FACULDADE PIO DÉCIMO
COORDENAÇÃO DO CURSO DE GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA ELÉTRICA
MONOGRAFIA
MODELAGENS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO
UTILIZANDO APLICAÇÕES COMPUTACIONAIS DO
VISUAL BASIC
RAPHAEL MENDONÇA BRÜGGER
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Modelagens de linhas de transmissão aplicadas Visual Basic, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
Monografia baseada em Modelagens de linhas de transmissão e a partir desse assunto, foi criado um programa de computador para poder calcular as linhas de transmissao de uma linha curta, media e longa. Assim como tambem calcula os parâmetros de uma LT de potencia (Indutância e Capacitância) e entre outros.
Tipologia: Notas de estudo
2011
1 / 205
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FACULDADE PIO DÉCIMO
COORDENAÇÃO DO CURSO DE GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA ELÉTRICA
MONOGRAFIA
MODELAGENS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO
UTILIZANDO APLICAÇÕES COMPUTACIONAIS DO
VISUAL BASIC
RAPHAEL MENDONÇA BRÜGGER
Aracaju – Brasil
Dezembro de 2008
FACULDADE PIO DÉCIMO
COORDENAÇÃO DO CURSO DE GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA ELÉTRICA
MODELAGENS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO
UTILIZANDO APLICAÇÕES COMPUTACIONAIS DO
VISUAL BASIC
Monografia apresentada à Coordenação do Curso de Engenharia Elétrica,
em cumprimento ao pré-requisito para a obtenção do grau de graduado
em Engenharia Elétrica.
RAPHAEL MENDONÇA BRÜGGER
Prof. José Valter Alves Santos
Profª. Teresinha Maria dos Santos
Componente da Banca Examinadora
Aracaju – Brasil
Dezembro de 2008
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, por ter dado muitas forças e coragem para me dedicar aos estudos após uma jornada de trabalho, pela vida, saúde e caminhada. A Nossa Senhora pela proteção maternal nessa difícil jornada. Aos meus pais que, apesar das dificuldades, estiveram dispostos a investir na educação. A toda minha família que contribuiu de forma direta ou indireta para mais uma etapa da minha vida. Aos meus colegas que de certa forma contribuíram para meu sucesso e que torceram por mim. A Faculdade Pio Décimo, que propiciou caminho para conclusão da minha formação acadêmica. A empresa Aperipê, que subsidiou parte dos estudos. A todos os demais professores que nos orientaram em todos os períodos, dedico esta conquista com a mais profunda admiração e respeito.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS...........................................................................................................viii LISTA DE TABELAS.....................................................................................ix
4.2 -- Desenvolvendo o programa – Tensão mecânica e flecha de um condutor................... 66 4.3 – Desenvolvendo o programa – Indutância em linhas de transmissão - Linha trifásica para um circuito simples........................................................................................................ 69 4.4 – Desenvolvendo o programa – Indutância em linhas de transmissão - Linha múltipla.. 72 4.5 – Desenvolvendo o programa – Indutância em linhas de transmissão – Linha trifásica de circuito duplo.......................................................................................................................... 77 4.6 -- Desenvolvendo programa – Capacitância em linhas de transmissão – Susceptância capacitiva em uma linha monofásica...................................................................................... 81 4.7 – Desenvolvendo programa – Capacitância em linhas de transmissão – Linha trifásica de um circuito simples................................................................................................................ 85 4.8 – Desenvolvendo programa – Capacitância em linhas de transmissão – Linha múltipla ................................................................................................................................................ 93 4.9 – Desenvolvendo programa – Capacitância em linhas de transmissão – Linha trifásica de circuito duplo.......................................................................................................................... 95 4.10 – Desenvolvendo programa – Linhas de transmissão curta......................................... 102 4.11 – Desenvolvendo programa – Linhas de transmissão média........................................ 105 4.12 – Desenvolvendo programa – Linhas de transmissão longa........................................ 113 5.0 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................... 122
LISTA DE FIGURAS
Resumo
Sistema elétrico de potência é um conjunto de equipamentos destinados a gerar, transmitir e distribuir a energia elétrica. A disposição de suas redes pode ser classificada como em anel ou radial. Como a definição nos diz, nesse tipo de sistema todas as usinas geradoras e as linhas de transmissão estão interligadas, no Brasil, mais de 95% do sistema está ligado em anel, o chamado Sistema Interligado Nacional. Em análise, iremos aplicar um software chamado Visual Basic e é nele que iremos fazer modelagem matemática de sistema de geração e transmissão de energia elétrica com o objetivo de simular as equações de um sistema de potência através da programação.
Abstract
Electrical system of power is a set of destined equipment to generate, to transmit and to distribute the electric energy.The disposal of its nets can be classified as in radial ring or.As the definition in says them, in this type of system all the generating plants and the lines of transmission are linked, in Brazil, more than 95% of the system are on in ring, the call National Linked System.In analysis, we will go to apply a called software Visual beginner's all-purpose symbolic instruction code
1.0 Sistemas elétricos de potência
1.1 Introdução Sistema elétricos de potência (SEP) conjunto de equipamentos que operam em conjunto e de maneira coordenada de forma a gerar, transmitir e fornecer energia elétrica aos consumidores, mantendo o melhor padrão de qualidade possível. E nela consiste Equipamentos {geradores, transformadores, linhas de transmissão, disjuntores, pára-raios, reles, medidores etc. E no padrão de qualidade existem alguns requisitos básicos a serem satisfeitos pelas empresas concessionárias de energia elétrica com relação ao fornecimento aos consumidores como os níveis de tensão devem estar dentro de uma faixa especificada, assim como a freqüência também, o serviço não deve sofrer interrupções (na prática: o serviço deve sofrer o mínimo número de interrupções, e estas devem durar o menor tempo possível); a energia deve ser entregue ao consumidor com o mínimo custo (geração econômica, transmissão com mínima perda, etc.). Dentre os diversos tipos de distúrbios que podem vir a se manifestar em um sistema elétrico, destacam-se as distorções harmônicas. As componentes harmônicas, por definição, ocorrem em um estado estacionário, e são múltiplos inteiros da freqüência fundamental do sistema, estando presentes continuamente ou, no mínimo, por alguns segundos. Tais distúrbios estão associados à operação contínua de cargas com características não-lineares inclusas no sistema, como por
exemplo, do uso de inversores, conversores CA e CC, fornos elétricos, lâmpadas fluorescentes e computadores, entre outros. 1.2 O valor econômico da energia elétrica A dependência da sociedade moderna em relação ao fornecimento de energia, em suas diversas formas, seja para garantir a competitividade da nação em relação a mercados existentes e globalizados, ou seja, para manter ou mesmo elevar o padrão de vida das populações, salienta a necessidade do uso mais racional e efetivo dos recursos energéticos, principalmente os não renováveis. Esta dependência energética é satisfeita pelas fontes energéticas tradicionais como os combustíveis fosseis tipo petróleo, carvão e gás, assim como pelas fontes energéticas renováveis tais como a energia hidrelétrica, a biomassa, a energia solar, eólica, etc. A energia elétrica, objetivo deste estudo, torna-se disponível aos consumidores após sua extração, transformação e transporte. O setor energético é parte integrante da macroeconomia (relacionando o setor de energia com o resto da economia), estruturando-se e se integrando aos diversos setores da economia, enfatizando a necessidade de um consumo racional da energia de modo a maximizar o uso da energia elétrica. A questão econômica da energia elétrica é usualmente estudada com o auxilio de modelos. A modelagem dos sistemas de energia pode ser entendida como a tarefa de formular modelos, direta ou indiretamente associados com o processo de tomada de decisão.
- Suprimento de uma energia limpa, com um mínimo de flutuações no nível de tensão e a presença de ruídos,
- Rápida restauração após algum falha no sistema visando a minimização do tempo não operativo,
- A acomodação do sistema a mudanças, planejadas ou acidentais, em sua estrutura topológica, como a retirada de elementos através de manobras na rede elétrica. Geralmente os custos de falhas no suprimento de energia elétricos são pagos pelo consumidor. No setor industrial, por exemplo, destacam-se:
- Danos aos equipamentos/instalações;
- Danos à matéria prima/produto final;
- Custo de reinício da produção (após interrupção);
- Perda da produção (durante a falha e/ou reinício);
- Horas extras pagas para recuperar a produção;
- Outros custos e efeitos (ex. Aquisição de equipamentos de emergência). Admite-se que o corte no suprimento de energia elétrico diminui o PIB (Produto Interno Bruto) do país. País Consumo Custos de falhas (US$/KWH) Reino Unido Residencial 1, Suécia Residencial 1, Brasil Residencial 1,95 – 3, Estados Unidos Industrial 2,
Reino Unido Industrial 3, Brasil Industrial 1,50 – 7, Suécia Industrial 1,44 – 2, Estados Unidos Comercial 4, Reino Unido Comercial 5, Tabela 1.0 – Valores dos custos da falhas obtidos em pesquisas. Assim, a necessidade crescente de energia elétrica pela sociedade moderna e os altos custos provenientes do não suprimento desta energia, como mostra a tabela acima, colocam as concessionárias de energia diante da necessidade de aumentar a oferta bem como zelar pelo bom fornecimento desta. 1.4 A qualidade no fornecimento de energia elétrica Entende-se por qualidade no fornecimento de energia elétrica a disponibilidade, ou seja, o fornecimento ininterrupto de energia na qualidade desejada pelo usuário e a conformidade, ou seja, as concessionárias devem buscar o fornecimento de uma energia limpa, praticamente isenta de flutuações e de harmônicas, com forma de onda senoidal.
- A capacidade de manter-se funcionando por mais tempo, inibindo as falhas devido ao desgaste dos equipamentos. Porém, a qualidade de energia não se resume a entregar ao cliente uma energia com os atributos mencionados anteriormente. 1.5 Representação dos Sistemas de Potência O comportamento de um Sistema Elétrico de Potência (SEP) deve ser acompanhado sistematicamente e analisado frente às suas contingências e alterações a fim de que um diagnostico correto dos efeitos seja feito e medidas corretas sejam adotadas. Para isso, o sistema elétrico deve ser criteriosamente representado através de uma modelagem adequada ao tipo de estudo a ser realizado. 1.5.1 Diagrama unifilar Um SEP típico é formado por várias estações geradoras conectadas através de linhas de transmissão a grandes centros de carga, onde a potência é distribuída aos consumidores pelo sistema de distribuição, formado por linhas de distribuição e transformadores. Assim, é adotada uma simplificação onde os componentes do sistema são representados por símbolos simples denominada diagrama unifilar. Em um diagrama unifilar, o sistema trifásico é representado por um sistema monofásico (uma das três fases e o neutro). Freqüentemente este diagrama é ainda mais simplificado, suprimindo-se o neutro e indicando as partes componentes por símbolos padronizados.
A importância do diagrama unifilar é fornecer de maneira concisa os dados mais significativos de um sistema de potência bem como sua topologia. As informações contidas num diagrama unifilar variam de acordo com o problema a ser estudado. Por exemplo, no estudo da proteção de um sistema a informação da localização dos relés e disjuntores no circuito é muito importante bem como os valores das correntes de curto-circuito que deverão ser calculadas. Os componentes de um sistema de potência trifásico que são representadas em um diagrama unifilar são:
- Máquinas síncronas;
- Transformadores;
- Linhas de transmissão;
- Cargas estáticas ou dinâmicas. O diagrama unifilar também deve incluir:
- Informações sobre cargas;
- Valores nominais dos geradores, trafos e reatâncias dos diversos componentes. É importante conhecer também os pontos onde o sistema é ligado a terra. A figura 1.0 mostra alguns tipos de ligações. Figura 1.0 – Tipos de ligações do SEP.