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avaliação dos impactos da geração distribuída para

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1. Os elementos de interrup o devem possuir capacidade de abertura compat vel com o n vel de curto circuito ao qual ele estar conectado assegurando a elimina o da contribui o da GD para todos os tipos de faltas na distribuidora assim como a elimina o da contribui o da distribuidora para faltas em sua planta Na BC Hydro s o estabelecidos os tempos m ximos de abertura dos disjuntores tal como mostrado na Tabela 5 5 Nos normas das demais distribuidoras a solicita o que a abertura se d o mais r pido poss vel Tabela 5 5 Tempos m ximos de abertura do disjuntores Tempo de abertura requerido Concession ria AT MT 287 345 e 500 kV 2 ciclos BC Hydro 115 161 kV e 230kV 3 ciclos 8 ciclos 69 kV e abaixo 5 ciclos Outra premissa com rela o aos equipamentos de interrup o diz respeito proibi o de que o acessante energize inadvertidamente uma regi o desenergizada da concession ria Para cumprir esse requisito necess rio que o acessante instale rel s de tens o normalmente com fun o de subtens o 27 no terminal da concession ria e rel s de verifica o de sincronismo 25 no ponto de conex o Assim o restabelecimento da interliga o inibido nos caso de aus ncia de tens o no circuito da distribuidora o que conhecido como supervis o de linha morta ou ainda nos casos de falta de sincronismo entre a distribuidora e a unidade de GD Para os dem
2. Rel Descri o Fun o Distribuidoras Prote o contra faltas fase fase e fase Rel de dist ncia de 21 21N terra na distribuidora Cemig fase e neutro Para a MT opcional fun o 51V Permite paralelismo de circuitos BC Hydro Celesc Rel de verifica o quando ambos estiverem dentro de 25 Coelba CPFL Elektro de sincronismo limites prefixados de tens o frequ ncia Cemig Copel e ngulo de fase Prote o do acessante e do sistema da distribuidora contra subtens es BC Hydro Celesc Copel 27 Rel de subtens o Utilizada principalmente para assegurar Cemig CPFL Elektro e que condi es m nimas de atendimento Enersul a carga est o sendo observadas Limita o fluxo de pot ncia ativa Copel CPFL Cemig Rel direcional de 32 injetado ou consumido pelo Acessante Light Copel Elektro e pot ncia quando necess rio Enersul m Rel de sequ ncia Prote o do gerador do acessante BC Hydro Coelba Copel negativa contra correntes desequilibradas Celesc Cemig Elektro Rel de sequ ncia Prote o do gerador do acessante 47 Cemig Celesc Elektro de fase de tens o contra tens es desequilibradas Prote o que transfere a atua o da prote o para outros disjuntores Rel contra defeito 50BF quando ocorre falha de abertura do BC Hydro Copel disjuntor disjuntor principal que recebeu um comando de trip da prote o Rel sobrecorrente 50 50N instant neo Prote o contra
3. PCH X PCH Y N mero de geradores 2 2 Pot ncia de cada unidade geradora 12 8 7 8 MVA Imped ncia subtransit ria X d base de pot ncia m q 0 22 sat 0 21 sat pu Imped ncia transit ria X d base de pot ncia m q 0 26 sat 0 35 sat pu Imped ncia s ncrona Xd base de pot ncia da m q 1 01 sat 0 96 sat pu Imped ncias de sequ ncia negativa X2 base de pot ncia da m quina 0 19 sat 0 23 sat pu Imped ncias de sequ ncia zero X0 base de pot ncia da m quina 0 08 sat 0 05 sat pu Imped ncia de aterramento do gerador 798 798 ohms Tabela 4 5 Dados das linhas de interliga o com a concession ria SE A SEB SEB PCHY Comprimento 54 8 5 km Imped ncia de sequ ncia positiva 25 5 lt 80 2 72 lt 68 ohms Imped ncia de sequ ncia zero 85 8 lt 80 8 1 lt 75 5 ohms Tabela 4 6 Dados dos transformadores de conex o PCH X PCH Y Pot ncia nominal dos transformadores 26 88 16 88 MVA Imped ncia percentual do transformador 10 5 10 5 Base de pot ncia a qual a imped ncia se refere 21 5 13 5 MVA Tens o do enrolamento de alta 69 69 kV Liga o dos enrolamentos de alta Estrela Estrela Tens o do enrolamento de baixa 13 8 13 8 kV Liga o dos enrolamentos de baixa Delta Delta Para o caso exemplo 1 observa se que a soma da gera o dos acessantes em condi o normal de opera o totaliza 41 2 MVA ou 344 7 A no 69 kV No entanto a contribui o da menor m quin
4. Cabe ressaltar que o incremento no n vel de curto circuito depender do tipo de m quina que comp e a unidade de GD Para geradores s ncronos a contribui o depender da tens o pr falta das reat ncias subtransit ria e transit ria da m quina e das caracter sticas da excitatriz J geradores de indu o contribuem para faltas enquanto permanecem girando em fun o da tens o residual no alimentador Para estes geradores a contribui o duraria apenas alguns ciclos e determinada pela divis o da tens o pr falta pela reat ncia transit ria da m quina Mesmo que a dura o seja de apenas alguns ciclos esse tempo suficiente para fundir o fus vel e provocar descoordena o com os disjuntores religadores a montante 30 A contribui o dos geradores para as correntes de falta tamb m ser mais significativa em redes urbanas compostas por circuitos de baixa imped ncia do que em redes rurais caracterizadas por imped ncia altas e consequentemente n veis de falta menores 32 Em redes rurais a inser o da unidade de GD pode ser ben fica Isso porque em circuitos com alta imped ncia onde a corrente de falta muito similar condi o de carga uma eleva o do n vel do curto circuito resulta na possibilidade de melhor diferencia o entre as duas situa es e consegiientemente na melhor defini o do pickup do elemento de prote o Existem ainda v rias op es a serem utilizadas para redu o do
5. A configura o Y A poder ser aceita desde que o acessante disponibilize prote o para detec o 13 8 25 34 5 a g Light S A Ya de faltas fase terra no lado do tri ngulo do transformador atuando no disjuntor entrada e nas prote es internas para desconex o do gerador J para conex es em tens es superiores a 34 5 kV a que se atribui a denomina o de alta tens o AT existe menos regulamenta o e normas A raz o disso que nem todas as distribuidoras possuem sistemas com n veis de tens o de AT ou ainda porque as solicita es 106 de acesso est o mais concentradas na MT Outro fato relevante que os sitemas de AT n o possuem o mesmo n vel de padroniza o que os sistemas de MT sendo as an lises realizadas caso a caso Ainda assim se percebe a tend ncia brasileira de utiliza o da conex o Estrela aterrada concession ria Delta acessante provavelmente devido maior criticidade que pode vir a ser verificada caso ocorram sobretens es A Tabela 5 9 mostra os requisitos das distribuidoras com rela o forma de conex o dos enrolamentos do transformador de acoplamento das unidades de GD que se conectam na AT As distribuidoras Eletropaulo Elektro Enersul Iberdrola e Light n o atendem em tens o superior a 34 5 kV e por isso n o constam nessa tabela Tabela 5 9 Conex es do transformador de acoplamento para interliga o na AT Ten
6. Imped ncias de sequ ncia zero X0 0 075 sat 0 13 sat pu 55 Os dados referentes a linhas de distribui o e transformadores de conex o do caso exemplo 2 se encontram na Tabela 4 9 e na Tabela 4 10 Tabela 4 9 Dados das linhas de interliga o com a concession ria SEX SEY SEY PCHA SEY PCHB SEX SEY Comprimento 40 0 13 12 km Imped ncia de a a 27 5Z41 Desprez vel 7 1266 7 6522478 ohms sequ ncia positiva Imped ncia de E 71 2 64 5 Desprez vel 24 97715 7 23 1764 5 ohms sequ ncia zero Tabela 4 10 Dados dos transformadores PCH A PCHB 13 58kV Potencia nominal de cada transformador 26 88 16 88 5 MVA Imped ncia percentual do transformador 10 5 10 5 6 82 J Base de pot ncia a qual a imped ncia se refere 21 5 13 5 5 MVA Tens o do enrolamento de alta 69 69 69 kV Liga o dos enrolamentos de alta Estrela Estrela Delta Tens o do enrolamento de baixa 6 9 13 8 13 8 kV Liga o dos enrolamentos de baixa Delta Delta Estrela A Figura 4 9 ilustra o sistema em an lise no caso exemplo 2 56 PCHA PCHA B 9ky Bay B 9ky PCH B 6 9ky 13 8 E e Z_13 8 B9 kV 737 o 138W Z A3 8kv II 13 8kv as Te Disj Geral 13 8kY cias es Figura 4 9 Caso Exemplo 2 Ajuste da prote o de retaguarda durante indisponibilidade do disjuntor de 13 8 kV Devido liga o Delta AT Estrela
7. Diagrama de Componentes Sim tricas para Conex o do transformador de acoplamento Delta concession ria Estrela Aterrada acessante Fonte 27 No entanto durante curtos circuitos monof sicos caso ocorra a abertura do disjuntor da subesta o antes da desconex o da gera o o sistema deixar de ser solidamente aterrado e se mant m energizado atrav s da alimenta o do transformador Delta Estrela do acessante Conforme dito anteriormente o enrolamento em Delta bloqueia a circula o da corrente de sequ ncia zero praticamente eliminando a corrente que alimenta o curto e consegiientemente ocasionando sua auto extin o Nos casos em que a falta n o extinta ou para uma falta s lida a corrente de curto t o baixa alimentada somente pela capacit ncia fase terra distribu da da linha protegida ou ainda pela corrente de cargas que dif cil que as prote es de terra a detectem Nessa situa o verifica se o deslocamento do neutro e sobretens es em fun o do curto circuito caracter sticas de sistemas isolados Durante curtos circuitos monof sicos em sistemas solidamente aterrados o fato de que o potencial de uma das fases se iguala ao potencial de terra n o ocasiona problemas para as outras fases j que o neutro se manter com o potencial nulo Na Figura 3 15 as linhas cheias do diagrama fasorial representam o comportamento das tens es em um sistema solidamente aterrado durante faltas fase terra 33 2
8. Menor Tempo de atua o maior corrente 0 71 seg curto trif sico gera o m xima ES fo 5 k jill fa E fz 01 dado L 10 2 3 4 5 7 100 2 3 4 5 7 1000 CURRENT A Figura 4 7 Curva IEC VI rel 51 Tempo de atua o da prote o para condi es m xima e m nina de curto 52 Um dos equacionamentos poss veis para essas quest es passa pela prioriza o da situa o mais danosa para o sistema em detrimento das demais o que acaba por reduzir a confiabilidade da atua o dos esquemas de prote o Outra solu o mais efetiva refere se utiliza o de grupos de ajuste adequados a cada configura o Os rel s digitais j cont m m ltiplos grupos de ajustes que podem ser previamente configurados e alternados conforme necessidade operacional A sele o do grupo ativo pode ser realizada de forma autom tica em fun o por exemplo do estado do disjuntor aberto fechado ou ainda do n mero de m quinas e ou transformadores em opera o Tais automatismos requerem aten o e cuidado na sua utiliza o para que altera es indesejadas n o aconte am Contudo situa es nas quais o ponto de conex o do acessante est a quil metros de sua planta de gera o tornam mais complexas disponibiliza o de informa es sobre o estado dos equipamentos Isso acaba por elevar o custo dessa solu o podend
9. e Caso exemplo 6 Com a inser o de GD nos alimentadores os valores de curto circuito considerados para opera o do fus vel e religador ser o alterados O caso exemplo 6 mostrado na Figura 4 34 ir ilustrar as altera es a que a rede estar submetida durante um curto circuito dependendo do ponto de falta e da posi o da GD em rela o aos equipamentos de prote o PCHX 61 T4 O av PCHX O75MVA 13 8kV 4 Relig 3 PCHX 62 0 44 Cds 6 8km T8 CAA 40 Bana Barna3_deri Buy pinta id Barrad deriv 13 8kv PCHY_01 PCH Y 62 13 8 V Bana 1 13 8kV 0 38kv DIY PCHY_ 2 175MWw T2 5MVA 432 Y 138V Barras T4 13 8k 0 75MVA PCHY_61 t 10MW Fj Sana Barra8 13 8kV Relig Fus2 Figura 4 34 Caso Exemplo 6 Impacto da GD na prote o de MT Curto circuito em Fl Curtos circuitos no ponto Fl devem ser eliminados somente pela abertura do religador 2 No entanto principalmente em situa es de recusa de abertura do religador 2 a contribui o das GDs para a falta somada aus ncia de direcionalidade do religador 1 R1 e corrente de carga pode levar abertura indevida de R1 A abertura de R1 al m de interromper o atendimento de consumidores ou ocasionar ilhamentos indesej veis dificulta a localiza o da falta aumentando o tempo da interrup o e o custo de manuten es Curto circuito em F2 Considerando a filosofia de prote o coordenada a primei
10. lt Figura 4 8 Estrutura b sica dos esquemas de prote o adaptativa Fonte 40 Alguns princ pios s o adotados para estabelecimento de esquemas de prote es adaptativos sendo eles 42 e O sistema de prote o consiste de equipamentos distribu dos combinados em uma vasta rede de comunica o e Todos os equipamentos t m fun es de prote o tais como detec o de falta abertura etc e cooperam na adapta o das fun es de prote o em fun o das mudan as dos sistemas de pot ncia e O sistema de prote o tem habilidade de efetuar a coleta de dados de equipamentos com problemas assegurando confiabilidade e menos redund ncia e O sistema de prote o se auto organiza de acordo com as mudan as topol gicas do sistema de pot ncia ou problemas de comunica o Apesar dos benef cios apresentados pela prote o adaptativa como correta atua o das prote es perante qualquer condi o sist mica e redu o no tempo de elimina o de faltas sua utiliza o ainda restrita no cen rio nacional principalmente no que tange acessantes de gera o Isso acontece porque essa t cnica requer redes de comunica o dedicadas aonde a comunica o entre os agentes deve ser realizada com tempos da ordem de milissegundos havendo portanto baixa toler ncia s falhas durante a transmiss o de dados As concession rias t m dedicado esfor os e investimentos no sentido de tornar esse tipo de rede uma reali
11. o Distribu da ao Sistema da Copel Norma T cnica Liga o de Autoprodutores em Paralelo com o Sistema de Distribui o da CPFL CPFL S o Paulo Norma T cnica Liga o de Autoprodutores em Paralelo com o Sistema de Distribui o da CPFL 15 kV Norma ND 65 Liga o de Autoprodutores ou Produtores Independentes em Elektro S o Paulo paralelo com o sistema de distribui o de m dia tens o da Elektro NT 6 010 Requisitos M nimos Para Interliga o de Gerador de Consumidor Secund rio com a Rede de Distribui o da Eletropaulo Metropolitana com Paralelismo Moment neo NT 6 005 Requisitos M nimos para Interliga o de Gerador de Consumidor Eletropaulo S o Paulo Prim rio com a Rede de Distribui o da Eletropaulo Metropolitana com Paralelismo Moment neo NT 6 009 Requisitos M nimos para Interliga o de Gerador de Consumidor Prim rio com a Rede de Distribui o da Eletropaulo Metropolitana com Paralelismo Permanente E Mato Grosso Norma T cnica de Padroniza o NOR ENOEP 001 2009 Requisitos M nimos nersu do Sul para Instala o de Gerador por Particulares Iberdrola Espanha MT 3 53 01 Condiciones T cnicas de la Instalaci n de Autoproductores IEEE Std Estados IEEE Application Guide for IEEE Std 15477M IEEE Standard for Interconnecting 1547 Unidos Distributed Resources with Electric Power Systems Rei Informa o T cnica DAP 001 04 de Junho de 2004 Interliga o de io de Light ade Autoprodu
12. o de fontes renov veis de energia Na matriz energ tica brasileira as fontes renov veis respondem por 75 da gera o de energia el trica sendo elas Pequenas Centrais El tricas Termel tricas a Biomassa Energia E lica e Energia Solar Dentre as tecnologias de GD que utilizam combust veis f sseis cita se Motores de Explos o a Pist o Microturbina a G s e Motores Stirling No entanto a r pida e irrevers vel intensifica o da presen a da GD nos sistemas com a conex o cada vez mais frequente de acessantes em todos os n veis de tens o das distribuidoras tem impacto significativo no paradigma estabelecido de planejamento opera o e manuten o do sistema el trico Para prote o contra curtos circuitos a correta avalia o dos impactos ocasionados pela GD e a determina o de esquemas efetivos a serem usados passa pela compreens o das caracter sticas do sistema de pot ncia e do conhecimento das filosofias adotadas na m dia e alta tens o pelas distribuidoras Dentre as caracter sticas do SEP as mais importantes se referem s condi es de aterramento configura es da conex o da GD e as formas de liga o dos transformadores de acoplamento e seus respectivos aspectos positivos e negativos A altera o da premissa de opera o dos sistemas de distribui o originalmente concebidos para opera o de forma radial com apenas uma fonte e um sentido para o fluxo de potencia a principal raz o a que se at
13. o poder ser utilizada para eliminar faltas na rede quando em substitui o a fun o 51V Prote o que compara os ciclos Rel Salto vetor ou el tricos indicando se existe ou n o 78 deslocamento de Copel deslocamento de fase de tens o fase Utilizado para identificar ilhamento Prote o contra o atendimento de BC Hydro Celesc 81 O U Rel de frequ ncia cargas com n veis inadequados de Coelba Copel Cemig frequ ncia durante ilhamentos CPFL Elektro Prote o utilizada para detec o de ilhamento atrav s da detec o de Rel de taxa de varia es lentas de frequ ncia em 81 df dt varia o da Copel sistemas isolados sendo a diferen a frequ ncia entre pot ncia ativa gerada e consumida pequena 113 J a Tabela 5 11 mostra as fun es de prote o a serem alocadas no ponto de conex o do acessante A principal fun o dessas prote es eliminar a contribui o do acessante para faltas na distribuidora Tabela 5 11 Prote es exigidas pelas distribuidoras no ponto de conex o da GD Rel Descri o Fun o Distribuidoras Prote o contra faltas fase fase e Rel de fase terra na distribuidora BC Hydro AT Copel 21 21N dist ncia de fase Para a MT uma fun o opcional Cemig CPFL Celesc e neutro fun o 51V Permite paralelismo de circuitos BC Hydro Celesc Rel de quando ambos estiverem dentro de Coelba
14. Figura 4 21 L gica mudan a de grupo de ajuste devido estado da GD 14 Figura 4 22 Representa o da prote o de sobrecorrente direcional temporizada 67 pela associa o de um unidade de sobrecorrente temporizada 51 e de uma unidade direcional Figura 4 23 Diagrama fasorial da falta trif sica met lica em LT 138 kV 11 Figura 4 24 Regi o de opera o do rel direcional para ngulo de m ximo torque de 45 77 xi Figura 4 25 Regi o de restri o do rel direcional para ngulo de m ximo torque 45 78 Figura 4 26 Caso Exemplo 5 Impacto da GD na direcionalidade da prote o 67 80 Figura 4 27 Caso Exemplo 5 Diagrama fasorial e regi o de opera o da prote o 67 81 Figura 4 28 Caso Exemplo 5 Diagrama fasorial e nova regi o de opera o da prote o 67 Figura 4 29 Diagrama fasorial da falta monof sica err 82 Figura 4 30 Regi o de Restri o do rel direcional para angulo de m ximo torque 60 82 Figura 4 31 Coordenograma para prote o seletiva Fonte 37 tl 83 Figura 4 32 Esquema T pico Religador Fus vel utilizado em Alimentadores 83 Figura 4 33 Coordena o Religador Elo Fus vel rr 84 Figura 4 34 Caso Exemplo 6 Impacto da GD na prote o de MT 85 Figura 4 35 Pro
15. Percentual de contribui o em 50 2 49 8 fun o da corrente total Com a conex o da GD n o haver atua o da prote o de dist ncia em zona 1 para faltas alocadas no ponto correspondente a 90 da LT SE A SE D 138 kV Na atual configura o a zona 1 passa a compreender 84 da LT a ser protegida o que representa uma redu o de 6 no alcance da prote o Simulando a mesma falta trif sica citada anteriormente no ponto correspondente a 90 da LT SE A SE D 138 kV com a presen a da GD o novo m dulo da corrente de curto circuito corresponder a 2085 A o que representa um incremento de 2 Para essa atual configura o teremos os seguintes valores mostrados na Figura 4 18 e na Tabela 4 19 12 Tabela 4 19 Resultado simula o de curto trif sico a 90 da SE A sem GD TERMINAL A TERMINAL D PCH X Tens o 0 86 pu 0 09 pu 0 61 pu Contribui o de corrente 970 A 1019 105 A Percentual de contribui o em fun o 46 5 48 5 5 3 da corrente total Varia o em rela o configura o i i Sr 5 3 0 na qual a GD esta presente Atrav s dos resultados obtidos conclui se que um incremento de apenas 2 na corrente de curto com redu o de 5 da contribui o do terminal A em compara o a configura es com e sem a GD representou uma redu o no alcance de zona 1 de 6 Para compensar essa redu o ser aplicado um fator K imped ncia d
16. Tamb m n o facultado ao acessante reduzir a flexibilidade de restabelecimento do sistema devido a limita es de seus equipamentos ou ainda devido a um elevado tempo de recomposi o 5 2 Premissas B sicas de Prote o para Conex o dos Acessantes A complexidade das prote es a serem utilizadas em sistemas onde h unidades de GD depende de diversos fatores Dentre eles cita se o n vel de tens o de conex o a capacidade de gera o do acessante a configura o do sistema o tipo e o montante de carga al m de requisitos especiais da concession ria ou mesmo do pr prio produtor de energia 96 No entanto algumas quest es s o b sicas e devem ser observadas para se garantir uma boa qualidade da conex o entre acessante e concession ria sendo elas 34 Outros consumidores conectados ao mesmo ramal da unidade de GD n o devem ser submetidos a nenhuma degrada o do fornecimento de energia em virtude da presen a desse novo elemento A desconex o do acessante deve ser feita assim que condi es anormais de opera o forem verificadas Uma condi o anormal pode indicar que a unidade de GD est ilhada e portanto pode vir a ser submetida a condi es de sobrecarga ou religamentos fora de sincronismo al m de eventuais preju zos ocasionados por um atendimento das cargas fora dos padr es de qualidade estabelecidos Se o acessante for capaz de operar de forma ilhada necess rio que a tens o e frequ ncia
17. m s o afetados por esse efeito Conforme pode ser visto na Equa o 4 9 quanto maior a contribui o da GD maior o comprometimento ao adequado funcionamento da prote o 21 Para os rel s de dist ncia de neutro a avalia o da imped ncia medida pelo rel torna se mais complexa em fun o da presen a do fator de compensa o de terra conhecido como fator Ko A an lise da imped ncia de neutro medida em linhas de transmiss o nas quais foi inserida unidade de GD tamb m levar em considera o a Figura 4 14 mas dessa vez o terminal C ser submetido a uma falta monof sica cujo diagrama sequ ncia mostrado na Figura 4 16 66 LT T2 LT2 zo La A Iz O E Va E i Vari LT1 IM in LT2 2 In Z In Vaz E Varz LT LT1 2 I72 Zi I E Lo gt E V o E Vaso Figura 4 16 Diagramas de sequ ncia para sistema com tr s terminais submetido falta monof sica Sendo Var Vara Varo 3Rarco X Lao 0 4 11 Onde R rara Raro Bie a a e Vata a x Vo o rii ogi giS gLT Varo Vao Lo X Zo Lo XxZo Considerando que Z1 Z2 a Ly tem se que 67 Va tV ev Dl RA 2 RA o MZ 4 12 o Zoo 3RarcoX Lo Por um artif cio matem tico ser o acrescentados os termos mostrados abaixo VAa S Zee o 4 13 Zo Lia 4 14 Assim 7 ELL LTI LT1 LT1 r LT1 LT2 LT2 LT2 V Zi Ri Ad ZE do Ar Qir Tia LT2 yLT2 LTI ETI LT2 y LT2 Z Lo Zo Lo Zo Lo 3RarcoX Lao 0 7 xa LTiyLTI LTi
18. ncia a qual a imped ncia se refere 60 MVA Tens o do enrolamento de alta 69 kV Liga o do enrolamento conectado fonte Estrela Tens o do enrolamento conectado carga 13 8 kV Liga o dos enrolamentos de baixa Delta 80 No caso em an lise para prover adequada prote o para LT A B 69 kV mostrada na Figura 4 26 necess rio ajustar o tape do rel de sobrecorrente direcional de fase 67 alocado no terminal A com o menor valor de contribui o desse terminal para faltas no final da LT A B 69 kV Nessa configura o a corrente a ser ajustada corresponde a 207 A falta bif sica SE A SE B PCH X Figura 4 26 Caso Exemplo 5 Impacto da GD na direcionalidade da prote o 67 Para assegurar a opera o do rel o tape a ser utilizado leva em conta a divis o de corrente simulada por um fator empiricamente estabelecido em 1 5 Assim o tape da unidade de sobrecorrente de fase direcional 67 ser LL le a0 fag rim k 1 5 Tapes Observa se que a m xima gera o do acessante chega a 60 MVA ou 5304 o que equivale a um valor 3 8 vezes maior que o tape estabelecido para o rel 67 Portanto a habilita o da direcionalidade fundamental para permitir a utiliza o do tape adequado A unidade de fase do rel 67 foi ajustado para operar em uma regi o de 90 a partir do ajuste do ngulo da LT que no caso de 59 3 Assim a rea de opera o do rel compr
19. o existe o risco de ocorr ncia de elevados patamares de corrente transit ria 49 Apesar de pesquisas mostrarem a baixa probabilidade de haver perfeito casamento entre gera o e carga para que ocorra o ilhamento os danos potenciais que podem ocorrer fazem com que este assunto mere a especial aten o 50 Por isso associa es internacionais como o IEEE recomendam que os esquemas de prote o do acessante identifiquem condi es de ilhamento n o intencional e promovam sua desconex o em no m ximo 2 segundos 51 4 7 7 1 T cnicas de Detec o de Ilhamento O problema de detec o de ilhamento com confiabilidade visto como um dos aspectos mais desafiadores da conex o de gera o distribu da resultando assim em um n mero consider vel de pesquisas a respeito As t cnicas de protec o desenvolvidas podem ser classificadas em 17 e M todos Passivos tomam decis es com base na avalia o da forma de onda de tens o ou corrente do sistema e M todos Ativos tomam decis es com base nas medi es dos sinais injetados ativamente na rede por sistema de controle projetados para tal Esses sinais s o geralmente de alta frequ ncia e tem suas caracter sticas alteradas em fun o das condi es da rede M todos ativos permitem a detec o mais confi vel do evento independentemente de outros fen menos Embora haja um grande n mero de proposi es te ricas para m todos ativos a sua aplica o na pr tica t
20. o externa adequados para trabalhar com diferentes tipos de combust veis ou qualquer fonte de calor capaz de fornecer temperaturas da ordem de 650 C incluindo energia solar Conjuntos moto geradores utilizando tecnologia Stirling de 10 kW j se encontram em fase de comercializa o na Europa e devem estar no mercado internacional nos pr ximos anos Os motores Stirling s o compostos por sistemas selados com fluido inerte geralmente h lio ou hidrog nio A combust o acontece fora do motor e o calor transferido ao fluido de trabalho atrav s de um trocador de calor Esses motores v m sendo desenvolvidos para opera o com g s natural biomassa e tamb m em aplica es com energia solar No Brasil s o poucos os desenvolvimentos de que se tem not cia nessa rea al m de projeto experimental desenvolvido pela Cemig em parceria com a Universidade Federal de Itajub UNIFEN O principal desafio do desenvolvimento dos motores Stirling t m sido aumentar sua durabilidade e confiabilidade para longos per odos de opera o diminuindo seu custo 14 2 7 Interface das Tecnologias de GD com a Rede A energia obtida das diferentes tecnologias de GD sejam elas renov veis ou n o injetada na rede de distribui o atrav s de m quinas s ncronas microturbinas a g s m quinas de indu o e lica ou atrav s de conversores est ticos de pot ncia baseados em eletr nica de pot ncia c lulas fotovoltaicas 32 Portanto tais
21. pass veis de padroniza o assim como as melhores pr ticas relacionadas acessantes Para isso foram comparadas quest es como formas de conex o da GD ao SEP permitidas pelas distribuidoras requisitos de fun es de prote o ajustes das unidades de sobrefrequ ncia subfrequ ncia sobretens o e subtens o exig ncias relativas a equipamentos de interrup o do circuito forma de aterramento religamento autom tico manuten o dos equipamentos do acessante e ilhamento Finalmente algumas conclus es e sugest es s o dadas com o intuito de melhorar a funcionalidade e aplicabilidade de tais normas 131 7 TRABALHOS FUTUROS Tendo em vista que as quest es sobre GD envolvem diversas reas muitos s o os estudos que ainda podem ser aprofundados Quest es relativas a estabilidade do sistema de distribui o e estudos din micos mediante a alta penetra o de unidades de GD o refer nciamento das exig ncias de prote o ao efetivo comportamento de cada tecnologia de GD durante condi es de falta e o aprofundamento do conhecimento sobre as possibilidades de realiza o de ilhamentos intencionais ou n o intecionais s o apenas exemplos de pontos de aprofundamentos 132 8 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 FERREIRA Omar Campos O Sistema El trico Brasileiro Economia e Energia n 32 mai 2002 Dispon vel em lt http ecen com eee32 s
22. 2 3 13 se conclui que sobretens es no sistema ocasionadas pela manuten o da conex o da GD durante indisponibilidade da distribuidora na configura o mostrada na Figura 3 10 assume relev ncia quando a rela o carga gera o inferior a 0 5 e quando o acessante esta situado a poucos quil metros da subesta o da concession ria Nos demais casos a queda de tens o ocasionada pelo atendimento das cargas j impede o aparecimento de n veis de tens o perigosos para os equipamentos 3 3 2 Liga o Delta concession ria Estrela Aterrada acessante Em fun o da aus ncia de aterramento no lado da concession ria a conex o Delta concession ria Estrela aterrada acessante comporta se como um circuito aberto para correntes de sequ ncia zero ou de desequil brio n o influenciando na coordena o e sensibilidade das prote es de terra Assim a nica fonte de sequ ncia zero durante faltas com o envolvimento de terra ser a subesta o da concession ria A Figura 3 14 representa o circuito de componentes sim tricas para um curto monof sico entre o disjuntor da concession ria e o transformador de acoplamento Subesta o da Fonte da Concession ria Gerador Figura 3 14 Diagrama de conex o do transformador de acoplamento Delta concession ria Estrela Aterrada acessante Fonte 27 32 12 gt 0 v2s Diagrama de Sequ ncia Negativa Diagrama de Sequ ncia Zero Figura 3 14
23. 5 e 60 2 0 5 e 40 Eletropaulo 2 le15 3 1 25e35 Enersul Sem informa o Sem informa o 1 5 Iberdrola Sem informa o Sem informa o 1 1 Light Sem informa o Sem informa o 2 3e15 As recomenda es dos relat rios IEEE 1547 e Cigr WG B5 34 sugerem a utiliza o de tempos de RA entre 1 e 2 segundos No entanto os dados da Tabela 5 14 mostram que 50 das distribuidoras realizam seu primeiro RA com tempos entre 250 ms e 1 s para linhas de transmiss o Para alimentadores essa condi o n o diferente j que em 55 dos casos a primeira tentativa de RA tamb m ocorre com tempo menor que um segundo Portanto todo o processo de desconex o e bloqueio do acessante deve acontecer com um tempo menor que um segundo Como a eleva o do tempo de RA pode ser complicada em muitos casos outras solu es passam por submeter efetiva o do religamento a uma avalia o das condi es de energiza o do sistema que foi temporariamente desconectado Para isso algumas concession rias j utilizam rel s de verifica o de sincronismo ou ainda a supervis o de linha morta A supervis o de linha morta se baseia em um rel de sobretens o e assim como o rel de verifica o de sincronismo tem contatos ou l gicas que n o permitem a realiza o do RA caso as condi es n o sejam adequadas Assim o comando para religamento somente ser dado se a linha do acessante estiver desenergizada ou se houver sincron
24. 7uy Transient V3uy 3 2uy lt uy Uy 12uy Uy R Figura 3 15 Diagrama Fasorial Falta fase terra Fonte 25 Se no entanto o sistema for isolado o neutro ir se deslocar para o potencial da fase em falta ocasionando sobretens es nas demais fases que podem atingir transitoriamente 2 73 pu dependendo do ponto da sen ide em que as fases s s se encontravam Felizmente sobretens es transit rias da ordem de 2 73 pu raramente s o atingidas pois o momento do curto aleat rio e tem possibilidade muito baixa de coincidir com o pior instante Al m disso o fen meno transit rio envolve muitas frequ ncias de diferentes amortecimentos e instantes de picos que diminui a tens o m xima poss vel 25 Ainda assim sobretens es da ordem de 1 73 pu nos equipamentos conectados s duas fases s s podem ocasionar danos consider veis Por exemplo transformadores de distribui o conectados entre fase terra projetados para operar nessa faixa de tens o podem saturar P ra raios da classe de distribui o tamb m conectado fase terra podem conduzir Al m disso h problemas de qualidade de energia para os consumidores alimentados por esta linha e risco para seus equipamentos Esta condi o deve ser evitada ou minimizada permanecendo o menor tempo poss vel atrav s da r pida desconex o da gera o distribu da Em 26 foi proposto como solu o para desligar a GD durante faltas a utiliza o de prote
25. El trico inaugurado pela lei 9 427 96 instituiu a Ag ncia Nacional de Energia El trica ANEEL e definiu entre outras coisas as regras de entrada tarifas e estruturas de mercado As reformas setoriais promovidas pela reestrutura o se basearam em tr s pilares a introdu o de competi o nos segmentos de gera o e comercializa o de energia a cria o de instrumentos regulat rios para a defesa da concorr ncia nos segmentos competitivos desverticaliza o tarifas de uso de redes n o discriminat rias etc com garantia de livre acesso aos sistemas de energia el trica e por fim o desenvolvimento de mecanismos de regula o incentivada nos segmentos que permaneceram como monop lio natural tais como o fornecimento de energia no mercado cativo e transmiss o incluindo ainda mecanismos de regula o da rede de transmiss o 2 A nova legisla o de servi os p blicos definia regras espec ficas para as concess es dos servi os de eletricidade e reconheceu a figura do produtor independente de energia assegurando a ele o livre acesso aos sistemas de transmiss o e distribui o Com isso os grandes consumidores ficaram livres do monop lio comercial das concession rias No entanto essas medidas n o foram suficientes para promover o crescimento adequado do parque gerador do pa s em fun o do crescimento da demanda Em 2001 o pa s viveu a maior crise energ tica de sua hist ria O racionamento provocou um grand
26. Exemplos de ilhamentos na rede de distribui o de energia el trica Fonte 51 Havendo equil brio entre gera o e carga no momento em que a alimenta o principal fica indispon vel podem ocorrer ilhamentos n o intencionais em fun o de falhas na atua o da prote o do acessante para faltas na concession ria ou ainda quando as raz es que levaram a desconex o da distribuidora n o s o el tricas como nos casos de trip acidental A forma o de ilhamentos n o intencionais indesejada em fun o dos in meros problemas a que o sistema pode ser exposto Alguns exemplos desses problemas s o qualidade de energia incompat vel com os padr es exigidos e fora do controle da distribuidora redu o dos n veis de curto circuito o que ocasiona descoordena o das 89 prote es da regi o ilhada e risco de vida durante manuten es devido exist ncia de regi es energizadas n o previstas Al m disso ilhamentos n o intencionais interferem no restabelecimento da rede podendo ocasionar novos desarmes ou danos aos equipamentos da concession ria ou do acessante caso ocorram religamentos fora de sincronismo No caso da concession ria esses danos seriam ocasionados pela circula o de uma corrente transit ria superior ao n vel de falta para o qual o sistema de prote o da distribuidora foi dimensionado Alguns estudos est o sendo realizados a fim de mostrar que quando o tamanho da GD suficientemente pequeno n
27. Nordeste ocorre durante o per odo de menor disponibilidade h drica BE vaz o do Rio S o Francisco E Vento t pico do Litoral do Nordeste Velocidade do vento e Vaz o do rio dez Figura 2 4 Complementaridade entre a gera o hidrel trica e e lica Fonte Centro brasileiro de energia e lica CBEE UFPE 2000 Dispon vel em www eolica com br 15 2 5 4 Energia Solar Fotovoltaica A radia o solar pode ser convertida diretamente em energia el trica por meio de efeitos do calor e luz sobre determinados materiais particularmente os semicondutores Entre esses efeitos destacam se os termoel tricos e fotovoltaicos O efeito termoel trico se caracteriza pelo surgimento de uma diferen a de potencial provocada pela jun o de dois metais quando tal jun o est a uma temperatura mais elevada do que as outras extremidades O uso comercial dessa condi o tem sido impossibilitado pelos baixos rendimentos obtidos e pelos custos elevados dos materiais 11 J o efeito fotovoltaico decorre da excita o dos el trons de alguns materiais na presen a da luz solar Entre os materiais mais adequados para a convers o da radia o solar em energia el trica usualmente chamados de c lulas solares ou fotovoltaicas destaca se o sil cio Devido baixa tens o e corrente de sa da dessas c lulas elas s o agrupadas em paralelo ou em s rie formando m dulos A efici ncia de convers o das c lulas solar
28. a norma referente conex o em MT tamb m permite a conex o em qualquer configura o desde que seja instalado um religador no ponto de conex o Esse religador transferido sem nus para a empresa que passa a ser responsabilizar pela manuten o e opera o do equipamento A norma de conex o em AT encontra se em elabora o mas a tend ncia que tamb m n o seja permitida a conex o em tape Na Copel a defini o da forma de conex o depende da capacidade de gera o instalada do acessante sendo que para capacidades inferiores a 1 MW qualquer das conex es citadas pode vir a ser permitida enquanto gera es superiores a esse valor s podem se conectar atrav s de alimentadores ou linhas expressas Na Coelba CPFL Elektro Eletropaulo Enersul Iberdrola e na Light n o h especifica o precisa sobre a forma de conex o devendo as an lises serem realizadas caso a caso Em todas existe a exig ncia da presen a de um disjuntor de conex o Considera se que a determina o de crit rios pr vios nas normas de acesso que orientem sobre o arranjo a ser adotado para conex o dos acessantes uma maneira interessante de reduzir o tempo de an lise das solicita es em fun o da padroniza o das 100 possibilidades e tamb m precaver ao acessante sobre a possibilidade de que o investimento necess rio para sua conex o seja suficiente para atender ao estabelecimento de configura es mais complexas devidamente adequadas
29. compressor e aumento da temperatura do ar Outro esquema de montagem de microturbinas conhecido como de dois eixos formado basicamente de um gerador de g s que comp e o primeiro eixo e uma turbina livre que comp e o segundo eixo A vantagem desse tipo de configura o que o gerador g s est acoplado turbina livre somente por um acoplamento aerodin mico e portanto os esfor os da turbina livre n o s o absorvidos pelo gerador a g s Al m disso o gerador a g s pode ter rota es diferentes da turbina livre Configura es como esta nas quais os geradores trabalham com baixa rota o necessitam de uma caixa de redu o que tamb m produz perdas significativas Ainda sim essas perdas s o menores que as ocasionadas pelos geradores que trabalham em alta rota o 14 A efici ncia de convers o el trica das microturbinas est na faixa de 20 a 30 Em sistemas de co gera o a efici ncia el trica e t rmica combinadas pode alcan ar 85 do calor de processo As microturbinas j se encontram dispon veis comercialmente na faixa de pot ncia de 25 a 500 kW e podem ser alimentadas com g s natural ou combust vel l quido Estudos recentes mostram que esses equipamentos devem evoluir tecnologicamente em m dio prazo com aumento de efici ncia e da pot ncia espec fica seguido de redu es de custo 14 18 2 6 3 Motores Stirling Os motores Stirling s o classificados como motores alternativos de combust
30. da GD 113 Tabela 5 12 A es para evitar ou minimizar as consequ ncias de ilhamentos n o INTENCIONAIS Ss cases erro as tado do ES E do Lia ADIA CA DS O RD ca 126 1 INTRODU O A confiabilidade de um sistema de energia est intimamente ligada ao desempenho de seus esquemas de prote o No entanto o modelo de sistema el trico baseado em uma nica fonte de energia para o qual os esquemas de prote o contra curtos circuitos foi projetado vem sendo rapidamente alterado pela conex o de unidades de gera o distribu da GD Essa mudan a de paradigma representa um desafio para a forma tradicional de eliminar falhas do sistema e portanto requer uma an lise apurada dos impactos causados por essas conex es a fim de validar ou balizar a ado o de novas filosofias de prote o pelas distribuidoras Assim objetivo desse trabalho analisar como a conex o de acessante de GD tem ocorrido no sistema as pertuba es trazidas por essas conex es e as solu es e exig ncias das concession rias no sentido de tornar harm nica a conviv ncia do sistema el trico com esses novos agentes A metodologia utilizada neste trabalho se baseia na realiza o de uma revis o bibliogr fica com foco nos impactos ocasionados pela conex o dessas unidades de gera o aos esquemas de prote o das distribuidoras sendo realizados ainda estudos de caso que exemplificar o as quest es de prote o que devem ser observadas Para
31. de Diferen a de Diferen a de Tens o Diferen a do ngulo de fase gera o da GD Frequ ncia permitida permitida permitida 0 500 kVA 0 3 Hz 10 20 500 1500 kVA 0 2 Hz 5 15 1500 10000 kVA 0 1 Hz 3 10 Ressalta se que a sincroniza o na maioria das vezes uma preocupa o para geradores s ncronos que geram tens o antes da sincroniza o Por exemplo mesmo que um gerador de indu o atinja a velocidade s ncrona atrav s de uma unidade motriz externa antes de ser conectado em paralelo seu comportamento ser similar ao de um motor portanto n o haver gera o de valores de tens o preocupantes J as unidades de GD com tecnologia de inversores somente gerar o tens o ap s conex o com a rede Em resumo a tentativa de conex o da unidade de GD ao sistema s permitida caso a rede da concession ria tenha sido energizada e haja sincronismo Ainda sim pr tica das distribuidoras n o permitir que essa tentativa de conex o se d atrav s de um restabelecimento autom tico 104 5 3 3 Forma de Liga o do Transformador de Conex o A sele o do tipo de conex o dos enrolamentos do transformador de interconex o tamb m conhecido como transformador de conex o ou interliga o de fundamental import ncia nos estudos de impactos da conex o de geradores no sistema de distribui o No entanto n o existe uma conex o universalmente aceita como a melhor j que todas apresentam vantage
32. de GD com capacidade de absorver injetar reativos nos sistema inserida no sistema tal como acontece com geradores s ncronos rela o MW versus MVar altera o fator de pot ncia fazendo com que o ngulo de corrente visto pelo rel direcional habilite a atua o da fun o de sobrecorrente de fase 51 O caso exemplo 5 ilustrar essa quest o 79 e Caso exemplo 5 O caso exemplo 5 ilustra a influ ncia da conex o de GD na direcionalidade das prote es de sobrecorrente direcional 67 Os dados do sistema em an lise s o mostrados nas Tabela 4 21 Tabela 4 22 e Tabela 4 23 Tabela 4 21 Dados el tricos dos geradores GD N mero de geradores 2 Pot ncia de cada unidade geradora 31 7 MVA Imped ncia subtransit ria X d 0 19 sat pu Imped ncia transit ria X d 0 24 sat pu Imped ncia sincrona Xd 1 65 sat pu Imped ncias de sequ ncia negativa X2 0 24 sat pu Imped ncias de sequ ncia zero X0 0 05 sat pu Tabela 4 22 Dados das linhas de interliga o com a concession ria SE A SE B SE B PCH X Comprimento 120 9 11 km Imped ncia de sequ ncia a 70 7 59 3 5 7 Z68 4 ohms positiva Imped ncia de sequ ncia 229 3772 5 20 1772 8 ohms zero Tabela 4 23 Dados do transformador GD A Potencia nominal de cada transformador 60 MVA Imped ncia percentual do transformador 0 06 pu Base de pot
33. de frequ ncia acentuada falta de fase ou de fases etc no sistema el trico ou na pr pria instala o do acessante Na Copel a determina o das fun es de prote o requeridas se vincula a capacidade instalada de gera o do acessante Nessa norma tamb m s o estabelecidas outras condi es de opera o da rede para as quais deve ocorrer a pronta desconex o do acessante sendo elas abertura manual do circuito do alimentador na SE e quando houver perda do enlace do meio de comunica o da teleprote o Outra quest o relevante a exig ncia de realiza o de estudos de estabilidade pelo acessante que permitam o estabelecimento de ajustes adequados para a prote o de salto de vetor 78 Estudos de estabilidade transit ria e estabilidade eletromec nica tamb m s o exigidos pela Elektro e elaborados pela Light e visam avaliar os ajustes do sistema de prote o 27 59 59N 67 32 81 nas respostas das principais vari veis el tricas no dom nio do tempo como tens es frequ ncias pot ncias ativa e reativa correntes defasagem angular e pot ncia acelerante A Tabela 5 10 mostra as prote es exigidas pelas distribuidoras com a descri o de sua respectiva fun o Quando a norma de conex o n o faz men o direta a fun o de prote o foi considerada a utiliza o do rel mais simples 111 Tabela 5 10 Prote es exigidas pelas distribuidoras nas instala es da GD
34. do alimentador deve ser supervisionado por rel de bloqueio de tens o o CPFL qual deve impedir seu fechamento caso haja tens o na rede proveniente do gerador distribu do N o permitida a energiza o de circuitos da concession ria pelo gerador Elektro distribu do Logo rel s de tens o devem ser instalados no disjuntor da interliga o Recomenda se a instala o de rel s de tens o que impe am o fechamento do Eletropaulo A md l f disjuntor de interliga o quando o circuito da concession ria estiver desenergizado 127 5 4 Coment rios Finais sobre os Requisitos das Distribuidoras A an lise das normas de acesso das distribuidoras brasileiras leva s seguintes conclus es e Na maioria das normas as exig ncias referentes s fun es de prote o n o est o diretamente relacionadas ao tipo de tecnologia de GD e A maioria das distribuidoras atribui a prote es de sobrefrequ ncia subfrequ ncia sobretens o e subtens o a fun o de evitar ilhamentos No entanto o risco de falha dessas prote es principalmente em condi es onde h equil brio entre carga e gera o leva a necessidade de avalia o pelas distribuidoras sobre a inser o de prote es salto vetor ou df dt Para condi es onde o valor da gera o maior que a carga a utiliza o de esquemas de transfertrip tamb m deve ser considerada e Considera se que algumas normas de acesso deveriam conter um m
35. energia chamados Produtores Independentes de Energia PIE e Autoprodutores de Energia El trica APE regulamentados pela lei das concess es 9075 95 e pelo decreto n 2003 de 10 09 1996 O decreto n 2003 define entre outras coisas que o PIE constitui se de pessoa jur dica ou cons rcio que recebe concess o ou autoriza o para produ o de energia el trica destinada ao com rcio de toda ou parte da energia produzida por sua conta e risco O decreto tamb m definiu o APE como pessoa f sica jur dica ou empresas reunidas em cons rcio que recebam concess o ou autoriza o para produzir energia el trica para o seu uso exclusivo Outro item importante nesse decreto foi o estabelecimento da garantia de acesso aos sistemas de distribui o para utiliza o e comercializa o da energia produzida mediante ressarcimento do custo de transporte envolvido ainda que com descontos pertinentes Essas defini es governamentais fizeram com que a GD despontasse como uma nova possibilidade de explora o do mercado de energia Localizada por defini o pr xima dos centros de carga as unidades geradoras conectadas rede de distribui o al m de suprirem a energia demandada localmente possuem condi es pr prias para desempenhar um papel importante no conjunto do sistema el trico At mesmo quando fora de opera o como o caso dos geradores de emerg ncia a GD propicia o aumento da reserva de pot ncia junto carga reduzi
36. es e realoca es sejam executados sem que qualquer dist rbio seja inserido no sistema e Indica es sobre o que pode levar o rel a atuar indevidamente devem estar claros nos documentos enviados Quando se leva em conta que os sistemas de distribui o foram concebidos para opera o de forma radial ou seja com apenas uma fonte e um sentido para o fluxo de potencia percebe se que a inser o de unidades de GD altera essa premissa afetando a correta opera o das prote es Essa influ ncia ser tanto maior quanto maior for a penetra o da GD no sistema Estudo realizado pela National Renewable Energy Laboratory NREL 35 concluiu que rela es de 10 a 20 entre a gera o do acessante e a capacidade do sistema j podem ser consideradas como n vel significante de penetra o de GD tendo em vista os impactos ocasionados Atualmente tais n veis de penetra o tendem a serem facilmente alcan ados visto os Incentivos dados aos investidores de GD 42 Faltas T picas e suas Implica es no Sistema Nas Tabelas 4 1 e 4 2 s o resumidas as faltas t picas no sistema el trico com ou sem a presen a de unidades de GD e suas implica es potenciais para os sistemas industriais e para a concession ria 36 Interrup o acidental do fornecimento de energia el trica da concession ria Curto circuito e posterior interrup o no fornecimento de energia el trica da concession ria 37 Tabela 4 1 F
37. experi ncias relevantes sobre GD e observando as particularidades de cada concession ria elencar itens pass veis de padroniza o assim como as melhores pr ticas relacionadas acessantes A Tabela 5 1 visa estabelecer as principais caracter sticas das distribuidoras brasileiras que participaram dessa pesquisa Tabela 5 1 Principais Caracter sticas das Distribuidoras Pesquisadas rea da N Mercado de a pa a km de rede Gera o z Empresa concess o consumidores idea energia consumo Tipo de sistema s Pera trans distrib Bire de GD km milh es m dio energia Celesc 87 718 2 4 125 439 24 5 GWh o 71 gw Solidamente aterrado Cemig 567 478 7 451 549 42 8 GWh zogw Solidamente aterrado Coelba 563 374 4 7 n o informado 12 9 GWh nao n o informado informado 13 8 kV Neutro isol aterrado com Yoi n o imped Copel 194 854 3 06 n o informado 5 4 GWh informado 34 5 kV Neutro efetivamente aterrado T E n o TN CPFL n o informado 6 7 n o informado 52 0 GWh formado n o informado Elektro 120 000 2 24 108 536 12 0 GWh 1 9gw _ solidamente aterrado a 3 fios Eletropaulo 4 526 6 5 43 735 43 3 GWh o 4ogw Solidamente aterrado Enersul 328 316 0 7 n o informado 3 4 GWh ps n o informado informado Light 10 970 3 8 n o informado n o informado se isolado informado As distribuidoras que participaram dessa pesquisa sua localiza o e o nome de seus
38. hidrel tricas que possuem pot ncia instalada total de no m ximo 10 MW com opera o em regime de fio d gua ou de regulariza o di ria com barragens e vertedouros de altura m xima de 10 m sistema adutor formado apenas por caixas a c u aberto e ou tubula es n o utilizando t neis estrutura hidr ulica de gera o com vaz o m xima turbin vel de 20 m s e unidades geradoras com pot ncia de at 5 MW 6 Com as mudan as institucionais e da legisla o por que passou o pa s tornou se importante atualizar os crit rios A Lei n 9 648 de maio de 1998 e a Resolu o n 394 da ANEEL de dezembro de 1998 autorizaram a dispensa de licita es para empreendimentos hidrel tricos entre 1 e 30 MW de pot ncia instalada para Autoprodutor e Produtor Independente A concess o outorgada mediante autoriza o desde que os empreendimentos mantenham as caracter sticas de PCHs estabelecendo ainda que a rea inundada seja de at 3 0 km para a cheia centen ria Todas as limita es anteriores foram eliminadas 7 Atualmente as PCHs representam um dos principais focos de prioridade dos rg os governamentais tais como ANEEL Minist rio de Minas e Energia e Eletrobr s no que se refere ao aumento da oferta de energia el trica no Brasil Por suas caracter sticas esse tipo de 12 empreendimento possibilita um melhor atendimento s necessidades de carga de pequenos centros urbanos e regi es rurais Por isso al m da r
39. imped ncia real at o ponto de falta Isto pode acarretar perda de coordena o com os rel s do terminal remoto que protegem as linhas que saem deste terminal Um rel de dist ncia apresenta subalcance quando a imped ncia identificada pelo rel maior que a imped ncia at a falta ou seja o efeito de subalcan ar o mesmo que dizer que o rel enxerga a falta mais distante do que ela realmente Assim uma falta dentro da primeira zona pode ser vista pelo rel como estando na segunda zona o que levaria a temporiza o de sua atua o A porcentagem de subalcance definida como pela Equa o 4 3 ZrZr 00 4 3 Zr Onde Zr alcance pretendido do rel ajuste de alcance do rel e Zp alcance efetivo A demonstra o matem tica do fen meno de subalcance para rel s de dist ncia mostrada a partir da configura o da Figura 4 14 RA Ponto de Falta Figura 4 14 Sistema com tr s barras protegido por rel s de dist ncia de fase e de neutro Para a primeira an lise a falta no ponto C ser uma falta trif sica cujo diagrama de sequ ncia positiva mostrado na Figura 4 15 Os rel s alocados no terminal A s o sens veis tens o de barra A e corrente 75 64 T 17 T2 LT2 Z c I z fa gt Figura 4 15 Diagrama de sequ ncia positiva para sistema com tr s terminais submetido a falta trif sica No entanto a imped ncia vista pela prote o n o corresponder
40. inviabilizar a conex o do acessante e n o onerar o consumidor final Nesse contexto objetivo desse trabalho avaliar do ponto de vista de prote o do sistema de distribui o de 161 at 13 8 kV como tem sido feita a conex o de acessantes de gera o ao sistema elencando os principais impactos proporcionados e as solu es e exig ncias adotadas pelas distribuidoras para mitig los ABSTRACT In a scenario which energy demand is increasing and environmental and financial issues pose a sort of predicament to the feasibility of large enterprises a remarkable role is played by generating units connected with distribution or transmission systems which is called Distributed Generation or DG Amongst the advantages offered by Distributed Generation are for instance reducing the transport of energy and thus the reduction of electrical losses as well as the need for investments to meet new loads requirements Governmental incentives towards this new model and the elaboration of new laws that recognize the role of the independent power producer ensuring free access to the system grant a major increase in the participation of Distributed Generation units in the Brazilian energy market PROINFA which stands for Incentive for Alternative Sources of Electric Energy Program alone aims to incorporate 3 300 MW into the National Integrated Power System from Distributed Generation This shift may significantly modify the performance of the
41. mag2 13 8 Rel 59N Figura 4 10 Caso Exemplo 3 Ajuste da prote o 59N durante indisponibilidade do transformador de aterramento Para elimina o de faltas monof sicas durante indisponibilidade do transformador de aterramento s o utilizados TPs trif sicos conectados em Estrela Delta aberto tal como mostrado na Figura 4 11 Figura 4 11 Detec o de Faltas Trif sicas Terra com TP Conectado em Delta Aberto Fonte 27 60 Durante uma falta terra s lida na barra de 69 kV da SE Y esperado o surgimento de uma tens o de 3 pu da tens o de segu ncia zero na conex o Delta aberto conforme mostra a Equa o 4 2 3V V V V 0 1 732 150 1 732150 3 02180 4 2 No entanto o aterramento proporcionado pela Estrela do transformador de conex o do acessante reduz a sobretens o No caso em an lise ao inv s de 3 pu o rel 59N ser exposto a 0 69 pu de tens o o que representa apenas 23 do valor esperado Ainda sim foi poss vel definir um valor de pick up para a prote o j que em condi o normal n o h desequil brios no sistema e portanto n o h tens o de sequ ncia zero A relev ncia dessa quest o encontra se na constata o de que um n mero maior de transformadores de conex o que aterrem mesmo que parcialmente o sistema pode inviabilizar a execu o de manuten es em transformadores de aterramento que s o a refer ncia de terra de sistemas isolados sem q
42. menor o tempo As curvas mais utilizadas s o as normalizadas pela International Electrotechnical Commission IEC e definem o tempo de opera o da fun o 51 em rela o a corrente atrav s da Equa o 4 1 _ B 4 1 1Is 1 Onde t tempo de opera o I corrente medida T Dial Is corrente ajustada B constante a constante 51 A atribui o de valores diferentes para B e a da Equa o 4 1 origina 3 tipos de curvas mostradas na Tabela 4 7 Normal Inversa Muito Inversa e Extremamente Inversa Tabela 4 7 Valores das constantes para cada tipo de curva IEC Curva IEC Constante p Constante q Normal Inversa Standard Inverse SI 0 14 0 02 Muito Inversa Very Inverse VI 13 5 1 Extremamente Inversa Extremely Inverse El 80 2 No caso exemplo 1 para topologia na qual somente a PCH X est conectada subesta o B a varia o do tempo de atua o da prote o 51 para condi es de maior curto maior n mero de m quinas e menor curto uma m quina operando pode chegar a quatro vezes para curva normal inversa e cinco vezes na curva muito inversa A Figura 4 7 mostra a diferen a de tempos de atua o verificada com a utiliza o da curva muito inversa E EEES EA HHA H 5 rt EE H E HH HHHH 3 pe Maior Tempo de atua o menor H E corrente 3 51 seg curto bif sico E pii gera o m nima N J iil a 7 EHEHE
43. ponto de conex o do acessante est o diretamente ligadas configura o do transformador de interliga o Assim para conex es Delta do lado da concession ria o sistema deve comporta se como sendo isolado e prote es de sobretens o devem ser alocadas J quando a conex o Estrela aterrada do lado da concession ria necess rio que o esquema de aterramento se qualifique como solidamente aterrado Para isso a rela o entre a reat ncia de sequ ncia zero sobre a reat ncia de sequ ncia positiva X0 X dever ser menor que tr s enquanto a rela o entre a resist ncia de sequ ncia zero e a reat ncia de sequ ncia positiva R0 X seja menor que 1 A reat ncia de sequ ncia positiva X a ser considerada no c lculo a reat ncia vista da barra do acessante considerando se a interliga o com a concession ria aberta Como exemplo no caso de acessante com um gerador e um transformador de acoplamento X ser dada pela soma da reat ncia de sequ ncia positiva do transformador de acoplamento e da reat ncia subtransit ria de eixo direto do gerador X d A reat ncia de sequ ncia zero neste caso corresponde reat ncia do transformador de aterramento e dever ser menor que 3 vezes a reat ncia de sequ ncia positiva 108 5 3 5 Requisitos das Concession rias Relativos Prote o da GD Com rela o aos sistemas de prote o o Procedimento de Distribui o M dulo 3 al m de citar a necessidade de d
44. rel de dist ncia A mudan a de grupo de ajuste obedeceria a l gica mostrada na Figura 4 21 Estado disi Geral Estado disi Maq 1 Mudan a de Grupo de ajuste Estado disj Geral Estado disi Maq 2 Figura 4 21 L gica mudan a de grupo de ajuste devido estado da GD em opera o 1 fora de opera o 0 A Tabela 4 20 mostra a combina o de estados dos disjuntores do acessante que resultar o na sele o do grupo de ajuste parametrizado para condi o sem a presen a da gera o distribu da sendo considerado 1 para disjuntor fechado e O para disjuntor aberto Para todas as outras condi es o grupo de ajuste utilizado pelo rel ser aquele que considera a GD em opera o 75 Tabela 4 20 combina o de estados dos disjuntores do acessante que resultar o na sele o do grupo de ajuste Disjuntor geral Disjuntor de Disjuntor de Resultado Grupe de ajuste GD m quina 1 m quina 2 0 0 0 0 0 0 1 0 Parametriza o 0 1 0 0 sem GD 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 Parametriza o 1 1 0 1 com GD 1 1 1 1 4 7 5 Impacto da GD na Direcionalidade das Prote es Rel s de sobrecorrente 51 s o comumente empregados em configura es radiais No entanto altera es no sistema que resultem na inser o de mais uma fonte de inje o como acontece com a conex o de GD fazem com que seja necess rio o uso de rel s de sobrecorrente direcionais 67 67N Dessa for
45. respectivos manuais de acesso s o listados na Tabela 5 2 A t tulo de compara o com os requisitos das empresas do resto mundo tamb m foi avaliado o guia de recomenda es da IEEE Std 1547 o relat rio 421 do Cigr relativo avalia o do impacto da conex o de GD no sistema e os manuais de acesso das concession rias BC Hydro e Iberdrola 98 Tabela 5 2 Distribuidoras e seus Manuais de Acesso Empresa Localiza o Nome do Manual de Acesso 69 kV to 500 kV Interconnection Requirements For Power Generators BC Hydro Canad 35 kV and Below Interconnection Requirements for Power Generators Ei Santa Manual de Procedimento 1 432 0003 Requisitos Gerais para Conex o de elesc Catarina Autoprodutor e Produtor Independente de Energia Rede da Celesc Working Group B5 34 The Impact of Renewable Energy Sources and Distributed Cigr Europa Generation on Substation Protection and Automation Cemig Manual de Distribui o 5 7 2 Requisitos para a conex o de Acessantes Produtores Minas Gerais Distribui o de Energia El trica ao Sistema de Distribui o Cemig Conex o em M dia Tens o SM04 08 00 003 Acesso Conex o e Uso do Sistema de Distribui o por Agentes Geradores de Energia El trica Coelba Bahia SMO04 08 00 005 Paralelismo Moment neo de Gerador com o Sistema de Distribui o com Opera o em Rampa Copel Paran NTC 905100 Manual de Acesso de Gera
46. segundos e 63 5 Hz por dez segundos e subfrequencias inferiores a 58 5 Hz por dez segundos e 57 5 Hz por no m ximo cinco segundos Considera se ainda que mesmo em condi es extremas a frequ ncia do sistema n o pode exceder 66 Hz ou ser inferior a 56 5 Hz Dentre as normas analisadas somente a Cemig considera os valores estabelecidos no Prodist 0 165 v Do um N Frequ ncia Hz um q 60 4 A 0 1s 59 5 f 59 58 5 Y Yy 755 7 55 e 7 25 57 5 0 15 pres y 1 155 1 155 E Os 565 f 555 Y 4 T T T T T T T g A x RS amp 55 T 30s 10s 5s 5s 0 165 Os T T T T T d 9 4 Y ad ao EN PAS 5 Ss RS gt amp amp amp a 4 amp amp na y sb o o o no Ss A x xe xe xe xe RX RX 8 RO EX ESN ES E Sos E E E Figura 5 5 4 Ajustes da prote o de subfrequ ncia 81u em cada concession ria 66 5 1 Frequ ncia Hz 60 T 0s 66 1 65 5 1 65 1 eo iE 105 63 5 2 0 15s ig 30s 625 V 7 Pi Os 62 V 30s 0s 30s 61 5 Y a ae E x i 61 Y Ols 0 16s 305s A Ee a fd gt lt T T T T T T T T T T f RS a Pa q D D gt S t 6 amp aS ond SS X amp Ea O x Ss a o se ne v N D s G gS g g PS X ES amp amp Figura 5 5 5 Ajustes da prote o de sobfrequ ncia 810 em cada concession ria 122 5 3 5 3 Religamento Autom tico RA A manuten o dos e
47. submetem o sistema Isso porque na maioria dos casos o grande interessado em manter a integridade dos equipamentos de gera o o acessante em fun o dos preju zos a que ele pode ser submetido Portanto dependendo do caso n o seria insensato delegar a ele a total responsabilidade sobre essas quest es tomando como premissa que haver o adequado funcionamento desses equipamentos 4 7 4 Impacto da GD para a Prote o de Dist ncia Em sistemas com configura es mais complexas tal como circuitos em anel normalmente s o utilizadas prote es de dist ncia Esse tipo de prote o possibilita uma melhor coordena o j que seu princ pio de opera o se vincula identifica o da localiza o do ponto de defeito dependendo apenas da verifica o de valores m nimos de imped ncia da fonte e consegiientemente de corrente de curto Dado que a imped ncia da linha de transmiss o proporcional ao seu comprimento a prote o de dist ncia ser capaz de inferir 62 o comprimento da linha de transmiss o atrav s da medi o da imped ncia da linha desde o rel at um ponto predeterminado denominado ponto de alcance Em outras palavras o alcance de um rel refere se parte protegida por ele caso uma falta ocorra A Figura 4 12 ilustra esse princ pio de funcionamento Figura 4 12 Princ pio de Funcionamento da Prote o de Dist ncia A imped ncia aparente calculada comparada com a imped ncia do pon
48. tecnologias devem ser representadas em diferentes ferramentas computacionais atrav s da modelagem matem tica da interface de cada uma com a rede A abordagem das caracter sticas dessas m quinas interfaces e seus respectivos modelos matem ticos n o ser feita nesse trabalho ficando a cargo de estudos futuros 19 3 FORMAS DE CONEX O DOS ACESSANTES DE GERA O DISTRIBU DA 3 1 Considera es Preliminares A correta avalia o e determina o de esquemas de conex es efetivos a serem utilizados na presen a de unidades de GD passa pela compreens o das caracter sticas do sistema de pot ncia Para isso a forma de conex o do acessante ao sistema a primeira premissa a ser levada em conta Nas pr ximas se es ser o avaliadas as configura es de conex o de GD e as formas de liga o dos transformadores com seus respectivos aspectos positivos e negativos do ponto de vista da prote o 3 2 Formas de Conex o de GD ao Sistema El trico A forma de conex o da unidade de GD ao sistema el trico definida por cada concession ria durante a elabora o de seu respectivo parecer de acesso Essa defini o leva em conta a Resolu o Normativa ANEEL N 56 de abril de 2004 e os Procedimentos de Distribui o de Energia El trica no Sistema El trico Nacional PRODIST M dulo 3 Acesso ao Sistema de Distribui o que determina aplica o do crit rio de menor custo global de investimentos consideradas as in
49. todas as quest es que deles dependam Tamb m uma exig ncia da Light que a GD conceda livre acesso a suas instala es para que seja realizada a fiscaliza o das condi es e manuten o do sistema de interliga o Exig ncias semelhantes tamb m constam nas normas de acesso da Eletropaulo Celesc Copel Elektro Iberdrola J a CPFL somente efetua inspe es nas instala es para detectar eventuais anomalias caso ocorram comportamentos inesperados dos sistemas de prote o do acessante Cabe ressaltar que dada a quantidade de acessantes conectados e em processo de conex o ao sistema a fiscaliza o de cada instala o de GD se tornar cada vez mais onerosa Assim sugere se que os agentes reguladores do sistema criem uma base de dados nacional alimentada pelos relat rios de manuten o dos acessantes sem que isso signifique a retirada de suas responsabilidades legais perante erros 126 5 3 5 5 Ilhamento Em condi es normais de opera o nenhuma distribuidora permite o atendimento ilhado de suas cargas por acessantes de GD No entanto exigido dos acessantes principalmente dos geradores s ncronos que eles estejam preparados para atendimento de cargas em situa es emergenciais o que nem sempre se verifica A grande preocupa o das concession rias com rela o ao ilhamento refere se elabora o de estudos din micos que estabele am o comportamento da GD durante o atendimento de cargas e os ajustes n
50. trica de Marmelos Zero Fonte Banco de Dados Cemig Na d cada de 20 verificou se o aumento do n mero de usinas no pa s Em 1930 a pot ncia instalada no Brasil atingiu cerca de 350 MW e compunha se em sua maioria por usinas hidroel tricas operando a fio d gua ou com pequenos reservat rios de regulariza o di rias pertencentes a ind strias e Prefeituras Municipais Ap s o fim da Segunda Guerra Mundial seguindo uma tend ncia mundial as usinas hidrel tricas passaram a ser cada vez maiores para se reduzir os custos de instala o e de gera o Nesse per odo foi constru da a primeira grande usina Paulo Afonso I com pot ncia de 180 MW e em seguida as usinas de Furnas e Tr s Marias com pot ncia de 1300 MW e 396 MW respectivamente todas com grandes reservat rios de regulariza o plurianual A Usina Hidrel trica UH de Tr s Marias mostrada na Figura 2 2 1 Figura 2 2 Foto da Usina Hidrel trica de Tr s Marias Fonte Banco de Dados Cemig Em 1950 a pot ncia instalada no Brasil chegou a 1 883 MW capacidade ainda insuficiente para evitar a ocorr ncia de uma crise energ tica ocasionada pela falta de investimentos aliada a um longo per odo de escassez de chuvas na regi o Sudeste Essa crise resultou em racionamento de energia em S o Paulo Rio de Janeiro e Minas Gerais Sendo necess rio expandir o sistema e n o havendo recursos privados dispon veis a tend ncia do momento pol tico e ec
51. utilities schemes and protection equipment requiring that new measures are adopted to ensure its proper operation It is worth mentioning that the determination of such measures is quite challenging since it takes into account the premise that the DG connection should not be discontinued and also that the consumers should not struggle with such a burden In this context the aim of this dissertation is to assess from the perspective of protecting the distribution system of 161 to 13 8 kV how the DG connects to the system listing the main impacts and solutions posed by it as well as the requirements adopted by distributors to mitigate such consequences vi SUM RIO ANTRODUCNO sois eita ias PONTAS eai na A a a 1 2 O SETOR EL TRICO NACIONAL E OS SISTEMAS DE GERA O DISTRIBU DA3 2 1 HIST RICO DO SETOR EL TRICO BRASILEIRO 3 2 2 O NOVO MODELO DO SETOR EL TRICO 5 2 3 A GERA O DISTRIBU DA NO CONTEXTO ATUAL 6 2 4 DEFINI O DE GERA O DISTRIBU DA 7 2 5 TECNOLOGIAS DE GD UTILIZANDO FONTES RENOV VEIS 9 2 5 1 Pequenas Centrais Hidrel tricas PCHS irereeeeeeaeeeees 11 2 5 2 Termel tricas Biomassa erecereeeeeneereerereearaneaererenareanaaeaneos 13 23 3 Energia BOC Aene eae A e dan n od reed no dvd FU A EEan 13 2 5 4 Energia Solar Fotovoltaica iicirteeeereererrereeraneaererenereaneneerees 15 2 6 TECNOLOGIAS DE GD UTILIZANDO COMBUST VEIS F SSEIS 16 2
52. 0 56 5 0 66 0 Iberdrola 0 85 3 0 6 1 09 59 7 0 1 60 3 0 1 Eu LA E 0 5 0 16 59 8 0 16 60 5 0 16 IEEE Std 1547 E 1 1 57 0 16 Prodist M dulo 0 93 1 07 59 5 30 60 5 30 8 0 95 1 05 57 5 5 63 5 10 No intuito de uma melhor compara o dos valores foram elaborados os gr ficos mostrados nas figuras a seguir Neles s o apresentados os valores de atua o das prote es exigidos em cada concession ria com suas respectivas temporiza es Na Figura 5 5 2 observa se que a maioria das concession rias utiliza dois est gios de atua o da fun o de subtens o Com exce o da Light onde se a tens o permane er em 0 96 pu por mais de 30 segundos haver atua o da prote o todas as outras concession rias julgam que somente valores inferiores a 0 9 pu devem levar a atua o da prote o dentro de intervalos que v o de 10 a 0 16 segundos O Prodist considera critico n veis de tens o 120 inferiores a 0 93 pu para valores nominais de 69 a 230 kV e 0 95 pu para valores de 1 a 69 kV Tens o em pu A S T gt A e o o g g o Ea amp Figura 5 5 2 Ajustes da prote o de subtens o 27 em cada concession ria A atua o da prote o de sobretens o tamb m ocorre em dois est gios na maioria das distribuidoras conforme Figura 5 5 3 Tamb m para essa prote o a norma da Light se apresenta como exce o sendo que o primeiro est g
53. 3 8 KV r i de Saad en Up DOSE a Taba cotas E e dba doa Non ANA bas ash Te ES de una 56 Figura 4 10 Caso Exemplo 3 Ajuste da prote o 59N durante indisponibilidade do transformador de aterramento erre aerea ce cerna nara cena Et 59 Figura 4 11 Detec o de Faltas Trif sicas Terra com TP Conectado em Delta Aberto Fonte 27 guess emas Tapa EDEREDI AD ia DS A AS Da de DU IDE aa ADE TRA Dada Da a RI Dea 59 Figura 4 12 Principio de Funcionamento da Prote o de Dist ncia 62 Figura 4 13 Caracter sticas t picas de tempo dist ncia Fonte 43 62 Figura 4 14 Sistema com tr s barras protegido por rel s de dist ncia de fase e de neutro 63 Figura 4 15 Diagrama de sequ ncia positiva para sistema com tr s terminais submetido a TAE I EES aL D EEEE ET EE A E na SER NEN a oa 64 Figura 4 16 Diagramas de sequ ncia para sistema com tr s terminais submetido falta NON OTARICA 5 ses iesiuian ne aa san Ca aaa CADELA o dC RSA a li ca 66 Figura 4 17 Caso Exemplo 4 Impacto da GD para prote o de Dist ncia subalcance 70 Figura 4 18 Caso Exemplo 4 Simula o de falta trif sica a 90 da SE A sem GD 71 Figura 4 19 Sistema com tr s barras protegido por rel de diferencial 13 Figura 4 20 Sistema com tr s barras protegido por rel de dist ncia 74
54. 4 0 A Si RETA AD O Uai Sd OTA E o Rg UE O POOR a o a DS a a 30 Figura 3 14 Diagrama de Componentes Sim tricas para Conex o do transformador de acoplamento Delta concession ria Estrela Aterrada acessante Fonte 27 32 Figura 3 15 Diagrama Fasorial Falta fase terra Fonte 25 33 Figura 4 1 Rede MT com chaves fus veis nos ramais e um religador na subesta o Fonte EAA BRR De ron ENS ERR CRPR ORDER RA ARDE RR AUS O DE ERR O UR RN DRA 41 Figura 4 2 Sistema de Distribui o de Alta tens o Fonte 36 l ili 43 Figura 4 3 Esquema de prote o de linhas de transmiss o Fonte 36 44 Figura 4 4 Esquema de religamento autom tico de linhas de transmiss o com verifica o de SINCTONISIMNO sroti tiee T a e E tais daria bir ara E Obs a E Es on En 45 Figura 4 5 Caso Exemplo 1 Ajuste da unidade 51 para diferente condi es de gera o 47 Figura 4 6 Contribui o da menor gera o para falta bif sica na barra da SE A 50 Figura 4 7 Curva IEC VI rel 51 Tempo de atua o da prote o para condi es m xima e minina de curto iso asse EEE A EEEE oa ponho rea ana aD EEE Saara dass SER 51 Figura 4 8 Estrutura b sica dos esquemas de prote o adaptativa Fonte 40 53 Figura 4 9 Caso Exemplo 2 Ajuste da prote o de retaguarda durante indisponibilidade do disjuntor de 1
55. 6 1 Motores de Explos o a Pist o MACL iiiieereerereeeeeeaeeees 16 2 6 2 Microturbinas a G sti taiete it eiei 17 2 60 53 Motores String eieiei aree a ee aE E TAR E RAE 18 2 7 INTERFACE DAS TECNOLOGIAS DE GD COM A REDE 18 3 FORMAS DE CONEX O DOS ACESSANTES DE GERA O DISTRIBU DA 19 3 1 CONSIDERA ES PRELIMINARES cieeeeeeme eres 19 3 2 FORMAS DE CONEX O DE GD AO SISTEMA EL TRICO 19 3 2 1 Conex o da GD diretamente Subesta o SE da concession ria atrav s de alimentador linha exclusiva ou SE exclusiva 21 3 2 2 Conex o da GD a alimentador ou linha pr existentes 23 3 3 AVALIA O DA CONEX O DOS TRANSFORMADORES DE ACOPLAMENTO san a Cossiom Rida ta Seas E ones a TUDO E AGR ORI SENIOR 25 3 3 1 Liga o Estrela Aterrada concession ria Delta acessante 26 vii 3 3 2 Liga o Delta concession ria Estrela Aterrada acessante 31 3 3 3 Liga o Estrela Aterrada Estrela Aterrada 34 4 IMPACTOS CAUSADOS PELA CONEX O DE UNIDADES DE GERA O DISTRIBU DA NOS SISTEMAS DE PROTE O ieeieeeieeeirssiiresiresseresseressrrersrressrn 35 4 1 CONSIDERA ES PRELIMINARES eeeeeemeeeemeeemeeeeeess 35 4 2 FALTAS T PICAS E SUAS IMPLICA ES NO SISTEMA 36 4 3 DESIGNA O DAS FUN ES DE PROTE O E DE TERMOS RELACIONADOS masai A A E 38 4 4 CONDI ES DE ATER
56. Agrade o ao meu orientador Professor Clever Pereira e ao Professor Walmir Freitas Unicamp que mesmo informalmente se disp s a ser meu co orientador me incentivando orientando e dedicando seu precioso tempo a esse trabalho Agrade o aos colegas que tanto me ajudaram na elabora o dessa disserta o atrav s do incentivo disponibiliza o de material e informa es sugest es e id ias e que n o posso deixar de citar nominalmente tamanha gratid o tenho com cada um deles Ademir Nakazato Al cio de Melo Alexandre Sales Alisson Trindade lvaro Paulino ngelo Rodrigues ngelo Silva Antonio Donadon Brunno Viana Carlos Eduardo Vizeu Dirceu Ferreira Elio Vicentini Eloi Rufato Henrique Fran a Izonel Henriques Jorge Teixeira Jos Vicente Duarte Julio Bellan Julio Marques Layse de Vasconcellos Marcio Eli Rog rio Lages Salzano Garcia Valmir Ziolkowski Encontrar pessoas com o profissionalismo e boa vontade que voc s possuem me leva a acreditar em um mundo mais humano e melhor Enfim agrade o ao Vagner por todo o amor paci ncia compreens o e apoio ao longo desses 15 anos iv RESUMO z Em um cen rio no qual a demanda por energia crescente e quest es de ordem ambiental e financeira se apresentam como entraves viabiliza o de grandes empreendimentos not vel o papel a ser desempenhado por unidades geradoras conectadas aos sistemas de distribui o ou transmiss o a que se denomina G
57. Eletropaulo 25 verifica o de limites prefixados de tens o Light Cemig Copel sincronismo frequ ncia e ngulo de fase Iberdrola Enersul IEEE Std 1547 Prote o contra subtens es Utilizada BC Hydro Celesc principalmente para assegurar que Coelba Copel Cemig Rel de 27 condi es m nimas de atendimento a CPFL Elektro Light subtens o carga est o sendo observadas Eletropaulo Iberdrola IEEE Std 1547 Associada fun o 46 visa detectar Rel de m nima 37 faltas com sequ ncia negativa e Copel IEEE Std 1547 corrente redu o da corrente Rel subtens o Prote o para detec o de n veis de 27G e IEEE Std 1547 de neutro tens o no neutro inferior ao requerido Limita o fluxo de pot ncia ativa Celesc Coelba Rel direcional 32 injetado ou consumido pelo acessante Eletropaulo Cemig de pot ncia quando necess rio Copel Iberdrola P Rel de seq Prote o do gerador contra correntes Cemig Celesc IEEE negativa desequilibradas Std 1547 Prote o do gerador para opera o Coelba Eletropaulo Rel de seq de 47 durante desequil brios de tens es IEEE Std 1547 Cemig fase de tens o opcional 46 Celesc Light 114 Rel Descri o Fun o Distribuidoras Prote o para minimizar danos ao sistema e demais equipamentos Rel contra 50BF durante uma falha de abertura do BC Hydro AT Copel defeito disjuntor disjuntor que r
58. Estrela aterrada MT em seus transformadores abaixadores que alimentam circuitos com acessantes que utilizam liga o Estrela aterrada concession ria Delta acessante a ocorr ncia de sobretens es na alta tens o caso haja atua o das prote es das concession rias antes da atua o das prote es do acessante Por exemplo no caso de faltas monof sicas entre as subesta es ATI e AT2 com abertura do disjuntor DJ1 a perman ncia da contribui o do acessante faz com que possa vir a ser verificadas sobretens es de at 1 73 vezes da tens o nominal em todo lado de AT do sistema que continua sendo alimentado pelo acessante AT 1 AT 2 B T 1 l ra A ia Concession ria Acessante Figura 3 9 Exemplo de acessante Estrela MT Delta BT conectado em SE com abaixamento Delta AT Estrela MT Cabe ressaltar que o n vel de carregamento do alimentador em que o acessante esta conectado um fator limitante para a exist ncia de sobretens o nas condi es citadas Para identificar qual seria a rela o entre a limita o de sobretens o pela carga durante a 29 desconex o do DJI e a continuidade do atendimento via GD foram realizadas duas simula es com bitolas diferentes do cabo dos alimentadores 4 0 e 1 0 no software de simula o de curto circuito e coordena o de prote o ASPEN OneLiner M Em ambas as simula es o comprimento do alimentador foi variado de O a 100 km e pa
59. GD Esse cen rio deve mudar com o aumento da penetra o dos acessantes de gera o no sistema o que possibilitar a valida o dos melhores algoritmos propostos 3 3 Avalia o da Conex o dos Transformadores de Acoplamento A sele o da conex o do transformador de acoplamento ou de interconex o a ser alocado entre a concession ria e o acessante tem impacto importante sobre a forma como a unidade de GD ir interagir com o sistema el trico principalmente durante um curto circuito No entanto n o existe um consenso sobre a melhor liga o j que cada uma das op es apresenta vantagens e desvantagens Dentre as conex es mais comuns est o a Delta AT Estrela Aterrada BT Estrela Aterrada AT Delta BT e Estrela Estrela As vantagens e desvantagens de cada tipo de conex o ser o descritas a seguir 26 3 3 1 Liga o Estrela Aterrada concession ria Delta acessante A liga o Estrela aterrada concession ria Delta a forma de conex o mais adotada por concession rias no caso de gera o pr pria Para essa configura o os esquemas de prote o baseados em sobrecorrente j foram validados por d cadas de experi ncia e a detec o de quase todos os tipos de curto circuito realizada de forma eficiente Outros benef cios apresentados pela conex o Estrela aterrada concession ria Delta acessante refere se aus ncia de contribui es do sistema el trico para faltas f
60. Oscilografia Registro das formas de onda de corrente e tens o antes durante e logo depois da ocorr ncia de uma falta Cemig Copel CPFL Permitir o acompanhamento da qualidade da Medi o de no BC Hydro AT IEEE energia injetada pela GD no sistema tanto em qualidade Std 1547 Light condi o normal quanto durante ilhamento Garantir a abertura do terminal do acessante BC Hydro AT Transfertrip mediante ao envio de um sinal de trip da prote o Copel Iberdrola IEEE da concession ria Std 1547 Light Objetiva atender as necessidades de supervis o e controle em tempo real permitindo a realiza o de Remota CPFL manobras de forma remota e autom tica a partir do centro de opera o 117 5 3 5 2 Ajustes de Frequ ncia e Tens o A magnitude de tens o e frequ ncia s o caracter sticas fundamentais do sistema el trico de pot ncia e portanto s o usados como refer ncias para identifica o e controle de suas condi es de opera o Al m disso valores inadequados desses parametros submetem as cargas e equipamentos a riscos elevados de danos As prote es de sobretens o 59 subtens o 27 sobrefrequ ncia 8lo e subfrequ ncia 81u s o ajustadas para detectar situa es potencialmente danosas para o acessente e para a distribuidora que podem ocorrer estando o acessante conectado ao sistema ou n o Essas fun es de prote o tamb m podem ajudar na detec o de situa
61. RAMENTO DO SISTEMA eeees 40 4 5 FILOSOFIA DE PROTE O DE SISTEMAS DE DISTRIBUI O DE MEDIA TENS O D 41 4 6 FILOSOFIA DE PROTE O DE SISTEMAS DE DISTRIBUI O DE ALTA TENSO E EEEE EERE 42 4 7 AN LISE DE PROTE O DOS SISTEMAS DE DISTRIBUI O 46 4 7 1 Defini o de Ajustes na presen a de GD com v rias m quinas 46 4 7 2 Defini o de Ajustes Provis rios para Interven es na Presen a de GD54 4 7 3 Responsabilidade por altera es e manuten o nos esquemas de prote o da Gera o Distribu da ice rerererererenaaanaceeereranaaanaaererenaeaaacarares 60 4 7 4 Impacto da GD para a Prote o de Dist ncia 61 4 7 5 Impacto da GD na Direcionalidade das Prote es 75 4 7 6 Coordena o de prote o de alimentadores na presen a de GD 83 4 7 7 Ilhamento e Prote o ennsseeeneensssseeeeesssssseereresssssereeeessssssrerressssesee 88 4 8 RELIGAMENTO AUTOM TICO RA 92 4 9 N VEL DE CURTO CIRCUITO ao casal de anus a Eni 93 5 COMPARA O DOS REQUISITOS DE PROTE O DAS DISTRIBUIDORAS PARA INSER O DE GD a sina coa A 95 5 1 CONSIDERA ES PRELIMINARES ieeeeeeeeeeeemeeenerenes 95 viii 5 2 PREMISSAS B SICAS DE PROTE O PARA CONEX O DA GD 95 5 3 AVALIA O DOS REQUISITOS DAS DISTRIBUIDORAS i 97 5 3 1 Formas de Conex o de GD Permitidas pelas Distribuidoras 99 5 3 2 Requis
62. Regi o de Opera o do Rel VEK 90 30 0 Figura 4 28 Caso Exemplo 5 Diagrama fasorial e nova regi o de opera o da prote o 67 82 J a direcionalidade da unidade de terra toma com refer ncia 3VO obtida da soma de Va Vb Vc Considerando uma falta fase terra no qual Va 0 ter amos Va Vb Vc 0 12 120 12120 12180 3v Vb Figura 4 29 Diagrama fasorial da falta monof sica Nesse caso a tens o de polariza o refer ncia est adiantada da corrente e portanto mantendo se o mesmo sentido de rota o o ngulo de m ximo torque corresponder a 60 valor esse que foi padronizado Esse ngulo atende ao ngulo caracter stico de sequ ncia zero de linhas de 69 kV que varia de 50 a 65 conforme di metro do condutor enquanto para linhas de 138 kV esse ngulo encontra se entre 65 e 75 Assim DAR Ha Restri o 7 si r Ed Figura 4 30 Regi o de Restri o do rel direcional para um angulo de m ximo torque de 60 Tal como citado anteriormente a direcionalidade das unidades de terra tamb m afetada pela rela o ativo e reativo injetado pela GD Por isso pode vir a ser necess ria a defini o de um novo ngulo de m ximo torque de forma a evitar a atua o do rel 67 para faltas reversas 83 4 7 6 Coordena o de prote o de alimentadores na presen a de GD Nas redes de m dia tens o MT a filosofia de prote o normalmente utilizada s
63. UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS UFMG ESCOLA DE ENGENHARIA PROGRAMA DE P S GRADUA O EM ENGENHARIA EL TRICA PPGEE AVALIA O DOS IMPACTOS DA GERA O DISTRIBU DA PARA PROTE O DO SISTEMA EL TRICO Aluna Cic li Martins Luiz Orientador Clever Sebasti o Pereira Filho Universidade Federal de Minas Gerais UFMG Belo Horizonte Maio de 2012 Cic li Martins Luiz Avalia o dos Impactos da Gera o Distribu da para Prote o do Sistema El trico Disserta o de Mestrado submetida banca examinadora designada pelo Colegiado do Programa de P s Gradua o em Engenharia El trica da Universidade Federal de Minas Gerais como parte dos requisitos necess rios obten o do grau de Mestre em Engenharia El trica rea de Concentra o Engenharia de Pot ncia Linha de Pesquisa Sistemas de Energia El trica Orientador Clever Sebasti o Pereira Filho Universidade Federal de Minas Gerais UFMG Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte 2012 DEDICAT RIA Dedico essa disserta o ao meu marido e companheiro de jornada Vagner pelo amor que tantas vezes sustentou meus passos O valor do conhecimento adv m n o da sua posse e sim do seu compartilhamento Paulo Spinato iii AGRADECIMENTOS Agrade o a Deus pela vida e pelos dons a mim confiados e aos meus pais Aparecida e Roberto por me mostrarem que a maior riqueza que posso ter o conhecimento
64. a aacaraananna 21 Figura 3 3 Conex o da GD via Subesta o exclusiva iir 22 Figura 3 4 Conex o de GD sem disjuntor LT Alimentador pr existente para atendimento de CADA ns rod oro air da carai doa ta AA T A Da Sea dd 3 E N SUR E PU 8 PRE dd TON 23 Figura 3 5 Circuito de contribui es do sistema e GD para falta a jusante do acessante 24 Figura 3 6 Circuito de contribui es para falta entre a concession ria e acessante 24 Figura 3 7 Diagrama unifilar da conex o Estrela Aterrada AT Delta MT 26 Figura 3 8 Circuito de componentes sim tricas para conex o Estrela Aterrada AT Delta IMTI Fome 22 teresa a aba Na DE a a SUNT AE SE aaa O A TRAGA SRS a o Da 27 Figura 3 9 Exemplo de acessante Estrela MT Delta BT conectado em SE com abaixamento Delta AT Estrela MT ccntt etc r eee rreerrereneeeaaeaaaeaaaee aeee naeeenanenta 28 Figura 3 10 Circuito para verifica o da rela o entre cargas e comprimento do alimentador na sobretens o causada pela GD ap s desconex o da concession ria 29 Figura 3 11 Circuito de imped ncias re cerrecereneaaceranaanea 29 Figura 3 12 Rela o Sobretens o X Carga X Comprimento do Alimentador para Cabo 1 0 Ani bee a dana sp E GE AR DR O US ea 30 Figura 3 13 Rela o Sobretens o X Carga X Comprimento do Alimentador para Cabo
65. a capacidade instalada superior a 1 200 GW 13 14 Recentes desenvolvimentos tecnol gicos tais como sistemas de transmiss o mec nica mais eficientes melhor aerodin mica estrat gias de controle e opera o das turbinas entre outros t m reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos O custo dos equipamentos que era um dos principais entraves ao aproveitamento comercial da energia e lica reduziu se significativamente nas ltimas duas d cadas Em 2012 a capacidade brasileira de produ o da energia e lica era de 1471 MW o que representa a maior capacidade de produ o da Am rica Latina e Caribe 12 O Brasil possui 73 parques e licos em opera o todos constru dos com incentivos do programa de infraestrutura Apesar do grande potencial dos ventos que sopram no Brasil os turbo lices geram apenas 1 26 da energia produzida no Pa s A expectativa que este cen rio mude j que nos ltimos dois anos o governo federal contratou a constru o de 141 novos empreendimentos que ser o entregues entre 2012 e 2013 Ao todo a capacidade instalada nos moinhos dever saltar para 5250 MW o que ir requerer investimentos da ordem de 16 bilh es de reais conforme estima a Associa o Brasileira de Energia E lica Abee lica A complementaridade entre a gera o hidrel trica e a gera o e lica mostrada abaixo outro importante atrativo haja vista que o maior potencial e lico na regi o
66. a cfm idArea 82 acesso em 9 de novembro de 2011
67. a m dio e longo prazo pelo desenvolvimento aplica o e aprimoramento de novas e eficientes tecnologias de convers o energ tica da biomassa e por meio dos incentivos tais como o Programa de Incentivo s Fontes Alternativas de Energia El trica 10 Al m de ambientalmente favor vel o aproveitamento energ tico e racional da biomassa tende a promover o desenvolvimento de regi es economicamente menos favorecidas por meio da cria o de empregos e da gera o de receita reduzindo a depend ncia externa de energia Atualmente observa se a participa o da biomassa em 30 dos empreendimentos de co gera o em opera o no Pa s Em m dio e longo prazo a exaust o de fontes n o renov veis e press es ambientalistas poder o acarretar maior aproveitamento energ tico da biomassa 11 2 5 3 Energia E lica Denomina se energia e lica a energia cin tica contida nas massas de ar em movimento vento Seu aproveitamento ocorre por meio da convers o da energia cin tica de transla o em energia cin tica de rota o com o emprego de turbinas e licas tamb m denominadas aerogeradores para a gera o de eletricidade Atualmente existem mais de 30 mil turbinas e licas em opera o no mundo Em mar o de 2007 governantes europeus chegaram a um acordo sobre a meta de utiliza o de 20 de energias renov veis at 2020 na Uni o Europ ia Estima se que em 2020 o mundo ter 12 da energia el trica gerada pelo vento com um
68. a para curtos circuitos no barramento 69 kV da subesta o A menor do que a gera o total como mostra a Figura 4 6 aonde foi simulada uma falta bif sica na barra A 50 PCHY Mag1 13 8hy 2 60 93 10028 178 PCHY t41002B 178 PCH Y 13 8ky Ba 26 03 21 5B 166 100282 1 1471B1 __1Y 4t1002B 178 PCH Y_Maq2 13 8hy SE B SEA Ba BS dy 21 2B 167 19 9B 179 PCHX Mag1 13 87 PCH X 13 867 1 0B 99 E 0 008103 A 0 00B171 t t Lo 17181 1718 147 915B24 PCH X_Maq2 13 8ky 10748 159 Figura 4 6 Contribui o da menor gera o para falta bif sica na barra da SE A Na Figura 4 6 se observa que a contribui o da menor m quina do acessante para um curto circuito na SE A corresponde a 171A valor quase 50 inferior a m xima inje o de corrente dos acessantes X e Y no sistema Por outro lado mesmo que a contribui o de apenas uma m quina para o curto fosse superior soma da gera o das duas m quinas tal como acontece para configura o na qual somente a PCH X esta conectada subesta o B ainda h outra quest o a ser solucionada Essa quest o se refere concilia o entre tempos adequados de atua o da prote o para as condi es de maior curto maior n meros de m quinas e menor curto menor n meros de m quinas em opera o Isso porque o tempo de atua o da prote o 51 est vinculado curvas inversas ou seja quanto maior a corrente
69. abilidade s o utilizados dois rel s digitais em cada terminal da LT SE A SE B 69 kV Cada um desses rel s agrupa todas as fun es acima descritas sendo que rel s alocados no mesmo terminal possuem ajustes iguais A atua o dos rel s de dist ncia independe da quantidade de m quinas em opera o j que a rela o entre tens o no terminal onde o rel se encontra e sua contribui o para uma falta no sistema diretamente proporcional quantidade de m quinas em opera o Assim o n mero de m quinas operando influenciar muito pouco a imped ncia vista pelo rel Tais altera es n o s o suficientes para impedir a correta opera o do rel de dist ncia O rel de sobrecorrente direcional de neutro ajustado como retaguarda da prote o de dist ncia de neutro Isso porque em condi es de curto circuito com envolvimento de terra 48 onde os valores de resist ncia de falta s o elevados a imped ncia vista pela unidade 21N pode ultrapassar seu limite de atua o A defini o do valor de corrente que levar a trip a unidade 67N mais influenciada pelos caminhos de sequ ncia zero proporcionados pelos transformadores de conex o se sua liga o for Estrela aterrada na concession ria e Delta no acessante que pela quantidade de m quinas em opera o Al m disso por se tratar de circuitos que em condi o normal de opera o apresentam pequenos desequil brios entre as fases a utiliza o de pick
70. ade de inviabiliza o da manuten o de transformadores de aterramento devido a dificuldades de ajuste provis rio de rel s de prote o sensibilizados pelas tens es de deslocamento de neutro as quais s o reduzidas pela presen a de GD em sistemas em que a refer ncia de terra dada por esse transformador e cuja indisponibilidade acarreta a inexist ncia de corrente de sequ ncia zero em faltas envolvendo terra Outra discuss o trazida tona pela presen a de GD diz respeito aos benef cios e inconvenientes da opera o ilhada do sistema Por exemplo um ilhamento pode interferir no restabelecimento do sistema e ocasionar novos e indesej veis desarmes ou danos aos equipamentos da concession ria ou do acessante Atualmente as concession rias preferem n o assumir os danos potenciais de um restabelecimento ou reconex o do seu sistema sobre um acessante em opera o ilhada empregando outras medidas e esquemas de prote o para evitar o religamento autom tico nessas situa es Como ltima parte desse trabalho foi realizado um levantamento dos requisitos de prote o das normas de acesso das distribuidoras brasileiras do sul sudeste e centro oeste Esse levantamento foi realizado de forma conjunta com tais distribuidoras atrav s de um 130 grupo de discuss o sobre GD e teve como objetivo disseminar informa es e experi ncias relevantes sobre GD e observando as particularidades de cada concession ria elencar itens
71. ae eaa en e a eaa ada denso abra dasn nao Cego e ama tac a daD Oae 15 Tabela 4 21 Dados el tricos dos geradores in eerereeaerrenannea 79 Tabela 4 22 Dados das linhas de interliga o com a concession ria 19 Tabela 4 23 Dados do transformador c rs cerrerecerereaceraeaan a 79 Tabela 5 1 Principais Caracter sticas das Distribuidoras Pesquisadas 97 Tabela 5 2 Distribuidoras e seus Manuais de Acesso esssseeeesesesesreressrerserrresserresssrerssrrees 98 Tabela 5 3 Configura es permitidas nos Manuais de Acesso para conex o de GD 100 Tabela 5 4 Tipos de equipamento de interrup o exigido na MT 102 Tabela 5 5 Tempos m ximos de abertura do disjuntores cii 102 xiii Tabela 5 6 Intertravamento requerido entre os equipamentos de interrup o e manobra 103 Tabela 5 7 Par metros de Sincroniza o para a Interliga o de unidades de GD ao sistema PREPARANDO OND ER EEE RR RO RU RR PRP DD RR RE ORE DP RO RE OD RR 103 Tabela 5 8 Conex es do transformador de acoplamento para interliga o na MT 105 Tabela 5 9 Conex es do transformador de acoplamento para interliga o na AT 106 Tabela 5 10 Prote es exigidas pelas distribuidoras nas instala es da GD 111 Tabela 5 11 Prote es exigidas pelas distribuidoras no ponto de conex o
72. agr colas para fins energ ticos o caso da palha de cana de a car Revista Brasileira de Energia Rio de Janeiro v 6 n 1 p 66 81 jan jun 1999 ANEEL Atlas de Energia El trica 3 Ed http www aneel gov br visualizar texto cfm idtxt 1689 gt Acesso em 15 fev 2011 INTERNACIONAL RENEWABLE ENERGY Energia Renov vel E lica e Mares Dispon vel em lt http www internationalrenewablesenergy com index php pag con teudo amp id conteudo 2946 amp idmenu 201 amp eolica e mares gt Acesso em 15 fev 2010 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 133 WIND ENERGY THE FACTS Chapter 2 Projecting Targets for the eu 27 up to 2030 Dispon vel em lt http www wind energy the facts org en scenarios and targets chapter 2 projecting targets for the eu 27 up to 2030 gt Acesso 15 fev 2010 HADDAD Jamil LORA Electo Eduardo Silva Gera o Distribu da Aspectos Tecnol gicos Ambientais e Institucionais 1 ed Rio de Janeiro Interci ncia 2006 CIGR Working Group B5 34 The Impact of Renewable Energy Sources and Distributed Generation on Substation Protection and Automation Agosto de 2010 ANEEL PRODIST M dulo 3 Acesso ao Sistema de Distribui o Revis o 3 de 12 de abril de 2011 Dispon vel em http www aneel gov br area cfm idArea 82 acesso em 9 de novembro de 2011 JAVADIAN S HAGHIFAM M and REZAFI N A fault location and protection scheme
73. aior detalhamento a respeito de suas exig ncias a fim de evitar mal entendidos e A uniformiza o das exig ncias dos requisitos de prote o entre as distribuidoras facilitaria a discuss o t cnica entre grupos de GD com atua o nacional al m de permitir que equipamentos com atributos especiais sejam desenvolvidos pelos fabricantes como por exemplo religadores com fun es de direcionalidade e com identifica o das condi es de tens o na linha e A utiliza o de medidores de qualidade nos pontos de conex o tamb m deveria ser avaliada pelas distribuidoras j que por exemplo durante ilhamentos inesperados as condi es de atendimento dos consumidores podem ser monitoradas 128 6 CONSIDERA ES FINAIS Incentivos governamentais fizeram com que a Gera o Distribu da GD despontasse como uma nova possibilidade de explora o do mercado de energia Localizada por defini o pr xima aos centros de carga as unidades geradoras conectadas rede de distribui o al m de suprirem a energia demandada localmente possuem condi es pr prias para desempenhar um papel importante no conjunto do sistema el trico At mesmo quando fora de opera o como o caso dos geradores de emerg ncia a GD propicia o aumento da reserva de pot ncia junto carga reduzindo os riscos de instabilidade e aumentando a confiabilidade do suprimento Outro fator propulsor da GD est ligado ao forte apelo da sociedade pela utiliza
74. ais elementos de manobra da planta do acessante tamb m exigida a exist ncia de esquemas de intertravamento de forma que estando o elemento de interliga o fechado todas as chaves disjuntores e religadores n o supervisionados sejam impedidos de fechar Os esquemas de intertravamento respons veis pelo estabelecimento de interdepend ncia entre a opera o dos elementos podem ser estabelecidos atrav s de 103 conex es mec nicas el tricas eletromec nicas ou eletr nicas conforme exig ncia da distribuidora mostrada na Tabela 5 6 Tabela 5 6 Intertravamento requerido entre os equipamentos de interrup o e manobra Intertravamento Requerido El trico Mec nico BC Hydro Celesc Cemig Coelba Copel BC Hydro Celesc Opcional Cemig CPFL Elektro Eletropaulo Enersul Coelba CPFL Elektro Enersul Opcional Iberdrola e Light Iberdrola e Light Com rela o verifica o de sincronismo 25 utilizada para supervisionar o paralelismo de forma que ele s ocorra se a sequ ncia de fase e defasamento entre gera o e sistema forem similares a norma IEEE 1547 estabelece par metros de ajuste para os rel s 25 que possibilitam que essa a o aconte a de maneira mais suave poss vel A Tabela 5 7 mostra os par metros sugeridos para m quinas s ncronas Tabela 5 7 Par metros de Sincroniza o para a Interliga o de unidades de GD ao sistema Capacidade
75. ais representativa corresponde imped ncia da LT O ngulo caracter stico de sequ ncia positiva de linhas de 69 kV varia de 30 a 50 conforme di metro do condutor enquanto para linhas de 138 kV esse ngulo encontra se entre 60 e 70 Assim para um curto met lico sem resist ncia de falta em uma LT de 138 kV tem se o seguinte diagrama fasorial da Figura 4 23 BC Figura 4 23 Diagrama fasorial da falta trif sica met lica em LT 138 kV A partir do diagrama da Figura 4 23 observa se que o rel eletromec nico deveria desenvolver o m ximo torque quando a defasagem entre Ia e Vbc fosse 30 No entanto a fim de acomodar tanto resist ncias de falta quanto condi es de carga com baixo fator de pot ncia evitando a atua o indevida da prote o o ngulo de m ximo torque para prote o de fase foi padronizado em 45 A a L Restri o retira dass AAE AT gt XK LN r use NO Assina es 7 i pera ao g 4 No 4 AN ks m Ne rd 4 a x k F la lt DU Rs a k yN y x x Var Angulo Max B Torque Figura 4 24 Regi o de opera o do rel direcional para ngulo de m ximo torque de 45 78 Faltas fora da direcionalidade do rel se localizaram na regi o de restri o tal como mostra a Figura 4 25 Opera o EN ES t ngulo Max Torque VBc Figura 4 25 Regi o de restri o do rel direcional para ngulo de m ximo torque de 45 Quando uma unidade
76. altas T picas na Concession ria Implica es para sistemas industriais varia o de frequ ncia e tens o problemas para religamento autom tico sobrecarga desligamento dos geradores rejei o de cargas varia o intensa de tens o desligamento de motores sobrecarga desligamento dos geradores Implica es para concession ria Linha permanece energizada at atuar prote o da ind stria em fun o da in rcia dos motores Problemas na realiza o de religamento autom tico da linha Desligamento de cargas nas proximidades da falha Perda de gera o significativa no sistema da concession ria p ex grande varia o de frequ ncia rejei o de cargas perda de sincronismo sobrecarga desligamento dos varia o de frequ ncia sobrecarga dos geradores rejei o de cargas ERAC Ss oscila es de pot ncia desligamento de geradores e Itai d aipu geradores LTs Tabela 4 2 Faltas T picas na Ind stria Falta Implica es para sistemas Implica es para industriais concession ria varia o de frequ ncia e tens o problemas para religamento y Desligamento de cargas de autom tico Curto circuito em tens es inferiores a consumidores nas sobrecarga desligamento dos 13 8 kV proximidades da ind stria geradores rejei o de cargas perda de paralelismo O a Des
77. aneiro No Cap tulo 6 s o apresentadas as conclus es sobre a discuss o realizada no presente estudo No Cap tulo 7 s o apresentadas sugest es de trabalhos futuros 2 O SETOR EL TRICO NACIONAL E OS SISTEMAS DE GERA O DISTRIBU DA Neste cap tulo apresenta se um breve hist rico do desenvolvimento do setor el trico no Brasil bem como uma contextualiza o sobre a gera o distribu da 2 1 Hist rico do Setor El trico Brasileiro A utiliza o de eletricidade no Brasil teve in cio em 1883 com a entrada em opera o da primeira usina de energia el trica da Am rica Latina chamada Hidrel trica de Ribeir o do Inferno constru da em Diamantina MG e destinada ao uso de uma mineradora A partir de 1884 a energia el trica foi considerada como um bem de utilidade p blica atrav s da concess o de privil gio para a explora o da ilumina o p blica dada pelo Imperador D Pedro II a Thomas Edson Foram instaladas 39 l mpadas em ruas da cidade de Campos RJ supridas por uma usina termel trica com pot ncia de 25 kW Em 1889 entrou em opera o a primeira usina hidrel trica para servi o p blico Marmelos Zero mostrada na Figura 2 1 Ela foi constru da no Rio Paraibuna na regi o de Juiz de Fora MG e possu a uma pot ncia de 250 kW J em 1900 a pot ncia instalada no pa s chegou a 12 MW sendo 6 5 MW proveniente de termel tricas e 5 5 MW de hidrel tricas Figura 2 1 Foto da Usina Hidrel
78. anteriormente verificadas sejam mantidas sem grandes varia es a fim de que as cargas n o venham a ser submetidas a condi es degradantes A desconex o do acessante somente deve ser realizada se houverem condi es anormais no sistema As prote es de interface entre sistema e gera o tamb m n o devem atuar em caso de manobras de banco de capacitores faltas em linhas distantes balan os de carga ou atua es dos reguladores de tens o Deve ser mantido o equil brio entre a minimiza o do risco e os custos das instala es O acessante deve ser dotado de prote es que impe am sua energiza o enquanto o sistema da concession ria estiver fora de opera o A prote o dos equipamentos do acessante de sua responsabilidade e deve levar em conta a necessidade de haver coordena o com os demais esquemas de prote o do sistema Essa prote o n o deve se limitar somente a curtos circuitos devendo abranger outras condi es anormais de opera o tais como superexcita o sobretens o correntes desbalanceadas frequ ncias anormais e stress no eixo do gerador 97 5 3 Avalia o dos Requisitos das Distribuidoras O levantamento dos requisitos de prote o mostrado nesse t pico resultado do trabalho conjunto de distribuidoras brasileiras do sul sudeste e centro oeste realizado atrav s de um grupo de discuss o sobre gera o distribu da O objetivo desse f rum disseminar informa es e
79. ao crit rio de menor custo global e menor impacto para o sistema A Tabela 5 3 resume as configura es permitidas pelas concession rias que possuem refer ncias mais espec ficas sobre arranjos Tabela 5 3 Configura es permitidas nos Manuais de Acesso para conex o de GD Alimentador LT ou SE exclusiva Conex o em tape ou pingo SEA SEB SE Cargas SE LT ou Alimentador E aa 3 E Gps F Cargas Cargas io QH BC Hydro Celesc Cemig e BC Hydro Celesc AT e BC Hydro Celesc MT e Copel Copel Cemig AT para G lt 1 MW 5 3 2 Requisitos de Prote o e Equipamentos na SE do Acessante Os manuais das distribuidoras atribuem aos acessantes a responsabilidade pela prote o de suas instala es ou equipamentos de tal maneira que perturba es na rede da concession ria tais como religamentos autom ticos ou surtos de manobras n o causem danos nas unidades de GD Al m desses problemas s o citadas a seguir algumas perturba es relativamente comuns na rede da concession ria que podem ocasionar danos aos acessantes Rejei o de carga essa situa o verificada quando blocos de carga pr ximos ao local no qual o acessante est conectado s o desconectados subitamente podendo ocasionar sobrevelocidade e sobretens es na m quina do acessante Os valore
80. arga pela capacidade da GD e finalmente o comprimento do alimentador ou seja a dist ncia que a GD esta da subesta o Carga 0 25 pu EE ae ssr asri Carga 0 5 pu S os LINA ss 3 os ANALNI sra oo LUNA amics f oe LNN rota Carga 3 5 pu Carga 4 pu N liS l 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100 Comprimento doAlimentador km Figura 3 12 Rela o Sobretens o X Carga X Comprimento do Alimentador para Cabo 1 0 Tens o no lado de AT pu Za A JAA AFA Z ZALEA ZIYI 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100 Comprimento do Alimentador Km Figura 3 13 Rela o Sobretens o X Carga X Comprimento do Alimentador para Cabo 4 0 31 Considerando que o n vel de suportabilidade dos equipamentos est em torno de 1 4 pu da tens o fase terra e o cabo de menor imped ncia 4 0 observa se na Figura 3 13 que a queda de tens o em alimentadores de 7 km com cargas de mesma pot ncia que a gera o j evita n veis de tens o prejudiciais J na Figura 3 13 aonde a imped ncia por km do cabo maior poss vel alocar a unidade de GD 2 km mais pr ximo da SE e ainda sim se obter o mesmo resultado A partir da observa o da Figura 3 12
81. as de prote o Figura 4 2 Sistema de Distribui o de Alta tens o Fonte 36 Ainda na Figura 4 2 para garantir confiabilidade do esquema de prote o podem ser verificadas zonas de sombreamentos ou redund ncia entre as prote es com a inclus o de dois sistemas prote o principal ou prim ria e prote o de retaguarda ou backup Na Figura as reas indicadas com linhas tracejadas correspondem s zonas da prote o principal ou seja uma falta dentro desse local implica na abertura de todos os disjuntores pertencentes a esta zona regi o da prote o de retaguarda corresponde aos pontos de sombreamento que se sobrep em com a rea da prote o principal com a finalidade de garantir uma cobertura completa para todos os elementos do sistema de pot ncia Com isso uma falta nas reas sobrepostas provoca a abertura de mais disjuntores do que seria necess rio para isolar a falta interessante observar que enquanto as prote es principais normalmente t m atua o instant nea as prote es de retaguarda devem ter sua atua o temporizada provendo portanto a m xima continuidade do servi o com um m nimo de desconex es Os dispositivos de prote o de sistemas malhados diferem consideravelmente daqueles utilizados em sistemas radiais j que se faz necess rio identificar o sentido das correntes Os mais comuns s o aqueles que utilizam amostras de tens o e corrente para determinar o sentido 44 da c
82. ase terra no gerador do acessante conten o das correntes de terceira harm nica e seus m ltiplos e sendo a alta tens o aterrada a garantia de aterramento das linhas de transmiss o mediante a abertura do disjuntor da concession ria qualquer que seja o motivo No entanto a liga o Estrela aterrada concession ria Delta acessante prov caminhos indesejados para corrente de sequ ncia zero para faltas com envolvimento de terra no sistema o que sua maior desvantagem A Figura 3 7 mostra um exemplo da divis o da contribui o da corrente de sequ ncia zero entre o sistema e transformador do acessante Subesta o da Concession ria AT BT TARE l Ka F1 L G Falta A sistema Figura 3 7 Diagrama unifilar da conex o Estrela Aterrada AT Delta MT Fonte 22 A divis o da corrente entre o transformador de acoplamento XTep e o sistema XTri XTobt XTsistema depender das imped ncias envolvidas sendo que quanto maior o n vel de tens o menor a divis o da corrente entre os elementos Isso porque no SEP a imped ncia inversa ente proporcional ao n vel de tens o e assim sendo maior a rela o XToo Xopo XTi XToupt XTsistema menor o valor de corrente que circular pelo transformador Por outro lado maiores valores de imped ncia dos condutores em n veis mais baixos de tens o fazem com que a contribui o do transformador de acoplamento do acessante seja um fator ainda mais preocu
83. aterrada MT n o haver contribui o do terminal aonde se encontra o disjuntor 69 kV com corrente de sequ ncia zero no caso de faltas com envolvimento de terra no 13 8 kV Portanto a prote o de sobrecorrente de neutro 51N alocada no terminal Y n o ser sensibilizada Nessa circunst ncia a prote o de sobrecorrente de fase 51 a respons vel pela identifica o do problema j que curtos circuitos monof sicos no lado Estrela aterrado s o refletidos na AT como curtos bif sicos A defini o da corrente de pick up da prote o 51 que atua no disjuntor 69 kV da barra Y dever levar em conta a menor contribui o das fases para faltas no 13 8 kV No entanto a opera o ou n o da GD no sistema influ ncia consideravelmente essa contribui o A partir de simula es de curto circuito obt m se a Tabela 4 11 que ilustra os n veis de contribui o do terminal de 69 kV para curtos fase terra no 13 8 kV 57 Tabela 4 11 N veis de contribui o do terminal de 69 kV para curtos fase terra no 13 8 kV Todas PCHs Somente PCH Somente PCH Nenhuma PCH em opera o A em opera o B em opera o operando Corrente fase A no 0 497 98 0 462 92 0 452 87 0 447 74 terminal 69 kV pu Corrente fase no 0 49782 0 46788 0 45 293 0 447106 terminal 69 kV pu Comparando vetorialmente s situa es de todas PCHs em opera o e nenhuma PCH em opera o observa
84. balcance do rel Conforme tamb m pode ser visto na Equa o 4 22 quanto maior a contribui o da GD maior o comprometimento ao adequado funcionamento da prote o de dist ncia e Caso exemplo 4 69 O caso exemplo 4 ilustra a influ ncia da conex o de GD no alcance das prote es de dist ncia Os dados do sistema s o mostrados nas Tabelas 4 15 4 16 e 4 17 Tabela 4 15 Dados el tricos dos geradores GD A N mero de geradores 2 Pot ncia de cada unidade geradora 11 2 MVA Imped ncia subtransit ria X d 0 26 sat pu Imped ncia transit ria X d 0 37 sat pu Imped ncia s ncrona Xd 1 14 sat pu Imped ncias de sequ ncia negativa X2 0 26 sat pu Imped ncias de sequ ncia zero X0 0 12 sat pu Tabela 4 16 Dados das linhas de interliga o com a concession ria SE A SE O C SE O C SE O C SE D PCH X Comprimento 35 5 92 2 9 km Imped ncia de sequ ncia positiva 21 1 lt 60 52 2 lt 65 5 5 3 lt 62 8 ohms Imped ncia de sequ ncia zero 63 9 lt 67 168 1 lt 72 2 17 4 lt 74 2 ohms Tabela 4 17 Dados do transformador GD A Pot ncia nominal de cada transformador 25 MVA Imped ncia percentual do transformador 0 1 pu Base de pot ncia a qual a imped ncia se refere 25 MVA Tens o do enrolamento de alta 138 kV Liga o do enrolamento conectado fonte Estrela Tens o do enrolamento
85. c 2000 MATTISON Catherine M Protective Relaying for the Cogeneration Intertie Revisited Conference Record of the 1995 IEEE Volume 2 Oct 1995 N Miller Z Ye Distributed generation penetration study National Renewable Energy Laboratory Department of Energy Tech rep NREL SR 560 34715 Aug 2003 VASCONCELLOS Alexandre Paralelismo de Sistemas Industriais Autogeradores e Rede P blica Aspectos T cnicos da Integra o dos Sistemas e Perspectivas Futuras FIGENER S A Engenheiros Associados SP KAGAN Nelson et al Introdu o aos Sistemas de Distribui o de Energia El trica 1 ed S o Paulo Edgard Bl cher 2005 CEMIG Prote o Contra Sobrecorrentes em Redes de Distribui o A reas Estudo de Distribui o 3 3 1994 ADVANCED SYSTEMS FOR POWER ENGINEERING INC About Dispon vel em lt http www aspeninc com aspen index php option com content amp view article amp i d 99 amp Itemid 29 gt Acesso em 14 nov 2011 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 135 Xia Y Q Li K K et al 1994 Adaptive Relaying Setting for Standalone Digital Distance Protection IEEE Transactions on Power Delivery 9 1 480 91 CRISOSTNES Leonel et al Development of an intelligent system for power adaptive protection Rev ci nc exatas Taubat v 9 10 n 1 2 p 89 99 2003 2004 Giovanini R Hopkinson K Coury D V Thorp J S A Primary and Backup Coo
86. cess ria a utiliza o de rel s baseados em tens o Os dados do sistema em an lise s o mostrados na Tabela 4 12 4 13 e 4 14 Tabela 4 12 Dados el tricos dos geradores GD A N mero de geradores 2 Potencia de cada unidade geradora 11 MVA Imped ncia subtransit ria X d 0 31 sat pu Imped ncia transit ria X d 0 41 sat pu Imped ncia s ncrona Xd 1 1 sat pu Imped ncias de sequ ncia negativa X2 0 36 sat pu Imped ncias de sequ ncia zero X0 0 13 sat pu Imped ncia de aterramento do gerador 2390 4 ohms Tabela 4 13 Dados das linhas de interliga o com a concession ria SEX GDA SEX SEY Comprimento 32 58 km Imped ncia de sequ ncia positiva 17 2270 40 3747 1 ohms Imped ncia de sequ ncia zero 53 24714 5 114 4763 2 ohms Tabela 4 14 Dados dos transformadores GD A T2 Potencia nominal de cada transformador 33 25 MVA Imped ncia percentual do transformador 10 2 12 2 pu Base de pot ncia a qual a imped ncia se refere 1 25 MVA Tens o do enrolamento de alta 69 13 8 kV Liga o do enrolamento conectado fonte Estrela Estrela Tens o do enrolamento conectado carga 13 8 69 kV Liga o dos enrolamentos de baixa Delta Delta A Figura 4 10 ilustra o sistema em an lise no caso exemplo 3 58 59 GDA Boy GDA mag 1 13 8kv s Ho GDA
87. conectado carga 6 8 kV Liga o dos enrolamentos de baixa Delta A Figura 4 17 ilustra o sistema em an lise no caso exemplo 4 70 CHX Go B V PCH A 138 6 PCHX 61 E 84V 5 km SEA 138 kV 702 T SE D 138 kV 216 Figura 4 17 Caso Exemplo 4 Impacto da GD para prote o de Dist ncia subalcance Para o caso em quest o ser o analisados os efeitos do subalcance para zona 1 de um rel de dist ncia alocado na SE A ajustado com 90 da imped ncia da LT protegida Sem considerar a presen a da GD X o ajuste de zona 1 ser calculado conforme Equa o 4 23 com atua o instant nea no caso de sensibiliza o Z 0 9x Z Z 4 23 TI SEA SE OC LTI SE OC SED Z 0 9x 21 1260 52 2265 5 65 9263 9 Q prim Simulando uma falta trif sica no ponto correspondente a 90 da LT SE A SE D 138 kV sem GD cujo m dulo da corrente de curto circuito corresponde a 2043A teremos os seguintes valores mostrados na Figura 4 18 e na Tabela 4 18 71 PCH X_G2 6 9kV PCHX G1 6 9 kV 9 km 4 SEA SE D 67 5P29 7 5P26 138 kV 702 T 128 kV 816 1025P 35 1025P 35 7 1025P145 1019P 40 Figura 4 18 Caso Exemplo 4 Simula o de falta trif sica a 90 da SE A sem GD Tabela 4 18 Resultado simula o de curto trif sico a 90 da SE A sem GD TERMINAL A TERMINAL D PCHX Tens o 0 85 pu 0 09 pu Contribui o de corrente 1025 A 1019 A
88. confi veis estejam dispon veis para todos os pontos da rede o que nem sempre acontece Os estudos citados s o apenas uma pequena parte do que vem sendo desenvolvido no sentido de minimizar o impacto da GD para o sistema Provavelmente n o haver uma solu o nica que atenda s particularidades de cada distribuidora A ado o de umas dessas propostas dever sempre passar pela concilia o da necessidade sist mica e a avalia o do menor custo global o que afinal pode ser a equa o mais dif cil de ser resolvida 88 4 7 7 Nhamento e Prote o Ilhamento pode ser definido como uma condi o em que parte da rede de distribui o que contenha tanto carga quanto GD se mant m energizada mesmo ap s a desconex o da distribuidora Essa condi o pode ser intencional quando a configura o planejada com base em estudos que garantir o a qualidade da energia suprida aos consumidores pela GD ou n o intencional quando ocorre em fun o de faltas que ocasionam a abertura de disjuntores da concession ria De maneira geral ilhamentos tem sido evitados embora j existam esfor os no sentido de mitigar os riscos e maximizar os benef cios do atendimento planejado de cargas via gera o distribu da visando aumentar a confiabilidade do sistema e reduzir o tempo de interrup o A Figura 4 36 exemplifica a forma o de ilhas na rede de distribui o 132kV Subesta o x a Figura 4 36
89. da a recupera o do calor dos gases de escape da gua de resfriamento do motor e at mesmo do leo do sistema de lubrifica o Nessas instala es a pot ncia do eixo pode ser utilizada para gerar eletricidade ou acionar outra carga qualquer 17 2 6 2 Microturbinas a G s As microturbinas s o sistemas compactos de gera o termel trica com pequenas turbinas similares s utilizadas em avi es que produzem pot ncia el trica entre 25 e 500 kW integradas a sistemas de eletr nica de pot ncia que permitem sua opera o isolada ou em paralelo rede el trica Elas apresentam vantagens quando comparadas com turbinas a g s convencionais ou motores de combust o interna no contexto da GD Dentre essas vantagens cita se a velocidade vari vel com o carregamento o que possibilita sua opera o na faixa de velocidade de melhor efici ncia de convers o Na maioria das microturbinas o compressor e o gerador el trico s o montados em um nico eixo constituindo um sistema sem caixa de engrenagem e com apenas uma parte m vel Esse conjunto trabalha em alta rota o de 70000 a 120000 rpm fazendo com que as perdas por atrito entre o eixo e o ar sejam maiores assim como a necessidade de resfriamento principalmente se o gerador se encontra pr ximo das partes quentes da microturbina Para promover o resfriamento em algumas configura es o gerador colocado no duto de admiss o de ar o que produz queda de press o na entrada do
90. da que a varia o de corrente pode chegar a 20 Essa diferen a pode impor ao sistema maiores restri es de carga de forma a possibilitar a sensibiliza o do rel 51 alocado no disjuntor de 69 kV para todas as faltas no 13 8 kV Outra quest o que merece aten o diz respeito ao tempo de opera o da prote o O rel 51 deve ser ajustado com o maior valor de corrente a que ele for exposto durante o curto para evitar descoordena es com as prote es dos alimentadores No caso em quest o a maior corrente fase A 0 737 66 pu verificada para curtos trif sicos considerando todas as GD em opera o Novamente fazendo uma compara o vetorial entre esse valor com o encontrado para situa o de menor curto que corresponde falta fase terra sem nenhuma GD em opera o mostrada na Tabela 4 11 observa se uma diferen a de 30 no valor de corrente que deve sensibilizar a prote o Essa diferen a reflete em tempos de atua o que v o desde 1 3 at 3 2 segundos o que pode expor os equipamentos do sistema a um estresse desnecess rio e Caso exemplo 3 J o caso exemplo 3 trata de uma configura o cuja refer ncia de terra dada por um transformador de aterramento Isso acontece porque a liga o do transformador de conex o fonte Delta para o sistema em quest o Durante indisponibilidade do transformador de aterramento n o haver circula o de corrente de sequ ncia zero durante faltas para a terra sendo ne
91. dade mas essas a es ainda se concentram nos grandes centros urbanos j beneficiados por um sistema suficientemente forte e com poucas chances de apresentar os problemas citados 54 4 7 2 Defini o de Ajustes Provis rios para Interven es na Presen a de GD O sistema el trico deve ser submetido frequentemente a manuten es para garantir o adequado funcionamento de seus componentes Durante essas interven es comum que a indisponibilidade de um dado elemento fa a com que prote es planejadas para retaguarda assumam o papel da prote o principal Em condi o normal de opera o a atua o entre a prote o principal e a prote o de retaguarda ocorre de forma coordenada ou seja a prote o de retaguarda s atua se a prote o principal n o o fizer respeitando se um intervalo de tempo Em algumas configura es a prote o adjacente prote o principal pode n o atuar como prote o de retaguarda devido a limita es t cnicas como no caso de uma barra com m ltiplas sa das aonde a corrente de curto vista pela retaguarda inferior a corrente de carga Assim durante interven es que ocasionem a indisponibilidade da prote o principal deve ser verificado se a retaguarda est ajustada de forma a ser sensibilizada com tempo adequado para qualquer curto circuito dentro da rea da prote o principal Por m a presen a da GD um complicador j que a distribuidora n o tem como impor ao acessa
92. de de aloca o e Atendimento mais r pido ao crescimento da demanda ou demanda reprimida e Baixo custo de opera o e manuten o das unidades de gera o e Redu o dos grandes impactos ambientais causados pelas linhas de transmiss o e reas de reservat rios da gera o centralizada 2 4 Defini o de Gera o Distribu da A estrutura do sistema el trico brasileiro se baseou por um longo tempo unicamente na centraliza o da gera o A energia era ent o transmitida por longas dist ncias at chegar aos centros de carga usando linhas de transmiss o de diferentes n veis de tens o O objetivo dessa topologia era prover economia seguran a confiabilidade e qualidade do suprimento atrav s de um despacho central Os sistemas de distribui o eram ent o projetados e operados para uma topologia radial sem a presen a intermedi ria de fontes de energia tal que o fluxo de pot ncia flu a somente em uma dire o No entanto a reestrutura o do sistema el trico ocorrida em diversos pa ses incluindo o Brasil possibilitou a altera o desse paradigma trazendo novos desafios e tornando economicamente interessante a opera o de geradores em paralelo com os sistemas de distribui o Essa nova alternativa de topologia conhecida como GD e a cada dia se consolida como uma tend ncia No Brasil o aumento do interesse pelas quest es relativas GD ocorreu com o surgimento de novos agentes no mercado de
93. defini o Sistemas solidamente aterrados consiste na conex o do neutro do gerador e transformador diretamente terra Neste esquema de aterramento n o h imped ncia de sequ ncia zero devido ao fato da imped ncia de falta ser muito pequeno S o considerados eficientes os aterramentos s lidos cuja corrente de curto circuito fase terra seja de no m nimo 60 da corrente de curto circuito trif sica Em termos de componentes de sequ ncia o aterramento eficiente somente se R lt X e X lt 3 X Sistemas n o aterrados Nesse sistema uma falta fase terra causa apenas uma pequena corrente terra portanto o sistema pode continuar em opera o mesmo com uma falta terra permitindo sua continuidade Al m disso h ainda a vantagem econ mica j que se eliminam os gastos com aterramento No entanto deve ser considerado que nesse tipo de sistema o n vel de seguran a menor j que ele n o possui malhas de aterramento capazes de fornecer prote o contra perturba es transit rias como descargas atmosf ricas 41 4 5 Filosofia de Prote o de Sistemas de Distribui o de M dia Tens o As redes de distribui o prim rias ou de m dia tens o emergem das subesta es de distribui o e sempre operam radialmente com possibilidade de transfer ncia de blocos de cargas entre circuitos Essas redes atendem aos consumidores prim rios e aos transformadores de distribui o que suprem a rede de baixa t
94. discutido anteriormente Em sistemas de distribui o submetidos conex o de geradores de acessantes existe ainda a preocupa o com a seguran a de terceiros e do pessoal pr prio da concession ria quando n o s o tomadas as precau es necess rias Dessa forma o acessante deve possuir prote es que proporcionem a pronta desconex o e o bloqueio de seu disjuntor de interliga o sempre que quaisquer dist rbios ocorrerem como curto circuito fase aberta varia o acentuada de tens o e ou frequ ncia etc ao longo do alimentador at a subesta o da concession ria visando principalmente preserva o de suas pr prias instala es Tais prote es devem ser suficientemente r pidas de forma a n o prejudicar a opera o do RA que ocorre em alta velocidade 93 4 9 N vel de curto circuito A contribui o para uma falta de uma pequena unidade GD n o grande no entanto as contribui es agregadas de muitas unidades pequenas ou poucas unidades grandes podem alterar os n veis de curto circuito de forma a causar descoordena es afetando a confiabilidade e seguran a do sistema de distribui o Como exemplo a Figura 4 37 mostra um alimentador t pico com deriva es protegidas por fus veis Se unidades de GD s o adicionadas ao sistema a corrente de falta se torna suficientemente grande para que o fus vel perca a coordena o com o disjuntor de alimenta o durante uma falta levando o fus vel a fu
95. dora i 1 Subesta o Figura 5 1 Exemplo do esquema de conex o da GD ao sistema O ponto de conex o estabelecido pela distribuidora e pode ser localizado diretamente na barra de uma subesta o da concession ria barra 1 sendo nesse caso a rede ou linha de propriedade do acessante ou ainda atrav s do secionamento de um elemento de propriedade da concession ria pr existente barra 2 Em ambos os casos devem ser observadas as adequa es e ou altera es necess rias para atendimento das normas das distribuidoras 110 5 3 5 1 Fun es de Prote o A prote o das instala es ou equipamentos de propriedade do acessante s s o objetos das normas quando existe possibilidade de afetar direta ou indiretamente a rede da distribuidora Tais prote es devem desconectar o acessante em um tempo menor que tempo gasto para sensibiliza o das prote es da distribuidora Suas atua es est o direcionadas para abertura do disjuntor de entrada ou dos geradores do acessante Nas normas das distribuidoras BC Hydro AT Celesc Coelba Eletropaulo Iberdrola e Light n o h especifica o quanto s fun es requeridas para planta do acessante A informa o contida nas normas que os disjuntores instalados no ponto de interliga o devem ser acionados por rel s secund rios que removam e bloqueiem prontamente a conex o sempre que ocorrer uma anomalia tal como curto circuito queda de tens o anormal varia o
96. e baseia em dois princ pios Prote o Seletiva e Prote o Coordenada A prote o definida como seletiva quando o ajuste da prote o de retaguarda feito de maneira a permitir que o dispositivo de prote o mais pr ximo da falta opere para qualquer tipo de defeito a jusante tanto transit rio quanto permanente Para circuitos urbanos a filosofia mais adotada em fun o da necessidade de expor os consumidores ao menor n mero poss vel de desligamentos Al m disso como o esquema de prote o seletiva pouco afetado pela conex o de GD n o ser aprofundado nesse estudo O coordenograma da filosofia de prote o seletiva mostrado na Figura 4 31 Essa filosofia tamb m pode ser adotada para outro dispositivo de prote o tal como religadores Prote o de Retaguarda di Icc Figura 4 31 Coordenograma para prote o seletiva Fonte 37 J a filosofia de prote o coordenada utilizada em circuitos rurais se baseia principalmente na coordena o entre religadores e chaves fus veis tal como mostrado na Figura 4 32 Religador E Fus vel Figura 4 32 Esquema T pico Religador Fus vel utilizado em Alimentadores 84 Na Figura 4 32 o religador est alocado no alimentador principal enquanto o fus vel encontra se no circuito lateral A correta opera o desses equipamentos baseia se no crit rio de s haver abertura do fus vel para os casos de faltas permanentes enquanto fal
97. e forma que uma unidade protege contra faltas fase terra na concession ria enquanto a outra protege contra faltas no acessante e em alguns casos no transformador de aterramento Essa fun o tamb m pode ser substitu da opcionalmente pela prote o 51N quando for poss vel a defini o de ajustes que levem a sensibiliza o do rel com tempos adequados mediante a faltas na concession ria e no acessante 116 Como sistemas telecomunica es contribuem para a melhor funcionalidade dos esquemas de prote o algumas distribuidoras como a BC Hydro e a Copel j estabelecem em seu manual a necessidade de disponibiliza o de sistemas de telecomunica o em alta velocidade e est vel Esses sistemas s o usados para a troca de sinais entre terminais do acessante e da distribuidora a fim de possibilitar a implanta o de esquemas de teleprote o a realiza o de transfertrip do terminal da distribuidora para o acessante e o acesso remoto aos ajustes dos rel s oscilografias e lista eventos Outra funcionalidade importante o monitoramento das condi es do banco e baterias que alimentam os rel s de prote o e do sistema de recarga das mesmas A Tabela 5 12 resume algumas outras funcionalidades ligadas aos esquemas de prote o requeridas pelas distribuidoras Tabela 5 12 Outras funcionalidades ligadas aos esquemas de prote o requeridas Funcionalidade Objetivo Concession rias
98. e impacto na cadeia produtiva do pa s e na vida da popula o tornando a quest o do suprimento de energia um fator de preocupa o para toda a sociedade e setores produtivos O receio da falta de energia fez com que houvesse um forte incentivo governamental para a realiza o de investimentos em gera o e em fontes alternativas de energia sendo institu do o Programa de Incentivos s Fontes Alternativas de Energia El trica PROINFA O PROINFA teve como objetivo aumentar a participa o de produtores independentes aut nomos na produ o de energia el trica do pa s atrav s de biomassa pequenas centrais hidrel tricas e fontes e licas 3 V rias empresas tamb m passaram a investir em sua pr pria gera o atrav s de grupos motores geradores visto o custo elevado representado pela escassez de energia Nos anos que se seguiram ao racionamento o consumo de energia no pa s continuou a crescer a taxas muito superiores s da economia mostrando que a despeito das mudan as s quais o pa s estava sujeito o consumo de energia el trica seguia uma trajet ria de crescimento permanente fazendo com que fosse necess ria a constante expans o do parque gerador 2 3 A Gera o Distribu da no Contexto Atual A GD ganhou import ncia mundial no atendimento s necessidades de energia el trica a partir das ltimas d cadas quando muitos pa ses optaram pelo regime de competi o no setor energ tico e passaram a incentivar a evo
99. e zona 1 de forma a considerar a contribui o da GD para a corrente de falta Essa contribui o estabelecida atrav s da OL l I L K 4 24 Onde e I contribui o do terminal no qual o rel est alocado para falta e I contribui o da GD para falta La n contribui o da en sima GD ou LT em paralelo para falta Para o caso em quest o I 970A IL 105A 970 105 970 Aplicando o fator K a Equa o 4 24 tem se K 111 Z op 10 9x Z Z JIXk 73 1263 9 Q nin 4 25 LT1_SE A SE OC LT1_SE OC SE D O ajuste da zona 1 com o valor de imped ncia estabelecido atrav s da Equa o 4 25 far com que estando a GD em opera o faltas na LT SE A SE D 138 kV a 90 da SE A sejam eliminadas em zona 1 No entanto durante indisponibilidade da GD o alcance da zona 1 passa a ser 99 da LT SE A SE D 138 kV Considerando os erros de medi o intr nsecos 173 aos TPs e TCs faltas nas sa das da SE D podem levar atua o da prote o alocada no terminal A caracterizando portanto uma situa o de descoordena o o que indesej vel Atualmente a elimina o do subalcance da prote o de dist ncia ainda tema de debate Algumas concession rias estabelecem o alcance das zonas de prote o sem considerar a presen a da GD mesmo sabendo que estando o acessante em opera o a rea protegida ser menor do que o esperado fazendo com que a elimina o da falta dure mais te
100. eannoa 49 Tabela 4 5 Dados das linhas de interliga o com a concession ria l 49 Tabela 4 6 Dados dos transformadores de conex o ren 49 Tabela 4 7 Valores das constantes para cada tipo de curva IEC iiii 51 Tabela 4 8 Dados el tricos dos geradores nn rreeeerereeaceraeannoa 55 Tabela 4 9 Dados das linhas de interliga o com a concession ria tl 55 Tabela 4 10 Dados dos transformadores is crreeeerereraceraeannea 55 Tabela 4 12 Dados el tricos dos geradores re eeerereraereeraanoa 58 Tabela 4 13 Dados das linhas de interliga o com a concession ria 58 Tabela 4 14 Dados dos transformadores ni cereeeeeerereraceraarannoa 58 Tabela 4 15 Dados el tricos dos geradores ni eeerereraeraenaan a 69 Tabela 4 16 Dados das linhas de interliga o com a concession ria 69 Tabela 4 17 Dados do transformador rrrerecereneaceraaaanaa 69 Tabela 4 18 Resultado simula o de curto trif sico a 90 da SE A sem GD 71 Tabela 4 19 Resultado simula o de curto trif sico a 90 da SE A sem GD 12 Tabela 4 20 combina o de estados dos disjuntores do acessante que resultar o na sele o do etupo de Ajuste re
101. ecebeu um comando de disparo da prote o Rel BC Hydro AT Celesc 50 50N sobrecorrente Coelba Copel CPFL instant neo Prote o contra faltas fase fase e fase Elektro Enersul Rel terra na distribuidora Iberdrola IEEE Std 51 5IN sobrecorrente 1547 e Light temporizado Rel de Prote o complementar s prote es SIGS Sobrecorrente de sobrecorrente de falta terra CPFL sens vel de terra Protege contra faltas fase fase na distribuidora ou no acessante Rel Sobrecor Necess ria quando h dificuldade em cus Coelba Cemig Copel 51V rente com restri compatibilizar gera o m xima e es Light IEEE Std 1547 o de tens o contribui o m nima para falta Fun o opcional 21 21N sendo que deve haver pelo menos uma delas Prote o do acessante e da distribuidora contra sobretens es Celesc Coelba Copel s Rel de Utilizada principalmente para Eletropaulo Iberdrola sobretens o assegurar que condi es m nimas de Cemig Light IEEE Std atendimento a carga est o sendo 1547 observadas Prote o de tens o de sequ ncia zero BC Hydro AT Celesc Rel de para faltas terra na rede da Coelba Eletropaulo 59N desequil brio de concession ria ou no acessante Cemig Light CPFL tens o Utilizada quando o transformador de conex o ligado em Delta conces Elektro Iberdrola Copel IEEE Std 1547 115 Rel Descri
102. ecess rios para garantir a seguran a e qualidade do atendimento Isso porque h uma grande dificuldade na obten o de informa es precisas sobre os equipamentos que comp em a planta do acessante e tamb m porque estudos din micos n o fazem parte do dia a dia das distribuidoras sendo ent o necess ria a forma o de m o de obra especializada para realiza o e avalia o dessas an lises A Tabela 5 resume as pr ticas relacionadas a minimizar a possibilidade ou as causas de ilhamentos n o intencionais adotadas em v rias concession rias Tabela 5 12 A es para evitar minimizar as consequ ncias de ilhamentos n o intencionais Concession ria Prote o contra Ilhamento Em princ pio a BC Hydro n o permite o atendimento de suas cargas por acessantes BC Hydro f En mas informa que isso pode acontecer em circunst ncias especiais A opera o ilhada s aceita em situa es de emerg ncia evitando interrup es de longa dura o no fornecimento de energia No caso de geradores s ncronos a Cemig opera o ilhada pode ser permitida a pequenas centrais hidrel tricas com capacidade superior a 1 MW A opera o de pequenas centrais t rmicas n o permitida A Copel n o permite a opera o ilhada mas todos os geradores distribu dos devem Copel estar preparados para assumir sua pr pria carga ou parte da carga do sistema de distribui o em condi es espec ficas O disjuntor
103. eende desde correntes adiantadas de 30 6 em rela o tens o da fase a correntes atrasadas de 149 4 em rela o tens o da fase A Figura 4 27 que corresponde a um diagrama fasorial disponibilizado por rel s digitais mostra a rea de opera o e diagrama fasorial a unidade de sobrecorrente de fase direcional 67 No entanto durante condi o normal de opera o foi verificada atua o da prote o a de sobrecorrente de fase direcional 67 mesmo para corrente reversa Isso porque em fun o da inje o de ativo MW e absor o de reativo MVar pela GD o ngulo da corrente se enguadra na regi o de opera o do rel causando opera o indevida 81 Regi o de n o E Opera o do Rel BWV J59 37 ngulo da T Regi o de Opera o do Rel 150 0 A 90 Figura 4 27 Caso Exemplo 5 Diagrama fasorial e regi o de opera o da prote o 67 Para resolve este problema foi alterado o ajuste do ngulo da LT passando de 59 3 para 10 Com essa altera o s haver risco de opera o com correntes reversas para um fator de pot ncia inferior a 0 17 ou seja se o valor de MVar absorvido pela usina for superior a 5 7 vezes o valor de MW gerado A Figura 4 28 mostra a nova rea de opera o e diagrama fasorial do rel 67 50 0 A 90 VAKY IC Regi o de n o Opera o do Rel 10 0 ngulo da LT veda o
104. egulamenta o outros incentivos foram estabelecidos para que a iniciativa privada venha a utilizar novas unidades geradoras de modo que a expans o da oferta de energia ocorra de forma r pida e eficiente Dentre os principais pode se citar isen o de pagamento da taxa de compensa o financeira aos estados e munic pios possibilidade de comercializa o imediata da energia el trica produzida por consumidores com carga maior ou igual a 500 kW e isen o de pagamento por uso das redes de transmiss o e distribui o para PCHs que entraram em opera o at 2003 e redu o de no m nimo 50 deste custo para as que entrarem ap s esta data 77 Em termos de empreendimentos em opera o as PCHs contribuem atualmente com 3 3 da capacidade total das usinas hidrel tricas em opera o somando 3 889 007 kW de pot ncia instalada num total de 423 pequenas centrais geradoras 8 A defini o do potencial brasileiro para PCHs n o uma tarefa simples at porque historicamente este tipo de fonte energ tica sempre foi negligenciado Somente ap s a d cada de 1990 devido s mudan as nos marcos regulat rios os potenciais menores que 50 MW passaram a ser considerados atraentes Assim o potencial h drico conhecido no pa s adequado implanta o de PCHSs resulta em algo em torno de 11800 MW Deste apenas 3900 MW j s o explorados e 7900 MW ainda podem ser explorados 9 Esse potencial est distribu do em todo o pa s embo
105. eja transit ria Se a falta persiste o elo fus vel da chave C1 se rompe evitando o bloqueio de R1 Dessa maneira os consumidores atendidos pelo circuito ser o interrompidos momentaneamente se a falta for transit ria e se for permanente somente os consumidores do ramal A ser o interrompidos at o reparo do defeito 38 Considerando sistemas sem a conex o de unidades de gera o distribu da o ajuste das prote es de MT j enfrenta os seguintes elementos dificultadores 38 e Uso intensivo de religadores e secionalizadores em s rie ao longo dos ramais o que requer maiores temporiza es na prote o da sa da do alimentador na subesta o principalmente para valores baixos de correntes de curto circuito e Tempos de elimina o de faltas para correntes de curto circuito m ximo compat veis com os requisitos de equipamentos e seguran a O tempo m ximo adotado para elimina o de faltas no barramento de MT da subesta o de 0 9 segundos o que implica em ajustes de tempo em torno de 0 5 segundos para as prote es das sa das dos alimentadores Tais tempos dificultam a coordena o com os dispositivos de prote o da m dia tens o instalados a jusante e Aumento de carga instalada por alimentador levando a ajustes de elevados valores de pickup das prote es de sa das dos alimentadores e Necessidade de manter elevada a sensibilidade dos rel s de neutro atrav s de n veis de pick up baixos de modo a garantir efeti
106. em sido limitada em fun o da falta de confiabilidade dos hardwares e dos altos custos envolvidos No entanto essa situa o vem mudando e a tend ncia que a utiliza o desses m todos se torne vi vel no futuro 90 Dentre os principais m todos usados para detec o de ilhamento cita se e Taxa de varia o de frequ ncia Rate of Change of Frequency ROCOF Tendo sido atribu da a numera o 81 df dt pela norma ANSI corresponde ao m todo mais comumente utilizado para detec o de ilhamento um m todo passivo que se baseia verifica o de varia es lentas da frequ ncia o que acontece quando a diferen a entre pot ncia gerada e pot ncia demandada pelas cargas pequena e Salto de vetor Vector Shift Tendo sido atribuida a numera o 78 pela norma ANSI corresponde a um algoritmo de prote o que monitora a varia o do ngulo da tens o operando quando tal varia o supera o limiar predefinido no ajuste do rel Enquanto alguns rel s tomam como refer ncia apenas uma fase outros t m refer ncia trif sica o que ajuda a tornar o algoritmo imune a interfer ncias tal como distor es harm nicas e Tranfer ncia de atua o das prote es da concession ria Direct transfer trip DTT Esse m todo se baseia na transfer ncia do sinal de disjuntor aberto ou de atua o das prote es da concession ria para o acessante de forma que ele tamb m seja desconectado do sistema Trata se do met do
107. ema com envolvimento de terra Diferentemente do mostrado na Figura 3 7 a configura o usualmente adotada pelas concession rias a aloca o do disjuntor do acessante a jusante de seu transformador de acoplamento No entanto a possibilidade de haver ou n o a presen a da contribui o do transformador como caminho para sequ ncia zero durante faltas torna a defini o dos ajustes 28 dos rel s de prote o complexa e at mesmo invi vel dependendo da diferen a proporcionada pela presen a ou n o do transformador Em 24 foi proposta a aquisi o de transformadores com imped ncias elevadas ou ainda a utiliza o de reatores conectados ao aterramento da liga o Estrela como solu o para amenizar a divis o da corrente de sequ ncia zero No entanto como descrito no referido artigo tais solu es n o tem um car ter operativo pr tico j que suas peculiaridades podem ser perdidas com o tempo Por exemplo considerando que transformadores de imped ncia mais elevada s o equipamentos especiais pode haver problemas caso seja necess rio sua substitui o em situa es emergenciais al m da quest o do aumento das perdas el tricas Com rela o ao reator sua especifica o deve ser feita de modo bem criterioso a fim de garantir que da perspectiva do gerador o sistema seja efetivamente aterrado embora ainda limite a corrente de falta pelo transformador Outra quest o de concession rias com conex o Delta AT
108. empo maior Outra op o de conex o se baseia na constru o de uma subesta o exclusiva para o acessante Essa configura o tem sido adotada nos casos de conex o em n veis de tens o superiores a 69 kV ou no caso de v rias unidades de gera o que se associam e estabelecem contratos entre si a fim de permitir sua conex o a um nico ponto do sistema de distribui o A quest o que essas subesta es podem n o ser de propriedade das concession rias e por raz es comerciais as informa es dispon veis em seus terminais que permitiriam melhorar a opera o do sistema nem sempre s o compartilhadas Para o caso de compartilhamento do ponto de conex o cabe aos acessantes se precaverem de poss veis trocas de energia entre as PCHs em situa es de instabilidade como as verificadas durante curtos circuitos Tais situa es s o identificadas atrav s da elabora o de estudos de estabilidade el trica e mec nica do micro sistema no qual tais unidades est o inseridas A Figura 3 3 ilustra essa configura o C O W L O Figura 3 3 Conex o da GD via Subesta o exclusiva 23 3 2 2 Conex o da GD a alimentador ou linha pr existentes A forma mais comum e barata de conex o da unidade de GD ao sistema ocorre atrav s da interliga o a alimentadores ou LTs pr existentes cuja finalidade anterior se restringia somente a alimenta o de cargas Esse tipo de conex o torna os esquemas de
109. endimento aos requisitos de qualidade e por isso essa condi o indesej vel Ro 5 A T 2 M T 1 ap 1 J DJ DZ A 3 Figura 3 16 Alimentador com GD e carga monof sicas 3 3 3 Liga o Estrela Aterrada Estrela Aterrada Algumas concession rias principalmente as americanas optam pela conex o Estrela aterrada Estrela aterrada No entanto al m desse tipo de conex o apresentar os mesmos problemas referentes divis o da corrente de sequ ncia zero durante faltas no sistema ela n o bloqueia os harm nicos gerados pelos acessantes al m de fazer com que haja desligamentos desnecess rios na concession ria em fun o de curtos internos 35 4 IMPACTOS CAUSADOS PELA CONEX O DE UNIDADES DE GERA O DISTRIBU DA NOS SISTEMAS DE PROTE O 4 1 Considera es Preliminares A correta atua o dos esquemas de prote o desempenha um papel fundamental na detec o e isolamento de curtos circuitos prevenindo e limitando defeitos Por correta atua o entende se que equipamentos dispositivos ou circuitos que estejam operando de forma anormal sejam retirados de servi o no menor tempo Para isso an lises referentes ao n vel de curto circuito s contribui es das fontes para a falta filosofia de prote o adotada diretrizes para religamento autom tico tipo de aterramento condi es pr e p s falta entre outras s o b sicas para a especifica o e parametriza
110. ens o 37 Tais redes contam com um tronco principal do qual se derivam ramais protegidos usualmente por religadores fus veis e seccionadores conforme n vel da corrente de curto circuito a ser interrompida Nos sistemas de distribui o s o utilizadas duas filosofias de prote o a filosofia de prote o seletiva e a filosofia de prote o coordenada A prote o definida como seletiva quando o ajuste da prote o de retaguarda feito de maneira a permitir que o dispositivo de prote o mais pr ximo da falta opere para qualquer tipo de defeito a jusante tanto transit rio quanto permanente 38 Assim ocorrendo uma falta no ponto 1 da Figura 4 1 o elo da chave fus vel C1 se rompe sem que haja opera o do dispositivo de prote o de retaguarda R1 interrompendo apenas os consumidores em A Sa 1 A Figura 4 1 Rede MT com chaves fus veis nos ramais e um religador na subesta o Fonte 37 J a prote o coordenada aquela em que o ajuste dos rel s de retaguarda feito de maneira a eliminar as faltas transit rias por meio do religamento autom tico do dispositivo de prote o de retaguarda R1 sem que haja a opera o do dispositivo de prote o local C1 que dever operar apenas para faltas permanentes Assim para uma falta no ponto 1 da Figura 4 1 haver opera o em curvas r pidas do dispositivo de prote o R1 instalado na subesta o na 42 tentativa de eliminar a falta caso ela s
111. ento com tens o na barra e sem tens o na linha barra viva linha morta e Permite religamento com tens o em ambos os lados com v Verifica o da diferen a de m dulos das tens es comparadas v Verifica o do ngulo de fase entre as tens es comparadas v Verifica o da diferen a de frequ ncia entre as tens es comparadas 46 4 7 An lise de Prote o dos Sistemas de Distribui o Ap s avalia o dos principais tipos de faltas condi es de aterramento do sistema e filosofias de prote o adotadas na m dia e alta tens o ser o avaliados nessa se o casos pr ticos que ilustram como a inclus o de fontes de GD afeta os esquemas de prote o e quais solu es adotadas para tornar a conviv ncia com tais elementos mais harm nica Ressalta se que somente ser o analisadas as prote es cuja finalidade seja a desconex o do acessante durante faltas no sistema eliminando sua contribui o para as mesmas As prote es das m quinas n o ser o objeto de an lise Como o foco desse estudo est na avalia o das diversas influ ncias de GD e n o no aprofundamento de c lculos referentes a curto circuito ser utilizado o software de simula o de curto circuito e coordena o de prote o ASPEN OneLiner M desenvolvido pela Advanced Systems for Power Engineering Inc ASPEN O OneLiner o programa l der em utiliza o para simula es de curto circuito detendo 46 do mercado como mostra uma pesquisa inde
112. era o Distribu da GD Dentre as vantagens apresentadas pela GD cita se por exemplo a redu o do transporte da energia e conseq entemente a redu o das perdas el tricas e da necessidade da realiza o de investimentos para o atendimento de novas cargas Incentivos governamentais a esse novo modelo e a elabora o de legisla es que reconhecem a figura do produtor independente de energia assegurando seu livre acesso ao sistema el trico proporcionaram um grande aumento da participa o de unidades de GD no mercado energ tico brasileiro S o Programa de Incentivo s Fontes Alternativas de Energia El trica PROINFA tem como meta a incorpora o de 3 300 MW ao Sistema El trico Integrado Nacional proveniente de acessantes de gera o No entanto a inser o de fontes de GD representa uma grande mudan a de paradigma para as distribuidoras no que se refere ao seu planejamento opera o e manuten o Isso porque a instala o dessas unidades transforma um sistema anteriormente radial em um sistema em anel com mais de uma fonte de contribui o para o curto circuito Essa mudan a pode alterar significativamente o desempenho dos esquemas e equipamentos de prote o contra curtos circuitos das distribuidoras exigindo que novas medidas sejam adotadas a fim de garantir seu adequado funcionamento Cabe ressaltar que a determina o de tais medidas bastante desafiadora j que leva em considera o a premissa de n o
113. erminado e acessantes que operam em sincronismo apenas por alguns segundos A primeira situa o denominada como paralelismo permanente foco desse trabalho enquanto a segunda corresponde ao paralelismo moment neo O paralelismo moment neo verificado quando consumidores com gera o pr pria entram em paralelo com o sistema somente pelo tempo necess rio para que os seus geradores assumam as cargas ou seja aliviados das mesmas algo que dura segundos Outros conceitos teis referentes aos tipos de acessantes s o 55 109 e Autoprodutores com venda de excedentes s o consumidores que t m gera o pr pria em paralelo com o sistema da distribuidora e que vendem o excedente de sua gera o para a ela ou a terceiros usando a rede desta e Autoprodutores sem venda de excedentes s o consumidores com gera o pr pria em paralelo com o sistema da distribuidora e que n o possuem excedente para venda A parametriza o dos rel s de prote o e a realiza o dos estudos s o de responsabilidade do acessante cabendo concession ria a aprova o e sugest o de melhorias Tais estudos devem avaliar tanto o ponto de conex o quanto a rea sob a influ ncia da GD Por ponto de conex o entende se o conjunto de equipamentos destinado a estabelecer a conex o na fronteira entre as instala es da distribuidora e do acessante A Figura 5 1 mostra um exemplo de esquema b sico de conex o de acessantes de gera o distribui
114. es medida pela propor o da radia o solar incidente sobre a superf cie da c lula que convertida em energia el trica Atualmente as melhores c lulas apresentam um ndice de efici ncia de 25 11 As c lulas fotovoltaicas j constituem uma tecnologia bem estabelecida em localidades distantes da rede de distribui o e sua conex o ao sistema el trico est recebendo grandes incentivos governamentais sendo que esperada uma penetra o intensiva de tal fonte no sistema el trico mesmo se levando em conta que apesar da forte tend ncia de queda nos pre os o custo das c lulas solares elevado Apesar de ser poss vel a constru o de usinas solares fotovoltaicas de m dio porte as quais podem ser conectadas em redes de m dia e alta tens o espera se que a principal aplica o seja atrav s de uma massiva conex o de pequenos montantes de pot ncia n vel residencial nas redes de baixa tens o 16 2 6 Tecnologias de Gera o Distribu da Utilizando Combust veis F sseis A GD tamb m conta com a participa o de tecnologias que proporcionam a transforma o da energia proveniente da combust o de combust veis f sseis em energia el trica Portanto ser o apresentadas a seguir as principais caracter sticas aplica es desempenho e custos dessas tecnologias com o foco nos motores de explos o a pist o microturbina a g s e motores Stirling 2 6 1 Motores de Explos o a Pist o MACI Os motores a
115. es em que o acessante continua alimentando as cargas da concession ria mesmo sem a presen a das mesmas ou seja durante ilhamentos n o intencionais O desafio do ajuste dessas fun es est na defini o do equilibrio ideal entre os limites de atua o das prote es e suas respectivas temporiza es Isso porque se por um lado desvios de tens o e frequ ncia podem causar danos aos equipamento por outro atua es muito r pidas podem levar a desarmes por uma variedade de quest es alheias ao acessante tal como afundamento de tens o causados por curto circuitos em pontos distantes do sistema medida que a quantidade de acessantes aumenta cresce tamb m a import ncia da GD para a manuten o da estabilidade do sistema e a recupera o dos n veis adequados de frequ ncia durante grandes pertuba es Isso porque se as unidades de GD s o desconectadas durante varia es de frequ ncia sist micas maior o desequilibrio entre a carga e a gera o a ser restaurado resultando assim em maior risco de blecautes A literatura pesquisada indica que j foi constatada a influ ncia da desconex o de acessantes durante problemas sistemicos O relat rio emitido pela European Regulators Group for Electricity and Gas ERGEG sobre o dist rbio no sistema de pot ncia europeu em novembro de 2006 aponta que a desconex o de uma significativa quantidade de acessantes em fun o de desvios da frequ ncia dificultou a restaura o da
116. faltas fase fase e fase Cemig Celesc Copel Rel sobrecorrente terra na distribuidora CPFL Elektro Enersul 51 51N temporizado Rel Sobrecorrente Prote o complementar s prote es de 51GS Elektro sens vel de terra sobrecorrente de falta terra Protege contra faltas fase fase Rel Sobrecorrente Possibilita a compatibiliza o gera o 51V com restri o de Cemig Copel Elektro tens o m x e contribui o m n para falta Fun o opcional 21 21N 112 Rel Descri o Fun o Distribuidoras Prote o contra sobretens es BC Hydro Copel Cemig 59 Rel de sobretens o Utilizada para assegurar condi es CPFL Elektro m nimas de atendimento para carga Prote o de tens o de sequ ncia zero Rel de para faltas terra Copel Cemig CPFL 59N desequil brio de Utilizada quando o transformador de Copel Elektro tens o conex o possui liga o em Delta do lado da concession ria Prote o a ser instalada no disjuntor Rel de desbalan o da usina com a finalidade de evitar a 60 Copel de tens o abertura indevida da concession ria devido a faltas de fase no acessante Prote o para faltas no acessante Opera como retaguarda para faltas no Rel de transformador de acoplamento e no Copel Cemig CPFL 67 67N sobrecorrente lado de baixa tens o do acessante Elektro e Enersul direcional de fase Esta fun o de prote
117. for distribution systems in presence of DG using MLP neural networks IEEE Power Energy Soc Gen Meeting Julho de 2009 pp 1 8 CALDERARO V PICCOLO A GALDI V and SIANO P Identifying fault location in distribution systems with high distributed generation penetration IEEE AFRICON 2009 pp 1 6 Set 2009 CHAO Y XIANGJUN Z and YUNFENG X Improved algorithm for fault location in distribution network with distributed generations Int Conf Intelligent Computation Technology and Automation vol 2 pp 893 896 Out 2008 BRETAS A and SALIM R Fault location in unbalanced DG systems using the positive sequence apparent impedance JEEE Power Eng Soc Transmission Distribution Conf Expo Latin America pp 1 6 Ago 2006 BRAHMA Sukumar M Fault Location in Power Distribution System With Penetration of Distributed Generation IEEE Transactions on Power Delivery vol 26 n 3 pp 1545 1553 Jul 2011 IEEE Working Group D3 Impact of Distributed Resource on Distribution Relay Protection Ago 2004 MOZINA Charles J Interconnect Protection of Dispersed Generators Proceedings of the Georgia Tech Relay Conference Mai 1999 DUGAN Roger C MCDERMOTT Thomas E Distributed Generation Operating conflicts for Distributed Generation Interconnected with Utility Distribution System IEEE Industry Applications Magazine mar o abril de 2002 ARAUJO Antonio E A Notas de Aula Transit rios Eletromagn ticos em SEE Departamen
118. has tempor rias devem ser eliminadas pelo religador Como as faltas tempor rias constituem 70 a 80 das falhas que ocorrem no sistema de distribui o este arranjo melhora a confiabilidade e reduz custos de manuten o ainda mais em circuitos longos e de dif cil acesso 44 Para atender o crit rio citado acima o tempo m nimo de fus o do elo fus vel deve ser maior que o tempo de abertura r pida do religador multiplicado por um fator K que varia em fun o do n mero de opera es e do tempo de religamento do circuito em todas as condi es de falta no trecho protegido pelo fus vel No entanto se o curto circuito permanecer ap s fechamento do religador o problema passar a ser considerado permanente levando a necessidade de rompimento do fus vel Nesse caso o tempo total de interrup o do elo deve ser menor que o tempo m nimo de abertura do religador em sua curva lenta Caso o fus vel n o interrompa o curto circuito dentro desse tempo o religador ir abrir novamente mas dessa vez bloqueando evitando assim novos fechamentos O cumprimento dessas condi es resulta em um gr fico de coordena o religador fus vel mostrado na Figura 4 33 t s Elo m ximo Curva Lenta do Religador R pidaxK Curva R pida do Religador Elo m nimo Icetmin ICC m x IA Coordena o Seletividade e Seletividade Figura 4 33 Coordena o Religador Elo Fus vel 85
119. igitais Para os casos nos quais s o requeridos reajustes das prote es dos acessantes em fun o de altera es no sistema tais como instala o de novos equipamentos caber ao acessante providenciar as atualiza es necess rias submetendo as altera es propostas aprova o da concession ria importante que o acessante seja esclarecido sobre esse aspecto a fim de prever recursos para essa finalidade tendo em vista o car ter expansivo e mut vel do sistema el trico de pot ncia A manuten o e a integridade dos equipamentos de prote o outro item que causa inquieta o Dentre os equipamentos que mais est o sujeitos a problemas e cuja falha danosa ao sistema se destaca disjuntores e banco de baterias que alimentam todo o circuito de corrente cont nua do acessante dentre eles os rel s Para ambos importante o cont nuo monitoramento da capacidade de interrup o dos disjuntores e do banco de baterias Por isso algumas concession rias exigem redund ncia para esses elementos ou para as pe as que os comp em como no caso da bobina de abertura do disjuntor No entanto tal como mencionado anteriormente somente atrav s do monitoramento em tempo real e ou fiscaliza o das distribuidoras haver garantias de funcionalidade Para todos os casos citados necess rio avaliar se o custo imposto para assegurar a confiabilidade do sistema de prote o do acessante compat vel com a exposi o a que os mesmo
120. imensionamento adequado dos dispositivos aos n veis de curtos circuitos planejados orienta que 16 e As prote es das instala es do acessante relativas a linhas barramentos transformadores e equipamentos de compensa o reativa devem ser concebidos de maneira a n o depender de prote o de retaguarda remota no sistema de distribui o da acessada e As prote es do acessante e da acessada devem atender aos requisitos de sensibilidade seletividade rapidez e confiabilidade operativa de tal forma a n o deteriorar o desempenho do sistema el trico durante as condi es de regime permanente e de dist rbios no mesmo e O acessante deve atender aos padr es e instru es da acessada relativamente capacidade de interrup o de disjuntores e religadores l gica de religamento esquemas teleprote o alimenta o de circuitos de comando e controle medi o e registro de grandezas e oscilografia De uma maneira geral as exig ncias das distribuidoras no que tange prote o referem se utiliza o de rel s digitais multifun o que devem ter sua funcionalidade reconhecida no mercado ou ainda serem homologados pela pr pria distribuidora Outro requisito diz respeito necessidade de redund ncia dos rel s de prote o utilizados tanto no ponto de conex o quanto na planta do acessante Ressalta se que h distin o de tratamento para acessantes que operam em sincronismo com a concession ria por tempo indet
121. imped ncia da linha GD al AC tanto para os rel s de fase como para os rel s de terra em fun o da presen a de 7 que faz com que a corrente total de falta seja I p 4 4 cc total A tens o medida pelo rel alocado no terminal A dada por LTIa LT LT2 7LT2 VaSla Z a Ly e Onde 17 17 10 Va Va Ia la e IP I que substituindo na Equa o 4 4 resulta em V DEZ UI PZ 4 6 V VA Z P di I 4 7 Considerando a prote o de dist ncia de fase alocada no terminal A a imped ncia aparente vista pelo rel Ze dada por Z 4 8 a rel iTi I a Substituindo a Equa o 4 7 na Equa o 4 8 tem se que zuzaz ita as rel LTI I a 65 A representa o da influ ncia da GD na imped ncia medida pelo rel de dist ncia ser dada por GD 14 dr 4 10 Portanto a imped ncia aparente vista pelo rel na aus ncia da GD ser menor do que com a GD o que consiste numa situa o de subalcance do rel nos casos sem o acessante Por exemplo nos casos de ajuste da segunda zona com 120 da imped ncia da linha protegida o efeito do subalcance pode fazer com que uma falta que se encontra dentro dessa abrang ncia n o seja eliminada no tempo requerido levando atua o de outras zonas ou fun es do rel Essa situa o prejudica a identifica o do ponto de defeito e aumenta o tempo de restabelecimento do sistema Esquemas de teleprote o tamb
122. indu o em rel s eletromec nicos e Trip ponto em que o rel de prote o fecha os contatos de sa da Isso ocorre quando o valor da corrente ou tens o de pickup permanece por um per odo de tempo maior ou igual ao especificado pelo usu rio ou ainda por um tempo definido atrav s de uma curva estabelecida pelo usu rio 40 4 4 Condi es de Aterramento do Sistema A determina o adequada do esquema de prote o mais apropriado ir depender das caracter sticas do aterramento do sistema de distribui o cujos exemplos mais comuns s o 29 Sistema efetivamente aterrado Nesse sistema o aterramento feito atrav s de uma imped ncia tal que para todas as condi es do sistema a raz o entre a reat ncia equivalente de sequ ncia zero e a reat ncia de sequ ncia positiva X X seja positiva e menor que 3 e que a raz o entre a resist ncia de sequ ncia zero e a reat ncia de sequ ncia positiva R X seja positiva e menor que 1 Considerando se as rela es existentes entre as imped ncias de sequ ncia zero e positiva no caso de falha para a terra esse tipo de sistema admitir correntes de valor apreci vel sem que haja grandes eleva es de tens o nas fases sadias Entretanto a inclus o de resist ncias ou reat ncias entre neutro e terra torna poss vel a redu o dessa corrente sem que seja alterada a condi o de efetivamente aterrado do sistema desde que mantida as condi es estabelecidas pela
123. io de atua o da fun o 59 ocorre quando a tens o atinge 1 pu por mais de 30 segundos Nas demais empresas somente valores superiores a 1 05 pu ocasionam atua o da prote o dentro de intervalos que v o de dez a 0 16 segundos O Prodist considera critico n veis de tens o superiores a 1 07pu para valores nominais de 69 a 230 kV e 1 05 pu para valores de 1 a 69 kV g Os 13 41 0 85 1 25 Y 1s o o mm 0 165 0 165 Ea 1 2 1 a VM 1 15 1s E 5s 0 65 15 10s B 117 15 A E 1 05 Y z 30s i 0 95 a T T T T y T T T T A x o S a o S a o CY F AS x amp amp amp g g g a o o t YV YV y y 62 amp D o o gt x S gt O O SO O ME MM A a E E g is g Figura 5 5 3 Ajustes da prote o de sobretens o 59 em cada concession ria 121 z Na maioria das concession rias tamb m exigido de dois a tr s est gios nas prote es de subfrequ ncia e sobrefrequ ncia conforme mostram as Figura 5 5 4 e Figura 5 5 5 O Prodist estabelece que em regime permanente a frequ ncia pode variar entre 59 9 Hz e 60 1 Hz Durante dist rbios no sistema o Prodist tamb m estabelece que as instala es de gera o conectadas ao sistema de distribui o devem garantir que a frequ ncia retorne para a faixa de 59 5 Hz a 60 5 Hz no prazo de trinta segundos de forma a permitir a recupera o do equil brio carga gera o Ele permite ainda sobrefrequ ncias maiores que 62 Hz por trinta
124. ionais nas redes de MT Nessa proposta a polariza o dos rel s seria feita atrav s de sua conex o direta ao lado de BT dos transformadores de distribui o o que iria dispensar a utiliza o de TP tal como mostrado na Figura 4 35 87 UPA Inteligente de 11 kV Entrada TCE 11 kV Saida TCE 11 kV Figura 4 35 Proposta de aloca o de reles digitais diretamente na BT Fonte 43 Embora a dispensa de utiliza o de TPs represente um redu o de custos a exig ncia de utiliza o de v rios disjuntores e rel s digitais na rede torna essa proposta dispendiosa A defini o do ponto de aloca o da GD em fun o de menores impactos ocasionados por ela para coordena o da prote o entre outros abordado por BRITTO et all 48 Para isso foi desenvolvido um software SigDist Simulator of Distribution System with Distributed Generation que a partir de an lises de fluxo de pot ncia curto circuito e coordena o de prote o permite o estabelecimento de diversos cen rios definindo limites para inser o de GD sua localiza o e a m xima capacidade de gera o suportada pela rede Em JAVADIAN et all 44 foi proposto um novo m todo para an lise de risco da opera o dos esquemas de prote o Esse m todo estabelece 3 ndices ndice de risco ndice de risco de dura o da interrup o e risco de energia n o atendida Essa proposta parte do princ pio de que levantamentos estat sticos
125. ismo entre a regi o ilhada e o sistema el trico A Figura 5 5 6 ilustra o esquema de verifica o de sincronismo 124 FERE Nepia se Comando de Fechamento Condi es de Fechamento Af lt AV lt AB lt Figura 5 5 6 Esquema de verifica o de sincronismo Fonte 15 Ressalta se que essas alternativas tamb m prejudicam a qualidade do atendimento j que elas podem impedir o pronto restabelecimento das cargas sendo portanto considerada retaguarda dos esquemas de prote o principal baseada em transfer ncia do sinal de abertura da concession ria para o elemento de desconex o do acessante conhecido como tranfer trip ou ainda de prote es antilhamento Com rela o ao restabelecimento do acessantes apenas a Cemig permite que ele efetue RA desde que vinculado a um sistema de verifica o de linha viva e verifica o de sincronismo Nas outras concession rias deve haver o bloqueio do disjuntor ou religador de interliga o de forma a impedir qualquer tentativa de restabelecimento autom tico Na Coelba a tentativa de conex o do acessante s pode ocorrer ap s 90 segundos da estabiliza o de tens o e frequ ncia do sistema 125 5 3 5 4 Manuten o dos Equipamentos e Sistemas de Prote o pela GD Apesar dos acessantes terem integral responsabilidade pelas manuten es corretiva e preventiva peri dica de todas as instala es e equipamentos de sua propriedade existe a preocupa o das dis
126. isso essa disserta o est dividida da seguinte maneira e No Cap tulo 2 apresenta se um breve hist rico do desenvolvimento do setor el trico no Brasil a fim de contextualizar as raz es que levaram grande inser o da GD verificada nos ltimos anos Tamb m s o avaliadas as principais tecnologias de GD e suas respectivas penetra es no mercado brasileiro e No Cap tulo 3 s o avaliadas as configura es de conex o de GD e as formas de liga o dos transformadores com os aspectos positivos e negativos do ponto de vista da prote o e No Cap tulo 4 apresentada uma revis o de conceitos referentes faltas t picas condi es de aterramento do sistema e filosofias de prote o Os conceitos dos cap tulos 3 e 4 servir o de base para as an lises de casos pr ticos que ilustram como a inclus o de fontes de GD afeta os esquemas de prote o e quais solu es adotadas para tornar a conviv ncia com tais elementos mais harm nica e No Cap tulo 5 realizada uma compara o dos principais aspectos de prote o na presen a de unidades de GD apontados nos relat rios do Cigr Working Group B5 34 e IEEE Std 1547 al m dos requisitos das normas de conex o de acessantes das distribuidoras BC Hydro Canad Celesc Santa Catarina Cemig Minas Gerais Coelba Bahia Copel Paran CPFL S o Paulo Elektro S o Paulo Eletropaulo S o Paulo Enersul Mato Grosso do Sul Iberdrola Espanha e Light Rio de J
127. istelet htm gt Acesso em 10 fev 2010 PIRES Jos Cl udio Linhares Desafios da Reestrutura o do Sistema El trico Brasileiro Textos para Discuss o n 76 Rio de Janeiro mar 2000 ENERGY BRASIL Duke Hist rico do Setor El trico Guia do Cliente Livre Dispon vel lt http www duke energy com br negocios cliente_livre asp gt Acesso em 10 fev 2010 COGENRIO O que Gera o Distribu da Dispon vel em lt http www cogen rio com br Prod OQueEGeracaoDistribuida aspx gt Acesso em 8 fev 2010 MIGUEL Katarini Giroldo Proinfa Incentivo a fontes alternativas de energia Revista Com Ci ncia S o Paulo 2004 Dispon vel em lt http www com ciencia br reportagens 2004 12 12 shtml gt Acesso em 10 fev 2010 TOLMASQUIM Mauricio Tiomno Gera o de Energia El trica no Brasil 1 ed Rio de Janeiro Interci ncia 2005 ELETROBR S Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais Hidrel tricas 2005 Dispon vel em lt http www eletrobras gov br EM Programas PCH COM capitulos asp gt Acesso em 10 fev 2010 ANEEL Banco de Informa es da Gera o Dispon vel em lt http www aneel gov br aplicacoes capacidadebrasil capacidadebrasil asp gt Acesso em 23 mar 2012 FILHO Geraldo L cio Tiago et al Um Panorama das Pequenas Centrais no Brasil V Simp sio de Pequenas e M dias Centrais Hidrel tricas Florian polis 2006 CORTEZ L A B BAJAY S V BRAUNBECK O Uso de res duos
128. itos de Prote o e Equipamentos na SE do Acessante 100 5 3 3 Forma de Liga o do Transformador de Conex o n os 104 5 3 4 Aterramento das Instala es do Acessante de GD 107 5 3 5 Requisitos das Concession rias Relativos Prote o da GD 108 5 4 COMENT RIOS FINAIS SOBRE OS REQUISITOS DAS DISTRIBUIDORAS 127 6 CONSIDERA ES FINAIS eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeereereeeeeeeeeeeatentes 128 To TRABALHOS FUTUROS sesustaasa pasrastoa do sn sdogpn idade SANA SO as nona AS van EE caiam 131 8 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS ii eee 132 IX Lista de Figuras Figura 2 1 Foto da Usina Hidrel trica de Marmelos Zero Fonte Banco de Dados Cemig 3 Figura 2 2 Foto da Usina Hidrel trica de Tr s Marias Fonte Banco de Dados Cemig 4 Figura 2 3 Matriz El trica Brasileira Fonte ANEEL Mar o 2012 9 Figura 2 4 Complementaridade entre a gera o hidrel trica e e lica Fonte Centro brasileiro de energia e lica CBEE UFPE 2000 Dispon vel em www eolica com br 14 Figura 3 1 Conex o da GD via LT Alimentador exclusivo utilizando disjuntor no terminal da concession ria e no terminal do acessante nn rreeeerereraeraenaanea 21 Figura 3 2 Conex o da GD via LT Alimentador exclusivo utilizando disjuntor apenas no terminal da concession ria re cerrr aa ceraaac aeee na nar cena nacer an
129. ligamento Possibilidade de sobrecarga sobrecarga desligamento dos geradores remanescentes e ou da interliga o acidental do na linha que fornece energia turbogerador el trica para a ind stria 38 4 3 Designa o das Fun es de Prote o e de Termos relacionados Em fun o da necessidade de uniformizar e padronizar os termos utilizados pelos setores de planejamento opera o e manuten o das concession rias de energia el trica a American National Standards Institute ANSI atribuiu n meros aos dispositivos de controle e prote o criando assim a Tabela ANSI Como as fun es de prote o citadas nesse estudo ser o muitas vezes associadas a essa numera o a Tabela 4 3 ilustrar as principais fun es de prote o e seus respectivos c digos num ricos Tabela 4 3 Tabela ANSI Numera o Descri o da Fun o 21 Rel de Dist ncia 25 Rel de verifica o de Sincronismo ou Sincroniza o 27 Rel de subtens o 32 Rel direcional de pot ncia 37 Rel de subcorrente ou subpot ncia 46 Rel de revers o ou desbalanceamento de corrente 47 Rel de revers o ou desbalanceamento de tens o 49 Rel t rmico 50 Rel de sobrecorrente instant neo 50BF Rel de prote o contra falha de disjuntor tamb m chamado de 50 62 BF 506 Sobrecorrente instant neo de terra comumente chamado 50GS 50 N Sobrecorrente instant
130. lternativos de combust o interna constituem a mais desenvolvida das tecnologias de gera o de energia distribu da Eles est o dispon veis desde pequenas capacidades at motores de grande porte com pot ncia igual ou superior a 30 MW Basicamente um motor de explos o a pist o um motor que converte energia qu mica do combust vel em pot ncia mec nica atrav s da queima do combust vel e por meio de um conjunto biela manivela Esse conjunto transforma o movimento alternativo do pist o em rotativo sendo empregado para girar o eixo do motor que por sua vez acoplado a um gerador el trico convertendo este movimento em pot ncia el trica Embora os MACI estejam sendo desenvolvidos e utilizados h mais de um s culo ainda h espa o para melhoria da efici ncia pot ncia e n vel de emiss o de poluentes Neste sentido novos materiais t m sido estudados a fim de reduzir peso custo e as perdas de calor A crescente ado o da GD levou a um aumento significativo na venda de motores alternativos devido sua elevada efici ncia baixo custo inicial e facilidade de manuten o Al m desses fatores tamb m podem ser citados 14 e Grande disponibilidade de motores com funcionamento seguro e eficiente em uma ampla faixa de capacidades e Aperfei oamento dos reguladores que asseguram a gera o de eletricidade na frequ ncia desejada Os MACI tamb m t m sido bastante utilizados em sistemas de co gera o onde efetua
131. lu o de tecnologias de gera o com efici ncia e confiabilidade mesmo em baixas pot ncias No Brasil a opera o desse sistema s teve in cio na d cada de 90 a partir da reestrutura o do setor el trico que proporcionou um aumento do interesse de empresas privadas em investir na produ o de energia el trica a partir de incentivos governamentais Por exemplo a ANEEL atrav s da Resolu o 077 2004 estabelece que os empreendimentos com pot ncia instalada inferior a 30 MW podem requerer descontos que chegam a at 50 nas tarifas de uso dos sistemas de distribui o e transmiss o Um dos principais enfoques da GD a possibilidade de uma maior diversifica o da tecnologia empregada o que leva a um uso mais racional das fontes de produ o de energia el trica Ela tamb m proporciona um melhor aproveitamento da sazonalidade qual alguns tipos de gera o est o submetidos fazendo com que haja uma melhor complementa o gera o hidr ulica A GD tamb m vantajosa frente gera o centralizada no que diz respeito economia em investimentos na transmiss o e distribui o de energia e redu o das perdas el tricas nesses sistemas melhorando o servi o de energia el trica Outros fatores que fazem da GD uma alternativa atraente expans o do parque gerador do pa s s o e Baixo custo de investimento para constru o de unidades de gera o e Curto espa o de tempo para instala o e facilida
132. ma mesmo que haja corrente de curto circulando em dois sentidos dependendo do ponto de falta somente haver sensibiliza o dos rel s 67 67N para contribui es em um sentido pr determinado Para os casos em que o sentido da corrente de curto inverso ao da corrente de carga a utiliza o da direcionalidade permite ainda que seja poss vel ajustar o rel com um valor de corrente menor do que o verificado para corrente de carga Assim a determina o da direcionalidade do rel possibilita a manuten o da seletividade entre os circuitos com retirada apenas do circuito com a falta A prote o de sobrecorrente direcional utiliza amostras de tens o e corrente para o seu funcionamento Pode se dizer que ela formada por duas unidades de prote o uma unidade de sobrecorrente 50 ou 51 e uma unidade direcional 32 sendo que o conjunto das duas unidades que recebe o n mero de fun o 67 como mostra a Figura 4 22 Se a unidade de sobrecorrente por exemplo for temporizada 51 ela ser sens vel apenas corrente e funcionar base de uma curva de tempo inverso ou de tempo definido A unidade direcional ser sens vel s grandezas tens o e corrente e ir comparar o ngulo de fase entre elas para determinar a dire o sentido do fluxo de corrente Diz se que 76 a unidade direcional supervisiona a unidade de sobrecorrente Se houver circula o de corrente superior ao n vel da corrente de opera o
133. mais confi vel j que n o est sujeito a avalia o do equil brio gera o carga e tamb m imune a eventos remotos No entanto o elevado custo de sua implanta o pode tornar sua utiliza o invi vel Al m disso conforme topologia de rede pode ser necess ria a transfer ncia de sinal de mais de um local o que aumenta o custo e complexidade do sistema e Prote es de Frequ ncia e Tens o 81u o 27 e 59 Em circunst ncias espec ficas tais como quando se utilizam geradores de indu o sem compensa o reativa ou geradores de indu o com dupla alimenta o e sem controle de tens o a utiliza o da combina o de rel s de sub sobrefrequ ncia e tens o s o suficientes para detectar condi es de ilhamento j que existe uma impossibilidade f sica de funcionamento est vel da ilha formada Outros m todos te ricos de detec o de ilhamento s o citados no relat rio do Cigr 17 mas em fun o da aus ncia de sua utiliza o no Brasil eles n o ser o objeto de estudo nesse trabalho 91 4 7 7 2 Detec o de Ilhamento em Cada Tipo de Tecnologia de GD Para geradores s ncronos e de indu o os principais sistemas de prote o anti ilhamento s o baseados no uso de t cnicas que utilizam rel s de sub e sobrefrequ ncia 81 U O rel s de taxa de varia o de frequ ncia 81 df dt rel de salto de vetor 78 e rel s de sub e sobretens o 27 59 52 No caso de geradores conectados via conve
134. mento hidroel trico hoje respons vel por 66 da produ o nacional Fontes de energia como e lica solar e biomassa s o alternativas interessantes por causarem impactos ambientais substancialmente menores O debate sobre os impactos causados pela depend ncia de combust veis f sseis contribui para o interesse mundial por solu es sustent veis por meio da gera o de energia oriunda de fontes limpas e renov veis 5 Assim a op o pela GD tornou se muito atrativa em virtude da possibilidade de utiliza o de fontes que ocasionem menores impactos Al m disso o r pido desenvolvimento de tecnologias como a de geradores e licos tem permitido a GD compensar um maior custo de escala em rela o s grandes geradoras As principais tecnologias de GD utilizando fontes renov veis s o as pequenas centrais hidrel tricas t rmicas alimentadas por biomassa geradores e licos e pain is fotovoltaicos Das tecnologias ainda em est gio de desenvolvimento se menciona as c lulas de combust veis como a mais promissora A Tabela 2 1 resume a situa o atual dos empreendimentos de gera o no pa s Tabela 2 1 Resumo da situa o atual dos empreendimentos Fonte Situa o ga a Outorgada 162 4 781 E lica Em constru o 59 1 506 Em opera o 73 1 471 Outorgada Fotovoltaica Em constru o E E Em opera o 8 1 Outorgada E Nuclear Em constru o 1 1 350 Em o
135. mpo do que o necess rio e consequentemente aumentando o estresse ao qual o sistema el trico exposto durante uma falta ou ainda ampliando a dura o de afundamentos de tens o causados pela circula o da corrente de curto circuito Outras solu es que podem ser adotadas caso esquemas de comunica o confi veis entre o acessante e a concession ria sejam disponibilizados baseiam se na inser o de prote o diferencial nos terminais envolvidos e na altera o do grupo de ajuste de rel s digitais conforme estado da gera o O esquema proposto para prote o diferencial mostrado na Figura 4 19 Figura 4 19 Sistema com tr s barras protegido por rel de diferencial A opera o do rel 87 se basear no seguinte esquema e Se laeg lop Igc Sistema normal e Se lap Igp Ipc Presen a de curto circuito no sistema Necessidade de abertura dos disjuntores D1 e D2 J a mudan a do grupo de ajuste da prote o de dist ncia se basear no n mero de m quinas do acessante em opera o Assim caso o acessante esteja fora de opera o a prote o de dist ncia deve utilizar um grupo de ajuste cujo alcance seja menor que o grupo de 74 ajuste estabelecido considerando o acessante em opera o A Figura 4 20 ilustra um sistema com utiliza o de mudan a de grupo de ajuste A C SEP i 1 1 i Informa es sobre estado da GD 1 Figura 4 20 Sistema com tr s barras protegido por
136. n vel de curto se estes forem muito elevados antes que haja danos que afetem o sistema ou risco seguran a de pessoas Essas op es incluem a adi o de reatores transformadores e geradores com alta imped ncia limitadores est ticos reconfigura o do sistema de distribui o ou em ltima inst ncia substitui o dos equipamentos existentes 95 5 COMPARA O DOS REQUISITOS DE PROTE O DAS DISTRIBUIDORAS PARA INSER O DE GD 5 1 Considera es Preliminares No Brasil a conex o aos sistemas de distribui o das concession rias de energia el trica tem como premissa o atendimento ao Procedimento de Distribui o M dulo 3 Acesso ao Sistema de Distribui o elaborado pela ANEEL Esse documento estabelece as condi es de acesso e define crit rios t cnicos e operacionais requisitos de projeto informa es dados e a implementa o da conex o para acessantes novos e j existentes Nele fica definido tamb m que a conex o da GD deve atender normas t cnicas brasileiras bem como as normas e padr es estabelecidos pela concession ria Al m disso destacada a necessidade de que durante a defini o dos requisitos de conex o pelas concession rias a motiva o esteja vinculada ao atendimento dos padr es de indicadores de desempenho e de qualidade do servi o de distribui o a preserva o da seguran a efici ncia e confiabilidade do sistema e das conex es existentes bem como do meio ambiente
137. ncia de linhas ou alimentadores multiterminais representa um desafio Isso porque dependendo da rela o entre a imped ncia do sistema e a imped ncia da GD para um determinado ponto de falta a contribui o da concession ria durante um curto 24 circuito pode ser reduzida de forma que suas prote es baseadas em sobrecorrente n o sejam sensibilizadas Essa condi o especialmente perigosa quando envolve elevadas resist ncias de falta A Figura 3 5 representa o circuito equivalente do sistema para faltas a jusante da GD concession ria Figura 3 5 Circuito de contribui es do sistema e GD para falta a jusante do acessante Para configura o da Figura 3 5 se verifica a seguinte rela o entre a contribui o da concession ria Is e a contribui o do acessante Icn mostrada pela Equa o 3 1 Nela observa se que essa rela o independe da resist ncia de falta Rp envolvida ds leo 3 1 Ip E Z Zu J na Figura 3 6 a falta acontece entre a concession ria e o acessante Zu Zx2 Rr concession ria Figura 3 6 Circuito de contribui es para falta entre a concession ria e acessante Nessa configura o a imped ncia de falta tem influ ncia na divis o de corrente entre concession ria Is e acessante Igp como mostra a Equa o 3 2 ds _RrtZo 3 2 Isop Z T Zu Outro impacto proporcionado pela conex o de acessante em linhas de t
138. ndi o indesejada j que tamb m aumenta o tempo da interrup o e o custo de manuten es V rios estudos v m sendo elaborados com a finalidade de permitir a identifica o de situa es de descoordena es causadas pela inser o de GD Em 45 foi conclu do que a coordena o na presen a de GD pode ser alcan ada atrav s da utiliza o de religadores microprocessados com direcionalidade j dispon veis no mercado O problema dessa solu o a requisi o de que todas as unidades de GD desconectem antes da realiza o da primeira tentativa de fechamento para evitar danos ao acessantes devido falta de sincronismo J em BRAHMA 46 a solu o passa pela divis o dos circuitos em zonas separadas por disjuntores onde haja equil brio entre gera o e a carga Nessas zonas pelo menos uma das unidades de GD deve possuir a capacidade de controle de frequ ncia Os disjuntores utilizados al m de possu rem a fun o de verifica o de sincronismo devem ser interligados a um rel principal localizado na subesta o Esse rel deve ser capaz de armazenar informa es identificar a falta e sua localiza o solicitando a abertura do disjuntor correspondente Embora eficiente na solu o do problema proposto o custo envolvido na implanta o de um esquema t o complexo pode ser invi vel em se tratando de alimentadores CHILVER 43 prop e a utiliza o de rel s digitais com unidades de dist ncia e unidades direc
139. ndir desnecessariamente 30 SUBESTA O ALIMENTADOR Disjuntor RAMAL LATERAL Falta Figura 4 37 Exemplo de aumento do n vel de curto circuito em fun o da contribui o da GD Fonte 33 A an lise do n vel de curto circuito na presen a de unidades de GD determina a dimens o da corrente a qual o sistema ser submetido durante a ocorr ncia de uma falta Dessa forma poss vel avaliar se ser preciso adequa es a nova configura o principalmente no que tange e Dimensionamento de linhas de transmiss o distribui o em rela o ao seu limite t rmico e Defini o da capacidade de interrup o de disjuntores e Dimensionamento de TCs quanto satura o e Realiza o de estudo de estabilidade din mica 94 Esse estudo deve ser elaborado quando novas unidades de GD s o conectadas ao sistema Ele deve determinar o n vel de curto para faltas trif sicas bif sicas bif sicas terra e monof sicas principalmente nos terminais de cada gerador barramentos de distribui o de energia em m dia tens o lado prim rio e secund rio dos transformadores e demais pontos do sistema que possam influir na opera o do gerador com a concession ria Como resultados ser o obtidos n veis de curto nas principais barras e as contribui es dos alimentadores conectados sendo ent o poss vel verificar se os equipamentos est o adequados s condi es as quais poder o ser submetidos 31
140. ndo os riscos de instabilidade e aumentando a confiabilidade do suprimento Outras caracter sticas da GD s o 4 e Deriva se de diversas fontes prim rias de energia que podem ser tanto renov veis biomassa lixo etc quanto n o renov veis sobretudo g s natural e N o se vincula a uma tecnologia espec fica havendo muitas possibilidades t cnicas em opera o e v rias em desenvolvimento e N o implica em dimens es de gera o m xima ou m nima A GD como mencionado anteriormente pode ter dois focos de opera o Reserva Descentralizada ou Fonte de Energia A Reserva Descentralizada funciona como um parque de gera o descentralizado capaz de suprir as mais diversas necessidades tais como demanda requerida ao sistema em hor rio de ponta cobertura de apag es localizados ou generalizados melhoria das condi es qualitativas do fornecimento em regi es atendidas de forma deficiente por raz es estruturais ou conjunturais moment neas J a opera o da GD como Fonte de Energia volta se essencialmente para o auto consumo industrial comercial residencial ou atendimento p blico Nessa condi o pode ou n o haver produ o de excedentes export veis para a concession ria que deve estar apta a receb la Quando a GD entendida n o apenas no sentido restrito de gera o hidrel trica descentralizada mas num sentido amplo no qual as diversas fontes de energia distribu das s o consideradas cabe conside
141. neo de neutro 51 Rel de sobrecorrente temporizado 516 Sobrecorrente temporizado de terra comumente chamado 516GsS 5IN Sobrecorrente temporizado de neutro 510 Rel de sobrecorrente temporizado de sequ ncia negativa 51V Rel de sobrecorrente com restri o de tens o 52 Disjuntor de corrente alternada 59 Rel de sobretens o 590 Rel de sobretens o de sequ ncia negativa 59N Rel de sobretens o residual ou sobretens o de neutro ou 646 39 Tabela 4 3 Tabela ANSI Numera o Descri o da Fun o 62 Rel temporizador 63 Rel de press o de g s Buchholz 64 Rel detector de terra 67 Rel direcional de sobrecorrente 67 N Rel de sobrecorrente direcional de neutro instant neo ou temporizado 67G Rel de sobrecorrente direcional de terra instant neo ou temporizado 67Q Rel de sobrecorrente direcional de sequ ncia negativa 68 Rel de bloqueio por oscila o de pot ncia 78 Rel de medi o de ngulo de fase prote o contra falta de sincronismo 19 Rel de religamento 81 Rel de frequ ncia sub ou sobre 85 Rel receptor de sinal de telecomunica o teleprote o 87 Rel de prote o diferencial Outros conceitos que ser o utilizados s o e Pickup ponto em que a tens o ou corrente injetada sensibilizam o rel de prote o levando ao in cio da opera o em rel s eletr nicos ou digitais e ou o movimento do disco de
142. ns e desvantagens Por exemplo os documentos do Cigr 15 e do IEEE 51 citam a configura o Estrela aterrada concession ria Delta acessante como conex o europ ia e americana t pica para maioria das instala es de GD e tamb m para as instala es de gera o das pr prias concession rias J na pesquisa realizada com oito concession rias brasileiras verificou se que para interliga es de geradores com mais de 1 MW rede de 13 8 kV apenas a Cemig adotou essa conex o sendo que todas outras optam pela liga o Delta concession ria Estrela aterrada acessante Essa escolha talvez se justifique pelo fato de que as redes brasileiras possuam um n vel de curto circuito fase terra menor em fun o de um sistema mais fraco o que faz com que qualquer divis o na corrente de sequ ncia zero afete negativamente a sensibiliza o das prote es de terra da concession ria Por outro lado deve ser levada em conta a suportabilidade dos isolamentos dos equipamentos das concession rias com transformador de conex o com liga o Delta concession ria Estrela aterrada acessante j que esses devem ser projetados para n veis de tens o mais elevados O atendimento de cargas por ramais monof sicos que requerem um refer ncia de terra para um funcionamento adequado outra quest o preocupante A Tabela 5 8 mostra os requisitos das distribuidoras com rela o forma de conex o dos enrolamentos do transfo
143. nte um estado de opera o n o havendo garantias que as m quinas ou transformador de conex o da GD estar o em opera o ou n o durante um dado momento Essa condi o pass vel de mudan a mesmo durante a execu o do servi o sem que qualquer a o de controle caiba distribuidora Os casos exemplos 2 e 3 ilustrar o essa dificuldade e Caso exemplo 2 O caso exemplo 2 analisar a condi o na qual necess rio retirar de opera o temporariamente para manuten o o disjuntor geral de 13 8 kV da barra Z 13 8 kV Nessa configura o todos os curtos circuitos na sa da dos alimentadores de 13 8 kV devem ser eliminados pela prote o de sobrecorrente de fase que atua no disjuntor 69 kV com tempo superior a 1 3 segundos a fim de que haja coordena o com os demais equipamentos de prote o dos alimentadores Nesse exemplo as m quinas das PCHs foram equivalentadas assim como o sistema el trico conectado barra X Os dados das PCHs antes da efetua o do equivalente s o mostrados na Tabela 4 8 Tabela 4 8 Dados el tricos dos geradores PCH A PCHB N mero de geradores 3 2 Potencia de cada unidade geradora 7 41 1 MVA Imped ncia subtransit ria X d 0 18 sat 0 31 sat pu Imped ncia transit ria X d 0 3 sat 0 41 sat pu Imped ncia s ncrona Xd 1 19 sat 1 1 sat pu Imped ncias de sequ ncia negativa X2 0 19 sat 0 36 sat pu
144. nterrup o seja ele um disjuntor ou religador e ainda a seguran a de terceiros Deste modo tempos de RA muito curtos podem n o ser suficientes para elimina o da falta e retorno das condi es normais de opera o do elemento interruptor Por outro lado tempos muito longos podem expor a popula o ao risco de choque el trico causado pela reenergiza o de circuitos submetidos a falhas permanentes como cabo partidos ou ainda reduzir a estabilidade do sistema Outra justificativa para utiliza o de pequenos tempos de RA levantada pela Elektro refere se manuten o de atua es seletivas entre prote es de falta terra de alta imped ncia ajustadas com os menores valores dispon veis e chaves fus veis Isso porque os elos fus veis alteram suas caracter sticas quando est o aquecidos e assim quanto mais r pido o religamento maior ser a probabilidade de uma atua o seletiva da prote es e do elo fus vel para faltas de alta imped ncia a jusante de elo fus vel A Tabela 5 14 mostra os tempos de RA das distribuidoras Tabela 5 14 Tempo de RA das Distribuidoras 123 Religamento Autom ticos de Religamento Autom ticos de Concession ria Linhas de Transmiss o Alimentadores Quantidade Tempo s Quantidade Tempo s Celesc 1 3 1 5 Cemig 2 3e175 2 10e 15 Coelba Sem informa o Sem informa o 3 2 5e 10 Copel 1 2 3 0 6 5 e 20 CPFL 1 0 4 ou 0 25 2 5e300ule25 Elektro 2 0
145. o Fun o Distribuidoras Prote o utilizada para detec o de Rel detector de faltas terra atrav s da verifica o de 64 Iberdrola terra sobretens o de sequ ncia zero Opcional a fun o 59N Prote o para faltas no acessante Opera como retaguarda para faltas BC Hydro AT Celesc Rel de no transformador de acoplamento e no Coelba Copel Cemig 67 67N sobrecorrente lado de baixa tens o do acessante CPFL Eletropaulo direcional Esta fun o de prote o poder ser IEEE Std 1547 Light utilizada para eliminar faltas na rede em substitui o fun o 51V Prote o que compara os ciclos Rel Salto vetor el tricos indicando se existe ou n o Copel Celesc 78 ou deslocamento deslocamento de fase de tens o Eletropaulo Iberdrola de fase Utilizado para identificar situa es de ilhamento Prote o contra o atendimento de BC Hydro Celesc 81 O U Rel de cargas com n veis inadequados de Coelba Cemig Copel frequ ncia frequ ncia durante ilhamentos Light Iberdrola IEEE Std 1547 Prote o para linha de transmiss o Rel diferencial 87 com menos de 10 km que interliga o Copel IEEE Std 1547 de linha acessante ao sistema Em rela o utiliza o da prote o 67 67N interessante observar que os rel s digitais disponibilizam mais de uma fun o cada uma com sua pr pria direcionalidade Por exemplos na Cemig s o requeridos dois conjuntos d
146. o at chegar a inviabilizar a conex o de pequenos acessantes A inclus o de prote es de sobrecorrente de fase na sa da de cada unidade de gera o mais uma alternativa j que a corrente injetada pela m quina em condi o normal nunca ser superior a sua contribui o para um curto circuito Essa afirma o v lida visto que no caso de m quinas s ncronas a imped ncia transit ria inferior a imped ncia s ncrona regime permanente Tal prote o deve ser ajustada com sensibilidade suficiente para atuar em caso de curtos circuitos no sistema dentro de um tempo adequado Essa possibilidade tamb m ir requerer um sistema de comunica o efetivo e seguro para os casos do ponto de conex o ser distante das m quinas Muitas pesquisas t m sido realizadas no sentido de desenvolver m todos eficientes de adapta o din mica dos ajustes das prote es s condi es do sistema Esse conceito foi nomeado como Prote o Adaptativa e pode ser mais bem definido como uma t cnica que permite a modelagem da rea de prote o mediante mudan as nas condi es do sistema visando manter o melhor desempenho da mesma 40 Conforme descrito em 41 um esquema b sico de prote o adaptativa possui a estrutura mostrada na Figura 4 8 53 Outros Agentes Interface de Ra A Comunica o 1 Ed N Programa q Ed Agente Inteligente Base de Conhecimentos Sensores SISTEMA REAL
147. o de ilhamento no ponto de interconex o ou ainda efetuar transfer ncia de sinal de disparo do rel trip para a GD a partir da subesta o da concession ria atrav s de um link de comunica o 34 interessante verificar ainda que conforme descrito em 27 algumas concession rias permitem a conex o de transformadores com conex o Delta Estrela apenas se forem verificadas sobrecargas iguais ou maiores que 200 no gerador do acessante ap s abertura do disjuntor da SE Isso porque considera se que essa sobrecarga impede sobretens es superiores aos valores fase terra nas fases s s Outros dois pontos a serem considerados para a escolha da liga o Delta Estrela dos transformadores de acoplamento dos acessantes diz respeito aus ncia de retaguarda para prote es baseada em tens o e a exist ncia de transformadores monof sicos que podem ser alimentados pelo acessante em condi o de ilhamento o que sen o inviabilizar completamente o atendimento das cargas conectadas a esse transformador pode sujeit las a condi es de atendimento totalmente indesejadas A Figura 3 16 mostra um circuito no qual cargas monof sicas poderiam ser atendidas sem refer ncia de terra pelo acessante de GD durante ilhamento A tens o a que tais cargas monof sicas seriam submetidas ir depender de diversos fatores tais como n vel de desequil brio entre fases e condi es de aterramento Ainda sim a probabilidade muito pequena de at
148. o dos elementos que comp em o sistema de prote o Classifica se como sistema de prote o eficiente aquele que possui as seguintes caracter sticas e Sensibilidade a capacidade de resposta da prote o s anormalidades e curtos circuitos para os quais foi projetado e Velocidade rapidez de a o na ocorr ncia de um curto circuito a fim de diminuir a extens o do dano e Confiabilidade probabilidade do equipamento operar no momento necess rio e Seletividade a capacidade do equipamento de prote o de reconhecer e selecionar regi es submetidas ou n o a faltas resultando em uma opera o que n o interfira em regi es fora de sua rea de atua o Durante a concep o e an lise do sistema de prote o a premissa a busca do equil brio entre as necessidades t cnicas e os recursos econ micos dispon veis a fim de que n o se inviabilize sua implanta o 36 Esquemas de prote o devem ser compostos por equipamentos adequados No entanto n o h um padr o que defina quais os equipamentos a serem utilizados nas mais diversas condi es e configura es Algumas caracter sticas s o comuns sendo elas 34 e Os rel s devem atender integralmente as normas internacionais de padroniza o tais como ANSI IEEE e Documentos sobre os rel s com informa es sobre suas aplica es e quais as necessidades de manuten o e teste devem ser fornecidos e O rel deve permitir que testes manuten
149. om tico RA A maior parte das faltas a que o sistema submetido tempor ria e pode ser eliminada com a abertura da fonte de alimenta o durante um curto espa o de tempo suficiente para desaparecimento do arco el trico Com o fim do arco o sistema pode ser restabelecido Para aumentar a rapidez desse restabelecimento a concession ria de energia utiliza o recurso de religamento autom tico tamb m conhecido como RA que possibilita a maximiza o da continuidade de seu atendimento No entanto a conex o de unidade de GD pode prejudicar o desempenho desse procedimento tornando o esfor o para recompor o sistema complexo devido aos s rios riscos de ocorrer um fechamento sem sincroniza o entre os geradores que estejam atendendo cargas de forma ilhada e a concession ria 12 Dependendo da diferen a entre a magnitude e ngulo da tens o da rea ilhada e do sistema el trico podem surgir durante fechamento sobretens es sobrecorrentes e grandes torques mec nicos que podem ocasionar al m de danos e estresse cumulativo para o gerador s rios estragos para o disjuntor O risco das unidades de GD continuar a contribuir para o curto circuito fazendo com que o arco el trico n o seja eliminado outra quest o a ser considerada Al m disso para liga es do transformador de acoplamento Delta do lado da concession ria o atendimento das cargas pelo acessante pode expor os consumidores a sobretens es indesejadas conforme j
150. on mico do pa s levou nas d cadas de 1960 e 1970 a um processo de desenvolvimento calcado em iniciativas estatais sob o financiamento de organismos nacionais e internacionais Os anos posteriores foram cr ticos para o setor el trico Profundas transforma es na estrutura produtiva e no grau de urbaniza o do pa s aumentaram o consumo brasileiro de energia el trica em taxas elevadas e bem superiores s da popula o Sucessivos governos passaram a usar a capacidade de endividamento das empresas de eletricidade para obter os d lares necess rios ao pagamento dos juros a credores externos Eles tamb m reprimiram sistematicamente reajustes de tarifas para conter a infla o Assim foi criado um quadro de grave estrangulamento financeiro no setor Evidenciou se um risco eminente de d ficit de energia que exigia valores elevados de investimentos para ser solucionado No entanto o governo havia esgotado sua capacidade de financiamento e endividamento fazendo com que o setor el trico brasileiro n o dispusesse de recursos financeiros para aumento da produ o No in cio da d cada de 1990 o programa de obras de gera o foi paralisado sendo iniciada uma reestrutura o institucional com a finalidade de reduzir a presen a do Estado na economia O objetivo dessa reestrutura o era tornar o mercado de energia lucrativo e dessa forma atrair investimentos privados 2 2 O Novo Modelo do Setor El trico O novo modelo do Setor
151. orrente de falta e consegiientemente a necessidade ou n o de atua o da prote o Dentre esses est o os rel s de sobrecorrente direcional de fase 67 e de neutro 67N e os rel s de dist ncia de fase 21 e de neutro 21N A Figura 4 3 ilustra al m das prote es citadas anteriormente outras prote es que podem ser necess rias em sistemas de distribui o de alta tens o sendo elas sobrecorrente de fase instant nea e temporizada 50 51 oscila o de pot ncia 68 sobrecorrente de terra instant nea e temporizada 50 51N verifica o de sincronismo 25 sub e sobretens o 27 59 e religamento autom tico 779 al m do esquema de teleprote o Barra 1 Rarra 2 WI 4 EH Canal de releprore o Conjunto de fun es 1 Conjunto de fun es 2 Figura 4 3 Esquema de prote o de linhas de transmiss o Fonte 36 Dentre os dispositivos mostrados na Figura 4 3 interessante ressaltar o rel fun o 79 que se refere ao esquema de religamento autom tico da linha de transmiss o Isso porque na presen a de unidades de GD a utiliza o do esquema de religamento ir requerer aten o especial a fim de conciliar a seguran a das m quinas dos acessante com a necessidade de restabelecimento r pido dos elementos retirados de opera o A fun o 79 tem a finalidade de acionar automaticamente o fechamento do disjuntor desligado pela prote o ap s temporiza o ajust vel Nas linha
152. pante A Figura 3 8 representa o circuito de componentes sim tricas para uma falta fase terra entre o disjuntor da concession ria e o transformador de acoplamento Estando o secund rio 27 conectado em Delta a exist ncia da fonte de sequ ncia zero proveniente do acessante independer se o disjuntor se encontra aberto ou fechado ou ainda se o gerador esta ou n o em opera o Nesse caso o transformador do acessante ir se comportar como um transformador de aterramento com a corrente de sequ ncia zero circulando pelo enrolamento em Delta Figura 3 8 Circuito de componentes sim tricas para conex o Estrela Aterrada AT Delta MT Fonte 22 A presen a de cargas desequilibradas no sistema outro ponto a ser considerado para liga o Estrela aterrada concession ria Delta acessante Isso porque a corrente de desequil brio que antes retornava para a terra via o neutro aterrado da subesta o a partir da instala o do transformador de acoplamento conectado em Estrela aterrada concession ria Delta acessante ir se dividir entre o equipamento da subesta o e o novo equipamento instalado 23 A circula o dessa corrente de desequil brio pelo transformador do acessante pode diminuir sua capacidade de carregamento ou ainda reduzir sua vida til j que este ser submetido sucessivamente a valores elevados de corrente em fun o de sua contribui o para a maioria das faltas no sist
153. pendente entre 87 concession rias de 24 pa ses realizada por Newton Evans Research Co Inc em 2009 39 4 7 1 Defini o de Ajustes na presen a de GD com v rias m quinas Tem sido comum a inser o de unidades de gera o distribu das compostas de diversas m quinas ou mesmo o compartilhamento de um dado ponto de conex o por acessantes diferentes Nessa circunst ncia necess rio garantir a elimina o da contribui o de cada m quina para a faltas no sistema da distribuidora com tempo adequado No entanto a concilia o entre diferentes n veis de contribui o proporcionado por diferentes n meros de m quinas em opera o e a atua o da prote o com tempo adequado pode ser um desafio A quest o se agrava quando a contribui o de uma m quina para o curto circuito menor que a gera o conjunta dos demais elementos 47 e Caso exemplo 1 O caso exemplo 1 mostrado na Figura 4 5 visa exemplificar essa situa o Nele dois acessantes de gera o hidr ulica foram conectados a um sistema de 69 kV atrav s da SE B PCHX 13 8kV 12 8MVA 12 8MVA PCHY 13 8kV Figura 4 5 Caso Exemplo 1 Ajuste da unidade 51 para diferente condi es de gera o Para esse sistema foram utilizadas essencialmente prote es de dist ncia de fase e de neutro 21 21N prote es de sobrecorrente direcional de neutro 67N e prote o de retaguarda de sobrecorrente de fase e neutro 51 Por quest o de confi
154. pera o 2 2 007 Outorgada 206 4 097 Hidrel trica Em constru o 73 21 998 Em opera o 975 82 382 Outorgada 150 11 590 Termel trica Em constru o 45 5 188 Em opera o 1 529 31 276 Fonte ANEEL Mar o 2012 8 11 O aproveitamento dessas fontes um importante instrumento para a diversifica o da matriz energ tica do pa s Elas proporcionam a apropria o dos benef cios t cnicos ambientais e socioecon micos na defini o da competitividade econ mico energ tica de projetos de gera o de fontes alternativas garantindo maior confiabilidade e seguran a ao abastecimento principalmente ap s a crise e o racionamento de 2001 A seguir ser avaliada e descrita cada fonte de energia com seu respectivo potencial de aproveitamento como Gera o Distribu da 2 5 1 Pequenas Centrais Hidrel tricas PCHs O Brasil ainda possui um grande potencial hidrel trico n o explorado Deste potencial se destacam as pequenas centrais hidrel tricas PCHs empreendimentos atrativos em fun o do menor impacto ambiental menor volume de investimentos e com incentivos legais Tais incentivos surgiram a fim de viabilizar os empreendimentos incentivando a produ o de energia e projetos que possam se conectar ao Sistema El trico O termo Pequenas Centrais Hidrel tricas foi mencionado pela primeira vez na legisla o brasileira na Portaria DNAEE 109 de 24 de novembro de 1982 Essa portaria estabeleceu que PCHs s o centrais
155. perative Protection System Based on Wide Area Agents IEEE Transactions on Power Delivery Vol 21 3 July 2006 CHILVER Ian JENKINS Nick CROSSLEY Peter Development of Distribuition Network Protection Schemes to Maximise the Connection of Distributed Generation 17 International Conference on Eletricity Distribution Barcelona Maio de 2003 JAVADIAN S A M HAGHIFAM M R MASSAELI M Risk Analysis of Protection System s Operation in Distribution Networks with DG 2011 Internacional Conference on Power Engineering Energy and Electrical Drives Espanha Maio de 2011 Microprocessor based reclosing to coordinate fuse and recloser in a system with high penetration of distributed generation in Proc IEEE Power Eng Soc Winter Meeting vol 1 2002 pp 453 458 BRAHMA Sukumar M GIRGIS Addly A Development of Adaptive Protection Sheme for Distribution Systems with High Penetration of Distributed Generation IEEE Transactions on Power Delivery vol 19 n 1 Janeiro de 2004 JARDINI Jos Antonio RUSH Peter et al Prote o e Automa o de Redes Conceitos e Aplica es 1 ed S o Paulo Edgard Bl cher 2011 BRITTO Tales M et all Distributed Generation Impacts on the Coordination of Protection Systems in Distribution Networks ALMEIDA Carlos Frederico M AREFIFAR Seyed Ali KAGAN Nelson XU Wilsun Avalia o do Impacto de Gera o Distribuida em Sistemas de Distribui o devido a opera es de religamen
156. pick up na dire o de desligamento ou seja no sentido da barra para a linha a unidade direcional dar permiss o para que a unidade de sobrecorrente efetue o desligamento Se a circula o de corrente estiver na dire o contr ria isto no sentido da linha para a barra a unidade direcional impedir o desligamento Eth B B Erue Eru B B2 Eruz Figura 4 22 Representa o da prote o de sobrecorrente direcional temporizada 67 pela associa o de um unidade de sobrecorrente temporizada 51 e de uma unidade direcional 32 Curtos circuitos normalmente envolvem correntes muito atrasadas em rela o refer ncia Assim sendo ser necess rio que os rel s direcionais eletromec nicos fossem arranjados de forma que desenvolvessem conjugado m ximo em condi es de falta Existem diversos arranjos para se obter essa condi o sendo a mais utilizada a conex o em quadratura 90 Nesse arranjo a corrente na bobina de corrente e a tens o de refer ncia possuem defasamento de 90 considerando fator de pot ncia unit rio Para rel s digitais mesmo n o havendo necessidade de se estabelecer um ponto de m ximo torque os algoritmos desenvolvidos levam em conta esse conceito 11 Considerando um curto circuito na fase A sem resist ncia de falta a corrente Ia sofrer um atraso em rela o condi o normal de carga Esse atraso ocorre porque nessa circunst ncia a imped ncia m
157. posta de aloca o de reles digitais diretamente na BT Fonte 43 87 Figura 4 36 Exemplos de ilhamentos na rede de distribui o Fonte 51 88 Figura 4 37 Exemplo de aumento do n vel de curto circuito em fun o da GD 93 Figura 5 1 Exemplo do esquema de conex o da GD ao sistema il 109 Figura 5 5 2 Ajustes da prote o de subtens o 27 em cada concession ria 120 Figura 5 5 3 Ajustes da prote o de sobretens o 59 em cada concession ria 120 Figura 5 5 4 Ajustes da prote o de subfrequ ncia 81u em cada concession ria 121 Figura 5 5 5 Ajustes da prote o de sobfrequ ncia 810 em cada concession ria 121 Figura 5 5 6 Esquema de verifica o de sincronismo Fonte 15 124 xii Lista de Tabelas Tabela 2 1 Resumo da situa o atual dos empreendimentos sesesesesererrerereeeerrrssereresrrees 10 Tabela 3 1 N veis de tens o considerados para conex o de centrais geradoras 20 Tabela 4 1 Faltas T picas na Concession ria eererecaeraeranea 37 Tabela 4 2 Faltas T picas na Ind stria e cerrereeerererceraaaanoa 37 Tabela 4 3 Tabela ANSD ss seas e geada via isa car gata ALDIR BSS GR SC E a 38 Tabela 4 4 Dados el tricos dos geradores ns irreeeerereeacera
158. prote o mais complexos j que dependendo do comportamento da unidade de GD durante um curto circuito a sensibilidade o alcance e tempo de atua o das prote es dos terminais da concession ria podem ser afetados A Figura 3 4 exemplifica a utiliza o de alimentadores ou LTs pr existentes para conex o de acessantes de GD Essa conex o conhecida como tap line ou conex o pingo e eventualmente usada sem a requisi o de um disjuntor no ponto de conex o CD 2 Figura 3 4 Conex o de GD sem disjuntor LT Alimentador pr existente para atendimento de carga Conex es da GD em deriva o sem disjuntor LT Alimentador pr existente para atendimento de carga criam linhas alimentadores multiterminais em que o gerador do acessante se torna uma fonte adicional de corrente Essa configura o afeta negativamente a opera o o despacho e a manuten o dos elementos envolvidos e s permitida em ltimo caso Al m dos problemas para distribuidora o acessante tamb m pode ser submetido a um n mero maior de desligamentos transit rios ou permanentes representando perda de receita e a aplica o de maiores esfor os mec nicos em sua m quina A necessidade de realiza o de manuten es preventivas e corretivas ou ainda a grande extens o de linhas de transmiss o e alimentadores aos quais ele se encontra conectado s o causas que justificam tais desligamentos Para a prote o a exist
159. ra tentativa de elimina o de faltas em F2 cabe ao religador 1 R1 Todavia o fato da contribui o do terminal R1 n o ser igual corrente que passa pelo fus vel 1 FS1 em fun o da contribui o das PCHs e das demais cargas pode fazer com que a coordena o 86 desejada entre R1 e FS1 n o seja verificada Assim pode haver ruptura do elo FS1 mesmo para faltas tempor rias Essa condi o indesejada j que tamb m aumenta o tempo da interrup o e o custo de manuten es Curto circuito em F3 Curtos circuitos no ponto F3 devem ser eliminados pela abertura do religador 1 e pela desconex o de todas as PCHs mas a contribui o da PCH Y pode fazer com que o religador 4 R4 abra indevidamente provocando descoordena o A abertura de R4 al m de interromper o atendimento de consumidores ou ocasionar ilhamentos indesej veis dificulta a localiza o da falta aumentando o tempo da interrup o e o custo de manuten es Curto circuito em F4 Considerando a filosofia de prote o coordenada a primeira tentativa de elimina o de faltas em F4 cabe ao religador 4 R4 Todavia o fato da contribui o do terminal R4 n o ser igual corrente que passa pelo fus vel 3 FS3 em fun o da contribui o da PCH Y a coordena o desejada entre R4 e FS3 pode n o ocorrer Assim o elo FS3 pode romper antes da abertura de R4 fazendo com que uma falta pass vel de ser tempor ria se torne de resolu o demorada Essa co
160. ra cada novo comprimento foram inseridos montantes de carga refer nciados ao tamanho do acessante de gera o na propor o de 0 5 a 4 pu com passo de 0 5 Foi considerado que 2 3 das cargas s o atendidas por outros alimentadores sendo alocadas na barra da SE enguanto o 1 3 restante foi alocado na metade do alimentador O transformador de conex o do acessante teve sua imped ncia desprezada Tamb m se considerou que a unidade de GD capaz de manter a tens o na barra BT1 em 1 p u Todas as simplifica es citadas resultam em uma avalia o mais conservativa j que na pr tica a tens o tende a ser menor que a verificada O curto circuito fase terra foi simulado na barra AT2 e o disjuntor DJ1 abre antes da desconex o do acessante O ponto de verifica o de tens o foi alocado na barra AT2 A Figura 3 10 ilustra as considera es acima ATA A T 2 M T 1 X M T 2 B T 1 A 4 1 gt p A X 2 ra LT e TA lt gt ra Si IS El ioi 38 2 3 carga Tens o 1 3 carga 1 pu Figura 3 10 Circuito para verifica o da rela o entre cargas e comprimento do alimentador na sobretens o causada pela GD ap s desconex o da concession ria A Figura 3 11 mostra o circuito de imped ncias resultante do sistema em an lise Delta Estrela Figura 3 11 Circuito de imped ncias 30 Com essas simula es foram obtidas as Figuras 3 12 e 3 13 que visam ilustrar a rela o entre a sobretens o verificada o percentual de c
161. ra menos concentrado nas regi es Norte e Nordeste A regi o Sudeste onde se encontra maior mercado consumidor onde tamb m se encontra o segundo maior potencial h drico dispon vel O potencial te rico estimado ainda n o inventariado no Brasil est em torno de 15 453 MW que somado ao potencial conhecido ainda a ser explorado 10 460 MW resulta em um potencial total de 25 900 MW ou seja algo em torno de 10 do potencial h drico nacional estimado em 260 000 MW 9 Em fun o das PCHs serem empreendimentos rent veis e atrativos o mercado mostra se promissor H a possibilidade de aumentar em mais de nove vezes o atual potencial de gera o de PCHSs o que agregaria ao parque gerador brasileiro algo em torno de 1000 novas plantas 13 2 5 2 Termel tricas Biomassa Do ponto de vista energ tico biomassa todo recurso renov vel oriundo de mat ria org nica de origem animal ou vegetal que pode ser utilizado na produ o de energia O uso de biomassa para a gera o de eletricidade tem sido objeto de v rios estudos e aplica es a fim de encontrar fontes de gera o de energia mais competitivas e assim reduzir as emiss es de di xido de carbono na atmosfera Do ponto de vista t cnico econ mico os principais entraves ao uso da biomassa na gera o de energia s o a baixa efici ncia termodin mica das plantas e os custos relativamente altos de produ o e transporte Esses entraves tendem a ser contornados
162. ransmiss o ou alimentadores pr existentes diz respeito localiza o de faltas A localiza o de faltas uma 25 ferramenta importante para a redu o do tempo de restabelecimento do sistema A grande maioria dos algoritmos utilizados foram estruturados para condi es radiais e n o levam em conta a presen a de outra fonte de contribui o para falta tal como acontece na presen a de acessantes de gera o Muitas pesquisas est o sendo realizadas no sentido de criar algoritmos capazes de identificar com precis o o ponto de ocorr ncia do curto circuito em sistemas com GD Javadian et al 17 recomenda que o sistema seja dividido em zonas radiais sendo cada uma delas protegidas por um disjuntor o que implica na mudan a de topologia do sistema Calderaro et al 18 apresenta um esquema que requer a identifica o da direcionalidade da corrente de curto atrav s de diversos sensores A precis o desse m todo esta diretamente ligada quantidade de sensores utilizados Chao et al 19 apresenta um m todo baseado na teoria dos grafos enquanto Bretas e Salim 20 apresentam um esquema baseado na imped ncia aparente de sequ ncia positiva Brahm 21 prop em um m todo de localiza o de faltas que leva em conta a resist ncia de falta e as ramifica es dos sistemas de distribui o Apesar das pesquisas poucas concession rias no Brasil t m utilizado m todos de localiza o de faltas que levem em conta a presen a de
163. rar as seguintes formas de produ o e Cogera o consiste na produ o simult nea no processo industrial de energia t rmica e el trica a partir de combust veis e Gera o com combust veis derivados de res duos por terem baixa densidade energ tica t m que ser usados localmente palha de arroz res duos da cana gases de alto forno e de aterros de lixo etc Nas pr ximas se es ser o avaliadas as principais tecnologias de GD atualmente verificadas no pa s 2 5 Tecnologias de GD utilizando fontes renov veis Na matriz energ tica brasileira as fontes renov veis de energia respondem por 75 da gera o de energia el trica A Figura 2 3 apresenta informa es referentes Matriz El trica Brasileira atualizadas pela ANEEL em mar o de 2012 e fornece uma vis o n tida sobre a participa o das fontes renov veis na produ o de energia E G s E lica 1 17 Biomassa 7 18 EB carv o Mineral Nuclear 1 60 Carv o Mineral 1 55 Nuclear Hidro 65 75 Biomassa EB E lica G s 10 56 I Hidro Importa o 6 52 a EB Petr leo Petr leo 5 67 Importa o Figura 2 3 Matriz El trica Brasileira Fonte ANEEL Mar o 2012 10 Com o consumo crescente de energia el trica e o impacto ambiental e social causados pelas fontes de energia tradicionais o governo e a sociedade continuam pensando em novas alternativas para gera o de eletricidade al m do tradicional aproveita
164. ribuem os impactos ocasionados prote o contra faltas pela GD Essa influ ncia ser tanto maior quanto maior for penetra o da GD no sistema Entre os impactos mais relevantes causados na prote o contra falta pela presen a da GD nos sistemas das concession rias destacam se 129 e Subalcance dos rel s de dist ncia fazendo com que a elimina o da falta dure mais tempo do que o necess rio e consequentemente aumentando o estresse ao qual o sistema el trico exposto durante uma falta ou ainda ampliando a dura o de afundamentos de tens o causados pela circula o da corrente de curto circuito e Opera o indevida dos rel s de sobrecorrente direcionais que podem ser levados a atuar para correntes contra a sua direcionalidade correntes reversas e Descoordena o ou aus ncia de seletividade nos sistemas de m dia tens o dificultando tamb m a localiza o de faltas aumentando o tempo da interrup o e o custo de manuten es e Dificuldades na defini o do melhor ajuste para a prote o de retaguarda de uma por o do sistema em caso de indisponibilidade de sua prote o principal com a presen a de plantas de acessantes com mais de uma m quina Essa quest o importante na medida que as unidades de GD podem operar em diversas configura es impondo diferentes contribui es para faltas no sistema das concession rias sem ser poss vel por parte delas nenhum controle da situa o e Possibilid
165. rmador de acoplamento dos acessante na m dia tens o 105 Tabela 5 8 Conex es do transformador de acoplamento para interliga o na MT Tens es Fase Lado da conex o Concession ria Fase Padr es da Observa o Sistema GD MT kV Conex o prefer ncial Ya A 4 16 12 47 Transformador com tapes fixos 2X2 5 BC Hydro 24 94 34 5 v Requer instala o de transformador de a aterramento e ou prote o 59N 13 8 23 00 Celesc E A Ya Transformador com tapes fixos 2X2 5 Ya A Transformador com tapes fixos 2X2 5 Transformador com tapes fixos 2X2 5 Cemig 13 8 24 1 34 5 7 Somente quando consumidor deseja torna se GD a Requer instala o de transformador de aterramento e imped ncia no neutro Yisol ou N o Coelba N o informado A inform A Ya Capacidade de gera o 76 a 500 kW Capacidade de gera o gt 501 kW 13 8 Ya Ya Para o enrolamento do lado do sistema a rela o Copel RO lt XO deve ser observada Ya Ya Capacidade de gera o 76 a 300 kW us A Ya Capacidade de gera o 301kW a 1 MW i Ya A Capacidade de gera o gt 1 MW CPFL 11 9 13 8 23 Ya 13 8 Ya O n mero de tapes e degrau do comutador deve Elektro se a 34 5 Ya A ser definido conforme necessidades espec ficas Eletropaulo 13 8 23 34 5 A Ya Enersul N o informado N o discriminado Iberdrola 11 13 2 15 30 N o discriminado
166. rsores est ticos al m das fun es citadas h um sistema de monitoramento instalado entre a GD e a rede de distribui o de baixa tens o que permite desligar a GD quando constatada aus ncia de tens o no alimentador Outro m todo de constata o de tens o apresentado de maneira informativa na norma IEEE Std 929 2000 orienta que os conversores conectados rede podem possuir um sinal de desestabiliza o que tenta constantemente mudar a frequ ncia da rede de distribui o Enquanto conectado rede a concession ria que se comporta como um barramento infinito perante GD neutraliza esta tend ncia de desestabiliza o Entretanto caso ocorra um ilhamento n o intencional a frequ ncia rapidamente apresentar um pequeno desvio permitindo assim detect lo tanto pela l gica de controle do conversor quanto por rel s de frequ ncia 53 Entretanto tais esquemas de prote o s o propensos a falhar caso o desbalan o de pot ncia ativa e reativa sejam pequenos na rede ilhada Assim al m das prote es habituais as concession rias empregam outras medidas e esquemas de prote o para evitar o religamento autom tico no caso de ocorr ncia de um ilhamento n o intencional ou a possibilidade de haver uma nova tentativa de conex o do gerador durante um per odo de aus ncia da subesta o principal 52 Tais exig ncias ser o avaliadas durante an lise do manual de acesso das concession rias 92 4 8 Religamento Aut
167. s conforme mostra a Tabela 5 13 ainda n o h registro de ocorr ncias nas quais a desconex o de acessantes agravou o dist rbio No entanto tendo em vista o aumento da penetra o de unidade de GD e a fim de evitar a ocorr ncia de tais problemas j existe a preocupa o do Operador Nacional do Sistema ONS de realizar uma an lise da estabilidade do sistema interligado nacional a fim de identificar os valores de frequ ncia a serem ajustados nos acessantes de gera o O ONS ja realiza esses tipo de estudo para defini o do Esquema Regional de Al vio de Carga ERAC Conforme citado a Tabela 5 13 traz um apanhado dos ajustes das prote es de tens o e frequ ncia exigidos pelas concession rias em suas repectivas normas de acesso Nessa tabela foram inseridas as considera es do Procedimento de Distribui o Prodist M dulo 8 Qualidade de Energia El trica referente aos valores de frequ ncia e tens o considerados fora dos padr es aceit veis de opera o como refer ncia para avalia o das requisi es 119 Tabela 5 13 Ajustes das prote es de frequ ncia e tens o exigidos pelas concession rias Subfrequ ncia Sobrefrequ ncia Subtens o 27 Sobretens o 59 8lu 81o Concession ria Ajuste Ei Ajuste pi Ajuste Tempo Ajuste Tempo pu is Hz s Hz s 57 3 Z E BC Hydro AT 1 25 56 8 57 3 BC Hydro MT 56 8 58 5 10 62 30 Cemig 57 5 5 63 5 1
168. s es Fase Fase Lado da conex o Concession ria Padr es da AT y Observa o kV Sistema GD Todas conex es s o aceitas Ya A Quando a GD se interliga via conex o em tape a conex o deve ser A Ya para eliminar a contribui o de seq zero BC Hydro 69 138 Ya Ya Transformador com tapes fixos 2X2 5 Para conex es A Ya requerida a A Ya instala o de transformador de aterramento e ou prote o 59N Celesc 69 138 Ya A Transformador com tapes fixos 2X2 5 Cemig 69 138 Ya A Em estudo N o Coelba N o informado Yisol ou A inform Copel 69 138 Ya A Capacidade de gera o gt 1 MW CPFL 36 2 at 145 kV A Ya 107 5 3 4 Aterramento das Instala es do Acessante de GD Nesse item ser avaliada como as distribuidoras tratam o aterramento das instala es do acessante Para sistemas solidamente aterrados a premissa considerada nos requisitos leva em conta que durante faltas fase terra 51 e O n vel de aterramento da instala o deve ser tal que n o sejam verificadas sobretens es que ultrapassem o limite de suportabilidade dos equipamentos e N o haja interfer ncia significativa na coordena o das prote es de terra do sistema el trico e Durante ilhamentos n o intecionais e at que haja a desconex o do acessante o esquema de aterramento deve evitar danos por sobretens o De maneira geral as exig ncias relativas ao aterramento do
169. s condi es seguras de opera o Nesse caso embora as unidades de GD fossem de pequena capacidade elas se apresentavam em grande quantidade e n o estavam submetidas ao controle direto do operador do sistema Tamb m foi constatado que em fun o de tais unidades serem conectadas ao sistema de distribui o elas estavam submetidas a exig ncia de desempenho e requisitos de prote o mais flex veis Nesse caso a frequ ncia do sistema atingiu 49 Hz 1 Hz abaixo da frequ ncia normal e as fun es de subfrequ ncia dos acessantes estavam ajustadas para 118 operar com 49 5 Hz resultando ent o na desconex o mencionada de uma grande quantidade de acessantes Outro dist rbio sist mico que levou desconex o danosa de acessantes ocorreu em maio de 2008 no Reino Unido 8 Nessa ocorr ncia a sa da de v rias unidades de GD acelerou o colapso de frequ ncia levando a um grande corte de carga Os ajustes de frequ ncia normalmente utilizados para os acessantes desconectados estava em torno dos 47 Hz sendo que a frequ ncia normal de opera o 50 Hz Esses eventos fizeram com que os operadores de sistema europeus reconsiderassem os crit rios de ajuste dos rel s de subfrequ ncia dos acessantes de forma a coorden los com os ajustes utilizados nos rel s de subfrequ ncia das cargas No Brasil embora os ajustes exigidos pelas concession rias para os rel s relacionados a frequ ncia e tens o sejam os mais variados poss vei
170. s de distribui o de AT da Cemig s o realizadas duas tentativas de religamento sendo a primeira ap s dois ou tr s segundos do envio do sinal de trip para o disjuntor e a segunda com cento e setenta e cinco segundos ap s o segundo sinal de trip caso ocorra O religamento deve ocorrer para faltas 45 internas linha de transmiss o protegida que levam a atua o da prote o principal ou do esquema de teleprote o Por outro lado n o deve haver religamento autom tico se a falta for externa linha protegida com atua o da prote o de retaguarda ou ainda se as condi es de sincronismo n o forem atendidas O esquema de religamento autom tico implementado segundo esquema mostrado na Figura 4 4 25 Check de Outros i Sincronismo Dispositivos Permiss o de Religar Bloqueio do 79 Fechamento do Prote o de Partida do 79 Disjuntor 52 Linha e Sele o de Fase Figura 4 4 Esquema de religamento autom tico de linhas de transmiss o com verifica o de sincronismo Tase a religar A verifica o de sincronismo realizada pela fun o 25 em sistemas malhados tem como objetivo identificar se as condi es do sistema s o favor veis a realiza o do religamento e normalmente avalia os seguintes itens dependendo da chave seletora e Permite religamento com tens o na linha e sem tens o na barra linha viva barra morta e Permite religam
171. s de sobrevelocidade e sobretens o pass veis de ocorr ncia dependem dos par metros electro mec nicos do sistema da distribuidora e da planta de GD 101 Auto excita o de Geradores S ncronos ocorre durante situa es de atendimento das cargas da distribuidora de forma ilhada pelo acessante onde se verifica que o montante de pot ncia reativa capacitiva do sistema supera a capacidade de absor o do gerador s ncrono Sobretens es resultantes dessa situa o podem danificar os equipamentos do acessante e as cargas que est o sendo supridas caso n o haja a pronta desconex o da GD nessa situa o Resson ncia Subs ncrona Condi es especiais de funcionamento do sistema durante o atendimento das cargas da distribuidora de forma ilhada pelo acessante podem acarretar trocas de energia indesej veis envolvendo o conjunto turbina gerador de uma ou mais usinas em frequ ncias naturais caracterizando o fen meno da Resson ncia Subs ncrona 54 Isso ocasiona o surgimento de sobretens es transit rias de valores inaceit veis extremamente danosas tanto para os equipamentos do acessante quanto para cargas Acelera o dos geradores durante curtos circuitos Dependendo da dura o do curto circuito o aumento da velocidade dos geradores que suprem a falta pode levar a perda de sincronismo da unidade de GD Para evitar esse problema necess rio reduzir os tempos de elimina o da falta pela distribuidora o que nem sempre po
172. squemas de RA quando h unidades de GD conectadas ao sistema mais complexa devido aos s rios riscos de um fechamento sem sincroniza o entre os geradores que estejam atendendo cargas de forma ilhada e a concession ria Por isso al m da exig ncia de pronta desconex o da GD diante da perda da concession ria as normas de acesso ressaltam que as distribuidoras n o se responsabilizam por danos causados nos equipamentos dos acessantes decorrentes de paralelismos fora das condi es de sincronismo Portanto fundamental que a unidade de GD tenha pleno conhecimento dos tempos de realiza o de RA da concession ria a que se encontra conectada a fim de ajustar suas prote es da maneira mais adequada Essa informa o t o importante que consta inclusive nos acordos operativos celebrados entre acessante e distribuidora Ainda assim vale lembrar que a realiza o de uma tentativa insatisfat ria de RA pode impactar os indicadores de qualidade da distribuidora estabelecidos pela ANEEL tal como a Dura o Equivalente de Interrup o por Unidade Consumidora DEC e aumentar seus custos com manuten o e pessoal Desta forma tamb m do interesse da concession ria que o risco de fechamento fora de sincronismo seja minimizado A determina o do tempo de realiza o do religamento autom tico pela concession ria leva em conta al m da elimina o completa do curto circuito o tempo gasto para restabelecimento do equipamento de i
173. ss vel em fun o da necessidade de coordena o entre as prote es Outra solu o passa pelo isolamento imediato das unidades GD diante de tais circunst ncias Sendo esses pontos concernentes ao acessante as exig ncias de equipamentos para sua instala o s s o objetos das normas quando h a possibilidade de afetar direta ou indiretamente a rede el trica da distribuidora ou influenciar negativamente aspectos de seguran a das pessoas envolvidas com a opera o e manuten o do sistema 5 3 2 1 Equipamentos de Interrup o do Circuito Em todas as normas avaliadas consta a obrigatoriedade da exist ncia de equipamentos adequados interrup o do circuito qualquer que seja a condi o a qual esteja submetido Para conex es em AT os equipamentos de interrup o tamb m chamados de equipamentos de interliga o s o sempre disjuntores enquanto na MT eles podem ser disjuntores religadores ou at mesmo fus veis conforme a concession ria A Tabela 5 4 resume os tipos de equipamentos de interrup o que podem ser utilizados no ponto de conex o pelo acessante conforme a concession ria 102 Tabela 5 4 Tipos de equipamento de interrup o exigido na MT Equipamentos de interrup o permitidos Concession rias Disjuntor religador ou fus veis BC Hydro Disjuntor ou religador com fun es de prote o Celesc Cemig Copel Enersul Light Disjuntor Coelba CPFL Elektro Eletropaulo Iberdrola
174. stala es de conex o de responsabilidade do acessante os refor os nas redes de transmiss o a distribui o e custos de perdas el tricas As distribuidoras n o podem restringir a conex o do acessante em linhas de transmiss o ou alimentadores j existentes desde que sejam atendidos crit rios e padr es t cnicos espec ficos para a conex o estabelecidos tanto pela legisla o vigente quanto nas normas das distribuidoras S o exemplos de exig ncias a serem atendidas limita es quanto quantidade de acessantes por LT alimentador montante de gera o perdas el tricas e varia o de tens o imposta pela entrada ou sa da de opera o dessa gera o 20 Apesar da imprecis o das defini es referentes ao que baixa tens o BT m dia tens o MT alta tens o AT e extra alta tens o EAT entidades internacionais como o International Council on Large Electric Systems CIGR relacionam a estrutura da rede e o tamanho da unidade de GD conforme mostrado abaixo 15 e Rede de distribui o BT tens o menor que 1 kV Pequenas unidades de gera o e Rede de distribui o MT de 1 a 35 kV M dias unidades de gera o e Rede de distribui o AT superior a 35 kV Grandes unidades de gera o J a Ag ncia Nacional de Energia El trica ANEEL relaciona a rede e a GD conforme mostrado na Tabela 3 1 16 Tabela 3 1 N veis de tens o considerados para conex o de centrais geradoras Pot ncia Ins
175. tador ou linha de transmiss o Em virtude da previs o de uma grande quantidade de acessos de GD e da falta de espa o nas subesta es mesmo para as pr prias amplia es da concession ria a op o por essa forma de conex o deve ser avaliada criteriosamente A conex o da GD diretamente a SE da concession ria atrav s de alimentador ou linha exclusiva pode ser feita de duas formas Umas delas requer disjuntores a montante do transformador de conex o enquanto a outra n o A Figura 3 1 e Figura 3 2 mostram as configura es citadas LT ou Alimentador Figura 3 1 Conex o da GD via LT Alimentador exclusivo utilizando disjuntor no terminal da concession ria e no terminal do acessante LT ou Alimentador id Emissor Figura 3 2 Conex o da GD via LT Alimentador exclusivo utilizando disjuntor apenas no terminal da concession ria 22 Na Figura 3 2 a contribui o do acessante para curtos circuitos no alimentador ou LT eliminada via esquemas de prote o que possuam sistema de comunica o capaz de efetuar a transfer ncia de disparo transfer trip ou seja com a emiss o de um sinal de abertura emitido pela prote o do terminal do acessante Embora a utiliza o de somente um disjuntor represente redu o nos custos o risco de falha no sistema de comunica o pode impor desgastes desnecess rios tanto para o sistema quanto para o acessante em fun o da manuten o de um curto circuito por um t
176. talada N vel de Tens o de Conex o 501 kW a 10 MW M dia Tens o Alta Tens o 11 a30 MW M dia Tens o Alta Tens o E A forma que o acessante conectado rede pode variar entre duas configura es b sicas sendo elas a alimentador ou linha de transmiss o exclusivos para o acessante ou b alimentador ou linha de transmiss o compartilhada com demais cargas da concession ria As particularidades dessas configura es ser o detalhadas a seguir 21 3 2 1 Conex o da GD diretamente Subesta o SE da concession ria atrav s de alimentador linha exclusiva ou SE exclusiva A conex o do acessante em alimentador ou linha exclusiva a que propicia maior confiabilidade e seguran a para o sistema A utiliza o de um alimentador ou linha dedicada n o afeta o carregamento dos demais alimentadores linhas da concession ria dimensionados para o atendimento das cargas e seu respectivo crescimento Outra vantagem est ligada ao esquema de prote o principal que tamb m pode ser dedicado No entanto essa configura o a que requer maior investimento e s se justifica para empreendimentos de maior escala para conex o em alta tens o AT ou quando a outra op o de conex o passar pela constru o de uma subesta o de integra o Outra restri o a essa forma de conex o refere se disponibilidade de espa o f sico na subesta o da concession ria para instala o de uma nova sa da para esse alimen
177. to de Engenharia El trica da UFMG Mar o de 2001 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 134 BEHRENDT Ken Prote o para Fontes Delta N o Esperadas Schweitzer Engineering Laboratories Inc New Berlin WI USA 2002 BLACKBURN J Lewis Protective Relaying Principles and Practices Copyright 1987 by Marcel Dekker Inc GUIMAR ES Carlos Alberto M et al Interconex o de Geradores com o sistema El trico de Distribui o Universidade Federal de Itajub COLE O DISTRIBUI O DE ENERGIA EL TRICA Vol 2 Eletrobr s Prote o de Sistemas A reos de Distribui o 1 ed Rio de Janeiro Campus Eletrobr s 1982 SALESSE Antonio Vitor MARQUES Ronaldo Fernandes Aspectos Relativos Conex o de Gera o Distribu da nos Sistemas de Distribui o de Energia El trica International Congress on Electricity Distribution CIDEL 2006 Argentina BORTONI Edson da Costa HADDAD Jamil Interconex o de Sistemas de Gera o Distribu da 1 ed Rio de Janeiro Interci ncia 2006 HODGKINSON G System implications of embedded generation and its protection and control in Proc IEE Colloquium on System Implications of Embedded Generation and Its Protection and Control pp 1 1 1 15 Fev 1998 BARKER Philip P MELLO Robert W Determining the Impact of Distributed Generation on Power Systems Part 1 Radial Distribution Systems Power Technologies In
178. to de alcance parametrizado no rel Se o valor da imped ncia menor que o ponto de alcance considera se que existe uma falta que requer a atua o dessa prote o A sele o cuidadosa dos ajustes de alcance e de tempo de atua o para v rias zonas de atua o permite a coordena o correta entre os rel s de dist ncia em um sistema de pot ncia Na Figura 4 13 s o mostrados ajustes t picos de alcance e tempos de atua o para uma prote o de dist ncia de tr s zonas Rel s digitais de dist ncia t m tr s ou mais zonas de prote o sendo que algumas zonas podem ser configuradas para atuar como prote o reversa 43 200 500 ms Figura 4 13 Caracter sticas t picas de tempo dist ncia Fonte 43 A cria o de multiterminais em linhas de transmiss o ou alimentadores para conex o de acessantes de gera o afeta o alcance dos rel s de dist ncia Isso porque conforme j citado a imped ncia vista por uma prote o de dist ncia nem sempre a imped ncia real da 63 linha at o ponto de falta Como a defini o do ponto de falta tem por base os valores medidos de tens o e corrente a inclus o de uma nova fonte de contribui o caracteriza uma situa o conhecida como infeed que pode resultar em subalcance dos rel s de dist ncia Os casos de sobrealcance da prote o de dist ncia tamb m denominados como outfeed ou infeed negativo acontecem quando a imped ncia medida pelo rel menor que a
179. tores de Energia El trica em Paralelo com o Sistema da Light aneiro SUBESTA ES A em BT e MT Baixa e M dia Tens o 99 Antes iniciar a avalia o das prote es requeridas pelas concession rias ser avaliado a seguir outras solicita es que influenciam decisivamente o comportamento do sistema diante de um curto circuito e consegiientemente a escolha prote o 5 3 1 Formas de Conex o de GD Permitidas pelas Distribuidoras As formas de conex o de acessantes de gera o ao sistema el trico podem ser resumidas em dedicadas atrav s da constru o de uma linha ou alimentador conectado diretamente na subesta o da concession ria ou compartilhada tamb m conhecidas como diretas quando se faz uso de linhas ou conex es pr existentes Na BC Hydro conex es de GD em MT e AT podem ser realizadas em ambas as configura es no entanto a conex o direta requer uma avalia o mais criteriosa dada suas implica es negativas tais como a redu o da flexibilidade operativa e a exposi o do sistema a interrup o ocasionadas por problemas internos do acessante Na Celesc somente conex es de GD em MT podem ser realizadas tanto atrav s de alimentador ou Subesta es exclusivas quanto atrav s de tapeamento de linhas No entanto o ponto de conex o do acessante deve situar se obrigatoriamente no tronco do alimentador Para conex es de acessantes na AT n o s o permitidas conex o em tape Na Cemig D
180. tos Espa o Energia n 13 outubro de 2010 VIEIRA DE ABREU Gon alves de Oliveira y MALLET GUY Guerra Energia Economia Rotas Tecnol gicas Textos selecionados 1 ed Palmas Edici n electr nica gratuita 2010 Texto completo em www eumed net libros 2010e 827 Acesso em 20 de Dezembro de 2011 IEEE The Institute of Electrical and Electronics Engineers Std 1547 2003 IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems 2003 Dispon vel em lt ieeexplore ieee org gt Acesso em 29 de Dezembro de 2011 52 53 54 55 56 136 Departamento de Sistemas de Energia El trica Unicamp Desenvolvimento de Metodologias e procedimentos para An lise Sistemica da Instala o de Gera o Ultra dispersa na Rede Secund ria da Cemig D 22 de dezembro de 2011 COURY Denis Vinicius SEL 308 Introdu o aos Sistemas El tricos de Pot ncia Universidade de S o Paulo Escola de Engenharia S o Carlos 2003 IEEE Subsynchronous Resonance Working Group 1980 Proposed Terms and Definitions for Subsynchronous Oscillations IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems Vol PAS 99 March April no 2 506 511 CPFL Energia Liga o de Autoprodutores em Paralelo com o Sistema de Distribui o da CPFL ND33 Fevereiro 2007 ANEEL PRODIST M dulo 3 Acesso ao Sistema de Distribui o Revis o 3 de 12 de abril de 2011 Dispon vel em http www aneel gov br are
181. tribuidoras relativas a melhor forma de garantir que n o haja altera es dos ajustes aprovados e como ser o processo de manuten o dos equipamentos de prote o De fato essa preocupa o relevante quando se leva em considera o que todas os requisitos estudos e defini es relativas prote o do sistema com GD n o tem fun o diante de sistemas de prote o inoperantes tal como aconteceria se houvesse falha no banco de baterias que alimenta os rel s de prote o ou ainda se o disjuntor ou religador falhasse no momento de sua abertura Ressalta se que a responsabilidade legal pelo atendimento dos consumidores em condi es adequadas e a seguran a de terceiros cabe a distribuidoras Por isso a quest o referente forma de imputar responsabilidades legais aos acessantes por danos a pessoas e equipamentos causados por falhas em sua planta requer ainda mais aten o e talvez devesse ser tratada no mbito da ANEEL ou do ONS Para amenizar os riscos a Light exige que o acessante mantenha em seu poder os relat rios e registro de todos os eventos de opera o ou manuten o dos equipamentos e sistemas de prote o A periodicidade e os crit rios de manuten o de acordo com a complexidade de cada autoprodutor est o contemplados nos Acordos Operativos Esses documentos devem estar dispon veis em qualquer tempo para a an lise da Light e no caso de desaparecimento desses relat rios o acessante responsabilizado por
182. ue haja a desconex o do acessante 4 7 3 Responsabilidade por altera es e manuten o nos esquemas de prote o da Gera o Distribu da Ap s o comissionamento e entrada em opera o da unidade de GD alguns pontos ainda provocam preocupa o para as distribuidoras no que tange a prote o Por exemplo a possibilidade de altera es dos ajustes aprovados e verificados sem pr via autoriza o da distribuidora gera desconforto e inseguran a para opera o do sistema principalmente nos casos em que o ponto de conex o fora da subesta o da concession ria Para amenizar esse problema faz se necess rio o estabelecimento de barreiras f sicas e legais que impe am altera es e ou atribuam responsabilidade jur dica por qualquer mudan a n o autorizada Nesse sentido algumas concession rias t m inserido no acordo operativo celebrado com o acessante cl usulas referentes aos valores dos ajustes aprovados Outra solu o que vem sendo estudada a cria o de uma caixa selada pela distribuidora capaz de abrigar adequadamente os dispositivos de prote o a fim de garantir sua inviolabilidade A forma mais garantida de assegurar a manuten o dos ajustes de prote o seja a realiza o de fiscaliza es peri dicas pela concession ria Essas fiscaliza es podem ser 61 feitas atrav s de inspe es in loco ou remotamente atrav s da utiliza o de um sistema de telecomunica es interligado aos rel s d
183. up baixos n o implica em restri es para o sistema Em algumas configura es poss vel ainda a utiliza o da fun o de sobrecorrente de neutro 51N sem preju zos para o sistema Todas as prote es acima citadas dependem da disponibiliza o de medi es de tens o para seu correto funcionamento No entanto situa es nas quais h defeitos no circuito de tens o que alimenta o rel tal como falha de fus vel n o s o incomuns Nessas situa es duas a es s o fundamentais e Imediata disponibiliza o da informa o de falha no circuito de tens o para o centro de opera o da distribui o para que seja providenciado o reparo em car ter emergencial e Habilita o autom tica no rel de fun es de prote o que tenham sua atua o vinculada somente corrente A unidade de sobrecorrente de fase 50 51 cumpre essa fun o mas a defini o do valor de corrente que ir levar a sua atua o pode ser mais complexa do que o normal na presen a de unidades de GD compostas por diversas m quinas onde a contribui o de uma m quina para o curto circuito menor que a gera o conjunta dos demais elementos essa situa o que ser analisada no caso exemplo 1 Os dados utilizados para realiza o da simula o s o mostrados na Tabela 4 4 Tabela 4 5 e Tabela 4 6 Tabela 4 4 Dados el tricos dos geradores
184. va prote o para faltas de baixa corrente Nesse contexto a altera o da corrente de curto circuito provocada pela inser o de unidades de GD mais um fator que deve ser considerado 4 6 Filosofia de Prote o de Sistemas de Distribui o de Alta Tens o Sistemas de distribui o de alta tens o t m a fun o de transportar a energia proveniente dos sistemas de transmiss o para as subesta es de distribui o atrav s de linhas trif sicas a reas de longa extens o que operam em tens es usuais de 161 138 ou 69 kV e mais raramente em 34 5 kV Esses sistemas podem operar tanto em configura es radiais fluxo em um nico sentido ou em configura es em anel fluxo com mais de um sentido Na distribui o de alta tens o tendo em vista o atendimento a um maior bloco de consumidores a garantia de fornecimento da energia ainda mais vital Por isso o planejamento de circuitos alternativos de suprimento como a duplica o de linhas e fontes 43 busca estabelecer capacidade reserva Al m disso a subdivis o do sistema em reas cada uma controlada por um conjunto de equipamentos de chaveamento em associa o com esquemas de prote o e configura es de barramentos que permitam manobras alternativas proporcionam flexibilidade operativa e garantem a minimiza o das interrup es A Figura 4 2 ilustra a complexidade assumida por um sistema de distribui o de alta tens o com as respectivas reas ou zon
185. yLTA LT2 FEFA LT2 yLT2 Vv Z Il Z Lo Z Is Z Lo LTIyLTI LT2 yLT2 Zo Lo Z Lo 3Rarco X Lao V ZE IR Z Z7 5 HU ZE 4 15 Io Z Zi 3Rarco XLo Tamb m por um artif cio matem tico ser o acrescentados os seguintes termos LT1 LT2 3Z 3Z TRES A 3zi az Resultando em nz a ea Ea A Ta 4 16 LT2 yLT2 LT2 Z z7 Zo piso SL agi R rcoX r 1 Considerando ainda k zo Ez KIT Zoo E A o 3 zr o 3 Z aF Que substitu dos na Equa o 4 16 origina E a a Ro CM 68 Sendo a imped ncia medida pelo rel de dist ncia de neutro dada por 5 rel EE V 4 18 medido LT1 LTiyLTA L 3K Io A substitui o da Equa o 4 17 na Equa o 4 18 na resulta em a E A a Raai rel medido LT1 LTI yL TI IL 3K Ix A representa o da influ ncia da GD na imped ncia medida pelo rel de dist ncia de neutro obtida atrav s da Equa o 4 20 4 20 a Fici 3 KTT r a 0 ao J 3K a0 0 ao ma A SI EN sz oi Rai medido je Em 3K Zr Z NxZ7 4 Rarco XI 4 21 medido LTI LTI IT I 3K Li Para uma falta met lica a parcela referente resist ncia de arco tamb m conhecida como resist ncia de falta deve ser desconsiderada restando Srel _ LTI 17 LT2 4 22 Z medido Ez Z NXZ Tal como verificado para o rel de dist ncia de fase a imped ncia aparente vista pelo rel ser maior na presen a da GD o que consiste numa situa o de su

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