112 - XXIII SNPTEE - Sistema Excitação Na Dinâmica Do Curto Circuito de Geradores (21!05!2015)

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(*) Rod. José Carlos Dau Tel: (+55 48) 3027-3 XX SE DE TR EN GRUPO V GRUPO DE ESTUDO DE PROTEÇÃ INFLUÊNCIA DO SISTEMA DE Rafael Bertolini de Paiva (*) REIVAX RESUMO Estudos convencionais de curto-circu atrás de uma impedância. Essa meto curto-circuito trifásico e monofásico transmissão (1) e (2). Todavia, a con do tempo em virtude da característic Técnico é analisar o impacto do siste PALAVRAS-CHAVE Curto-Circuito, Sistema de Excitação, 1.0 - MODELAGEM PARA ESTUDOS Através dos estudos de curto-circuit curto-circuito trifásico simétrico (CC3 Todavia, esses estudos, assim como necessitam da representação detal contempla o regulador automático de As simulações foram realizadas usa modelos matemáticos detalhados a s 1.1 – Conversor de Potência (CP) A modelagem adequada do tipo do um resultado fiel dos estudos de tran Para os estudos de curto-circuito, conversores de potência. As variáve parâmetros são resumidos na Tabela ux, 600 – Tecnópolis - CEP 88030-904 Florianópolis, S 3751 – Fax: (+55 48) 3027-3735 – Email: [email protected] XIII SNPTEE EMINÁRIO NACIONAL E PRODUÇÃO E RANSMISSÃO DE NERGIA ELÉTRICA 18 ÃO, MEDIÇÃO, CONTROLE E AUTOMAÇÃO EM SIS (GPC) E EXCITAÇÃO NA DINÂMICA DO CURTO-CIRCUITO SÍNCRONOS Nelson Zeni Jr Paulo REIVAX uito em geradores síncronos utilizam o modelo de um odologia é conveniente para estudos estáticos, onde e da relação X/R, para as barras da rede básica e ntribuição da corrente de curto-circuito dos geradores ca da máquina síncrona e do sistema de excitação (3 ema de excitação nas correntes de curto-circuito. o, Gerador Síncrono, Regulador de Tensão. S DE CURTO-CIRCUITO to no domínio do tempo é possível obter o valor apr 3F) em um dado instante do tempo a partir do mom o os estudos de transitórios eletromecânicos, são bas lhada da máquina síncrona (MS) e de todo o sist e tensão (RAT) e o conversor de potência (CP). ando a ferramenta computacional Matlab/Simulink, e seguir. conversor de potência utilizado pelo sistema de excita nsitórios eletromecânicos, incluindo o de curto-circuito. , analisados nesse informe técnico, foram consid eis utilizadas nos modelos dos conversores são aprese a 2, junto com os respectivos valores utilizados nas sim SC – Brasil com.br AB/XXX/YY a 21 de Outubro de 2015 Foz do Iguaçu - PR STEMAS DE POTÊNCIA O EM GERADORES Marcio da Silveira UNIFEI ma fonte ideal de tensão são obtidos os níveis de e demais instalações de síncronos varia ao longo 3). O foco desse Informe roximado da corrente de mento do início da falta. stante complexos, porque tema de excitação, que e foram considerados os ação é fundamental para derados quatro tipos de entadas na Tabela 1. Os mulações.

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112 - XXIII SNPTEE - Sistema Excitação Na Dinâmica Do Curto Circuito de Geradores (21!05!2015)

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  • (*) Rod. Jos Carlos Daux, 600 Tel: (+55 48) 3027-3751

    XXIII SNPTEESEMINRIO NACIONALDE PRODUO ETRANSMISSO DEENERGIA ELTRICA

    GRUPO V

    GRUPO DE ESTUDO DE PROTEO, MEDIO, CONTROLE E AUTOMAO EM SISTEMAS DE POTNCIA

    INFLUNCIA DO SISTEMA DE EXCITAO

    Rafael Bertolini de Paiva (*) REIVAX

    RESUMO

    Estudos convencionais de curto-circuito em geradores sncronos utilizam o modelo de uma fonte ideal de tenso atrs de uma impedncia. Essa metodologia conveniente para estudos estticos, onde so obtidos os nveis de curto-circuito trifsico e monofsico e da relao X/R, para as bartransmisso (1) e (2). Todavia, a contribuio da corrente de do tempo em virtude da caracterstica da mquina sncrona e do sistema de excitaoTcnico analisar o impacto do sistema de excitao na

    PALAVRAS-CHAVE

    Curto-Circuito, Sistema de Excitao, Gerador Sncrono,

    1.0 - MODELAGEM PARA ESTUDOS DE

    Atravs dos estudos de curto-circuito curto-circuito trifsico simtrico (CC3F)Todavia, esses estudos, assim comonecessitam da representao detalhcontempla o regulador automtico de tenso (

    As simulaes foram realizadas usando a ferramenta computacional modelos matemticos detalhados a seguir.

    1.1 Conversor de Potncia (CP)

    A modelagem adequada do tipo do um resultado fiel dos estudos de transitrios eletromecnicos

    Para os estudos de curto-circuito, analisados nesse informe tcnico, foram considerados quatro tipos de conversores de potncia. As variveis utilizadas parmetros so resumidos na Tabela 2, junto com os respectivos valores utilizados nas simulaes.

    Rod. Jos Carlos Daux, 600 Tecnpolis - CEP 88030-904 Florianpolis, SC3751 Fax: (+55 48) 3027-3735 Email: [email protected]

    XXIII SNPTEE SEMINRIO NACIONAL DE PRODUO E TRANSMISSO DE ENERGIA ELTRICA

    18 a 21 de Outubro de 2015

    GRUPO DE ESTUDO DE PROTEO, MEDIO, CONTROLE E AUTOMAO EM SISTEMAS DE POTNCIA (GPC)

    INFLUNCIA DO SISTEMA DE EXCITAO NA DINMICA DO CURTO-CIRCUITO EM GERADORES SNCRONOS

    Nelson Zeni Jr Paulo Marcio da SilveiraREIVAX

    circuito em geradores sncronos utilizam o modelo de uma fonte ideal de tenso atrs de uma impedncia. Essa metodologia conveniente para estudos estticos, onde so obtidos os nveis de

    circuito trifsico e monofsico e da relao X/R, para as barras da rede bsica e demais instalaes de . Todavia, a contribuio da corrente de curto-circuito dos geradores sncronos varia ao longo

    do tempo em virtude da caracterstica da mquina sncrona e do sistema de excitao (3o impacto do sistema de excitao nas correntes de curto-circuito.

    de Excitao, Gerador Sncrono, Regulador de Tenso.

    OS DE CURTO-CIRCUITO

    circuito no domnio do tempo possvel obter o valor aproximado (CC3F) em um dado instante do tempo a partir do momento do incio da falta.

    , assim como os estudos de transitrios eletromecnicos, so bastante complexos, porque necessitam da representao detalhada da mquina sncrona (MS) e de todo o sistema de excitao

    de tenso (RAT) e o conversor de potncia (CP). As simulaes foram realizadas usando a ferramenta computacional Matlab/Simulink, e foram

    detalhados a seguir.

    conversor de potncia utilizado pelo sistema de excitaode transitrios eletromecnicos, incluindo o de curto-circuito.

    circuito, analisados nesse informe tcnico, foram considerados quatro tipos de conversores de potncia. As variveis utilizadas nos modelos dos conversores so apresentadas na Tabela 1. Os parmetros so resumidos na Tabela 2, junto com os respectivos valores utilizados nas simulaes.

    904 Florianpolis, SC Brasil [email protected]

    AB/XXX/YY 18 a 21 de Outubro de 2015

    Foz do Iguau - PR

    GRUPO DE ESTUDO DE PROTEO, MEDIO, CONTROLE E AUTOMAO EM SISTEMAS DE POTNCIA

    CIRCUITO EM GERADORES

    Paulo Marcio da Silveira UNIFEI

    circuito em geradores sncronos utilizam o modelo de uma fonte ideal de tenso atrs de uma impedncia. Essa metodologia conveniente para estudos estticos, onde so obtidos os nveis de

    ras da rede bsica e demais instalaes de circuito dos geradores sncronos varia ao longo

    3). O foco desse Informe

    obter o valor aproximado da corrente de em um dado instante do tempo a partir do momento do incio da falta.

    so bastante complexos, porque sistema de excitao, que

    e foram considerados os

    sistema de excitao fundamental para

    circuito, analisados nesse informe tcnico, foram considerados quatro tipos de nos modelos dos conversores so apresentadas na Tabela 1. Os

    parmetros so resumidos na Tabela 2, junto com os respectivos valores utilizados nas simulaes.

  • 2

    TABELA 1 - Variveis dos Conversors de Potncia VARIVEIS DESCRIO

    Vr Sinal de sada de regulao do RAT Vt Sinal da tenso terminal da MS It Sinal da corrente terminal da MS Efd Sinal da tenso de excitao da sada do conversor de potncia que alimenta o campo da MS Ei Sinal de tenso proporcional a corrente de campo da MS Ve Tenso de excitao da excitatriz rotativa Ie Corrente de excitao da excitatriz rotativa

    TABELA 2 - Parmetros dos Conversores de Potncia PARMETROS DESCRIO VALOR DA SIMULAO Vp Tenso de teto positivo obtida pela mxima tenso retificada 5,0 pu Vn Tenso de teto negativa obtida pela mnima tenso retificada -5,0 pu Ir Relao de transformao do transformador de compound 1,0 Isat Saturao do transformador de compound 2,5 pu Vep Mxima tenso de excitao da excitatriz rotativa 5,0 pu Ven Mnima tenso de excitao da excitatriz rotativa 0,0 pu Te Constante de tempo da excitatriz rotativa 0,2 s Ke Ganho de realimentao da excitatriz rotativa 1,0 pu

    1.1.1 Excitao Constante

    O sistema de excitao constante, apresentado na FIGURA 1, um modelo simplificado ideal onde o campo do gerador sncrono excitado por uma fonte de tenso constante. A FIGURA 2 ilustra o diagrama do modelo matemtico.

    FIGURA 1 - Excitao Constante Diagrama FIGURA 2 - Excitao Constante Modelo Matemtico

    1.1.2 Sistema de Excitao Esttica Bus-Fed

    No sistema de excitao esttica Bus-Fed, apresentado na FIGURA 3, a energia para a excitao do campo drenada dos terminais do prprio gerador atravs de um transformador de excitao (TEX). A FIGURA 4 ilustra o diagrama do modelo matemtico.

    FIGURA 3 - Excitao Esttica Bus-Fed Diagrama

    FIGURA 4 - Excitao Esttica Bus-Fed Modelo Matemtico

    1.1.3 Sistema de Excitao Esttica Bus-Fed com Compoud

    No sistema de excitao esttica Bus-Fed com compound, apresentado na FIGURA 5, a energia para a excitao do campo drenada dos terminais do gerador sncrono atravs de um transformador de excitao (TEX) e tambm

  • 3

    da corrente terminal atravs de um transformador de compound (TCO). O modelo matemtico apresentado na FIGURA 6.

    Ir

    Vr

    Vt Vp

    Vt Vn

    It

    Isat

    Efd

    -IrIt

    -Isat

    FIGURA 5 - Excitao Esttica Bus-Fed com Compound Diagrama

    FIGURA 6 - Excitao Esttica Bus-Fed com Compound Modelo Matemtico

    Existem diversas topologias de conexo do TCO, a que foi utilizada no modelo matemtico assume que a conexo do TCO realizada de tal maneira que a tenso do secundrio do TCO estar em fase com a tenso no secundrio do TEX para correntes puramente indutivas.

    1.1.4 Sistema de Excitao Brushless

    O sistema de excitao Brushless, apresentado na FIGURA 7, normalmente um gerador de ims permanentes (PMG - permanent magnetic generator) alimenta o conversor de potncia, o qual por sua vez alimenta uma excitatriz rotativa. A tenso alternada de sada da excitatriz retificada por um conversor rotativo, que ento excita o campo do gerador sncrono. O modelo matemtico apresentado na FIGURA 8.

    Vp

    1

    sTeEfd

    Ke

    Vr

    0

    Vep

    Ven

    FIGURA 7 - Excitao Brushless Diagrama FIGURA 8 - Excitao Brushless Modelo Matemtico

    1.2 Regulador Automtico de Tenso (RAT)

    O controle do RAT do tipo automtico, e no h comutao do modo de controle. Nessa condio, o sinal de regulao (Vr) do RAT que atua no conversor de potncia satura no seu valor mximo durante o CC3F. Pode-se assumir isso em virtude do erro de tenso, para todas as simulaes analisadas, foram sempre maiores que 5%. Em funo disso, o modelo do RAT pode ser resumido pela funo degrau representado na FIGURA 9.

    FIGURA 9 - Modelo Matemtico do RAT O instante de comutao do degrau se d no instante da falta. Ressalta-se que a ao dos limitadores instantneos do tipo sobreexcitao ou de corrente estatrica do RAT durante o CC3F foram desconsiderados.

    1.3 Mquina Sncrona de Plos Salientes

    O modelo de mquina sncrona utilizado nas simulaes o de plos salientes com um enrolamento de campo e dois enrolamentos amortecedores (4). Os parmetros utilizados so apresentados na TABELA 3.

  • 4

    TABELA 3 - Parmetros da Mquina Sncrona (MS) PARMETROS DESCRIO VALOR DA SIMULAO Tdo Constante de tempo transitria de eixo direto 5,00 s Tdo Constante de tempo subtransitria de eixo direto 0,05 s Tqo Constante de tempo subtransitria de eixo em quadratura 0,10 s xd Reatncia de eixo direto 1,00 pu xd Reatncia transitria de eixo direto 0,30 pu xd Reatncia subtransitria de eixo direto 0,20 pu xl Reatncia de disperso 0,15 pu xq Reatncia de eixo em quadratura 0,80 pu Ag Parmetro de saturao 0,03 Bg Parmetro de saturao 6,50 FP Fator de potncia nominal 0,90

    2.0 - ANLISE COMPARATIVA DOS CONVERSORES DE POTNCIA NO CC3F FRANCO

    O nvel de gerao da unidade no instante da pr-falta considerada nula, e a tenso terminal igual a 1pu. No instante t=0,5s aplicado um CC3F franco. A distncia da falta dada pela impedncia Xcc. A FIGURA 10 ilustra o diagrama unifilar da simulao.

    FIGURA 10 - Circuito Equivalente do CC3F O resultado da simulao com Xcc = 0% apresentado na FIGURA 11. A FIGURA 12 para o CC3F com Xcc = 10%, enquanto que FIGURA 13 com Xcc = 50%. ATABELA 4 apresenta o comparativo dos resultados do CC3F para cada sistema de excitao.

    FIGURA 11 - Curto-circuito com Xcc = 0%

    FIGURA 12 - Curto-circuito com Xcc = 10%

    FIGURA 13 - Curto-circuito com Xcc = 50%

    0 2 4 6-0.5

    00.5

    11.5

    22.5

    33.5

    44.5

    55.5

    t [s]

    It [pu

    ]

    Corrente de Curto Circuito

    0 2 4 6-0.1

    00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

    11.1

    t [s]

    Vt [p

    u]

    Tenso Terminal

    0 2 4 60

    0.51

    1.52

    2.53

    3.54

    4.55

    5.56

    t [s]

    Ei [p

    u]

    Corrente de Campo

    0 2 4 60

    0.51

    1.52

    2.53

    3.54

    4.55

    5.56

    t [s]

    Efd

    [pu

    ]

    Tenso de Campo

    CONSTANTE BRUSHLESSEST. BUS-FEDEST. BUS-FED C/ COMP

    0 2 4 6-0.5

    00.5

    11.5

    2

    2.5

    33.5

    4

    t [s]

    It [p

    u]

    Corrente de Curto Circuito

    0 2 4 6-0.1

    00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

    11.1

    t [s]

    Vt [pu

    ]

    Tenso Terminal

    0 2 4 60

    0.51

    1.52

    2.53

    3.54

    4.55

    5.56

    t [s]

    Ei [pu

    ]

    Corrente de Campo

    0 2 4 60

    0.51

    1.52

    2.53

    3.54

    4.55

    5.56

    t [s]

    Efd

    [pu

    ]

    Tenso de Campo

    CONSTANTE BRUSHLESSEST. BUS-FEDEST. BUS-FED C/ COMP

    0 2 4 60

    0.25

    0.5

    0.75

    1

    1.25

    1.5

    1.75

    2

    t [s]

    It [p

    u]

    Corrente de Curto Circuito

    0 2 4 6-0.1

    00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

    11.1

    t [s]

    Vt [p

    u]

    Tenso Terminal

    0 2 4 60

    0.51

    1.52

    2.53

    3.54

    4.55

    5.56

    6.57

    t [s]

    Ei [p

    u]

    Corrente de Campo

    0 2 4 60

    0.51

    1.52

    2.53

    3.54

    4.55

    5.56

    6.57

    t [s]

    Efd

    [pu]

    Tenso de Campo

    CONSTANTE BRUSHLESSEST. BUS-FEDEST. BUS-FED C/ COMP

  • 5

    TABELA 4 - Resultados do CC3F

    Constante Brushless Esttica Bus-Fed Esttica Bus-Fed c/ compound

    Xcc 0% 10% 50% 0% 10% 50% 0% 10% 50% 0% 10%%

    50% It(t=0,0)* 5,00 3,33 1,43 5,00 3,33 1,43 5,00 3,33 1,43 5,00 3,33 1,43

    It(t=0,10)* 3,28 2,50 1,25 3,31 2,51 1,26 3,21 2,50 1,29 3,36 2,60 1,32 It(t=0,25)* 3,01 2,33 1,21 3,19 2,46 1,27 2,85 2,34 1,32 3,21 2,62 1,40 It(t=0,50)* 2,72 2,15 1,16 3,27 2,57 1,37 2,42 2,17 1,39 3,09 2,71 1,55

    It(t>>)* 1,11 1,01 0,74 4,29 3,43 1,83 0,00 0,04 1,78 2,41 3,16 1,93 *Tempo em relao ao instante da falta

    Os curtos-circuitos foram aplicados na condio da mquina sncrona sem carregamento. Nessa condio no h a influncia da variao da velocidade nos fluxos de eixo direto e quadratura, o que alteraria o valor das impedncias da mquina sncrona, e por consequncia, o comportamento e anlise do curto-circuito.

    Observa-se tambm que no foi considerada a saturao da excitatriz da brushless, tampouco a influncia de limitadores instantneos de sobreexcitao ou de corrente estatrica do RAT.

    Todavia, foi possvel analisar o impacto dos diferentes tipos de sistema de excitao no curto-circuito:

    A influncia do sistema de excitao na corrente de curto-circuito acontece a partir de tempos maiores que 250ms. Esse tempo varia, podendo ser maior ou menor em virtude dos parmetros da mquina sncrona.

    O tipo do conversor de potncia traz resultados bem diferentes na corrente de curto-circuito. E deve ser considerado nos clculos das correntes de curto-circuito de interrupo e de regime permanente.

    3.0 - ANLISE DA TENSO DE TETO (CEILING) EM SISTEMAS DE EXCITAO ESTTICA E BRUSHLESS

    No instante t=0,5s aplicado um CC3F franco. A distncia da falta dada pela impedncia Xcc que vale 10%. A FIGURA 10 ilustra o sistema equivalente. A tenso terminal da mquina sncrona de 1pu no instante pr-falta.

    O resultado da simulao do CC3F com o sistema brushless apresentado na FIGURA 14, e com excitao esttica na FIGURA 15. A TABELA 5 apresenta o resumo dos dois tipos de sistemas de excitao com a tenso de teto mxima (Vp) sendo variada.

    FIGURA 14 Tenso de Teto Variada em Sistemas de Excitao Brushless

    FIGURA 15 Tenso de Teto Variada em Sistemas de Excitao Esttica Bus-Fed

    0 2 4 60

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    t [s]

    It [p

    u]

    Corrente de Curto Circuito

    0 2 4 60.2

    0.30.40.50.60.70.80.9

    1

    1.1

    t [s]

    Vt [pu

    ]

    Tenso Terminal

    0 2 4 61

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    t [s]

    Ei [pu

    ]

    Corrente de Campo

    0 2 4 61

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    t [s]

    Efd

    [pu

    ]

    Tenso de Campo

    Vp = 3Vp = 5Vp = 7

    0 2 4 60

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    t [s]

    It [p

    u]

    Corrente de Curto Circuito

    0 2 4 60

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    t [s]

    Vt [p

    u]

    Tenso Terminal

    0 2 4 60

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    t [s]

    Ei [p

    u]

    Corrente de Campo

    0 2 4 60

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    t [s]

    Efd

    [pu]

    Tenso de Campo

    Vp = 3Vp = 5Vp = 7

  • 6

    TABELA 5 - Resultados do CC3F em Sistema de Excitao Brushless e Esttica Bus-Fed Brushless Esttica Bus-Fed

    Vp 3,0 5,0 7,0 3,0 5,0 7,0 It(t=0,0)* 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 3,33 It(t=0,10)* 2,50 2,51 2,52 2,48 2,50 2,53 It(t=0,25)* 2,39 2,46 2,52 2,29 2,34 2,40 It(t=0,50)* 2,35 2,57 2,78 2,07 2,17 2,28

    It(t>>)* 2,60 3,43 3,75 0,01 0,04 0,16 *Tempo em relao ao instante da falta

    Para curtos prximos do gerador, a excitao esttica bus-fed sofre com a queda da tenso terminal para alimentar o conversor de potncia. Uma alternativa para manter o curto-circuito prximo do gerador com valores elevados aumentar a tenso de teto (ceiling). Observa-se na FIGURA 15 que com o aumento da tenso de teto, o gerador sncrono aumenta a capacidade de fornecer correntes de curto-circuito cada vez maiores. Uma alternativa para os sistemas de excitao esttica a utilizao de transformadores de compound.

    Todavia, o argumento de manter correntes de curto-circuito elevadas por tempos superiores a 250ms s tem fundamento em sistemas onde a seletividade do sistema de proteo realizada por rels de sobrecorrente e onde a barra equivalente do sistema fraca, ou em operaes ilhadas do sistema de gerao. Rels com funes de distncia (21) so imunes ao tipo de sistema de excitao. A alternativa a utilizao de rels de sobrecorrente com restrio de tenso (51V) para detectar curtos prximos ao gerador em sistemas estticos com bus-fed sem compound.

    Em sistemas brushless com PMG ou com uma fonte de alimentao externa ao conversor de potncia, o aumento da tenso de teto implica em elevadas correntes transitrias de curto-circuito. Esses sistemas conseguem fornecer correntes de curto-circuito mesmo para valores baixos de tenso de teto. Um problema, que pode surgir em se trabalhar com uma tenso de teto elevada, no ps-falta, uma vez que esses sistemas podem no possuem capacidade de fornecer tenso de campo negativa, como o caso de conversores de potncia com disparo IGBT, e a mquina sncrona pode sofrer sobretenses.

    4.0 - ANLISE DO CARREGAMENTO NO PERODO SUBTRANSITRIO DO CURTO-CIRCUITO

    O curto-circuito na mquina sncrona com carga foi avaliado somente no perodo subtransitrio at os primeiro 250ms aps a falta. A influncia da velocidade da mquina sncrona foi desprezada. O sistema de excitao utilizado nas simulaes do tipo esttica bus-fed.

    Em t=0,3s aplica-se um CC3F franco com uma impedncia Xcc de 10%. A tenso terminal da mquina sncrona de 1pu no instante da pr-falta. A FIGURA 16 apresenta o resultado de quatro casos de simulaes de carregamento, e a TABELA 6 mostra um resumo dos resultados obtidos.

    FIGURA 16 Simulaes do CC3F Anlise do Carregamento na corrente de curto-circuito

    TABELA 6 - Resultados do CC3F Anlise do Carregamento na corrente de curto-circuito Po 0,00 0,00 0,00 0.9 Qo 0,00 -0,60 0,60 0.436

    Efdo 1.11 0,434 1,96 1,96 It(t=0,0)* 3,33 2,93 3,73 3,67 It(t=0,10)* 2,50 2,07 2,92 2,79 It(t=0,25)* 2,34 1,93 2,74 2,62 *Tempo em relao ao instante da falta

    Observa-se que a corrente de curto-circuito subtransitria mxima quando a corrente de excitao no instante da pr-falta mxima, ou seja, no necessariamente a mquina precisa estar com carga nominal e sobreexcitada

    0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    t [s]

    It [p

    u]

    Corrente de Curto Circuito

    P=0 / Q=0

    0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    t [s]

    It [p

    u]

    Corrente de Curto Circuito

    P=0 / Q=-0.6

    0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    t [s]

    It [p

    u]

    Corrente de Curto Circuito

    P=0 / Q=0.6

    0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    t [s]

    It [p

    u]

    Corrente de Curto Circuito

    P=0.9 / Q=0.43589

  • 7

    para que a corrente de curto seja mxima, basta que a corrente de excitao seja a nominal, como o caso da corrente de curto com potncia reativa = 0,6 pu e potncia ativa = 0 pu.

    A tenso de operao da mquina sncrona tambm deve ser considerada. Tipicamente, a excurso +/-5%, sendo assim, para o clculo da mxima corrente de curto-circuito, deve-se considerar o carregamento nominal da mquina sncrona, e com tenso de pr falta de 1,05pu. No caso da corrente mnima do curto-circuito, deve-se considerar a mxima potncia reativa absorvida e uma tenso terminal de 0,95 pu.

    5.0 - CONCLUSO

    Atravs das simulaes dinmicas foi possvel avaliar os efeitos de diferentes tipos sistemas de excitao no comportamento do curto-circuito em mquinas sncronas:

    A influncia do sistema de excitao j utilizada nas principais referncias para o clculo do curto-circuito, como por exemplo, IEC (5) e IEEE (6). A simulao tambm vem sendo utilizada por alguns autores, que apresentam formulas matemticas e simulaes para obter os valores das correntes de curto trifsicas, at bifsicas e monofsicas (7), (8), (9) e (10);

    Tradicionalmente, a literatura apresenta a dinmica do curto-circuito em mquinas sncronas com o sistema de excitao representado atravs de uma fonte ideal e constante. Na prtica, o tipo do conversor de potncia traz outros resultados, e sua representao e diferenas topolgicas devem ser ilustradas com mais vigor nos materiais didticos que abordam o curto-circuito de mquinas sncronas;

    Durante o perodo subtransitrio do curto-circuito o sistema de excitao deve ser desconsiderado; A influncia do sistema de excitao comea a partir do perodo transitrio do curto-circuito para tempos

    da ordem de 250ms. Esse tempo varia, podendo ser maior ou menor em virtude dos parmetros da mquina sncrona, principalmente das constantes de tempo (11);

    O conversor de potncia deve ser considerado nos clculos das correntes de curto-circuito de interrupo e regime permanente. Na carncia de simulao, no se deve utilizar a impedncia de eixo direto (xd) do gerador sncrono para obter a corrente de curto-circuito de regime permanente, nem a impedncia transitria de eixo direto (xd) do gerador sncrono para obter a corrente de curto-circuito de interrupo. Nesse caso, recomenda-se o uso das tabelas e fatores utilizados pela IEC (5) que levam em considerao o sistema de excitao e tenso de teto nos clculos estticos das correntes de curto-circuito;

    A carga da mquina sncrona deve ser considerada no clculo da mxima corrente de curto-circuito. A carga que dar a maior corrente subtransitria acontece quando a mquina sncrona opera no limite nominal da corrente de excitao. Essa corrente de excitao pode estar na nominal mesmo para cargas abaixo da potncia nominal;

    Para o clculo da mnima corrente de curto-circuito deve-se considerar a mxima potncia reativa absorvida pelo gerador sncrono operando com a menor tenso de operao;

    O compound em sistemas bus-fed s tem aplicao em casos onde a seletividade do sistema de proteo empregado realizada por rels de sobrecorrente onde a barra equivalente do sistema fraca ou a gerao venha a operar ilhada. Rels com funes de distncia so imunes ao tipo de sistema de excitao. A alternativa a utilizao de rels de sobrecorrente com restrio de tenso para detectar curtos prximos ao gerador;

    Em sistemas brushless com PMG, ou com uma fonte de alimentao externa ao conversor de potncia, no h a necessidade de se trabalhar com uma elevada tenso de teto. Esses sistemas conseguem fornecer correntes transitrias de curto-circuito mesmo para uma baixa tenso de teto.

    6.0 - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

    (1) Operador Nacional do Sistema Eltrico, Submdulo 11.3 Estudos de curto-circuito Procedimentos de rede. Brasil, 2005.

    (2) Operador Nacional do Sistema Eltrico, Submdulo 23.3 Diretrizes e critrios para estudos eltricos Procedimentos de rede. Brasil, 2005.

    (3) PAIVA R.B., Estudo da Dinmica do Curto-Circuito em Mquinas Sncronas e a Influncia do Sistema de Excitao e do Carregamento, Monografia de Ps-Graduao, UNIFEI, Junho de 2014.

    (4) ZENI Jr., Controle da Excitao de Geradores de Usinas Hidreltricas: Modelagem, Identificao, Ajustes e Ensaios de Campo, Dissertao de Mestrado, UFSC, Florianpolis, Outubro de 1987.

    (5) IEC 60909, Short-Circuit Currents in Three-phase A.C. Systems. IEC 2001. USA. (6) IEEE Std-399, Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis. IEEE

    Press,1997. (7) BOLDEA I., Synchronous Generator. CRC Press, 2006. (8) ANDERSON P. M., Analysis Of Faulted Power Systems. IEEE Press, 1995. (9) REINERT D., Protective Relaying for Power Generation Systems. CRC Press, 2006. (10) MACHOWSKI J., BIALEK J., BUMBY J., Power System Dynamics: Stability and Control, 2ed, John Wiley &

    Sons, Ltd, 2008 .

  • 8

    (11) COOK V., Some aspects of generator backup protection in relation to synchronous-machine performance during h.v.-system faults PROC. IEE, Vol. 119, No. 7, JULY 1972

    7.0 - DADOS BIOGRFICOS

    Nome: Rafael Bertolini de Paiva Local/Ano nascimento: Florianpolis/1982

    Formao: Graduao em Engenharia Eltrica (UFSC, 2009), Ps-Graduao em Engenharia Eltrica (UNIFEI, 2014)

    Experincia profissional: Atua desde 2009 na Reivax S/A como engenheiro, tendo atuado em diferentes funes: engenheiro de campo (testes e comissionamento de sistemas de proteo e regulao), estudos especiais (modelagem de unidades geradoras e controladores), estudos de transitrios eletromecnicos, seletividade e curto-circuito.

    Nome: Nelson Zeni Junior Formao: Graduao em engenharia eltrica (UFRGS, 1977), Mestrado em Engenharia Eltrica

    (UFSC, 1987) Experincia profissional: Atuou como Engenheiro na empresa CEEE Companhia Estadual de

    Energia Eltrica do Estado do Rio Grande do Sul (com ingresso em 1978), foi professor da rea de Sistemas de Controle da Faculdade de Engenharia Eltrica na UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul no perodo de 1978 a 1992 e da PUC-RS - Pontifcia Universidade Catlica do Rio Grande do SUL de 1993 a 1994. Iniciou seus trabalhos na Reivax em 1998, onde atualmente o diretor geral.

    Nome: Paulo Mrcio da Silveira Formao: Graduao em engenharia eltrica (EFEI, 1984), Mestrado em Engenharia Eltrica

    (EFEI, 1991) e Doutorado em Engenharia Eltrica (UFSC, 2001). Experincia profissional: Diretor do Instituto de Sistemas Eltricos e Energia (ISEE) da Universidade Federal

    de Itajub. Tem experincia na rea de Engenharia Eltrica, com nfase em Sistemas Eltricos de Potncia atuando principalmente nas seguintes subreas: Proteo de Sistemas Eltricos, Qualidade da Energia Eltrica, Medio e Processamento de Sinais aplicados a IEDs e Redes Eltricas Inteligentes.