REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.6807847
Autor:
Allefy Alexander Lima Leão1
RESUMO
As grandes linhas de transmissão e subestações que deram origem a formação dos grandes sistemas elétricos interligados, cobrem inúmeros territórios, interligando inclusive sistemas elétricos com países vizinhos. Estas, constituem um complexo sistema no qual requer atenção a medida em que, com o passar do tempo, o uso sem a devida manutenção pode ocasionar a baixa eficiência em suas transmissões. Com efeito, há necessidade da adoção de medidas/técnicas que visem proporcionar visualização e melhor transmissão destes blocos de energia, isto nos leva a inferir que o método de repotencialição se tornou a opção ideal para este problema. A poluição visual nos meios urbanos, a necessidade da preservação ambiental e o aumento da demanda de geração de energia elétrica, são fatores que obrigam as concessionárias a buscar formas de montar um sistema robusto e eficaz para reverter as perdas. A ideia desta técnica já se faz presente e já foi tema de grandes estudos. Diante deste cenário, o trabalho em questão teve como objetivo geral realizar a simulação no software Alternative Transient Program(ATP) de uma linha de transmissão existente no sistema Manaus. Para tal, foram analisados os parâmetros necessários para a transmissão desse sistema, além da análise do local e faixa de servidão desta Linha de transmissão. Realizou-se um memorial descritivo desta Linha de transmissão, levantando parâmetros reais da Linha atual com os materiais novos, com aplicação da técnica após mudança de cabo condutor, concluindo com o estudo da eficácia em torno da potência transmitida.
Palavras-chave: Linhas de Transmissão. ATP. Repotencialização. Faixa de servidão.
ABSTRACT
The large transmission lines and substations that gave rise to the formation of large interconnected electrical systems cover numerous territories, even interconnecting electrical systems with neighboring countries. These constitute a complex system that requires attention as, over time, use without proper maintenance can cause low efficiency in their transmissions. In fact, there is a need to adopt measures/techniques that aim to provide visualization and better transmission of these energy blocks, which leads us to infer that the repowering method has become the ideal option for this problem. Visual pollution in urban areas, the need for environmental preservation and the increased demand for electricity generation, are factors that force utilities to seek ways to assemble a robust and effective system to reverse losses. The idea of this technique is already present and has already been the subject of large studies. Given this scenario, the work in question had the general objective of performing the simulation in the Alternative Transient Program (ATP) software of an existing transmission line in the Manaus system. To this end, the parameters necessary for the transmission of this system were analyzed, in addition to the analysis of the location and right of way of this transmission line. A descriptive memorial of this Transmission Line was carried out, raising real parameters of the current Line with the new materials, with application of the technique after changing the conductor cable, concluding with the study of the effectiveness around the transmitted power.
Keywords: Transmission Lines. ATP. Repowering. Right-of-way.
1. INTRODUÇÃO
O abastecimento de energia na região Norte em pleno século XXI, ainda não alcançou o conceito ideal de geração local, cabe nesse contexto uma reflexão, estamos há menos de meio século, precisamente 33 anos, entre as linhas de transmissão e as gerações locais a óleo diesel. Somente em 1989 que a Usina Hidrelétrica de Balbina entrou em operação com linha de transmissão de 250 MW para suprir a cidade de Manaus (BRANDI, 2021).
Em 2010, o município de Manaus era abastecido com 65% de geração de energia limpa proveniente de gás e hidrelétrica, os 35% restantes, produzidos com a utilização de combustível fóssil (óleo) (AMAZONAS ENERGIA, 2010). Mesmo que a concessionária tenha um programa de proteção ambiental, as interferências do homem moderno no meio ambiente refletem o perfil predominante das sociedades de consumo, pouco fazem para se tornar sustentáveis. Por conseguinte, a questão ambiental que sempre foi um problema de proporções mundiais, lança luz sobre tantas outras questões socioeconômicas que afetam o desenvolvimento humano a saúde e o bem-estar comum. O país atravessa uma crise hídrica, e para preservar os reservatórios das hidrelétricas, são acionadas as termelétricas que são poluentes e mais caras. A região Norte também atravessa a escassez hídrica e o aumento da conta de luz em decorrência desta queda.
Na atualidade, o Brasil possui um gigantesco sistema elétrico interligado, com aproximadamente 145 mil quilômetros, com capacidade instalada de 170 mil megawatts segundo a ONS (2021). O setor elétrico é primordial para manutenção da economia e nesse contexto, qualquer ação que favoreça no sentido de minimizar custos, maximiza os resultados beneficiando toda a cadeia de consumidores.
O tema desta Pesquisa esteve subjacente à questão da minimização de custos utilizando o método da repotencialização de Linhas de Transmissão-LT, como elemento norteador no aumento da potência instalada, a partir da simulação por meio do software Alternative Transient Program(ATP), utilizando uma linha real localizada na cidade de Manaus-AM.
O problema consistiu no fato das fontes de produção de energia estarem normalmente instaladas em localidades distantes dos pontos reais de suprimento da mesma, ampliando a necessidade de transporte desta energia entre os pontos de produção e os locais de consumo. A causa raiz desse problema consiste no fato das Linhas de Transmissão (LT’s) configurarem o equipamento primordial para este processo, sendo os responsáveis pelo transporte seguro e eficaz de blocos de energia elétrica.
A segurança destas instalações é essencial para o público ocupacional e o público em geral, desde a construção, manutenção e operação dos que precisam lidar com as mesmas no entorno das faixas de segurança ou faixas de servidão.
Com o crescimento exponencial do consumo de energia, sua produção não ocorreu na mesma velocidade. Verifica-se a preocupação generalizada dos órgãos governamentais e das concessionárias, para suprir esta demanda, com o menor impacto possível. Desta maneira, o aumento da transmissão de energia, implica em construção de novas LT’s, ou em aumento da capacidade de transporte das linhas existentes.
A hipótese basilar, compreende a repotenciação como uma alternativa ideal a ser analisada para estudos de ampliação do sistema de transporte de potência da concessionária local. “Esta técnica permite o aumento da capacidade de transportes de energia a baixo custo em função da instalação já existente.” (OLIVEIRA, 2000 apud BIASOTTO, 2009, p.21)
Sendo assim, é extremamente necessária a busca de alternativas que utilizem as estruturas já existentes da concessionária, que possa otimizar o transporte de energia, o ajuste técnico chamado, repotenciação de Linha de Transmissão, além de preconizar maior eficiência ao serviço, contribui com o meio ambiente evitando investimentos territoriais. Neste contexto, reduziria a construção de linhas de transmissão, que demanda várias frentes de serviços como, limpezas de faixas, estradas de acesso, topografia, fundações, montagem de estruturas, lançamento de cabos condutores, dentre outros.
Baseado nesse cenário, a repotenciação em linhas de transmissão é uma alternativa importante que possibilita o aumento da capacidade de corrente, que circula nas estruturas já existentes.
Assim, este trabalho teve como objetivo geral: Simular a repotenciação de uma linha de transmissão localizada em Manaus-AM, analisando a melhor técnica a ser aplicada levando em consideração as características elétricas da linha aérea, para avaliar as vantagens e desvantagens da proposta.
Tivemos como objetivos específicos: Analisar o circuito a ser estudado por meio do software de simulação Alternative Transient Program (ATP). Realizar visita técnica para coleta de dados da Linha de Transmissão – LT. Decorridas a visita e as análises, os resultados dos levantamentos e parâmetros reais da Linha de Transmissão atual, foram desenvolvidos em forma de memorial descritivo, simulando a aplicação da técnica após mudança de cabo condutor, concluindo com o estudo da eficácia em torno da potência transmitida.
A importância do tema e do problema abordado, compreendeu o contexto atual e refletiu a crise hídrica. Ao apresentar dados que subsidiem o procedimento de repotenciação, a análise dos dados, nos permitiu ter a visão geral da implementação de linhas de transmissão fundamentadas neste conceito, e como resultado poder avaliar a viabilidade econômica para sua execução.
O software simulador ATP foi fundamental para verificar a relação dos dados quantitativos e qualitativos que foram extraídos via estudo de campo. Portanto, percebe- se a relevância deste estudo para a área de engenharia elétrica no transporte de energia por grandes distâncias, propondo uma nova possibilidade de distribuir a energia gerada nas fontes primarias, de forma sustentável e sem grandes impactos ambientais.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Geração de energia elétrica
A geração de energia elétrica figura como um bem essencial no mundo moderno, é importante na cadeia de produção, em todos os setores da economia, no bem-estar social, e por se tratar de um recurso que não é inesgotável, é alvo de constante preocupação.
Podemos inferir que, o consumo de energia elétrica também é um fator segregador na sociedade. Pode-se destacar que nas sociedades modernas, existe a distinção no nível de consumo de cada país, cidade ou estado. Justamente, o alto valor desse nível de consumo de energia, ocorre por conta de fatores como, setor de grandes eventos e serviços, setor fabril, grandes empreendimentos, que configuram estas características. Estas características tem com efeito dividido o mundo em blocos; estas divisões classificam certos países como desenvolvidos, subdesenvolvidos e em desenvolvimento. (BORGES NETO; CARVALHO, 2012).
A geração de energia elétrica figura como um bem essencial no mundo moderno, é importante na cadeia de produção, em todos os setores da economia, no bem-estar social, e por se tratar de um recurso que não é inesgotável, é alvo de constante preocupação.
Podemos inferir que, o consumo de energia elétrica também é um fator segregador na sociedade. Pode-se destacar que nas sociedades modernas, existe a distinção no nível de consumo de cada país, cidade ou estado. Justamente, o alto valor desse nível de consumo de energia, ocorre por conta de fatores como, setor de grandes eventos e serviços, setor fabril, grandes empreendimentos, que configuram estas características. Estas características tem com efeito dividido o mundo em blocos; estas divisões classificam certos países como desenvolvidos, subdesenvolvidos e em desenvolvimento. (BORGES NETO; CARVALHO, 2012).
2.2 Cabos condutores
Os condutores são os elementos imprescindíveis em linhas de transmissão. Em função disso as cargas elétricas se movimentam, interligando as unidades de geração e os centros de cargas. No princípio da implantação das LT’s, o cobre era a matéria-prima empregada nos projetos, devido à sua maior condutividade, porém, atualmente, as linhas aplicam condutores de alumínio, tanto na forma de liga quanto em união com o aço, por ter um custo menor do que o cobre ou qualquer outro material (MENEZES, 2015).
2.3 Custos de transmissão
Ao custo dos serviços naturalmente espera-se que, sejam agregados outros custos que envolvem os gastos no fornecimento de serviços ao cliente, incluindo custo fixo e variável. Em relação ao transporte de energia os custos de transmissão incluem perdas na Rede Básica.
De acordo com a Metodologia de Cálculo Tarifário da Distribuição da ANEEL (2015):
O transporte da energia, seja na Rede Básica ou na distribuição, resulta inevitavelmente em perdas técnicas relacionadas à transformação de energia elétrica em energia térmica nos condutores (efeito joule), perdas nos núcleos dos transformadores, perdas dielétricas etc. As perdas na Rede Básica são calculadas pela diferença da energia gerada e entregue nas redes de distribuição. Essas perdas são apuradas mensalmente pela Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE) e o seu custo, definido anualmente nos processos tarifários, é rateado em 50% para geração e 50% para os consumidores.
As perdas técnicas, inevitáveis em qualquer sistema de distribuição, variam conforme as características das redes de cada área de concessão, sendo reconhecidas nas tarifas pela ANEEL apenas os níveis eficientes. O sistema de distribuição é dividido de acordo com os segmentos de rede (alta, média e baixa tensão), transformadores, ramais de ligação e medidores. Aplicam-se modelos específicos para cada um destes segmentos, utilizando-se informações simplificadas das redes e equipamentos existentes, como por exemplo, comprimento e bitola dos condutores, potência dos transformadores e energia fornecida às unidades consumidoras.
Com base nestas informações, é possível estimar o percentual de perdas técnicas eficientes relativas à energia injetada na rede. O detalhamento do cálculo das perdas técnicas regulatórias encontra-se no Módulo 7, dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica – PRODIST (ANEEL, 2018).
2.4 Definição de repotenciação
Veiga (2001) considera repotenciação, todas as obras que visem propiciar ganhos de potência e de rendimento. Na visão de Santos (2003), repotenciar pode ser interpretado como a elevação da potência máxima de operação, através do aproveitamento de folgas devidamente comprovadas no projeto original.
Além de propiciar ganhos de potência e de rendimento aproveitando as janelas de folga que são produzidas face ao projeto original, na Linha de Transmissão -LT:
[…] significa aumentar sua capacidade de transmissão, e isto pode ser implementado pelo acréscimo da corrente nominal, aumento do nível de tensão ou aumento da potência natural da LT através, por exemplo, da modificação do feixe dos cabos condutores. (PESSOA, 2017, p. 25)
Então, podemos definir que o processo de repotenciação é a alteração das características da linha existente, gerando benefícios para a concessionária no quesito da elevação de potência, pois aumenta a capacidade de condução de corrente em uma linha já saturada.
Outra questão enfatizada por Pessoa é:
O aumento da corrente nominal significa a necessidade ou de elevar a temperatura de operação do condutor ou recondutorar a linha, enquanto que a elevação do nível de tensão requer o reisolamento da linha para o novo nível de tensão, incluindo o acréscimo da distância entre fases e fase terra. Para o aumento da potência natural elevada, precisa-se diminuir a impedância série e paralela da linha de transmissão. (PESSOA, 2017, p. 24).
A repotenciação envolve um planejamento contínuo e eficaz, requer ferramentas computacionais utilizando técnicas de inteligência artificial (ANEEL, 2016).
2.5 Principais técnicas de repotenciação
Biasotto (2009), apresenta três técnicas para aumentar a capacidade de uma linha de transmissão, a primeira refere-se à alteração do limite térmico da linha de transmissão, que reflete diretamente nas características termodinâmicas destas e determina a máxima corrente elétrica que ela pode transportar, até atingir a temperatura limite definida em projeto. Porém, a máxima corrente elétrica é influenciável pelas condições ambientais locais, como os ventos e a temperatura ambiente.
Alguns estudos relatam que a variação da velocidade dos ventos e da temperatura ambiente podem tanto provocar uma redução da ampacidade da ordem de 35%, quanto aumentos superiores a 100%, em relação aos dados de projeto da linha de transmissão (OLIVEIRA, 2000, apud BIASOTTO, 2009).
O segundo método refere-se ao recondutoramento da linha de transmissão que consiste em substituir os condutores da linha de transmissão existentes por outros com maior capacidade de condução de corrente, tentando manter as condições mecânicas dos condutores antigos, evitando assim, o reforço das estruturas. Com base nisto, existem várias técnicas de recondutoramento, cuja escolha está totalmente ligada às viabilidades técnicas e econômicas. (BIASOTTO, 2009).
Ainda, se referindo ao segundo método apresentamos a seguir as principais técnicas:
1. Recondutoramento mantendo 1 condutor por fase.
2. Recondutoramento com a instalação de mais um subcondutor por fase.
3. Recondutoramento com expansão de feixes de subcondutores existentes.
4. Recondutoramento utilizando cabos termorresistentes.
O terceiro método faz relação com a elevação do nível de tensão operativa mantendo os condutores nas condições atuais. Trata-se de um procedimento que requer amplas modificações no sistema elétrico, pois, além da linha afetada, as subestações as quais ela está ligada devem ser adaptadas ao novo nível de tensão. As possíveis reformas na linha e a necessidade de um novo isolamento possibilitam aumentar a sua capacidade de transmissão, de maneira mais rápida, proporcionando um aumento na confiabilidade de operação, com custos em torno de 15% a 20 % dos custos de uma nova linha de transmissão (BIASOTTO, 2009).
2.6 Software alternative transient program (ATP)
O software ATP tem amplos recursos de modelagem e recursos adicionais importantes, além da computação de transientes. Tem sido continuamente desenvolvido por meio de contribuições internacionais nos últimos 20 anos. O módulo de simulação do ATPDraw reproduz configurações reais com a simulação de sistemas de redes de transmissão e distribuição, opera como apoio de não simulação em rotinas, que podem ser usadas para gerar dados de modelos matemáticos variados.
O ATP foi desenvolvido pelo engenheiro Hans Kristian Hoidalen (2012) como um preprocessador gráfico dirigido por mouse para a versão ATP do Programa de Transientes Eletromagnéticos (EMTP) na plataforma MS-Windows. É necessária uma licença para o seu uso. Com esse preprocessador é possível construir um circuito elétrico usando o mouse e selecionando os componentes dos menus, então o ATP gera o arquivo de entrada ATP no formato apropriado baseado em “o que você vê é o que você obtém”. O programa de simulação ATP e os programas de plotagem podem ser integrados ao ATP.
Os estudos típicos de ATP são:
- Estudos de sobre tensão de relâmpagos; Transientes e falhas de comutação; Estudos estatísticos e sistemáticos de sobretensão; Transientes muito rápidos em GIS e aterramentos; Modelagem de máquina; Estabilidade transitória, partida do motor; Oscilações de torção do eixo; Transformador e reator / capacitor shunt; Ferrorressonância; Aplicações eletrônicas de potência; Função do disjuntor (arco elétrico); Dispositivos FACTS: STATCOM, SVC, UPFC; Modelagem TCSC; Análise harmônica, ressonâncias de rede; Teste de dispositivo de proteção.
3. METODOLOGIA
A metodologia utilizada foi essencial para a realização deste estudo, apresentamos de forma descritiva em um Fluxograma (Figura 1) as etapas centrais dos procedimentos adotados, com uso das abordagens utilizadas subjacentes aos procedimentos, para que os objetivos fossem alcançados.
FIGURA 1 – FLUXOGRAMA DAS ETAPAS
1ª Etapa – Revisão da fundamentação teórica
Realização de pesquisas bibliográficas, estudos de artigos e consulta de normas sobre o tema em questão, pois, é fundamental para adquirirmos conhecimentos sobre o tema deste estudo e para Gonsalves (2007, p. 40) “[…] é caracterizada pela utilização de fonte secundaria, ou seja, pela identificação e análise dos dados escritos em livros, artigos de revistas, dentre outros”. Nesta etapa também procedemos a escolha do método de repotenciação.
2ª Etapa – Classificação e definição da área de atuação
Nesta etapa foram coletadas informações técnicas do local, da linha de transmissão usada como estudo, juntamente com o banco de dados da equipe executiva da empresa Amazonas Energia S/A, que nos forneceu dados para corroborar com o tema da pesquisa.
Dados que possibilitaram quantificar o sistema elétrico do local da pesquisa, a fim de verificar os fatos com evidencias, para que seja definido as características técnicas e estruturais da LT. No estudo, foi considerada a distância em quilômetros e as complexidades técnicas, a viabilidade econômica do local onde foi realizada a simulação, bem como, uma possível elevação de nível de tensão, utilizando a técnica de repotenciação.
3ª Etapa – Desenvolvimento
Para visualização do dimensionamento do sistema, considerando o nível de tensão, extensão e as suas estruturas atuais, utilizamos o diagrama unifilar, pois, se apresenta dentro das normas exigidas pela concessionária local. Utilizamos também, o relatório da concessionária em 2015, para soluções a curto prazo, pois, foi recomendado para o atendimento à região metropolitana de Manaus (cf. Figura 2), sob a perspectiva dos critérios de repotencialização. O estudo recomendava a aplicação no período de 15 anos.
FIGURA 2 – CONFIGURAÇÃO RECOMENDADA PARA ATENDIMENTO
À REGIÃO METROPOLITANA DE MANAUS EM 2015
Segundo o Plano Decenal de Expansão de Energia 2030 do MME, estava previsto para dezembro de 2020 um Leilão de Transmissão para implantação de novo plano de suprimento denominado, SE-Tarumã, para aumentar a confiabilidade no atendimento à Manaus. Entretanto, em razão da pandemia não foi realizado. A proposta era implantação de um novo ponto de suprimento, denominado, SE-Tarumã, que seria suprido por uma linha de transmissão em 230 kV, circuito duplo, conectando esta subestação à SE- Lechuga.
Em meio ao contexto da pesquisa, observou-se que há alguns projetos em pauta para melhoria dos serviços de linhas de transmissão, como do Leilão de Transmissão 004/2018 que possibilitaria o fechamento de um anel entre as subestações Lechuga, Jorge Teixeira, Mauá 3 e Manaus (BRASIL/MME/EPE, 2021).
Com base nestas informações, a repotencialização se apresenta como uma vertente que se torna relevante na solução de problemas emergências de tensão em regime permanente.
4ª Etapa – Execução
Nesta etapa procedemos a aquisição, instalação e treinamento do software Alternative Transient Program (ATP), simulador da configuração elétrica real das redes. Levantamos o banco de dados da LT em questão, a sua simulação no sistema em regime permanente, para que fosse gerado o nível de potência e outros parâmetros de eficiência.
5ª Etapa – Avaliação dos resultados
Para este procedimento, foram realizadas as análises do sistema atual em comparação com o sistema resultante, validado com os parâmetros elétricos em regime permanente.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Simulação Computacional: Modelagem da LT
Os procedimentos de modelagem da LT foram desenvolvidos no software Alternative Transient Program(ATP). Inicialmente a modelagem foi feita de forma simplificada no ATP utilizando a ferramenta de modelo com parâmetros distribuídos, através do componente LCC template, pois através desta interface cria um cartão de dados, o qual com dados de entrada refere-se aos parâmetros elétricos, do cabo condutor e a sua disposição da torre.
Podemos dizer que através desse componente serão calculados parâmetros elétricos representativos da LT em análise, conforme Figura 3. Podemos ver o componente LCC.
FIGURA 3 – CIRCUITO SIMPLIFICADO COM O COMPONENTE LCC TEMPLATE
Na Figura 4, podemos verificar a interface gerada pelo ATP de input de dados do programa, no qual, podemos introduzir informações sobre a configuração geométrica e elétrica da LT em estudo, como diâmetro transversal do condutor da LT, resistividade da LT, tensão nominal da LT, frequência nominal da LT e extensão da LT. Nesta opção podemos fazer a seleção do modelo matemático que será utilizado pelo software para os cálculos dos parâmetros elétricos da linha.
FIGURA 4 -TELA DE INTERFACE ATPDRAW
Na Figura 5, são introduzidos os dados que representam os cabos e para-raios do sistema em questão. Podemos inserir os dados de raio interno e externo do condutor, sua resistência, as distancias horizontais e as alturas dos cabos nas torres e no meio do vão em relação ao solo.
FIGURA 5 – TELA DE ENTRADA DE DADOS PARA PARAMETRIZAÇÃO DA LINHA
A Figura 6, ilustra a disposição geométrica da torre ao longo da linha de transmissão, podendo definir o tipo da torre, o comportamento das flechas e o comportamento dos isoladores associados.
FIGURA 6 – CONFIGURAÇÃO PARAMÉTRICA DA TORRE
Vale ressaltar que, a modelagem da linha tem fatores de suma importância, como; Estruturas e as suas disposições geométricas, a altura a meio vão, as distâncias entre fases e condutores; Resistividade do solo; Comprimento das linhas; O diâmetro do condutor; Tensão; todos estes necessários para a criação de um banco de dados.
Assevera Almeida (2013) que, o software ATP, sendo destinado a realizar simulações, detém alguns tipos de modelagens matemáticas para a realização dos cálculos. Através da sua interface ATP (HOIDALEN, 2012), e tendo como componente LCC (Lines / Cable Constants) disponibiliza cinco métodos matemáticos, a saber:
- BERGERON; PI; JMARTI; SEMLYEM; NODA.
Cada método matemático possui suas diferenças e suas particularidades. Neste estudo não serão abordados todos eles, para efeito de conhecimento, nosso foco será apresentar a aplicação de uma técnica de repotenciação em uma linha curta existente em Manaus. Vale destacar que, conforme a Tela de entrada de dados para parametrização da linha (Figura 30), da interface de dados, o modelo matemático utilizado foi o modelo Pi, entretanto, poderia também ser usado o Bergeron.
De acordo com Watson e Arrillaga (2003, p.123),
O modelo Pi é indicado para modelagens de linhas de transmissão curtas, de no máximo até 15km, em que o tempo/excursão da onda entre pontos de descontinuidades da linha é menor que o tempo de integração da solução. Sendo assim, partir de 15km é necessário a utilização de modelos que levem em consideração a teoria das ondas viajantes.
Na simulação foi utilizado o modelo Pi, pois, o comprimento da linha de objeto deste estudo é de 4,515 km.
4.2 Validação do Sistema Resultante
Neste tópico, irão ser descritos os procedimentos levando em consideração a condição da repotenciação da linha de transmissão, partindo de uma subestação transmissora para a subestação receptora.
Devido à variedade de arranjos físicos dos sistemas de transmissão, faz-se necessário apresentar a validação deste estudo tendo como premissa a LT com cabo atual versus LT resultante.
Para que seja possível fazer esta validação foi necessário a elaboração da modelagem da Linha de Transmissão, pois, deve existir a consideração da natureza distribuída dos parâmetros com a dependência deste com a frequência. Sendo assim, a modelagem, pode ocorrer de diferentes formas, de acordo com a precisão e a sua aplicabilidade que espera.
Como já sabemos, neste estudo foi utilizado o ATP, o qual nos permitiu fazer a modelagem da LT utilizando dados reais e gerar componentes elétricos computacionais representativos desta linha de transmissão, a Figura 7 representa o circuito.
FIGURA 7 – CIRCUITO REPRESENTATIVO DA LT
4.3 Situação atual da Linha de Transmissão: estimativa de perdas
A Figura 8 apresenta a LT atual em estudo, sem a aplicação do método de repotenciação, características de transmissão apresentadas atualmente, baseado em estudo de regime permanente. Ponto de partida para definir estratégias de controle de tensão e de carregamento, para realizar condições especificas de manobras e, nesse caso, essencial para avaliar os limites de transmissão neste sistema.
Desta forma, podemos avaliar o nível de tensão nos barramentos e o carregamento nas linhas. Podemos notar que o nível de tensão atual da LT quando sai da SE Ponta Negra está sendo energizado em 69kV, conforme Figura 33. Porém, percebemos uma diferença na tensão que é enviada em vermelho e a recebida em destaque de verde.
FIGURA 8 – LINHA DE TRANSMISSÃO ATUAL
Quanto à potência da LT atual, a Figura 9, mostra a sua configuração. Pode-se dizer que a potência do sistema atual que chega na SE Redenção é exatamente de 30,906MW, refletindo perdas na transmissão e ocasionando a ineficiência do sistema.
FIGURA 9 – CONFIGURAÇÃO DE TRANSMISSÃO DA LT
4.4 Resultados do circuito repotencializado
A Figura 10, apresenta o nível de tensão do circuito repotenciado, que utilizamos a partir dos dados criados na etapa de banco de dados, em específico dos valores de resistividade do condutor e demais características do novo condutor, gerando no software o seu nível de tensão nessa nova configuração, logo, percebe-se um melhor desempenho na eficiência da tensão gerada para a recebida, vale destacar que não houveram alterações significativas nas configurações geométricas da LT e ainda assim, houve alteração nos seus parâmetros elétricos.
Aponta-se a cor verde como a tensão gerada no circuito e a vermelha como a tensão recebida. Então, podemos afirmar que a tensão recebida é aproximadamente a gerada com este novo condutor.
Salientamos que as configurações geométricas da LT são alteradas conforme a técnica escolhida para a simulação. Sendo assim, com a nova configuração de cabo houve a necessidade de ferramentas de cálculos matemáticos para a definição de resistência, indutância, capacitância e condutância, com o intuito de realizar uma nova parametrização da LT com este novo condutor.
FIGURA 10 – REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO CARREGAMENTO DA LT
A Figura 11, representa os dados compilados do ATP, representam parâmetros elétricos de indutância, matrizes de reatância, parâmetros de susceptancia e ampacidade. Será modelado no circuito representativo do sistema em questão com o intuito de acoplar o LCC template a fim de gerar um circuito repotenciada pelo método de recondutoramento de 1 condutor por fase.
FIGURA 11 – ARQUIVO ATP, MODELAGEM MATEMÁTICA
A configuração da LT após a técnica de repotenciação mantém um condutor por fase, levando em consideração que o sistema foi analisado nas condições de cargas e geração, para que sejam determinadas as alterações às redes diante dos dados parametrizados na modelagem da LT com o novo condutor.
Podemos observar nas Figuras 8 e 10 a diferença existente no carregamento da tensão. Ao analisarmos o processo de repotenciação desenvolvido no decorrer do estudo, concluímos que o processo de repotenciação de uma linha de transmissão é importante para maior eficiência da linha, sendo assim, uma alternativa viável para ser aplicada. Porém, é imprescindível avaliar os dois sistemas sob o mesmo fator determinante deste estudo: potência.
A Figura 12, representa a potência gerada pelo sistema e sendo repotenciada no novo condutor CAA 954 MCM cujo valor de potência é exato 31,74MW.
FIGURA 12 – PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DO SISTEMA REPOTENCIADA
Para melhor visualização, a Figura 13, representa a potência sendo a multiplicada e a tensão multiplicada pela corrente. O cursor aponta para o ponto da crista indicando que o valor de potência gerada por este circuito é de 31,74MW.
FIGURA 13 – REPRESENTAÇÃO DA POTÊNCIA SENDO MULTIPLICADA
NA TENSÃO E MULTIPLICADA PELA CORRENTE
4.5 Rendimentos: resultado das análises
Utilizamos para o cálculo do rendimento da Linha de Transmissão a relação percentual da diferença entre a potência ativa fornecida no lado transmissor (P1) e a potência ativa recebida no receptor (P2), tal como mostra a equação do rendimento:
Com base na configuração de transmissão da LT coletada de potência 30,906MW que correspondente ao sistema atual da SE Redenção, multiplicando a tensão pela corrente do valor da potência gerada por este circuito de 31,74MW, obteve- se um aumento de potência da linha de transmissão em questão de 2,62%.
Quanto ao sistema com o condutor CAA 477, a melhor solução encontrada para este caso foi a substituição do CAA 477 MCM HAWK pelo cabo CAA 954 KCM 37F MAGNÓLIA, cujo formato do condutor é circular não compactado, sua seção transversal é de 483,74 milímetros², seu peso é 1343kg/km e o seu raio geométrico médio é de 0,01096 m. Podendo ser adotadas as medidas de limpeza da cadeia de isoladores e retração dos cabos, os quais teriam ganhos associados de potência junto a técnica escolhida, aumentando ainda mais a potência a ser entregue entre as subestações.
5. CONCLUSÃO
Conforme a proposta do Projeto foi realizado um estudo abordando a repotenciação de uma linha de transmissão por meio de simulação utilizando o software Alternative Transient Program(ATP), com a perspectiva de avaliar as vantagens e desvantagens. A Linha de transmissão objeto deste estudo foi de 69kV de extensão curta, exatos 4,515 km, contendo circuito simples.
Foram consideradas algumas simplificações, de modo que, o sistema elétrico envolvido nesta linha pudesse ser representado no software ATP, atendendo os objetivos do estudo, salientando que todos os parâmetros foram obtidos de forma simulada, sendo compatíveis com os valores mensurados pela concessionária.
As simulações computacionais se detiveram nas verificações dos maiores valores de tensões para cada fase envolvendo os dois circuitos, a Linha de transmissão antes e depois de ser repotenciada. A realização de estudos de repotenciação são relevantes para seleção de métodos eficazes que preconizem confiabilidade na busca de alternativas para montar um sistema robusto capaz de reverter perdas no sistema de distribuição de energia.
As análises pertinentes a este trabalho possibilitaram que o objetivo geral fosse alcançado, sendo então determinada a mais adequada técnica para a repotenciação desta LT, por meio da metodologia proposta. Quanto ao objetivo específico, a melhor técnica aliada ao software de simulação Alternative Transient Program(ATP), permitiu uma análise do circuito de forma eficaz e com possibilidade de demonstrar a eficiência dos procedimentos.
Acerca da metodologia proposta, foi possível levantar uma série de informações por meio de simulações e cálculos, proporcionando apontar com simplicidade a resposta mais eficaz em relação a transmissão de energia elétrica, observando a configuração aplicada na repotenciação da Linha de transmissão.
Vale destacar que a troca do condutor CAA 477 pelo cabo CAA 954 KCM 37F MAGNÓLIA foi questão preponderante para aumento de 2,62% na potência da linha de transmissão. Durante a repotenciação em linhas de transmissão, faz-se mister tomar uma preocupação no que tange ao desempenho delas, em caso de desligamentos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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1 Graduando em Engenharia Elétrica, pelo Centro Universitário Luterano do Brasil (ULBRA). Manaus/AM, Brasil. E-mail: allefyleao.eng@gmail.com