Classificação dos Barramentos do Sistema de Energia Elétrica

Definição e Classificação de Barras em Sistemas Elétricos

Em um sistema elétrico, uma barra é definida como um ponto de conexão, geralmente representado por uma linha vertical, onde vários componentes do sistema, como geradores, cargas e alimentadores, estão interconectados. Cada barra em um sistema elétrico é caracterizada por quatro quantidades elétricas-chave: a magnitude da tensão, o ângulo de fase da tensão, potência ativa (também conhecida como potência real) e potência reativa. Essas quantidades desempenham um papel crucial na análise e compreensão do comportamento e desempenho do sistema elétrico.

Durante os estudos de fluxo de carga, que visam analisar as condições operacionais de estado estável de um sistema elétrico, das quatro quantidades associadas a cada barra, duas são conhecidas, e as duas restantes precisam ser determinadas. Com base nas quantidades especificadas, as barras podem ser classificadas em três categorias distintas: barras de geração, barras de carga e barras de folga. Esta classificação ajuda na formulação e resolução das equações de fluxo de carga, permitindo aos engenheiros analisar efetivamente a operação do sistema elétrico, planejar a geração e distribuição de energia, e garantir a estabilidade e confiabilidade global da rede elétrica.

A tabela abaixo mostra os tipos de barras e os valores conhecidos e desconhecidos associados.

Barra de Geração (Barra de Controle de Tensão ou Barra P-V)

A barra de geração, frequentemente referida como a barra P-V, é um elemento-chave na análise de sistemas elétricos. Neste tipo de barra, dois parâmetros são pré-especificados: a magnitude da tensão, que se alinha com a tensão gerada, e a potência ativa (potência real) P, correspondente à classificação do gerador. Para manter a magnitude da tensão em um valor constante e especificado, a potência reativa é injetada no sistema conforme necessário. Como resultado, a geração de potência reativa Q e o ângulo de fase δ da tensão na barra P-V são as incógnitas que devem ser calculadas através de algoritmos de análise de sistemas elétricos. Este processo é crucial para garantir a estabilidade e o funcionamento adequado da rede elétrica, pois manter um nível constante de tensão é essencial para a entrega confiável de energia.

Barra de Carga (Barra P-Q)

A barra de carga, também conhecida como a barra P-Q, serve como o ponto de conexão onde a potência ativa e reativa são extraídas ou injetadas na rede elétrica. No contexto dos estudos de fluxo de carga, nesta barra, os valores de potência ativa P e potência reativa Q são especificados com base nas características das cargas conectadas. As principais incógnitas aqui são a magnitude e o ângulo de fase da tensão. Embora a tensão na barra de carga seja permitida variar dentro de um intervalo tolerável, tipicamente em torno de 5%, manter a tensão dentro desses limites é vital para o funcionamento adequado dos dispositivos elétricos conectados. Para as cargas, o ângulo de fase δ da tensão é relativamente menos crítico em comparação com a magnitude da tensão, já que a maioria dos aparelhos elétricos é projetada para operar efetivamente dentro de uma certa faixa de magnitudes de tensão.

Barra de Folga, de Balanço ou de Referência

A barra de folga desempenha um papel único e essencial nos sistemas elétricos. Diferentemente de outras barras, ela não fornece diretamente energia a nenhuma carga física. Em vez disso, atua como um reservatório de energia, capaz de absorver ou injetar tanto potência ativa quanto reativa no sistema elétrico conforme necessário. Na análise de fluxo de carga, a magnitude e o ângulo de fase da tensão na barra de folga são pré-definidos. Convenção, o ângulo de fase da tensão nesta barra é definido como zero, tornando-a um ponto de referência para todo o sistema elétrico. Os valores de potência ativa e reativa para a barra de folga são determinados durante a solução das equações de fluxo de carga.

O conceito da barra de folga surge dos desafios práticos dos cálculos de fluxo de carga. Como as perdas I²R dentro do sistema elétrico não podem ser previstas com precisão antecipadamente, torna-se impossível especificar exatamente a potência total injetada em cada barra individual. Ao designar uma barra de folga, os engenheiros podem equilibrar as equações de potência em todo o sistema, garantindo que os cálculos de fluxo de potência sejam consistentes e precisos. A convenção de ângulo de fase zero na barra de folga simplifica a modelagem matemática e a análise do sistema elétrico, facilitando uma compreensão mais direta das relações elétricas e trocas de potência na rede.