Présentation du matériel biologique

As cargas são, tradicionalmente, representadas, por modelos que expressam a característica da carga, em termos de potência ativa e reativa, em função da magnitude da tensão do barramento e frequência, num dado instante de tempo. As componentes de potência ativa (P) e potência reativa (Q) são tratadas separadamente por equações algébricas que determinam a potência consumida pela carga. A magnitude da tensão se relaciona com a potência através do modelo exponencial:

𝑃 = 𝑃

(_𝑉𝑉

)

𝑄 = 𝑄

(_𝑉𝑉

)

P: Potência ativa consumida (efetiva) pela carga para qualquer tensão. Q: Potência reativa consumida (efetiva) pela carga para qualquer tensão. 𝑃0: Potência ativa consumida (nominal) pela carga na tensão de referência.

𝑄0: Potência reativa consumida (nominal) pela carga na tensão de referência.

𝑉0: Tensão de referência (nominal) na barra.

α: Parâmetro que representa o comportamento da potência ativa com a tensão. β: Parâmetro que representa o comportamento da potência reativa com a tensão. Os parâmetros (α e β) podem assumir qualquer valor, evidenciando as diferentes características da carga [19]. Entretanto, três características da carga são comumente utilizadas em estudos de estabilidade de tensão: potência constante, corrente constante e impedância constante. Essa classificação é dada quanto à sensibilidade da carga em relação à tensão.

A característica potência constante é definida pela não dependência da potência com a tensão, ou seja, a potência consumida não se altera com a variação de tensão aplicada na barra, garantindo assim, sensibilidade nula. Para a característica de carga de corrente constante, a potência varia linearmente com a tensão, assumindo sensibilidade unitária. Por fim, na característica impedância constante, a potência varia com o quadrado

37 da tensão, assumindo sensibilidade igual a 2. A Tabela 3, retirada de [19], e a Figura 18, retirada de [39], resume as sensibilidades para os casos mais comuns de características da carga e ilustra graficamente a relação entre a potência e a tensão para os mesmos casos, respectivamente.

Tabela 3 Característica e sensibilidade

da carga [19]. Característica Sensibilidade (α, β) Potência Constante 0 Corrente Constante 1 Impedância Constante 2

Figura 18 Comportamento das

características da carga com a tensão [39].

3.3.2. Limitador de Sobre Corrente (OEL)

A ação dos limitadores tem como objetivo modificar o sinal de saída da excitação de modo que a máquina retorne a um ponto seguro de operação. Os modernos sistemas de excitação incluem várias funções de controle associadas ao regulador automático de tensão (RAT), dentre as quais, destaca-se o limitador de sobre corrente.

O limitador de sobre corrente ou limitador de corrente de campo, também chamado de limitador de sobre-excitação (OEL ou OXL – Overexcitation Limiter) ou limitador de máxima excitação (MXL – Maximum Excitation Limiter) é utilizado para limitar a corrente de campo da máquina, ou seja, ele é implementado para proteger o gerador contra sobreaquecimentos decorrentes de sobrecorrentes prolongadas no circuito de campo, o que pode ocorrer se o gerador for muito requisitado pelo sistema, sobre- excitando-o além do seu limite dado pela curva de capacidade.

O enrolamento de campo do gerador é projetado para operar continuamente em um valor que corresponde à condição nominal de carga [38]. A implementação do limitador de corrente de campo leva em conta a capacidade de sobrecarga permissível

38 para o enrolamento de campo e sua característica depende do fabricante. Esta capacidade de sobrecarga é normalmente especificada pela norma ANSI Standard C50.13-1977.

No âmbito geral, a função de limitação da sobre-excitação age através do regulador AC reduzindo a corrente de campo a valores nominais, após detectar a sobrecorrente no enrolamento de campo [40]. Quando o OEL atua, o gerador ao qual está conectado perde o controle de tensão, uma vez que sua corrente de campo passa a ser limitada e reduzida para um valor seguro, impossibilitando que a máquina injete mais potência reativa no sistema.

3.3.3. Transformador com Mudança de Tape sob Carga (OLTC)

Em sistemas de potência, transformadores são comumente utilizados para o controle de tensão e fluxo de potência reativa. Esses dispositivos são constituídos, na sua grande maioria, por dois enrolamentos (conjunto de espiras). O enrolamento primário de um transformador converte a potência elétrica circulante em um campo magnético, que é re-convertido em potência elétrica no enrolamento secundário. A relação de espiras entre os enrolamentos primário e secundário determina a relação de proporção existente entre as tensões primária e secundária. O agrupamento de um ou mais enrolamentos define o tape de um transformador, logo, ao variar a posição do tape, a relação de transformação modifica-se, permitindo assim alteração na tensão terminal. Do ponto de vista do sistema de potência, alterações no tape e consequentemente, na relação de transformação, são necessárias para compensar as variações nas tensões do sistema [38]. Portanto, o ajuste do tape permite a utilização deste equipamento para fins de controle de tensão e potência reativa.

Os tapes dos transformadores podem ser de dois tipos: fixo (off-load tap-changer) e o tape sob carga (On Load Tap Changer – OLTC). Para a mudança de tape do transformador de tape fixo é necessário desenergiza-lo. Devido a isso ele é comumente utilizado quando há variações de carga a longo prazo, expansões do sistema ou mudanças sazonais. Já o OLTC é utilizado em sistemas onde há necessidade de variações com muita frequência na relação de transformação do transformador para o controle diário da tensão na carga, atuando de forma permanente.

O OLTC atua no sentido de restaurar a carga da barra que ele controla. Assim, na tentativa de manter a tensão do lado da carga dentro dos valores especificados, o transformador varia os tapes à medida que a carga aumenta, correspondendo a um

39 aumento na corrente da rede, provocando assim a deterioração do perfil de tensão na carga [39]. Portanto a utilização destes tipos de transformadores para o controle da tensão difere dos outros equipamentos utilizados para este fim, devido ao fato de que a variação da tensão para cima ou para baixo em um lado do transformador (barra controlada) é realizada através da variação para baixo ou para cima da tensão do outro lado do transformador (barra não controlada). Nestas condições, o efeito da atuação do OLTC pode levar o sistema à instabilidade.