CardosoFrednerLeandro M

i

FREDNER LEANDRO CARDOSO

REDUO DO NVEL DE CURTO CIRCUITO EM REDES DE

SUBTRANSMISSO UTILIZANDO REATORES COM

NCLEO DE AR

CAMPINAS

2014

iii

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA ELTRICA E DE COMPUTAO

CAMPINAS

2014

Dissertao de Mestrado apresentada ao Programa de Ps-Graduao em

Engenharia Eltrica da Faculdade de Engenharia Eltrica e de Computao da Universidade

Estadual de Campinas para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Eltrica, na rea de

Energia Eltrica.

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE VERSO FINAL DA DISSERTAO

DEFENDIDA PELO ALUNO FREDNER LEANDRO CARDOSO

E ORIENTADO PELO PROF. DR. LUIZ CARLOS PEREIRA DA SILVA

Assinatura do Orientador

_______________________________________________________________________

FREDNER LEANDRO CARDOSO

REDUO DO NVEL DE CURTO CIRCUITO EM REDES DE

SUBTRANSMISSO UTILIZANDO REATORES COM

NCLEO DE AR

Orientador: Prof. Dr. Luiz Carlos Pereira da Silva

vii

RESUMO

Esta dissertao apresenta um estudo referente instalao de reatores limitadores

das correntes de curto circuito em redes de subtransmisso. O objetivo adiar ou evitar a

substituio de grandes quantidades de disjuntores e demais equipamentos por motivo de

superao de capacidade interruptiva. O sistema em anlise consiste da rede da CPFL de

138 kV, responsvel pelo suprimento de energia eltrica regio metropolitana de Cam-

pinas, no interior do estado de So Paulo. Esta regio uma das mais dinmicas no cen-

rio econmico brasileiro e representa 1,8% do PIB (Produto Interno Bruto) nacional e

11,45% do PIB paulista, ou seja, cerca de 91,8 bilhes de reais. Alm de possuir uma forte

economia, a regio tambm apresenta uma infraestrutura que proporciona o desenvolvi-

mento de toda a rea metropolitana. O cenrio acima resulta em uma rede eltrica em ex-

panso contnua, levando elevao gradativa dos nveis de curto circuito. Com a previ-

so de superao da capacidade interruptiva em diversos mdulos de manobra, as empre-

sas concessionrias que atuam nessa regio precisaram elaborar esquemas provisrios de

operao de suas instalaes de forma radializada, atravs da abertura de linhas e barra-

mentos. Este trabalho analisa a viabilidade da soluo deste problema atravs da instala-

o de dispositivos limitadores de curto circuito em determinados locais do sistema, espe-

cificamente reatores com ncleo de ar. Os resultados apresentados serviro como refern-

cia para tomada de deciso quanto a proceder ou no com as substituies originalmente

planejadas. Um estudo sobre os efeitos colaterais resultados da instalao dos reatores

tambm apresentado, de forma a garantir que a soluo sugerida no resulte em trans-

gresso de outros critrios tcnicos, tais como violao do perfil de tenso e carregamento

em regime permanente e dos limites de tenso de restabelecimento transitria.

Palavras-chave: Energia eltrica, Distribuio, Alta tenso, Disjuntores eltricos.

ix

ABSTRACT

This master thesis presents a study on the application of limiting reactors for re-

ducing the short circuit level of sub-transmission networks. The objective is to postpone

or avoid the replacement of large amount of circuit breakers and other equipment due to

the overcoming of their interruptive capacity. The system under consideration consists of

the 138 kV CPFL network, responsible for supplying electricity to the metropolitan region

of Campinas, in the state of So Paulo. This region presents a very dynamic economic

scenario in Brazil, and represents 1,8% of national GDP about 91,8 billion Reais (Gross

Domestic Product) and 11,45% of GDP of the So Paulo State. Besides having a strong

economy, the region also maintains an infrastructure that provides the development of the

entire metropolitan area. The above scenario results in an electric grid on continuous ex-

pansion, leading to progressive increase of the short circuit level on several buses of the

network. Following the projection of interruptive capacity overcoming of several maneu-

ver elements, the distribution utilities in this region were requested to elaborate operation

schemes for their sub-transmission networks in order to accommodate the new situation.

Such schemes leaded to temporary radial operation by opening sub-transmission lines

and bus bars. This research work evaluate the viability of solving this problem by in-

stalling limiting devices for the short circuit levels, specifically air core reactors, in pre-

determined sites of the system. The obtained results are useful as a reference for the deci-

sion making as to proceed or not with the originally planned replacements. A study on the

side effects resulting from the installation of the reactors is also presented, in such a way

to guarantee that the suggested solution does not result in violations of other technical

criteria, such as steady state voltage end load violations or transient voltage recovery vio-

lations.

Keywords: Electric Power, Distribution, High Voltage, Electrical.

xi

SUMRIO

RESUMO .......................................................................................................................... VII

ABSTRACT ..........................................................................................................................IX

SUMRIO ...........................................................................................................................XI

LISTA DE FIGURAS ....................................................................................................... XIX

LISTA DE TABELAS ...................................................................................................... XXI

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ..................................................................... XXIII

CAPTULO 1 - INTRODUO ............................................................................................ 1

CAPTULO 2 - EVOLUO DO CENRIO E ANLISE DO SISTEMA DE

REFERNCIA. ...................................................................................................................... 5

2.1 MEDIDAS DA CTEEP ................................................................................................ 8

2.2 MEDIDAS DA CPFL ................................................................................................... 8

CAPTULO 03 - ADEQUAO DOS NVEIS DE CURTO CIRCUITO ............................ 17

3.1 REATOR COM NCLEO DE FERRO ...................................................................... 17

3.2 REATOR COM NCLEO DE AR ............................................................................. 18

3.3 IMPEDNCIA DE ATERRAMENTO DO NEUTRO................................................ 19

3.4 DISPOSITIVO PIROTCNICO ................................................................................ 20

3.5 REATOR DE INSERO RPIDA .......................................................................... 20

3.6 TCSC CAPACITOR SRIE CONTROLADO POR TIRISTOR (THYRISTOR CONTROLLED SERIES CAPACITOR) ......................................................................... 21

3.7 LIMITADORES SUPERCONDUTORES RESISTIVOS ........................................... 23

3.8 ALTERNATIVA ESCOLHIDA PELA CPFL ............................................................ 24

CAPTULO 4 - ANLISE DOS NVEIS DE CURTO-CIRCUITO ..................................... 30

4.1 CASO INICIAL ......................................................................................................... 33

4.2 INSTALAO DO 3 ATR 440/138 KV 300 MVA NA SE SANTA BRBARA DOESTE (CTEEP) ......................................................................................................... 34

4.3 INSTALAO DO 5 ATR 345/138 KV 150 MVA NA SE CAMPINAS (FURNAS).......................................................................................................................35

4.4 INSTALAO DO 3 ATR 440/138 KV 300 MVA NA SE SUMAR (CTEEP)...... 35

xii

4.5 FECHAMENTO DO BARRAMENTO DE 138 KV DE SANTA BRBARA

DOESTE (CTEEP) ......................................................................................................... 36

4.6 CONCLUSO DAS OBRAS DA SE ITATIBA 500/138 KV 2X400 MVA ............... 37

4.7 INSTALAO DO RLCC NA SE 138 KV NOVA APARECIDA (CPFL) ............... 38

CAPTULO 5 - ESTUDOS DE FLUXO DE POTNCIA .................................................... 41

5.1 CONFIGURAO, PERODO E SITUAES ANALISADAS .............................. 45

5.2 CASOS DE REFERNCIA EM CONDIO NORMAL DE OPERAO (CARGA

LEVE ) ............................................................................................................................ 46


MDIA ) ......................................................................................................................... 47


PESADA ) ....................................................................................................................... 48

5.5 CONCLUSO DOS ESTUDOS DE FLUXOS DE POTNCIA ............................... 49

CAPTULO 6 - ANLISE DE TENSO DE RESTABELECIMENTO TRANSITRIA .... 53

6.1 DESENVOLVIMENTO DOS ESTUDOS DE TRT ................................................... 63

6.1.1 Estudo da Tenso de Restabelecimento Transitria na interrupo de faltas ....... 63

6.1.2 Interrupo de faltas terminais nas sadas de linhas de transmisso: ................... 64

6.1.3 Interrupo de faltas quilomtricas nas sadas de linhas de transmisso: ............ 70

6.1.4 Interrupo de faltas no barramento por disjuntores de linhas: ........................... 70

6.2 CONSIDERAES SOBRE OS ESTUDOS DE TRT ............................................... 78

6.2.1 TRT NA INTERRUPO DE FALTAS TERMINAIS E QUILOMTRICAS NAS

LINHAS. ......................................................................................................................... 78

6.2.2 TRT na interrupo de faltas no barramento pelos disjuntores de linhas ............. 80

6.2.3 TRT na interrupo de faltas no barramento pelo disjuntor de seccionamento de

barras ........................................................................................................................... 81

CONCLUSES E SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................... 83

REFERNCIAS .................................................................................................................. 85

APNDICES ..................................................................................................................... 877

APNDICE A DIVULGAO DE PESQUISA ............................................................... 89

ANEXOS ........................................................................................................................... 900

ANEXO A CLCULO DA ENVOLTRIA DA FALTA QUILOMTRICA ................. 911

xiii

Aos meus filhos Felipe e Kauan,

minha esposa Valdirene,

Aos meus Pais e Irmos,

E a todos com grande importante que no citei,

Eu dedico meu trabalho.

xv

AGRADECIMENTOS

Ao professor Luiz Carlos pela sua valiosa orientao e amizade.

Agradeo aos meus pais, que sempre me inspiraram a me desenvolver e correr atrs dos

meus sonhos.

minha esposa e filhos, pela pacincia, incentivo, compreenso e companheirismo.

CPFL que me disponibilizou o tema proporcionando realizar este trabalho.

Aos professores e colegas da Unicamp, por todos os momentos vividos.

Aos membros da banca examinadora: Prof. Dr. Geraldo Peres Caixeta e Dr. Newton Jos

de Salles pelas importantes contribuies para a verso final da dissertao.

xvii

Por no saber que era impossvel, ele foi l e fez.

(Jean Cocteau)

xix

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Diagrama Unifilar da Rede Bsica ........................................................................... 34

Figura 2.2 - Sistema Eltrico da RMC em anel ............................................................................. 36

Figura 2.3 - Sistema Eltrico da RMC de forma radial. ................................................................ 37

Figura 2.4 - Incio da Manobra automtica. .................................................................................. 38

Figura 2.5 - Manobra automtica finalizada .................................................................................. 39

Figura 2.6 - Sistema de Distribuio de Alta Tenso da CPFL na regio de

Campinas antes da implantao da SE Itatiba 500/138. ............................................................. 40

Figura 2.7 - Sistema de Distribuio de Alta Tenso da CPFL na regio de Campinas com as

obras associadas SE Itatiba 500/138 kV ..................................................................................... 41

Figura 2.8 - Diagrama Unifilar do Sistema de Distribuio de Alta Tenso da Regio de Campi-

nas e Fronteiras com a Rede Bsica (2016) ................................................................................... 43

Figura 3.1 Modelo Completo do reator com ncleo de ar...........................................................46

Figura 3.2 - Modelo do transformador de aterramento.................................................................47

Figura 3.3 Insero rpida de reator srie com dispositivo pirotcnico......................................49

Figura 3.4 Diagrama do TCSC....................................................................................................50

Figura 3.5 Modelo simplificado do TCSC..................................................................................50

Figura 3.6 - Limitador de curto supercondutor de 11 kV .............................................................. 51

Figura 3.7 - Subestao Nova Aparecida ...................................................................................... 52

Figura 3.8 - Configurao Proposta para a Subestao Nova Aparecida com a Instalao do

Reator Limitador de Corrente de Curto Circuito ........................................................................... 53

Figura 3.9 Projeto construtivo do reator limitador com ncleo de ar..........................................54

Figura 3.10 - Planta Parcial da Subestao Nova Aparecida. ....................................................... 56

Figura 3.11 - Vista Ampliada da Planta da SE Nova Aparecida, centrada no Reator Srie. ........ 57

Figura 4.1- Representao da SE Santa Brbara DOeste 440/138 kV 4x300 MVA ................... 59

Figura 4.2 - Representao da SE Campinas 500/345/138 kV 5x150 MVA. ............................... 59

Figura 4.3 - Representao da SE Sumar 440/138 kV 3x300 MVA ........................................... 60

Figura 4.4 - Representao da SE Itatiba 500/138 kV 2x 400 MVA. ........................................... 60

Figura 5.1. Anlises realizadas pelo ANAREDE...........................................................................70

Figura 5.2 - Interface grfica ANAREDE......................................................................................71

xx

Figura 5.3 - Linhas de transmisso do Sistema Eltrico da CPFL na RMC .................................. 72

Figura 5.4 - Diagrama Geoeltrico do Sistema Eltrico da CPFL na RMC .................................. 72

Figura 5.5 - Localizao das LTs e SE Nova Aparecida observada pelo google maps ................. 73

Figura 6.1 - Envoltrias de TRT a dois e quatro parmetros ......................................................... 79

Figura 6.2 - Diagrama esquemtico definindo os trechos 1, 2 e 3 do barramento de operao.....82

Figura 6.3 - Representao equivalente do sistema estudado ........................................................ 83

Figura 6.4 - TRT no disjuntor da LT 138 kV Nova Aparecida-Carioba C1 na interrupo de falta

terminal trifsica no aterrada ........................................................................................................ 92

Figura 6.5 - Componente da TRT no lado da fonte (barramento) na interrupo de falta

quilomtrica trifsica aterrada ........................................................................................................ 92

Figura 6.6 - TRT no disjuntor da LT 138 kV Nova Aparecida Viracopos C1 na interrupo de

falta terminal trifsica no aterrada ................................................................................................ 93

Figura 6.7 - TRT na interrupo de falta quilomtrica trifsica aterrada a 1,253 kV de N.

Aparecida pelo disjuntor da LT N. Aparecida Viracopos C1. .................................................... 94

Figura 6.8 - TRT na interrupo de falta trifsica no aterrada no trecho 1 do barramento de 138

kV de N. Aparecida pelo disjuntor da LT N. Aparecida - Sumar C1 ..........................................98

Figura 6.9 - TRT em seguida interrupo de falta trifsica no aterrada no trecho 3 do

barramento de N. Aparecida pelo disjuntor da LT N. Aparecida - Sumar C2 .............................99

Figura 6.10 - TRT na interrupo de falta trifsica no aterrada no trecho 1 do barramento de 138

kV de Nova Aparecida pelo disjuntor de seccionamento de barras ............................................. 102

Figura 6.11 - TRT na interrupo de falta bifsica aterrada no trecho 1 do barramento de 138 kV

de Nova Aparecida pelo disjuntor de seccionamento de barras ................................................... 103

xxi

LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1 - Nveis de Curto Circuito no SDAT sem Reforos .................................................... 61

Tabela 4.2 - Nveis de Curto Circuito no SDAT aps a instalao do 4 ATR 440/138 kV na SE

Santa Brbara DOeste .................................................................................................................. 62


Campinas ....................................................................................................................................... 63


Sumar ........................................................................................................................................... 64

Tabela 4.5 - Nveis de Curto Circuito no SDAT aps o Fechamento do Barramento de 138 kV de

Santa Brbara DOeste .................................................................................................................. 65

Tabela 4.6 - Nveis de Curto Circuito no SDAT aps a Concluso da SE Itatiba 500/138 kV ... 66

Tabela 4.7 - Nveis de Curto Circuito no SDAT aps a Instalao do RLCC na SE 138 kV Nova

Aparecida ....................................................................................................................................... 67

Tabela 4.8 - Evoluo dos Nveis de Curto Circuito Trifsico ..................................................... 67

Tabela 4.9 - Evoluo dos Nveis de Curto Circuito Monofsico ................................................. 67

Tabela 5.1 - Carga Leve Condio Normal de Operao ........................................................... 75

Tabela 5.2 - Carga Mdia Condio Normal de Operao......................................................... 75

Tabela 5.3 - Carga Pesada Condio Normal de Operao ........................................................ 76

Tabela 5.4 - Maiores fluxos verificados no reator ......................................................................... 77

Tabela 5.5 - Fluxo de Potncia nas SEs de Fronteira da Regio de Campinas ........................... 77

Tabela 6.1 - Parmetros para envoltrias de acordo com a classe de tenso e relao da corrente

interrompida .................................................................................................................................. 80

Tabela 6.2 - Parmetros dos AutoTransformadores ...................................................................... 82

Tabela 6.3 - Parmetros das Linhas de Transmisso de 138 kV ................................................... 84

Tabela 6.4 - Parmetros das Linhas de Transmisso de 69 kV ..................................................... 85

Tabela 6.5 - Parmetros das Linhas de Transmisso de 440 kV ................................................... 85

Tabela 6.6 - Equivalentes Considerados nos Estudos ................................................................... 86

Tabela 6.7 - Impedncias de Transferncia Representadas ........................................................... 86

Tabela 6.8 - Bancos de Capacitores Representados no Estudo ..................................................... 86

xxii

Tabela 6.9 - Valores de referncia admitidos para os disjuntores ................................................. 87

Tabela 6.10 - Tenses de Restabelecimento Transitrias (TRT) mximas na interrupo de faltas

terminais na LT Nova Aparecida Carioba (C1) .......................................................................... 91

Tabela 6.11 - Tenses de Restabelecimento Transitrias (TRT) mximas na interrupo de falta

terminais na LT Nova Aparecida Viracopos (C1) ..................................................................... 93

Tabela 6.12 - Comparao de valores de Tenses de Restabelecimento Transitrias (TRT) dos

casos mais severos de interrupo de faltas terminais e quilomtricas por disjuntores de linhas . 95


no barramento de 138 kV de Nova Aparecida, pelos disjuntores dos circuitos indicados

(associados ao trecho 1 do barramento) ......................................................................................... 96


no barramento de 138 kV de Nova Aparecida, pelos disjuntores dos circuitos indicados

(associados ao trecho 3 do barramento) ......................................................................................... 97


nos trechos 1, 2 ou 3 do barramento de 138 kV de Nova Aparecida, pelo disjuntor de

seccionamento de barras, com todos os circuitos ligados. ........................................................... 100


nos trechos 1, 2 ou 3 do barramento de 138 kV de Nova Aparecida, pelo disjuntor 24-2...........100


nos trechos 1, 2 ou 3 do barramento de 138 kV de Nova Aparecida, pelo disjuntor 24-2

admitindo-se uma capacitncia de 5 nF em paralelo com o reator limitador .............................. 101

Tabela 6.18 - Valores mximos de TRT e TCTR encontrados nas simulaes da interrupo de

faltas nas linhas de transmisso. .................................................................................................. 103

Tabela 6.19 - Valores mximos de pelos disjuntores de linha, de faltas no barramento.TRT e

TCTR encontrados nas simulaes da interrupo ...................................................................... 105

Tabela 6.20 - Valores mximos de TRT e TCTR encontrados nas simulaes da interrupo, pelo

disjuntor de seccionamento de barras, de faltas no barramento de 138 kV de Nova Aparecida. 107

xxiii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ANAFAS Anlise de faltas simultneas

ANAREDE Anlise de rede em regime permanente

ANEEL Agncia Nacional de Energia Eltrica

AT Alta tenso

ATR - Autotransformador

CEPEL Centro de Pesquisas de Energia Eltrica

CTEEP - Companhia de Transmisso de Energia Eltrica Paulista

CNO Condio Normal de Operao

EAT Extra Alta tenso

EPE Empresa de Pesquisa Energtica

FCE - Furnas Centrais Eltricas

KA Kilo Amperes

KV Kilo volts

LT Linha de Transmisso

MVA Mega Volt Amper

MVAR Mega Volt Amper Reativo

ONS Operador Nacional do Sistema Eltrico

PCH Pequena Central Hidreltrica

RLCC Reator Limitador de Corrente de Curto Circuito

SAPRE Sistema de anlise de Proteo de redes eltricas.

SDAT Sistema de Distribuio de Alta Tenso

SE - Subestao

SEP Sistema Eltrico de Potncia

SIN Sistema Interligado Nacional

TRT Tenso de Restabelecimento transitria

UTE Usina Termo Eltrica

1

CAPTULO 1 - INTRODUO

O constante crescimento da demanda por energia eltrica vem exigindo a expanso cont-

nua do Sistema Eltrico de Potncia, de modo a garantir o atendimento das demandas com a qua-

lidade e continuidade exigidas pelos consumidores e rgos reguladores. Este crescimento su-

prido atravs da incorporao de novos recursos de gerao e transmisso de energia pelos agen-

tes do setor.

O Brasil vem vivenciando uma mudana no modelo de gerao, com o esgotamento do

potncial hidreltrico aproveitvel nas grandes bacias do Sul, Sudeste e Nordeste. Este cenrio se

tornou propenso ao incio do processo de incluso de centrais geradoras cada vez menores e mais

prximas aos centros de carga, como o caso das PCHs e UTEs [01], alm da expanso dos

parques de gerao e transmisso em direo regio Norte do Brasil [02].

Adicionalmente, devido ao enrijecimento das regras para atendimento ao consumidor

com maior qualidade e menores tempos de interrupo vem levando os agentes de distribuio a

buscar uma maior flexibilidade para o atendimento das cargas [03]. Este movimento leva ado-

o de um Sistema de Distribuio de Alta Tenso com um crescente nmero de interligaes,

formando uma malha e fazendo a interligao entre vrias fontes da Rede Bsica.

Esta evoluo do sistema eltrico para um modelo em malhas e com fontes geradoras

em pontos prximos carga ocasiona uma sensvel elevao dos nveis de corrente curto circuito,

podendo ocasionar a superao de algumas instalaes quanto suportabilidade de correntes de

falta e exigindo solues para a mitigao deste problema [04].

Como no possvel parar a expanso da demanda por energia eltrica e a consequente

expanso do sistema eltrico, fica clara a necessidade de encontrar uma soluo vivel para a

mitigao do problema de superao dos nveis de curto circuito de equipamentos.

Conforme mencionado, o Sistema Eltrico de Potncia est em constante ampliao

para atender satisfatoriamente o crescimento da demanda por energia eltrica e como consequn-

cia do crescimento da capacidade de gerao e transmisso de energia, vemos um aumento grada-

tivo dos nveis de curto circuito aos quais os equipamentos ficam submetidos durante faltas.

Solues alternativas ou definitivas esto sendo tratadas no Brasil e em vrios Pases em

desenvolvimento onde a demanda por energia cresce rapidamente em funo do crescimento do

poder aquisitivo da populao, podendo desta forma adquirir eletrodomsticos de elevado con-

2

sumo de energia, como por exemplo aparelhos de ar condicionado, fornos eltricos e de micro-

ondas, alm dos chuveiros eltricos cuja potncia ativa pode chegar 8.500 W (fonte: PROCEL)

A Regio Metropolitana de Campinas (RMC), que rene 19 municpios no interior do

estado de So Paulo com uma populao total de 2,5 milhes de habitantes, a terceira maior do

Brasil em termos de produo industrial e responde por aproximadamente 10% do Produto Inter-

no Bruto (PIB) nacional (fonte: IBGE).

A Companhia Paulista de Fora e Luz (CPFL) a empresa responsvel pela distribui-

o de energia eltrica nessa regio, cuja demanda mxima, atualmente, de cerca de 1.600 MW.

As subestaes de distribuio da CPFL so atendidas por linhas de 138 kV que se interligam por

subestaes de manobra e seccionamento, formando um anel em torno das principais cidades,

como Campinas, Americana e Sumar.

A exemplo de outras regies metropolitanas do pas (como a grande So Paulo), que

se caracterizam por apresentar sistemas de baixa impedncia entre pontos de suprimento e centros

de carga, o nvel de curto-circuito das instalaes de 138 kV da CPFL elevado. Os maiores va-

lores so registrados nas subestaes de manobra e seccionamento, tais como Nova Aparecida,

Carioba e Tanquinho, e nos setores de 138 kV das subestaes de suprimento, pertencentes s

empresas de transmisso, como Santa Brbara e Sumar, operados pela Companhia de Transmis-

so de Energia Eltrica Paulista (ISA Brasil - CTEEP) e Campinas, por FURNAS Centrais Eltri-

cas.

Este trabalho tem como objetivo apresentar uma soluo de mitigao dos nveis de

curto-circuito no Sistema de Distribuio de Alta Tenso 138 kV da CPFL, atravs da utilizao

de um RLCC instalado na subestao Nova Aparecida.

Estudos de curto-circuito apontaram para nveis de curto no barramento de 138 kV da

SE Nova Aparecida, da ordem de 98% da capacidade dos atuais disjuntores de 31,5 KA. Desta

forma foi recomendado a troca dos disjuntores de 31,5 KA da SE Nova Aparecida para disjunto-

res de 50 KA e demais obras para adequar a SE para esse nvel de curto. O custo estimado para a

substituio de todos os disjuntores de linha da SE Nova Aparecida foi altssimo, pois seriam

necessrias outras obras na SE (alterao do projeto eletromecnico) para possibilitar a instalao

destes novos disjuntores.

Alm da alternativa padro (troca dos disjuntores e adequao da SE para um nvel

de curto-circuito da ordem de 50 kA), foi analisado a possibilidade de se instalar um reator entre

3

os barramentos 138 kV da SE Nova Aparecida, com o objetivo de se reduzir o nvel de curto-

circuito para valores aceitveis s atuais condies, ou seja, com a permanncia dos disjuntores

de 31,5 kA.

Pelo fato da CPFL ser uma empresa distribuidora de energia, possuindo em seu sistema

eltrico apenas linhas de subtransmisso (138kV, 69kV, etc), este seria ento o primeiro reator a

ser instalado em sua malha, o que faz deste projeto pioneiro nesta concessionria.

Outras empresas do setor eltrico que enfrentam o mesmo problema em suas instalaes,

possuem projetos de P&D (pesquisa e desenvolvimento) para encontrarem solues alternativas

para diminuir o nvel de curto circuito nos equipamentos que esto prximos da superao.

Furnas e Chesf j vem tratando deste assunto a vrios anos e possuem pesquisa especfica

respeito da modelagem do RLCC [05].

sabido que j existem equipamentos em operao que permitem a insero de limitado-

res de curto-circuito somente no momento da eliminao da falta, ou seja, esses equipamentos

que interferem bem menos na operao normal do sistema que o reator srie. Esses equipamentos

utilizam eletrnica de potncia. Por exemplo, pode ser adotado um sistema composto de reator

em srie no sistema, com tiristores em paralelo ao reator, que operariam normalmente durante a

condio normal do sistema, em paralelo com o reator. Quando h um curto-circuito, os tiristores

deixariam de operar e o reator seria inserido no sistema, diminuindo a corrente de curto-circuito.

Outra soluo seria um sistema composto de reator em srie com capacitor, sintonizados

em 60 Hz, com tiristores em paralelo ao capacitor. Em condio normal, os tiristores seriam by-

passados e o reator operaria em srie com o capacitor. Os tiristores somente seriam disparados

com a ocorrncia de curto-circuito, by-passando o capacitor e mantendo o reator inserido no

sistema, limitando a corrente de curto-circuito.

A organizao do trabalho se d da seguinte forma:

No captulo 1, introduzido o assunto de forma geral, onde feita uma abordagem sobre

o sistema eltrico brasileiro (SIN) e o crescimento da carga em funo da elevao do poder

aquisitivo da populao.

No captulo 2, apresentada a evoluo do cenrio onde uma breve discusso feita a

respeito do constante crescimento que o sistema eltrico brasileiro vem apresentando nos ltimos

anos e que em consequncia se faz necessrio obras de ampliao e reforos nas subestaes de

fronteira com a rede bsica, mais especificamente na regio da grande Campinas. Tambm e

4

apresentado que a EPE em funo deste cenrio, identificou a necessidade da implantao de uma

nova fonte da rede bsica para atender a regio metropolitana de Campinas, denominada SE

500/138 kV Itatiba. Tambm feita uma anlise sobre o sistema de referncia para os estudos,

onde apresentado o problema que os reforos da capacidade de transformao nas subestaes

de fronteira com a rede bsica ocasionam: A elevao dos nveis de curto circuito.

No captulo 3 so descritas as possibilidades de mitigao dos nveis de curto circuito, on-

de so apresentados os principais modelos de limitadores de curto circuito, e o modelo escolhido

para ser implementado na SE Nova Aparecida.

No captulo 4 apresentada a metodologia para a anlise dos nveis de curto circuito, a

ferramenta utilizada nos estudos e os resultados obtidos nas simulaes computacionais.

O captulo 5 apresenta os estudos de fluxo de potncia, onde foram simuladas todas as

contingncias na rede de subtransmisso que atende as cargas da regio metropolitana de Campi-

nas. Estes estudos foram fundamentais para o dimensionamento do RLCC a ser instalado na SE

Nova Aparecida.

No captulo 6 so apresentados os estudos de tenso de restabelecimento transitria, onde

foi descrito a metodologia utilizada pelo ONS para anlise de superao de equipamentos de alta

tenso (disjuntores, bobinas de bloqueio, etc) [06]. As solicitaes encontradas foram compara-

das com os limites e envoltrias relacionados na IEC 62271-100.

No captulo 7, apresentada a concluso da eficcia de uma soluo a um custo reduzido,

que se mostrou uma tima alternativa face substituio de todos os disjuntores superados.

5

CAPTULO 2 - EVOLUO DO CENRIO E ANLISE DO SISTEMA DE

REFERNCIA.

A CPFL atende as cargas da regio de Campinas atravs de seu Sistema de Distribui-

o de Alta Tenso em 138 kV, sendo que este sistema suprido por subestaes que fazem fron-

teira com a rede bsica, atravs de transformaes abaixadora.

Estudos recentes apontaram a necessidade de se substituir 45 disjuntores nesse sistema,

em razo da superao da corrente de curto-circuito simtrica, a maioria deles nas subestaes

Nova Aparecida e Santa Brbara. Destaca-se que esse problema tem levado a CPFL e as empre-

sas de transmisso a radializarem suas instalaes, de forma provisria, por meio da abertura de

linhas e barramentos de 138 kV, com reduo dos nveis de confiabilidade e flexibilidade opera-

tiva.

Pela importncia sistmica dessas subestaes, a troca de tais equipamentos apresenta-

ria impactos significativos em termos financeiros, operacionais e logsticos, sendo ainda preciso

verificar a necessidade ou no da substituio dos demais componentes associados, como chaves

e transformadores de corrente.

O objetivo deste trabalho, apresentar os resultados de simulaes referentes instala-

o de reatores limitadores de curto-circuito na tenso de 138 kV, visando evitar e/ou adiar a

substituio dos equipamentos considerados superados. Tais reatores j esto em funcionamento

em determinados pontos do sistema interligado nacional brasileiro, especialmente em subestaes

de usinas de grande porte, mas apresentam reduzida utilizao em instalaes de 138 kV. Contu-

do, ser preciso realizar estudos complementares de fluxo de potncia e de tenso de restabeleci-

mento transitria para validar a soluo proposta.

O atendimento s cargas regionais estudado pela Empresa de Pesquisa Energtica

(EPE) que realiza o planejamento da expanso do setor eltrico, que verifica a evoluo da carga

e as necessidades de ampliao da capacidade instalada nas subestaes de fronteira ou a implan-

tao de novos pontos para a instalao de novas instalaes de transformao.

Neste mbito, as principais subestaes de fronteira que fazem o suprimento de energia

eltrica para o SDAT da CPFL na regio de Campinas so:

6

Campinas (Furnas) 500/345/138 kV

Sumar (CTEEP) 440/138 kV

Santa Brbara DOeste (CTEEP) 440/138 kV

A CPFL, de forma a oferecer uma maior confiabilidade e flexibilidade de atendimento

s cargas da regio, possui um sistema de 138 kV em malha e realiza a sua operao normalmen-

te fechado. Desta forma o SDAT da CPFL faz a interligao entre os sistemas de 345 kV e 440

kV e por este motivo o carregamento tanto das transformaes de fronteira e do prprio sistema

de 138 kV so afetados pelos despachos praticados pelo ONS nas usinas conectadas Rede Bsi-

ca. Portanto, o dimensionamento tanto das transformaes de fronteira 345/138 kV e 440/138 kV

como do prprio SDAT da CPFL deve ser feito de modo a atender no apenas a carga a ser su-

prida, mas tambm do fluxo passante entre os sistemas de 500 kV, 440 kV e 345 kV da CTEEP e

de Furnas.

De acordo com os Procedimentos de Rede do Operador Nacional do Sistema Eltrico

(ONS), os estudos de curto-circuito avaliam o desempenho de todos os mdulos de manobra ins-

talados nos sistemas de transmisso e distribuio, relacionando-se, para cada um, a corrente de

curto-circuito simtrica com a capacidade de interrupo [07]. As simulaes para os clculos,

normalmente realizados para faltas trifsicas e monofsicas, consideram todas as mquinas e li-

nhas de transmisso em operao. Os resultados obtidos servem como subsdios para estudos de

ajuste e coordenao de proteo, especificao de equipamentos, estabilidade, dimensionamento

de malha de terra, entre outros.

Quando a relao entre a corrente de curto-circuito simtrica com a capacidade de in-

terrupo atinge o valor de 100%, preciso realizar, para a subestao afetada, uma verificao

de corrente passante (line out), na qual simulada uma falta junto ao disjuntor que est sendo

avaliado com o disjuntor do outro extremo da linha aberto [06]. Disjuntores que nessa anlise

apresentam solicitaes iguais ou superiores a 100% so considerados superados; valores entre

90% e 100% colocam o equipamento em estado de "alerta", sendo necessrios estudos especfi-

cos de curto-circuito assimtrico e/ou tenso de restabelecimento transitria para se atestar ou no

sua superao. Destaca-se que o disjuntor o principal equipamento monitorado nos estudos de

curto-circuito, por ser o elemento de atuao em hipteses de faltas no sistema eltrico. Porm,

quando um determinado disjuntor considerado como superado ou em estado de "alerta", deve

7

ser igualmente verificada a suportabilidade dos demais equipamentos do mdulo de manobra,

como chaves seccionadoras e transformadores de corrente; em casos crticos de superao de

capacidade, todo o projeto da subestao deve ser revisto para atender aos nveis de curto-circuito

indicados.

Atualmente, a base de dados oficial de curto-circuito que representa o sistema interli-

gado brasileiro fornecida anualmente pelo ONS para um horizonte de trs anos. Como esse in-

tervalo de tempo considerado insuficiente para as anlises de planejamento da expanso, reali-

zadas em ciclos decenais, preciso incluir nessa base determinados empreendimentos que tero

impacto sobre os nveis de curto-circuito das instalaes avaliadas.

Na Figura 2.1 a seguir so representadas as LTs e SEs da rede bsica que fazem o

atendimento regio de Campinas e suas interligaes e como pode ser observado a regio su-

prida por diferentes fontes provenientes de diferentes nveis de tenso da Rede Bsica e por isso

sofre influncias dos intercmbios regionais e despachos praticados pelo ONS nos sistemas de

500 kV, 440 kV e 345 kV.

Figura 2.1 Diagrama Unifilar da Rede Bsica (Fonte: Site do ONS).

8

Para eliminao de sobrecarga nos transformadores de Campinas (ponto D na Figura 2.1)

e/ou Santa Brbara (ponto A na figura 2.1), em regime normal de operao, eram adotadas as

seguintes medidas operativas:

2.1 MEDIDAS DA CTEEP

Controlar a tenso nos barramentos de 138 kV das SEs Campinas, S. Brbara e Sumar

(ponto B na Figura 2.1) de forma a reduzir o fluxo de reativo na transformao em sobre-

carga;

Caso a sobrecarga no seja eliminada, o ONS solicita CPFL a radializao das linhas de

138 kV e 69 kV da regio de Campinas, de forma sequencial;

Efetuar o fechamento das barras de 138 kV da SE Santa Brbara, de modo que todos os

transformadores desta SE operem em paralelo.

Atuar nos tapes das transformaes das SEs Santa Brbara e Sumar no sentido de explo-

rar o fluxo de potncia reativa pela transformao de Sumar e minimizar o fluxo de po-

tncia reativa na transformao de Santa Brbara.

A radializao do sistema da CPFL para eliminao de sobrecarga em regime normal de

operao nos transformadores de Campinas e/ou Santa Brbara consiste na abertura sequencial

dos seguintes circuitos:

2.2 MEDIDAS DA CPFL

Desligar a LT 69 kV Tanquinho Trevo, em Tanquinho;

Desligar a LT 138 kV Paineiras Trevo, em Trevo;

Desligar a LT 138 kV Tanquinho N. Aparecida c1, em Nova Aparecida;

9

Desligar a LT 138 kV Tanquinho N. Aparecida c2, em Nova Aparecida;

Desligar a LT 138 kV Carioba Dupont, em Carioba;

Desligar a LT 138 kV Carioba Paulnia, em Paulnia;

Desligar a LT 138 kV Viracopos Valinhos, em Viracopos;

Aps a radializao do sistema CPFL, a CTEEP dever efetuar o fechamento das barras

de 138 kV da SE Santa Brbara, de modo que todos os transformadores desta SE operem em pa-

ralelo, conforme informaes operativas do ONS vigentes neste perodo ( IOON.SE.3SP e IO-

ON.SE.4SP ).

Na oportunidade foi criada uma Manobra Encadeada (automtica) para radializao do

sistema de subtransmisso da CPFL. A Figura 2.2 apresenta o sistema da RMC em sua configu-

rao padro de operao (em anel) e a Figura 2.3 apresenta o sistema j radicalizado, aps a atu-

ao da manobra automtica, onde parte das cargas atendida pela fonte de Furnas e parte pela

fonte da CTEEP.

Figura 2.2 Sistema Eltrico da RMC em anel.

Nota de Rodap: Manobra Encadeada um sistema de manobras sequenciais, ativado a partir de um determinado

evento, que analisa automaticamente a configurao do sistema entre cada instruo e modifica o encadeamento das

aes com o objetivo de sanar um determinado problema no sistema eltrico no menor tempo possvel.

10

Figura 2.3 Sistema Eltrico da RMC de forma radial.

A manobra encadeada pode ser considerada como uma evoluo das manobras condicio-

nadas [08]. As manobras condicionadas dependiam de apenas uma condio para acionamento,

(funcionava com lgica booleana)de modo que para ser iniciada, os sensores deveriam ser ativa-

dos na lgica prevista (0 ou 1), no permitindo a alterao da sequncia prevista, caso alguma

chave ou disjuntor estivesse indisponvel. J nas manobras encadeadas, podem ser previstas situ-

aes adversas na fase de implantao da sequncia lgica, de forma que lgicas condicionais

podem ser adicionadas, ou seja, se um determinado equipamento estiver indisponvel, pode ser

previsto na lgica esta condio e outro equipamento pode ser comandado em substituio a esse,

fornecendo confiabilidade e agilidade s manobras a serem executadas.

Essas verificaes incluem tambm a anlise da configurao da linha de transmisso,

avaliando a existncia de disjuntores cujo fluxo de potencia foram desviados para um disjuntor de

transferncia) e tambm se a linha de transmisso est radial ou seccionada. A Figura 2.4 exem-

plifica a forma de atuao da manobra encadeada, onde ocorre o desligamento de um dos auto-

11

transformadores da SE Campinas Furnas, o que eleva o carregamento dos remanescentes acima

do nominal, o que faz iniciar a manobra automtica.

Figura 2.4 Incio da Manobra automtica.

Na configurao com 4 ATRs em Campinas (FCE), a atuao da Manobra Encadeada se

faz necessria para o caso de contingncia de um dos ATRs. Conforme Figura 2.5, durante a atu-

ao da Manobra Encadeada que envolve o fechamento momentneo do anel das LT's 138kV

Paineras - Trevo , Tanquinho - Paulnia e Tanquinho - Invista, a sobrecarga nos ATRs remanes-

centes podem alcanar 25%.

12

Figura 2.5 Manobra automtica finalizada.

Com a entrada do 5TR de Campinas (FCE), os transformadores de Campinas (FCE) no

entram em sobrecarga quando do fechamento total em anel do sistema. Ou seja, podero trabalhar

em regime normal com o sistema em anel (sem considerar a superao da capacidade de curto-

circuito dos disjuntores).

Diante das restries operativas e diminuio da confiabilidade ao atendimento s cargas

da regio metropolitana de Campinas, a EPE identificou a necessidade de implantao de uma

nova subestao de fronteira para atendimento s cargas da regio, sendo que a melhor alternativa

proposta foi a construo da nova SE Itatiba 500/138 kV, seccionando a LT 500 kV Campinas

Ibina e possuindo inicialmente dois autotransformadores de 400 MVA.

Alm desta obra, seriam necessrias diversas outras construes e reforos na malha da

CPFL para possibilitar o remanejamento de cargas previsto pelo estudo da EPE e necessrio ao

alvio das transformaes de Campinas 345/138 kV, Santa Brbara DOeste 440/138 kV e Suma-

r 440/138 kV. Estas obras partem do ponto de seccionamento da SE Itatiba 500/138 kV no sis-

tema da CPFL, que se d na LT 138 kV Tanquinho Viracopos, e incluem a construo de novos

13

trechos e a reconstruo de alguns trechos existentes para aumento da capacidade. As obras indi-

cadas para a conexo da SE Itatiba 500/138 kV so apresentadas a seguir:

Construo da LT 138 kV Itatiba - Tanquinho, circuito simples, em cabo 1x795 MCM a

75 graus celsius.

Construo da LT 138 kV Itatiba - Valinhos, circuito simples, em cabo 1x795 MCM a 75

graus celsius.

Construo da LT 138 kV Itatiba - Viracopos, circuito duplo, em cabo 1x795 MCM a 75

graus celsius, com a alterao da configurao do atendimento s SEs 138 kV da CPFL

em Itatiba, que passaro a ser alimentadas em dupla derivao.

Reconstruo da LT 138 kV Valinhos - Viracopos, circuito simples, para cabo 1x795

MCM a 75 graus celsius.

Construo da LT 138 kV Itatiba - Paineiras, circuito duplo, em cabo 1x795 MCM a 75

graus celsius.

As Figuras 2.6 e 2.7 a seguir mostram o SDAT da CPFL antes e aps a implantao das

obras associadas SE Itatiba 500/138 kV.

Figura 2.6 - Sistema de Distribuio de Alta Tenso da CPFL na regio de

Campinas antes da implantao da SE Itatiba 500/138 kV.

14

Figura 2.7 - Sistema de Distribuio de Alta Tenso da CPFL na regio de Campinas com as obras

associadas SE Itatiba 500/138 kV.

Com a implantao da nova subestao de fronteira 500/138 kV de Itatiba e suas obras as-

sociadas (conforme pode ser observado pelas Figuras 2.6 e 2.7), h uma significativa alterao na

configurao da malha de 138 kV que atende a regio de Campinas.

Alm das obras associadas implantao da nova fonte em Itatiba, havia outras obras

de reforo previstas, como:

Instalao do 3 ATR 440/138 kV de 300 MVA em Sumar (CTEEP).

Instalao do 4 ATR 440/138 kV de 300 MVA em Santa Brbara DOeste (CTEEP) e a

troca dos equipamentos de 138 kV com capacidade interruptiva de curto-circuito supera-

da.

Instalao do 5 ATR 345/138 kV de 150 MVA em Campinas (Furnas).

15

Como pode se visto na relao de obras listadas acima, j comeavam a ser verificadas

a superao da capacidade de alguns equipamentos pelo nvel de curto circuito no sistema de 138

kV devido expanso do sistema, como foi o caso da SE Santa Brbara DOeste (CTEEP), onde

indicou a necessidade de troca de todos os disjuntores de 138 kV. Somente aps a troca destes

equipamentos que a obra proposta para soluo dos problemas de carregamento verificados nas

transformaes desta subestao se tornou efetiva, com o subsequente fechamento dos barramen-

tos de 138 kV, que operavam segregados.

A Figura 2.8 apresenta o sistema de distribuio que atende demanda da CPFL que

compe-se de linhas curtas de 138 kV interligadas a trs subestaes pertencentes ao sistema

interligado nacional de transmisso, denominado Rede Bsica: Santa Brbara, Sumar e Campi-

nas. Nessas subestaes esto instalados bancos de autotransformadores monofsicos respons-

veis pela transformao da Extra Alta Tenso (EAT) para o nvel de 138 kV. Este sistema, que

foi considerado com todos os barramentos e linhas, foi concebido para a condio de operao

normalmente fechada, situao admitida neste trabalho.

As solues propostas para o atendimento carga da regio de Campinas e para a di-

minuio dos carregamentos das transformaes de fronteira das SEs Campinas 345/138 kV,

Santa Brbara DOeste 440/138 kV e Sumar 440/138 kV atravs da instalao de autotransfor-

madores nestas subestaes e a implantao de uma nova subestao de fronteira, SE Itatiba

500/138 kV, introduzem modificaes considerveis no sistema da CPFL.

Ao passo que a introduo de uma nova transformao de fronteira traz uma melhora

significativa nos nveis de tenso, principalmente com origem no sistema de 500 kV como no

caso da SE Itatiba, tambm eleva consideravelmente os nveis de curto circuito no Sistema de

Distribuio de Alta Tenso a que esta nova transformao conectada.

O problema da elevao dos nveis de curto circuito comeou a se manifestar na regio

com a implantao do 4 ATR 440/138 kV de 300 MVA na SE Santa Brbara DOeste

(CTEEP), totalizando 1200 MVA de capacidade instalada e onde foi necessria a troca de todos

os equipamentos com capacidade interruptiva superada.

Nesta subestao foi adotada a soluo de substituio de todos os equipamentos supe-

rados, soluo esta que bastante atrativa do ponto de vista da manuteno das caractersticas

operativas da instalao, mas apresenta custos financeiros bastante elevados, alm das dificulda-

des envolvidas na execuo da obra.

16

Figura 2.8 Diagrama Unifilar do Sistema de Distribuio de Alta Tenso da Regio de Campinas e Fron-

teiras com a Rede Bsica (2016).

A Figura 2.8 ilustra bem e detalha a configurao final com os reforos propostos. Neste

diagrama unifilar, possvel ver que as linhas de transmisso em 138 kV e as subestaes da

CPFL fazem a interligao entre os diferentes nveis de tenso da rede bsica. Por este motivo, as

subestaes da CPFL e seus equipamentos esto sujeitos elevao dos nveis de curto-circuito

resultantes de todos os reforos propostos pela EPE para atendimento regio de Campinas, tanto

pela instalao de autotransformadores nas subestaes existentes, como com a implantao da

nova subestao 500/138 kV de Itatiba.

Como j foi dito, diversos disjuntores teriam suas capacidades de interrupo de curto

circuito superadas aps a implantao das obras previstas, devido caracterstica do SDAT ope-

rando em anel e aos reforos de transformaes de fronteira que ocorreriam em diversos pontos

da malha de 138 kV.

O fato dos equipamentos com sua capacidade interruptiva superada se encontrarem em

subestaes distantes, aliado quantidade de equipamentos que deveriam ser substitudos, tornou

a soluo de substituir todos os disjuntores superados invivel para ser aplicada nas subestaes

da CPFL, o que levou busca por uma soluo alternativa.

17

CAPTULO 03 - ADEQUAO DOS NVEIS DE CURTO CIRCUITO

Os dispositivos utilizados como limitadores de curto com os modelos analisados foram os

seguintes, listados inicialmente os j conhecidos, com tecnologia estabelecida e em uso e no final

os dispositivos em desenvolvimento e com pouca aplicao atualmente:

Reator com ncleo de ferro

Reator com ncleo de ar

Impedncia de aterramento do neutro

Dispositivo pirotcnico

Reator de insero rpida

TCSC Capacitor srie controlado por tiristor (Thyristor Controlled Series Capacitor)

Limitadores supercondutores resistivos

Alguns limitadores podem ser implementados de forma bastante simples, como os reato-

res. No caso dos dispositivos pirotcnicos o modelo depende basicamente do ensaio de fuso do

elemento fusvel, sendo utilizada uma curva de resistncia em funo da frequncia, j que o mo-

delamento fsico do derretimento do mesmo relativamente complexo, sendo mais confivel a

utilizao de resultados de ensaios. Os modelos de supercondutores podem ser simplificados tra-

balhando-se com dois patamares de resistncia, para os estados supercondutor e condutor, a partir

da geometria do resistor e dos dados bsicos do material supercondutor, como corrente crtica e

resistividade na condio normal de operao.

3.1 REATOR COM NCLEO DE FERRO

Reatores com ncleo de ferro podem ser usados em srie ou para seccionar barramentos e

podem ser representados adequadamente em estudos de curto circuito com sua impedncia, cal-

culada normalmente a partir dos valores nominais de potncia, tenso e fator de qualidade.

18

(

)

(3.2)

Onde: Zr a impedncia do reator

q o fator de qualidade do reator

Xr e Rr so a reatncia e a resistncia do reator

Qr e Vr so a potncia e tenso nominal do reator

3.2 REATOR COM NCLEO DE AR

O modelo bsico do reator com ncleo de ar o mesmo que o do reator com ncleo de

ferro, conforme mostra a Figura 3.1, excluindo-se a possibilidade de representao da saturao.

Podem ser representadas as capacitncias para alta frequncia de forma similar ao caso de

transformadores. Os valores das capacitncias so da ordem de at centenas de pF. O modela-

mento para regime permanente o mesmo que o do reator com ncleo de ferro.

Figura 3.1 Modelo Completo do reator com ncleo de ar [09]

19

3.3 IMPEDNCIA DE ATERRAMENTO DO NEUTRO

Nos casos de aterramento resistivo e indutivo o modelo basicamente uma impedncia, j

no caso de aterramento com transformador, utiliza-se o modelo de transformador monofsico do

ATP, sem a representao da saturao.

Os valores dos parmetros podem ser obtidos conforme as equaes 3.3, 3.4 e 3.5 onde Zp

e Zs podem ser identificados na Figura 3.2.

(

)

(

)

Onde:

a reatncia do transformador em pu

a parcela da impedncia do transformador no primrio (neutro)

a parcela da impedncia do transformador no secundrio (neutro)

q o fator de qualidade do transformador

e so as tenses nominais do transformador (primrio e secundrio)

a potncia nominal do transformador

Figura 3.2 - Modelo do transformador de aterramento [09]

20

O terminal secundrio pode ser aterrado diretamente ou atravs de uma impedncia.

Em regime permanente, como os programas trabalham internamente em pu, o modelo

uma resistncia em srie com uma reatncia (em pu) a ser incorporado no diagrama de sequncia

zero.

Z0 tZ0 t 3Z n (3.7)

Onde Zn a impedncia do transformador de aterramento mais a impedncia no secund-

rio, em valores pu ou em refletido no primrio.

3.4 DISPOSITIVO PIROTCNICO

O modelamento do dispositivo pirotcnico baseado em ensaios de laboratrio, em que

para uma determinada corrente de curto, que registrada de forma analgica ou digital, tambm

registrada a forma de onda de tenso, permitindo o clculo da resistncia em funo do tempo.

O tempo de disparo do explosivo para a insero do fusvel de cerca de 1 ms aps a su-

perao do limite de corrente ajustado. Para estudos de regime esse limitador um curto (bypass)

na condio pr-falta e um circuito aberto no ps-falta.

3.5 REATOR DE INSERO RPIDA

O reator de insero rpida modelado usando-se um modelo de dispositivo pirotcnico

em paralelo com um modelo de reator, com ncleo de ferro ou ncleo de ar, conforme indicado

na Figura 3.3.

21

Figura 3.3 Insero rpida de reator srie com dispositivo pirotcnico [09]

Na Figura 3.3 as chaves esto indicadas, porem no so necessrias no modelamento,

sendo usadas na prtica somente para manuteno ou recarga aps atuao do dispositivo piro-

tcnico.

Em relao ao regime permanente, o dispositivo sofre a transio de um curto para um re-

ator, antes e aps a falta.

3.6 TCSC CAPACITOR SRIE CONTROLADO POR TIRISTOR (THYRISTOR CON-TROLLED SERIES CAPACITOR)

O controle atua sobre os tiristores em srie com o reator, o que corresponde aproximada-

mente a variar o valor da reatncia. Conforme a Figura 3.4, o para-raios ZnO deve proteger o

capacitor contra sobretenses excessivas que podero ocorrer no caso de circulao de corrente

de curto.

22

Figura 3.4 Diagrama do TCSC [09]

Assim o ZnO deve ser selecionado para evitar a superao do nvel de isolamento dos

componentes srie, que um valor bem menor que o nvel de isolamento fase-terra dos compo-

nentes prximos da rede. Nesse caso o TCSC ser modelado conforme indicado na Figura 3.5.

Figura 3.5 Modelo simplificado do TCSC [09]

No entanto, o TCSC ainda no muito utilizado como um dispositivo controlador da cor-

rente de curto circuito.

Para regime permanente, o conjunto capacitor + reator + vlvula ser representado simpli-

ficadamente por um capacitor fixo.

23

3.7 LIMITADORES SUPERCONDUTORES RESISTIVOS

A principal caracterstica que define o momento de atuao do limitador supercondutor

resistivo a corrente crtica que o mesmo suporta, sendo a mesma obtida a partir da densidade de

corrente crtica do supercondutor e da rea de sua seo.

Quando essa corrente crtica atingida, o supercondutor comea a perder sua caractersti-

ca. Dessa forma sua resistncia aumenta e consequentemente sua temperatura aumenta acima da

temperatura de supercondutividade.

Como a resistncia atinge um valor considervel, consequentemente h limitao da cor-

rente de curto.

O estado supercondutor restabelecido aps a eliminao da falta quando o sistema crio-

gnico retorna temperatura normal de operao de 77 graus Kelvin.

A Figura 3.6 ilustra um Limitador de curto supercondutor.

Figura 3.6 Limitador de curto supercondutor de 11 kV - Fonte: projeto piloto da Nexans [09]

24

3.8 ALTERNATIVA ESCOLHIDA PELA CPFL

Como foi mencionado, a substituio de todos os equipamentos com a capacidade in-

terruptiva superada se mostrou de difcil execuo e com um custo financeiro proibitivo. Desta

forma, solues alternativas precisaram ser estudadas.

Levando em considerao os custos, facilidade de implantao e disponibilidade no

mercado, a soluo que se mostrou mais efetiva para a reduo dos nveis de curto circuito ao

longo da malha de atendimento regio de Campinas foi a implantao de um RLCC, entre as

barras da SE Nova Aparecida (CPFL).

A SE Nova Aparecida uma das maiores e mais importantes subestaes do SDAT da

CPFL e tem mais de 20 anos de construo e operao. Os equipamentos presentes nesta subesta-

o possuem um nvel de curto circuito de 31,5 kA simtricos. Os estudos de expanso do siste-

ma eltrico realizados pela Gerncia de Planejamento da CPFL indicaram a superao da capaci-

dade interruptiva de todos os 15 disjuntores presentes nesta subestao, visto que havia projees

para que o nvel de curto circuito se aproximasse de 50 kV simtricos com a entrada dos reforos

de fronteira e da nova SE Itatiba 500/138 kV, se nenhuma providncia fosse adotada.

A Figura 3.7 mostra o diagrama unifilar da SE Nova Aparecida antes da instalao do

RLCC.

Figura 3.7 Subestao Nova Aparecida.

25

A soluo de instalao de um conjunto reator limitador entre as barras da subestao

Nova Aparecida mantm a confiabilidade e a flexibilidade do Sistema de Distribuio de Alta

Tenso da CPFL, alm de uma maior facilidade de execuo pois no envolve os longos perodos

de desligamentos necessrios execuo das obras de substituio dos disjuntores superados.

A Figura 3.8 mostra o diagrama unifilar da SE Nova Aparecida aps a instalao do

RLCC e a Figura 3.9 ilustra o projeto construtivo do mesmo [10].

Figura 3.8 Configurao Proposta para a Subestao Nova Aparecida com a Instalao do Reator Limitador de Corrente de Curto-Circuito.

26

Figura 3.9 Projeto construtivo do reator limitador com ncleo de ar. (Fonte: CPFL)

27

O reator a ser instalado na SE Nova Aparecida ser composto de trs unidades mono-

fsicas, idnticas entre si, e obedecendo as caractersticas especificadas pela CPFL, listadas a

seguir:

Frequncia nominal: 60 Hz

Indutncia: 20 mH

Impedncia: 7,54

Corrente nominal: 500 A

Corrente de curto-circuito suportvel por 1 segundo: 10 kA

Valor de pico da corrente de curto-circuito suportvel: 25,5 kA

Potncia reativa: 1885 kVAr

Nvel bsico de isolamento entre os terminais: 650 kV (pico)

Nvel bsico de isolamento dos isoladores suportes: 750 kV (pico)

Tenso suportvel de frequncia industrial a seco entre terminais (1 minuto): 275 kV

Para possibilitar a instalao do reator limitador de curto circuito na SE Nova Aparecida,

foi necessrio uma alterao no projeto eletromecnico desta subestao, de forma a garantir es-

pao fsico para a alocao do RLCC.

As Figuras 3.10 e 3.11 mostram como ficou a planta da SE Nova aparecida aps a insta-

lao dos 03 reatores monofsicos.

O Campo magntico do reator provoca efeitos trmicos e eletrodinmicos sobre partes

metlicas prximas ao reator, de modo que existe uma distncia mnima entre os eixos de cada

unidade a ser respeitada, conforme orientao do prprio fabricante.

28

Figura 3.10 Planta Parcial da Subestao Nova Aparecida (Fonte: CPFL)

29

Figura 3.11 Vista Ampliada da Planta da SE Nova Aparecida, Centrada no Reator Srie (Fonte: CPFL)

30

CAPTULO 4 - ANLISE DOS NVEIS DE CURTO-CIRCUITO

Nesta anlise, ser apresentado a evoluo dos nveis de curto circuito no Sistema de

Distribuio de Alta Tenso 138 kV da CPFL e nos barramentos de 138 kV das subestaes que

fazem fronteira com a rede bsica.

Para as subestaes da CPFL, ser dado nfase s subestaes terminais de linhas, dis-

criminadas a seguir:

Nova Aparecida

Viracopos

Trevo

Carioba

Tanquinho

Paineiras

Os resultados apresentados neste captulo foram obtidos utilizando o programa SAPRE -

ANAFAS do CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Eltrica) [11].

O ANAFAS um programa computacional para clculo de curtos-circuitos que permite a

execuo automtica de grande nmero de faltas, inclusive deslizantes, e resultados orientados a

pontos de falta ou de monitorao. Possui tambm servios auxiliares como clculo de equivalen-

tes e estudo de superao de equipamentos.

A verso integrada ao SAPRE dispe de editor grfico de diagramas e compartilhamento

de dados com o ANAREDE.

Ser utilizado o caso de curto circuito do ONS para o ano de 2013, fazendo as alteraes

necessrias para refletir os cenrios anteriores, visto que a Subestao Itatiba 500/138 kV entrou

em operao somente no final de 2012.

A seguir ser apresentado nas Figuras 4.1, 4.2, 4.3 e 4.4 as representaes na verso grfi-

ca do ANAFAS (SAPRE) das SEs Santa Brbara Deste (CTEEP), Campinas (Furnas), Sumar

(CTEEP) e a SE Itatiba na sua configurao final de operao (2016) .

31

Figura 4.1 Representao da SE Santa Brbara DOeste 440/138 kV 4x300 MVA (Fonte: ANAFAS/SAPRE)

Figura 4.2 Representao da SE Campinas 500/345/138 kV 5x150 MVA (Fonte: ANAFAS/SAPRE)

32

Figura 4.3 Representao da SE Sumar 440/138 kV 3x300 MVA (Fonte: ANAFAS/SAPRE)

Figura 4.4 Representao da SE Itatiba 500/138 kV 2x 400 MVA (Fonte: ANAFAS/SAPRE)

33

Como configurao inicial, foi adotada a configurao do sistema de 138 kV antes da en-

trada em operao dos reforos nas subestaes de fronteira, analisando a evoluo dos nveis de

curto circuito no SDAT e finalmente o impacto da implantao da nova subestao de fronteira

Itatiba 500/138 kV e da instalao do RLCC.

4.1 CASO INICIAL

SE Santa Brbara DOeste 440/138 kV 3x300 MVA

SE Sumar 440/138 kV 2x300 MVA

SE Campinas 500/345/138 kV 4x150 MVA

Na Tabela 4.1 podemos notar que o nvel de curto-circuito trifsico na SE Nova Apareci-

da ainda no era to elevado, apenas 26,48 kA. Neste cenrio ainda no haviam sido implemen-

tados os reforos nas transformaes das fronteiras com a rede bsica.

Tabela 4.1 Nveis de Curto Circuito no SDAT sem Reforos (Fonte: ANAFAS/SAPRE)

34

4.2 INSTALAO DO 3 ATR 440/138 KV 300 MVA NA SE SANTA BRBARA DOESTE (CTEEP)




Como pode ser visto na Tabela 4.2, a instalao do 3 ATR 440/138 kV 300 MVA na SE

Santa Brbara DOeste (CTEEP) no ocasionou grande impacto na elevao dos nveis de curto

circuito na SE Nova Aparecida.

Tabela 4.2 Nveis de Curto Circuito no SDAT aps a instalao do 4 ATR 440/138 kV na SE Santa Brbara DOeste (Fonte: ANAFAS / SAPRE)

35

4.3 INSTALAO DO 5 ATR 345/138 KV 150 MVA NA SE CAMPINAS (FURNAS)




Na Tabela 4.3 verifica-se que com a instalao do 5 ATR 345/138 KV 150 MVA na SE

Campinas (FURNAS) gradativamente ocorre uma pequena elevao nos nveis de curto circuito

de todas as SEs, porm neste cenrio j no se faz mais necessrio a Manobra Encadeada que

radializava o sistema automaticamente em caso de sobrecarga em qualquer um dos ATRs

345/138 kV de Furnas. Com a entrada do 5 ATR, voltou a atender o critrio N-1 de operao, ou

seja; na perda de um ATR, no era mais verificado sobrecarga nos remanescentes.

Tabela 4.3 Nveis de Curto Circuito no SDAT aps a instalao do 5 ATR 345/138 kV na SE Campinas (Fonte: ANAFAS / SAPRE)

4.4 INSTALAO DO 3 ATR 440/138 KV 300 MVA NA SE SUMAR (CTEEP)


36



A SE Sumar CTEEP a fronteira com a rede bsica mais prxima da SE Nova Apareci-

da, de modo que o reforo na transformao 440/138 kV de Sumar foi o que mais impactou e

consequentemente mais contribuiu para a elevao do nvel de curto circuito na SE Nova Apare-

cida. Note na Tabela 4.4 que houve uma elevao de quase 2 kA no curto trifsico em relao

Tabela 4.3 ( saltou de 27,96 kA para 29,58 kA).

Tabela 4.4 Nveis de Curto Circuito no SDAT aps a instalao do 3 ATR 440/138 kV na SE Sumar (Fonte: ANAFAS / SAPRE)

4.5 FECHAMENTO DO BARRAMENTO DE 138 KV DE SANTA BRBARA

DOESTE (CTEEP)




37

A CTEEP aps a substituio dos disjuntores que estavam superados por nvel de curto

circuito em Santa Barbara Doeste, providenciou o fechamento do barramento de 138 kV, pas-

sando a operar em configurao de barra nica. Isso acabou por elevar ainda mais o nvel de cur-

to na SE Santa Barbara Doeste, de 31,04 kA (vide Tabela 4.4) para 40,28 kA (vide Tabela 4.5),

porm no superando os novos disjuntores que so de 50 kA.

Tabela 4.5 Nveis de Curto Circuito no SDAT aps o Fechamento do Barramento de 138 kV de Santa Brbara DOeste (Fonte: ANAFAS / SAPRE)

4.6 CONCLUSO DAS OBRAS DA SE ITATIBA 500/138 KV 2X400 MVA




SE Itatiba 500/138 kV 2x400 MVA

38

Com a entrada da SE Itatiba previsto a superao de todos os disjuntores de linha, que

aportam da SE Nova Aparecida, de modo que qualquer falta (curto franco bifsico ou trifsico)

prximo SE no seja eliminado de imediato (como deve ser) pela abertura destes disjuntores,

podendo ocasionar danos de grande porte ao sistema eltrico da CPFL (fisicamente e financeira-

mente). Note na Tabela 4.6 que neste cenrio apenas um curto monofsico seria eliminado pela

abertura do disjuntor cuja capacidade interruptiva da ordem de 31 kA, estando o valor previsto

para uma falta monofsica abaixo deste valor (21,02 kA).

Tabela 4.6 Nveis de Curto Circuito no SDAT aps a Concluso da SE Itatiba 500/138 kV (Fonte: ANAFAS / SAPRE)

4.7 INSTALAO DO RLCC NA SE 138 KV NOVA APARECIDA (CPFL)



39


SE Itatiba 500/138 kV 2x400 MVA

Finalmente, com a entrada do RLCC na SE Nova Aparecida, h uma reduo bastante

significativa nos nveis de curto desta e das demais SEs, conforme pode ser observado na Tabela

4.7 (o nvel de curto trifsico baixou de 35,26 kA para 28,74 kA).

Como pode ser verificado, os nveis de curto circuito no SDAT 138 kV da CPFL aumen-

tam gradativamente conforme os reforos nas instalaes de fronteira vo sendo implementados,

ao ponto de levar superao da capacidade interruptiva vrios equipamentos na malha de aten-

dimento regio de Campinas.

Tabela 4.7 Nveis de Curto Circuito no SDAT aps a Instalao do RLCC na SE 138 kV Nova Aparecida (Fonte: ANAFAS / SAPRE)

Nas Tabelas 4.8 e 4.9 a seguir observa-se melhor a evoluo dos nveis de curto circui-

to durante as etapas de expanso planejadas para a regio.

40

Tabela 4.8 Evoluo dos Nveis de Curto Circuito Trifsico (kA).

Tabela 4.9 Evoluo dos Nveis de Curto Circuito Monofsico (kA).

Pelas Tabelas 4.8 e 4.9 observa-se que algumas instalaes ainda apresentam equipa-

mentos superados ao final da implantao de todas as obras previstas para a expanso da malha

de atendimento da regio de Campinas. Nota-se que este fato ocorre apenas nas SEs Trevo e

Carioba, que possuem equipamentos com capacidade interruptiva limitada em 20 kA.

Devido a esta restrio, foram avaliados os equipamentos destas duas subestaes e

substitudos os disjuntores limitantes nas duas instalaes, elevando o nvel de curto circuito ad-

missvel na SE Carioba para 40 kA e em Trevo para 31,5 kA.

Subestao

Menor Capacidade

de Interrupo Caso Inicial

4 ATR Santa

Brbara

5 ATR

Campinas

3 ATR

Sumar

Fechamento

Barras SBO

Concluso SE

Itatiba

Instalo

Reator

Itatiba 40 - - - 12,53 - 34,08 33,35

Nova Aparecida 31,5 26,48 27,33 27,96 29,58 31,51 35,26 28,74

N. Aparecida B2 31,5 - - - - - - 25,43

Carioba 20 24,02 26,18 26,55 26,87 31,78 33,13 31,76

Tanquinho 40 27,12 27,62 29,58 30,07 30,99 36,24 35,45

Trevo 20 18,18 18,51 18,93 19,45 20,1 24,14 22,38

Viracopos 40 17,26 17,56 17,93 18,4 18,98 23,41 21,78

Paineiras 31,5 15,68 15,88 16,35 16,59 16,94 25,64 24,92

Santa Brbara D'Oeste 31,4 26,81 30,38 30,75 31,04 40,28 41,75 40,06

Sumar 40 24,68 25,01 25,33 28,78 29,72 31,34 31,34

Subestao

Menor Capacidade

de Interrupo Caso Inicial

4 ATR Santa

Brbara

5 ATR

Campinas

3 ATR

Sumar

Fechamento

Barras SBO

Concluso SE

Itatiba

Instalo

Reator

Itatiba 40 - - - - - 27,72 27,37

Nova Aparecida 31,5 17,25 17,75 18,01 18,77 19,31 21,02 18,52

N. Aparecida B2 31,5 - - - - - - 18,88

Carioba 20 15,38 17,00 17,14 17,23 18,90 19,32 34,63

Tanquinho 40 27,46 27,85 30,34 30,70 31,35 35,15 13,12

Trevo 20 10,55 10,67 10,82 10,98 11,12 13,62 12,02

Viracopos 40 9,48 9,58 9,70 9,83 9,95 12,44 16,01

Paineiras 31,5 9,39 9,46 9,64 9,71 9,79 16,24 16,15

Santa Brbara D'Oeste 31,4 19,70 23,99 24,17 24,29 29,34 30,01 29,29

Sumar 40 18,42 18,75 18,90 21,75 22,10 22,89 22,88

41

CAPTULO 5 - ESTUDOS DE FLUXO DE POTNCIA

Neste captulo sero apresentados os estudos de fluxo de potncia, os quais tem

por objetivo subsidiar as especificaes eltricas do reator de 20 mH, a ser instalado em

srie com o disjuntor de interligao entre os barramentos em 138 kV, no interior da SE

Nova Aparecida, e dimensionado de acordo com os estudos de superao de curto-

circuito, com vistas a eliminar o problema de superao dos disjuntores das linhas que

aportam SE Nova Aparecida.

Como referncia para estudos de fluxo de potncia das instalaes de suprimento

CPFL Paulista em fronteira com a Rede Bsica e Demais Instalaes de Transmisso

(DITs), adota-se a configurao do Sistema Interligado Nacional dos casos base da EPE,

referentes ao ciclo decenal 2008/2017.

Como referncia para estudos de fluxo de potncia das instalaes de 138 kV da

CPFL Paulista, a topologia da rede integralmente representada em formato ANAREDE.

O ANAREDE (Programa de Anlise de Redes Eltricas) uma ferramenta desen-

volvida pelo CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Eltrica) e que utilizada no Brasil

como ferramenta padro para as avaliaes de fluxo de potncia do Sistema Interligado

Nacional (SIN). formado por um conjunto de aplicaes integradas que incluem Fluxo

de Potncia, Equivalente de Redes, Anlise de Contingncias, Anlise de Sensibilidade de

Tenso e Fluxo de Potncia Continuado, das quais podem ser realizadas Anlise de Segu-

rana de Tenso, Recomposio do Sistema e da prpria soluo da curva de carga. A Fi-

gura 5.1 apresenta a estrutura do ANAREDE.

Os bancos de dados do ANAREDE [11] para os diversos cenrios de operao do

SIN esto disponveis no site do Operador Nacional do Sistema ONS (Planejamento da

Operao) e da Empresa de Pesquisa Energtica EPE (Planejamento da Expanso),

permitindo o fcil acesso s informaes de todo o Sistema Eltrico Brasileiro no formato

adequado do programa e considerando as modelagens dos equipamentos, geraes e car-

gas associadas a cada cenrio de anlise.

42

Figura 5.1. Anlises realizadas pelo ANAREDE (Fonte: CEPEL)

A interface grfica do ANAREDE uma ferramenta que auxilia na visualizao da

rea de interesse atravs da visualizao dos elementos contidos na base de dados, como

uma mscara do que se quer enxergar. Desta forma, possvel representar somente a regi-

o de interesse da regio a ser avaliada.

Atravs da interface grfica possvel acessar janelas para a configurao e para-

metrizao de cada elemento a ser representado, assim como eliminar ou inserir novos

elementos na base de dados. A Figura 5.2 apresenta um exemplo da interface grfica

ANAREDE.

Em razo da natureza anel dessas instalaes, so normalmente representadas de

forma expandida na base de dados da EPE, isto , com representao a mais prxima da

real.

43

Figura 5.2 - Interface grfica ANAREDE (Fonte: CEPEL)

O mercado da CPFL obtido por meio de projees realizadas pelos Departamen-

tos de Controle Operacional e de Gesto e Planejamento de Mercado. Para os regimes de

carga pesada e mdia, so consideradas as demandas mximas anuais coincidentes de su-

bestaes para os perodos de ponta e fora de ponta, respectivamente; para o regime de

carga leve, utiliza-se a demanda mnima coincidente registrada nas regies da rea de

concesso.

Foram simuladas diversas contingncias no sistema, de maneira que se pudesse ve-

rificar a maior corrente nominal, em regime contnuo, que poderia solicitar o reator em

questo. Nas Figuras 5.3 e 5.4 podem ser observadas as Linhas de transmisso do sistema

eltrico da CPFL e o diagrama geoeltrico respectivamente, na regio metropolitana da

Grande Campinas. Na Figura 5.5 podemos ver a localizao das LTs e da SE Nova Apa-

recida atravs do google maps.

11.3

4.5j

-11.3

-4.6j

7.8

8.2j

-7.8

-8.7j

2.3

3.2j

-2.3

-3.5j

36.2

5.7j

-36.1

-6.0j

54.0

0.8j

-53.8

-0.8j

38.2

3.5j

-38.1

-3.8j

-6.9

-8.0j

6.9

7.7j

8.6

3.4j

-8.6

-3.5j

32.5

-1.3j

-32.5

1.1j

-1.6

-6.4j

1.6

5.8j

-13.4

-15.1j

13.5

14.7j

50.7

6.1j

-50.3

-6.2j

-28.3

3.0j

28.3

-3.3j

-47.0

-5.9j

47.0

5.9j

-13.0

8.4j

13.0

-8.6j

-19.3

6.5j

19.3

-6.8j

-15.2

8.1j

15.2

-8.2j

0.5

10.1j

-0.5

-10.4j

-7.1

10.0j

7.1

-11.0j

8.9

13.6j

-8.9

-13.7j

4.6

1.8j

-4.6

-2.0j

9.2

-0.1j

-9.2

-0.4j

-26.5

-1.8j

26.5

1.5j

-31.7

-3.7j

31.7

3.7j

28.3

-2.9j

-28.3

2.6j

-22.8

4.6j

22.9

-4.9j

3.2

-9.6j

-3.2

9.4j

6.0

14.0j

-6.0

-14.3j

21.2

14.7j

-21.2

-15.0j

12.4

-0.4j

-12.4

0.4j

-28.0

-10.4j

28.0

10.2j

-37.2

-13.9j

37.2

13.9j

-54.4

-13.9j

54.5

13.9j

22.2

18.3j

-22.2

-18.4j

-27.0

-20.4j

27.1

20.2j

-7.4

0.6j

7.4

-1.0j

-15.1

-0.2j

15.1

-0.3j

0.8

5.7j

-0.8

-5.9j

-22.4

-5.0j

22.5

4.7j

-35.8

-10.5j

35.8

10.5j

-41.5

-12.9j

41.5

12.8j

-32.9

2.1j

33.0

-2.4j

-55.1

-9.3j

55.2

9.3j

-33.0

-0.8j

33.1

0.2j

-43.5

-3.3j

43.5

3.2j

111.1

9.6j

-111.1

-9.6j

-45.9

7.5j

46.3

-9.0j

56.6

-2.0j

-56.3

2.0j

67.4

-1.5j

-66.9

2.0j

93.1

7.0j

-92.8

-6.0j

203.3

18.2j

-203.3

-5.2j

203.3

18.2j

-203.3

-5.2j

-861.1

172.7j

866.8

-197.7j

62.4

12.9j

-62.1

-12.6j

35.0

1.6j

-34.8

-2.1j

-53.8

-0.8j

53.9

0.8j

-25.9

0.8j

25.9

-1.2j

NAPARE-1-138

1.011

BSH-CO-1-138

1.010

GEVISA-1-138

1.009

QUILOM-1-138

1.010

HORTOL-1-138

1.011

MORUMB-1-138

1.015

PIRE-S-1-138

1.008

NVENEZ-1-138

1.009

T-PPSA-1-138

1.016

SUMARE-1-138

1.013

T-AME2-1-138

1.005

MAGMAR-1-138

1.010

T-HOND-1-138

1.010

BEMAF--1-138

1.010

AMANCO-1-138

1.010

PIRE-C-1-138

1.008

CANAT2-1-138

1.008

TANQUI-1-138

1.025

KSPIST-1-138

1.008

VILLAR-1-138

1.006

SUMARE-1-138

1.007

UNITIK-1-138

1.008

IPE----1-138

1.008

TOYOBO-1-138

1.009

CARIOB-1-138

1.010

MAZUL--1-138

1.010

T-INDA-1-138

1.010

MERCED-1-138

1.012

VIRACO-1-138

1.013

ORQUID-1-138

1.009

T-AME1-1-138

1.009

CILLOS-1-138

1.010

ESMERA-1-138

1.011

S.BARB-1-138

1.013

T-JDMA-1-138

1.008

BANDEI-1-138

1.010

DIC----1-138

1.012

CANAT1-1-138

1.010

CHAPAD-1-138

1.011

TREVO--1-138

1.012

BOAVIS-1-138

1.008

CJARDI-1-138

1.010

VINDUS-1-138

1.011

N.APAR-2-138

1.011

ITATIB-1-138

1.028

SACI---1-138

1.016

T-CRUZ-1-138

1.024

ITATIB-5-500

1.053

1.021

1.021

IBIUNA---500

1.038

44

Figura 5.3 Linhas de transmisso do Sistema Eltrico da CPFL na RMC (Fonte: O prprio autor)

Figura 5.4 Diagrama Geoeltrico do Sistema Eltrico da CPFL na RMC (Fonte: CPFL)

45

Figura 5.5 Localizao das LTs e SE Nova Aparecida observada pelo google maps (Fonte: CPFL)

5.1 CONFIGURAO, PERODO E SITUAES ANALISADAS

Na configurao proposta para os estudos de fluxo de potncia considerou-se a

nova fonte EAT/AT Itatiba 500/138 kV 2x400 MVA, utilizando o perodo entre 2012 e

2018 como perodo para as anlises. Ocorreram atrasos na execuo dos reforos por mo-

tivos que vo desde a autorizao do empreendimento pela ANEEL, passando pela obten-

o de licenas para a implantao e atrasos no cronograma de execuo das obras. Por

este motivo, ao longo dos anos foi necessria a adoo de solues provisrias, tanto para

minimizar os elevados carregamentos verificados nos equipamentos de fronteira como pa-

ra reduzir os nveis de curto circuito ao longo da malha de atendimento da regio.

46

A adoo de solues provisrias, de carter operativo e emergencial, pos-

sibilitou s empresas manter o atendimento crescente demanda de energia com a maior

confiabilidade possvel, salvo as restries impostas pelas medidas adotadas.

A curva de carga durante as 24 horas de um dia dividida em trs patamares de

carga, sendo chamada de carga LEVE o perodo compreendido entre 21:00h e 07:00h,

carga MDIA o perodo compreendido entre 07:00h e 18:00h e carga PESADA o perodo

entre 18:00h e 21:00h, tambm conhecido como horrio de Ponta, pois neste perodo

que ocorre o pico mximo de demanda da carga global do SIN, uma vez que coincide o

horrio que todos chegam em suas casas e tomam banho, ligam os aparelhos de ar condi-

cionado, micro-ondas, forno eltrico, etc.

Nas sees 5.1, 5.2 e 5.3 abaixo, so apresentados os casos do PESE 2009-2018 de

fluxo de potncia analisados na carga leve, mdia e pesada. Nas Tabelas 5.1, 5.2 e 5.3

respectivamente, podemos verificar os carregamentos das linhas de transmisso em regi-

me normal de operao. Na primeira coluna destas Tabelas relacionado o nome da LT

ou equipamento e, mais especificamente, o circuito que esta sendo monitorado; na segun-

da coluna informado o CNO, que limite da LT em condio normal de operao. Nas

prximas colunas apresentado os carregamentos verificados nas simulaes (casos de 1

a 7) em MVA e depois em % em relao CNO.


LEVE )

Caso 1 "2012 Leve PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 2 "2013 Leve PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 3 "2014 Leve PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 4 "2015 Leve PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 5 "2016 Leve PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 6 "2017 Leve PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 7 "2018 Leve PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP"

47

Tabela 5.1: Carga Leve Condio Normal de Operao


MDIA )

Caso 1 "2012 Media PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 2 "2013 Media PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 3 "2014 Media PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 4 "2015 Media PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 5 "2016 Media PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 6 "2017 Media PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 7 "2018 Media PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138KV COM REATOR N.AP"

48

Tabela 5.2: Carga Mdia Condio Normal de Operao


PESADA )

Caso 1 "2012 Pesada PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 2 "2013 Pesada PESE 2009 - 2018 COM ITATIBA 500/138kV COM REATOR N.AP" Caso 3 "201

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