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Sistemas Elétricos de Energia - Engenharia Electrónica e Telecomunicações - Sem Ramos - Especialidades


6.0
ECTS / Credit Units
Year: 3 / 2º Semestre
Plan: 2014/15
Scientific Area: ELT
Level: Avançado

Semestral Hour Load

Theorical: 32.00
Theorical-Pratical: 32.00
Pratical and Laboratorial:
Fieldwork:
Seminar:
Internship:
Tutorial:

 

Assigned Internship Hours:
Assigned Projects Hours:
Assigned Fieldwork Hours:
Assigned Study Hours:
Assigned Evaluation Hours:
Others:

Degree having this Course

Degree - Branch Degree Plan Year
Engenharia Electrónica e Telecomunicações - Sem Ramos - Especialidades 2014/15

Teaching Staff

Élvio Gilberto Andrade de Jesus
Élvio Gilberto Andrade de Jesus


Responsibilities:
Ensino teórico-prático
João Dionísio Simões Barros
João Dionísio Simões Barros


Responsibilities:
Regência
Responsável pelas Pautas
Ensino teórico

Course Information

Course Objectivs

  • Introduzir o conceito de sistema elétrico de energia e a sua estrutura: produção, transporte, distribuição e fornecimento.
  • Rever os conceitos básicos de tensões alternadas e sinusoidais, esquemas de ligação de cargas e modelos dos sistemas de conversão de energia elétrica: os transformadores e as máquinas elétricas.
  • Compreender os componentes que constituem as linhas de transmissão dos sistemas elétricos de energia, as perdas e as limitações, e estudar o transito de energia.
  • Estudar os efeitos de curto-circuito e sobretensões na rede de energia elétrica e dimensionar sistemas de proteção.
  • Adquirir conhecimentos do controlo da tensão e frequência de forma a assegurar a estabilidade estática e transitória dos sistemas elétricos de energia.
  • Introduzir os elementos de análise económica e financeira dos sistemas elétricos de energia. 

Evaluation Criteria

T1 ? Primeira frequência teórica e teórico-prática, com um peso de 25% na avaliação final;

T2 ? Segunda frequência teórica e teórico-prática, com um peso de 25% na avaliação final.

Observação: a média das notas das duas frequências tem de ser superior ou igual a 8 valores.

 

Componentes de avaliação prática (50%):

TP1 ? Relatório e discussão, por prova oral, do primeiro trabalho prático de avaliação, com um peso de 10% na avaliação final;

TP2 ? Relatório e discussão, por prova oral, do segundo trabalho prático de avaliação, com um peso de 10% na avaliação final;

TP3 ? Relatório e discussão, por prova oral, do terceiro trabalho prático de avaliação, com um peso de 10% na avaliação final;

Observação: a média das notas dos três trabalhos tem de ser superior ou igual a 8 valores.

 

Pj ? Relatório e apresentação do projeto, com um peso de 20% na avaliação final, nota mínima de 8 valores.

 

Nota final (NF) da disciplina

NF = 0,25xT1 + 0,25xT2 + 0,1xTP1 + 0,1xTP2 + 0,1xTP3 + 0,20xPj

 

Verificando as seguintes condições:

NF >= 10 valores;

(T1 + T2)/2 >= 8 valores;

(TP1 + TP2 + TP3)/3 >= 8 valores;

Pj >= 8 valores.

 

Avaliação durante a época de recurso

Na época de recurso são realizadas provas de avaliação de recurso ou de melhoria de qualquer uma das componentes de avaliação (T1, T2, TP1, TP2, TP3 ou Pj). 

Program Resume (get program detail)

1 - Introdução

  • Estrutura do sistema de energia: componentes, requisitos, esquema unifilar;
  • Redes elétricas: tensão nominal, função, topologia;
  • Desregulação do mercado;
  • Produção distribuída: micro-geração;
  • Aspetos ambientais.

 

2 - Conceitos básicos

  • A representação simbólica (fasor) das grandezas alternadas sinusoidais;
  • Energia e potência;
  • O diagrama de carga;
  • Formas de potência: ativa, reativa e aparente;
  • Potência complexa;
  • Sistema elétrico trifásico;
  • Produção de tensões trifásicas simétricas;
  • Ligação em estrela e triângulo;
  • Esquema monofásico equivalente;
  • Representação em por unidades;
  • Caracterização das cargas; elasticidade em relação à tensão e à frequência.
  • Qualidade da energia elétrica:
  • Forma da onda da tensão;
  • Harmónicos;
  • Transitórios;
  • Cavas de tensão;
  • Continuidade do serviço.

 

3 - Noções básicas e modelos

  • Máquina Síncrona: Princípio de funcionamento; Rotor cilíncrico, f.e.m. induzida e reação do induzido; Produção de potência ativa e reativa; O efeito da saliência: rotor de polos salientes; Modos de funcionamento e esquemas elétricos equivalentes; Estabilidade da marcha síncrona;
  • Transformador de Potência: Princípio de funcionamento; Transformador ideal; esquema elétrico equivalente; Modelo do transformador real; Transformadores com três enrolamentos; autotransformador; Transformador trifásico; formas de ligação dos enrolamentos;  Transformador como regulador de tensão e o transformador desfasador;
  • Máquina Assíncrona:  Princípio de funcionamento; Modelo elétrico; Binário motor e eletromagnético; Funcionamento como gerador.

 

4 - Linhas de transmissão de energia

  • Princípio da transmissão de energia em AC e DC; 
  • Parâmetros elétricos das linhas de transmissão de energia;
  • Modelos das linhas de transmissão: modelo exato, modelo em π para linha de comprimento médio e modelo de linha curta;
  • Linha terminada pela impedância de onda; com perdas, sem perdas;
  • Capacidade de transporte; limite térmico, de estabilidade estática e de tensão;
  • Formas de controlo da tensão: compensação das linhas de transmissão.

 

 

5 - Trânsito de energia

  • Princípio, formulação do modelo de rede;
  • Matriz de admitâncias da rede elétrica: construção;
  • Sistema elementar de dois barramentos; equações do trânsito de energia (forma polar e retangular);
  • Generalização ao caso prático de n barramentos;
  • Tipos de barramentos; classificação das variáveis do sistema;
  • Solução do trânsito de energia: cálculo das tensões, potência injetada no nó de balanço; potências transitadas nas linhas e perdas de energia;
  • Métodos numéricos de resolução do trânsito de energia;
  • Método de Gauss-Seidel: barramentos PQ e PV; algoritmo; 
  • Controlo da tensão: condensadores e bobinas, transformadores com tomadas e de desfasadores; 
  • Método de Newton-Raphson; aplicação ao trânsito de energia, algoritmo;
  • Método do desacoplamento;
  • Método da corrente contínua.

 

6 - Correntes de curto-circuito

  • Corrente e potência de curto-circuito;
  • Transitórios em circuitos RL; 
  • Curto-circuito de um gerador síncrono;
  • Modelos dos elementos da rede: gerador, transformador, linha de transmissão e cargas;
  • Matriz de impedâncias da rede, formação a partir da matriz de admitâncias; alteração da matriz;
  • Correntes de curto-circuito simétrico: redução da rede, matriz de impedâncias nodais;
  • Dimensionamento dos relés e fusíveis para as correntes de curto-circuito simétricas;
  • Método das componentes simétricas; propriedades e modelos de impedâncias simétricas para os elementos da rede;
  • Curto-circuitos assimétricos: curto-circuito fase-terra, fase-fase, fase-fase-terra;
  • Cálculo das correntes de curto-circuito.

 

7 - Controlo de frequência e de tensão

  • Controlo da frequência com a potência ativa;
  • Regulador de velocidade: modelo do regulador e da turbina; resposta em regime estacionário e transitório; 
  • Controlo de uma rede isolada: controlo primário e secundário;
  • Controlo de redes interligadas: modelo de duas redes, controlo primário e secundário;
  • Extensão ao controlo de n redes interligadas; controlo terciário;
  • Controlo da tensão com a potência reativa;
  • Produção e consumo de potência reativa;
  • Regulador de tensão: princípio, modelo matemático e resposta em regime estacionário e transitório;
  • Compensação de carga.

 

8 - Estabilidade em sistemas de energia

  • Estabilidade estática e transitória: definições e modelos; 
  • Gerador ligado à uma rede infinita;
  • Modelo da máquina síncrona: regime transitório e estacionário, equação do ângulo de potência;
  • Regime transitório: dinâmica rotacional, equação de oscilação; 
  • Estabilidade em regime estacionário: modelo das pequenas perturbações;
  • Estabilidade em regime transitório: grandes perturbações (critério da igualdade das áreas);
  • Aplicações do critério da igualdade das áreas: aumento de potência, desligação e defeito numa linha com circuito duplo; 
  • Extensão a um sistema com duas ou mais máquinas: método clássico.

 

9 - Sistemas de proteção

  • Sobretensões atmosféricas;
  • Propagação de ondas eletromagnéticas em linhas;
  • Sobretensões de manobra;
  • Transformadores de tensão e corrente;
  • Aparelhos de proteção: relés de proteção para correntes de curto-circuito, fusíveis, disjuntores, relés com religação automática; 
  • Proteção de redes radiais (distribuição); relés com religação automática dos disjuntores;
  • Relés direcionais e aplicação à proteção de sistemas com mais do que uma fonte de energia;
  • Zonas de proteção;
  • Proteção à distância das linhas (relés de impedâncias);
  • Relés diferenciais; proteção de barramentos; proteção de transformadores;
  • Relés piloto e relés digitais.

 

10 - Fatores económicos

  • Elementos de análise económica e financeira;
  • Valor temporal do dinheiro; custo da energia produzida;
  • Preços de mercado;
  • Avaliação económica do investimento;
  • Modelos organizacionais do sistema elétrico;
  • Mercados de eletricidade: bolsa de eletricidade;
  • Contractos bilaterais;
  • Remuneração da disponibilidade;
  • Contractos financeiros;
  • Caso prático: mercado ibérico de eletricidade (MIBEL).

Main Bibliography

J. P. S. Paiva, Redes de Energia Elétrica: uma Análise Sistémica, 3ª edição, IST Press, 2012.

 

R. Castro e E. Pedro, Exercícios de Redes e Sistemas de Energia Elétrica, IST Press, 2014.

Other Biographical Sources / Support Documents

B.M. Weedy, B.J. Cory, N. Jenkins, J. B. Ekanayake, and G. Strbac, Electric Power Systems, 5th Edition, Wiley, UK, 2012.

 

J. D. Glover, M. S. Sarma, and T. J. Overbye, Power System Analysis & Design, 5th Edition, SI Edition, U.K, 2012.

 

A. J. Wood and B. F. Wollenberg, Power Generation Operation and Control, 2nd Edition, Wiley, New York, 1996.

 

O. I. Elgerd, Electric Energy Systems Theory: an Introduction, McGraw-Hill, 1982.

 

J. J. Grainger and W. D. Stevenson, Power System Analysis, McGraw-Hill, 1994.

 

A.R. Bergen and V. Vittal, Power Systems Analysis, Prentice Hall, 2000.

 

P. Kundur, Power System Stability and Control, McGraw-Hill, 1994.

Student Support

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