Modelagem de um transformador de potencial capacitivo para avaliação de comportamento em regime transitório

Abstract

Este trabalho apresenta os resultados da implementação de uma modelagem em regime transitório de um transformador de potencial capacitivo (TPC). Para isso, realizaram-se três etapas fundamentais: execução de ensaios elétricos no equipamento, para levantamento de parâmetros e da resposta em frequência; implementação de modelagem matemática linear e algoritmo de otimização, para estimativa de parâmetros não medidos; e implementação de modelagem não linear em programa para simulação de transitórios eletromagnéticos. Aborda-se, inicialmente, aspectos teóricos e construtivos relativos a TPCs, os quais permitem o entendimento das funções dos seus componentes. Apresenta-se também breve teoria sobre ferrorressonância e outros eventos transitórios que afetam o desempenho de TPCs. Além disso, discutem-se os principais parâmetros para a especificação, bem como alguns dos ensaios definidos em normas para TPCs. Posteriormente, expõe-se um levantamento bibliográfico de modelagens, tanto no domínio da frequência quanto do tempo. Então, discorre-se sobre os principais componentes não lineares e suas modelagens em programas para simulação de transitórios eletromagnéticos. Utiliza-se um modelo computacional desenvolvido em Matlab para a comparação de resultados, no domínio da frequência, obtidos em laboratório com os simulados a partir da utilização de parâmetros medidos e estimados. Com a consolidação dos valores dos parâmetros e do circuito a ser utilizado, implementa-se um modelo, em ATP, para estudos em regime transitório. A validação do modelo é realizada comparando-se os resultados da simulação com os obtidos em laboratório pelo fabricante do equipamento. Finalmente, simulam-se os ensaios de ferrorressonância e resposta a transitórios de acordo com a norma internacional IEC 61869-5. Os resultados demonstram que a metodologia utilizada neste trabalho é efetiva e pode ser utilizada quando não for possível realizar os ensaios de ferrorressonância e resposta a transitórios em laboratório ou ainda para a modelagem de TPCs para outros estudos transitórios em sistemas elétricos de potência.

Abstract: This report presents the results of the implementation of a transient regime modeling of a capacitive voltage transformer (CVT). For this, there are three main steps to be realized: execution of electrical tests on equipment for measurements of parameters and frequency response, implementation of linear mathematical modeling and optimization algorithm to estimate unmeasured parameters and implementation of nonlinear modeling in a program for electromagnetic transients simulation. Initially, theoretical and constructive aspects related to CVTs are approached, which allow the understanding of the functions of its components. A brief theory about ferroresonance and others transient events that affect the CVTs performance is also presented. In addition, the main parameters for the specification are discussed, as well as some of the tests defined in CVT standards. Afterwards, a bibliographic survey of modeling is presented, both in frequency and time domain. Then, it is discussed about the main nonlinear components and their modeling on electromagnetic transients programs. A computational model developed in Matlab is used to compare frequency domain results obtained in the laboratory with simulated ones using measured and estimated parameters. With the consolidation of the parameter values and the circuit to be used, an ATP model is implemented for transient studies. Model validation is performed by comparing the simulation results with those obtained in laboratory by the equipment manufacturer. Finally, it is performed simulations of the tests of ferroresonance and transient response in accordance with the international standard IEC 61869-5. The results show that the methodology used in this work is effective and can be used when it is not possible to perform the tests of ferroresonance and transient response in laboratory or for CVTs modeling for other transient studies in electrical power systems.