Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-11T13:03:58Z No. of bitstreams: 1 alexandrelimadecarvalho.pdf: 3397469 bytes, checksum: 1750d362bcc2b8746fc5c1f602c094de (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Renata, confirme, por favor, se tem acento no nome Araujo on 2016-02-26T12:00:23Z (GMT) / Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-26T12:06:38Z No. of bitstreams: 1 alexandrelimadecarvalho.pdf: 3397469 bytes, checksum: 1750d362bcc2b8746fc5c1f602c094de (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-03-03T13:38:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alexandrelimadecarvalho.pdf: 3397469 bytes, checksum: 1750d362bcc2b8746fc5c1f602c094de (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-03T13:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alexandrelimadecarvalho.pdf: 3397469 bytes, checksum: 1750d362bcc2b8746fc5c1f602c094de (MD5) Previous issue date: 2014-12-01 / Nesta dissertação são apresentadas análises e uma solução de correção para o problema encontrado na rede de distribuição em 13,8 kV da rede ferroviária da MRS, sendo este relacionado à presença de altos valores de reativos capacitivos na rede aliado a questões de desequilíbrios. Estas questões têm se mostrado comuns nas redes de distribuição ferroviária da companhia. Por serem problemas típicos de sistemas ferroviários, que são constituídos por equipamentos diversos e têm características específicas de funcionamento, realiza-se também neste trabalho uma descrição básica de sistemas de distribuição ferroviários, mostrando suas características principais. A característica capacitiva analisada neste trabalho é uma possível fonte de problemas na operação do sistema, podendo-se citar como exemplo, impactos no GMG (grupo motor gerador) responsável pela redundância no fornecimento de energia elétrica na falta da concessionária, no qual ocorre a atuação da proteção repetidamente, desligando o GMG por sobretensão. A importância do correto funcionamento do sistema em questão levou a necessidade de análises teóricas do problema, embasadas por aspectos práticos, em busca de uma solução. Uma vez levantadas várias hipóteses e análises, a investigação foi focada na curva de capabilidade do gerador versus a carga alimentada, conhecida através de medidas realizadas através do analisador de energia. Após uma análise mais aprofundada desta questão, contemplando cálculos e medições, chegou-se a uma solução para o problema que foi implementado na prática com sucesso, basicamente constituindo-se de alocação de reatores específicos na rede de distribuição de energia para compensação de reativos, resultando a diminuição da corrente capacitiva no circuito, deslocando o fator de potência da carga para a área estável da curva de capabilidade na qual o GMG opera sem a atuação da proteção além de diminuir a corrente de desequilíbrio, consequentemente evitando o desligamento indevido. / In this dissertation several analyzes are presented and a solution to the problem encountered in the distribution network at 13.8 kV railway MRS network, which is related with the presence of high capacitive reactive in the network together with imbalances issues. These issues have been shown to be common in rail distribution network of the company. Because they are typical problems of rail systems, which consist of various equipment and have specific operating characteristics also takes place in this study is a basic description of the distribution rail system, showing its main characteristics. The capacitive characteristic analyzed in this work is a possible source of problems in system operation and can be cited as an example, impacts on GMG (generator engine group) responsible for redundancy in the supply of electricity in the absence of the concessionaire, in which the action occurs the protection repeatedly, turning off the GMG overvoltage. The importance of proper system operation in question took the need for theoretical analysis of the problem, supported by practical aspects, in search of a solution. Once several hypotheses and analyzes, the investigation was focused on the capability curve of the generator versus the load supplied, known from measurements carried out by the energy analyzer. Upon further examination of this issue, contemplating calculations and measurements, come up with a solution to the problem that was implemented in practice with success, basically becoming allocation of specific reactors in the power distribution network for reactive compensation, resulting in the reduction of the capacitive current in the circuit, moving the load power factor for the stable area of the capability curve in which the GMG operates without the protection operation in addition to reducing the imbalance of power and consequently avoid improper shutdown.

Este trabalho tem como objetivo apresentar conceitos e prover ferramentas para estudos e análises de um equipamento ainda não explorado pelo sistema elétrico brasileiro para compensação reativa de linhas de transmissão, o Reator Controlado por Saturação. Inicialmente é apresentada a teoria necessária para o entendimento do equipamento, as aplicações e sua potencial utilidade para o Brasil. Através da concepção de um circuito equivalente e da análise de modelos adaptados para o MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) de softwares de transitórios eletromagnéticos aspectos sobre seu comportamento dinâmico e tempo de resposta são esclarecidos. Uma comparação entre o circuito equivalente com um modelo generalista de transformador ajustado às características do MCSR é realizada. A comparação serve para conferir credibilidade às suposições usadas para a elaboração do circuito equivalente e interpretações do funcionamento e dinâmica extraídas da análise deste circuito. Com uma melhor e mais clara percepção da dinâmica e efeitos do Reator Controlado por Saturação sobre a rede, realiza-se uma análise de distorção harmônica, sendo assim possível esclarecer alguns aspectos negativos do equipamento. Para o estudo da aplicabilidade e utilidade do MCSR no sistema elétrico brasileiro um modelo para transitórios eletromecânicos é proposto. Os parâmetros que determinam a dinâmica e resposta do equipamento são explorados através de suposições razoáveis e das características do equipamento. O modelo é primeiramente testado e analisado em um sistema simples composto por uma geração representada como fonte ideal, um circuito equivalente PI de uma linha de transmissão, uma carga e o MCSR realizando a compensação reativa. O trabalho segue para a escolha de uma rede brasileira em que o MCSR seria uma opção viável. Uma rede no norte do Brasil é escolhida para a análise e, após estudos de fluxo de potência, propõe-se a troca de um CER (Compensador Estático de Reativos) e quatro reatores shunt fixos por quatro Reatores Controlados por Saturação. A rede é então modelada no PSCAD e realizam-se estudos de distorção harmônica e estabilidade eletromecânica. Por fim realiza-se uma comparação econômica entre três alternativas de compensação reativa para o sistema escolhido incluindo a opção adotada e a opção sugerida com MCSRs. O trabalho conclui que reatores controlados por saturação são, em muitos casos, uma alternativa mais barata ao CER e, portanto deve ser estudado no planejamento e expansão do sistema elétrico. / This work aims to present concepts and provide tools for research and analysis of an equipment not yet explored by the Brazilian power system for reactive compensation of AC transmission lines, the Magnetic Controlled Shunt Reactor (MCSR). Initially, the theory used for the understanding of the equipment, its applications and usefulness for the Brazilian network, is presented. By the analysis of an equivalent circuit and a model implemented in software for electromagnetic transient simulation adapted to the MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) some aspects of its dynamic behaviour and response time are clarified. A comparison between the equivalent circuit and an electromagnetic transformer model adapted to the characteristics of the MCSR (implemented in the PSCAD software) is performed. The comparison serves to grant credibility to the assumptions used for the preparation of the equivalent circuit and interpretations of the function and dynamics drawn from the analysis of this circuit. With a better and clearer understanding of the dynamics and effects of the MCSR on the network a simplified analysis of harmonic distortion is performed allowing to clarify some negative aspects of the equipment. To study the applicability and usefulness of the equipment in the Brazilian electrical system a model for electromechanical transients is proposed. The parameters that determine the dynamics and response of equipment are explored using reasonable assumptions and the characteristics of the equipment. The model is first tested and analyzed in a simplified system consisting of a generation represented as ideal source, an equivalent PI circuit representing a transmission line, a load and the MCSR performing the reactive compensation. The work follows to the choice of a Brazilian network on which the MCSR would be a viable option. A network in northern Brazil is chosen for analysis. Further studies of power flow reveals the possibility to exchange the SVS (Static Var System ) and four shunt reactors for four MCSRs. The network is then modelled in PSCAD and studies of harmonic distortion and electromechanical stability are conducted. Finally we make an economic comparison between three alternatives of reactive compensation for the chosen system including the originally adopted and the suggested solutions. The study concludes that magnetic controlled reactor are, in many cases, a cheaper alternative to the SVS and therefore should be studied in the planning and expansion of the power system.

Este trabalho tem como objetivo apresentar conceitos e prover ferramentas para estudos e análises de um equipamento ainda não explorado pelo sistema elétrico brasileiro para compensação reativa de linhas de transmissão, o Reator Controlado por Saturação. Inicialmente é apresentada a teoria necessária para o entendimento do equipamento, as aplicações e sua potencial utilidade para o Brasil. Através da concepção de um circuito equivalente e da análise de modelos adaptados para o MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) de softwares de transitórios eletromagnéticos aspectos sobre seu comportamento dinâmico e tempo de resposta são esclarecidos. Uma comparação entre o circuito equivalente com um modelo generalista de transformador ajustado às características do MCSR é realizada. A comparação serve para conferir credibilidade às suposições usadas para a elaboração do circuito equivalente e interpretações do funcionamento e dinâmica extraídas da análise deste circuito. Com uma melhor e mais clara percepção da dinâmica e efeitos do Reator Controlado por Saturação sobre a rede, realiza-se uma análise de distorção harmônica, sendo assim possível esclarecer alguns aspectos negativos do equipamento. Para o estudo da aplicabilidade e utilidade do MCSR no sistema elétrico brasileiro um modelo para transitórios eletromecânicos é proposto. Os parâmetros que determinam a dinâmica e resposta do equipamento são explorados através de suposições razoáveis e das características do equipamento. O modelo é primeiramente testado e analisado em um sistema simples composto por uma geração representada como fonte ideal, um circuito equivalente PI de uma linha de transmissão, uma carga e o MCSR realizando a compensação reativa. O trabalho segue para a escolha de uma rede brasileira em que o MCSR seria uma opção viável. Uma rede no norte do Brasil é escolhida para a análise e, após estudos de fluxo de potência, propõe-se a troca de um CER (Compensador Estático de Reativos) e quatro reatores shunt fixos por quatro Reatores Controlados por Saturação. A rede é então modelada no PSCAD e realizam-se estudos de distorção harmônica e estabilidade eletromecânica. Por fim realiza-se uma comparação econômica entre três alternativas de compensação reativa para o sistema escolhido incluindo a opção adotada e a opção sugerida com MCSRs. O trabalho conclui que reatores controlados por saturação são, em muitos casos, uma alternativa mais barata ao CER e, portanto deve ser estudado no planejamento e expansão do sistema elétrico. / This work aims to present concepts and provide tools for research and analysis of an equipment not yet explored by the Brazilian power system for reactive compensation of AC transmission lines, the Magnetic Controlled Shunt Reactor (MCSR). Initially, the theory used for the understanding of the equipment, its applications and usefulness for the Brazilian network, is presented. By the analysis of an equivalent circuit and a model implemented in software for electromagnetic transient simulation adapted to the MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) some aspects of its dynamic behaviour and response time are clarified. A comparison between the equivalent circuit and an electromagnetic transformer model adapted to the characteristics of the MCSR (implemented in the PSCAD software) is performed. The comparison serves to grant credibility to the assumptions used for the preparation of the equivalent circuit and interpretations of the function and dynamics drawn from the analysis of this circuit. With a better and clearer understanding of the dynamics and effects of the MCSR on the network a simplified analysis of harmonic distortion is performed allowing to clarify some negative aspects of the equipment. To study the applicability and usefulness of the equipment in the Brazilian electrical system a model for electromechanical transients is proposed. The parameters that determine the dynamics and response of equipment are explored using reasonable assumptions and the characteristics of the equipment. The model is first tested and analyzed in a simplified system consisting of a generation represented as ideal source, an equivalent PI circuit representing a transmission line, a load and the MCSR performing the reactive compensation. The work follows to the choice of a Brazilian network on which the MCSR would be a viable option. A network in northern Brazil is chosen for analysis. Further studies of power flow reveals the possibility to exchange the SVS (Static Var System ) and four shunt reactors for four MCSRs. The network is then modelled in PSCAD and studies of harmonic distortion and electromechanical stability are conducted. Finally we make an economic comparison between three alternatives of reactive compensation for the chosen system including the originally adopted and the suggested solutions. The study concludes that magnetic controlled reactor are, in many cases, a cheaper alternative to the SVS and therefore should be studied in the planning and expansion of the power system.