O ANAFAS é um programa para solução de faltas
de diversos tipos e composições, utilizado
principalmente em sistemas de grande porte
Suas principais características são:
• Facilidade
e flexibilidade na definição dos
casos;
• Grande
capacidade, permitindo a solução
direta de curto-circuitos em sistemas elétricos
de grande porte;
• Permite
a modelagem fiel do sistema elétrico,
com a possibilidade de representação do
carregamento pré-falta;
• Execução de estudos macro (conjunto de casos
gerados automaticamente) especificados pelo
usuário;
• Solução
orientada a ponto de falta (cujo
relatório de resultados apresenta as tensões e
as correntes de falta e de contribuição) ou à
ponto de monitoração (cujo relatório de
resultados apresenta o valor das grandezas
definidas pelo usuário);
• Cálculo de equivalente de curto-circuito;
• Estudo de superação de disjuntores;
• Uso
interativo, com interface amigável e
configurável pelo usuário, baseada em
“menus”
com
“help”
contextual
e
memorização das preferências;
• Baixos requisitos de hardware e de software.
O Algoritmo geral de solução, para qualquer
situação, segue os seguintes passos:
• Construção do equivalente em coordenadas de
sequência referentes às barras envolvidas na
falta;
• Alterações balanceadas nos equivalentes
(criação das barras fictícias devido às aberturas
e às faltas intermediarias);
• Construção do equivalente trifásico contendo
somente as barras afetadas pela falta;
• Alteração
do equivalente trifásico para
representar as alterações desbalanceadas
referentes às faltas
• Solução do equivalente trifásico
• Transformação novamente para os equivalentes
em componentes de sequencia, obtendo
injeções correspondentes às correntes de curto
• Obtenção, a partir das injeções de corrente,
das tensões pós-falta em todas as barras do
sistema desejado
No passo 1, os equivalentes são modelados por
duas matrizes cheias de dimensões reduzidas,
uma assimétrica para a sequencia positiva e uma
simétrica para a sequencia zero
No construção dos equivalentes e para a
obtenção das tensões pós-falta, são utilizadas
técnicas de vetores esparsos, que garantem a
eficiência computacional do algoritmo de
solução
Com isso, o tempo total gasto na simulação de
uma falta é quase independente do porte do
sistema, dependendo basicamente do número de
barras em que se deseja calcular grandezas pósfalta
As transformações fase-sequência e sequênciafase que são feitas no programa, utilizam as
seguintes expressões:
Vabc  T *V 012
Onde
V 012 = Vetor de tensões ou correntes de sequencia (0, 1, 2)
V abc = Vetor de tensões ou correntes de fase (a, b, c)
1 1
T  1 a 2
1 a
1
a 
a 2 
a  1120  0,5  j 0,866
V012  T 1 *Vabc
Onde
1 1
1
T 1  1 a
3
1 a 2
1
a 2 
a 
O sistema elétrico é modelado por redes de
sequência positiva e zero, através de 5 grupos de
dados:
• Dados de barra: identificação, tensão-base e préfalta (opcionais), etc.;
• Dados de circuito: identificação, tipo de circuito,
resistência e reatância de sequência positiva e zero
(em %), etc.;
• Dados da mútua: identificação dos circuitos
acoplados, resistência e reatância de acoplamento
(em %);
• Dados
de shunts da linha: identificação do
circuito com shunts de linha, potência reativa
gerada por cada shunt, etc.;
• Dados
de MOVs (Varistor de Óxido Metálico):
identificação do circuito protegido, corrente
de proteção, etc.
Quanto a classificação dos ramos de circuito, o
ANAFAS permite faze-lo em 6 tipos:
• Linha;
• Trafo (ramo serie e ramo shunt);
• Gerador;
• Capacitor – serie;
• Capacitor /reator shunt (ligados a uma barra);
• Carga (impedância constante);
Essa classificação pode ser definida pelo usuário
ou pelo ANAFAS
O programa também permite a especificação da
base da potência trifásica (MVA) do sistema, e a
especificação da tensão-base dos diversos
subsistemas
Com relação à
classificados em:
eventuais
erros,
eles
são
• “avisos” – se refere a situações que podem ser
resolvidas pelo ANAFAS;
• “erros” – invalidam a modelagem do sistema;
É possível representar os sistemas com
carregamentos pré-falta. Isso permite resultados
(correntes e tensões durante a falta) mais
próximas da realidade, já que nesse caso, usa-se
uma modelagem mais fiel do sistema.
Deve-se porem, tomar alguns cuidados:
• O sistema deve ser representado da maneira
mais próxima possível da representação
utilizada no load-flow no qual se buscou as
tensões pré-falta;
• Recomenda-se
que as cargas sejam modeladas
como impedâncias constantes. Caso contrario,
apareceram injeções de correntes constante
em modulo e ângulo.
O programa calcula automaticamente as
tensões internas pré-falta de todos os geradores
do sistema. As quedas de tensões são calculadas
a partir da reatância sub-transitória de
sequência positiva. Essas tensões permanecem
constante durante a simulação de qualquer falta
Caso não se use as tensões pré-falta, todas as
tensões internas serão iguais a tensão de
referência
O ANAFAS possui grande capacidade, permitindo
a modelagem completa e detalhada de grandes
sistemas. Seus principais limites são:
• 20000 barras;
• 60 circuitos por barra;
• 40000 circuitos, incluindo:
• Ate 20000 ramos de transformadores;
• Ate 80000 ramos geradores.
• 8000
acoplamentos (impedâncias mútuas),
envolvendo ate 8000 linhas;
• 4000 grupos de acoplamentos, cada um com
ate 30 linhas;
• 160 proteções MOV (Varistor de óxido
metálico).
Caso o limite seja ultrapassado, o ANAFAS
reporta o erro e impede a leitura do caso
Os dados do sistema podem ser fornecidos através de
um arquivo texto (arquivo “primário”) editado pelo
usuário, ou de um arquivo binário (arquivo
“histórico”), criado pelo ANAFAS
Com relação ao arquivo primário, ele pode ser escrito
em 2 formatos: PECO ou ANAFAS
• O formato PECO é baseado no do programa Network
Fault Analysis. Nesse caso, o ANAFAS lê um arquivo
de dados desse programa sem alteração nos dados,
requerendo apenas que o bloco de dados da barra
preceda o de dados do circuito;
• O Formato ANAFAS permite uma representação
mais realista do sistema elétrico. Nesse caso, é
considerado as tensões pré-falta, incluindo a
modelagem da capacitância das linhas,
equipamentos shunt, cargas tipo impedância ou
corrente constante, trafos com tap fora da
posição nominal, defasagem, etc..
O Anafas prove diversos tipos de relatórios de dados,
que podem ser consultados interativamente ou
gravados em arquivo
• Sumário de Dados: estatística dos elementos do
sistema. Indica também os limites do programa e
estatísticas das matrizes de representação e índices
de esparcidade;
• Relatório de Barras; dados da barra, como nome,
número, tipo, tensão pré-falta, referência ângular,
base de tensão, capacidade de interrupção do
menor disjuntor e número da área à qual pertence;
• Relatório
de geradores: dados dos ramos de
circuito
identificados
como
geradores,
incluindo a tensão interna (atrás da reatância);
• Relatório
de circuitos: Dados dos ramos do
circuito, ordenados por barra. Informa também
os dados de capacidade de interrupção de cada
terminal do circuito;
• Relatório
de transformadores: Dados dos
ramos de circuitos identificados como
pertencentes a transformadores;
• Relatório da mútuas;
• Relatório de Grupos
de Mútuas: dados dos
blocos de circuitos acoplados direta ou
indiretamente;
• Relatório
de Impedâncias e Admitâncias
Primitivas: Matrizes de impedância e
admitância primitivas de sequencia zero
(blocos diagonais simétricos);
• Relatório
de Impedância da Barra: apresenta
a diagonal da matriz de impedância de barra
de sequência positiva e zero ;
• Relatório
de Injeções de corrente Pre-falta:
Só são apresentadas as ocorrências acima do
limite definido pelo usuário;
• Relatório
de Fluxo Pre-falta: fluxo de
corrente e potência pré-falta nos circuitos;
• Relatório
de Níveis de Curto-Circuito:
fornece, para as barras selecionadas, o módulo
e o ângulo dos níveis de curto-circuito;
• Relatório
de Dados de Curto-circuito: para as
barras selecionas, fornece as impedâncias
equivalentes de sequência zero e positiva, os
níveis de curto-circuito total trifásico e
monofásico, módulo da tensão fase-neutro da
fase sã e a condição de aterramento;
• Relatório de capacitores série protegidos por
MOV;
• Relatório de Modelos de Linhas para
Religamento Monopolar: Fornece o modelo PI
equivalente de sequência positiva para 5 casos
de abertura monopolar (abertura dupla, simples
de barra “de”, simples de barra “para”,
abertura com aterramento barra “de”, abertura
com aterramento barra “para”) Esses dados são
utilizados em programas de análise de
transitórios eletromecânicos, como o ANATEM;
• Relatório de Shunts de Linha;
• Relatório de Elementos Zbarra:
dados de
elementos de sequência zero, positiva e
negativa da matriz de impedância da barra;
Todos os relatórios, exceto do Sumário de
Dados, podem ser completos ou orientados a
barra, ou seja, contendo somente as ocorrências
ligadas às barras definidas pelo usuário
O ANAFAS suporta os seguintes modelos de
defeitos:
• curto-circuito
shunt em barras e em pontos
intermediários de circuitos;
• Curto-circuito série;
• Abertura de fases;
• Remoção de circuitos.
Curto Circuito Shunt
O curto-circuito shunt é uma ligação, sólida ou
através de impedância, entre fases ou entre fase
e terra
Os tipos básicos de falta shunt sólida são: FT, FF,
FFT, FFF. Essas faltas podem ser especificadas de
forma direta.
Os curto-circuitos não sólidos, são definidos pelo
usuário através de um conjunto de impedância
(R+jX)
Os curto shunt podem ser aplicados nas barras e
em pontos intermediários da linha de
transmissão. Nesse caso, a localização da falta é
definida como um percentual do circuito, a
partir da barra definida como barra de origem
(barra “de”)
Curto-circuito Série
Os curto-circuitos serie são ligações solidas (“by
pass” através de um ramo de circuito
Tipicamente, o curto-circuito série é aplicado
em capacitores série, mas também pode ser
especificado para transformadores (curto entre
níveis de tensão)
Abertura de fases
Abertura é a interrupção do ramo de circuito,
junto à barra ou em um ponto intermediário de
uma linha de transmissão. As aberturas pode ser:
simples, com aterramento e associadas a curtocircuito shunt
No caso de aplicação em pontos intermediários,
a localização da falta é definida em percentual
do circuito, à partir da barra de origem. A barra
fictícia mais próxima da barra definida como de
origem na especificação da falta, é designada
como barra de abertura e a outra como barra
interna
Remoção:
É a retira completa de um ramo do circuito e dos
respectivos acoplamentos. Essa remoção é
temporária, só existe na simulação da falta
Obs.: As barras fictícias necessárias para
simulação das aberturas e curto-circuitos
intermediários são criadas pelo ANAFAS e só
existem durante a simulação da falta
O ANAFAS suporta 3 tipos de estudo:
• Estudo
individual – cada caso consiste de 1 ou
mais
faltas
simultâneas,
especificadas
diretamente pelo usuário;
• Estudo
macro – cada caso consiste de 1 única
falta, aplicada sobre 1 barra ou em um ponto
intermediário de 1 circuito e que pode ser
associada a 1 contingencia simples, dupla ou
tripla;
• Estudo
de superação de disjuntores – detecta
disjuntores com capacidade de interrupção
superada ou próximos de serem superados.
Estudo Individual
Nesse modo de estudo, o usuário especifica
diretamente cada caso, composto por 1 ou mais
faltas simultâneas, com os seguintes limites: 8
circuitos shunts + 3 circuitos série + 10 remoções
e/ou aberturas ou 3 faltas intermediárias. Cada
ramo poderá conter até 2 barras fictícias
Estudo Macro
Esses casos são gerados pelo ANAFAS, através de
combinações de tipos de curto-circuitos, pontos de
falta e contingências, definidas pelo usuário
Conjunto de curto-circuitos: É formado pela seleção
de curto-circuitos sólidos previamente definidos.
Conjunto de pontos de faltas: As faltas podem ser
aplicadas sobre barras ou em pontos intermediários
de circuitos
Contingências: podem ser simulados os seguintes
tipos de contingência: desligamento dos terminais
adjacentes, remoção dos circuitos adjacentes, curto
circuito no fim das linhas adjacentes, religamento
dos circuitos adjacentes e/ou acoplados e remoção
dos circuitos adjacentes e/ou acoplados
Estudo de superação de disjuntores
Esse estudo tem como objetivo principal
detectar disjuntores com problemas de
superação. Esse estudo é feito em duas etapas:
na primeira, é feito uma análise preliminar, onde
é comparado o nível de curto circuito total de
cada barra com seu disjuntor de menor
capacidade de interrupção de corrente
simétrica. Na segunda etapa, são executadas
simulações para encontrar o maior valor de
corrente que pode circular por cada terminal de
circuito das barras suspeitas
Dados para o estudo
Para a primeira etapa, o programa necessita da
menor capacidade de interrupção de corrente
simétrica de cada barra de interesse. Na
segunda, é necessário fornecer as capacidades
de interrupção dos disjuntores em cada terminal
de circuito a ser analisado
Os dados das capacidades de interrupção de
cada terminal de circuito são fornecidos ao
programa através do bloco de dados de circuito
(código 37). A menor capacidade de interrupção
de cada barra será deduzida automaticamente
pelo programa a partir das capacidades de cada
terminal do circuito
Na primeira etapa do estudo, é realizado um estudo
macro no conjunto de barras desejado. São simuladas
faltas trifásicas e monofásicas nessas barras. Após
isso, os níveis de curto circuito totais são comparados
com o disjuntor de menor capacidade da barra. As
barras suspeitas, que ou estão com valores de curto
circuito próximo ou maior que o do disjuntor de
menor capacidade, são selecionas para irem para a
segunda etapa do estudo
Na segunda etapa, para as barras suspeitas, são
realizados 3 condições de falta, tanto monofásico
como trifásico:
(1) Um curto na barra e com isso, se verifica a
contribuição do circuito;
(2) Um curto na saída da linha;
(3) Um curto na saída da linha, enquanto o outro
terminal do circuito está com as 3 fases abertas.
Após essas análises, o maior valor de corrente de
contribuição de cada terminal de circuito será
comparado com a capacidade de interrupção de
corrente simétrica do respectivo disjuntor,
Circuitos com percentual de superação acima de
100%, terão a indicação SUPERADO e entre 90 e
100%, ALERTA
Para o relatório de saída, o ANAFAS permite a
configuração desse relatório de maneira mais
conveniente para o usuário
Equivalente para Curto-Circuito
O cálculo de equivalente é útil quando desejamos
realizar estudos apenas em uma região do sistema
elétrico, sem interesse no que acontece fora dessa
área
O efeito do sistema externo nas grandezas na área
externa é realizado através de ligações equivalentes
Para o cálculo do equivalente, o usuário define um
valor máximo (Zmax) de módulo de impedância.
Acima desse valor, as ligações equivalentes são
desprezadas
O valor de Zmax dependerá da necessidade de cada
usuário. O valor de Zmax ira determinar qual o erro
máximo de módulo e ângulo das impedâncias
equivalentes, tanto na sequência positiva como na
sequência zero
Após o cálculo de um equivalente, o programa
informa uma estatística que contém, além dos
erros máximos, o número de circuitos
equivalentes série, shunt e totais de barra,
circuitos e grupos que sobraram na área retida.
Zmax(pu) # Circuitos
serie
criados
# Circuitos
série
desprezados
Erro max
(%) seq.
Positiva
Erro máx
(%) seq.
zero
9999
106
14
0,03
0,01
999
89
31
0,05
0,02
99
70
50
0,33
0,35
33
56
64
1,25
1,00
9
48
72
3,75
2,31
Comparação de configurações
A ferramenta de comparação de configurações foi
implementada com o objetivo de facilitar a tarefa de
comparação entre dois diferentes arquivos de dados,
como por exemplo, um arquivo antes e depois de ser
editados para alterações.
A comparação é feita em três blocos: dados de barra,
de circuito e da mútua. Para cada bloco são emitidos
dois relatórios: um com as diferenças encontradas e
outro com as ocorrências exclusivas do primeiro
arquivo
Evolução de Nível de Curto Circuito
Essa ferramenta é útil para facilitar a tarefa de
comparação entre duas configurações distintas de um
mesmo sistema. São comparados os módulos dos
valores (em pu) trifásico (seq. positiva) e monofásico
(seq. A) das correntes totais de curto circuito de cada
barra e das suas contribuições para a vizinhança
Nesse modo de estudo, são gerados seis relatórios.
O primeiro relatório, aparecem, para todas as barras
onde houve uma variação maior que um limite
fornecido pelo usuário, a identificação da barra, os
módulos das correntes totais de curto-circuito
trifásico e monofásico e as variações percentuais dos
módulos (trifásico e monofásico)
Os próximos dois relatórios, aparecem as
identificações das barras exclusivas da primeira e da
segunda configuração
O quarto relatório, aparecem as evoluções nas
contribuições de primeira vizinhança de todas as
barras do sistema
Os
dois
últimos
relatórios,
aparecem,
identificações das contribuições exclusivas
primeira e da segunda configuração
as
da