GpTD – Registro do seu Legado – Parte 4 – Laboratório Digital de Transmissão e Distribuição

Este post representa o quarto da série iniciada, a qual aborda o legado do GpTD (Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento da Transmissão e Distribuição da Energia Elétrica), construído ao longo de sua jornada. No presente post, será enfocado o laboratório digital de transmissão e distribuição de energia elétrica, viabilizado através de suporte financeiro oriundo do Projeto de Pesquisa CNPq – 554604/2010-8 [1].

DEFICIÊNCIAS ESTRUTURAIS

A construção do laboratório teve o propósito de melhorar a infraestrutura para a realização de pesquisas desenvolvidas nas áreas de transmissão e distribuição de energia elétrica, pelo grupo de pesquisa GpTD. Anteriormente à construção do laboratório, as atividades de pesquisa eram desenvolvidas em duas salas de professores, improvisadas, onde ficavam alocados os pesquisadores e os recursos de informática e bancadas para desenvolvimento de ensaios elétricos, conforme pode ser visualizado na Figura 1 e 2.

Figura 1 – Foto das instalações anteriores.
Figura 2 – Outro detalhe das instalações anteriores.

PLANEJAMENTO DO LABORATÓRIO

O local escolhido se encontra documentado na Figura 3, o qual se situa na área central do galpão de engenharia elétrica e a antiga sala de reunião do DEE/UFPE (ao fundo da foto). A ideia básica foi a construção de dois laboratórios: o de ensaios de alta tensão (LAT), no térreo, e o digital de transmissão e distribuição, no primeiro pavimento. O laboratório de ensaios será abordado, com maiores detalhes, no próximo post.

Figura 3 – Local onde foram construídos os dois laboratórios.

Nas Figuras 4 a 7 são registrados os projetos arquitetônicos e elétricos dos dois laboratórios. Na Figura 8, é registrado o termo de responsabilidade técnica pelo cálculo estrutural da laje que separa os dois laboratórios [1].

Figura 4 – Projeto arquitetônico do Laboratório de ensaios de AT (térreo).
Figura 5 – Projeto arquitetônico do laboratório digital de transmissão e distribuição (primeiro pavimento).
Figura 6 – Projeto elétrico do laboratório de ensaios em alta tensão (LAT).
Figura 7 – Projeto elétrico do laboratório digital de transmissão e distribuição.
Figura 8 – Termo de responsabilidade técnica estrutural da laje que separa os dois laboratórios.

Na Figura 9 é registrada foto do laboratório digital, concluído em agosto de 2014. Detalhes do LAT serão enfocados no próximo post.

Figura 9 – Laboratório digital de transmissão e distribuição já construído.

RECURSOS COMPUTACIONAIS AGREGADOS

Na composição de sua infraestrutura foram adquiridos os recursos de informática relacionados na Tabela 1.

Tabela 1 – Recursos de informática incorporados ao laboratório digital de transmissão e distribuição.

APLICATIVOS – SOFTWARES ESPECIALISTAS

Alguns importantes aplicativos foram adquiridos, com o propósito de dar suporte ás atividades de pesquisa desenvolvidas pelo grupo. Alguns deles estão detalhados a seguir.

PLS-CADD

O PLS-CADD é um aplicativo computacional desenvolvido pela Power Line, em 1984, com o intuito de dar suporte às atividades de projeto e locação de linhas aéreas de transmissão de energia elétrica [2]. O processo de locação de estruturas em uma linha de transmissão (LT) representa um item fundamental em um projeto de uma LT. É nesta etapa que todos os aspectos de segurança, preconizados por norma, devem ser criteriosamente incorporados. Nas Figuras 10 e 11 são ilustradas simulações realizadas com esse aplicativo [3] [4].

Figura 10 – ilustração de resultados de simulação realizada com o PLS-CADD [3].
Figura 11 – Resultados de simulações com o PLS-CADD [4]

AutoCAD

AutoCAD® é um software do tipo CAD — computer aided design ou desenho auxiliado por computador – criado e comercializado pela Autodesk, Inc., desde 1982 [5]. É utilizado basicamente para a elaboração de peças de desenho técnico em duas dimensões (2D) e para criação de modelos tridimensionais (3D), altura, largura e profundidade, sendo este recurso bastante utilizado, permitindo rotacionar o projeto de um automóvel, por exemplo, e ver a parte inferior, abrir suas portas ou motor e obter uma riqueza de detalhes de uma determinada peça. No GpTD, tem sido muito utilizado para modelagem de isolamentos elétricos [6] e espaçadores isolantes [7].

COMSOL MULTIPHYSICS

COMSOL Multiphysics® é um poderoso ambiente interativo para modelagem e resolução de diversos tipos de problemas da ciência e de engenharia [8]. Permite estender para modelos multifísicos, solucionando problemas com físicas acopladas de maneira simultânea. Para desenvolver esse tipo de aplicação não é necessário um conhecimento profundo em matemática ou análise numérica. Na resolução dos modelos, se utiliza a conhecida técnica de elementos finitos. Nas Figuras 12, 13 e 14 são ilustrados resultados de simulações através desse aplicativo [9] [10] [11] [12] [13].

Figura 12 – Ilustração do uso do COMSOL [9].
Figura 13 – Outra ilustração do uso do COMSOL [10].
Figura 14 – Ilustração do uso do COMSOL em estudos de cadeias poliméricas [11].

MATLAB®

O MATLAB® é uma linguagem de computação técnica de alto nível, a qual incorpora ambiente interativo para desenvolvimento de algoritmos, visualização de dados, análises gráficas e computação numérica. Pode-se usar o MATLAB® em uma ampla gama de aplicações, incluindo processamento de sinais e imagens, comunicações, design de controle, teste e medição, modelagem e análise financeira [14]. Na Figura 15 é ilustrada a aplicação do MATLAB® para avaliação da suportabilidade de isolador padrão em ambiente poluído [15] [16].

Figura 15 – Ilustração da aplicação do MATLAB® [15].

ATP

O ATP é um programa para simulação de sistemas elétricos, focado na simulação de transitórios eletromagnéticos em redes de sistemas polifásicos. Em sua rotina ATPDraw, o usuário pode construir um circuito elétrico, selecionando modelos predefinidos de componentes para os principais elementos de uma rede elétrica [17]. Nas Figuras 16, 17 e 18 são ilustradas aplicações do ATP para cálculo da distribuição de correntes em condutores diferentes em uma mesma fase de uma linha de transmissão ou tensões induzidas em cabos para-raios [18] [19].

Figura 16 – Resultados da aplicação do ATP [18]
Figura 17 – Ilustração de resultados obtidos na simulação [18].
Figura 18 – Tensões induzidas em cabos para-raios [19]

Vale salientar que infraestrutura computacional incorporada ao GpTD, tanto de hardware como de software, teve como fonte de recursos diversos projetos de P&D empreendidos conjuntamente com empresas de energia elétrica [20].

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O post retratou, portanto, a criação do Laboratório Digital de Transmissão e Distribuição do GpTD, detalhando o seu planejamento, projeto, estruturação e infra estrutura computacional. Algumas aplicações específicas foram ilustradas, fruto de diversas pesquisas de mestrado e doutorado empreendidas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Relatório Final do Projeto de Pesquisa CNPq 554604/2010-8. Desenvolvimento de Tecnologia para Diagnóstico Local e Remoto, Não Invasivo de Defeitos em Isoladores Poliméricos Utilizados em Distribuição de Energia Elétrica.

[2] POWER LINES SYSTEMS . Computer Aided Design and Drwaing (PLS-CADD). Version 10.64. Madison, WI. 2010.

[3] BEZERRA J. B. B., SILVA A. A. P., PESSOA L. V. G., BEÇA J. M. M., QUIJADA J. E. M. Recapacitação de Linhas de Transmissão. Desenvolvimento Sustentável do Sistema Elétrico. Editora BLUCHER. 2023.

[4] SILVA A. A. P. Desenvolvimento e Validação de Modelo para Recapacitação de Linhas de Transmissão Através de Tramos Mistos. Tese de doutorado. PPGEE/UFPE. 2020.

[5] DESK, A. Autocad user guide. 2013.

[6] FERREIRA V. A. L. Fundamentação Teórica e Experimental para Monitoração em Cadeia de Isoladores de Vidro com Base na Avaliação nas Variações de Sua Distribuição de Tensão. Dissertação de Mestrado. PPGEE/UFPE. 2019.

[7] ARCANJO A. M. C. Avaliação de espaçadores de 13,8 kV em Ambientes Contaminados. Dissertação de mestrado. PPGEE/UFPE. 2017.

[8] MULTIPHYSICS, C. Comsol multiphysics user guide (version 4.3 a). COMSOL, AB, p. 39–40. 2012

[9] SILVA S. H. M. Aplicação de Técnicas de Elementos Finitos para Mapeamento de Campos Elétricos sobre Cavidades Internas a Isoladores Poliméricos de 13.8 kV. Dissertação de mestrado. PPGEE/UFPE. 2013.

[10] LOPES B. R. F. Estudo da Criticidade de Cavidades Internas a Isoladores poliméricos. Dissertação de mestrado. PPGEE/UFPE. 2018.

[11] LOPES D. S. Estudo Computacional da Distribuição de potencial Elétrico ao Longo de Isoladores Poliméricos para Fins de Monitoração de Descargas Superficiais. Tese de Doutorado. PPGEE/UFPE. 2021.

[12] J. M. B. Bezerra, A. A. P. Silva, E. M. S. Neto, S. H. M. Silva and Z. D. Lins, “An experimental distribution line to develop a polymeric insulator monitoring system,” 2012 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, Montreal, QC, 2012, pp. 798-802. doi: 10.1109/CEIDP.2012.6378901.

[13] J.M.B. Bezerra ; S.H.M.S. Rodrigues ; B.R.F. Lopes ; D. S. Lopes ; V.A.L. Ferreira, “Evaluating failures of polymer insulators in Brazilian distribution networks”. IEEE Electrical Insulation Magazine ( Volume: 35 , Issue: 1 , January-February 2019 ). Page(s): 38 – 44. DOI: 10.1109/MEI.2019.8575685 .

[14] MATLAB, “The Language of Technical Computing”, Massachusetts, United States, The MathWorks, 2010.

[15] BEZERRA J. M. B. Caracterização de Atributos de Sinais para Utilização de Técnicas de Reconhecimento de Padrões na Avaliação do Isolamento de Instalações e de Equipamentos Elétricos. Tese de Doutorado. COPELE/UFCG. 2004.

[16] Bezerra, J.M.B.; LIMA, A.M.N. ; DEEP, G.S. ; COSTA, E.G. . An Evaluation of Alternative Techniques for Monitoring Insulator Pollution. IEEE Transactions on Power Delivery, v. 24, p. 1773-1780, 2009.

[17 ] DOMMEL H. W. ; METER, S. Eletromagnetic Transients Program (EMTP) / Alternative Transient Program (ATP). Version 2019. Portland, OR: BPA/Leuven EMTP Center (LEC). 2019.

[18] QUIJADA J. E. M. Recapacitação de Linhas Aéreas de Transmissão de Energia Elétrica Através da Incorporação de Condutor Adicional em Sub vãos. Dissertação de mestrado. PPGEE/UFPE. 2019.

[19] SILVA M. S. Eficientização de Linhas Aéreas de Transmissão de Energia Elétrica Centrada na Redução de Perdas em Cabos Para-raios. Tese de doutorado. PPGEE/UFPE. 2021.

[20] Blog Transmissão & Distribuição em Foco. Grupo de Pesquisa em Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica – GpTD. https://wordpress.com/post/transmissao108196393.com/503. 2020.

Publicado por Maurício Bezerra

Engenheiro eletricista, graduado pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), em 1975, Pós-Graduado em Análise de Sistemas de Potência, em 1982, pela Escola de Engenharia de Itajubá/MG, Mestre em Engenharia de Sistemas, pela UFPE, em 1995 e Doutor em Engenharia Elétrica, pela Universidade Federal de Campina Grande/PB, em 2004. Trabalhou como Engenheiro Eletricista, na Companhia Hidro-Elétrica do São Francisco, de 1975 a 1997 e como Professor e Pesquisador da UFPE, no período de 1997 a 2019, nas áreas de Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. Criou e lidera o Grupo de Pesquisas em Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica (GpTD), credenciado pelo CNPq, desde de 2007. Atualmente é Consultor Independente e membro do Colegiado do Programa de Pós Graduação em Engenharia Elétrica da UFPE.

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