Introdução às redes de distribuição
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- Lívia Melgaço Caetano
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1 Intrduçã às redes de distribuiçã Eletrônica de Ptência para Redes Ativas de Distribuiçã Marcel Lb Heldwein, Dr. Sc. Refs.: V. K. Mehta, Principles f Pwer Systems, N. Kagan et al., Intrduçã as sistemas de distribuiçã de energia elétrica, L. L. Grigsby, Electric Pwer Engineering Handbk, 2006.
2 Sistema de energia 2
3 Transmissã e transfrmaçã de energia 3
4 Transmissã e transfrmaçã de energia Redes de distribuiçã 4
5 Redes de distribuiçã Rede de distribuiçã: É a parte de um sistema de energia que distribui energia elétrica para us lcal Nã se pde distinguir precisamente da transmissã pels níveis de tensã -als-knwn-as-cables-city-why/ 5
6 Níveis de tensã n sistema nacinal 6
7 Redes de distribuiçã Fusível e seccinament Cabs de distribuiçã (13,8 kv) Linhas de distribuiçã (13,8 kv) Traf Linha telefônica 380/220 V 7
8 Partes de uma rede de distribuiçã Alimentadres Cndutres que cnectam SEs à área de distribuiçã Nã há taps (derivações) Distribuidres Cndutres de nde sã derivads s taps para alimentar cnsumidres Crrentes nã cnstantes Prjetads para ±6% de queda de tensã Entradas de serviç Cndutr (pequen) que cnecta cnsumidr a distribuidr 8
9 Classificaçã Natureza da tensã CA mais simples e mais barata CC utilizada em sistemas ande CC é vantajs Híbrida (CA e CC) Tip de cnstruçã Aérea 5 a 10 vezes mais barata Subterrânea utilizada em áreas urbanas u aplicações especiais 9
10 Classificaçã Esquema de cnexã Radial Em anel Inter-cnectada Cada esquema tem vantagens e desvantagens Passividade Redes passivas nã há geraçã lcal Redes ativas há unidades de armazenament u geraçã lcal 10
11 Requisits para uma rede de distribuiçã Níveis de tensã adequads Variações de tensã para s cnsumidres deve ser minimizada Tensã baixa Multas Perdas em iluminaçã Degradaçã de mtres Tensã alta Prejuízs à lâmpadas, chuveirs Falhas de eletrônics 11
12 Requisits para uma rede de distribuiçã Dispnibilidade de energia frente à demanda A rede deve ser capaz de frnecer pics de ptência Partida de mtres Chaveament de grandes cargas Deve-se utilizar a prediçã baseada em estuds de cmprtament de cargas Cnfiabilidade Nssa sciedade é dependente da energia elétrica Métds para aument de cnfiabilidade Intercnexões Sistemas de cntrle autmátic eficientes Reservas adicinais de energia 12
13 Distribuiçã em crrente alternada Tecnlgia habilitadra TRANFORMADOR Facilidade de elevar/reduzir tensões n sistema Divide-se em Sistema de distribuiçã primária Níveis mais alts de tensã V=f(P) 13,8 kv / 4,16 kv / 3,3 kv / etc Trifásic / 3-fis Sistema de distribuiçã secundária Níveis de tensã para us final 380 V / 400 V / 220 V / 127 V / etc Trifásic / 4-fis Mnfásic / diversas cnfigurações 13
14 Sistema de distribuiçã primária INEP 14 14
15 Cnfigurações de SEs (distr. primária) SEs cm barra única INEP 15 15
16 Cnfigurações de SEs (distr. primária) SEs cm barra dupla 16
17 Cnfigurações de SEs (distr. primária) Sistema primári seletiv ChT: Chaves de transferência 17
18 Cnfigurações de SEs (distr. primária) Sistema primári perand em malha aberta 18
19 Sistema de distribuiçã secundária INEP 19 19
20 Distribuiçã em crrente alternada Mdelagem matemática básica (regime perm.) Quedas de tensã dependem de R, L e C Cálculs utilizam vetres (fasres) Fatr de ptência deve ser cnsiderad Fases das tensões pdem ser referenciadas tant a rigem d sistema, quant a pnt de cnsum Cargas nã-lineares sã cmplexas de mdelar Harmônicas representam um grande prblema 20
21 Distribuiçã em crrente alternada Cnexã de cargas Mnfásicas Fase neutr Fase fase Trifásicas Cnectadas em Cnectadas em Y 3 fis 4 fis Simétricas Assimétricas 21
22 Distribuiçã em crrente cntínua Tecnlgia habilitadra CONVERSORES ESTÁTICOS Capacidade de cntrlar tensões n sistema Smente utilizada (hje) ande CC é essencial Principais tips 2-fis 3-fis (bipól) 22
23 Geraçã em crrente cntínua (biplar) Métds Dis geradres CC Geradr CC a três fis INEP 23 23
24 Geraçã em crrente cntínua (biplar) Geradr cm grup de balanceament Máquinas CC tip shunt mecanicamente acpladas Enrlaments de camps cnectads em série INEP 24 24
25 Desbalançs em uma rede CC biplar Perdas ns cndutres sã minimizadas se as crrentes frem equilibradas Na prática a seçã d cndutr central é a metade ds externs r + i + V + r 0 i 0 P + V_ r_ i_ P_ INEP 25 25
26 Cmparaçã: biplar x uniplar Diferença de vlume de cbre para uma dada perda: Se cndutr central apresentar uma seçã igual à metade ds cndutres externs: Vl Cu,biplar = 31,25% Vl Cu,uniplar Se cndutr central apresentar uma seçã igual à ds cndutres externs: Vl Cu,biplar = 37,50% Vl Cu,uniplar Tarefa: Cmparar cm redes CA trifásicas INEP 26 26
27 Capacidade de transmissã INEP Fnte: Starke et al. Ac vs. dc distributin: Maximum Transfer Capability, 27 Transmissin and Distributin Cnference and Expsitin,
28 Tips de distribuidres em CC Distribuidr alimentad em um terminal Distribuidr alimentad em dis terminais 28
29 Tips de distribuidres em CC Distribuidr alimentad em um pnt central Distribuidr em anel 29
30 Distribuiçã em crrente cntínua Mdelagem matemática básica (regime perm.) Quedas de tensã dependem de R Cálculs utilizam aritmética simples Fatr de ptência nã é definid Cargas nã-lineares sã mdeladas mais facilmente Cargas pdem ser mdeladas cm Cncentradas Distribuídas Objetivs: encntrar pnts de tensã mínima 30
31 Linhas aéreas x subterrâneas Segurança subt. Cust inicial aérea Flexibilidade aérea Cust de falhas aérea Aparência subt. Lcalizaçã de faltas aérea Repars aérea Capacidade de crrente aérea Queda de tensã subt. Vida útil subt. Cust de manutençã subt. Interferência EM subt. 31
32 Esquemas de cnexã (radial) Radiaçã ds alimentadres de uma única SE Vantagens Simples Barat Desvantagens O final d distribuidr será mais carregad Dependência de um únic alimentadr Cnsumidres a fim ds distribuidres tem maires quedas de tensã 32
33 Esquemas de cnexã (radial) Exempls 33
34 Esquemas de cnexã (anel) Os primáris ds trafs de distribuiçã frmam um laç ( anel ) em vlta da área a ser alimentada Vantagens Mens flutuações de tensã Cnfiabilidade alta (dis caminhs) Desvantagens Mais car Dependência de uma única SE 34
35 Esquemas de cnexã (anel) Exempls 35
36 Esquemas de cnexã (sistema intercnectad) O anel de distribuiçã é alimentad pr mais de uma SE Vantagens Mens flutuações de tensã Cnfiabilidade ainda mais alta (dis caminhs e duas SEs) Pssibilidade de esclha da SE em cas de pics de demanda Desvantagens Mais car 36
37 Esquemas de cnexã (sistema intercnectad) Exempls 37
38 Fenômens em uma rede de energia 38
39 Cntrles em uma rede de energia 39
40 Mdelagem de redes de distribuiçã Depende d bjetiv Cada tip de análise utiliza mdels aprpriads Partes d mdel: Geradres Transfrmadres Dispsitivs de prteçã Cabs (parâmetrs distribuíds) Cargas (cncentradas u distribuídas) Lineares Nã lineares Equipaments de qualidade de energia Filtrs etc Reguladres de tensã e frequência Cmpensadres 40
41 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA) Sistema exempl: Mdel: INEP Fnte: Starke et al. Ac vs. dc distributin: A lss cmparisn, Transmissin 41 and Distributin Cnference and Expsitin,
42 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA) Sistema exempl: Mdel: INEP 42 42
43 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA) Mdel: Equações d circuit: Crrentes injetadas ns nós INEP 43 43
44 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA) Mdel: Em frma matricial: Crrentes e tensões sã incógnitas INEP 44 44
45 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA) Mdel: Equações cmplementares: Ptências Sistema final: Nã linear Diferentes métds para sluçã INEP 45 45
46 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA) Mdel: Tips de barras e variáveis cnhecidas: INEP 46 46
47 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA) Mdel: Métd duble current injectin (exempl): 1º pass: Perdas sã nulas e calculam-se as crrentes 2º pass: Perdas sã as d pass anterir e recalculam-se as crrentes Prcess iterativ até err < limite INEP 47 47
48 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CC) Trcar trafs pr cnversres CC-CC Cnsiderar rendiments Perdas sã dependentes smente de R Cargas nã necessitam de fatr de ptência Mdels: INEP 48 48
49 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CC) Mdel: Equações cmplementares: Ptências Sistema final: Mais simples Newtn-Raphsn é suficiente INEP 49 49
50 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CC) Mdel: Tips de barras e variáveis cnhecidas: INEP 50 50
51 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA vs CC) Ptências CA: CC: Perdas CA: CC: Para perdas e cabs iguais: INEP 51 51
52 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA vs CC) Para perdas e cabs iguais: Cnsiderand Linha CC biplar Tensões de pic Relaçã de tensões para mesmas perdas: INEP 52 52
53 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA vs CC) Perdas a cnsiderar Circuits de prteçã Cabs Cnversres CC-CC CC Rendiment % Cnversres CC-CA CC Rendiment 97% Transfrmadres CA Rendiment 98% INEP 53 53
54 Exempl de cálcul de perdas em redes de distribuiçã (CA vs CC) Fnte: Starke et al. Ac vs. dc distributin: A lss cmparisn, Transmissin and Distributin Cnference and Expsitin,
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