O desempenho da nova proposta de ramal a dois condutores para atendimento a cargas rurais trifásicas é analisado perante a ocorrência de um evento típico de variação de tensão de curta duração no tronco trifásico de distribuição, do qual deriva o ramal bifásico. O evento assume a ocorrência de uma falta fase-terra no tronco trifásico do alimentador de distribuição, resultando em um afundamento momentâneo de 50% na tensão na fase “A” do sistema, com duração de 10 ciclos ou 166,7 ms. O sistema simulado foi apresentado na figura 8.1.
A figura 8.3 mostra as tensões de fase registradas nos alimentadores do tronco trifásico do qual deriva o ramal bifásico durante o evento de VTCD. É evidente na figura o considerável afundamento de 50% na fase “A” durante 10 ciclos e a sequência de fases ABC.
Figura 8.3 – Tensões de fase verificadas no tronco trifásico de média tensão em condições de
perturbação, fase “A” (vermelho), fase “B” (verde) e fase “C” (azul) – Caso 1: simulações
195 Como a fase “C” não está presente no ramal bifásico e a fase “A” está submetida a um afundamento de 10 ciclos, as tensões fase-neutro que chegam ao primário do transformador conversor têm as formas indicadas na figura 8.4.
Figura 8.4 – Tensões fase-neutro verificadas no primário do transformador conversor em
condições de perturbação, fase “A” (vermelho), fase “B” (verde) e fase “C” (azul) – Caso 1:
simulações computacionais. Na figura 8.4 observa-se que:
A fase “C” está ausente;
A fase “A” chega diretamente ao terminal do primário do transformador conversor, resultando exatamente na mesma forma de onda de tensão da figura 8.3;
A fase “B” já teve sua polaridade invertida pelo transformador monofásico, estando agora 60° adiantada da tensão da fase “A”, ao invés do atraso de 120° de “A”, como na figura 8.3.
A figura 8.4 mostra que o transformador conversor recebe em seus terminais tensões fase-neutro iguais a 0,5 pu, 1,0 pu e 0,0 pu, respectivamente referentes às fases “A”, “B” e “C”. Mesmo assim, ainda no lado de média tensão, nos próprios terminais do primário do transformador conversor, verifica-se um sistema trifásico de tensões fase-fase, evidentemente desequilibradas durante os 10 ciclos nos quais perdurou o afundamento. Tais tensões são indicadas na figura 8.5, evidenciando a sequência de fases já invertida para CBA.
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Figura 8.5 – Tensões fase-fase verificadas no primário do transformador conversor em
condições de perturbação, “AB” (vermelho), “BC” (verde) e “CA” (azul) – Caso 1: simulações
computacionais.
Procede-se com a análise do lado de baixa tensão do transformador conversor durante a referida perturbação. As figuras 8.6 e 8.7 revelam, respectivamente, as tensões de fase e de linha. Ambas são trifásicas, porém, como esperado, mantêm-se desequilibradas durante o evento.
Figura 8.6 – Tensões de fase verificadas no secundário do transformador conversor em condições
de perturbação, fase “A” (vermelho), fase “B” (verde) e fase “C” (azul) – Caso 1: simulações
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Figura 8.7 –Tensões de linha verificadas no secundário do transformador conversor
em condições de perturbação, “AB” (vermelho), “BC” (verde) e “CA” (azul) – Caso 1: simulações computacionais..
Para comparação das tensões obtidas em condições de perturbação por afundamentos, o mesmo evento foi aplicado a um sistema com suprimento trifásico convencional, como indica a figura 8.8.
Figura 8.8 – Sistema de distribuição trifásico convencional simulado no ATP em condições de
198 Os parâmetros do transformador trifásico na configuração delta-estrela, indicado na figura 8.8, foram alterados para adequação da relação de transformação 1:n, onde 𝑛 = 𝑉(𝑠)
𝑉(𝑝) =
127 𝑉
13,8 kV= 9,203. 10−3, relacionada às tensões nominais de 13,8 kV sobre os enrolamentos do
primário em delta e de 127 V sobre os enrolamentos do secundário em estrela. Já na figura 8.1, relacionada à modelagem do sistema proposto, a relação de transformação do transformador trifásico conversor é 𝑛 = 𝑉(𝑠)
𝑉(𝑝) =
127 𝑉
7,967 kV= 15,942. 10−3.
A tabela 8.4 sintetiza os resultados de tais simulações efetivadas com um afundamento de tensão: a primeira referente ao sistema proposto a dois condutores, indicado na figura 8.1, e a segunda, referente ao sistema convencional, da figura 8.8. São apresentados na tabela os valores de pico das tensões fase-neutro e fase-fase verificadas no primário e no secundário do transformador conversor durante os 10 ciclos de duração do afundamento, nas duas simulações computacionais.
Tabela 8.4 – Comparação dos resultados de simulações computacionais em condições de VTCD
(50% na fase “A” durante 10 ciclos) no sistema proposto para suprimento trifásico a dois condutores e no sistema trifásico convencional.
Tensões
Sistema com suprimento trifásico a dois condutores:
valor de pico registrado durante o evento.
Sistema com suprimento trifásico convencional:
valor de pico registrado durante o evento. Verificadas no tronco
trifásico
Tensões fase-neutro Tensões fase-neutro
Van [V] Vbn [V] Vcn [V] Van [V] Vbn [V] Vcn [V] 5633,5 11267 11267 5633,5 11267 11267 Verificadas no lado de média tensão: primário do transformador de distribuição trifásico
Tensões fase-neutro Tensões fase-neutro
Va(p) [V] Vb(p) [V] Vc(p) [V] Va(p) [V] Vb(p) [V] Vc(p) [V]
5632,3 11229 0 5627,6 11255 11252
Tensões fase-fase Tensões fase-fase
Vab(p) [V] Vbc(p) [V] Vca(p) [V] Vab(p) [V] Vbc(p) [V] Vca(p) [V]
9728,7 10727,9 5616,3 14892 19483 14885 Verificadas no lado de baixa tensão: secundário do transformador de distribuição trifásico
Tensões fase-neutro Tensões fase-neutro
Va(s) [V] Vb(s) [V] Vc(s) [V] Va(s) [V] Vb(s) [V] Vc(s) [V]
89,156 153,98 175,22 137,05 166,98 137,82
Tensões fase-fase Tensões fase-fase
Vab(s) [V] Vbc(s) [V] Vca(s) [V] Vab(s) [V] Vbc(s) [V] Vca(s) [V]
181,09 318,18 231,44 285,18 297,3 207,36
Os resultados da tabela 8.4 mostram que tanto o sistema trifásico convencional, quanto o sistema proposto apresentam grandes desequilíbrios perante o afundamento de tensão de 50% na fase “A”, sendo verificados fatores de desequilíbrio de mais de 30% entre as tensões fase-fase do primário do transformador trifásico, durante o evento, tanto no sistema proposto quanto no sistema convencional.
199 Em relação aos resultados experimentais obtidos no referido evento de afundamento de tensão a figura 8.9 mostra as formas de onda das tensões obtidas em laboratório, no primário do transformador conversor.
Figura 8.9 – Tensões fase-neutro verificadas no primário do transformador conversor em
condições de perturbação, fase “A” (vermelho), fase “B” (verde) e fase “C” (azul) – Caso 1:
medições em laboratório.
A figura 8.10 compara os resultados laboratoriais e computacionais no secundário do transformador conversor.
(a)
(b)
Figura 8.10 – Tensões de fase resultantes no barramento secundário do transformador conversor
em condições de perturbação, fase “A” (vermelho), fase “B” (verde) e fase “C” (azul) – Caso 1:
(a) Medições em laboratório; (b) Simulações computacionais.
200 A figura 8.10 evidencia resultados experimentais e computacionais compatíveis com o comportamento de um sistema trifásico convencional submetido a um afundamento de tensão da mesma magnitude.