Artigo_Balanceamento

7/30/2019 Artigo_Balanceamento

1/14

Estudo de caso: cargas desbalanceadas em um alimentador de

distribuio de energia eltrica na subestao ICH da Coelce

MOISS GOMES DE LIMA

Graduado em Tecnologia em Mecatrnica Industrial pelo IFCE (2010). Tcnico de laboratrio/rea eltrica doIFPB, tendo atuado como operador de subestao e inspetor de redes de MT na Coelce e professor substituto no

IFCE.

Resumo

Este trabalho analisa as caractersticas das cargas de um alimentador de distribuio de

energia eltrica quanto as suas fases (monofsica, bifsica e/ou trifsica) e sua influncia na

rede, assim como procura identificar o histrico das causas de sua distribuio uniforme ou

no na mesma. Este estudo foi realizado em um alimentador da Coelce (Companhia

Energtica do Cear), mais precisamente da subestao abaixadora/distribuidora na cidade

de Ic de codificao ICH, cujo alimentador estudado corresponde ao ICH01I3.

Palavras-chave Balanceamento de Cargas, Subestao, Sistemas Trifsicos.

1. Redes Primrias de Distribuio

O tipo de ligao adotada pela maioria das empresas em nosso pas o denominado de

estrela aterrado, sendo que o transformador tem em seus terminais primrios bobinas ligadas

em delta e o seu secundrio em estrela com o ponto neutro ligado a uma malha de hastes de

cobre enterradas, evitando assim a utilizao de quatro condutores na distribuio daeletricidade, fazendo com que a Rede Primria seja composta por no mximo trs condutores.

Para entender melhor esta configurao veja a Figura 1 que se segue:

Figura 1 Esquema simplificado do tipo de ligao utilizada em um transformador de uma subestao

abaixadora.


2/14

No mximo trs condutores por que este sistema primrio de distribuio pode ainda

subdividir-se em trs tipos: Monofsico, Monofsico fase-fase ou Bifsico e Trifsico.

2. Cargas desbalanceadas

Segundo MCEACHERN (2004), o desequilbrio ou assimetria uma situaodecorrente da forma de utilizao do sistema eltrico, em que as tenses ou correntes

apresentam amplitudes desiguais entre si.

De acordo com o Mdulo 8 Qualidade da Energia Eltrica, dos Procedimentos de

Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional PRODIST, o desequilbrio

entre estas fases pode ser calculado percentualmente utilizando-se a expresso abaixo:

631

631100(%)

+

=FD

Sendo que:

( ) 2222444

cabcab

cabcab

VVV

VVV

++

++=

Este estudo foi direcionado ao alimentador ICH01I3 da subestao (S. E.) da Coelce

na cidade de Ic de codificao ICH, onde foi feito um levantamento de suas cargas de acordo

com as potncias dos transformadores dispostos ao longo do referido alimentador, tambm

quantificando os mesmos segundo suas fases: trifsicos, bifsicos e monofsicos (MRT)

demonstrados a seguir.

3. Levantamento das cargas do alimentador ICH01I3

Toda a rede Coelce est cadastrada em um sistema grfico onde do mesmo podem ser

colhidas vrias informaes e caractersticas de seus componentes e equipamentos. Fez-se um

levantamento de cargas do alimentador em estudo coletados do Sistema de Acompanhamento

da Manuteno SAM onde se obteve o resultado exposto na Tabela 1.

Fonte: Sistema corporativo da Coelce.

Figura 2 Tela do SAM.


3/14

Tipo Potncia (KVA)

Trifsico 1000Trifsico 225Trifsico 150Trifsico 112,5Trifsico 75Trifsico 45Trifsico 30Trifsico 15Trifsico 10

407 49,45% 12757,5 78,04%

Bifsico 15Bifsico 10Bifsico 5Bifsico 3

234 28,43% 2166 13,25Monofsico 15Monofsico 10Monofsico 5Monofsico 3

182 22,12% 1423 8,71%

823 100% 16346,5 100,00%

50018

2556

435470

1006

Total (KVA e %)

1000225150

562,5157524753900

512

2947

282050

2851620

5

Quantidade

19162

55130188

21

5

TOTAL

Transformadores do Alimentador ICH01I3

TOTAL TRIFSICO

TOTAL MONOFSICO

TOTAL BIFSICO

111

Tabela 1 Detalhamento dos transformadores do Alimentador ICH01I3 (em jun./2010).

Com as informaes obtidas acima ainda no se pode afirmar que haja um

desequilbrio neste alimentador ou que ainda existam tenses e correntes de diferentesamplitudes, pois o que se tem at o momento so apenas as cargas deste alimentador, e no a

sua disposio no sistema ou ainda a interao destas cargas com a fonte.

Na sada de cada alimentador da S. E. tem-se um rel, de marca Areva, que alm de

proteger a rede, l os nveis de tenso e corrente do ICH01I3.

Figura 3 RelAreva MiCOM P142, com detalhe para a leitura de corrente instantnea.

Estes so lidos instantaneamente no prprio rel. No entanto o mesmo est

configurado para no armazenar estas informaes. Como dito, sua principal funo


4/14

proteger a rede de sobrecorrentes e sobretenses, dentre outras mais. Pode-se notar ainda na

Figura 3 que no momento da fotografia o alimentador ICH01I3 apresentava como carga em

suas fases A, B e C, respectivamente 122A, 104A e 127A, apresentando uma corrente de

neutro de 5A, decorrente exatamente desta diferena de cargas entre as fases. Isto influncia

diretamente nas protees referente ao neutro deste rel.

Por meio de um medidor SAGA300, tambm instalado na sada deste alimentador,

que as informaes so colhidas e enviadas para anlise.

Figura 4 Medidor eletrnico SAGA3000 da ESB

Valores de tenso e corrente, dentre outros, so gravados a cada dez minutos e

armazenados depois enviados atravs de uma interface de comunicao, onde estes dados

podem ser colhidos atravs de um portal de intranet. A interface utilizada ogateway CD109que possui modem incorporado e l at quatro medidores eletrnicos via internet e envia via

celular GPRS os dados lidos.

Figura 5 Interface de comunicao instalada na SE ICH.


5/14

Fonte: Sistema corporativo Coelce.

Figura 6 Portal para onde os dados colhidos so enviados

Fez-se um levantamento da variao da corrente do mesmo no perodo de um ms,

efetuando medies a cada dez minutos (durante trinta dias). Isto foi resumido atravs de uma

mdia em um grfico que representa apenas um dia (no seria interessante representar

graficamente cada dia do ms), chegando-se ao grfico exposto abaixo para um perodo de

tempo referente ao ms de maro de 2010:

CORRENTE (A)

65

75

85

95

105

115

125

135

145

155

00:00:00

00:40:00

01:20:00

02:00:00

02:40:00

03:20:00

04:00:00

04:40:00

05:20:00

06:00:00

06:40:00

07:20:00

08:00:00

08:40:00

09:20:00

10:00:00

10:40:00

11:20:00

12:00:00

12:40:00

13:20:00

14:00:00

14:40:00

15:20:00

16:00:00

16:40:00

17:20:00

18:00:00

18:40:00

19:20:00

20:00:00

20:40:00

21:20:00

22:00:00

22:40:00

23:20:00

V Asem

V Bsem

V Csem

V Afsm

V Bfsm

V Cfsm

A A sem

A B sem

A C sem

A A fsm

A B fsm

A C fsm

FP Asem

FP Bsem

FP Csem

FP Afsm

FP Bfsm

FP Cfsm

P Asem

P Bsem

P Csem

P Afsm

P Bfsm

P Cfsm

Dem sem

Dem fsm

Grfico 01 Variao de corrente ao longo do Alimentador ICH01I3 no ms de maro de 2010 (Resumo de todo

o consumo do ms em um dia).

Comparando-se o resultado desta mdia com a medio de corrente de apenas um dia,com coletas feitas a cada dez minutos em um intervalo de vinte e quatro horas pode-se


6/14

concluir que o Grfico 01 de fato resume bem a vida deste alimentador quanto as suas

correntes quando comparado com o Grfico 02.

Corrente (A)

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

00:00

:00

01:10

:00

02:20

:00

03:30

:00

04:40

:00

05:50

:00

07:00

:00

08:10

:00

09:20

:00

10:30

:00

11:40

:00

12:50

:00

14:00

:00

15:10

:00

16:20

:00

17:30

:00

18:40

:00

19:50

:00

21:00

:00

22:10

:00

23:20

:00

em 01/03/2010

Fase A Fase B Fase C

Grfico o2 Variao de corrente ao longo do Alimentador ICH01I3 no primeiro dia do ms de maro de 2010.

Note que tanto no Grfico 01 quanto no Grfico 02 as fases A e C possuem um

carregamento que em grande parte do dia encontram-se no mesmo nvel, no entanto a fase B

apresenta uma notria diferena em relao s demais fases. Pode-se chegar concluso de

que h uma situao decorrente da forma de utilizao do sistema eltrico, em que as tenses

ou correntes apresentam amplitudes desiguais entre si como afirma MCEACHERN (2004).

Identificando-se o desequilbrio foi analisado qual a situao decorrente da forma

de utilizao do sistema eltrico que causa este desequilbrio. Passando-se anlise do

comportamento da variao da potncia das cargas deste alimentador, tambm no mesmo

perodo, obteve-se o resultado exposto no Grfico 03.


7/14

Potncia (W)

550000

650000

750000

850000

950000

1050000

1150000

1250000

00:00:00

01:10:00

02:20:00

03:30:00

04:40:00

05:50:00

07:00:00

08:10:00

09:20:00

10:30:00

11:40:00

12:50:00

14:00:00

15:10:00

16:20:00

17:30:00

18:40:00

19:50:00

21:00:00

22:10:00

23:20:00

em 01/03/2010


Grfico 03 Variao da potncia no Alimentador ICH01I3 no primeiro dia do ms de maro de 2010.O que antes no estava claro em relao s fases A e C no grfico das correntes,

analisando-se agora a potncia nas mesmas ao longo do dia, foi possvel notar que a fase A

est levemente mais carregada que a fase C, e a fase B consideravelmente menos que a C.

4. Possveis causas de desbalanceamento no ICH01I3

Segundo FIGUEIREDO (2009) a principal causa de desbalanceamentos a

distribuio no uniforme de cargas monofsicas. Outras causas so, por exemplo, contatos e

conexes oxidados, transformadores com impedncias desiguais entre fases, dentre outras.

De acordo com o levantamento elaborado com a base de dados do SAM, mais da

metade dos transformadores existentes neste alimentador so monofsicos fase-fase

(bifsicos) e MRT, onde os bifsicos superam os MRT. Na Coelce existe um programa

denominado Programa Anual de Inspeo PAI, onde responsveis por alimentadores ou

trechos de alimentadores, inspecionam os mesmos regularmente por determinadas vezes ao

ano, em busca de defeitos, mas tambm de informaes, uma delas em que fase esto

ligados os ramais MRT.


8/14

Em inspeo amostral que se realizou em campo no alimentador ICH01I3 verificou-se

que praticamente todos os ramais MRT derivam da fase A. Isso se deve pelo fato dela ser a

fase mais fcil de ser interligada com relao fase B, no entanto esta explicao no se

aplica fase C. O que explica a interligao fase A em detrimento da C o fato do Padro

de Estrutura PE-035 Rede Primria de Distribuio Area Rural Monofilar da Coelce

apresentar uma rede MRT derivando de uma rede trifsica exatamente da fase A. Os

eletricistas em campo, com inteno de seguir o padro a risca, sempre interligaram as novas

ramificaes monofsicas na fase A, de acordo com a figura a seguir:

Fonte: Padro de Estrutura 035, Coelce.

Figura 2 Derivao unilateral com chave fusvel de uma rede trifsica.

Estas informaes, que se colheu no meio laboral de construo de redes e se

comparou com a situao das cargas levantadas no alimentador e com o montante de

transformadores MRT na rede (8,71% e 22,12% respectivamente), pode-se levar concluso

de que a causa dessa ligeira queda da fase C com relao fase A exatamente esta

distribuio no uniforme destas cargas monofsicas (MRT).J quanto diferena considervel entre a fase B e as demais, estando esta menos

carregada que aquelas, pode-se chegar a concluso de que o causador desta assimetria a

forma de utilizao do sistema eltrico quanto aos transformadores fase-fase que somam mais

de um quarto do total de transformadores desta rede (13,25% da carga instalada do

alimentador). Visto que estes equipamentos so interligados sempre nas fases A e C, a fase B

consequentemente sofrer um afundamento como se pode observar nos grficos acima.

Pode-se fortalecer ainda mais esta afirmao ao se comparar as curvas de carga do

alimentador ICH01I3, que um alimentador predominantemente rural, ou seja, sua grande

extenso atende principalmente a Zona Rural de Ic, com o alimentador ICH01I4, que um


9/14

alimentador tipicamente urbano, onde atende praticamente a totalidade da Zona Urbana da

cidade de Ic, em sua grande maioria com transformadores trifsicos. Vejamos o grfico:

Grfico 04 Variao da corrente no Alimentador ICH01I4 em um dia qualquer.

possvel notar que, em comparao com o grfico do ICH01I3, as cargas do

ICH01I4 so relativamente balanceadas. Isso se deve pelo fato de nele no haver tanta

distribuio no uniforme de cargas monofsicas como no seu vizinho.

5. Concluso

Exposto inicialmente a distribuio de cargas em um alimentador de distribuio de

energia eltrica, tipicamente rural, explicado os tipos de sistemas que compem este

alimentador (quanto s fases: monofsico, fase-fase e trifsico), chegou-se a concluso de que

h um desbalanceamento na distribuio das cargas deste, com causas decorrentes de supostasformas de ampliao/extenso deste sistema, baseado em leituras colhidas no mesmo quanto a

suas correntes e potncia ativa.

6. Solues Propostas

Com base nos dados colhidos e analisados se proposto algumas atitudes para que a

situao atual no continue a se agravar e permanea como est. Consiste em, em um primeiro

momento, interligar todas as obras novas de Mdia Tenso do tipo MRT na fase B deste

alimentador at que um melhor equilbrio seja alcanado. A Coelce dispe de meios para queisso possa ser posto em prtica.

Corrente (A)

45

55

65

75

85

95

105

00:00:00

00:40:00

01:20:00

02:00:00

02:40:00

03:20:00

04:00:00

04:40:00

05:20:00

06:00:00

06:40:00

07:20:00

08:00:00

08:40:00

09:20:00

10:00:00

10:40:00

11:20:00

12:00:00

12:40:00

13:20:00

14:00:00

14:40:00

15:20:00

16:00:00

16:40:00

17:20:00

18:00:00

18:40:00

19:20:00

20:00:00

20:40:00

21:20:00

22:00:00

22:40:00

23:20:00

00:00:00



10/14

Sempre que uma nova obra projetada, liberada, programada, construda e interligada,

todas estas etapas so executadas munidas de documentao para as mesmas. Nesta

documentao temos a informao de qual alimentador est sendo acrescido de uma nova

ramificao. Para que o eletricista executor desta obra possa interlig-la na fase correta basta

apenas indic-la na documentao que acompanha a interligao desta obra, podendo

inclusive ser feito uma breve capacitao do mesmo para que este seja um multiplicador desta

filosofia e tambm saber por que est fazendo daquela maneira.

No entanto isto apenas impediria que a situao se agravasse, e no teria muita

relevncia tendo em vista a eletrificao rural no Cear, e principalmente no Ic, estarem j

muito avanadas. Ou seja, as obras a serem interligadas seriam mnimas.

Ficou claro na seo 4 que alm das redes MRT, as redes fase-fase (bifsicas) so asprincipais causadoras do afundamento da fase B. Para que a situao seja revertida se faz

necessrio um aprofundado estudo do alimentador, identificando as maiores redes bifsicas e

MRT no mesmo e providenciar a transio das fases mais carregadas para a menos carregada.

Isto foi feito parcialmente neste trabalho, fato que permitiu a identificao da fase B como

menos carregada com relao s demais. De fato isto no impossvel de ser feito, no entanto

um pouco demorado, mas compensador. Como dito anteriormente, a Coelce dispe de um

Plano Anual de Inspeo (PAI) onde facilmente estes dados podem ser colhidos e analisadosde semelhante forma como neste trabalho. A transio das fases pode ainda ser feita com a

utilizao de turmas de linha viva, por ser uma tarefa simples e rpida de ser executada, sem

que haja afetao de clientes.

A metodologia que se utilizou neste trabalho simples e pode facilmente ser aplicada

a qual quer alimentador de uma subestao distribuidora de energia eltrica. Indo mais alm,

pode ser aplicada no somente s redes primrias como tambm s redes secundrias de

distribuio de energia eltrica, guardadas as devidas propores.7. Bibliografia

MAMEDE FILHO, JOO Instalaes Eltricas Industriais. 6 ed. Rio de Janeiro, LTC Editora S.A. 2002.

MARTINO, G. Eletricidade Industrial. Edio no informada, So Paulo, Hemus Editora Ltda. 1995.

NISKIER, JULIO; MACINTYRE, A.J. Instalaes Eltricas. Edio no informada, Rio de Janeiro, Editora

Guanabara Koogan S.A. 1985.

MONTICELLI e GARCIA. Introduo a Sistemas de Energia Eltrica. Editora Kluwer, 1999.

MCEACHERN, A. Sag Immunity Tests: Some Common Mistakes and How To Avoid Them . Itajub/MG,

2004.


11/14

AGNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELTRICA.Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no

Sistema Eltrico Nacional: Mdulo 8 Qualidade da Energia Eltrica. 2007.

SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES, COMERCIAL LTDA. Como medir as componentes

simtricas de um sistema eltrico trifsico. Campinas SP. Ano no informado.

COMPANHIA ENERGTICA DO CEAR. Padro de estrutura PE035 reviso R00: Rede Primria de

Distribuio Area Rural Monofilar. 2008

FIGUEIREDO, R. L. Sistema de Controle para Balanceamento de Cargas no Secundrio do Transformador.

2009. Monografia (Graduao em Engenharia de Controle e Automao) Universidade Federal de Ouro Preto,

Escola de Minas, Ouro Preto MG.

FEITOSA, A. F. Sistema Monofilar com Retorno por Terra. 2006. Relatrio de Estgio (Obteno do ttulode Tecnlogo em CST em Sistemas Eltricos de Energia) Instituto Luterano de Ensino Superior, Porto Velho

RO.

8. Anexos

ANEXO A Fotos da Subestao ICH

Figura A.1 Chegada da LT de 69KV da CHESF, com para-raio, TC, chave seccionadora e disjuntor de altatenso.


12/14

Figura A.2 Barramento de 69KV e transformadores de fora de 5MVA cada.

Figura A.3 Detalhe do transformador 02T2.


13/14

Figura A.4 Barramento de 13,8kV com banco de capacitor, disjuntor de mdia tenso (ao fundo) e sada dealimentadores com seus religadores.

Figura A.5 Sada do alimentador ICH01I3 com seu religador 21I3, que foi objeto deste estudo.


14/14

Figura A.6 Interior da sala de comando da S.E. ICH e o autor deste estudo.

Artigo_Balanceamento

Documents

Transcript of Artigo_Balanceamento