Simulações de comportamento das instalações elétricas

dez, 2013

Edição 94 – Novembro de 2013
Por José Starosta

O site do jornal O Globo, de 09 de outubro, apresentava o resultado da premiação do Nobel de Química, parcialmente reproduzido a seguir:

“O Prêmio Nobel de Química de 2013 foi oferecido no início de outubro a Martin Karplus, Michael Levitt e Arieh Warshel. ‘Nos anos 1970 eles utilizaram poderosos programas usados para entender e prever processos químicos; os modelos de computador que espelham a vida real se tornaram cruciais para a maioria dos avanços feitos na química atualmente’, justificou em comunicado a Real Academia Sueca de Ciências, que concede o prêmio. ‘Desenvolvemos um método de olhar para uma proteína e ver como, exatamente, ela faz o que faz. Isso pode ser usado, por exemplo, para desenhar drogas’, citou Warshel, por telefone, ao ser questionado por uma jornalista sobre quais avanços seu trabalho trouxe. Os trabalhos do trio premiado se aplicam a todos os tipos de química – podem ser usados na pesquisa de processos em seres vivos, assim como em técnicas industriais, por exemplo”.

Mas será que a situação só seria aplicável em química? Ou em física, em que os pesquisadores teóricos do “bózon de higgs” também levaram seus prêmios? Se substituirmos as expressões “processo químico” por “processo elétrico”, “proteína” por “fontes e cargas” e “drogas” para as nossas soluções (calma, não se ofendam, é só uma semântica infeliz), estaremos trazendo para o nosso mundo elétrico real uma atividade cada vez mais aplicada, as simulações de comportamento das instalações elétricas.

O histórico não é novo, já na época em que se programavam os supercomputadores com cartões perfurados (coincidentemente nos anos 1970) e, mesmo antes, os grandes sistemas elétricos já eram simulados. Como os custos eram exorbitantes, o privilégio atendia às grandes usinas e sistemas de transmissão e distribuição.

A facilidade “correu os circuitos” até chegar aos bornes das cargas. Os softwares de simulação de comportamento elétrico, disponíveis hoje no mercado, desempenham um bom papel com informações bastante confiáveis, desde que sejam alimentados com modelos também confiáveis. Em outras palavras, se os modelos dos componentes inseridos se distanciarem dos comportamentos reais, estaremos criando um monstro (da mesma forma que os doutores laureados); pior, corremos o risco de aumentar ou reduzir os custos das soluções a serem aplicadas de forma irresponsável e perigosa (te devo esta, caro amigo Ferreira). Os dispositivos de manobra destes simuladores são dotados de “funções”
liga-desliga de forma semelhante à operação de uma instalação (ver nas Figuras 1 e 2 as seccionadoras com e sem preenchimento – fechadas e abertas), simulando então o comportamento das variáveis elétricas nos barramentos e nos circuitos em diversas circunstâncias incluindo os defeitos típicos como os curtos-circuitos.

O que temos praticado, quando surgem as oportunidades, é efetuarmos a comparação dos valores medidos em campo com aqueles simulados, neste caso, estamos tratando de fluxo de potência (“load flow” ou fluxo de carga) nas frequências fundamentais e também nas harmônicas. Além do comportamento em regime permanente, também são aplicáveis comportamentos em regime transitório, e ainda cálculo de confiabilidade de sistemas elétricos, entre outros, como os estudos de seletividade e de curto-circuito. As medições apresentadas na Figura 3 são aplicáveis ao barramento secundário do diagrama da Figura 1, em que se observa que os valores previstos e medidos guardam a mesma ordem de grandeza.

A simulação do comportamento das instalações elétricas industriais novas ou existentes diante de novas fontes, novas cargas, instalação de compensadores e filtros e outras intervenções é uma ferramenta que deve ser interpretada como um possível exercício do comportamento das instalações. A precisão dos resultados será incrementada à medida que os dados inseridos venham a ser também cada vez mais precisos. O que parece promissor é que, por mais que os processos se automatizem, a qualidade da engenharia deverá também ser incrementada, afinal, pilotar um Boeing sem brevê é impossível.

O exemplo apresentado como ilustração considera um QGBT alimentado por diversas configurações de fontes e, da mesma forma, diversos modos de operação dos bancos de capacitores estão ligados a três capacitores e alimentação pela rede. A situação confortável pode mudar drasticamente quando os geradores alimentam a carga e os capacitores não são desligados.

Comparando-se as Figuras 1 (fonte pela rede) e 2 (fonte pelo gerador) e com os capacitores inseridos, observa-se: distorção total de tensão na barra (THDV): Rede: 1,2%; Gerador: 47,9%.

O que se observa é que, devido à mudança de impedância da fonte (rede-gerador) e ao não desligamento dos capacitores, a distorção de tensão, por contada ressonância harmônica, atingiria valores altíssimos (47%). Na prática, isso seria quase impossível acontecer, pois as proteções seriam acionadas (além de que distorção de corrente dos capacitores maior que 330% [J1] não seria suportada pelos equipamentos e proteções).

Muitas são as possibilidades de soluções e análises, tanto teóricas em modelos ou mesmo práticas em medições. Agora só falta alguém da nossa turma, de repente, ser chamado para receber o cheque em Estocolmo!

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