Impactos Interligação TC MCP MN

ESTUDO SOBRE OS IMPACTOS DA INTERLIGAO

TUCURU-MACAP-MANAUS NO SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL

Rodrigo Alves das Neves

Projeto de Graduao apresentado ao Curso de

Engenharia Eltrica da Escola Politcnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como

parte dos requisitos necessrios obteno do

ttulo de Engenheiro.

Orientadores: Carmen Lcia Tancredo Borges

Leandro Dehon Penna

Rio de Janeiro

Dezembro de 2010

ii

ESTUDO SOBRE OS IMPACTOS DA INTERLIGAO

TUCURU-MACAP-MANAUS NO SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL


PROJETO DE GRADUAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO

DE ENGENHARIA ELTRICA DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA

OBTENO DO GRAU DE ENGENHERIO ELETRICISTA.

Examinado por:

_____________________________________________

Prof. Carmen Lucia Tancredo Borges, D.Sc. - UFRJ

_____________________________________________

Eng. Leandro Dehon Penna, M.Sc. - ONS

_____________________________________________

Prof. Sebastio rcules Melo Oliveira, D.Sc. - UFRJ

_____________________________________________

Prof. Glauco Nery Taranto, Ph. D - UFRJ

Rio de Janeiro, RJ - Brasil

Dezembro de 2010

iii

Neves, Rodrigo Alves das

Estudo sobre os impactos da interligao Tucuru-Macap-

Manaus no Sistema Interligado Nacional/ Rodrigo Alves das

Neves. Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica, 2010.

VI, 125 p.:Il.; 29,7 cm


Leandro Dehon Penna

Projeto de Graduao UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso

de Engenharia Eltrica, 2010.

Referncias Bibliogrficas: p. 119-120.

1.Fluxo de potncia 2.Estabilidade 3.Sistema Interligado

Nacional

I. Neves, Rodrigo Alves das. II. Universidade Federal do Rio

de Janeiro, Escola Politcnica, Curso de Engenharia Eltrica.

III. Estudo sobre os impactos da interligao Tucuru-

Macap-Manaus no Sistema Interligado Nacional.

iv

Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Eletricista.

Estudo sobre os impactos da interligao Tucuru-Macap-Manaus no Sistema

Interligado Nacional.


Dezembro/2010


Leandro Dehon Penna

Curso: Engenharia Eltrica

Esse estudo tem por objetivo a aplicao prtica dos mtodos de fluxo de potncia e de

estabilidade para analisar os impactos da interligao Tucuru-Macap-Manaus no

Sistema Interligado Nacional, prevista para estar em operao no ano de 2013.

Atravs de um cenrio de exportao de energia da Regio Norte para a Regio

Nordeste, e outro de exportao de energia da Regio Norte para a Regio Sudeste,

ambos em carga pesada, sero realizadas as anlises de fluxo de potncia em regime

permanente: em rede completa, onde sero apresentados os principais fluxos na

interligao Tucuru-Macap-Manaus e os intercmbios regionais; e em contingncia,

mostrando problemas de tenso e de carregamento.

As contingncias mais severas, observadas na anlise em regime permanente, so

estudadas de forma completa atravs dos mtodos dinmicos no captulo de

estabilidade, onde so apresentados os resultados das anlises de variao de tenso e de

defasagem angular de acordo com os critrios dos Procedimentos de Rede.

Palavras-chave: Fluxo de potncia, estabilidade, Sistema Interligado Nacional.

v

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Engineer.

STUDY ON THE IMPACTS OF INTERCONNECTION TUCURU-MACAPA-

MANAUS IN THE NATIONAL INTERCONNECTED SYSTEM.


December/2010

Advisors: Carmen Lcia Tancredo Borges

Leandro Dehon Penna

Course: Electrical Engineering

This study aims at the practical application of methods of power flow and stability to

analyze the impact of interconnection Tucuru-Macapa-Manaus, in the National

Interconnected System, scheduled to be operational in 2013.

Through a landscape of energy exports from the North Region to the Northeast Region,

and other landscape of energy exports from the Northern Region to the Southeast

Region, both in heavy load, will be carried out the analysis of power flow in steady

state, where that will present the main flows in the interconnection Tucurui-Macap-

Manaus and regional exchanges, and in contingency, showing problems of tension and

loading.

The most severe contingencies, observed in the steady state analysis, are studied in a

comprehensive manner through dynamic methods of stability in the chapter, which

presents the results of analysis of variation in voltage and phase shift according to the

criteria of the Grid Procedures .

Keywords: Power flow, stability, Interconnected System.

vi

Agradecimentos

A Deus, na pessoa de Jesus Cristo, por ter tanto amor por mim ao se entregar na

cruz como forma de expiar os meus pecados. Mas no apenas pelo poder de me livrar

do inferno que lhe agradeo, seno por me amar, compreender e me ajudar a entender

que apenas a sua Graa que me permite conhec-lo e me leva a amar ao meu prximo.

Muito obrigado, meu Deus, por tamanha vida que tens me dado e por ser to bom

comigo, mesmo sendo eu pecador e to imperfeito.

Aos meus pais, Ricardo e Deborah, pelo amor, amizade, por acreditarem em

mim e me incentivarem a no desistir dos meus sonhos bem como lutar por eles com

todas as minhas foras. O exemplo de luta, dignidade, carter e honestidade aprendi

com vocs. Com esta formao que agora inicio a caminhada por um futuro, por

enquanto incerto, mas que com toda base que tive dentro de casa, tem tudo para ser bem

sucedido. Bem como aos meus avs, por serem responsveis pela formao dessas

pessoas mais que especiais.

Ao meu grande irmo Rafael, pelo amor, carinho, companheirismo,

compreenso, sempre demonstrados de forma excepcional, e sem a menor dvida de ser

um dos maiores exemplos de vida pra mim.

Ao meu amigo de todas as horas, Gabriel Lins, no apenas amigo para a msica,

seno para a vida. Sendo prova que existem amigos mais chegados que irmos.

Tambm aos meus amigos de Juiz de Fora, Gabriel Ventura e Thiago, pelo

companheirismo nesses dois ltimos anos.

Aos colegas de faculdade, que dividiram comigo muitas experincias vividas na

UFRJ: Marcos Serro, Antnio, Csar, Beatriz, Rodrigo Delgado, Vincius Ferro,

Francisco e Joo.

Aos engenheiros da Gerncia de Componentes e Sistemas Eltricos da

ELETRONUCLEAR, por representarem o primeiro degrau da minha carreira

profissional, em especial aos engenheiros: Jony, Aluizio e Mundim.

Aos professores da Escola Politcnica da UFRJ, responsveis por todo o

conhecimento transmitido ao longo desses 6 anos de curso. Em especial aos professores

participantes deste trabalho.

Aos engenheiros da Gerncia de Planejamento da Operao Eltrica do ONS, de

forma especial pela imensa participao de todos tanto na minha formao profissional

quanto pessoal. Em especial ao Marcos, pelo companheirismo, pela amizade e tambm

pelo grande apoio na elaborao grfica deste trabalho.

Ao meu supervisor de estgio e principal orientador deste trabalho, engenheiro

Leandro Penna, por todas as horas investidas no meu crescimento profissional,

representando, na minha carreira, o principal elo entre a teoria e a prtica no estudo dos

sistemas de potncia.

1

Sumrio

Sumrio ............................................................................................................................. 1

1. Introduo ................................................................................................................. 3

1.1 Consideraes gerais .......................................................................................... 3

1.2 Organizao do Trabalho ................................................................................... 3

2. Reviso bibliogrfica ................................................................................................ 5

2.1 Descries gerais ............................................................................................... 5

2.2 Fluxo de potncia ............................................................................................... 5

2.2.1 Descries gerais ........................................................................................ 5

2.2.2 Modelagem matemtica .............................................................................. 6

2.2.3 Representao dos componentes .............................................................. 12

2.3 Estabilidade ...................................................................................................... 22

2.3.1 Descrio geral ......................................................................................... 22

2.3.2 Enfoques no estudo da estabilidade de um sistema de potncia............... 23

2.3.3 Modelagem matemtica ............................................................................ 25

2.4 Sistema eltrico brasileiro ................................................................................ 36

2.4.1 O Operador Nacional do Sistema (ONS) ................................................. 37

2.4.2 Procedimentos de Rede ............................................................................ 38

2.4.3 Plano decenal de expanso da energia - PDE 2010/2019 ......................... 47

3. Anlise de regime permanente ............................................................................... 48

3.1 Introduo ........................................................................................................ 48

3.2 Interligaes Regionais......................................................................................... 48

3.2.1 A Interligao Tucuru-Macap-Manaus.................................................. 50

3.2.2 Principais fluxos nas interligaes ........................................................... 53

3.3 Cenrios de estudo ........................................................................................... 57

3.3.1 Cenrio 01: Mxima exportao da Regio Norte para a Regio Nordeste

58

3.3.2 Cenrio 02: Mxima exportao da Regio Norte para a Regio Sudeste 67

3.4 Concluses ....................................................................................................... 74

4 Anlise de estabilidade eletromecnica .................................................................. 75

4.1 Introduo ........................................................................................................ 75

2

4.2 Cenrio 01: Mxima exportao da Regio Norte para a Regio Nordeste .... 77

4.3 Cenrio 02: Mxima exportao da Regio Norte para a Regio Sudeste ...... 93

4.4 Perda dupla da interligao Tucuru Xing ................................................ 109

4.5 Concluso ....................................................................................................... 116

5 Concluso final e trabalhos futuros ...................................................................... 117

5.1 Concluso final .............................................................................................. 117

5.2 Trabalhos futuros ........................................................................................... 118

Bibliografia ................................................................................................................... 119

Anexo A Mtodo Newton-Raphson multivarivel .................................................... 121

3

1. Introduo

1.1 Consideraes gerais

Na histria da sociedade, a energia eltrica, desde a sua descoberta, sempre

ocupou lugar de destaque, tendo em vista a dependncia da qualidade de vida e do

progresso econmico tanto da qualidade dos produtos quanto dos servios relacionados

energia eltrica, que por sua vez dependem de como as empresas de eletricidade

projetam, operam e mantm os sistemas eltricos de potncia. Os sistemas eltricos so

tipicamente divididos em segmentos como: gerao, transmisso, distribuio,

utilizao e comercializao. A oferta da energia eltrica aos seus usurios realizada

atravs da prestao de servio pblico concedido para explorao entidade privada ou

governamental. As empresas que prestam servio pblico de energia eltrica o fazem

por meio da concesso ou permisso concedidos pelo poder pblico. [1]

Com a evoluo da explorao dos recursos naturais da Regio Norte do Brasil,

e consequentemente do crescimento demogrfico e industrial, previsto principalmente

para as suas capitais, o Ministrio de Minas e Energia observou a necessidade da

expanso do sistema de transmisso objetivando o atendimento aos sistemas eltricos

dessas capitais. Essa expanso integrante do conjunto de medidas apresentadas no

Plano Decenal de Energia 2010-2019, que constitui uma base slida para o crescimento

econmico neste horizonte de planejamento, uma vez que o aumento do investimento

produtivo requer a oferta de energia com qualidade e confiabilidade.

Esse estudo tem por objetivo a aplicao prtica dos mtodos de fluxo de

potncia e de estabilidade para apresentar uma anlise sobre os impactos da interligao

Tucuru Macap Manaus no Sistema Interligado Nacional, prevista para estar em

operao no ano de 2013.

1.2 Organizao do Trabalho

O Captulo 2 responsvel por apresentar uma reviso sobre os dois principais

estudos a respeito de um sistema eltrico de potncia: o Fluxo de Potncia e a

Estabilidade; e por uma breve exposio das atribuies das empresas responsveis pelo

planejamento e operao do SIN. Sero abordadas as modelagens matemticas dos

componentes de rede e as equaes mais utilizadas nesses estudos, e sero apresentadas

4

as diretrizes dos procedimentos de rede para estabelecer uma base de conhecimentos

para aplicao nas anlises que sero realizadas.

O Captulo 3 apresenta as definies das principais interligaes entre os

sistemas das Regies Norte, Nordeste e Sudeste, e as anlises em regime permanente

para os impactos da interligao tema deste trabalho nos cenrios de exportao mxima

da Regio Norte para a Regio Nordeste e, posteriormente, para o a Regio Sudeste;

ambos em carga pesada.

O Captulo 4 mostra os resultados dos estudos de estabilidade eletromecnica

para os mesmos cenrios apresentados no terceiro captulo deste trabalho. So

apresentadas as simulaes dinmicas das contingncias mais severas mostradas no

terceiro captulo alm dos resultados para a perda dupla dos dois circuitos da

interligao.

O Captulo 5 responsvel por agregar todas as concluses deste trabalho, tanto

da anlise em regime permanente quanto da anlise de estabilidade eletromecnica.

Tambm so mostradas sugestes de possveis trabalhos futuros.

5

2. Reviso bibliogrfica

2.1 Descries gerais

Esta parte responsvel por apresentar de forma resumida os principais

conceitos e metodologias para os estudos de fluxo de potncia e de estabilidade que

sero necessrios para a exposio e para o embasamento terico das demais etapas

deste trabalho. Ser dividida nesses dois contedos principais, o fluxo de potncia e a

estabilidade, abordando suas respectivas modelagens matemticas, componentes de rede

e apresentao de mtodos numricos para a soluo desses estudos.

2.2 Fluxo de potncia

2.2.1 Descries gerais

Os estudos de fluxo de potncia so responsveis por fornecer as solues das

redes eltricas em anlise. Atravs das tcnicas e das metodologias desenvolvidas

nesses estudos possvel calcular tenses e correntes de uma rede seguindo a

modelagem adequada de cada componente.

Os resultados desses estudos revelam caractersticas importantes sobre o

comportamento fsico do sistema, mostrando possveis violaes de tenso ou de

carregamento, ou operaes indevidas de alguns equipamentos. Uma vez que esse tipo

de comportamento verificado, torna-se necessrio realizar diversas medidas e ajustes

para que o sistema possa atender a todos os critrios desejados em condies normais de

operao. Aps o resultado do fluxo de potncia, podem ser analisados certos aspectos

importantes como: o carregamento e as perdas nas linhas de transmisso e nos

transformadores, potncia eltrica gerada e consumida, tenses em diversas barras e as

consequncias em regime permanente da perda de um desses componentes.

As referncias sobre os estudos de fluxo de potncia se encontram nos itens [2],

[3] e [4] da bibliografia deste trabalho.

6

2.2.2 Modelagem matemtica

O estudo do fluxo de potncia a base para o estudo dos sistemas eltricos.

Atravs de um conjunto de equaes diferenciais, possvel construir um sistema no

linear para calcular os fluxos de potncia ativa e reativa em todos os ramos da rede, bem

como as tenses em todas as barras, conforme ser mostrado abaixo. No Anexo A ser

mostrado o mtodo numrico de soluo mais utilizado nos softwares utilizados para

esse estudo, o mtodo Newton-Raphson multivarivel.

2.2.2.2 Equaes nodais - 1 Lei de Kirchhoff (Lei das Correntes ou Leis dos Ns)

Figura 2-1 - N eltrico para exemplificao da primeira lei de Kirchhoff

Em um n, a soma das correntes eltricas que entram igual soma das

correntes que saem, ou seja, um n no acumula carga.

Sendo

, logo a formulao matemtica da 1 Lei de Kirchhoff pode ser

descrita como a seguir:

(2.1)

Esta igualdade se verifica pelo Princpio da Conservao da Carga Eltrica, o

qual estabelece que num ponto qualquer a quantidade de carga eltrica que chega

deve ser exatamente igual quantidade que o deixa , assim

temos:

(2.2)

7

possvel relacionar a carga eltrica com seu valor de corrente dividindo por

, obtendo a relao observada pela lei dos ns que ser utilizada diretamente na

formulao matemtica do problema de fluxo de potncia:

(2.3)

2.2.2.3 Matriz Ybarra

Escrevendo as equaes nodais em forma matricial, modeladas pelas

admitncias da rede, tem-se um sistema linear descrito pelas injees de corrente na

rede por fontes independentes (vetor ), pela tenso nas barras em relao ao referencial

adotado (vetor ) e a matriz que relaciona as duas grandezas anteriores de acordo

com as admitncias da rede como pode ser visto, a seguir, na equao 2.4. Esta matriz

tambm ser utilizada a seguir, na formulao do fluxo de potncia, juntamente com a

1 Lei de Kirchhoff.

(2.4)

A matriz tem as seguintes caractersticas:

Simtrica basta montar uma das metades em relao a sua diagonal principal

para conhecer a matriz por inteira;

Complexa representao das admitncias ;

Quadrada de dimenso n, onde n o nmero de barras do sistema sem contar a

barra de referncia;

Esparsa, normalmente tem-se mais de 95% dos elementos nulos exigindo

menores esforos computacionais no armazenamento de dados;

Os elementos da diagonal principal so positivos e os elementos fora da

diagonal principal so negativos;

Os elementos da diagonal principal Ykk so o somatrio das admitncias

diretamente ligadas barra k;

Os elementos fora da diagonal principal Ykj so o simtrico da soma das

admitncias que ligam as barras k e j.

8

2.2.2.4 Formulao do problema de fluxo de potncia

Seja uma barra k pertencente a um sistema eltrico e conectada a fontes

geradoras, cargas e linhas de transmisso de acordo com o esquema mostrado na figura

2-2, abaixo:

Figura 2-2 - Esquema de distribuio de fluxos de potncia

Para estudar o fluxo de potncia atravs das barras desse sistema, deve-se

determinar a injeo de potncia lquida para cada uma das barras de acordo com as

seguintes relaes:

(2.5)

(2.6)

(2.7)

Considerando apenas a injeo de potncia lquida nessa mesma barra,

possvel represent-la graficamente de acordo com a figura 2-3 e algebricamente pelas

equaes 2.8 e 2.9 mostradas a seguir:

Figura 2-3 - Representao de injeo de potncia lquida

( ) (2.8)

( ) (2.9)

9

Reescrevendo as equaes nodais de acordo com a 1 Lei de Kirchhoff e

utilizando a matriz Ybarra, ambos mostrados anteriormente, possvel representar o

sistema de potncia em estudo pelo sistema linear da equao 2.4,

, sendo que para cada barra k ser encontrada uma injeo de corrente dada pela

equao 2.10. Torna-se necessrio o clculo do nmero complexo conjugado que

representa o fasor dessa injeo de corrente, mostrado na equao 2.11, de modo a

substitu-lo diretamente na equao 2.8.

(2.10)

( )

(2.11)

Substituindo a expresso de ( ) na expresso da potncia lquida, tem-se:

( ) (

) (2.12)

p n e para toda barra m ligada diretamente barra k

A partir dessa equao 2.12, sero separadas as componentes de potncia ativa e

reativa, para o desenvolvimento das principais equaes do estudo do fluxo de potncia.

Suas consideraes de admitncias e de tenses nas barras adjacentes sero mostradas a

seguir, passando a representar seus valores no mais em forma polar, mas agora em

forma retangular.

{ } e { } (2.13)

(2.14)

o n (2.15)

o n (2.16)

10

[ { o n }

]

(2.17)

p n p od b m lig d diretamente b

[ { n o }

] (2.18)

p n p od b m lig d diretamente b

Para as equaes acima, tem-se:

k nmero da barra no sistema, variando de 1 at o nmero total de barras

m ndice da barra ligada diretamente a barra k

Vk e Vm tenses nas barras k e m, respectivamente

k e m ngulos das tenses das barras k e m em relao a uma referncia

angular nica para o sistema

km diferena angular entre as barras k e m, nessa mesma ordem

Pk e Qk injees lquidas de potncia conforme as equaes 2.5 e 2.6

A partir das equaes 2.17 e 2.18, as barras de um sistema de potncia foram

classificadas da seguinte forma:

Barra swing ou flutuante ou V ou slack

Barra necessria para fornecer referncia angular e suprir as perdas ativas e

reativas do sistema em estudo. Por este motivo, a barra swing no tem sua gerao ativa

fixada, mas calculada aps a soluo do problema. Normalmente escolhida como

barra de referncia aquela onde est concentrada a maior capacidade de gerao do

sistema. Esta barra nica para todo o sistema.

Dados fixos: ,

Dados calculados: ,

11

Barra de carga ou PQ

Dentro de um sistema real, a maioria das barras deste tipo. Ela representa o

atendimento de cargas solicitadas pelos consumidores e no existe controle especfico

de tenso nessas barras.

Dados fixos: ,

Dados calculados: ,

Barra de tenso controlada ou PV

Neste tipo de barra so definidas a tenso e a injeo de potncia ativa. Este

conjunto de barras normalmente constitudo por geradores e compensadores

sncronos.

Dados fixos: ,

Dados calculados: ,

Outra etapa importante nesse algoritmo, depois de aplicar a classificao de tipo

de barra para todas as barras do sistema, a organizao das equaes de acordo com as

suas incgnitas em dois subsistemas, conforme apresentado a seguir:

Subsistema 1

Conjunto de equaes que devem ser resolvidas com o objetivo de se encontrar a

soluo do fluxo de potncia, mdulo e ngulo das tenses nas barras. So agrupadas

neste subsistema as barras com valores fixos de potncia ativa e/ou reativa de acordo

com as equaes 2.19 e 2.20.

{ } (2.19)

{ } (2.20)

Subsistema 2

12

Substituindo, neste segundo subsistema, as variveis encontradas na soluo do

subsistema 1, possvel determinar as incgnitas restantes do fluxo de potncia: a

injeo de potncia ativa e reativa da barra swing e a injeo de potncia reativa das

barras de tenso controlada, como mostrado nas equaes 2.21 e 2.22.

{ } (2.21)

{ } (2.22)

Dessa forma possvel construir dois subsistemas cujas solues so as

respostas para o estudo do fluxo de potncia, determinando todas as grandezas eltricas

necessrias para anlise do sistema em regime permanente.

2.2.3 Representao dos componentes

2.2.3.2 Linhas de transmisso

O modelo pi-equivalente de uma linha de transmisso, representado na figura

2-4, definido por trs parmetros: a resistncia srie rkm; a reatncia srie xkm; e a

susceptncia shunt bkmshunt

.[3]

Figura 2-4 - Circuito pi-equivalente para uma linha de transmisso

A figura 2-5 faz uma representao desses parmetros de forma concentrada,

onde os parmetros eltricos distribudos z e y, respectivamente, impedncia e

admitncia, ambos por unidade de comprimento, podem ser expressos de acordo com as

L11uH

R11k

13

equaes que seguem em Zeq e Yeq, em funo do comprimento eltrico da linha, e do

comprimento fsico da linha, l :

Figura 2-5 - Modelo pi-equivalente concentrado para uma linha de transmisso

in

(2.23)

n

(2.24)

(2.25)

(2.26)

(2.27)

2.2.3.3 Transformador monofsico de dois enrolamentos

Desprezando a corrente de magnetizao, as perdas por histerese e por correntes

parasitas no ncleo, e considerando o rendimento elevado, normalmente apresentados

nos transformadores de potncia, pode-se desprezar o ramo paralelo e a resistncia dos

enrolamentos da modelagem completa. Adotando como base de tenso os valores

nominais de tenso de cada enrolamento do transformador, possvel obter a reatncia

equivalente e as seguintes representaes:

(2.28)

14

Figura 2-6 - Modelagem do transformador monofsico em pu

2.2.3.4 Transformador monofsico de trs enrolamentos

Os ensaios normais nos transformadores monofsicos de trs enrolamentos

normalmente fornecem os seguintes parmetros para o primrio (P), para o secundrio

(S) e para o tercirio (T):

n i n b do n ol m n o p im io

n i n b do n ol m n o p im io

n i n b do n ol m n o nd io

Para o estudo do fluxo de potncia comum represent-lo unindo-se os trs

enrolamentos por um ponto eltrico fictcio, onde, utilizando as mesmas bases, so

vlidas as relaes apresentadas pelas equaes 2.29, 2.30 e 2.31 que retratam as

grandezas mostradas acima em um modelo de circuito, apresentado pela figura 2-7:

Figura 2-7 - Modelagem do transformador trifsico em pu

L1

1uH

L11uH

L11uH

L11uH

L1

1uH

L11uH

L1 1uH

15

(2.29)

(2.30)

(2.31)

2.2.3.5 Transformador com ajuste de tape

Para auxiliar o controle de tenso nos sistemas eltricos, so utilizados

transformadores com ajuste de tape automtico enquanto energizados (LTC Load-tap-

changing) ou quando desenergizados. Considerando as relaes entre as grandezas do

primrio e do secundrio definidas pelas equaes 2.32 e 2.33, possvel construir um

modelo matemtico para representar o LTC no estudo do fluxo de potncia. Este

modelo apresentado na figura 2-8.

Figura 2-8 - Modelagem do transformador com ajuste de tape

(2.32)

(2.33)

16

2.2.3.6 Gerador

Nos estudos de fluxo de potncia, o gerador o componente que pode fornecer

potncia ativa e reativa barra a qual est ligado. Normalmente representado por uma

barra PV como pode ser vista na figura 2-9.

Figura 2-9 - Modelagem do gerador

2.2.3.7 Reator

O reator um componente de absoro de potncia reativa, representado por sua

potncia reativa nominal. Como um reator tem sua reatncia constante (Xr), a potncia

reativa (Qr), absorvida por ele, varia de acordo com o quadrado da tenso aplicada aos

seus terminais, obedecendo relao do circuito modelado:

(2.34)

Figura 2-10 - Modelagem de um reator ideal

2.2.3.8 Banco de capacitores

Os bancos de capacitores so fontes de potncia reativa, representados por esse

seu valor nominal. Como um banco de capacitores tem susceptncia constante (Yc), a

L1

1uH

17

potncia reativa (Qc), fornecida por ele, varia com o quadrado da tenso aplicada aos

seus terminais, obedecendo relao:

(2.35)

Figura 2-11 - Modelagem de um banco de capacitores ideais

2.2.3.9 Compensador sncrono

Para o estudo do fluxo de potncia, o compensador sncrono representado

semelhantemente a um gerador sncrono, como mostrado anteriormente, embora apenas

como injeo de potncia reativa. Tal semelhana ntida na observao da figura 2-12.

Figura 2-12 - Modelagem do compensador sncrono

2.2.3.10 Compensador esttico

Os compensadores estticos so equipamentos que tm como objetivo o controle

de tenso em alguma barra especificada. Eles funcionam atravs de circuitos de

eletrnica de potncia, capazes de fornecer ou consumir potncia reativa, dentro de uma

faixa de operao. Este objetivo semelhante ao do compensador sncrono, mas nos

aspectos construtivos, eles se diferem bastante. A figura 2-13 apresenta a modelagem do

compensador esttico:

18

Figura 2-13 - modelagem do compensador esttico

Eles podem ser modelados, em regime permanente, em funo da potncia

reativa ou da corrente, e podem controlar a tenso na prpria barra terminal ou em uma

barra remota. A modelagem em funo da potncia reativa dada pela figura 2-14 e

pela equao 2.36, e a modelagem em funo da corrente dada pela figura 2-15 e pela

equao 2.37, todas essas mostradas a seguir. desejvel que os compensadores

operem dentro da regio linear, mostrada em ambos os grficos, e descrita pelas

equaes citadas.

Figura 2-14 - Tenso da barra controlada em funo da potncia reativa do compensador esttico

(2.36)

19

Figura 2-15 - Tenso da barra controlada em funo da corrente do compensador esttico

(2.37)

Essas equaes so expressas em funo dos seguintes termos:

Vk Tenso da barra a ser controlada

Vesp Tenso especificada para a barra controlada

Vt Tenso nos terminais do compensador esttico

QCE Potncia reativa do compensador esttico

ICE Corrente do compensador esttico

r Coeficiente de inclinao da reta que determina a regio linear de operao

2.2.3.11 Carga

Para os estudos de fluxo de potncia, as cargas so representaes de

componentes que absorvem potncia ativa e reativa constantes.

20

Figura 2-16 - Modelagem de carga

O modelo ZIP expresso pelas parcelas de impedncia constante (cP e cQ),

corrente constante (bP e bQ) e potncia constante (aP e aQ) da seguinte maneira:

(2.38)

( )

(2.39)

Considerando sempre que o somatrio de todas as parcelas equivale potncia

total consumida pela carga, logo:

(2.40)

( ) (2.41)

Na figura 2-17, so mostrados os equipamentos modelados nesta seo num

exemplo de situao real de fluxo de potncia utilizando o software ANAREDE.

21

Figura 2-17 - Diagrama unifilar - ANAREDE

22

2.3 Estabilidade

2.3.1 Descrio geral

A estabilidade de um sistema uma condio de equilbrio entre foras opostas.

O mecanismo no qual mquinas sncronas interconectadas mantm o sincronismo em

relao umas s outras, atravs de foras restauradoras que aparecem sempre quando

existem foras que tendem a acelerar ou desacelerar uma ou mais mquinas com

respeito s outras mquinas. No estado de regime permanente, existe um equilbrio entre

o torque mecnico motriz e o torque de carga eltrica em cada mquina, fazendo com

que a velocidade do rotor permanea constante. Se o sistema perturbado, este

equilbrio desfeito, resultando em acelerao ou desacelerao dos rotores das

mquinas que so regidas pelas leis de movimento rotacional de um corpo.[5]

A anlise da estabilidade de um sistema eltrico de potncia apresenta um estudo

sobre o impacto causado por alguma perturbao na dinmica eletromecnica de um

sistema de potncia. O estudo da estabilidade iniciado com uma dada condio de

operao, ou seja, uma situao esttica de fluxo de potncia, mas tem o objetivo de

verificar o comportamento do sistema no intervalo de tempo que comea a partir da

ocorrncia de uma perturbao. Segundo a definio do IEEE, diz-se que um sistema de

potncia estvel, do ponto de vista da estabilidade transitria, para uma condio de

operao particular e para uma dada grande perturbao se, aps a ocorrncia da

perturbao, o sistema capaz de alcanar uma condio de operao aceitvel.[6]

Os exemplos mais simples de demonstrar os conceitos desse tipo de estudo so

realizados para sistemas que possam ser aproximados por um modelo mquina-barra

infinita ou por um modelo de duas mquinas, onde possvel utilizar um mtodo

grfico conhecido como o critrio das reas iguais. Para os sistemas reais, conhecidos

como sistemas multimquinas, a soluo normalmente obtida por mtodos numricos

no domnio do tempo que trazem os mesmos conceitos dos dois modelos mais simples

citados anteriormente.

A anlise da estabilidade transitria no caso geral de um sistema multimquinas

feita com o auxlio de programas que simulam o modelo matemtico do sistema para

cada contingncia selecionada. Se for verificado que o ngulo entre quaisquer duas

mquinas do sistema, determinado via integrao numrica, tende a aumentar sem

23

limites aps o instante de aplicao da perturbao, conclui-se que o sistema instvel.

Se, por outro lado, as diferenas angulares entre as mquinas atingem um valor mximo

e depois decrescem, conclui-se que a tendncia que o sistema permanea estvel. A

concluso definitiva sobre a estabilidade requer a observao das demais oscilaes

subsequentes primeira delas, j que, em sistemas multimquinas, possvel que uma

mquina permanea em sincronismo com as demais na primeira oscilao e perca esta

condio nas oscilaes seguintes, em razo das interaes dinmicas com as outras

mquinas.[6]

O estudo da estabilidade de um sistema de potncia pode ser classificado

segundo as diversas categorias responsveis pelos enfoques dos estudos, conforme ser

mostrado. Essas categorias so baseadas nas seguintes consideraes:

A natureza fsica da instabilidade;

O tamanho da perturbao considerada;

Os equipamentos, os processos e o domnio do tempo que devem ser

considerados de forma a determinar a estabilidade;

Mtodo para o clculo ou previso da estabilidade.[5]

2.3.2 Enfoques no estudo da estabilidade de um sistema de potncia

Esses enfoques tm como referncia os itens [7] e [8] da bibliografia deste

trabalho.

2.3.2.2 Estudo de estabilidade angular

Corresponde ao estudo de estabilidade convencional, que avalia a habilidade do

sistema de potncia em manter suas unidades geradoras operando em condies de

sincronismo. Estudos desta natureza consideram os efeitos das oscilaes

eletromecnicas inerentes ao sistema, analisando o comportamento existente entre as

potncias fornecidas pelos geradores e os deslocamentos angulares de seus rotores.

Em regime permanente, esse enfoque tambm chamado de estudo de

estabilidade angular para pequenos impactos, ou ainda, de estudo de estabilidade

angular para pequenos sinais. De uma forma geral avalia a capacidade de manuteno

do sincronismo das unidades geradoras do sistema de potncia para as situaes de

pequenos impactos, como variaes normais de carga, por exemplo.

24

Portanto, corresponde anlise da estabilidade do ponto de equilbrio ou de

operao. A natureza da resposta do sistema aos pequenos impactos depende de

diversos fatores incluindo as condies operativas, a capacidade de transmisso e os

sistemas de excitao das unidades geradoras. Neste tipo de estudo de estabilidade os

impactos so considerados suficientemente pequenos, de tal forma que equaes

linearizadas podem ser utilizadas nas anlises.

Em regime transitrio, a estabilidade angular avalia a habilidade do sistema de

potncia em manter o sincronismo de suas unidades geradoras quando da ocorrncia de

perturbao como curtos-circuitos em elementos importantes e perdas de grandes blocos

de gerao, por exemplo. A natureza da resposta do sistema envolve amplas excurses

angulares dos rotores das unidades geradoras e influenciada pelas relaes no-

lineares existentes entre potncia e ngulo. Fatores como condies iniciais operativas,

e principalmente, tipos e localizaes dos distrbios influem na avaliao e definem este

tipo de estudo de estabilidade.

Tipicamente os estudos de estabilidade angular transitria avaliam o

comportamento do sistema para um perodo de tempo de 5 a 20 segundos aps a

ocorrncia do impacto. Em funo das grandes excurses observadas para as variveis

de estado, representativas do sistema, a anlise da estabilidade transitria deve ser

realizada atravs de equaes no-lineares.

Em grandes sistemas interligados, a instabilidade ocorre normalmente de duas

formas:

atravs de acelerao do rotor, com crescimento progressivo do deslocamento

angular, sendo a causa fundamental a falta de conjugado sincronizante;

atravs de oscilaes crescentes do rotor, causadas pela superposio de diversos

modos de oscilao do sistema.

2.3.2.3 Estabilidade de tenso

Um sistema entra em um estado de instabilidade de tenso quando uma

perturbao, elevao de carga, ou alterao na configurao, causa um contnuo e

incontrolvel declnio da tenso. Sendo substancialmente relacionado

indisponibilidade de suprimento de potncia reativa, o fenmeno caracterizado por

uma reduo progressiva na magnitude da tenso, iniciando de forma localizada e

25

podendo ento se expandir at mesmo por todo o sistema interligado, causando colapso

na operao.

Em regime permanente, este tipo de estudo tambm denominado por estudo de

estabilidade de tenso para pequenos impactos, ou ainda, estudo de estabilidade de

tenso para pequenos sinais. Ele avalia a habilidade do sistema de potncia em manter

um perfil adequado de tenses aps ter sido submetido a um pequeno impacto, como

uma variao normal de carga, por exemplo. A natureza da resposta do sistema a estes

pequenos impactos depende de fatores como: a condio operativa, as caractersticas

das cargas e dos dispositivos de controle de tenso.

Assim sendo, pode-se dizer que este tipo de estudo de estabilidade de tenso tem

como funo principal determinar as caractersticas prprias do sistema, quanto

relao entre tenses e potncias reativas. A instabilidade se manifesta principalmente

pela insuficincia de potncia reativa, o que define uma reduo progressiva nas

magnitudes das tenses.

Para grandes impactos, este tipo de estudo de estabilidade determina a

capacidade do sistema de potncia de controlar as tenses de seus barramentos aps a

ocorrncia de uma grande perturbao, como desligamento de elementos importantes,

curtos-circuitos em linhas de transmisso, alterao rpida e substancial no equilbrio

carga/gerao, etc. Pode-se dizer que o sistema apresenta estabilidade, nestas condies,

se, aps o distrbio, seus controladores levarem as tenses de todas as barras a uma

condio de equilbrio adequada. Influem neste comportamento: a condio operativa

do sistema, a natureza da perturbao considerada, as caractersticas das cargas, a

dinmica dos sistemas de controle e os elementos de proteo do sistema.

Os estudos de estabilidade de tenso para grandes impactos requerem a

avaliao do desempenho dinmico no-linear do sistema de potncia em um perodo de

tempo suficiente, que possa at considerar os efeitos de elementos como,

transformadores com taps variveis, limitadores das correntes de campo dos geradores,

esquemas de corte de carga por subtenso, etc. Estes perodos de tempo podem se

estender desde alguns segundos at dezenas de minutos.

2.3.3 Modelagem matemtica

2.3.3.2 Equao de oscilao da mquina sncrona

26

Observando o rotor de uma mquina sncrona de acordo com a sua dinmica

mecnica de funcionamento, possvel descrever as aes de dois torques de sentidos

opostos: um com origem mecnica, produzido pelo movimento de algum tipo de

turbina, e outro com origem eltrica, produzido pela interao entre os campos

eletromagnticos do rotor e do estator. Desta forma, possvel modelar

matematicamente esse comportamento a partir da equao diferencial de funcionamento

mecnico da mquina sncrona:

[N.m] (2.42)

o torque de acelerao em N.m

o torque mecnico em N.m

o torque eletromagntico ou torque eltrico lquido, j descontado o atrito,

a ventilao e outros, em N.m

o momento de inrcia do rotor em kg.m2

o deslocamento angular do rotor em relao a um referencial fixo

em radianos mecnicos

Para realizar o estudo da estabilidade de um sistema de potncia, necessrio

traduzir os termos mecnicos em funo dos seus correspondentes eltricos. Seguindo

algumas etapas de manipulaes desejadas na equao de oscilao da mquina

sncrona como a escolha de referenciais adequados e a multiplicao de ambos os

membros pela velocidade angular mecnica, relacionando-a com a velocidade sncrona,

para transformar as grandezas de torque em potncia. Fazendo as devidas substituies

e organizando os termos encontrados, encontra-se a equao de oscilao da mquina

sncrona em funo dos seus parmetros eltricos, como pode ser vista na equao 2.43

e a expresso do momento angular (M) na equao 2.44:

(2.43)

(2.44)

27

A constante H a razo entre a energia cintica armazenada no rotor da mquina

na sua velocidade sncrona e sua potncia trifsica aparente:

(2.45)

Como normalmente os estudos so realizados utilizando os valores em pu nas

bases do sistema em questo, aplica-se a equao anterior tambm com seus valores em

pu na base das mesmas bases do sistema, assim temos uma nova notao, apresentada

pela equao 2.46:

(2.46)

a constante da mquina em MJ/MVA ou segundos;

, em radianos eltricos por segundo;

o ngulo entre a tenso e a corrente do estator da mquina, em radianos

eltricos;

Potncias acelerante, mecnica e eltrica, respectivamente, em

pu na base da mquina;

Na tabela 2-1, so apresentados valores tpicos para a constante de inrcia H,

agrupados em intervalos por tipo de mquina.[9]

Tabela 2-1 - Valores tpicos da constante de inrcia H

Tipo de mquina sncrona Constante de inrcia H [MJ/MVA ou s]

Turbo-alternador 3 < H < 7

Alternador hidrulico 2 < H < 4

Compensador sncrono 1 < H < 2

Motor sncrono 0,5 < H < 2

Prosseguindo com a anlise da equao anterior, a descrio do termo da

potncia eltrica feita de acordo com as equaes de transferncia de potncia da

28

mquina sncrona, ou seja, atravs das curvas potncia ngulo para as mquinas de

plos lisos e de plos salientes. Conhecendo inicialmente:

Ef tenso de excitao da mquina,

Vinf tenso da barra infinita,

xs reatncia sncrona,

xe reatncia equivalente do sistema entre a barra terminal da maquina e a barra

infinita,

xd reatncia de eixo direto,

xq reatncia de eixo em quadratura.

Os dois tipos de mquinas sncronas que sero representadas nesse estudo so:

plos lisos e plos salientes. importante lembrar que durante o estudo de fluxo de

potncia, ou seja, em regime permanente, a potncia eltrica gerada pela mquina

sempre igual potncia mecnica lquida fornecida ao eixo, mas para os intervalos de

tempo compreendidos pelos estudos de estabilidade isto no verificado, conforme

abordado na descrio geral dos estudos de estabilidade e na equao de oscilao da

mquina sncrona. Por esta razo, necessrio acompanhar o comportamento da

potncia eltrica gerada pelas mquinas logo aps a perturbao, para poder analisar o

sistema dentro do intervalo de tempo do estudo da estabilidade.

2.3.3.3 Mquina de plos lisos:

O gerador sncrono de plos lisos representado segundo o modelo da figura

2-18, onde so apresentadas as relaes entre as tenses, de excitao e terminal, e a

corrente de armadura:

(2.47)

(2.48)

xs reatncia sncrona em regime permanente

xa reatncia de armadura

xl reatncia de disperso

29

Figura 2-18 - Modelagem da mquina de plos lisos para o estudo da estabilidade

Para realizar o estudo de estabilidade, precisa-se escrever a potncia eltrica da

mquina de plos lisos em funo do ngulo de carga, , logo, a potncia eltrica ser

substituda durante a perturbao pela sua respectiva equao de transferncia de

potncia eltrica, como mostrado na equao 2.49:

n (2.49)

Podemos observar graficamente como se comporta essa transferncia de

potncia em funo do ngulo de carga com o auxlio grfico abaixo que ser mostrado

novamente no estudo do mtodo das reas iguais.

Figura 2-19 - Curva potncia x ngulo - Plos lisos

L11uH

G

30

2.3.3.4 Mquina de plos salientes

O gerador de plos salientes no tem modelo dado apenas por um circuito

equivalente, mas a relao entre as tenses, de excitao e terminal, e a corrente de

armadura da maquina dada por:

(2.50)

xd reatncia de eixo direto

xq reatncia de eixo em quadratura

No estudo de estabilidade, a considerao dessa mquina feita,

semelhantemente a mquina de plos lisos, pela sua equao de transferncia de

potncia eltrica dada pela equao 2.50 e por sua representao alternativa na equao

2.52, representando separadamente os termos que representam as amplitudes associadas

as funes senoidais da relao entre a potncia eltrica e o ngulo de carga:

n

( )

( ) n (2.51)

n n (2.52)

onde,

(2.53)

( )

( ) (2.52)

A funo da potncia eltrica para a mquina de plos salientes dada pela

soma de duas funes senoidais com a freqncia dobrada na segunda parcela. Pode ser

vista no grfico seguinte:

31

Figura 2-20 - Curva potncia x ngulo - Plos salientes

2.3.3.5 Modelagem de cargas

Para os estudos de estabilidade, as cargas do sistema so representadas de acordo

com o modelo ZIP, visto anteriormente no item 2.2.3.9 deste trabalho, e modelado

segundo as equaes 2.38, 2.39, 2,40 e 2,41.

2.3.3.6 Critrio das reas iguais

Para o caso de um sistema formado por duas mquinas ou por uma mquina

conectada a uma barra infinita possvel chegar a uma concluso sobre a estabilidade a

partir do comportamento das mquinas aps a primeira oscilao. Neste caso, pode ser

aplicado um mtodo grfico que propicia uma interpretao fsica dos fenmenos

dinmicos envolvidos no problema de estabilidade transitria. Este mtodo chamado

de Critrio das reas Iguais.[6]

No que diz respeito representao das mquinas, o Critrio das reas Iguais

baseia-se nas seguintes hipteses:

32

A potncia mecnica de entrada das mquinas suposta constante, logo as

variaes de potncia mecnica so devidas ao dos reguladores de

velocidade dos geradores. Todavia, esta ao no se faz sentir, em geral, na

primeira oscilao, j que as constantes de tempo dos reguladores de

velocidade e das turbinas so muito altas para permitir a variao de potncia

mecnica em to curto espao de tempo.[6]

As mquinas sncronas so representadas pelas suas respectivas equaes de

potncia ngulo, utilizando a sua reatncia transitria no denominador da

equao, de forma a substituir o termo da potncia eltrica na equao de

oscilao.[6]

Para que o sistema seja estvel, necessrio que a mquina disponha de energia

suficiente para frear ou acelerar de forma a buscar outro ngulo de carga com a mesma

transferncia de potncia eltrica observada antes do distrbio e, conseqentemente,

torque de acelerao nulo. Essa capacidade vista em relao ao ngulo de carga

integrando a equao de oscilao da mquina sncrona como mostrado a seguir, bem

como o valor do seu ngulo crtico e do seu tempo crtico (mximo do ngulo de carga e

o respectivo tempo para o caso no qual a transferncia de potncia eltrica nula

durante a falta):

( )

( )

(2.55)

o (2.56)

(2.57)

Normalmente so encontrados sistemas de transmisso com mais de um circuito

entre duas barras para aumentar a capacidade de transmisso, confiabilidade,

transmisso de potncia quando da falta de um deles, entre outros fatores. Nesses casos,

o estudo do critrio das reas iguais visto graficamente pelos exemplos seguintes:

33

Curvas de transferncia de potncia antes, durante e aps a falta:

Figura 2-21 - Curvas potncia x ngulo para as diferentes reatncias de cada instante

Caso estvel (A1

34

Caso instvel (A1 > A2):

Figura 2-23 - Critrio das reas iguais - Caso instvel

Caso limite de estabilidade (A1 = A2):

Figura 2-24 - Critrio das reas iguais - Caso limite de estabilidade

35

Atravs da anlise desse caso limite, possvel visualizar que, se o sistema tiver

condies de ser estvel, existir um ngulo crtico limite para a eliminao do defeito.

A determinao desse ngulo abordada utilizando as relaes a seguir:

(2.58)

(2.59)

(2.60)

(2.61)

(2.62)

Usando o critrio das reas iguais, com a integrao da equao de oscilao da

mquina sncrona, tem-se como resultado final o ngulo crtico para a eliminao do

distrbio dado por:

(

o o

)

(2.63)

onde,

(2.64)

(2.65)

(2.66)

(2.67)

36

2.4 Sistema eltrico brasileiro

O atual modelo do setor eltrico brasileiro criou novas instituies e alterou as

funes de algumas instituies j existentes. A reforma do setor eltrico brasileiro

comeou em 1993 com a Lei n 8.631, que extinguiu a equalizao tarifria vigente e

criou os contratos de suprimento entre geradores e distribuidores. Foi marcada pela

promulgao da Lei n 9.074 de 1995, que criou o Produtor Independente de Energia e o

conceito de Consumidor Livre. Em 1996, foi implantado o Projeto de Reestruturao do

Setor Eltrico Brasileiro (Projeto RE-SEB), coordenado pelo Ministrio de Minas e

Energia. As principais concluses desse projeto foram a necessidade de implementar a

desverticalizao das empresas de energia eltrica, ou seja, dividi-las nos segmentos de

gerao, transmisso e distribuio; incentivar a competio nos segmentos de gerao e

de comercializao; e manter sob regulao os setores de distribuio e transmisso de

energia eltrica, considerados como monoplios naturais, sob regulao do Estado.[10]

Foi tambm identificada a necessidade de criao de um rgo regulador (a

Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL), de um operador para o sistema

eltrico nacional (Operador Nacional do Sistema Eltrico ONS) e de um ambiente

para a realizao das transaes de compra e venda de energia eltrica (o ento Mercado

Atacadista de Energia Eltrica MAE). Concludo em agosto de 1998, o Projeto RE-

SEB definiu o esboo conceitual e institucional do modelo a ser implantado.[10]

Em 2001, o setor eltrico sofreu uma grave crise de abastecimento que culminou

em um plano de racionamento de energia eltrica. Esse acontecimento gerou uma srie

de questionamentos sobre os rumos que o setor eltrico estava trilhando. Visando a

adequar o modelo em implantao, foi institudo em 2002 o Comit de Revitalizao do

Modelo do Setor Eltrico, cujo trabalho resultou em um conjunto de propostas de

alteraes. Durante os anos de 2003 e 2004, o Governo Federal lanou as bases de um

novo modelo para o setor, sustentado pelas Leis n 10.847 e 10.848, de 15 de maro de

2004, e pelo Decreto n 5.163, de 30 de julho do mesmo ano. Em termos institucionais,

o novo modelo definiu a criao de uma instituio responsvel pelo planejamento do

setor eltrico em longo prazo a Empresa de Pesquisa Energtica (EPE) uma

instituio com a funo de avaliar permanentemente a segurana do suprimento de

energia eltrica o Comit de Monitoramento do Setor Eltrico (CMSE) e uma

instituio para dar continuidade s atividades do MAE, relativas comercializao de

energia eltrica no sistema interligado a Cmara de Comercializao de Energia

37

Eltrica (CCEE)(10). Neste modelo setorial, podemos representar as relaes entre essas

instituies de acordo com o diagrama a seguir.[11]

Figura 2-25 - Principais instituies do modelo setorial atual

As alteraes promovidas em 2004 pelo novo modelo do setor estabeleceram

ainda como responsabilidade da ANEEL, direta ou indiretamente, a promoo de

licitaes na modalidade de leilo, para a contratao de energia eltrica pelos Agentes

de Distribuio do Sistema Interligado Nacional (SIN).[10]

2.4.1 O Operador Nacional do Sistema (ONS)

O Operador Nacional do Sistema (ONS) um rgo colegiado, criado em 1999,

definido como pessoa jurdica de direito privado, sem fins lucrativos, sob regulao e

fiscalizao da ANEEL, que tem por objetivo executar as atividades de coordenao e

controle da operao de gerao e transmisso, no mbito do SIN, visando tambm

minimizar a perda de coordenao ocasionada pela introduo da concorrncia no setor

e ainda possibilitar o acesso indiscriminado rede bsica de transmisso. Essa funo

essencial para a economia e para o bem estar social, pois objetiva garantir o suprimento

de energia eltrica de forma segura, contnua e econmica para todo o pas. Entretanto,

o Operador Nacional do Sistema no proprietrio dos ativos de transmisso. As

empresas de transmisso delegam a este rgo os direitos de comercializao dos

38

servios prestados pelas suas linhas, recebendo uma remunerao pela cesso de seus

direitos.[11]

Para o cumprimento de sua misso, o Estatuto do ONS, documento aprovado

pela ANEEL na Resoluo Autorizativa N 328, de 12/08/2004, que estabeleceu suas

atribuies, entre elas:

O planejamento e a programao da operao e o despacho centralizado da

gerao, com vistas otimizao do Sistema Interligado Nacional - SIN;

A proposio ao Poder Concedente das ampliaes de instalaes da rede bsica

de transmisso, bem como reforos do SIN, a serem considerados no

planejamento da expanso do sistema de transmisso;

A proposio de regras para a operao das instalaes da transmisso da Rede

Bsica do SIN, mediante processo pblico e transparente, consolidadas em

Procedimentos de Rede, a serem aprovadas pela ANEEL, observando o disposto

no Art. 4, 3, da Lei n9.427, de 26 de dezembro de 1996.[11]

2.4.2 Procedimentos de Rede

As informaes que sero apresentadas nesta seo, 2.4.2 Procedimentos de

Rede, tm como referncia os itens [11] e [12] da bibliografia deste trabalho.

2.4.2.2 Aspectos gerais

Os Procedimentos de Rede so um conjunto de normas e requisitos tcnicos que

estabelecem as responsabilidades do ONS e dos Agentes de Operao, no que se

referem a atividades, insumos, produtos e prazos dos processos de operao do SIN e

das demais atribuies do Operador. Esses documentos so elaborados pelo ONS, com

a participao dos Agentes e homologados pela ANEEL. Atualmente, em atendimento

Resoluo Normativa n 115 da ANEEL, de 29.11.2004, os Procedimentos de Rede

esto em processo de reviso para adequao legislao e regulamentao vigentes e

para assegurar a aderncia prtica adotada pelo ONS e pelos diversos agentes

setoriais.[11] Seus principais objetivos so:

39

Legitimar, garantir e demonstrar a Transparncia, Integridade, Equanimidade,

Reprodutibilidade e Excelncia da Operao do Sistema Interligado Nacional;

Estabelecer, com base legal e contratual, as responsabilidades do ONS e dos

Agentes de Operao, no que se refere a atividades, insumos, produtos e prazos

dos processos de operao do sistema eltrico;

Especificar os requisitos tcnicos contratuais exigidos nos Contratos de

Prestao de Servios de Transmisso - CPST, dos Contratos de Conexo ao

Sistema de Transmisso -CCT e dos Contratos de Uso do Sistema de

Transmisso - CUST.

Para desenvolver suas atribuies, o ONS realiza estudos de planejamento e

programao gerando os seus produtos decorrentes deste processo, entre eles:

PAR O Plano de Ampliaes e Reforos na Rede Bsica um dos principais

produtos do ONS. realizado anualmente, com um horizonte de estudo de trs

anos, e estabelece as necessidades de expanso da Rede Bsica para preservar

seu adequado desempenho operacional e garantir o livre acesso. Para permitir o

tratamento das particularidades do SIN, os estudos, que resultam na proposio

de obras ao Poder Concedente, so realizados de forma descentralizada, abertos

participao de todos os Agentes, abrangendo as Regies Sul, Sudeste/Centro-

Oeste e Norte/Nordeste. Desde que o PAR comeou a ser elaborado, h 6 anos,

as obras nele propostas representaram um acrscimo de 16.000 km de linhas de

transmisso, ou seja, um crescimento de 25% na Rede Bsica. No que se refere

ao aumento da capacidade de transformao, no mesmo perodo foram

implantados 40.000 MVA adicionais, representando um acrscimo de 26%.[11]

Plano da Operao Eltrica de Mdio Prazo PEL, feito em dois ciclos, sendo o

primeiro realizado anualmente e o segundo para contemplar as alteraes do

sistema que possam modificar significativamente os resultados do primeiro

ciclo; tem por objetivo: definir aes que solucionem os problemas identificados

no horizonte do estudo; avaliar o benefcio dos novos equipamentos e

instalaes de transmisso e gerao na operao do sistema e indicar

providncias para antecipaes de equipamentos e instalaes de transmisso e

gerao para contornar eventuais atrasos de cronogramas; indicar medidas

operativas para que a operao atenda aos padres e critrios estabelecidos nos

40

Procedimentos de Rede, utilizando os recursos de gerao e da rede de

transmisso existentes, a previso de carga e o cronograma para a entrada em

operao de novos equipamentos de transmisso e gerao, programados para o

horizonte do estudo; identificar as restries eltricas que impeam a adoo de

polticas energticas que assegurem o menor custo da operao; indicar, em

situaes especiais, a necessidade de constituir grupos de trabalho especficos

que visem ao aprofundamento da anlise de problemas identificados no

horizonte do estudo e a busca de solues para esses problemas; e subsidiar o

MME e a ANEEL na tomada de decises. [11]

Diretrizes para a Operao Eltrica com Horizonte Quadrimestral - realizada

com base na avaliao do desempenho do SIN, indicando medidas operativas

para que a operao atenda aos referidos padres e critrios, utilizando os

recursos de gerao e da rede de transmisso existentes, a previso de carga e o

cronograma para a entrada em operao de novos equipamentos de transmisso

e gerao, programados para o horizonte do estudo; compatibilizando as

restries eltricas, cuja finalidade a segurana operativa e o atendimento

carga, com as polticas energticas que visam ao menor custo da operao;

subsidiar os processos de planejamento da operao eltrica de curto prazo. [11]

Diretrizes para a Operao Eltrica com Horizonte Mensal subsidiada pelo

estudo anterior, tendo em vista os mesmos objetivos bsicos, mas com um

horizonte de estudo menor e com a responsabilidade de subsidiar a elaborao

da programao de intervenes em instalaes da rede de operao; e subsidiar

a operao em tempo real. [11]

Base de Dados para Estudos Eltricos de Fluxo de Potncia para o Horizonte do

Estudo, que abrange informaes como dados de circuito, configuraes, novos

empreendimentos, etc. [11]

A primeira etapa para a realizao desses estudos se inicia com os agentes do

SIN fornecendo os dados eltricos das suas redes para o ONS, de acordo com as

modelagens apresentadas anteriormente, e com o ONS consolidando esses dados para

evitar o surgimento de inconsistncias no sistema e possveis erros tanto de fluxo de

potncia quanto de estabilidade. Seguindo da montagem dos casos de referncia de

acordo com os prazos previstos no incio do estudo, posteriormente disponibilizados

para os agentes de operao, e, em caso de necessidade, alguns casos especficos que

41

podem ser acrescentados, por determinao do ONS ou por solicitao de algum agente.

Por fim, so realizadas anlises computacionais no sistema em condies normais ou

sob contingncias de linhas, transformadores e outros equipamentos do sistema eltrico,

verificando o atendimento aos padres definidos nos Procedimentos de Rede.

2.4.2.3 Definies das redes

Conforme disposto no submdulo 23.2 dos Procedimentos de Rede, temos os

seguintes critrios para a definio das instalaes que compem a rede de simulao, a

rede complementar e a rede de superviso:

Rede de simulao do SIN:

Rede bsica;

Demais Instalaes da Transmisso DIT, conforme definidas e regulamentadas

pela ANEEL;

Usinas despachadas centralizadamente, com as respectivas instalaes de

conexo, e instalaes de distribuio, fora da rede de operao, que interligam

essas usinas rede de operao;

Instalaes com tenso igual ou superior a 138 kV atravs das quais sejam

fechados anis entre duas ou mais subestaes da rede bsica;

Instalaes com tenso inferior a 138 kV atravs das quais sejam fechados,

somente em operao normal, anis entre duas ou mais subestaes da rede

bsica;

Outras instalaes cuja representao seja necessria para reproduzir com grau

de preciso adequado os fenmenos que ocorrem no SIN.

Rede complementar do SIN:

Circuitos que formem anel com a rede bsica ou que interliguem barramentos

definidos para a rede complementar, cujo controle necessrio para que o ONS

efetue a adequada operao da rede bsica;

Barramentos e equipamentos de compensao reativa, a eles conectados,

localizados no secundrio e tercirio de transformadores de potncia integrantes

da rede bsica, cujo controle necessrio para que o ONS efetue a adequada

operao da rede bsica;

42

Instalaes fora da rede bsica, cujo controle necessrio para que o ONS efetue

a adequada operao da rede bsica;

Instalaes de conexo de usinas despachadas centralizadamente, cuja operao

possa afetar o desempenho da rede bsica.

As instalaes fora da rede bsica ao que se refere rede de simulao sero

estabelecidas pelo ONS, compreendendo: as conversoras de frequncia e as suas

instalaes de conexo ligadas diretamente rede bsica na tenso igual ou

superior a 230 kV; os barramentos secundrios de transformadores de fronteira

com instalaes de conexo de usinas despachadas centralizadamente a eles

conectados; os transformadores defasadores; e os transformadores de

propriedade de agentes de distribuio com tenso primria igual ou superior a

230 kV.

Rede de superviso do SIN:

Rede de operao;

Instalaes e equipamentos que garantam que o sistema supervisionado forme,

em condies normais de operao, uma nica ilha eltrica observvel,

viabilizando uma modelagem do sistema eltrico que permita ao ONS o

processamento das funes avanadas de tempo real, inclusive a realizao de

simulaes de desempenho do SIN;

DIT fora da rede de operao, instalaes de distribuio fora da rede de

operao e instalaes de conexo, que interligam as usinas despachadas

centralizadamente rede de operao, nos casos em que a ausncia de

superviso possa levar a resultados incorretos nas simulaes em tempo real

para verificao da segurana do SIN;

Outras instalaes, que no atendam aos critrios anteriores, mas que sejam

consideradas fundamentais para que o modelo da rede eltrica, obtido a partir da

rede de superviso, represente o funcionamento adequado das ferramentas de

apoio tomada de deciso em tempo real.

O modelo da rede eltrica, obtido a partir da rede de superviso, deve permitir

simulaes de contingncias na rede de operao cujos resultados tenham desvio

relativo de carregamento mximo de 10%, se comparados com os resultados da

simulao dessas mesmas contingncias na rede de simulao.

43

Todas essas definies apresentadas pelo submdulo 23.2 podem ser observadas

atravs do diagrama, representado na figura 2-26, a seguir:

Figura 2-26 - Redes do SIN

A rede de simulao brasileira representada por um sistema de

aproximadamente 5000 barras, dentre essas cerca de 500 so do tipo PV, ou seja, de

tenso controlada conforme mostrado na metodologia do fluxo de potncia. A barra

swing representada pelo barramento de baixa tenso usina de Ilha Solteira, em So

Paulo. Para conectar as barras do SIN so representados cerca de 7100 circuitos, sendo

da ordem de 4400 linhas de transmisso, 1400 transformadores fixos, 1300

transformadores com ajuste de tape, 1 transformador defasador em Angra dos Reis-RJ e

um transformador defasador com ajuste de tape em Natal-RN.

2.4.2.4 Diretrizes e critrios para fluxo de potncia em circuitos de corrente

alternada

A partir da definio dessas redes, o submdulo 23.3 dos Procedimentos de

Rede determina as diretrizes e os critrios para o estudo de fluxo de potncia e de

estabilidade, de acordo com a teoria apresentada no incio deste captulo, que sero

aplicados neste estudo.

44

O sistema deve ser analisado para as condies de carga e de gerao que so

pertinentes ao objetivo da avaliao, entre as quais, carga pesada, mdia, leve e mnima.

Quando necessrio, podem ser analisadas outras condies de carga para horrios e/ou

dias especficos. Em regime permanente, as cargas devem ser representadas, em regra

geral, com 100% de potncia constante para as partes ativa e reativa. Entretanto, podem

ser representadas com percentuais variveis conforme o modelo ZIP apresentado na

modelagem de carga para o fluxo de potncia.

Os estudos de fluxo de potncia devem abranger, alm da condio operativa

normal, anlise de contingncias de linhas, transformadores e outros equipamentos do

sistema eltrico, com o objetivo de se definirem aes para que o SIN opere sem perda

de carga e sem violaes inadmissveis dos limites de tenso e de carregamento. Na

anlise de contingncias dos estudos de planejamento e programao da operao

eltrica, pr-operacionais e de comissionamento, o desempenho eltrico deve ser

verificado nas seguintes situaes:

Imediatamente aps o desligamento de elemento(s) do sistema, quando se

considera apenas a atuao da regulao de tenso em barras controladas por

unidades geradoras, compensadores sncronos e estticos, e de SEP pertinentes;

Aps a atuao dos tapes de transformadores com comutao sob carga que

operem no modo automtico;

No instante em que so consideradas as medidas operativas que dependem da

ao humana, tais como as indicadas na tabela 2-2.

Tabela 2-2 - Medidas operativas que dependem da ao humana

Medidas operativas que dependem da ao humana

Chaveamento de capacitores e/ou reatores

Alterao da tenso de referncia de unidades geradoras, compensadores sncronos e

estticos

Redespacho de potncia ativa em unidades geradoras

Remanejamento de carga

Desligamento de circuitos

Alterao da potncia transferida atravs de elos de corrente contnua

Separao de barramentos

45

Alterao de tapes de transformadores com comutao sob carga que operem no modo

manual

Alterao de ngulo nos transformadores defasadores

Os limites de tenso a serem observados nos estudos eltricos para a condio

operativa normal e para condio operativa de emergncia se encontram na tabela 2-3.

As faixas operativas mais adequadas de tenso (diretrizes operativas) so definidas

pelos estudos de planejamento e programao da operao eltrica e pelos estudos pr-

operacionais, e devem observar os limites apresentados e respeitar as limitaes

especficas informadas pelos agentes.

Tabela 2-3 - Tenses entre fases admissveis a 60Hz

Tenso nominal de operao

(1)

Condio operativa normal Condio operativa de

emergncia

(kV) (kV) (pu) (2)

(kV) (pu) (2)

< 138 0,95 a 1,05 0,90 a 1,05

230 218 a 242 0,95 a 1,05 207a 242 0,90 a 1,05

345 328 a 362 0,95 a 1,05 311 a 362 0,90 a 1,05

440 418 a 460 0,95 a 1,046 396 a 460 0,90 a 1,046

500 500 a 550 1,00 a 1,10 475 a 550 0,95 a 1,10

525 500 a 550 0,95 a 1,05 475 a 550 0,90 a 1,05

765 690 a 800 0,90 a 1,046 690 a 800 0,90 a 1,046 (1) Valor eficaz de tenso pelo qual o sistema designado (Res. Aneel 505/2001).

(2) Valores em pu tendo como base a tenso nominal de operao.

2.4.2.5 Diretrizes e critrios para estabilidade em circuitos de corrente

alternada

Os estudos da estabilidade eletromecnica de sistemas eltricos de potncia

esto relacionados anlise do comportamento desses sistemas aps distrbios. O tipo

de distrbio e a natureza dos fenmenos a serem analisados definem o grau de

detalhamento e as caractersticas da modelagem que se deve usar na representao do

sistema eltrico. Como resultado desses distrbios, que usualmente so decorrentes de

sbitas mudanas estruturais na rede eltrica, o sistema sai do ponto de operao estvel

que se encontrava e tende a se acomodar em outro ponto de operao. As unidades

geradoras so submetidas a aceleraes e desaceleraes de tal intensidade que certas

46

unidades ou grupos de unidades podem perder sincronismo entre eles ou com o sistema.

Dependendo da natureza e da durao do distrbio, o comportamento eletromecnico

das unidades geradoras pode ser amortecido ou no, terminando em um novo ponto de

operao estvel ou no colapso do sistema.

Para os estudos de estabilidade multimquinas, o ONS tem bancos de dados,

complementados pelas informaes dos agentes, com os modelos de mquinas,

reguladores de tenso, seus limitadores e compensadores, sinais adicionais

estabilizantes, reguladores de velocidade, compensadores estticos, TCSC9, sistemas

CC, modelos de carga, protees e demais equipamentos de controle. As diretrizes e os

critrios apresentados que so aplicados aos estudos de estabilidade eletromecnica

relacionam-se aos seguintes assuntos:

Anlise de estabilidade entre reas, para a proposio de ampliaes e reforos

ou para o planejamento e programao da operao eltrica;

Avaliao dos limites de transferncia de potncia entre reas e subsistemas,

com definio dos limites de intercmbio;

Anlise dos impactos relativos a energizao, desenergizao, fechamento de

anis, fechamento de paralelos, religamento automtico, anlise/definio de

SEP e, ainda, ajuste de protees e otimizao de controladores;

Anlise de sobretenses dinmicas referentes a perturbaes que provoquem

rejeies de grandes blocos de carga para o ajuste de protees de sobretenso e

o dimensionamento de compensao reativa;

Anlise de ocorrncias de grande porte no SIN, para determinao de suas

causas e definio das providncias necessrias para evit-las ou para reduzir

seus impactos.

Em cenrios energticos desfavorveis, as diretrizes e critrios constantes deste

submdulo podem ser flexibilizados, em atendimento s necessidades especficas da

ocasio, nas avaliaes eletroenergticas conduzidas no mbito da programao diria e

do planejamento eltrico mensal. Essa flexibilizao e seu contexto devem ser

explicitados no escopo dos estudos.

47

2.4.3 Plano decenal de expanso da energia - PDE 2010/2019

O Ministrio de Minas e Energia (MME) apresentou no dia 20 de maio de 2010,

o Plano Decenal de Expanso da Energia PDE 2010/2019. De acordo com o plano, at

2019, todas as capitais do pas estaro conectadas ao sistema interligado nacional,

garantindo os mesmos suprimentos a todas elas. [13]

As principais diretrizes e prioridades do Plano incluem: a auto-suficincia

energtica (importao e exportao); a hidroeletricidade e usinas da Amaznia; a

diversificao da matriz energtica; a insero de fontes alternativas, como biomassa e

elica; os sistemas isolados da regio Norte, bem como a transmisso entre regies e

bacias hidrogrficas; e a viabilizao da expanso do sistema energtico nos prximos

dez anos.[13]

O PDE 2010 2019 prev investimentos no setor eltrico da ordem de R$ 214

bilhes nos segmentos de gerao e transmisso de energia eltrica, sendo R$ 175

bilhes em gerao eltrica e R$ 39 bilhes em transmisso de energia eltrica. Quanto

aos biocombustveis at 2019, esto previstos investimentos de R$ 66 bilhes,

representando 7% dos investimentos totais na expanso de energia. No perodo de 2010

a 2019, foi projetado um crescimento da demanda de energia eltrica de 5,1% ao ano, o

que torna necessrio agregar anualmente o equivalente a 7.100 MW de nova capacidade

(incluindo auto-produo clssica), isto , nos prximos 10 anos, ou seja, 71.300 MW

de capacidade instalada neste perodo. Desse total da expanso, 79% se d por fontes

renovveis, o equivalente a 55.800 MW.[13]

48

3. Anlise de regime permanente

3.1 Introduo

Este captulo direcionado ao estudo, em regime permanente, das interligaes

Norte-Nordeste e Norte-Sul, contemplando a entrada em operao da conexo dos

sistemas isolados das capitais Manaus e Macap ao Sistema Interligado Nacional

atravs da subestao de Tucuru, no estado do Par.

Manaus o principal centro financeiro, corporativo e econmico da Regio

Norte do Brasil, tambm a cidade mais populosa da Amaznia e oitava em relao ao

Brasil de acordo com as estatsticas do IBGE, sendo uma das cidades brasileiras mais

conhecidas mundialmente, principalmente pelo seu potencial turstico e pelo

ecoturismo, sendo o dcimo maior destino de turistas no Brasil. Ficou conhecida no

comeo do sculo XX, na poca urea da borracha. Nessa poca foi batizada como

Corao da Amaznia e Cidade da Floresta. Atualmente seu principal centro econmico

o Plo Industrial de Manaus, em grande parte responsvel pelo fato da cidade deter o

7 maior PIB do pas, respondendo por 1,4% da economia nacional. [14]

J Macap a nica capital estadual que no possui interligao por rodovia a

outras capitais e vem se destacando da maioria dos municpios do Brasil pelo

crescimento econmico e populacional bem acima das mdias nacionais. [14]

Para sustentar esses nveis de crescimento, tanto econmico quanto

populacional, torna-se necessrio um fornecimento de energia adequado e de operao

interligada. Esta parte do estudo ser responsvel por apresentar os resultados das

anlises de fluxo de potncia em regime permanente e em contingncias para a conexo

desses sistemas ao SIN. Sero analisados os cenrios de mxima exportao da Regio

Norte para a Regio Nordeste e de mxima exportao da Regio Norte para a Regio

Sudeste, de acordo com as definies que sero apresentadas a seguir, considerando a

configurao do SIN no horizonte do ano de 2013.

3.2 Interligaes Regionais

A operao do Sistema Interligado Nacional de forma coordenada,

aproveitando-se as diversidades hidrolgicas existentes entre as bacias hidrogrficas

49

nacionais, proporciona maior disponibilidade de energia do que a operao de cada

subsistema isoladamente. Para viabilizar a transferncia de energia entre as bacias

localizadas nas diferentes regies geogrficas do extenso territrio brasileiro, com a

conseqente otimizao da gerao de energia, so utilizadas as interligaes

regionais.[15]

Para realizar esse estudo, sero consideradas as interligaes entre os

subsistemas das Regies Norte, Nordeste e Sudeste. As conexes deste sistema de

500 kV, conforme apresentado pela figura 3-1, considerando a Regio Norte como

referncia so:

Com a Regio Nordeste: nas subestaes de Teresina II e Boa Esperana, no

Estado do Piau, atravs dos circuitos Presidente Dutra Teresina II (C1 e C2) e

Presidente Dutra Boa Esperana e nas subestaes So Joo do Piau e

Sobradinho nos estados do Piau e da Bahia respectivamente, atravs do circuito

Colinas - Ribeiro Gonalves So Joo do Piau Sobradinho, sendo que esse

ltimo trecho representa a duplicao dos circuitos entre So Joo do Piau e

Sobradinho. Essa interligao foi concebida inicialmente para escoar a gerao

excedente na UHE Tucuru da Regio Norte para a Regio Nordeste e

atualmente possibilita a troca de energia tambm com a regio Sudeste. Est

prevista para janeiro de 2011 a expanso da interligao Norte - Nordeste

atravs do 2 circuito da LT 500 kV Colinas - Ribeiro Gonalves - So Joo do

Piau e do circuito 500 kV So Joo do Piau Milagres.

Com a regio Sudeste: na subestao de Miracema, no Estado do Tocantins. A

interligao entre as regies Norte e Sudeste, denominada de interligao Norte-

Sul, constituda atualmente por um sistema de transmisso composto por trs

circuitos em 500 kV entre as subestaes de Itacainas/Imperatriz, no Estado do

Maranho, e a subestao de Serra da Mesa, no Estado de Gois, passando pelas

subestaes de Colinas, Miracema e Gurupi, no Estado do Tocantins.

A interligao entre as regies Sudeste e Nordeste feita atravs da LT 500 kV

Serra da Mesa II Rio das guas Bom Jesus da Lapa II - Ibicoara Sapeau

Camaari II, denominada de interligao Sudeste-Nordeste, com cerca de 1100 km de

extenso, passando pelos Estados de Gois e Bahia, tambm mostrada na figura 3-1.

50

Figura 3-1 - Interligao Norte-Nordeste

3.2.1 A Interligao Tucuru-Macap-Manaus

A Interligao Tucuru-Macap-Manaus ser composta por sete linhas de

transmisso em circuito duplo com extenso total aproximada de 1.800 km que

conectaro oito subestaes, das quais sete so totalmente novas, e perpassaro regies

de difcil acesso, com travessias de rios de grande porte e outros desafios. Durante a

escolha da alternativa para integrao da Amaznia ao SIN, os responsveis pelo

planejamento do setor eltrico buscaram uma soluo de menor custo global e de menor

impacto ambiental o que facilitaria o licenciamento para construo das instalaes. O

investimento estimado ser de aproximadamente 3 bilhes de reais.[16] A figura 3-2

mostra geograficamente a localizao da interligao.

51

Figura 3-2 - Disposio geogrfica da interligao

Os estudos de planejamento realizados pelo CCPE (Comit Coordenador do

Planejamento da Expanso dos Sistemas Eltricos) e pelo CTET (Comit Tcnico para

Expanso da Transmisso) recomendaram a utilizao de um circuito duplo na tenso

de 500 kV, 4x954 MCM, desde a subestao na usina hidreltrica de Tucuru at a

cidade de Manaus, na rota pela margem esquerda do rio Amazonas, contemplando

quatro subestaes intermedirias de 500 kV nas proximidades de Xingu, Jurupari,

Oriximin e Itacoatiara.

A partir da subestao de Oriximin est previsto o atendimento s comunidades

situadas na margem esquerda do rio Amazonas. Para atender cidade de Macap foi

recomendado um circuito duplo na tenso de 230 kV, 2x795 MCM, a partir da SE

Jurupari, com seccionamento em Laranjal do Jari, conforme diagrama unifilar

apresentado na figura 3-3. Recomendou-se ainda, a instalao de compensadores

estticos de +200/-200 Mvar nas subestaes 500 kV de Jurupari, Oriximin e

Itacoatiara e um de +100/-100 Mvar na subestao de 230 kV de Macap, para

assegurar o adequado desempenho da interligao.[17]

52

O sistema de transmisso assim dimensionado tem capacidade suficiente para

atender uma carga de at 1.730 MW. Para fazer frente ao crescimento de demanda

previsto para a regio, esse sistema apresenta compensao srie de 70% em cada trecho

de linha de 500 kV, para aumentar a capacidade de suprimento a um mercado regional

de at 2.530 MW.

Figura 3-3 - Diagrama unifilar da interligao Tucuru-Macap-Manaus

Os parmetros eltricos das linhas da interligao so representados de acordo

com a modelagem pi-equivalente, apresentada no item Linhas de Transmisso da seo

de Modelagem matemtica para o estudo de fluxo de potncia, segundo as informaes

contidas na tabela 3-1.

Tabela 3-1 - Parmetros de linha da interligao

Linha de Transmisso Extenso (km) r(%) x(%) B(MVAr)

Tucuru - Xingu 500kV 270 0,177 2,769 418,5

Xingu - Jurupari 500kV 257 0,173 2,698 407,2

Jurupari - Oriximina 500kV 370 0,239 3,808 592,2

Oriximin - Itacoatiara 500kV 370 0,239 3,808 592,2

Itacoatiara - Lechuga 500kV 211 0,144 2,228 333,3

53

Para o controle de tenso na interligao, podem ser utilizados os seguintes

equipamentos, em cada subestao, conforme as informaes mostradas nas tabelas

tabela 3-2 e tabela 3-3 de acordo tambm com a modelagem matemtica de

componentes de rede:

Tabela 3-2 - Equipamentos de barra para controle de tenso

SE Reator de barra manobrvel

(MVAr)

Compensador esttico

(MVAr)

Xingu 136 -

Jurupari 136 +200/-200

Oriximin 200 +200/-200

Itacoatiara - +200/-200

Macap - +100/-100

Tabela 3-3 - Equipamentos de linha

Linha de Transmisso Reator de linha (MVAr) SE

Tucuru - Xingu 500kV 136 Xingu

Xingu - Jurupari 500kV 136 Xingu e Jurupari

Jurupari - Oriximin 500kV 200 Jurupari e Oriximin

Oriximin - Itacoatiara 500kV 200 Oriximin e Itacoatiara

Itacoatiara - Lechuga 500kV 110 Itacoatiara e Lechuga

Laranjal - Macap 230kV 25 Laranjal e Macap

3.2.2 Principais fluxos nas interligaes

A partir das determinaes das fronteiras entre os sistemas regionais mostradas

anteriormente, esta seo tem por objetivo trazer as definies dos principais fluxos de

potncia, agrupando os fluxos de cada circuito em blocos conforme apresentado nas

informaes da figura 3-4 e da tabela 3-4 abaixo.

54

Figura 3-4 - Principais fluxos entre as Regies Norte, Nordeste e Sudeste

Tabela 3-4- Determinao dos principais fluxos nas interligaes das regies Norte, Nordeste e Sudeste.

Exportao do

Norte

(EXPN)

Somatrio do fluxo de potncia ativa nas seguintes instalaes:

LT 500 kV Presidente Dutra-Teresina II C1 e C2;

LT 500 kV Presidente Dutra-Boa Esperana;

LT 500 kV Colinas-Ribeiro Gonalves C1 e, futuramente C2;

LT 230 kV Peritor-Teresina (*) e

LT 500 kV Colinas-Miracema (*) C1, C2 e C3.

*Com valor positivo para o fluxo que sai de Presidente Dutra,

Colinas e Peritor.

55

Recebimento do

Nordeste

(RNE)



LT 500 kV Presidente Dutra-Boa Esperana;

LT 500 kV Colinas-Ribeiro Gonalves C1;

LT 230 kV Peritor-Teresina (*) e

LT 500 kV Serra da Mesa 2-Rio das guas.

*Com valor positivo para o fluxo que sai de Presidente Dutra,

Colinas, Peritor e Serra da Mesa 2.

Exportao do

SE NNE

(EXPSE)


LT 500 kV Miracema-Colinas C1, C2 e C3 e

LT 500 kV Serra da Mesa 2-Rio das guas.

Com valor positivo para o fluxo que sai de Miracema e

Serra da Mesa 2.

Fluxo NNE

(FNE)



LT 500 kV Presidente

Impactos Interligação TC MCP MN

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