Apostila atp

  • View
    1.147

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

  • ATPALTERNATIVE

    TRANSIENTS PROGRAM

    CURSO BSICO SOBRE A UTILIZAO DO ATP

    CLAUE - Comit Latino Americano de Usurios do EMTP/ATP

    Preparado por:

    Jorge Amon FilhoMarco Polo Pereira

    Verso Original : Setembro de 1994

    ltima Reviso : Novembro de 1996

    Sumrio

  • Captulo I Introduo ao ATP

    Captulo II Estrutura do ATP

    Captulo III Clculo de Parmetros de Linhas deTransmisso

    Captulo IV Manobra de Bancos de Capacitores

    Captulo VI Tenses e Correntes Induzidas em CircuitosParalelos

    Captulo VII Tenso de Restabelecimento Transitria

    Captulo VIII Data Modularization

    Captulo IX Energizao de Transformadores

    Captulo X Injeo de Surtos em Subestaes

    Captulo XI Modelagem de Fontes de Excitao paraEstudos de Transitrios

    Captulo XII Modelagem de Pra-raios de ZnO em Estudos de Sobretenses

    Captulo XIII Casos Complementares

  • Captulo I

    Introduo ao ATP

    1. Generalidades

    A rea de transitrios eletromagnticos envolve uma ampla gama de fenmenos, provocados porvariaes sbitas de tenso ou corrente nos sistemas eltricos, inicialmente em estado de regimepermanente na grande maioria dos casos. Essas variaes sbitas de tenso e corrente so provocadaspor descargas atmosfricas, faltas no sistema ou operao de disjuntores.

    Um estudo de transitrios tanto pode levar especificao dos dispositivos de proteo dosequipamentos de um sistema eltrico quanto pode permitir a determinao dos motivos que provocaramuma perturbao no sistema.

    2. Ferramentas para a Simulao de Transitrios

    O estudo de fenmenos transitrios em sistemas eltricos pode ser realizado atravs de modelos emescala reduzida, de simuladores analgicos, de simuladores digitais ou de simuladores hbridos.

    Todas as ferramentas acima mencionadas apresentam resultados satisfatrios, desde que os responsveispela execuo das simulaes tenham conhecimento suficiente do assunto e das potencialidades dosimulador em utilizao.

    Os modelos em escala reduzida tem limitada aplicao, dada as dificuldades de realizao fsica deminiaturas dos equipamentos do sistema eltrico. Um exemplo de simulao em escala reduzida omodelo para a anlise de transitrios em linhas de transmisso quando da incidncia de uma descargaatmosfrica no topo de uma torre ("modelo nanossegundo"). So representados alguns vos de linha,com os cabos e as torres em escala com relao aos componentes reais.

    Os simuladores analgicos tem sido tradicionalmente utilizados para a simulao de transitrios em redeseltricas. Geralmente so conhecidos por "Analisadores de Transitrios em Redes" ou TNA (TransientNetwork Analyser) e no devem ser confundidos com os modelos em escala reduzida porque todos osseus componentes so baseados em equivalentes eltricos, e no em modelos reduzidos doscomponentes reais. Houve uma grande evoluo nos simuladores analgicos quanto a automatizao e

  • aquisio de dados, visando aumentar a sua capacidade de simulao e manter a sua competitividadecom relao a outras ferramentas, tendo em vista o elevado custo de sua utilizao.

    A possibilidade de acoplamento ao TNA de sistema de controle reais pode ser destacada como uma dasgrandes vantagens desta ferramenta.

    Os simuladores digitais tem alcanado notveis progressos, tendo em vista a evoluo apresentada navelocidade de processamento e nas configuraes dos computadores atuais.

    Pode-se afirmar que no h grandes limitaes para a modelagem de qualquer componente do sistemaeltrico em programas digitais. Qualquer equivalente eltrico, ou desenvolvimento terico, baseado emcaractersticas eltricas conhecidas, ou possveis de serem determinadas por ensaios, pode serrepresentado por um conjunto de instrues e acoplado num programa digital para o clculo detransitrios. Com a evoluo dos computadores, e devido aos custos envolvidos, pode-se afirmar que atendncia atual para a simulao de transitrios est nos simuladores digitais.

    Os simuladores hbridos empregam modelos digitais e analgicos simultaneamente, atravs da utilizaode acoplamentos apropriados. Apesar de seu emprego em escala comercial ainda h limitaesimportantes para a sua aplicao generalizada.

    As comparaes de resultados obtidos com estas ferramentas tendem a mostrar uma boa correlaogeral, mas com diferenas em detalhes de forma de onda e, o que mais importante, com desvios emrelao aos valores obtidos de testes de campo. No entanto, pequenas diferenas podem existir mesmode um TNA para outro e entre programas digitais.

    A combinao de facilidades analgicas e digitais pode ser extremamente proveitosa e, em termos maisrealsticos, os dois mtodos podem ser encarados como complementares em vez de competitivos.

    Nos dias de hoje, esta tcnica tem sido amplamente utilizada como, por exemplo, nos estudosdesenvolvidos para o sistema de Itaipu. Os casos decisivos foram selecionados no TNA e reprocessadosno EMTP para a determinao dos valores empregados nas especificaes de equipamentos.

    Em geral os resultados obtidos, seja com o TNA ou com um programa digital, apresentam uma precisosuficiente para os estudos de sobretenses necessrios a especificao dos equipamentos de sistemas depotncia.

    A ferramenta a ser utilizada deve ser capaz de representar parmetros distribudos e concentrados demodo preciso, inclusive com a dependncia dos seus valores com a frequncia. Em adio, deve sercapaz de representar o efeito de no-linearidades como as encontradas em pra-raios, transformadores,efeito corona, arco atravs dos contatos do disjuntor, etc...

    Na prtica nem sempre possvel, ou necessrio, levar em conta todas estas necessidades e o resultado um compromisso entre os requisitos especficos para o fenmeno em estudo e as simplificaesintroduzidas na modelagem dos componentes do sistema e nos processos de resoluo numrica. Poroutro lado, as dificuldades do clculo de transitrios no se restringem ao mtodo de clculo somente. Anecessidade de dados precisos e completos a respeito do sistema tambm apresenta os seus problemas, e

  • de considervel importncia, desde que a preciso de qualquer clculo no pode ir alm daquela naqual os dados so baseados.

    Outro aspecto de fundamental importncia, talvez o mais importante de todos, a experincia dosresponsveis pela elaborao dos estudos.

    Na prtica, os trs fatores mencionados acima afetam sensivelmente a qualidade dos resultados obtidospara um determinado estudo, os quais so dependentes da ferramenta utilizada, da qualidade dos dadosdo sistema e da experincia dos responsveis pelo estudo.

    3. Programa Digital de Transitrios Eletromagnticos EMTP

    3.1. Histrico

    O programa de transitrios eletromagnticos da Bonneville Power Administration (BPA), denominadoEMTP (Electromagnetic Transients Program), foi desenvolvido por Herman W. Dommel na dcada de60, com base no trabalho de Frey e Althammer (Brown Boveri, Switzerland), em Munique, Alemanha.

    O programa inicial s permitia a modelagem de circuitos monofsicos atravs de modelos de indutncias,resistncias, capacitncias e linhas sem perdas, incluindo uma chave e uma fonte de excitao. Oselementos concentrados utilizavam a regra de integrao trapezoidal e as linhas de transmisso, omtodo de Bergeron.

    Dommel trabalhou na BPA em vrios perodos entre 1964 e 1973 no desenvolvimento de vriosmodelos, que foram incorporados ao programa com a ajuda de diversos colaboradores.

    A partir de 1973 Dommel foi para a Universidade de British Columbia (UBC) e Scott Meyer assumiu acoordenao do desenvolvimento do programa na BPA.

    A coordenao da BPA, atravs de Scott Meyer, estabeleceu um processo de desenvolvimentoarticulado com os usurios do EMTP, que tornou o programa uma ferramenta bastante poderosa para aexecuo de estudos de fenmenos transitrios.

    Um dos elementos mais importantes para desenvolvimento do EMTP foi o estabelecimento de umamatriz do programa, a partir da qual so executadas as translaes para os computadores de interesse,tais como: IBM, VAX, PRIME, UNIVAC, HONEYWEL etc...

    Atualmente existem grupos de usurios do EMTP na Europa, India, Japo, Austrlia e Amrica-Latina

    Em 1984, o Electric Power Research Institute decidiu investir no programa EMTP, com base numapesquisa realizada entre os usurios norte-americanos do programa. Foi criado o grupo dedesenvolvimento do EMTP (DCG - Development Coordination Group), com a participao de BPA,Bureau of Reclamation, Western Area Power Administration, Ontario Hydro, Hydro Quebec, CanadianElectrical Association e ASEA, com a finalidade de melhorar os modelos existentes, criar novos modelose melhorar a documentao atual.

  • Divergncias entre Scott Meyer e EPRI levaram criao de uma nova verso do EMTP (baseada naverso M39), a qual foi enviada para a Blgica, onde foi instalado o Leuven EMTP Center (LEC). Estanova verso denominada ATP (Alternative Transients Program) mas, na realidade, apenas umcontinuao das verses anteriores do programa EMTP.

    O LEC centralizou a distribuio do programa a nvel mundial at o final de 1992 quando, ento, a BPAe Scott Meyer decidiram novamente exercer a coordenao do programa.

    3.2. Informaes Gerais

    O ATP um programa digital que dispe de verses especficas para diversos tipos de computadores esistemas operacionais, como por exemplo: IBM, VAX, APOLLO, PCXT/AT, PC386 e SUN, sendoapropriado a micro-computadores e computadores de grande porte.

    O programa ATP permite a simulao de transitrios eletromagnticos em redes polifsicas, comconfiguraes arbitrrias, por um mtodo que utiliza a matriz de admitncia de barras. A formulaomatemtica baseada no mtodo das caractersticas (mtodo de Bergeron) para elementos comparmetros distribudos e na regra de integrao trapezoidal para parmetros concentrados. Durante asoluo so utilizadas tcnicas de esparsidade e de fatorizao triangular otimizada de matrizes.

    Como um programa digital