calculate 6 1 A E F t Ar Ar t 2Ar R Hokin Ay B t At _ 9 49 At 1 IN y t 1 24 UM vt An v 1 241 4 A Calculate leakage P Calculate leakage P 6 0 Ar p Hob B t Ar E Construct matrix Pj E 2 Meter previous time step current variables i 1 Ar Calculate M Calculate 1 4 9 t At P N0 A A t A P Calculate 9 t At Gt An e t Ar ree as IT nt Tras 17 Stra qt o r m ILE JE FAT t Calculate P for cach yoke A A t At patton pa an MAO L A m gt ala a LP i Calculate i M 2 N r vA 4 40 Begin network solution Figura 4 6 Implementagao de UMEC em PSCAD EMTDC Fonte Neville Watson Jos Arrillaga Power Systems Eletromagnetic Transients Simulation O modelo Um
44. devido ao controle mas logo depois que o controle se encontra novamente o comportamento do RECET volta ao normal 11 Va m VaREG 1 50 1 00 0 50 l 0 00 1 050 1 100 1 150 1 200 1 250 Figura 5 33 Forma de onda da tens o da fonte e da carga durante e ap s o curto Na figura 5 34 pode ser observada essa pequena varia o da corrente na carga ap s o curto e pode ser observada tamb m a corrente durante o curto que entre 0 7 e 1 1 segundos Correntes 0 60 0 40 0 20 0 00 y KA 0 70 0 30 0 90 1 00 1 10 1 20 b Figura 5 34 Comportamento da corrente entregue a carga com curto monof sico de longa dura o na linha de distribui o ap s o regulador O comportamento do controle pode ser observado na figura 5 35 observe que o mesmo n o se perde com a varia o brusca de corrente e por conseguinte o regulador volta ao seu estado de funcionamento normal logo ap s o fim do curto 78 6 0 5 0 40 2 0 1 0 0 0 0 70 0 80 0 90 1 00 1 10 4 b Figura 5 35 Controle de fase para curto monof sico de longa dura o na linha de distribui o ap s o regulador 79 Cap tulo VI Conclus o Este trabalho abortou a compara o de dois modelos propostos para a simula o no ambiente PSCAD EMTDC do regulador de tens o com comutador eletr nico de taps RECET A partir dos resultados das simula es e do estudo das caracter sticas principais de cada modelo cheg
45. dor Umec Em seguida ser avaliado o desempenho desses modelos em rela o din mica do RECET em 2 regime permanente A partir da an lise de resultados ser proposto um novo modelo para simula o do RECET No cap tulo 5 avaliado o comportamento do novo modelo proposto chamado de Modelo Tr s Enrolamentos Este modelo ser primeiramente simulado mediante falhas nos tiristores O foco ser colocar os tiristores do circuito de pot ncia em curto circuito e em circuito aberto e analisar como o novo modelo de simula o do RECET reage a essas falhas em rela o ao desempenho e ao comportamento dos transformadores Al m disso ser o simuladas situa es na qual a falha ocorre na linha de distribui o Essas falhas ser o curto circuito fase terra montante e ajusante ao regulador com os resultados ser analisado como o mesmo se comporta perante essas situa es Finalmente o cap tulo 6 s o apresentadas as conclus es com coment rios acerca dos resultados obtidos nos cap tulos anteriores S o expostas ainda sugest es e propostas de trabalhos futuros No final do texto est o presentes as refer ncias bibliogr ficas e eletr nicas Cap tulo Il Reguladores de Tens o 2 1 Introdu o Um regulador de tens o atua quando h uma varia o de tens o fora dos limites especificados em uma rede de distribui o seu objetivo corrigir sempre a tens o a um determinado n vel de tens o pr defin
46. dos da din mica de funcionamento do regulador seguem na figura 5 27 72 Tens es Varms m VarmsREG 0 60 a 0 40 0 20 0 00 0 20 0 40 0 00 0 25 0 50 0 75 1 00 1 25 1 50 1 75 2 00 4 b Figura 5 27 Din mica de compensa o da tens o com curto monof sico na linha de distribui o ap s o regulador Observa se que o RECET suportou a corrente de curto passando atrav s dele Ap s o t rmino do curto o regulador volta a atuar de forma correta compensando a varia o que ocorre em 1 5 segundo A tens o da entrada n o sofre queda pois agora o curto ap s o regulador A tens o regulada para a carga cai bastante ap s o curto no instante entre 0 75 e 0 85 segundo ou seja o regulador n o consegue compensar a varia o da fonte As formas de onda da tens o da fonte e da carga durante e ap s o curto podem ser observadas na figura 5 28 abaixo Va m VaREG 1 50 q H A E Sii 0 700 0 720 0 740 0 760 0 780 0 800 0 820 0 840 wn Figura 5 28 Forma de onda da tens o na fonte e na carga durante o curto 73 A corrente entregue a carga durante o curto atinge valores muito altos e logo ap s vai a zero como pode ser visto abaixo na figura 5 29 A varia o da corrente imposta pelo curto faz com que o controle do RECET se perca ou seja ele n o consegue definir quando cada par de tiristores ir chavear pois o par metro que determina quando ser enviado o sinal para o tiristor chav
47. e 7 967kV de tens o As outras bobinas seguem o mesmo racioc nio A id ia da conex o das duas bobinas do secund rio em shunt fazer com que o fluxo magn tico entre todos os enrolamentos seja o mesmo pois o princ pio de funcionamento do RECET baseado na teoria do autotransformador diz que existe um ferro comum onde todas as bobinas est o acopladas ou seja o fluxo deve ser comum para todas as bobinas inclusive a bobina que conectada diretamente a carga Atrav s da varia o do fluxo comum s bobinas que feito se adicionando ou retirando enrolamentos atrav s do chaveamento dos tiristores pode se entregar para a carga uma tens o compensada sempre que houver varia o da tens o na fonte Como o objetivo do projeto submeter esse modelo a condi es de falhas os transformadores est o trabalhando com suas satura es ativas A modelagem da satura o para este tipo de transformados no PSCAD EMTDC n o muito completa existem apenas as possibilidades de ativ la ou n o e configurar alguns par metros da curva de satura o Na figura 4 2 segue a janela de configura o da satura o para estes transformadores 29 xfmr 3w Single Phase 3 Winding Transformer EES Saturation v Saturation enabled Yes Place saturation on winding 1 z Air core reactance 0 2 p u Inrush decay time constant 1 0 sec Knee voltage 1 25 p u Time to release flux clipping 0 1 sec Magnetizing cu
48. e Daniel Botelho Beatriz Levy Felipe Chaves Ant nio Ribeiro Miguel Zamora C sar Augusto Rodrigo Delgado Felipe Ribeiro Thiago Americano Marcus Ferreira Rodrigo Neves e Marcos Serr o Voc s foram muito importantes para minha forma o e guardarei para sempre na mem ria os momentos de descontra o parceria amizade estudo e nervosismo na hora das provas que fizeram parte do curso de Engenharia El trica Agrade o aos excelentes professores do Departamento de Engenharia El trica no qual tive o prazer de conhecer e aprender com suas aulas Guilherme Rolim Sebasti o Ant nio Carlos Ferreira Carmem Lucia Maria Karla Jorge Nem sio Jo o Carlos Bas lio e Alessandro Manzoni Im Memoriam Gostaria de agradecer em especial aos professores Marcos Moreira e Maur cio Aredes por contribuirem de forma direta para minha forma o profissional pelos momentos de aten o prestados a mim sempre que precisei e pela amizade que se formou Agrade o aos companheiros do LEMT Mauro Lucas Vin cius Bruno Fran a Daniel Mendes Bruno Laurindo Luiz Eduardo Jo o Moor Paulo e Emanuel Um agradecimento especial para a aluna e grande amiga Beatriz Levy por tudo que ela fez por mim em todos esses cinco anos de faculdade Agrade o ao meu Pai pelos ensinamentos t cnicos em engenharia el trica ensinamento moral e pela dedica o total em fazer eu me tornar um Engenheiro Voc ser para sempre o maior professor e amigo que tive nessa vi
49. ear depende da corrente e como a mesma se altera bruscamente com o in cio do curto e o fim dele o controle atrav s da fase n o consegue fazer o rastreamento e com isso n o consegue determinar o instante de disparo dos tiristores Essa falha no controle pode ser observada na figura 5 30 Correntes 2 00 1 50 1 00 0 50 ES 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 ET LTS E EESTI SEE EEE EI EEE 0 600 0 650 0 700 0 750 0 800 0 850 0 900 4 b Figura 5 29 Comportamento da corrente entregue a carga com curto monof sico na linha de distribui o ap s o regulador 74 ControleA Graphs 7 0 7 6 0 5 0 4 0 2 0 0 0 0 700 0 750 0 800 0 850 0 900 Figura 5 30 Falha no controle para o rastreamento de fase Observe que no momento de varia o brusca da corrente o controle se perde mas logo volta ao seu estado correto e a partir deste instante aproximadamente 0 82 segundo a tens o na carga consegue ser compensada e o regulador volta a funcionar corretamente como foi observado na figura 5 27 A corrente de curto que atravessa o regulador pode ser vista na figura 5 31 Main Icurto Linha m iteste 4 2 00 1 50 1 00 0 50 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 EEN ESTE UE E EEE EA EEE NE 0 650 0 700 0 750 0 800 0 850 0 900 0 950 1 000 1 050 4 b Figura 5 31 Corrente de curto monof sico na linha de distribui o ap s o regulador 15 Logo ap s o t rmino do curto circuito a corrente fica em zero
50. ec possui uma equa o particular para a modelagem do fluxo no n cleo do transformador E com isso mais apropriado para simula es onde h varia es abruptas do fluxo como o caso de falha no RECET A an lise de transientes deve levar em conta a topologia em particular do n cleo para que se tenham resultados mais exatos Em vista disso o modelo Umec est mais preparado para esse tipo de simula o de an lises n o lineares 36 4 3 Simula es e An lise de Resultados para os Modelos do RECET A partir de agora ser mostrado como os modelos ir o reagir para situa es de compensa o da tens o em regime permanente Ser o impostas varia es de tens o na fonte tanto eleva o como afundamento e ser analisado se os modelos atendem aos requisitos do RECET e como o fluxo nos transformadores desses dois modelos se comportam A rede na qual o RECET est inserido segue abaixo na figura 4 7 REGULADOR DE TENS O MONOF SICO TIPO B 0 889 Vin lt Vout lt 1 143 Vin Regula o 12 5 em 40 degraus de 0 625 Lcurto U 2 120pi Pcurto 7 967 kvV 2 120pi 240MVA 0 7 mH Ji AMA 13 195e 3 ohm 7 0e 4 H NAA AWN 13 195e 3 ohm 7 0e 4 H AAA AWA 13 195e 3 ohm 7 0e 4 H 0 4 fa A 0 A 0 lt vas pe o o vite k a kZ I w 2 5 2 5 gt Carga de teste voott 8 Bp 3 S 1 1 MVA pf 0 6 TS g P 0 66 MW Q 0
51. egula o da tens o em regime permanente 1 Por m para varia es r pidas de tens o o regulador eletromec nico n o possui uma din mica de compensa o r pida o suficiente para corrigir essas varia es T o logo viu se a necessidade da ado o de Reguladores de Tens o com Comutador Eletr nico de tap possibilita que seja obtida uma regula o de tens o mesmo diante de VTCD s Varia o Transit ria de Curta Dura o ou seja poder ser obtida uma regula o de tens o em uma faixa mais ampla em compara o ao regulador eletromec nico utilizado pela ITB que ser apresentado com mais detalhes no cap tulo seguinte Isso poss vel pelo fato do comutador baseado em semicondutores de pot ncia possibilitar uma mudan a de tap de forma direta sem a necessidade de ir passando de um n vel at outro desejado de forma sequencial um a um como ocorre no comutador eletromec nico Sendo assim o comutador eletr nico proporcionar a varia o direta entre os diferentes taps que forem especificados em um comutador eletr nico utilizado em um Regulador de Tens o 1 1 Objetivo O presente trabalho tem como objetivo mostrar as caracter sticas de dois modelos de simula o propostos do regulador de tens o com comutador eletr nico de taps RECET e a partir dos resultados encontrados propor um terceiro modelo que melhor representa as caracter sticas desse regulador Para este novo modelo proposto ser o simuladas
52. epresentado pelo n mero zero A tabela 3 abaixo mostra a rela o dos valores inteiros da entrada com o tipo de funcionamento das chaves 18 Tabela 3 Rela o Inteiro e Funcionamento Aberto queima Curto Circuito Inteiro o O primeiro bloco comparador da figura 3 8 da esquerda para a direita possui a seguinte l gica se A for maior que B o n vel l gico um ser enviado na sa da do bloco E se A for menor ou igual a B o n vel l gico enviado ser zero Essa mesma l gica serve para o segundo bloco comparador Como no primeiro bloco o valor de B sempre o inteiro 1 um basta que a entrada do inteiro que est conectado em A seja 2 dois ou 3 tr s para que na sa da do bloco comparador tenha o n vel l gico 1 um Com a sa da do bloco comparador sendo o n vel l gico 1 um o estado da chave open ser alterado do vermelho para o verde lembrando que o vermelho sempre o estado inicial da chave Na mesma analogia se o inteiro a esquerda do bloco for menor ou igual a 1 um na sa da do primeiro bloco comparador sair o n vel l gico zero e com isso o estado da chave open n o ser alterado permanecendo em vermelho Agora que j foi explicado o funcionamento da l gica da chave open ser explicado o funcionamento da chave close Pode se observar que o valor do inteiro a esquerda do primeiro bloco comparador utilizado a esquerda do segundo bloco comparador atrav s de um mul
53. ha nas Chaves A terceira simula o de falha foi feita com o objetivo de mostrar o comportamento do RECET diante a imposi o de um curto circuito no par de tiristores T4 Dizer que o tiristor ser curtado simular como se o mesmo estivesse sendo colocado no modo de condu o de maneira for ada ou seja como se estivesse sido colocado em funcionamento por determinado instante de tempo sem que a l gica de controle necessitasse do mesmo para compensar a tens o na carga A simula o ser a seguinte o RECET entrar em funcionamento e com sua tens o da fonte em 7 967kV ou seja em 1p u at 0 5 segundo Nesse instante a tens o da fonte sofrer uma eleva o e ir para aproximadamente 8 365kV e ficar assim at o final da simula o Paralelo a isto o par de tiristores T4 sofrer um curto circuito em 1 0 segundo ou seja ser colocado em funcionamento neste instante e assim 59 permanecer at 1 3 segundos Assim o funcionamento normal do RECET ser comprometido O resultado da din mica de compensa o da tens o entregue a carga pode ser visto na figura 5 17 Tens es Varms m VarmsREG E 1 20 gt gt gt 1 00 0 80 0 60 y pu 0 40 0 20 0 00 1 40 1 20 1 00 0 80 0 60 0 40 0 20 0 00 0 20 0 40 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 Figura 5 17 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T4 em curto A figura 5 17 mostra a tens o de entrada da fonte em azul e
54. ido Os reguladores v m sendo muito utilizado atualmente pelas concession rias de energia el trica com o objetivo de manter uma boa qualidade no fornecimento de energia na forma de tens o aos seus consumidores O princ pio de funcionamento deste equipamento pode ser comparado a um autotransformador no qual s o considerados taps vari veis que possibilitam a comuta o em carga Com isso passa a ser estabelecido um acoplamento el trico e n o apenas um acoplamento magn tico Neste caso uma parte da pot ncia transferida eletromagneticamente e outra parte transferida por meio de condu o De acordo com as normas atuais existem dois tipos diferentes de reguladores de tens o O Tipo A conhecido como regulador com excita o vari vel pois a bobina de excita o sente qualquer varia o que ocorra na tens o 5 O enrolamento de excita o localizado em paralelo com a fonte fazendo com que o enrolamento de excita o seja submetido diretamente s varia es de tens o na fonte A figura 2 1 ilustra esse tipo de regulador Enrolamento Enrolamento S rie ou Enrolamento de excita o Figura 2 1 Esquem tico do Regulador de Tens o Tipo A J o tipo B chamado de regulador de excita o constante pois a bobina de excita o se localiza ao lado da carga fazendo com que o mesmo n o seja submetido s varia es da tens o na fonte 5 A figura 2 2 ilustra esse tipo de regulador En
55. is de compensa o pr calculados de acordo com a rela o de transforma o das bobinas Assim ser acionado o conjunto de quatro chaves que possibilitar a melhor compensa o 15 A tabela 1 mostra a tens o de entrada coluna Ventrada com a qual a amplitude calculada pelo detector amplitude ser comparada com o objetivo de definir o conjunto de quatro chaves que ser o disparadas coluna Tiristores A raz o coluna Raz o Vsa da Ventrada representa o n vel de compensa o que ser necess rio em cada caso particular Os Steps coluna Steps quantificam o n mero de degraus que ser o utilizados em cada situa o enquanto a coluna L gica de Compensa o Direta apresenta de que forma as bobinas ser o interligadas entre si Tabela 1 Look Up Table utilizada pelo controlador do RECET 89 385 646667612 19 12 5 2 8 86329 89 888 G16367612 18 12 5 1 8 81349 90 395 616267612 656667612 17 12 5 8 76370 90 909 G2G4G7G12 12 5 1 12 2 8 41514 94 675 G2G5G6 10612 a 8 36535 95 238 G1G6G769 8 31556 95 808 G4G6G7G9 8 26576 96 386 G1G3G7G69 8 21597 96 970 G1G2G7G9 G5G6G7G9 8 16618 97 561 62646769 8 11638 8 01679 2 7 81762 101 911 G2G5G7G8 6265611612 1 2 7 76783 102 564 G1G3G8G10 5 1 7 71803 103 226 G1G2G8G10 G5G6G8G10 5 7 66824 103 896 626468610 5 1 7 61844 104 575 636568610 5 2 105 263 626568610 8 25 224 7 51886 105 960 616669611 9 12
56. ja compensada erradamente Mas quando a tens o da fonte se estabiliza em 7 269kV a regula o ocorre perfeitamente pois mesmo que T3 esteja em curto a compensa o para este valor de tens o exige al m de T5 T9 e T11 a chave T3 Logo ela estaria conduzindo de qualquer maneira Por este motivo n o interfere na din mica de compensa o ratificando assim o que foi dito a respeito na simula o do terceiro caso Mais uma vez ser mostrado na figura 5 21 a quest o dos altos valores de corrente que circulam nos enrolamentos quando uma quinta chave colocada em condu o RECETA Corrente do Enrolamentos lenrol1 m lenrol2 lenrol3 lenrol4 E 6 0 40 20 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 0 80 1 00 1 20 1 40 1 60 1 80 2 00 4 b Figura 5 21 Corrente no primeiro enrolamento do transformador Quando o par de tiristores T3 sofre o curto ap s 1 0 segundo a corrente no primeiro enrolamento assume um valor muito alto Isso acontece porque para o valor de tens o na fonte que estava entre 0 5 e 1 5 segundos a chave T3 n o era necess ria para compensar a tens o na carga Logo foi inclu do um quinto par de chaves quando a mesma entrou em curto fazendo com que a corrente no enrolamento que est conectada diretamente ao par de chaves em curto assumisse valores muito altos 65 E quando a l gica exige a presen a da chave curtada para compensar n o faz diferen a a mesma estar em curto ou n o a corrente nos
57. l dos caminhos dos fluxos de dispers o n o s o exigidos para calcular as permeancias P e Ps de dispers o 8 S o exigidos apenas para calcular as perme ncias P4 P2 e Ps A curva caracter stica de magnetiza o mostrada na figura 4 5 mostra como o n cleo do transformador se move na regi o do joelho da curva de magnetiza o mudan as na perme ncia incremental Px muito maior e mais repentina especialmente de estivermos tratando de n cleos com alta efici ncia do que mudan as nas perme ncia reais Pk Embora a perme ncia incremental d forma ao modelo do transformador o uso da perme ncia real favorecido para a representa o do transformador para simula o din mica 8 PA ii a perme ncia incremental b perme ncia real Mi t Figura 4 5 Curva Caracter stica de Magnetiza o Fonte Neville Watson Jos Arrillaga Power Systems Eletromagnetic Transients Simulation No transformador Umec o fluxo expresso utilizando a perme ncia real isto dk Pk Mi t 4 1 34 A geometria do n cleo ir determinar diretamente as perme ncias dos membros onde se encontram os enrolamentos e a perme ncia do garfo Essas perme ncias ser o utilizadas como par metros da curva de magnetiza o do n cleo e logo ap s os pontos dessa curva ser o utilizados para determinar o fluxo no n cleo do transformador Percebe se ent o que os pontos da curva de magnetiza o e as rela es
58. lidade de Falhas Dentro desse bloco se encontra o modelo de falha como pode se observar na figura 3 10 DE falte s fal y mE vee luyo 680 l Figura 3 10 Modelo de Falha dos Tiristores dentro do Bloco Falha Tiristor 20 3 3 3 Montagem da L gica de Falha dos Tiristores Ap s a cria o de todo o bloco de falha dos tiristores tornou se necess ria a cria o de um ambiente que interagisse com o programa principal do RECET e tamb m fosse de f cil utiliza o Houve aten o especial na cria o de um ambiente no qual fosse simples enviar o comando de falha ou seja escolher o tipo de falha o tempo em que ela se iniciaria e tamb m o tempo que ela terminaria Foi criado um programa denominado de L gica de Falha que ter a fun o de desempenhar o que foi explicado acima Segue abaixo na figura 3 11 o ambiente descrito FXI Tipo_ Fa Tipofalha C 3 gt Tipofalha Figura 3 11 Bloco L gica de Falha Esse bloco da figura 3 11 representa apenas a interface que ter entre o bloco de falha de tiristores apresentado anteriormente e o programa principal do RECET O detalhamento bloco pode ser visto abaixo na figura 3 12 21 Logica Falh Dial Dial 2 3 4 5 7 8 9 10 6 Channel Decoder 6 Channel Decoder Data Select i gil DE E Data e a NN oO ht OH OD SW s Logica Falh Dial Dial t b NWO fF
59. lo de forma a tornar o comportamento do fluxo dos transformadores semelhantes para ambos 53 5 2 Segunda Simula o de Falha nas Chaves A segunda simula o mostrar o comportamento do RECET diante a abertura do par de tiristores T9 o quarto de baixo para cima do modelo mostrado na figura 5 1 A simula o proceder da seguinte maneira o RECET entrar novamente em funcionamento e com sua tens o da fonte em 7 967kV ou seja em 1p u at 0 5 segundo Nesse instante a essa tens o sofrer um afundamento e ir para aproximadamente 7 269kV e ficar assim at o final da simula o Paralelo a essa din mica de varia o da tens o da fonte e da compensa o da tens o entregue a carga a par de tiristores T9 sofrer a abertura em 0 7 segundo ou seja perder o funcionamento neste instante e assim permanecer at 1 3 segundos quando ela voltar ao seu estado de funcionamento normal Essa simula o mostrar o que ocorrer com o RECET caso exista uma falha moment nea e n o uma falha permanente como foi mostrada na primeira simula o Os resultados da din mica de compensa o da tens o entregue a carga pode ser vista na figura 5 11 Tens es 0 Varms m VarmsREG y p u 4 Figura 5 11 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T9 aberto 54 A figura superior mostra a tens o de entrada da fonte em azul e a tens o regulada para a carga em vermelho J a
60. ms m VarmsREG r 1 20 E 5 a x 1 1722972973 0 40 Varms 1 0 889074723365 VarmsREG 1 0 985438947528 0 20 0 00 0 00 0 25 0 50 0 75 1 00 1 25 1 50 1 75 2 00 4 gt Figura 5 20 Compara o das tens es reguladas antes e ap s a falha de T3 Como pode ser visto na figura 5 20 as tens es reguladas para a carga antes e depois de 1 0 segundo que o instante que ocorre a falha s o diferentes Isso se d porque a l gica de compensa o do RECET chaveia os pares de tiristores T1 T2 T8 e T11 para compensar o afundamento para 7 120kV Esses pares de tiristores acionados introduzem uma compensa o negativa de 17 steps Regulando ent o a tens o para um valor muito pr ximo de 1p u Por m ap s 1 0 segundo com o par de tiristores T3 em curto a corrente passa a percorrer um caminho que introduz 16 steps negativos para regular a tens o da carga Com isso a tens o fica mais longe de 1p u Resumindo o curto em T3 for a um caminho para a corrente e esse caminho percorre apenas 16 steps dos enrolamentos n o sendo o suficiente para compensar a tens o na carga para 1p u A partir de 1 5 segundos a tens o sofre uma pequena eleva o e vai para aproximadamente 7 269kV No transiente at a tens o estabilizar neste valor a 64 tens o na carga sofre uma varia o Isso acontece porque a chave T3 est em curto e para alguns valores de tens o do transiente a chave T3 n o se faz necess ria fazendo com que a tens o se
61. nd rio transformador de tr s enrolamentos n o garante que o fluxo seja exatamente igual em todos os enrolamentos O Cap tulo 4 atrav s das simula es e an lises trouxe duas conclus es importantes A primeira que o modelo de transformador Umec melhor para simula es onde o transiente analisado Nos modelos convencionais as caracter sticas n o lineares s o feitas baseada no Knee Point ou seja joelho da 42 curva de satura o Para simula es onde a satura o do n cleo mais relevante o modelo do Umec mais aconselh vel 6 A outra conclus o que a configura o da liga o dos transformadores do Modelo Autotrafo representa melhor as caracter sticas do RECET e atende ao princ pio do autotransformador Logo ser criado um terceiro modelo chamado de Modelo Tr s Enrolamentos onde a configura o ser id ntica ao Modelo Autotrafo por m os transformadores que ir o compor este modelo ser o os transformadores de tr s enrolamentos Umec Isso far com que as caracter sticas do RECET sejam atendidas e a simula o de an lise de transiente tamb m seja feita da maneira correta pois o transformador Umec estar sendo utilizado Ent o seguir o no Cap tulo 5 as an lises de falha nos tiristores do circuito de pot ncia e na linha de distribui o antes e depois do regulador para o Modelo Tr s Enrolamentos proposto 43 Capitulo V An lise de F
62. nte nos enrolamentos dos transformadores A figura 5 18 mostra que antes de ocorrer o curto todas as correntes est o em seus valores nominais quando existe a necessidade da utiliza o do enrolamento ou est o pr ximas de zero quando n o h a necessidade da presen a do enrolamento na compensa o Por m quando ocorre o curto no par de tiristores T4 a corrente no enrolamento 1 sofre uma eleva o de mais de 10 vezes o valor nominal e assim permanece at que o curto se acabe e T4 volte ao funcionamento normal Esse resultado foi importante para se ter no o da corrente que passa nos enrolamentos quando existem mais que quatro pares de tiristores conduzindo Isso valida a teoria do RECET apresentada no Cap tulo 3 E para a constru o em escala real do regulador deve se ter aten o com esta corrente caso alguma chave seja curtada 5 4 Quarta Simula o de Falha nas Chaves A quarta e ltima simula o de falha nos tiristores foi feita com o objetivo de mostrar o comportamento do RECET diante a imposi o de um curto circuito no par de tiristores T3 62 A simula o ser a seguinte o RECET entrar em funcionamento e com sua tens o da fonte em 7 967kV ou seja em 1p u at 0 5 segundo Nesse instante a tens o sofrer um afundamento e ir para aproximadamente 7 120kV e ficar assim at 1 5 segundos A partir desse instante a tens o da fonte sofrer uma pequena eleva o e ira para 7 269kV Paralelo
63. o deste trabalho Melhoria na l gica de falhas proposta neste trabalho pois os tipos de falhas em tiristores s o muitos e o modelo proposto neste trabalho simula apenas dois tipos diferentes Melhoria no modelo de tiristor utilizado de forma a criar um modelo com caracter sticas mais reais Comparar o comportamento do sistema real com os resultados de comportamento obtidos nas simula es 81 Cap tulo VII Refer ncias Bibliogr ficas e Eletr nicas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ANEEL Resolu o n 505 novembro de 2001 http wwwaneel gov br cedoc res2001 1505 padf Leszczynski T J Voltage Regulation Selection in Power Distribution Design Textile Industry Technical Conference IEEE 1998 1998 ITB Equipamentos El tricos Manual de Instru es do Regulador de Tens o Monof sico RAV 2 com controlador CTR 2 REV 12 2009 B Handley M Redfern and S White On load tap changer conditioned based maintenance IEE Proc Gener Transm Distrib Vol 148 No 4 Julho 2001 ABNT Rio de Janeiro NBR11809 Reguladores de Tens o junho 1992 L Huawei Y Fan Headway of transformer models in EMTDC EMPT School of Electrical Engineering Beijing Jiaotong University Beijing China HELP PSCAD EMTDC acessado em 14 de dezembro de 2009 Neville Watson Jos Arrillaga Power Systems Eletromagnetic Transients
64. o para este tipo de an lise o modelo se mostra correto Ele consegue atender aos princ pios de funcionamento e compensa o da tens o do RECET e consegue fazer o fluxo ser comum a todos os enrolamentos dos dois transformadores 4 3 2 Modelo Umec Para o Modelo Umec ser considerada a mesma condi o que foi imposta para o outro modelo A tens o na fonte sofrer as mesmas altera es descritas anteriormente e a mesma an lise de compensa o e fluxo nos enrolamentos dos transformadores ser feita O comportamento de compensa o da tens o do RECET para a fase A pode ser visto na figura 4 11 40 Tens es El Varms m VarmsREG y p u 4 4 1 4 i 0 00 0 20 0 40 0 60 0 80 1 00 1 20 1 40 Figura 4 11 Comportamento do RECET para fase A do Modelo Umec Atrav s da an lise da figura acima pode se observar que o comportamento do RECET foi novamente o esperado compensando para 1p u a tens o na carga sempre que uma varia o de tens o na fonte ocorresse importante ressaltar que o comportamento foi id ntico ao comportamento do Modelo Autotrafo mostrado no item anterior Na figura 4 12 est sendo mostrado o comportamento do fluxo nos dois transformadores do Modelo Umec RECETA Fluxos nos TRAFOS m fluxo1 m fluxo3enrol 1 50 D 1 00 0 00 x 0 666245897501 7 fluxo1 1 0 89421276
65. o com o menor n vel permitido Sendo assim a rela o de transforma o da primeira bobina 1s obrigatoriamente ter que ser de 0 625 As rela es de transforma o das bobinas restantes s o estabelecidas de forma a garantir que as varia es n o ultrapassem o limite de 0 625 por degrau Ent o foi estabelecido que as rela es das bobinas fossem as seguintes 0 625 1s 1 25 2s 3 125 5s 7 5 12s Com este conjunto de bobinas poss vel obter excurs es de tens o do ponto m nimo 0 625 at o ponto m ximo 12 5 de compensa o sempre garantindo que as mesmas ocorram em degraus de no m ximo 0 625 A figura 3 4 mostra duas situa es de compensa o distintas No caso a uma compensa o negativa de dezessete degraus aplicada tens o de carga no 13 intuito de aumentar a mesma J no segundo caso uma compensa o positiva de dez degraus utilizada para reduzir a tens o da carga ossssnssen Cura o e ewe wee 4 t i t i i I t t a b Figuras 3 4 L gicas de Compensa o do RECET 3 2 2 Estrat gia de Controle do RECET O controle monof sico do RECET atua regulando a tens o de sa da com base na informa o da amplitude da componente fundamental da tens o de entrada A estrat gia de controle do RECET baseada apenas em duas medi es da corrente e tens o de entrada conforme ilustrado na figura 3 5 RECET gm ew m CARGA
66. odelo LIMBO pasado e i ld Doe aa 42 Figura 5 1 Esquema de liga es do Modelo Tr s Enrolamentos 44 Figura 5 2 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T2 UO dare da a a e Aids Ah hes als i hee 46 Figura 5 3 Tens es na fonte e na carga para T2 aberto 47 Figura 5 4 Corrente entregue a carga para T2 aberto 48 Figura 5 5 Tens o na fonte e na carga para T2 aberto em 1 0 e 1 5 segundo 49 Figura 5 6 Zoom na corrente entregue a carga com T2 aberto 49 Figura 5 7 Din mica dos fluxos dos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos para T2 aberta essere 50 Figura 5 8 Zoom na dinamica dos fluxos nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos entre 0 95 e 1 125 SEQUNCOG cceceeeeeetteeeeeeeeeees 51 Figura 5 9 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T2 aberto com valores da geometria do n cleo padr es 52 Figura 5 10 Dinamica dos fluxos nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos para T2 aberta com geometria do n cleo padr o 53 Figura 5 11 Din mica de compensa o da tens o com o par de tiristores T9 ACUI 0 PRN AEE RE ete MA ORE RO RR O ERRA anes 54 Figura 5 12 Tens o na fonte e na carga para T9 aberto em 0 7 e 1 3 segundo 56 Figura 5 13 Corrente entregue
67. oi apresentado com detalhes no cap tulo anterior O regulador convencional possui um comutador eletromec nico este ir apresentar varia es das tens es em degraus ou seja de n vel em n vel No caso do RECET o tipo de chave semicondutora adotada para realizar a comuta o dos tap s o tiristor Este pode n o ser uma chave semicondutora totalmente controlada apresentando somente o controle de disparo mas pode realizar esta funcionalidade de forma similar O tiristor pode realizar a mesma opera o do regulador convencional de forma mais r pida podendo comutar do n vel mais baixo de tens o para o n vel mais alto de forma direta sem necessidade de excursionar por todos os n veis intermedi rios Al m disso esta chave semicondutora apresenta uma din mica de comuta o de 1 2 ciclo de onda o que equivalente a cerca de 8ms bem menor que o tempo de comuta o do regulador eletromec nico 10 O novo regulador RECET ser inserido na rede de distribui o por interm dio de uma conex o s rie Deste modo o comutador eletr nico dever operar de modo bidirecional em rela o corrente de carga do sistema Como o tiristor conduz somente durante um semi ciclo de onda faz se necess rio o uso de um par de tiristores conectados em anti paralelo para que seja poss vel a condu o durante todo o ciclo de onda Na figura 3 1 mostrado o arranjo anti paralelo escolhido para compor cada c lula do circuito de pot ncia
68. omec nico ii 8 Figura 3 1 Arranjo adotado para a composi o de uma c lula do circuito de DOLENCI A intact seca aie ake cote etn a etalon tate 11 Figura 3 2 Vis o geral do RECET rr aaana 11 Figura 3 3 Topologia proposta para o RECET 12 Figura 3 4 L gicas de compensa o do RECET 14 Figura 3 5 Pontos de medi o utilizado pelo controlador 14 Figura 3 6 Diagrama de blocos do algoritmo de controle 15 Figura 3 7 Modelo de falhas do par de tiristores 17 Figura 3 8 L gica de controle das chaves era 18 Figura 3 9 Bloco de falha dos AMISIONOS sacas ceewte cece cedserceintvancsenducseedararade eetivenauuniss 20 Figura 3 10 Modelo de falha dos tiristores dentro do bloco Falha Tiristor 20 Figura 3 11 Bloco L gica de Falhas rear 21 Figura 3 12 Programa principal da L gica de Falhas 22 Figura 3 13 Controle de tempo de falhas 23 Figura 3 14 L gica de talha complela sas pssuguerodecanio ionstenanei tapado cues ia ad Sud nara pad 24 Figura 3 15 Resultado da falha no primeiro par de tiristores nesen 25 Figura 3 16 L gica de falha compl tas a am005 2005 2usaguizaialadadsadasos void tbedececigee ean 26
69. ou se em um terceiro modelo que representa melhor as caracter sticas deste regulador Logo ap s o melhor modelo ser encontrado foi desenvolvida uma l gica de falhas nos tiristores para que fosse feita simula es deste modelo mediante falhas nessas chaves O Cap tulo 3 mostrou de forma detalhada todas as etapas de cria o deste modelo de falhas e pode se concluir que o PSCAD EMTDC uma excelente ferramenta para simula o Possibilita a partir da sua vasta gama de op es a cria o de diversos modelos com caracter sticas distintas No Cap tulo 4 como o terceiro modelo de simula o do RECET apresenta na sua configura o o transformador Umec Unified Magnetic Equivalent Circuit de tr s enrolamentos foi feita uma an lise do funcionamento e das caracter sticas deste modelo de transformador Foi poss vel concluir que se trata de um modelo mais completo em compara o aos modelos convencionais de transformadores para simula o O Umec permite que seja parametrizada as caracter sticas da geometria do n cleo do transformador e tamb m que seja configurada com mais detalhes a curva de satura o do mesmo Outra conclus o que para que se tenha uma simula o eficiente preciso parametriz lo com muita aten o pois estes par metros determinam diretamente o comportamento do fluxo magn tico no n cleo do transformador Logo deve se ter conhecimento das caracter sticas do transformador junto ao fabricante A parti
70. paralelo criou o circuito que ser comandado por um controle tamb m constru do com ferramentas blocos do PSCAD EMTDC para que se coloque esse par de tiristores em curto circuito ou circuito aberto Segue na figura 3 7 o circuito descrito anteriormente SOL amp CLOSE uyo gag iHv Figura 3 7 Modelo de Falhas do Par de Tiristores 17 O modelo apresentado na figura 3 7 mostra o funcionamento normal do par de tiristores nenhuma falha est sendo aplicado aos mesmos A chave na cor vermelha significa que a mesma est em modo de condu o enquanto a chave na cor verde significa que a mema est aberta ou seja n o est conduzindo Logo para que o par de tiristores esteja em curto circuito ou em circuito aberto depender do estado das chaves A tabela 2 abaixo mostra como a varia o do estado das chaves determina o tipo de falha no par de tiristores Tabela 2 Rela o do Estado das Chaves com o Tipo de Falha Chave OPEN Chave CLOSE Tipo de Falha Vermelha Verde Func Normal Verde Verde Aberto Curto Circuito T o logo como se faz a mudan a do estado dessas chaves o que ser explicado adiante Atrav s da figura 3 8 pode se observar o controle que dita o estado das mesmas Figura 3 8 L gica de Controle das Chaves De uma forma geral quem determina se haver funcionamento normal curto circuito ou circuito aberto o valor que se encontra a esquerda dos blocos r
71. por um instante como pode ser visto na figura 5 26 Isso acontece pelo motivo do controle se perder como explicado anteriormente como os pares de tiristores n o recebem sinal para entrarem em funcionamento como se todos os tiristores estivessem abertos logo a corrente fica sem caminho e passa a ser zero Mas quando o controle se normaliza a corrente que atravessa o regulador e vai para a carga volta ao seu valor nominal e o regulador compensa as varia es normalmente A corrente de curto atinge um valor aproximadamente de 1 75kA que corresponde a mais ou menos nove vezes o valor da corrente nominal Mas mesmo com esse valor muito alto de corrente atravessando o regulador o mesmo consegue voltar ao seu funcionamento normal algum tempo depois que o curto cessa 5 5 2 2 Curto Circuito Fase Terra Ajusante ao RECET Segundo Caso A din mica na qual o RECET estar inserido novamente a mesma apresentada para os casos anteriores no qual o curto foi aplicado antes do regulador Logo o RECET entrar em funcionamento com sua tens o da fonte em 7 967kV ou seja em 1p u at 1 5 segundos Nesse instante a tens o sofrer um afundamento e ir para aproximadamente 7 269kV e ficar nesse valor at o final da simula o Paralelo a isto ser for ado um curto circuito monof sico ap s o regulador esse curto ser imposto em 0 7 segundo e durar por 0 4 segundo Os resultados encontrados da din mica de funcionamento do reg
72. r m pode se observar na figura 5 10 a diferen a no comportamento do fluxo nos transformadores quando se altera a geometria do n cleo 52 RECETA Fluxos dos Trafos Fase a m fluxo1 m fluxo o 1 50 1 00 0 50 0 00 i gt 0 50 1 1 00 1 50 x 0 716738197425 fluxo1 1 0 796359140149 2 00 fluxo2 1 0 796359140149 0 00 0 25 0 50 0 75 1 00 1 25 1 50 1 75 2 00 4 b E m a Figura 5 10 Dinamica dos fluxos nos transformadores do Modelo Tr s Enrolamentos para T2 aberta com geometria do nucleo padrao O fluxo nos dois transformadores se manteve o mesmo at porque o que determina esse tipo de resultado a conex o dos transformadores Por m a din mica do comportamento foi completamente diferente Validando assim a influ ncia da geometria do n cleo no comportamento dos transformadores As simula es que se seguem utilizam os valores usados na primeira simula o do primeiro caso onde n o s o considerados os valores padr es da geometria do n cleo do transformador Umec Os valores utilizados para todas as simula es exceto esta anterior que utiliza os valores padr es de geometria do n cleo foram escolhidos a partir de um ajuste comparativo entre o comportamento do Modelo Autotrafo que n o utiliza o Umec e o Modelo Tr s Enrolamentos que utiliza o Umec A partir do comportamento do primeiro modelo foi sendo alterado o valor da geometria do n cleo do transformador Umec do outro mode
73. r do Cap tulo 5 come am as simula es para falha nos tiristores Os tipos de falha simulados foram de dois tipos os tiristores em Curto Circuito ou em Circuito Aberto A partir dos resultados p de se conhecer melhor como o RECET se comporta mediante essas situa es Os resultados para esses tipos de simula es foram favor veis tendo em vista que o modelo do RECET respondeu de acordo com o que se espera na pr tica Logo ap s as simula es de falha nos tiristores foram realizadas simula es de falhas na linha de distribui o na qual o RECET est acoplado Essas falhas foram representadas por curto circuito monof sico fase terra antes e depois 80 do regulador P de se observar que o comportamento do RECET condisse com a realidade e ainda apresentou uma l gica de controle que suporta varia es abruptas dos par metros sem que o mesmo perca sua funcionalidade Foi mostrado ent o que o modelo atende as especifica es do RECET e se comporta de maneira correta mediante falhas A outra contribui o do trabalho foi mostrar as caracter sticas do transformador Umec e comprovar que o mesmo mais eficiente quando se deseja simula o de transientes ou seja ele descreve melhor o comportamento do n cleo do transformador mediante essa situa o Abaixo seguem sugest es que poderiam complementar e enriquecer este trabalho 6 1 Trabalhos Futuros Podem se sugerir as seguintes sugest es para melhoria e aperfei oament
74. rcuito circular pelo mesmo diferentemente do que acontecia nas simula es anteriores Para analisar melhor e compreender os resultados ser o feitas duas simula es para o curto circuito monof sico ap s o RECET Na primeira ser simulado um curto circuito com alto valor de corrente por m por um tempo curto de dura o A inten o mostrar se o regulador suporta uma corrente de curto alta sem que a prote o tenha tempo de atuar A segunda simula o ser o inverso ser simulado um curto com uma corrente n o t o alta quanto a primeira mas o tempo de dura o do curto ser maior A inten o agora observar o comportamento do RECET trabalhando bastante tempo com uma corrente de curto alta circulando por ele por m essa corrente n o sendo t o alta a ponto de atuar a prote o 5 5 2 1 Curto Circuito Fase Terra Ajusante ao RECET Primeiro Caso A din mica na qual o RECET estar inserido novamente a mesma apresentada para os casos anteriores no qual o curto foi aplicado antes do regulador Logo o RECET entrar em funcionamento com sua tens o da fonte em 7 967kV ou seja em 1p u at 1 5 segundos Nesse instante a tens o sofrer um afundamento e ir para aproximadamente 7 269kV e ficar nesse valor at o final da simula o Paralelo a isto ser for ado um curto circuito monof sico ap s o regulador esse curto ser imposto em 0 7 segundo e durar por 0 05 segundo Os resultados encontra
75. rentes de tiristores Quando se coloca um par de tiristores em curto e o mesmo n o faz parte da l gica para compensar tal varia o da tens o como foi o caso apresentado ficam cinco tiristores em modo de condu o Caso seja colocado em curto um par de tiristores que componha a l gica de compensa o a mesma ir fluir de forma correta nada anormal ir acontecer pois o tiristor estar em curto significa o mesmo que se estivesse conduzindo A n o necessidade do par de tiristores T4 para compensar a eleva o da tens o pode ser visto na figura 5 17 depois que a tens o se estabelece em 8 365kV nenhum pulso enviado a T4 Para uma eleva o para 8 365kV a l gica coloca em condu o os pares T1 T6 T7 e T9 E como o par de tiristores T4 n o faz parte da compensa o mas com a falha o mesmo passa a conduzir correntes alt ssimas de curto passam a circular nos enrolamentos dos transformadores que est o conectados diretamente no par de tiristores em curto Isto pode ser observado com clareza na figura 5 18 61 RECETA Corrente do Enrolamentos 0 jenrol lenrol2 m lenrol3 m lenrol4 6 0 x 1 23189946032 lenroll 1 1 58606776275 lenrol2 1 0 221707233054 4 0 lenrol3 1 0 221900569401 lenrol4 1 0 000284079774218 2 0 0 0 Fe es Oe oe Be ee Bo Pe Po Pe Be BP Pe Pe n DO PO ua a O 4 0 el a al nn i nnn ee Sad ee eee Se 0 950 1 000 1 050 1 100 1 150 1 200 1 250 1 300 1 350 o 4 b Figura 5 18 Corre
76. rolamento S rie ou Enrolamento de Tap s Enrolamento de excita o Figura 2 2 Esquem tico do Regulador de Tens o Tipo B O regulador de tens o que faz parte deste estudo do Tipo B sendo que este tipo de regulador pode ser representado de duas maneiras como redutor de tens o ou como elevador de tens o Para a configura o de redutor de tens o temos que a ocorr ncia de uma eleva o de tens o no lado da fonte regulada de forma a manter a tens o no patamar anterior a ocorr ncia do dist rbio que originou a eleva o da tens o Na figura 2 3 ilustrado esse tipo de regulador redutor de tens o Enrolamento S rie ou Enrolamento de Tap s Enrolamento de excita o Figura 2 3 Regulador de Tens o como Redutor Tipo B J para a configura o de elevador de tens o temos que para um evento qualquer que acarrete na queda de tens o na fonte o regulador atue fazendo com que a tens o na sa da seja aquela anterior a ocorr ncia do dist rbio que motivou a queda de tens o Na figura 2 4 ilustrado esse tipo de regulador elevador de tens o Enrolamento S rie ou Enrolamento deTap s Enrolamento de excita o Figura 2 4 Regulador de Tens o como Elevador Tipo B Quem determina se o Regulador de Tens o do Tipo B opera como redutor ou elevador de tens o a polaridade da bobina s rie ao lado da fonte Ent o se utilizarmos uma chave de revers o que inserida
77. rrent 1 Figura 4 2 Janela de Configura o da Satura o do Transformador do Modelo Autrotrafo Como se pode observar na figura 4 2 as condi es de satura o ativa ou n o pode ser selecionada e tamb m pode se selecionar em qual enrolamento essa satura o ocorrer O par metro Air core reactance serve para configurar a reat ncia do n cleo O Knee voltage a tens o do joelho da curva de satura o E por fim o par metro Magnetizing current a corrente de magnetiza o que pode ser parametrizada Com isso est o dispon veis apenas alguns par metros de satura o e da curva de satura o Como n o s o conhecidas as caracter sticas do transformador que ser utilizado no equipamento real foram utilizadas as caracter sticas de satura o padr o do transformador do PSCAD EMTDC 4 2 Segundo Modelo Modelo Umec Esse segundo modelo utiliza dois transformadores um de quatro enrolamentos e outro de tr s enrolamentos sendo ambos Umec Na figura 4 3 pode ser observada a conex o desses transformadores s c lulas tiristorisadas 30 Rm vz o 6 a TF Fx K s 2 G e TE Fx K 5 o G 2 A wet No nl Fx K g 5 E G g J mee o 3 TF Bn Cargaa Fx x g Nez G TF Fx K g Eu a ie i TF E s o io A F 2
78. s medi es e an lises dos valores das tens es s o feitas por um dispositivo de controle eletr nico micro controlado que comanda automaticamente o comutador e ainda acumula fun es de registrador e indicador de posi o 3 A mudan a de tap s realizada com a ajuda de um motor em geral uma engrenagem que se locomove at a posi o desejada Esta conex o feita sempre sequencialmente o que significa que se houver uma eleva o ou uma queda de tens o o regulador sentir o desn vel e ser acionado para corrigir passando por v rios n veis at a estabiliza o O comutador mec nico conecta a pr xima posi o de tap antes de desconectar a posi o em que ele se situa Isso limita o tempo de resposta em torno de 5 a 8 segundos o que insuficiente para proteger cargas sens veis quando h a ocorr ncia de VTCD s Outro aspecto importante de quando estamos falando sobre Reguladores Eletromec nicos a manuten o que muito cr tica A manuten o um fator importante para o desempenho confiabilidade tempo e custos de opera o As causas da deteriora o do equipamento podem ser e ambientais devido exposi o chuva e sol e stresses t rmicos causados pelos ciclos de opera o de carga load cycling e umidade interna e perda de leo e mec nicas por falhas no sistema de ventila o motor e outros elementos que comp e o circuito eletromec nico do comutador de tap s Dentre
79. so observa se na figura 3 17 abaixo o resultado encontrado Main Graphs 250 Fi mE mFS mF4 IIe RS mF6 mF mo mFS FAO l F11 m F12 x 0 905579399142 sm F1 1 0 0 F2 1 0 0 1 50 F3 1 0 0 F4 1 0 0 F5 1 2 0 eS O F6 1 0 0 F7 1 0 0 0 50 F8 1 0 0 F9 1 0 0 F10 1 2 0 F11 1 0 0 F12 1 0 0 0 50 z 0 00 0 50 1 00 1 50 2 00 4 gt Figura 3 17 Resultado da Falha no Quinto e D cimo Pares de Tiristores O resultado encontrado foi exatamente o esperado a falha n mero 2 de circuito aberto come ou em 0 5 segundo e t rminos em 1 5 segundos para os pares de tiristores 5 e 10 Sendo os outros pares se comportando normalmente ou seja permanecendo no estado zero sem falha 26 Cap tulo IV Modelos de Simula o do RECET Neste cap tulo ser o apresentados os dois modelos de simula o para o RECET O primeiro modelo que ser chamado de Modelo Autotrafo apresenta uma modelagem mais simples que o segundo que ser chamado de Modelo Umec O principal objetivo neste cap tulo mostrar como cada modelo se comporta e se atendem as caracter sticas do RECET em situa es de compensa es em regime permanente Ainda n o ser o analisadas situa es de falhas O segundo modelo possui na sua configura o o transformador de quatro enrolamentos e o de tr s enrolamentos Umec dispon vel nas vers es mais recentes do PSCAD EMTDC Como se trata de um modelo no
80. stribui o antes do reg lador ats ahi Act tas fot ase CA ERR a Vala 71 Figura 5 27 Din mica de compensa o da tens o com curto monof sico na linha de distribui o ap s o regulador sita 73 Figura 5 28 Forma de onda da tens o na fonte e na carga durante o curto 73 Figura 5 29 Comportamento da corrente entregue a carga com curto monof sico na linha de distribui o ap s o reQuladoOl ccccceeeeeeeeteeeeeeeeeseees 74 Figura 5 30 Falha no controle para o rastreamento de fase 75 Figura 5 31 Corrente de curto monof sico na linha de distribui o ap s o LEQUIADOL PEA AAEE EA A A ad 75 Figura 5 32 Din mica de compensa o da tens o com curto monof sico de longa dura o na linha de distribui o ap s o regulador 77 Figura 5 33 Forma de onda da tens o na fonte e na carga durante o curto 78 xvi Figura 5 34 Comportamento da corrente entregue a carga com curto monof sico de longa dura o na linha de distribui o ap s o regulador Figura 5 35 Controle de fase para curto monof sico de longa dura o na linha de distribui o ap s o regulador ie xvii LISTA DE TABELAS Tabela 1 Look up table utilizada pelo controlador RECET Tabela 2 Rela o do Estado das Chaves com o Tipo de Falha
81. terface de varia o de n veis explicada anteriormente 23 O sinal Data tamb m se encontra no segundo Channel Decoder e representa a segunda interface de varia o de n veis que controla os pares de tiristores de 7 a 12 O tipo de falha tamb m uma vari vel que entrar no Channel Decoder ent o a uni o dos dados de tempo e falha que se pode visualizar na figura 3 13 determinar quanto tempo durar e qual falha ser aplicada no tiristor selecionado na interface de varia o de n veis Bastando apenas alterar os valores das entradas para selecionar o tempo de in cio e fim da falha assim como o tipo de falha 3 3 4 L gica de Falhas Final A partir de agora ser mostrada toda a interface de falha e tamb m os resultados para comprovar que a mesma funciona Na figura 3 14 abaixo se encontra toda a l gica de falha completa para que se possa compreend la melhor e analisar seus resultados Man com kr 7 Dial G gt 7 gt A E e Ls J Fx d 6 Ex TF Dial 5 b K v 4 k a f e 3 be 8 2 I 3 o 1 1 F e tl L kr E Lt Man Cont be Dalit a 7 be 6 E 1 0 im 2 5 be Es a 4 gt si o As gt if ee Fx1 s E br Dialf a 2 td 3 gt FipoPaine Se i S Figura 3 14 L gica de falha completa Nesta interface est selecionado o primeiro par de tiristores para sofrer a falha n mero 3 que representa o
82. tiplicador Esse valor denominado de falha na l gica de controle da figura 3 8 Ent o para que na sa da desse segundo bloco comparador esteja o n vel l gico zero basta que a entrada falha seja menor ou igual a 2 dois Com isso esse n vel l gico zero na sa da passar por um inversor e passar a ser 1 um fazendo com que o estado da chave close mude fechado para aberto Se esse valor falha for maior que 2 dois pois B vale 2 dois a sa da ter o n vel l gico 1 um Esse n vel l gico na sa da passar por um inversor e passar a ser zero logo n o alterar o estado inicial da chave close permanecendo em modo de condu o 19 3 3 2 Cria o de um Bloco de Tiristores com Possibilidade de Falhas Ap s a cria o do modelo de falha dos tiristores passou se a focar na etapa da cria o de um bloco que representasse esse modelo Para isso foi utilizada a fun o create new component do PSCAD EMTDC e um bloco denominado TF tiristor falha foi criado O bloco criado apresenta uma conex o el trica superior e uma inferior denominadas A Anodo e K catodo respectivamente Al m dessas existem duas entradas a esquerda denominadas Fx e G A primeira ser explicada com mais detalhes no decorrer do projeto e a segunda representa o Gate do Tiristor Com isso o seguinte bloco foi montado como mostra a figura 3 9 G K Figura 3 9 Bloco de Tiristores com Possibi
83. ulador seguem na figura 5 32 76 Tens es m Varms m VarmsREG gt 1 00 0 80 0 60 0 40 0 20 0 00 0 20 y p u 0 00 0 25 0 50 0 75 1 00 1 25 1 50 1 75 2 00 4 b Figura 5 32 Din mica de compensa o da tens o com curto monof sico de longa dura o na linha de distribui o ap s o regulador Novamente o RECET suportou a corrente de curto passando atrav s dele Ap s o t rmino do curto o regulador voltou a atuar de forma correta compensando a varia o que ocorre em 1 5 segundo A tens o regulada para a carga cai bastante logo ap s o t rmino do curto no instante entre 1 10 e 1 15 segundos ou seja o regulador n o consegue compensar a varia o da fonte A corrente entregue a carga neste instante de tempo atinge valores muito altos mas n o chega a zero quando o curto cessa apenas apresenta uma pequena diminui o O motivo dela n o ir a zero que o controle desta vez n o se perde A varia o da corrente imposta pelo curto n o grande o suficiente para que o rastreamento se perca Logo apenas no momento de fim do curto quando o par metro de entrada do controle que a corrente se altera que o regulador n o consegue compensar Pois sua refer ncia variou bruscamente mas n o muito quanto ocorreu no caso anterior ou seja n o foi o suficiente para que o rastreamento se perdesse Pode ser observado na figura 5 33 abaixo que a corrente entregue a carga se desestabiliza um pouco
84. vo ser feita uma an lise mais detalhada do que esse tipo de modelo de transformador representa 4 1 Primeiro Modelo Modelo Autotrafo O primeiro modelo utiliza dois transformadores de tr s enrolamentos dispon veis no PSCAD EMTDC A conex o desses transformadores s c lulas tiristorisadas pode ser observada na figura 4 1 27 a aig 0 0 2 3 0 X bat fot bot bot pot bal a fof fat fof fat frp HWE LW EE Et LWA Ei o 2 046 D 046 V 046 DOG V 06G DOG DOM DOH DM DO V 06G DO V ia com Figura 4 1 Esquema de liga es do Modelo Autotrafo Observando a figura acima percebe se que a montagem do modelo seguiu as caracter sticas do RECET apresentadas no Cap tulo 3 No lado prim rio existem quatro enrolamentos que ser o conectados em s rie de acordo com a l gica de chaveamento e a necessidade de compensa o De cima para baixo esses enrolamentos do prim rio representam as bobinas 1s 2s 5s 12s sendo s igual a 0 625 28 A tens o nominal utilizada para o RECET de 13 8kV fase fase Como est o sendo utilizadas tr s modelos monof sicos uma para cada fase de modo a formar um banco trif sico a tens o nominal passou a ser de 7 967kV fase neutro Logo as tens es nas bobinas 1s 2s 5s 12s s o proporcionais a esse valor de tens o fase neutro ou seja 1s 0 625 do valor d

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