48 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
• Relação de X/R Mínima de 2022: 6.7
Para modelizar o máximo e mínimo da rede da REN, colocaram-se duas redes de energia - LN (Imax) e LN (Imin).
Para LN (Imax), os parâmetros definidos encontram-se na figura3.15.
Figura 3.15: Características definidas para LN (Imax)
OGroundingjá vinha definido pelo ETAP, e como não havia informação suficiente da REN relativamente a esse parâmetro manteve-se a configuração predefinida, neste caso estrela com ligação à terra.
NoSC Ratingdefinem-se os parâmetros de curto-circuito. Os valores de X/R e kAsc a colo- car em LN (Imax) são os valores máximos retirados do documento PDIRT. Com esses valores o ETAP calcula automaticamente os valores de MVAsc para trifásico e monofásico, bem como as impedâncias de curto-circuito vistas na figura emSC Impedance.
Para LN (Imin) procede-se da mesma forma, mas os valores colocados de X/R e kAsc são os mínimos trifásicos e monofásicos. Na figura3.16podem-se ver os parâmetros de LN (Imin):
3.3 Construção da Rede no ETAP 49
Figura 3.16: Características definidas para LN (Imin)
Para efeitos de trânsito de potência, foi definido que estas redes correspondem ao barramento deslack, ouswing.
Para navegar mais facilmente entre os valores máximos e mínimos da rede da REN, colocou-se um interruptor ao qual estão ligados LN (Imax) e LN (Imin), denominado de 2SW1.
Seguindo o esquema unifilar referido anteriormente, o equipamento a colocar após a rede da REN é o transformador de tensão TT_1. O ETAP não permite ter transformadores de tensão em série com os restantes elementos da linha, logo para colocar o TT_1 criou-se um barramento de 400kV (Bus1). As propriedades deste transformador estão expostas na figura3.17.
Figura 3.17: Características definidas para o TT_1
50 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
Os valores colocados estão de acordo com os definidos no esquema unifilar - o primário do transformador é de 400kV e o secundário de 100V.
No ramal que sai do Bus1 o primeiro equipamento presente é o transformador de corrente TI_1. Os valores correspondentes podem ser vistos na figura3.18.
Figura 3.18: Características definidas para o TI_1
NaClassdo TI definiu-se a classe de proteção correspondente ao TI, bem como oburden.
De seguida apresenta-se o disjuntor DJ1, com os parâmetros da figura3.19.
Figura 3.19: Características definidas para o DJ1
Os valores utilizados para os disjuntores foram os pré-definidos pelo ETAP, pois são os valores convencionais para este tipo de equipamentos. A corrente nominal designada no esquema unifilar corresponde àRated Amp.
Este ramal termina no Bus2, que ainda é um barramento de 400kV. Ao Bus2 está ligado o TT_2, cujas características se podem ver na figura3.20.
3.3 Construção da Rede no ETAP 51
Figura 3.20: Características definidas para o TT_2
Associando todos os elementos referidos, desenhou-se a área de 400kV, que se pode observar na figura3.21.
Figura 3.21: Barramentos de 400kV
3.3.1.1 Interligação da Área de 400kV com a Área de 60kV
A seguir à construção da zona de 400kV, colocaram-se os equipamentos do ramal que liga o barramento de 400kV (Bus2) ao primeiro barramento de 60kV, definido como Bus3.
O primeiro equipamento é o disjuntor DJ2. Foi definido da mesma forma que o DJ1, e os seus parâmetros estão na figura3.22.
52 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
Figura 3.22: Parâmetros do DJ2
De seguida encontra-se o TI_2. As características deste TI foram inseridas na figura3.23.
Figura 3.23: Parâmetros do TI_2
3.3 Construção da Rede no ETAP 53
Colocado após o transformador de intensidade encontra-se o transformador de potência TP1.
Para o TP1 os separadores considerados estão presentes na figura3.24.
(a) Parâmetros do TP1 -Rating (b) Parâmetros do TP1 -Impedance
(c) Parâmetros do TP1 -Tap (d) Parâmetros do TP1 -Grounding
Figura 3.24: Parâmetros do TP1
Para o TP1, na figura3.24apode-se ver oratingdo TP1, onde é definida a tensão no primário e secundário do mesmo, bem como a potência nominal correspondente. Nessa figura, em baixo, coloca-se o tipo de classe de arrefecimento, já definida quando se detalhou este transformador no esquema unifilar. Na figura 3.24b estão os valores de impedância para o TP1. Como não
54 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
havia informação suficiente sobre estes valores, utilizaram-se os valores típicos para a impedância fornecidos pelo ETAP (Typical Z & X/R).
Em3.24cpode-se definir a Tapdo transformador. Não há indicação de haver regulação de tensão na rede inicialmente, logo não é selecionada. Já na figura3.24cdefine-se o tipo de ligação dos enrolamentos do TP1. No esquema unifilar havia informação contraditória, dado que a sigla apresentada era Ynd0, ou seja, para o secundário do transformador estaria em triângulo mas no símbolo do transformador no esquema unifilar esse enrolamento está representado por uma ligação em estrela. Assim, escolheu-se manter a ligação em estrela.
Após o TP1 estão o TI_3 e DJ3, com as características vistas nas figuras3.25e3.26, respeti- vamente.
Figura 3.25: Parâmetros do TI_3
Figura 3.26: Parâmetros do DJ3
Esta ligação termina no Bus3, ao qual está ligado o transformador de tensão TT_3. Os parâ- metros deste TT estão na figura3.27.
3.3 Construção da Rede no ETAP 55
Figura 3.27: Parâmetros do TT_3 Por fim, após construir esta ligação fica-se com a figura3.28:
Figura 3.28: Ligação do barramento de 400kV ao barramento de 60kV
3.3.1.2 Ligação do Barramento de 60kV aos Parques Eólicos de Tristão e Lariço
Tal como foi referido na descrição do esquema unifilar, os ramais que ligam o barramento de 60kV (Bus3) a Tristão e a Lariço possuem os mesmos equipamentos, com as mesmas característi- cas.
Assim, no ramal que leva a Tristão colocou-se o DJ4, e no ramal que liga a Lariço colocou-se o DJ5. Os parâmetros destes disjuntores são iguais e estão descritos na figura3.29:
56 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
(a) Parâmetros do DJ4 (b) Parâmetros do DJ5
Figura 3.29: Disjuntores DJ4 e DJ5
No caso dos transformadores de intensidade, estes vão ter também as mesmas características.
No ramal que liga a Tristão colocou-se o TI_4 e no que liga a Lariço o TI_5, com os parâmetros apresentados na figura3.30:
(a) Parâmetros do TI_4 (b) Parâmetros do TI_5
Figura 3.30: Transformadores de intensidade TI_4 e TI_5
Para colocar os transformadores de tensão TT_4 e TT_5, acrescentaram-se dois barramentos de 60kV - Bus4 do lado de Tristão e Bus7 do lado de Lariço. Os transformadores têm os parâme- tros presentes na figura3.31:
3.3 Construção da Rede no ETAP 57
(a) Parâmetros do TT_4 (b) Parâmetros do TT_5
Figura 3.31: Transformadores de tensão TT_4 e TT_5
O esquema unifilar não possui informação relativamente aos parques eólicos de Tristão e La- riço, mas estes são importantes para realizar o trabalho, logo foi decidido representar esses parques eólicos por geradores síncronos. Desta forma, colocou-se um cabo (Cable4 para Tristão e Cable5 para Lariço) que liga a outro barramento de 60kV (Bus5 para Tristão e Bus8 para Lariço).
Saindo de Bus5 e Bus8 estão dois ramais, cada um com um transformador de intensidade e um disjuntor extra e com as mesmas características dos colocados na linha anterior, ou seja:
• Do lado de Tristão colocou-se o TI_11, com as mesmas características do TI_4, seguido do DJ12, com as mesmas características do DJ4.
• Do lado de Lariço colocou-se o TI_12, com as mesmas características do TI_5, seguido do DJ13, com as mesmas características do DJ5.
Antes de ligar os geradores síncronos colocou-se mais um barramento de 60kV - Bus6 do lado de Tristão e Bus9 do lado de Lariço. Ligados a esses barramentos estão transformadores de tensão.
Fica-se então com:
• TT_7 ligado ao Bus6, com 60kV no primário e 120V no secundário.
• TT_8 ligado ao Bus8, com as mesmas características do TT_7.
De seguida selecionaram-se os geradores síncronos que representam os parques eólicos - Gen1 para Tristão e Gen2 para Lariço. Como em TP1 a potência é de 70MVA, dividiu-se essa potência igualmente pelos geradores, ou seja, cada gerador produz 35MVA. Os parâmetros de Gen1 podem ser vistos na figura3.32. O Gen2 é igual ao Gen1.
58 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
(a)Ratingdo Gen1 (b) Valores de impedância do Gen1
Figura 3.32: Parâmetros do Gen1
Na figura3.32adefine-se a tensão e potência nominal do gerador. Como a potência nominal do TP1 que se encontra a montante é de 70MVA, dividiu-se essa potência pelos dois geradores.
Assim, a potência de cada um é de 35MVA. A tensão correspondente a cada gerador é de 60kV, tal como os barramentos ao qual estão ligados. Os restantes valores presentes na figura são calculados pelo ETAP.
Na figura3.32bveem-se os valores relativos à impedância do gerador, bem como o modelo dinâmico do mesmo. Como não havia informação relativa aos geradores, utilizaram-se os valores típicos (Typical Data), não se alterando nenhum parâmetro aqui.
Após construir este ramal fica-se com a figura3.33:
3.3 Construção da Rede no ETAP 59
Figura 3.33: Barramentos de 60kV e Geradores
3.3.1.3 Ligação do Barramento de 400kV ao Barramento de 30kV
Para a ligação da área de 400kV ao barramento de 30kV (Bus10) procedeu-se da mesma forma que na ligação ao Bus3 (60kV).
Assim, por ordem colocou-se o DJ6 e o TI_6, cujos parâmetros estão na figura3.34.
(a) Parâmetros do DJ6 (b) Parâmetros do TI_6
Figura 3.34: Disjuntor D6 e transformador de intensidade TI_6
60 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
Colocado após o transformador de intensidade encontra-se o transformador de potência TP2.
Para este transformador de potência procedeu-se da mesma forma que para TP1. Assim, na figura 3.35podem-se observar os parâmetros de TP2.
(a) Parâmetros do TP2 -Rating (b) Parâmetros do TP2 -Impedance
(c) Parâmetros do TP2 -Tap (d) Parâmetros do TP2 -Grounding Figura 3.35: Parâmetros do TP2
No lado de 30kV colocou-se o DJ7 e TI_7, com os parâmetros apresentados em3.36.
3.3 Construção da Rede no ETAP 61
(a) Parâmetros do DJ7 (b) Parâmetros do TI_7
Figura 3.36: Disjuntor D7 e transformador de intensidade TI_7
Definiu-se também o cabo presente no esquema unifilar, designado no ETAP como LXHIOV_1, com os parâmetros da figura3.37.
Na biblioteca de cabos do ETAP encontrou-se um cabo que tem as características pedidas para o nível de tensão de 30kV, como se pode observar na parte superior da figura3.37a. Desta forma, o ETAP preencheu automaticamente os valores para este cabo, sendo que o único parâmetro que se escolheu foi a secção e o comprimento, definido também na figura3.37a.
A ligação termina no Bus10, ao qual está ligado o transformador de tensão TT_6. Os parâme- tros deste TT estão na figura3.38.
62 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
(a) Parâmetros do LXHIOV_1 -Info (b) Parâmetros do LXHIOV_1 -Physical
(c) Parâmetros do LXHIOV_1 -Impedance (d) Parâmetros do LXHIOV_1 -Capacity Figura 3.37: Parâmetros do cabo LXHIOV_1
3.3 Construção da Rede no ETAP 63
Figura 3.38: Parâmetros do TT_6 O esquema final é o representado na figura3.39:
Figura 3.39: Ligação do barramento de 400kV ao barramento de 30kV
3.3.1.4 Ramal 2
Este ramal previamente descrito liga ao Parque Eólico 1. Tal como apresenta o esquema unifilar, colocou-se o DJ8 com os parâmetros da figura3.40.
De seguida colocou-se o TI_8 e o TORO_1. Em situações reais o TORO não é igual a um transformador de intensidade, mas o ETAP não possui nenhum elemento que modelize um TORO, logo utiliza-se um TI para a simulação. Os parâmetros de TI_8 e do TORO1 estão na figura3.41.
64 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
Figura 3.40: Parâmetros do DJ8
(a) Parâmetros do TI_8 (b) Parâmetros do TORO_1
Figura 3.41: Transformador de intensidade TI_8 e TORO_1
A seguir ao TORO1 tem-se mais um cabo - LXHIOV_2. Os parâmetros são os da figura3.42.
3.3 Construção da Rede no ETAP 65
(a) Parâmetros do LXHIOV_2 -Info (b) Parâmetros do LXHIOV_2 -Physical
(c) Parâmetros do LXHIOV_2 -Impedance (d) Parâmetros do LXHIOV_2 -Capacity
Figura 3.42: Parâmetros do cabo LXHIOV_2 Para este cabo procedeu-se da mesma forma que para o LXHIOV_1.
O ETAP tem elementos eólicos que representam as turbinas eólicas AL05, AL06 e AL07.
Estes elementos já têm todos os equipamentos que compõem uma turbina incluídos. Assim, a turbina AL05 designou-se de WTG_1, a AL06 de WTG_2 e a AL07 de WTG_3. Podem-se ver
66 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
também os barramentos aos quais estão ligadas as turbinas - WTG_1 está ligada ao Bus13, WTG_2 está ligada ao Bus12 e WTG_3 ao Bus11.
No esquema unifilar estas turbinas não tinham valores definidos. Como o dimensionamento deste tipo de geradores não faz parte do trabalho a realizar para esta dissertação, a Sisint forneceu um projeto do ETAP com uma rede semelhante, da qual se retiraram os valores para as turbinas eólicas. Considerou-se que todas as turbinas presentes neste trabalho são modelizadas da mesma forma. Assim, nas figuras3.43,3.44e3.45estão os parâmetros de WTG_1. As restantes turbinas têm os mesmos parâmetros.
(a) Parâmetros da WTG1 -Info (b) Parâmetros da WTG1 -Rating Figura 3.43: Parâmetros da WTG1 - Parte 1
3.3 Construção da Rede no ETAP 67
(a) Parâmetros da WTG1 -Imp/Model (b) Parâmetros da WTG1 -Turbine Figura 3.44: Parâmetros da WTG1 - Parte 2
(a) Parâmetros da WTG1 -Wind (b) Parâmetros da WTG1 -Pitch Control Figura 3.45: Parâmetros da WTG1 - Parte 3
Na figura3.43adefine-se o tipo de turbina eólica e o modo de operação da mesma. O tipo de turbina eólica já estava definido no projeto do qual se retirou os valores para WTG1 e restantes eólicas. Na figura3.43b estão presentes as potências e tensões nominais para as turbinas, bem como o número de polos das mesmas. Na figura 3.44a define-se o rotor da eólica e o tipo de ligação desta à terra
68 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
Nas figuras3.44be 3.45aveem-se os parâmetros relativos às condições aerodinâmicas e de vento das turbinas eólicas. Na figura3.45bencontra-se o controlador usado nas turbinas.
Para além disso, colocaram-se os cabos LXHIOV_4 e LXHIOV_5 que fazem a ligação entre as turbinas eólicas. Os parâmetros de LXHIOV_4 estão na figura3.46.
(a) Parâmetros do LXHIOV_4 -Info (b) Parâmetros do LXHIOV_4 -Physical
(c) Parâmetros do LXHIOV_4 -Impedance (d) Parâmetros do LXHIOV_4 -Capacity Figura 3.46: Parâmetros do cabo LXHIOV_4
Para o cabo LXHIOV_5, os parâmetros estão na figura3.47.
3.3 Construção da Rede no ETAP 69
(a) Parâmetros do LXHIOV_5 -Info (b) Parâmetros do LXHIOV_5 -Physical
(c) Parâmetros do LXHIOV_5 -Impedance (d) Parâmetros do LXHIOV_5 -Capacity Figura 3.47: Parâmetros do cabo LXHIOV_5
Após colocar todos os elementos deste ramal, ficou-se com a ligação da figura3.48.
70 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
Figura 3.48: Ramal 2 e Parque Eólico 1
3.3.1.5 Ramal 3
Este é o ramal que faz a ligação ao posto de corte. Como não havia informação sobre o posto de corte, decidiu-se representar o mesmo como um barramento de 30kV - Bus14.
Colocou-se o DJ9 e TI_9 correspondentes, com os parâmetros da figura3.49:
(a) Parâmetros do DJ9 (b) Parâmetros do TI_9
Figura 3.49: Disjuntor D9 e transformador de intensidade TI_9
O cabo deste ramal é o LXHIOV_3, que é igual ao LXHIOV_1 mas com apenas dois condutor por fase.
Assim, temos este ramal na figura3.50:
3.3 Construção da Rede no ETAP 71
Figura 3.50: Ramal 3
3.3.1.6 Ramal 4
O ramal 4 faz a ligação do barramento de 30kV ao Parque Eólico 2.
As turbinas AL08 e Al09 são representadas por WTG_4 e WTG_5, respetivamente. Estas turbinas têm as mesmas características das turbinas do Parque Eólico 1 (WTG1).
Também como está no ramal 2, neste ramal colocou-se DJ10, seguido pelo TI_10 e o TORO_2.
Na figura3.51estão os parâmetros do DJ10 e na figura3.52os do TI_10 e do TORO_2.
Figura 3.51: Parâmetros do DJ10
72 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
(a) Parâmetros do TI_10 (b) Parâmetros do TORO_2
Figura 3.52: Transformador de intensidade TI_10 e TORO_2
O cabo que liga o Bus10 ao Bus15 (ao qual está ligado a WTG_4) foi designado por LXHIOV_7, e têm as características iguais às do LXHIOV_5. O cabo que liga o Bus15 ao Bus16 (ao qual está ligado WTG_5) designou-se de LXHIOV_6 e também é igual a LXHIOV_5.
Este ramal completo pode ser visto na figura3.53:
Figura 3.53: Ramal 4 e Parque Eólico 2
3.3 Construção da Rede no ETAP 73
3.3.1.7 Ramal 5 e Ramal 6
O ramal 5 faz a ligação ao barramento de 400V (Bus17) e apresenta o TSA com os parâmetros da figura3.54e3.55. O TSA é dimensionado tal como o TP1 e o TP2.
(a) Parâmetros do TSA -Rating (b) Parâmetros do TSA -Impedance Figura 3.54: Transformador de serviços auxiliares - Parte 1
(a) Parâmetros do TSA -Tap (b) Parâmetros do TSA -Grounding Figura 3.55: Transformador de serviços auxiliares - Parte 2
74 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
Também neste ramal temos o ISF1, que no esquema unifilar não tem valores definidos. Este fusível vai ser dimensionado posteriormente no capítulo4.
O DJ11 presente no ramal 5 tem os parâmetros da figura3.56:
Figura 3.56: Disjuntor DJ11
No ramal 6 está o ISF2 (renomeado de Fuse2). Tal como acontece com o ISF1, os parâmetros deste fusível vão ser dimensionados no capítulo4.
A seguir ao ISF2 este ramal apresenta a resistência de neutro RN1, seguida do TORO_3. No ETAP, o elemento que simula a resistência de neutro está automaticamente ligado à terra, logo não é possível colocar o TORO_3 no seu local correspondente. Assim, esse transformador foi omitido.
A resistência de neutro tem as características presentes na figura3.57.
Figura 3.57: Resistência de Neutro RN1
3.3 Construção da Rede no ETAP 75
Juntando o ramal 5 e o ramal 6, ficou-se com a figura3.58.
Figura 3.58: Ramal 5 e Ramal 6
3.3.2 Rede Construída no ETAP
Juntando todas as zonas referidas anteriormente desenhadas no ETAP, fica-se com a rede da figura3.59.
76ApresentaçãodoCasodeEstudoeMeiosdeCálculoUtilizados
LN (Imin) 9560.921 MVAsc
TI_5 ±
Cable2
TI_12±
DJ13
TT_8 TT_5 TT_1
DJ6
TI_6± TP2 65 MVA
LXHIOV_1 TI_7
±
DJ7 DJ9
TI_9±
LXHIOV_3 TI_8 ±
DJ8
TORO_1±
LXHIOV_2
LXHIOV_5 TT_6
Fuse2
RN1 Fuse1
TSA50 kVA
DJ11 TI_10
±
DJ10
TORO_2±
LXHIOV_7
WTG_3 5.8 MW WTG_2
5.8 MW LXHIOV_4
WTG_1 5.8 MW
WTG_4 5.8 MW
LXHIOV_6
WTG_5 5.8 MW TT_3
DJ5
29.75 MWGen2 DJ4
TI_4±
Cable1
TI_11±
DJ12
TT_7 Gen129.75 MW TT_4
LN (Imax) 13232.868 MVAsc
2SW1
TI_1±
DJ1
DJ2
TI_2±
TP1 70 MVA
TI_3±
DJ3 TT_2
Bus10 30 kV
Bus14 30 kV
Bu11 30 kV Bus12
30 kV Bus13
30 kV
Bus17 0.4 kV
Bus15 30 kV
Bus16 30 kV 400 kVBus1
400 kVBus2
Bus360 kV
60 kVBus7
Bus8 60 kV
60 kVBus9 Bus4
60 kV
60 kVBus5
60 kVBus6
Figura 3.59: Rede modelada no ETAP
Capítulo 4
Metodologia de Cálculo e Obtenção de Resultados
Com a rede a ser estudada construída no ETAP, é possível dar início à simulação e recolha de resultados. Neste capítulo será abordada a metodologia utilizada após a construção da rede e serão expostos os resultados obtidos.
Vão ser realizados estudos de trânsito de potência para verificar o funcionamento da rede, bem como estudos de curto-circuito para dimensionar cabos que não estavam presentes no esquema unifilar.
Por fim, com a rede a funcionar corretamente, colocam-se os relés necessários e calculam- se os respetivos parâmetros, para de seguida se realizar uma análise das suas curvas de tempo e corrente (curvas TCC). Caso seja necessário, será feito um ajuste dos parâmetros dos relés de forma a garantir que estes funcionam de forma coordenada e seletiva.
A atuação dos relés será detalhada através da sequência de operações dos mesmos, a retirar do ETAP no final do estudo de coordenação e seletividade.