Fórmulas de cálculo da reatância de barramentos tubulares e sua derivação em esquemas de ligação elétrica primária

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3223 (2023) Citar este artigo

664 Acessos

Detalhes das métricas

A operação de comutação elétrica em uma subestação localizada em um sistema de transmissão de alta tensão altera os modos de operação da fiação principal na subestação ou no sistema. Grandes alterações podem ter influências negativas no quadro de distribuição da fiação principal em pouco tempo. O estudo quantitativo deste problema deve basear-se no estabelecimento de circuitos equivalentes de fiação principal, quando raramente existem fórmulas para calcular a reatância de barramentos tubulares. Neste artigo, com base na teoria do campo eletromagnético, a indução magnética e as ligações de fluxo fora e dentro dos condutores tubulares são obtidas a partir do Teorema do Ampere Loop e, em seguida, as fórmulas para calcular aproximadamente a reatância de barramentos tubulares com um arranjo paralelo trifásico são derivados. A partir do processo e dos resultados do cálculo em um exemplo, pode-se ver que as fórmulas são aplicadas de forma simples, conveniente e rápida, e podem ser difundidas de forma valiosa na engenharia elétrica prática.

A necessidade de calcular a reatância dos barramentos é discutida primeiramente.

As linhas de transmissão aéreas ou por cabo de alta tensão são em sua maioria construídas por condutores flexíveis, onde seus parâmetros e circuitos equivalentes foram adotados com maturidade na análise e cálculo do sistema de energia 1,2,3,4. A fiação principal é um arranjo de conexão de barramentos em usinas de energia e subestações. É um chaveiro de um sistema de energia onde os barramentos são construídos principalmente por condutores rígidos (por exemplo, barramentos tubulares, etc.) e desempenha um papel importante na coleta e distribuição de energia elétrica. Os barramentos são muito mais curtos que as linhas de transmissão e conectados a eles em uma direção perpendicular. Ao realizar uma análise e cálculo em um sistema de potência, a fiação principal é modelada como nós de tensão, não considerando a influência da resistência e reatância dos barramentos na distribuição de energia, etc.

A fiação principal é um dos fatores importantes que afetam a confiabilidade e a flexibilidade de um sistema de energia. As mudanças em seus modos de operação e a manutenção dos equipamentos em seu quadro são inevitavelmente alcançadas pela mudança dos estados do quadro (por exemplo, uma chave ou seccionadora está ligada ou desligada), o que é chamado de operação de comutação. O processo de operação de comutação altera a conexão do circuito formado por cada componente elétrico em um sistema de energia e os correspondentes parâmetros operacionais nele, como tensão, corrente, potência, etc. Quando em usinas de energia e subestações são aplicadas formas simples de fiação principal (por exemplo, fiação de barramento único, etc.) ou em formas complexas de fiação principal é realizada operação de comutação com poucas etapas, a influência da alteração acima dos parâmetros operacionais na operação normal em estado estacionário do sistema de energia pode ser ignorada.

No entanto, as formas de fiação principal de alta confiabilidade e flexibilidade com barramentos (como fiação de barramento duplo, etc.) são complexas e não existe apenas um esquema praticável para sequências e etapas de operação de comutação. Tomando como exemplo os barramentos de comutação na forma de fiação de barramento duplo, mesmo que o mesmo tipo de operação de comutação com o mesmo modo de operação inicial seja conduzido, como manutenção de barramentos em operação, há pelo menos dois esquemas para realizar o make-before -operação de interrupção dos seccionadores de seções de barramentos5,6: uma é a realização de seccionadores conectados aos barramentos de reserva em todos os bays antes de interromper os seccionadores conectados aos barramentos em operação nesses bays; a outra é o make-before-break de um bay para outro um por um, ou seja, fazer seccionadores conectados aos barramentos de reserva no primeiro bay antes de interromper os seccionadores conectados aos barramentos em operação no mesmo bay, e depois fazer e interromper no segundo compartimento, no terceiro compartimento, etc. Diferentes sequências de operação formam diferentes conexões de circuito da fiação principal, onde é possível fazer com que a corrente que flui através de segmentos de barramentos, comutadores, linhas de entrada e saída aumente temporariamente para ser sobrecorrente, o que inevitavelmente produz uma influência na vida útil esperada dos equipamentos acima mencionados. Evitará a ocorrência de fenômenos de sobrecorrente de curto prazo na fiação principal e construirá uma base teórica para o desenvolvimento automatizado e inteligente da operação de comutação para analisar e estudar a influência de suas diferentes sequências.