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GRUPO DE ESTUDO DE SOBRETENSÕES, COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO E INTERFERÊNCIAS (GSI) FL / GSI / 20 BEL É M – PA / BRASIL / 1997 “ESTUDO DE ENERGIZAÇÃO DE BANCOS DE CAPACITORES DE GRANDE PORTE REALIZADO NO SIMULADOR DIGITAL EM TEMPO REAL (RTDS™) DE FURNAS UTILIZANDO DISJUNTORES COM SINCRONIZADOR” Paulo Cesar Fernandez * Cesar Ribeiro Zani Francisco M. Salgado Carvalho Paulo Cesar V. Esmeraldo Sérgio do Espírito Santo Victor Alexandre B. França Hélio Hayashi de Almeida José Mauro Feitosa Walmar Lacerda Kauss Eberth Antônio Piantino Francisco A. Freitas FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A. RESUMO Este trabalho apresenta os resultados de estudo realizado para avaliar os transitórios eletromagnéticos das manobras de energização de bancos de capacitores de grande porte existentes na subestação Tijuco Preto de FURNAS (200 MVAr/banco), utilizando-se disjuntores dotados de sincronizadores. Este estudo foi realizado através de simulações estatísticas utilizando-se uma ferramenta recentemente adquirida por FURNAS, o “Real Time Digital Simulator” (RTDS™). Este simulador permite realizar estudos de transitórios eletromagnéticos, em tempo real, com dispositivos analógicos conectados em “loop” fechado a uma rede representada digitalmente. Utilizou-se também um protótipo de dispositivo sincronizador, desenvolvido pelo Laboratório de Medidas Elétricas e Eletrônicas de FURNAS, que foi acoplado ao modelo digital de disjuntor na rede elétrica simulada no RTDS™ através das portas analógico/digitais desta ferramenta de simulação. Dessa forma este estudo também teve o objetivo de avaliar as características de repetibilidade (precisão e acurácia), deste dispositivo sincronizador, durante um elevado número de manobras. Foi feita também uma comparação de desempenho da manobra sincronizada com a utilização de métodos convencionais de controle/limitação dos transitórios de manobra (resistores de pré-inserção e pára-raios de ZnO). PALAVRAS - CHAVE: Chaveamento controlado, sincronizador, energização, banco de capacitores, disjuntores, sobrecorrentes transitórias, sobretensões transitórias 1.0 INTRODUÇÃO O sistema de transmissão associado à usina de Itaipu (12.600 MW), foi construído e é operado por FURNAS Centrais Elétricas S.A.. Metade da potência gerada nesta usina é transmitida na frequência de 60 Hz, através de um sistema de transmissão C.A., na tensão de 800 kV. A outra metade da potência gerada em Itaipu, na frequência de 50 Hz, é transmitida através de um sistema de corrente contínua na tensão de ± 600 kV. A subestação de Tijuco Preto de FURNAS Centrais Elétricas S.A. é de importância capital para a operação do sistema interligado sul/sudeste brasileiro. É a subestação, situada no estado de São Paulo, responsável por receber do sistema de transmissão de Itaipu toda a potência gerada em 60Hz nesta usina para o sistema elétrico interligado da região sudeste do Brasil, incluindo eventuais intercâmbios de energia com o sistema elétrico da região sul. A subestação de Tijuco Preto pode receber ainda parte da potência transmitida em corrente contínua, gerada em Itaipu na frequência de 50 Hz. Atualmente a subestação de Tijuco Preto possui quatro bancos de capacitores “shunt” de grande porte em operação (200 MVAr/banco em 345 kV). A configuração definitiva, planejada para esta subestação, é de 10 destes bancos, perfazendo um total de 2.000 MVAr. Pelas características do controle de tensão no sistema interligado Sul/Sudeste brasileiro, estes bancos de capacitores são manobrados até quatro vezes por dia (duas operações de fechamento e duas de abertura). As câmaras auxiliares dos disjuntores que manobram estes bancos de capacitores, onde estão contidos os contatos auxiliares em série com os resistores de fechamento, vêm apresentando defeitos e excessivo desgaste de seus componentes Desta forma, a confiabilidade operativa destes bancos, bem como os custos associados à manutenção e à indisponibilidade têm estado longe do ideal. 2.0 VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DE CHAVEAMENTO SINCRONIZADO * autor para contato: Paulo Cesar Fernandez - FURNAS Centrais Elétricas S.A. Rua Real Grandeza, 219, Bloco B, sala 606, Botafogo, Rio de Janeiro - RJ CEP 22.283-900 Tel : 55 21 528-5566 ; Fax : 55 21 528-5576 ; e-mail:[email protected]

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GRUPO XI GRUPO DE ESTUDO DE SOBRETENSÕES, COORDENAÇÃO DE ISOLAMENTO E INTERFERÊNCIAS (GSI)

FL / GSI / 20BELÉM – PA / BRASIL / 1997

“ESTUDO DE ENERGIZAÇÃO DE BANCOS DE CAPACITORES DE GRANDE PORTE REALIZADO NO SIMULADOR DIGITAL EM TEMPO REAL (RTDS™) DE FURNAS UTILIZANDO DISJUNTORES COM

SINCRONIZADOR”

Paulo Cesar Fernandez * Cesar Ribeiro Zani Francisco M. Salgado Carvalho Paulo Cesar V. Esmeraldo Sérgio do Espírito Santo Victor Alexandre B. França Hélio Hayashi de Almeida José Mauro Feitosa Walmar Lacerda Kauss Eberth Antônio Piantino Francisco A. Freitas

FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A.

RESUMO Este trabalho apresenta os resultados de estudo realizado para avaliar os transitórios eletromagnéticos das manobras de energização de bancos de capacitores de grande porte existentes na subestação Tijuco Preto de FURNAS (200 MVAr/banco), utilizando-se disjuntores dotados de sincronizadores. Este estudo foi realizado através de simulações estatísticas utilizando-se uma ferramenta recentemente adquirida por FURNAS, o “Real Time Digital Simulator” (RTDS™). Este simulador permite realizar estudos de transitórios eletromagnéticos, em tempo real, com dispositivos analógicos conectados em “loop” fechado a uma rede representada digitalmente. Utilizou-se também um protótipo de dispositivo sincronizador, desenvolvido pelo Laboratório de Medidas Elétricas e Eletrônicas de FURNAS, que foi acoplado ao modelo digital de disjuntor na rede elétrica simulada no RTDS™ através das portas analógico/digitais desta ferramenta de simulação. Dessa forma este estudo também teve o objetivo de avaliar as características de repetibilidade (precisão e acurácia), deste dispositivo sincronizador, durante um elevado número de manobras. Foi feita também uma comparação de desempenho da manobra sincronizada com a utilização de métodos convencionais de controle/limitação dos transitórios de manobra (resistores de pré-inserção e pára-raios de ZnO). PALAVRAS - CHAVE: Chaveamento controlado, sincronizador, energização, banco de capacitores, disjuntores, sobrecorrentes transitórias, sobretensões transitórias 1.0 INTRODUÇÃO

O sistema de transmissão associado à usina de Itaipu (12.600 MW), foi construído e é operado por FURNAS Centrais Elétricas S.A.. Metade da potência gerada nesta usina é transmitida na frequência de 60 Hz, através de um sistema de transmissão C.A., na tensão de 800 kV. A outra metade da potência gerada em Itaipu, na frequência de 50 Hz, é transmitida através de um sistema de corrente contínua na tensão de ± 600 kV. A subestação de Tijuco Preto de FURNAS Centrais Elétricas S.A. é de importância capital para a operação do sistema interligado sul/sudeste brasileiro. É a subestação, situada no estado de São Paulo, responsável por receber do sistema de transmissão de Itaipu toda a potência gerada em 60Hz nesta usina para o sistema elétrico interligado da região sudeste do Brasil, incluindo eventuais intercâmbios de energia com o sistema elétrico da região sul. A subestação de Tijuco Preto pode receber ainda parte da potência transmitida em corrente contínua, gerada em Itaipu na frequência de 50 Hz. Atualmente a subestação de Tijuco Preto possui quatro bancos de capacitores “shunt” de grande porte em operação (200 MVAr/banco em 345 kV). A configuração definitiva, planejada para esta subestação, é de 10 destes bancos, perfazendo um total de 2.000 MVAr. Pelas características do controle de tensão no sistema interligado Sul/Sudeste brasileiro, estes bancos de capacitores são manobrados até quatro vezes por dia (duas operações de fechamento e duas de abertura). As câmaras auxiliares dos disjuntores que manobram estes bancos de capacitores, onde estão contidos os contatos auxiliares em série com os resistores de fechamento, vêm apresentando defeitos e excessivo desgaste de seus componentes Desta forma, a confiabilidade operativa destes bancos, bem como os custos associados à manutenção e à indisponibilidade têm estado longe do ideal. 2.0 VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DE CHAVEAMENTO SINCRONIZADO

* autor para contato: Paulo Cesar Fernandez - FURNAS Centrais Elétricas S.A. Rua Real Grandeza, 219, Bloco B, sala 606, Botafogo, Rio de Janeiro - RJ CEP 22.283-900 Tel : 55 21 528-5566 ; Fax : 55 21 528-5576 ; e-mail:[email protected]

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Para solucionar os problemas relatados com os atuais disjuntores destes bancos de capacitores, FURNAS está avaliando a hipótese de se utilizar sincronizadores. Através da utilização de chaveamento controlado por sincronizador nas manobras de energização destes bancos de capacitores, pretende-se eliminar, ou minimizar enormemente, as causas do desgaste excessivo que tem sido verificado em diversos componentes das câmaras auxiliares dos disjuntores destes bancos de capacitores. Isto é possível em função do controle/limitação da corrente transitória de “inrush”, ou seja, da carga elétrica transferida para o banco de capacitores durante o transitório de energização do mesmo. Para as câmaras auxiliares esta situação se verifica logo após o fechamento dos contatos nas mesmas, até o “by-pass” destes, feito com o fechamento dos contatos principais do disjuntor. Este controle/limitação pode ser obtido através da utilização de sincronizador durante as manobras de energização destes bancos de capacitores. Neste caso, o sincronizador fará com que o fechamento dos contatos auxiliares do disjuntor ocorra muito próximo do instante em que a tensão da rede passa por um zero, o que ocasionará variações mais suaves desta corrente transitória de energização do banco de capacitores. Desta forma, se consegue reduzir os desgastes verificados nestes disjuntores, e que têm ocorrido em função da passagem instantânea de correntes elevadas nas câmaras auxiliares quando o fechamento dos contatos se dá aleatoriamente, ou seja, em instantes em que a tensão da rede pode ser muito diferente de zero. Futuramente, pretende-se, com a utilização de disjuntores dotados de sincronizadores, substituir, inclusive, as câmaras auxiliares e os seus resistores de pré-inserção no fechamento, o que tornará o equipamento como um todo (banco de capacitores) mais confiável operativamente, bem como reduzirá significativamente os custos de aquisição dos disjuntores e os custos de manutenção/indisponibilidade do equipamento. 3.0 DESCRIÇÃO DO SINCRONIZADOR DESENVOLVIDO POR FURNAS As principais aplicações para este dispositivo sincronizador desenvolvido por FURNAS são: energização de bancos de capacitores, energização e religamento automático de LT ’s em vazio e energização de bancos de reatores. Este equipamento tem como principais características ser um dispositivo totalmente analógico, sendo o controle do disparo para manobra do disjuntor independente para cada um dos pólos, permitindo ajuste fino (manual) do instante de fechamento dos contatos em cada uma das fases. Monitora as tensões nas três fases apenas do lado da fonte do disjuntor. Opcionalmente pode trabalhar com apenas uma fase monitorada, sendo que neste caso o comando de fechamento para os dois polos restantes é dado com defasagens fixas de 60 e 120 graus em relação à fase monitorada. Na FIGURA 3 apresentamos o diagrama de blocos do sincronizador descrevendo o princípio geral de

funcionamento para um dos módulos ou fases. O dispositivo completo é constituído de três desses módulos independentes entre si. De uma maneira simplificada, o funcionamento para cada uma das fases do sincronizador desenvolvido por FURNAS pode ser feito conforme mostrado abaixo: � o detector de zeros, supervisiona permanentemente todos os cruzamentos por zero da tensão do sistema utilizada como referência para o sincronismo; � ao receber um sinal de comando voluntário para fechamento do disjuntor, o circuito de “trigger” emite um sinal para habilitar a saída de pulsos do detector de zeros; � o detector aguarda o próximo cruzamento por zero da tensão de referência, quando então passa a emitir pulsos sincronizados com este instante; � estes pulsos acionam o primeiro temporizador (monoestável 1), cujo tempo de retardo é função do nível da tensão “CC” do circuito de acionamento do disjuntor (função da entrada 2 Vcc ±). Esta supervisão da tensão “CC” é feita para compensar o efeito da variação dos tempos de atuação (de fechamento) do disjuntor, em função da variação da tensão “CC” de alimentação da bobina de fechamento do mesmo; � ao retardo inicial (monoestável 1) é adicionado um retardo (monoestável 2), com ajuste manual, que somados ao tempo de fechamento do disjuntor (medido em ensaio) perfazem um número inteiro de ciclos da onda de tensão da rede, na sua frequência fundamental; � isto faz com que o disparo do tiristor do módulo de potência ocorra no instante adequado para fechar os contatos do disjuntor no zero da tensão do sistema, ou o mais próximo possível deste instante. 4.0 FERRAMENTA DE SIMULAÇÃO RTDS™ Para a realização deste estudo de chaveamento de bancos de capacitores, envolvendo a utilização de sincronizadores, foi utilizado o Simulador Digital em Tempo Real de FURNAS (RTDS™). Este simulador é o único equipamento para simulação de transitórios eletromecânicos e eletromagnéticos deste tipo existente na América Latina. O RTDS™ pelas suas potencialidades/facilidades permite a realização de estudos desta natureza (simulação de transitórios eletromecânicos/eletromagnéticos), em tempo real, com dispositivos físicos (analógicos) conectados em “loop” fechado a uma rede simulada digitalmente. O RTDS™ (Real Time Digital Simulator) é um sistema digital de processamento em tempo real, dedicado, que é capaz de simular transitórios eletromagnéticos em sistemas elétricos de potência, reunindo simultaneamente as vantagens da simulação analógica em TNA e as vantagens da simulação através de programas digitais, eliminando também grande parte das desvantagens inerentes aos dois processos de simulação. Dessa forma, este equipamento de simulação utilizado neste estudo (RTDS™) pode ser descrito, de uma forma sucinta, como sendo constituído de diversos “racks” de processamento, cada um com 36 processadores em paralelo, obtendo assim uma alta performance.

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Programas especificamente desenvolvidos para o RTDS™,, mas utilizando os mesmos princípios e modelagens matemáticas empregados em programas digitais tradicionais (EMTP/ATP, EMTDC e outros), aproveitam esta alta performance de processamento para a simulação digital “sincronizada” com o tempo físico (processamento em tempo real), em intervalos de integração mínimos da ordem de 50 �s. O interfaceamento com os equipamentos físicos reais é feito através das entradas e saídas, analógicas e digitais, existentes no RTDSTM , sendo permitido inclusive a ligação de osciloscópios para monitoração dos sinais/grandezas físicos em tempo real. Com isto foi possível acoplar-se um sincronizador real desenvolvido pelo Laboratório de Medidas Elétricas e Eletrônicas de FURNAS ao modelo digital de disjuntor na rede elétrica simulada. 5.0 DESCRIÇÃO DO ESTUDO REALIZADO 5.1 Configurações Estudadas Para a realização deste estudo foi modelada detalhadamente a ilha de bancos de capacitores da subestação de Tijuco Preto. O restante do sistema elétrico interligado foi representado no RTDS™ através de um equivalente (fonte ideal atrás de impedância equivalente de curto-circuito), conforme se pode observar na FIGURA 1 abaixo. Foram estudadas basicamente três configurações de rede, relacionadas com diversos estágios da ilha de bancos de capacitores da SE T. Preto, a saber: a - com apenas um banco de capacitores; b - na sua configuração atual com 4 bancos de capacitores; c - com 5 bancos de capacitores. A configuração “c” acima , pela distância elétrica entre os bancos de capacitores simulados, representa praticamente a configuração definitiva planejada para a SE T. Preto (10 bancos), em termos das sobrecorrentes transitórias de “inrush” oriundas da manobra de energização em “back-to-back” do último banco. Isto ocorre porque as contribuições para a corrente transitória de carga do banco manobrado, oriundas dos bancos já energizados e situados eletricamente mais próximos deste banco, correspondem a praticamente 100 % desta corrente transitória de carga para a configuração definitiva da ilha de bancos de capacitores. Portanto, em virtude da capacidade do RTDS™ quanto ao número de componentes da rede para se processar as simulações em tempo real, foi necessário reduzir-se o número de bancos de capacitores, nas simulações para o arranjo definitivo da ilha da SE T. Preto, de 10 para 5 bancos. Esta simplificação não acarreta alterações significativas nos resultados, em virtude do acima exposto. 5.2 Modelagem da Ilha de Bancos de Capacitores A representação da ilha de bancos de capacitores desta subestação foi feita através da modelagem dos diversos

trechos de barramento pelos valores de resistências e indutâncias parasitas associadas, em função dos comprimentos envolvidos (vide detalhes da rede simulada na FIGURA 1). Os bancos de capacitores foram representados através de um equivalente simplificado. Apenas o banco que era chaveado na simulação foi representado em detalhes, incluindo as resistências de amortecimento existentes em paralelo com as células capacitivas.

FIGURA 1

Diagrama unifilar da rede simulada no RTDS™. 5.3 Modelagem do Disjuntor Para cada uma das configurações de bancos de capacitores apresentadas no sub-item 5.1, a manobra de energização em questão foi estudada considerando-se o disjuntor dotado de sincronizador (com e sem câmara auxiliar), e, também, considerando-se o disjuntor sem controle de chaveamento síncrono (com e sem câmara auxiliar). Apenas o disjuntor para abertura e fechamento do banco de capacitores que foi manobrado em cada caso foi representado. Este disjuntor foi representado internamente (através de um modelo digital) no RTDS™. Quando se considerava o recurso do chaveamento síncrono, o seu fechamento era controlado pelo protótipo do sincronizador desenvolvido por FURNAS, montado externamente e interfaceado com o RTDS™ através de amplificadores de tensão. Nos casos em que o disjuntor não era controlado por sincronizador, o seu fechamento se dava aleatoriamente em algum ponto da onda de tensão da fonte. A abertura deste disjuntor foi controlada pelo próprio circuito modelado digitalmente no RTDS™ (software de controle), de forma a preparar automaticamente o sistema modelado para o próximo processamento da sequência estatística.

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O sincronizador recebia os sinais analógicos referentes às tensões nas fases A, B e C do nó onde estava conectado o disjuntor (através de uma interface digital/analógica), e, quando a onda de tensão da fonte em cada fase “cruzava o zero”, enviava um sinal digital (independente por cada fase) para o disjuntor modelado digitalmente no RTDS™, com um retardo de tempo compatível com a caracteriística aleatória do tempo de fechamento do disjuntor. Desta forma, comandava o fechamento do mesmo em um instante de tempo muito próximo do cruzamento por zero da onda de tensão da rede (FIGURA 2).

FIGURA 2 Diagrama unifilar esquemático representando a atuação do sincronizador em um disjuntor equipado com resistor de fechamento na manobra de energização de um banco de capacitores. O restante do sistema simulado está indicado através de um circuito elétrico equivalente. Ia - corrente no contato auxiliar do disjuntor; Ip - corrente no contato principal do disjuntor; S1 - sinal de trigger para autorizar o fechamento do disjuntor; S2 - sinal de tensão do lado-fonte do disjuntor; S3 - sinal de comando de fechamento do disjuntor dado pelo sincronizador. 5.4 Descrição dos Casos Simulados com Utilização do Sincronizador Como pré-condição para esta análise, ajustou-se o sincronizador de forma a comandar o fechamento de cada fase do disjuntor no tempo médio de fechamento de cada uma delas. Cada condição citada no sub-item 5.1 acima foi analisada estatisticamente através da simulação de 100 casos. O sinal habilitando o sincronizador a comandar o fechamento do

disjuntor foi comandado aleatoriamente em cada caso. A partir do comando de fechamento proveniente do sincronizador, foi simulado o atraso randômico associado ao fechamento dos contatos do disjuntor. Todos os casos do processamento estatístico foram tabulados, sendo armazenados diversos valores de interesse, tais como sobretensões e sobrecorrentes instantâneas máximas em cada fase. O pior caso com relação a corrente teve todo o seu comportamento transitório (saída gráfica) gravado. Para simular a manobra de fechamento do disjuntor foram gerados, em arquivos de trabalho do RTDS™, valores randômicos de tempo de fechamento para cada uma das fases do mesmo, para cada uma das simulações estatísticas.. Estes valores randômicos foram sorteados a partir de uma distribuição gaussiana, utilizando-se um mesmo valor médio para o tempo de fechamento de cada uma das fases e desvio-padrão de 0,4 ms, com a curva gaussiana associada truncada em 3 �. Para os casos com câmara auxiliar, utilizou-se um desvio-padrão de 0,5 ms para estas e 0,833 ms para a câmara principal. O fechamento das câmaras principais era comandado 6ms após o tempo médio de fechamento das câmaras auxiliares. 5.5 Descrição dos casos simulados com o disjuntor não controlado por sincronizador Foram analisadas as mesmas configurações descritas no sub-item 5.4, verificando-se também a influência do valor do resistor de fechamento do disjuntor. Nestes casos, utilizou-se um resistor de fechamento de 172 ohms/polo, correspondente ao valor original de RPI fornecido pelo fabricante e também um resistor de 400 ohms/polo, correspondente ao valor de RPI sobressalente existente no estoque dos órgãos de manutenção da empresa. Da mesma forma, cada condição foi analisada estatisticamente através da simulação de 100 casos. O fechamento do disjuntor foi comandado aleatoriamente em qualquer instante do ciclo de tensão. A partir do comando de fechamento foi simulado o atraso randômico existente no fechamento dos contatos, da mesma forma como visto acima. Ou seja, para simular a manobra de fechamento do disjuntor foram gerados, em arquivos de trabalho do RTDS™, valores randômicos de tempo de fechamento para cada uma das fases do mesmo, para cada uma das simulações estatísticas.. Estes valores randômicos foram sorteados a partir de uma distribuição gaussiana, truncada em 3 �, utilizando-se um mesmo valor médio para o tempo de fechamento de cada uma das fases. Para as câmaras auxiliares, utilizou-se um desvio-padrão de 0,5 ms, e, para as câmaras principais, de 0,833 ms. O fechamento das câmaras principais era comandado 6ms após o tempo médio de fechamento das câmaras auxiliares. 6.0 ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS Na TABELA 1 estão apresentados os resultados deste estudo desenvolvido com a utilização do RTDS™ de FURNAS, bem como uma comparação do desempenho de disjuntores dotados de sincronizadores com a utilização de resistores de pré-inserção no fechamento. A coluna �delaymaxabc se

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refere à máxima discrepância ocorrida entre os tempos de fechamento dos polos do disjuntor nas 3 fases. Na TABELA 2 estão apresentados os resultados dos casos processados com o EMTP. Neste caso, para a configuração definitiva, foram simulados todos os 10 bancos da ilha de bancos de capacitores da subestação de T. Preto. Os valores de sobretensão transitória máxima indicados se referem ao pior caso da simulação estatística ,em termos de sobretensões. Pelos resultados obtidos neste estudo observa-se que as sobretensões verificadas nas manobras de energização de bancos de capacitores estudadas são sempre bem pequenas (abaixo da tensão de condução de energia nos pára-raios de ZnO), sendo praticamente nulas nos casos de energização de bancos de capacitores na configuração em “back-to-back”. Dessa forma, não há atuação destes pára-raios instalados em paralelo com os bancos de capacitores, não sendo necessária portanto a representação dos mesmos nas simulações no RTDS™, o que facilitou bastante os estudos realizados. Quanto às sobrecorrentes verificadas, observa-se que nos casos de energização de um banco de capacitores na configuração “back-to-back” ocorrem as maiores sobrecorrentes transitórias de alta frequência, oriundas da descarga dos bancos de capacitores já energizados. As sobrecorrentes transitórias existentes na manobra de energização do primeiro banco de capacitores são de amplitude e frequência significativamente mais baixas que na configuração anterior, em virtude da reatância indutiva série equivalente entre o banco energizado e a fonte ser muito maior que a reatância indutiva série entre bancos, na configuração “back-to-back”. Para as manobras de energização de bancos de capacitores na configuração em “back-to-back”, observa-se uma limitação da resposta do RTDS™ para freqüências superiores a 3 kHz. Isto se deve a atual limitação de “time-step” mínimo para processamento no RTDS™ em função da limitação da velocidade de cálculo de seus processadores para poderem executar simulações em tempo real. Como no caso da subestação de Tijuco Preto as freqüências envolvidas nas correntes de descarga “back-to-back” entre bancos de capacitores chegam a 9-10 kHz, a simulação precisa deste fenômeno fica prejudicada no RTDS™, até que sejam oferecidos processadores mais velozes pelos fabricantes deste equipamento. Não obstante, as simulações realizadas com o RTDS™ conseguem reproduzir corretamente a forma de onda das tensões e correntes transitórias nestes casos. Além disso, mesmo nas simulações da manobra de energização de bancos de capacitores na configuração “back-to-back”, o RTDS™ permite observar perfeitamente o comportamento do sincronizador utilizado, em termos das suas características de repetibilidade (precisão e acurácia), em relação ao tempo-alvo desejado. 7.0 CONCLUSÕES

Os resultados dos casos processados no RTDS™ sem a representação de sincronizadores, quando comparados com os resultados de estudos feitos no EMTP, para a manobra de energização de um banco de capacitores isolado, se mostram muito semelhantes aos obtidos nas simulações digitais convencionais, demonstrando a precisão desta nova ferramenta. Para as manobras de energização de bancos de capacitores na configuração em “back-to-back”, observa-se uma limitação da resposta do RTDS™ para freqüências superiores a 3 kHz. Como no caso da subestação de Tijuco Preto as freqüências envolvidas nas correntes de descarga “back-to-back” entre bancos de capacitores chegam a 9-10 kHz, a simulação precisa deste fenômeno fica prejudicada no RTDS™. Não obstante, as simulações realizadas com o RTDS™ conseguem reproduzir corretamente a forma de onda das tensões e correntes transitórias nestes casos. Além disso, mesmo nas simulações da manobra de energização de bancos de capacitores na configuração “back-to-back”, o RTDS™ permite observar perfeitamente o comportamento do sincronizador utilizado, em termos das suas características de repetibilidade (precisão e acurácia), em relação ao tempo-alvo desejado, o que não seria possível através das ferramentas convencionais EMTP/ATP. Os resultados dos casos processados no RTDS™ com a representação de sincronizadores mostram que este equipamento é capaz de minimizar sobremaneira as causas do desgaste excessivo dos componentes das câmaras auxiliares dos disjuntores destes bancos de capacitores, podendo inclusive substituí-las futuramente, quando ficar comprovada a sua confiabilidade operativa em ambientes agressivos (em termos de condições climáticas e de compatibilidade eletromagnética), como as subestações do sistema elétrico de potência de FURNAS. Em relação ao sincronizador de FURNAS propriamente dito, pode-se observar que as suas características de repetibilidade, em relação a atingir o tempo-alvo desejado, são bastante satisfatórias. Para os casos em que se deseja analisar o desempenho de equipamentos como relés, sincronizadores, sistemas de controle, etc, em tempo real, pode-se dizer que o RTDS™ é a ferramenta mais flexível, rápida e precisa disponível, englobando as principais vantagens da simulação digital (facilidade e precisão para a modelagem dos diversos elementos do sistema elétrico, ausência de problemas físicos e mecânicos que possam afetar a simulação, etc) e as vantagens da simulação analógica (interfaceamento com equipamentos reais, processamento em tempo real, etc). 8.0 BIBLIOGRAFIA (1) SALGADO CARVALHO, F.M., FERNANDEZ, P.C. e MOSQUEIRA, A.J.M. - "Determinação das correntes transitórias advindas de manobras de energização de bancos de capacitores em Tijuco Preto 345 kV , através de simulações com o EMTP", CIER-SUPRO, Montevideo, 1995.

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(2) FROHLICH, K., HOELZL, C., CARVALHO, A.C. and HOFBAUER, W. - "Transmission line controlled switching", Canadian Electrical Association, Vancouver, 1995. (3) CARVALHO, A.C., HOFBAUER, W., HOGG, P. and FROHLICH, K. - "Controlled switching as a reliable mean to reduce stresses imposed to the circuit-breaker and to the network", CIGRE SC 13 Colloquium, Florianópolis, 1995.

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SINCRONIZADOR MÓDULO DE (módulo eletrônico de POTÊNCIA detecção de zeros) + entrada 1 sinal de comando trigger fase filtro detetor mono- mono- neutro de zeros estável 1 estável 2 SCR FONTE 12Vcc entrada 2 RES 1 RES 2 + Vcc filtro supervisão Vcc para bobina - de fechamento do disjuntor

FIGURA 3 Diagrama de blocos descrevendo o princípio básico de funcionamento do sincronizador de FURNAS.

TABELA 1 Valores máximos de sobretensão e sobrecorrente dos casos simulados no RTDS™

DISJUNTOR

RESISTOR (OHMS)

CONFIGURAÇÃO DE BANCOS DE CAPACITORES

�delaymaxabc CORRENTE PELA

CÂMARA PRINCIPAL (Itransmax)

SOBRETENSÃO TRANSITÓRIA MÁXIMAkV/(pu)

c/ SINC 172 1 2,679 ms 2,10 373,94(1,33) c/ SINC - 1 2,379 ms 3,11 411,26(1,46) c/ SINC 172 4 2,679 ms 6,41 323,74(1,15) c/ SINC - 4 2,379 ms 9,40 331.11(1,18) c/ SINC - 5 2,379 ms 12,90 329,32(1,17) s/ SINC 172 1 4,124 ms 2,09 374,97(1,33) s/ SINC 400 1 4,124 ms 3,60 452,54(1,60) s/ SINC - 1 3,965 ms 6,07 582,37(2,06) s/ SINC 172 4 4,124 ms 7,34 334,50(1,19) s/ SINC 400 4 4,124 ms 12,15 365,57(1,30) s/ SINC - 4 3,965 ms 21,33 399,19(1,42) s/ SINC - 5 3,965 ms 24,73 375,61(1,33)

TABELA 2

Valores máximos de sobretensão e sobrecorrente dos casos simulados no EMTP. SINCRONIZADOR digitalmente simulado no EMTP fecha o disjuntor a 30 � elétricos da passagem da tensão por zero.

DISJUNTOR

RESISTOR

(OHMS)

CONFIGURAÇÃO DE BANCOS DE CAPACITORES

CORRENTE CÂMARA AUXI-LIAR (kA PICO)

CORRENTE PELA CÂMARA PRINCIPAL

(Itransmax)

SOBRETENSÃO TRANSITÓRIA MÁXIMA(pu)

(kA pico) (kHz) c/ SINC 172 10 0,87 15,8 10,0 1,10 c/ SINC 400 10 0,38 39,9 10.0 1,15 c/ SINC - 10 - 25,3 9,0 1,11 s/ SINC 172 1 1,50 2,10 0,76 1,30 s/ SINC 400 1 0,72 3,65 0,76 1,55 s/ SINC - 1 - 5,73 0,73 1,73 s/ SINC 172 4 1,80 16,5 10,0 1,17 s/ SINC 400 4 0,75 29,3 10,0 1,25 s/ SINC - 4 - 49,6 9,0 1,42 s/ SINC 172 10 1,80 16,8 10,0 1,15 s/ SINC 400 10 0,75 30,0 10.0 1,22 s/ SINC - 10 - 51,2 9,0 1,41

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