TCC - Engenharia Elétrica (UACSA)
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Item Análise do impacto da geração distribuída sobre um sistema de proteção de sobrecorrente aplicado ao alimentador teste de 13 barras do IEEE(2023-05-08) Silva Filho, Cláudio Paz da; Araújo, Marcel Ayres de; http://lattes.cnpq.br/0669410110930611; http://lattes.cnpq.br/1775969653837163O constante crescimento do consumo de energia elétrica, aliado à necessidade de utilização de novas formas de geração, traz grandes desafios ao tradicional Sistema Elétrico de Potência (SEP), contexto no qual a busca pela modernização do mesmo tem se dado pelo desenvolvimento e implementação de fontes de Geração Distribuída (GD) e das Redes Elétricas Inteligentes (REIs), ou Smart Grids. Nesta conjuntura, o objetivo geral do presente trabalho é o estudo e avaliação dos sistemas de proteção de redes de distribuição de energia frente aos impactos da conexão e desconexão de geradores distribuídos. Visando o desenvolvimento da pesquisa, incialmente, realizou-se o estudo teórico para embasamento sobre o funcionamento e requisitos básicos dos sistemas de proteção. Além disso, foi feito um estudo sobre a geração distribuída abordando os impactos causados pela sua conexão na rede, tais como bidirecionalidade do fluxo de potência, sobretensão, nível de desbalanço de tensão, etc. Conjuntamente, realizou-se o estudo e modelagem de geração solar fotovoltaica como fonte de GD, na qual empregaram-se dados reais de um módulo fotovoltaico para validar toda modelagem. Ainda na metodologia, objetivando realizar simulações para análise do comportamento do sistema de proteção frente a faltas e dos parâmetros de operação de rede de distribuição após a inserção da geração distribuída. Foram modelados no ambiente SIMULINK/MATLAB® o alimentador teste de 13 barras do IEEE e um sistema de proteção de sobrecorrente temporizado. Na sequência, foram realizadas simulações de vários cenários com variação na alocação da GD com diferentes níveis de potência, além da aplicação de faltas em diferentes pontos da rede. Posteriormente, teve-se um direcionamento de possíveis estratégias de melhoria da proteção da rede, abordando assuntos como mudanças no fator de potência da GD, visando evitar sobretensões no sistema, e utilização de dispositivos inteligentes para uma atuação mais assertiva dos relés. Por fim, pôde-se concluir que o trabalho obteve êxito nas pesquisas e estudos propostos acerca dos impactos no sistema de proteção em redes de distribuição causados pela inserção de geração distribuída, visto que, em 38,71% das simulações, houve atuação do equipamento de proteção para falta reversa a ele.Item Desenvolvimento de um procedimento para testes e análises de proteção em IED SEL-751A com auxílio da maleta de testes CE-6710 em ambiente industrial(2024-06-07) Lima Júnior, Valdomiro Ferreira de; Araújo, Marcel Ayres deO desenvolvimento tecnológico tem desempenhado um papel crucial na transformação do Sistema Elétrico de Potência (SEP) e, consequentemente, na indústria, aprimorando os dispositivos de proteção para garantir maior continuidade e confiabilidade para o fornecimento de energia elétrica aos consumidores. Os Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (do inglês Intelligent Electronic Devices - IEDs) destacam-se como peças fundamentais na proteção de sistemas elétricos das concessionárias de energia, assim como em subestações e instalações de plantas industriais, promovendo automatismos e monitoramento em tempo real, e oferecendo funções de proteção visando a integridade operacional. Considerando a crescente complexidade dos sistemas elétricos dentro da indústria, a implementação de procedimentos robustos torna- se imprescindível para manter a integridade dos mesmos e a continuidade de seus processos, além de contribuir para a eficiência operacional. Dessa forma, o objetivo deste estudo é contribuir com o desenvolvimento de um procedimento de testes de proteção e ajustes de parâmetros para IEDs empregados no âmbito de aplicações para uma planta industrial tomando como base o IED SEL-751A, assim possibilitando um aumento de confiabilidade dos sistemas elétricos, análise investigativa acerca de possíveis problemas operacionais do dispositivo, e garantia da segurança operacional, refletindo diretamente na produtividade e no desempenho industrial. Para tanto, o trabalho propõe uma metodologia gradual para realizar testes no IED SEL-751A estabelecendo suas etapas, como a comunicação com o dispositivo, a configuração utilizando a maleta CE-6710, e os ajustes dos parâmetros por meio do software Conprove Test Center, afim de garantir a eficiência e a segurança dos testes. Essa abordagem inclui o teste de sobrecorrente 50/51, com análise de tempo e de pickup em relação aos parâmetros de proteção aplicados ao relé. Além disso, é apresentado um estudo de caso prático ocorrido na indústria, em que o procedimento é aplicado para investigar um incidente ocorrido com um relé Siemens SIPROTEC, modelo 7SJ62, demostrando a eficácia e aplicabilidade dos princípios delineados neste procedimento não apenas para o SEL-751A, mas também para outros dispositivos. Os resultados dos testes são então detalhados, incluindo as curvas de proteção e os dados obtidos para as simulações de falta, cujos valores são comparados com os valores reais e nominais de cada grandeza analisada, determinando se o relé é aprovado ou reprovado para cada cenário de falta, e atestando a funcionalidade do dispositivo.Item Desenvolvimento de um protótipo de medidor de energia elétrica para aplicação em redes elétricas inteligentes.(2022-10-12) Gomes, Clinton de Sousa; Araújo, Marcel Ayres de; http://lattes.cnpq.br/0669410110930611; http://lattes.cnpq.br/2029515617610539Devido às crescentes modificações no Sistema Elétrico de Potência, novas possibilidades de avanço das tecnologias de monitoramento foram surgindo e os conceitos e metodologias trazidos pelas redes elétricas inteligentes têm originado novas ferramentas e informações para as concessionárias. Para a implantação de uma rede inteligente é necessário a modernização de todo o sistema, sobretudo das técnicas de medição e monitoramento sobre o funcionamento e operação da rede para acesso a dados mais precisos e em tempo real para todos os envolvidos, possibilitando uma tomada de decisão mais rápida e aumentando assim a eficiência operacional. Neste contexto, o objetivo desse projeto é o estudo e desenvolvimento de um medidor trifásico bidirecional de energia elétrica que torne possível a concessionária acompanhar, em tempo real, o consumo de energia elétrica de suas unidades consumidoras. Com esse propósito, foram realizadas pesquisas para identificação de características operacionais e funcionalidades dos medidores inteligentes visando a definição dos requisitos do sistema e das ferramentas integrantes do projeto. Para tal, o objetivo desse projeto foi alcançado com êxito por meio do desenvolvimento dos sistemas de sensoriamento do medidor empregando o sensor ACS758 e transformadores de tensão que possibilitam a leitura das grandezas elétricas, monitoramento e comunicação por meio do microcontrolador ESP32, que possibilita o envio dos dados para o armazenamento em um banco de dados local e exposição dos mesmos em uma interface WEB. A partir das informações reunidas no corpo do documento, é realizada, ao final do trabalho, uma síntese sobre o ganho para a concessionária ao implementar um sistema como o proposto.Item Especificação e simulação de um protótipo de medidor inteligente para monitoramento de energia elétrica em redes inteligentes(2024-03-04) Sales, Alyson Lucas Ferreira; Araújo, Marcel Ayres de; http://lattes.cnpq.br/0669410110930611; http://lattes.cnpq.br/2489348703321990Em decorrência do crescente aumento do consumo de energia elétrica na sociedade moderna, a lacuna entre a oferta e demanda de eletricidade tem sido acentuada, gerando uma sobrecarga nas redes elétricas existentes e o aumento da produção de energia por meio de fontes não- renováveis, que impactam de forma negativa o meio ambiente. Estes e outros desafios emergentes se encontram em foco para adequar os sistemas elétricos de geração, transmissão e distribuição a demanda deste novo padrão de consumo, tendo a geração de energia por meio de fontes renováveis, a geração distribuída e as tecnologias da informação e comunicação aplicadas aos sistemas de medição como principais meios para fomentar a adaptação do sistema elétrico e abrir caminho para criação das redes elétricas inteligentes. Neste contexto, a presente pesquisa tem como objetivo principal o desenvolvimento de um protótipo de medidor inteligente de energia elétrica, de forma que um usuário com acesso à internet possa consultar as informações, em tempo real, das medições obtidas pelo equipamento situado no campo. Vale ressaltar que as informações fornecidas pelo protótipo devem possuir bidirecionalidade tanto na medição de potência quanto no fluxo de informações, de modo que o equipamento tenha a capacidade de enviar e receber informações de forma simultânea e de distinguir o fluxo de potência para melhor se adequar a aplicações em redes elétricas inteligentes. Durante o desenvolvimento do trabalho, inicialmente uma revisão bibliográfica foi feita para identificar os pontos cruciais na operação de equipamentos correlatos, como: características operacionais, método de processamento dos sinais, protocolos de comunicação adotados e métodos para coleta, armazenamento e exibição dos dados; com o intuito de desenvolver um protótipo que mantém sua contemporaneidade frente aos crescentes avanços tecnológicos na área, e principalmente, com o foco no custo benefício, visando sua implementação prática decorrente de projetos futuros com versões aprimoradas. Como resultado do trabalho, foram projetadas as partes de hardware e software do protótipo. O hardware inclui a fonte de alimentação, o método de medição, o sistema de condicionamento de sinais de tensão e corrente, o microcontrolador e o protocolo de comunicação. Já a parte de software abrange o tipo de banco de dados, o algoritmo de comunicação, uma interface para consulta e disponibilização dos dados medidos e o algoritmo de medição.Item Estudo de métodos para o dimensionamento do sistema de armazenamento de energia de um veículo elétrico tipo fórmula(2024-03-05) Alves, Adriany Fabrícia Silva; Araújo, Marcel Ayres de; http://lattes.cnpq.br/0669410110930611; http://lattes.cnpq.br/3796261196279460Diante da necessidade de redução de emissões de dióxido de carbono e visando a diminuição cada vez mais da frota de veículos a gasolina, entre outros derivados do petróleo, na tentativa de amortecer os danos da poluição causados ao meio ambiente, tem-se a implementação de Veículos Elétricos (VEs). Eles são um conceito geral de meio de transporte que aproveita o motor elétrico como o atuador de tração, e um dos principais tipos de VEs são os que utilizam bateria como um sistema de armazenamento de energia, também conhecidos como BEVs (Battery Electric Vehicles). Os BEVs são considerados uma solução que tem o potencial de atenuar as emissões de gases de efeito estufa e reduzir a utilização do petróleo no setor de transporte, evitando crises energéticas. Os VEs, apresentam uma evolução tecnológica de transformação da energia elétrica em movimento, que por consequência, tem aumentado o interesse pela propulsão elétrica para os automóveis nos últimos anos. Os mesmos, são projetados para serem competitivos em relação ao custo-benefício com veículos convencionais nos próximos anos. Diante de sua importância, este trabalho aborda um contexto significativo de crescimento da frota dos veículos elétricos a bateria no Brasil, desde suas características tecnológicas, seus desafios, potenciais problemas e benefícios, passando por seu sistema de transmissão de energia, e sua dinâmica de funcionamento. Posterior aos embasamentos teóricos e toda referência bibliográfica pesquisada, tem-se como principal objetivo, o estudo de dimensionamento desse sistema de armazenamento voltado aos BEVs aplicado a um VE do tipo fórmula. Como resultado, este estudo desenvolveu uma metodologia detalhada para dimensionar a potência, a força e a energia do veículo do tipo fórmula, baseada em uma análise aprofundada sobre o problema de roteamento de veículos elétricos, explorando suas diferentes variantes e possíveis abordagens de solução. Em seguida, procedeu-se ao dimensionamento do pack de baterias utilizando uma configuração série-paralelo empregada para suprir a potência exigida. Por último, a seleção da bateria foi conduzida por meio da análise estatística MCDA utilizando o método AHP-Gaussiano e AHP-Gaussiano com Correlação de Pearson, resultando na escolha da célula SLPBA096235 como tecnologia implementada, que demonstrou valores nominais em concordância e compatíveis com as principais especificidades relacionadas aos VEs do tipo fórmula para o sistema dimensionado.Item Estudo de viabilidade da implementação de um sistema de geração solar fotovoltaica on-grid em uma indústria(2023-05-03) Freitas, Camyla Bárbara Bezerra de; Araújo, Marcel Ayres de; http://lattes.cnpq.br/0669410110930611; http://lattes.cnpq.br/2611819918991355A matriz elétrica brasileira é composta em sua maior parte por fontes de energia renováveis, no entanto, mesmo com o crescimento da geração eólica e solar, ainda é extremamente dependente de hidrelétricas para o abastecimento de energia elétrica do país. Os grandes consumidores de eletricidade, especialmente as indústrias, têm potencial para contribuir para a expansão da geração de energia, tendo em vista a possibilidade de diminuir seu custo com as distribuidoras. Neste contexto, para o presente trabalho foram coletadas informações referentes ao consumo de energia elétrica em uma indústria no município de Ipojuca para desenvolvimento de um projeto de geração solar fotovoltaica on-grid. Foram estudados os diversos componentes de um projeto dessa natureza, bem como o dimensionamento e orçamento com uma empresa deste segmento específico. A partir do dimensionamento do projeto foi realizada simulação em software na região escolhida, e, somado ao orçamento, obtiveram-se os principais indicadores de viabilidade técnica e financeira para a instalação na indústria em análise. Dessa forma, o estudo realizado demonstra a possibilidade de existência de indústria com geração parcialmente autônoma sem grandes riscos financeiros e que contribuem para a expansão da matriz elétrica brasileira por com uso de fonte renovável.Item Estudo dos principais aspectos de manutenção em sistema fotovoltaicos on-grid(2021-03-04) Conrado, Deyvison Muniz; Araújo, Marcel Ayres de; http://lattes.cnpq.br/0669410110930611; http://lattes.cnpq.br/8030937685280342A diversificação da matriz elétrica brasileira representa um ganho em confiabilidade e disponibilidade de energia elétrica, no qual as energias renováveis têm desempenhado um papel cada vez mais importante para o setor energético brasileiro. A energia solar fotovoltaica, em especial, tem crescido consideravelmente nos últimos anos, em parte em virtude da redução de custos dos equipamentos para composição de sistemas fotovoltaicos de médio e pequeno porte, e sobretudo devido a possibilidade de compensação de energia, que permite que usinas fotovoltaicas conectadas à rede gerem créditos de energia para reduzir faturas dos seus titulares. Juntamente com o aumento de instalações, consequentemente cresce também a demanda por manutenção preventiva e corretiva desses sistemas. No entanto, poucos são os profissionais e as empresas integradoras que fornecem planos consistentes de manutenção para sistemas fotovoltaicos, ou mesmo que conheçam práticas recomendadas para executar os procedimentos adequados, o que representa um problema na confiabilidade, segurança e rentabilidade desses sistemas. Neste sentido, este trabalho visa discutir os principais aspectos da manutenção de sistemas fotovoltaicos de pequeno porte conectados à rede, comentando desde a elaboração de projeto até à instalação do sistema, destacando a relação dessas etapas com alguns aspectos da manutenção. São descritas boas práticas de manutenção preventiva, assim como a relação entre manutenção e produtividade das usinas. Por fim, são realizadas análises de estudos de caso com as quais pode ser avaliada a importância da execução de procedimentos adequados na instalação, operação e manutenção de sistemas fotovoltaicos.Item Modelagem de baterias de chumbo-ácido para sistemas de armazenamento de energia aplicáveis junto ao sistema elétrico de potência(2022-10-11) Lima, Yuri Chaves de; Araújo, Marcel Ayres de; http://lattes.cnpq.br/0669410110930611; http://lattes.cnpq.br/0669410110930611Sistemas de armazenamento de energia apresentam diferentes formas e configurações, podendo ser da forma elétrica, térmica, de recursos energéticos ou naturais, os quais necessitam de um mecanismo adequado de conversão dessa energia armazenada. Por englobar uma extensa área de aplicações, os estudos das tecnologias de armazenamento de energia ganharam destaque, e seu emprego em conjunto com o sistema elétrico têm se intensificado por tornar o fornecimento de energia elétrica mais confiável, atendendo de maneira mais racional os consumidores. O crescente uso de sistemas de armazenamento de energia por baterias tem impulsionado novas pesquisas por modelos matemáticos representativos do comportamento dinâmico da operação de carga/descargas de baterias, com foco em otimizar seus recursos energéticos. Este trabalho objetiva o estudo e implementação de um modelo matemático utilizando ferramentas computacionais para simular o comportamento de uma bateria de chumbo-ácido tendo em vista a crescente inserção de armazenamento de energia junto a geração distribuída no sistema elétrico. Para tanto, focando-se em baterias de chumbo-ácido, foram pesquisados modelos matemáticos levando em consideração sua complexidade computacional, nível de representatividade do comportamento dinâmico da bateria, e exatidão de resultados. Foi selecionado o modelo Jackey por pautar seu equacionamento em um circuito elétrico visando a influência de parâmetros fundamentais como tensão de circuito aberto, resistência, capacitância, estado de carga da bateria, e temperatura do eletrólito. A partir destas implementações computacionais, como resultado foram obtidas as curvas características da bateria chumbo-ácido, cuja comparação com curvas experimentais apresentou um erro menor que 1%, evidenciando a eficácia do método desenvolvido e implementado.Item Procedimento para testes em sistemas de proteção de barras: arranjos barra dupla com disjuntor simples a quatro chaves(2022-06-06) Lima, Thiago Lucas dos Santos; Araújo, Marcel Ayres de; http://lattes.cnpq.br/0669410110930611; http://lattes.cnpq.br/3741381872777674Os barramentos das subestações são de grande importância para todo sistema elétrico de potência, pois são responsáveis pela conexão de vários equipamentos, assim uma falta no sistema pode causar uma grande indisponibilidade de energia. Neste contexto, uma metodologia para testes quando implantado um novo sistema de proteção de barras pode contribuir de maneira significativa, a fim de garantir que o sistema opere de maneira satisfatória, minimizando as falhas por erro humano que podem acontecer em todo processo de montagem ou implementação de lógicas e dando confiabilidade a todo sistema. Neste sentido, este trabalho apresenta uma metodologia de comissionamento e integração de sistemas de proteção de barras para subestações com arranjos barra dupla com disjuntor simples a quatro chaves. Para tanto, foram descritas as etapas dos testes a serem realizados, detalhando-os para melhor entendimento do leitor e possibilidade de aplicação prática, como o realizado em 3 aplicações em subestações de energia. Nessas aplicações foi possível identificar falhas que poderiam causar sérios problemas, como atuação indevida da proteção e até não atuação quando requerida.