Análise numérica de curto circuito utilizando Componentes Simétricas e Componentes de Fases para obter índices de afundamentos de tensão

Abstract

O presente trabalho apresenta estudos teóricos e uma revisão bibliográfica sobre diversos aspectos relevantes à qualidade da energia elétrica, principalmente os afundamentos de tensão em sistemas de energia elétrica. A avaliação da eficiência de um sistema elétrico de potência é quantificada por diversos fatores de qualidade, destacando-se a continuidade do fornecimento de energia elétrica aos consumidores. Nesse contexto, a análise de faltas é muito importante e demanda especial atenção quando do projeto do esquema de proteção e dos índices de qualidade do sistema elétrico de distribuição. Assim sendo, o presente trabalho apresenta uma comparação entre os métodos de cálculo de curtos circuitos convencionais: Método das Componentes Simétricas e o Método das Componentes de Fases. Também é apresentada uma nova aproximação da obtenção da matriz de impedância de cada elemento do sistema elétrico de potência, para a resolução pelo Método das Componentes Simétricas em sistemas desequilibrados. Usando um modelo particular de um sistema elétrico de distribuição são efetuadas simulações computacionais para avaliar o desempenho do algoritmo proposto. As simulações de curtos circuitos são realizadas com rotinas no ambiente MatLab e logo comparadas com os resultados do programa ATP/EMTP. Os cálculos de afundamentos de tensão são realizados para diferentes tipos de faltas: trifásica-terra (FFFT), fase-terra (FT), fase-fase (FF) e fase-fase-terra (FFT). Apesar de o trabalho estar centrado em sistemas de distribuição, as conclusões podem ser referidas a qualquer tipo de sistema de energia elétrica. Os resultados obtidos nessas simulações mostram que a aproximação proposta que consiste da obtenção da impedância de componentes simétricas de cada elemento, apresenta um ótimo desempenho. O objetivo desta comparação é identificar o método de cálculo de curto-circuito que ofereça a viabilidade de simplificação nos procedimentos de cálculo, como também na modelagem dos componentes do sistema elétrico de energia, mantendo continuamente uma boa precisão dos resultados dentro dos limites de tolerância. Com esta simplificação se pode reduzir significativamente o tempo das simulações, o processo de análise e tomada de decisão mais ágil e eficiente.

This work presents theoretical studies and a literature review on various aspects relevant to the quality of electric power, especially voltage sags in electric power systems. Assessing the efficiency of a power system is quantified by several quality factors, highlighting the continued supply of electricity to consumers. In this context, the analysis of faults is very important and demand special attention when designing the protection scheme and the quality indexes of the electrical system of distribution. Therefore, this work presents a comparison between the calculation methods of conventional short circuit: Method of Symmetrical Component and Method of Phases Components. It also presents a new approach to obtaining the impedance matrix of each element of the electric power system for the resolution by the Method of Symmetrical Components in unbalanced systems. Using a particular model of an electric distribution system computer simulations are carried out to evaluate the performance of the algorithm. Simulations of short circuits are performed with routines in MatLab environment and then compared with the results of the software ATP/EMTP. The calculations of voltage sags are performed for different types of faults: three-phase- ground (FFFT), phase-ground (FT), phase-phase (FF) and phase-phase- ground (FFT). Although the work is centered on distribution systems, the findings can be referred to any type of power system. The results obtained in these simulations show that the proposed approach consists of obtaining the impedance of symmetrical components of each element, presents a great performance. The purpose of this comparison is to identify the method of calculating short-circuit that provides the feasibility of simplifying the calculation procedures, but also in the modeling of system components, electric power, continuously keeping a good accuracy of results within the tolerance limits. With this simplification can significantly reduce the time of simulations, the process of analysis and decision making more agile and efficient.