10 verdades imperdíveis sobre sistemas elétricos de potência

Olá pessoal vamos a 10 verdades sobre sistemas elétricos de potência muito interessante vem comigo em primeiro lugar precisamos entender que potência ativa e reativa nunca se anulam observe a seguinte situação temos um transformador numa subestação de 230 kv e passam por ele uma potência ativa de 50 megawatts e no sentido contrário uma potência reativa de 50 mvr Será que a corrente elétrica é zero porque as potências se anulam por ter mesmo valor e sentidos contrários isso nunca é verdade porque potência ativa e reativa elas fazem parte do triângulo de potências e teremos uma potência aparente

S sempre mas e se a potência reativa tiver o sentido invertido não importa mesmo com sentido negativo invertido ainda teremos um triângulo jamais potenciativa e reativa se anulam então Nessa situação a potência aparente aplicando Pitágoras é a raiz quadrada a soma dos quadrados das potências substituindo os valores teremos então uma potência aparente de 71 mva no transformador e a corrente elétrica considerando a tensão de 230kv Ela será de 178 A então jamais potência ativa e reativa se anulam em segundo lugar a potência reativa Ela não é uma potência inútil E por que dizemos isso porque

ela tem a função de suprir o campo magnético dos enrolamentos de motores e transformadores por exemplo e é responsável pelo controle de tensão no sistema elétrico Perceba o seguinte o controle de tensão ele depende da potência reativa do equilíbrio entre potência reativa capacitiva e indutiva e como fazemos esse equilíbrio através da compensação de reativos se por exemplo o verbo sistema elétrico um excedente um excesso de potência reativa capacitiva poderemos ter sobretensões E se o excesso foi de potência reativa indutiva poderemos ter subtenções então não esqueça a potência reativa sobre campo magnético e é responsável pelo

controle de tensão no sistema de potência em terceiro lugar o controle de frequência ele é feito pelo balanço carga geração vimos Como é feito o controle de tensão e agora o controle de frequência Observe essa balança para que a frequência do sistema elétrico no Brasil permaneça em 60 hz deve haver um equilíbrio entre carga e geração se houver um excesso de carga de consumo de energia elétrica teremos uma redução uma sub frequência E se tivermos um excesso de geração elétrica teremos uma sobre frequência e como é feito esse equilíbrio através dos reguladores de velocidade dos

geradores síncronos das hidrelétricas e termelétricas e também através do CG que é o controlador automático de geração e ele é operado pelo ons o operador Nacional do sistema elétrico em quarto lugar o ângulo de carga não é o mesmo ângulo do fator de potência Vamos então demonstrar isso que é um equívoco comum temos aqui um gerador tensão gerada e a reatância síncrona série do gerador suprindo então uma carga uma impedância Z temos então a corrente elétrica e z percorrendo a carga vamos agora fazer um diagrama fasorial para compreender o ângulo de carga e o ângulo

do fator de potência temos aqui na referência do sistema atenção da carga vz e a corrente elétrica e z defasada da atenção Vamos considerar uma carga indutiva esse ângulo alfa ele é o ângulo do fator de potência que ele indica então a defasagem angular entre tensão e corrente elétrica na carga mas observe a tensão do gerador fornecida pelo gerador é o escritório da queda de tensão na reatância indutiva somada a queda de tensão na carga Vamos então fazer esse somatório fasarial temos então a queda de tensão na reatância série do gerador defasada na verdade adiantada

de 90 graus em relação à corrente elétrica e z e como somatório teremos atenção no gerador VG esse ângulo Delta entre a tensão da carga e a tensão do gerador é o que chamamos ângulo de carga e ele é responsável pela transmissão de potência e também pela estabilidade angular do sistema elétrico uma outra forma de compreendermos o ângulo de carga entre a conexão de duas subestações temos aqui por exemplo dos barramentos de subestações conectados por uma linha de transmissão numa subestação temos tensão v1 ângulo de defasagem teta um e na outra subestação nsão V2 ângulo

defasagem teta 2 o ângulo de carga é a diferença angular entre as tensões ou seja teta dois menos teta um esse é o ângulo de carga completamente diferente do ângulo do fator de potência em quinto lugar temos o seguinte a potência transmitida ela varia com um ângulo de carga temos em tela duas subestações 1 e 2 conectadas por uma linha de transmissão na subestação 1 tensão v1 ângulo teta um e na subestação 2 tensão V2 ângulo teta 2 e temos uma potência sendo transmitida do barramento 1 para o barramento 2 o valor dessa potência ativa

transmitida ela é o produto das tensões v1 x V2 multiplicada pelo seno da diferença angular teta um menos teta 2 e essa diferença angular nada mais é do que o ângulo de carga e todas essa expressão é dividida pela reatância da linha de transmissão então se nós aumentarmos o ângulo de carga aumentamos então o seno desse ângulo e consequentemente aumentamos a transmissão de potência ativa não esqueça para aumentar a transmissão de potência ativa devemos aumentar o ângulo de carga Ou seja a defasagem angular entre as subestações em sexto lugar o ângulo de carga ele influencia

na estabilidade do sistema elétrico Isso é uma verdade Observe o seguinte já sabemos da fórmula da transmissão de potência ativa que ela depende do Seno do ângulo de carga o seno do ângulo Delta e perceba o seguinte para a potência ser mínima basta com que o ângulo seja Zero Grau porque o seno de 0 Vale 0 e para que a potência seja máxima temos que ter um ângulo de carga 90 graus porque aí teremos o seno no valor máximo igual a um então o gráfico da potência ativa transmitida em função do ângulo de carga Delta

é esse representado em tela da função seno Observe o seguinte quando o ângulo de carga Delta é igual a zero temos uma potência transmitida zero quando esse ângulo Vale 90 graus temos a potência máxima de medida e Essa região é chamada de região estável entre 0 e 90 graus de tal modo que qualquer aumento do ângulo de carga teremos um correspondente aumento da potência transmitida mas o que acontece se o ângulo de carga ultrapassar 90 graus teremos então uma região de instabilidade porque aumentamos o ângulo de carga e a potência transmitida diminui isso produz colapso

no sistema elétrico então para evitar instabilidade angular em regime permanente esse ângulo de carga nas subestações ele tem que estar entre 0 e 90 graus nunca esqueça disso em sétimo lugar o fluxo de potência ativa e reativa podem ter sentidos contrários Isso é verdade às vezes as pessoas acreditam que a potência ativa deve sempre ter o mesmo sentido do fluxo da potência reativa Perceba o seguinte a potência ativa o sentido do fluxo depende da diferença angular e esse fluxo ele vai do maior ângulo para o menor ângulo já a potência reativa o sentido do fluxo

depende da diferença de tensão e na maioria dos casos o sentido do fluxo da potência reativa ele vai do maior valor de tensão para o menor valor de tensão Vamos então compreender isso agora através de uma situação prática temos aqui duas subestações A e B conectadas através de uma linha de transmissão na subestação a temos uma tensão de 230 kv defasagem 10 graus na subestação B 235 kv defasagem de 5 graus Perceba o seguinte na subestação a temos ângulo 10 graus na subestação B 5 graus Observe então que a potência ativa ela vai do maior

para o menor ângulo de defasagem então o sentido da potência ativa vai da subestação a para a subestação B vamos então verificar agora o sentido da potência reativa precisamos analisar os valores das tensões da subestações tensão na subestação a 230 kv e na subestação B 235 kv então o fluxo de potência reativa ele irá dar subestação B com maior tensão para a subestação a que tem menor tensão provamos então que o sentido dos fluxos de potência ativa e reativa eles podem ter sentidos contrários em oitavo lugar uma linha de transmissão ela pode fornecer o absorver

potência reativa do sistema elétrico temos em tela dois eixos para uma linha de transmissão da potência reativa em megawat em função da potência ativa transmitida em megawatts Vamos então colocar aqui nesse gráfico um ponto representando o cio a potência natural da linha de transmissão que é um ponto onde além de transmissão nem absorve nem fornece potência reativa e essa é a curva da potência reativa em função da potência ativa na linha Perceba o seguinte abaixo da potência natural do cio além de transmissão funciona como um capacitor fornecendo potência reativa e quando isso acontece principalmente na

carga leve Nos períodos da madrugada e também nos domingos e feriados agora quando a linha de transmissão ela está transmitindo potência acima do valor da potência natural do cio dizemos então que ela se comporta como o indutor e ela absorve potência reativa e essa situação ela é bastante comum Nos períodos de Carga Pesada principalmente ali próximo das 19 ou 22 horas quando o sistema elétrico tem o máximo de consumo de energia elétrica então não esqueça a linha de transmissão ela pode funcionar como capacitor ou como indutor e O interessante é que quando ela funciona como

capacitor principalmente nas madrugadas e são esgotados todos os recursos de regulação tensão a operação do sistema elétrico não tem outra alternativa a não ser desligar a linha de transmissão para controlar a tensão do sistema elétrico em nono lugar o capacitor ele eleva atenção elétrica de uma subestação Observe o seguinte temos aqui um barramento de uma subestação e uma carga que pode ser uma indústria Ou uma cidade absorvendo 30 megawat de potência reativa indutiva e nesse barramento temos também um banco de capacitor de 20 megawat ele está desligado com disjuntor aberto quem Supra Então essa potência

reativa da Carga será o sistema de transmissão Observe então que esses sistema está fornecendo para a subestação 30 megawat de potência reativa vamos imaginar então a situação que nessa subestação temos uma tensão elétrica de 220V e desejamos aumentar esse perfil de tensão O que podemos fazer ligar então o banco de capacitor Observe o banco de capacitor ele é de 20 megawat o que irá acontecer esse banco de capacitor ele vai suprir 20 megawat da carga conectada no mesmo barramento fazendo isso teremos um alívio do sistema de transmissão hora Observe o seguinte se o capacitor forneceu

20 megawat a uma carga de 30 MB resta ao sistema de transmissão contribuir apenas com 10 megawat tivemos então um alívio do sistema de transmissão e com isso reduz-se as quedas de tensão na transmissão e atenção elétrica na subestação ela leva por exemplo de 220 para 200 e 30kv perceba então o seguinte que quando conectamos um capacitor numa subestação nós aumentamos o fator de potência da carga com isso a carga ela requisita menos potência reativa indutiva isso alivia o sistema de transmissão e como consequência eleva o perfil de tensão da rede elétrica muito interessante E

em último lugar temos o seguinte o déficit de reativo numa subestação ele pode provocar instabilidade de tensão hora isso é muito importante Observe esse gráfico da tensão elétrica numa subestação em função da potência ativa consumida Perceba o seguinte quando aumentamos a potência ativa o valor da tensão na subestação ela vai reduzindo esse gráfico em tela ele é conhecido como curva pv mas popularmente ele é chamado de curva do nariz e a ponta do nariz ela representa a potência máxima transmitida e essa região em verde é a região estável o que acontece então se aumentarmos a

potência além da curva do nariz além da potência máxima teremos uma região de instabilidade irá provocar colapso de tensão então a operação do sistema elétrico deve evitar a todo custo a instabilidade de tensão