Análise da evolução de falta do tipo shunt em linhas de transmissão de energia em nível de distribuição: cálculo e modelagem de falta monofásica, bifásica e trifásica em sistema elétrico de potência

Abstract

Dado o cenário de constante crescimento da demanda de energia elétrica, apontado pelos órgãos que acompanham, estudam e estimam dados associados ao Sistema Elétrico de Potência (SEP), expansão da capacidade de geração de energia elétrica instalada no Brasil e avanços tecnológicos em sistemas industriais no sentido de manufatura enxuta associada a conceitos de indústria 4.0 que utilizam componentes sensíveis à Qualidade de Energia Elétrica (QEE), é de suma importância que a rede elétrica possua, mais do que nunca, confiabilidade e continuidade. Isso significa que a rede elétrica precisa estar preparada para a ocorrência de eventos extremos como o curto-circuito, que tem a capacidade de danificar redes elétricas. Neste sentido, este trabalho traz uma contextualização acerca da importância do estudo de curto-circuito em todo e qualquer sistema elétrico de potência. Realizou-se uma revisão bibliográfica dos tipos de faltas shunt foi abordado o método de cálculo de corrente de faltas utilizando as componentes simétricas. Em seguida, foram apresentados dois sistemas elétricos de potência, ambos sistemas testes do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE), uma organização profissional internacional renomada na área. Os denominados sistema alimentador 4-barras e sistema alimentador 34-barras, foram modelados com a utilização do programa ATP/ATPDraw. Na análise do sistema de 4 barras foram feitos cálculos de curto-circuitos numéricos com o auxílio da ferramenta Octave, para que os resultados esperados fossem comparados com as simulações no ATP/ATPDraw, validando a modelagem. Em seguida, foram simulados cenários de falta ao sistema de 34 barras, com a intenção, desta vez, de analisar como a rede responderia às faltas aplicadas em diferentes barras do sistema. Por fim, foi feita uma simulação com o relé de sobrecorrente instantâneo para avaliar a sua atuação frente a uma falta próxima à barra principal do sistema. Os resultados obtidos nas simulações do sistema 4-barras com faltas foram comparados aos teóricos, validando a metodologia. Os resultados obtidos nas simulações das faltas no sistema 34-barras nos mostraram que a severidade das correntes de falta irá depender do tipo de curto-circuito, impedância de falta, da sua localização e da topologia do circuito. O ajuste do relé de sobrecorrente também se mostrou eficaz ao atuar corretamente. O trabalho contribui significamente para a comunidade científica, pois oferece um guia de modelagem robusto e preciso para dois sistemas do IEEE. Foi concluído também que o ATP/ATPDraw é uma ferramenta confiável e pode auxiliar estudantes e engenheiros na modelagem, simulação e entendimento de sistemas em diversas áreas do estudo do sistema elétrico de potência.