Luís Carlos Origa de Oliveira - Faculdade de Engenharia · correntes de magnetização...
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Luís Carlos Origa de Oliveira
Compensação de Sistemas Elétricos
Desequilíbrios e Compensação
1
A Batalha dos Sistemas
Edison Westinghouse Tesla
X
Corrente Contínua Corrente Alternada
embate decisivo foi no processo licitatório para escolha do sistema de geração e distribuição de energia
elétrica de Niagara Falls para alimentar a cidade de Buffalo situada a 40 km de distância;
Morgan
Westinghouse Company ganhou com um orçamento substancialmente inferior (1890).
A primeira batalha foi vencida pela CA de Tesla
questões científicas envolvidas nessa disputa favorecia da CA;
para desqualificar o uso da CA, os defensores da CC se apoiavam na demonstração dos perigos oferecidos
pelo uso da CA;
2
T&D em Corrente Alternada
Geração com forma
de onda senoidal
Derivadas e integrais
são funções senoidais
“Transformador”
Adequação dos níveis de tensão
Faraday / Maxwell
1864
3
Estratégia na T&D da Energia Elétrica
V.I
S
R.I2 R.I2
V.I Controle do nível da
tensão de transmissão
. corrente menor
Redução das perdas
na transmissão
Tensão no gerador
. limite de isolamento do gerador
. Adequada para o consumidor
Perdas elevadas
na transmissão
C Uso final Controle do nível
para uso final V.I
C.A. C.C.
4
T&D em C.A. Trifásica
A padronização das redes de transmissão e distribuição de energia elétrica.
Otimização da transferência de potência;
Máquinas elétricas sem uso de coletores para acionamento de cargas com velocidade constante.
Sistema trifásico de tensões: Geração simultânea de três tensões com
a mesma amplitude com defasagens
angulares de 120 entre si.
5
A Hegemonia do T&D em CA
Constituição básica de um sistemas de transmissão em CA
1890
1950
60 anos
6
Desequilíbrios (definições)
-10000
-7500
-5000
-2500
0
2500
5000
7500
10000
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Voltage Imbalance of 2.5%
Electrotek/EPRI PQView®
Volta
ge (V
)
Time (s)
Va Vb Vc
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
8 Sat
Feb 2003
15 Sat 22 Sat 1 Sat
Voltage Imbalance at Medium Voltage SubstationComputed from Line-Neutral Phases
Electrotek/EPRI PQView®Time
Min[V Imbalance Avg LN] (%) Avg[V Imbalance Avg LN] (%)
Max[V Imbalance Avg LN] (%)
O desequilíbrio de tensão é o fenômeno associado a alterações dos padrões trifásicos de
uma rede elétrica ( tensões com mesma amplitude por fase e defasamentos angulares de 120o )
Definição:
7
Desequilíbrios (causas )
Linhas aéreas de transmissão com disposição física assimétrica e sem transposição. Este é o caso das linhas em
que os condutores são alinhados no mesmo plano horizontal ou vertical. Nestas configurações, a fase central
apresenta uma impedância da ordem de 6 a 7% inferior às impedâncias das fases mais externas para linhas de 69 ou
13,8 kV.
Cargas, devido a distribuição irregular por fase, que pode estar variando continuamente através de um sistema de
potência trifásico.
Transformadores trifásicos, devido às diferenças magnéticas oriundas da sua própria construção, resultam em
correntes de magnetização ligeiramente diferentes para as três fases.
Anomalias no sistema, como a abertura de um condutor, falha na isolação de um equipamento ou a abertura de
fusíveis em uma das fases de um banco de capacitores (responsáveis pelos desequilíbrios superiores a 5%).
No campo industrial, uma das principais fontes de desequilíbrios está no emprego de fornos elétricos trifásicos a
arco. Durante o processo de fusão e refino a carga elétrica equivalente provoca diferentes carregamentos entre as
fases, originando altas correntes desequilibradas que provocam grandes desequilíbrios nas tensões.
Principais causas:
8
Fasores desequilibrados de um sistema trifásico podem ser representados
por três sistemas equilibrados de fasores.
Componentes de Sequência Positiva: Três fasores iguais em módulo, defasados de 120 e
tendo a mesma seqüência que os fasores originais
Componentes de Sequência Negativa: Três fasores iguais em módulo, defasados de 120, e
tendo a seqüência de fase oposta a dos fasores originais.
Componentes de Sequência Zero: Três fasores iguais em módulo e em fase.
Metodologia das Componentes Simétricas ( Fortescue, 1918 )
Redes Desequilibradas (métodos de análise)
9
Componentes Simétricas:
Redes Desequilibradas (métodos de análise)
Sistema
Elétrico Real
Desequilibrado
Sub Sistema Elétrico
Equilibrado
De Sequencia Positiva
Sub Sistema Elétrico
Equilibrado
De Sequencia Negativa
Sub Sistema Elétrico
De Sequencia Zero
T-1
T
10
Fasores desequilibrados Va, Vb, e Vc
2
1
0
2
2
1
1
111
a
a
a
c
b
a
V
V
V
.
αα
αα
V
V
V
210 aaaa VVVV
21
2
0 aaab VVVV
2
2
10 aaac VVVV
021 aaaa VVVV
021 bbbb VVVV
021 cccc VVVV
012ΤVV abc
Em relação à fase A:
Pela definição:
α = 1120
Representação Matricial
c
b
a
a
a
a
V
V
V
.
αα
αα
V
V
V
2
2
2
1
0
1
1
111
3
1
abcVΤV1
012
Metodologia das Componentes Simetricas (Fortescue, 1918)
Redes Desequilibradas (métodos de análise)
11
Va 2
Vb 2
Vc 2
Va 1 Vc 1
Vb 1
Va0=Vb0=Vc0
Vb 1
Va 0
Vb 0
Vc 0
Va 2
Vb 2
Vc 2 Va 1
Vc 1
Va
Vc
Vb
Exemplo:
Redes Desequilibradas (métodos de análise)
12
Baseado nas componentes sequenciais define-se:
Sistema trifásico impuro:
Sistema trifásico simétrico:
Sistema trifásico puro:
V1 ≠0 ou V2 ≠0 e V0=0
V1 ≠0 e V2 ≠0 e V0=0
V1 ≠0 e V2 ≠0 e V0 ≠0
Redes Desequilibradas (métodos de análise)
13
Fluxo de correntes de sequencia zero pelos condutores neutros. Deslocamento de neutro das cargas
monofásicas em relação a referência de neutro do sistema.
Dispositivos para o controle e regulação de tensão responderão indevidamente se as tensões se apresentam
desequilibradas. Já foram registradas ocorrências em que o equipamento regulador de tensão elevou a tensão
quando, de fato, deveria reduzi-la.
Aumento das perdas nas linhas e no complexo elétrico como um todo. Estas perdas não apenas resultam em
gastos financeiros indevidos, como também, implicam em redução das potências úteis disponíveis de linhas e
equipamentos.
Aquecimento e oscilações de torque em máquinas elétricas, vibrações e perda de vida útil dos mancais .
Principais consequências:
Desequilíbrios (efeitos)
14
Motores e geradores
Grande quantidade
Sensibilidade elevada
Impedância Z2 (0,2 a 0,4 Z1)
I2 ( elevada)
•Torques oscilantes
•Aquecimento
Sequência positiva
Sequência negativa
FD (%) ( I2 )
0.0 0 0 ºC
2.0 15 5 ºC
3.5 27 15 ºC
5.0 38 30 ºC
Fator de degradação da potência disponível
Aumento da temperatura de operação
Principais consequências:
Desequilíbrios ( derating )
15
Avaliação do nível de desequilíbrio em redes elétricas
Desequilíbrios (Quantificação)
16
O valor de referência nos barramentos do sistema de distribuição, com exceção da BT, deve ser igual ou
inferior a 2%. (PRODIST/ANEEL Modulo 8 / itens 5.6.1 – valor de referência).
100..631
.631
FD 2222
444
cabcab
cabcab
VVV
VVV
100.
V
VFD
Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional
PRODIST - Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica
Definição: Determinação:
Normas e Recomendações
Desequilíbrios (regulamentação)
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