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SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA “SEP” Prof. Gênova 15 de março de 2021 SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA- SEP UHE DE LUIZ GONZAGA - CHESF Sistema Elétrico de Potência 13,8kV – PA-I-II-III-Apolônio Sales 16kV- Luiz Gonzaga 18kV – PA-IV, Xingo / 230 ou 500kV Complexo de UHEs Chesf no Rio São Francisco Bobinas de armadura Bobinas de campo Sistema Elétrico de Potência 1. Definição clássica de SEP: Um Sistema Elétrico de Potência é constituído em 3 (três) segmentos básicos principais: – As usinas geradoras – as Linhas de Transmissão – e os Sistemas de Distribuição. *Livro Elementos de Análise de Sistemas de Potência, Capitulo1-Fundamentos Gerais; Definição de SEP de acordo com a NR-10 É o conjunto das instalações e equipamentos destinados à geração, transmissão e distribuição de energia elétrica até a medição, inclusive. O SEP deve ser concebido para atendimento das cargas com padrões de qualidade, confiabilidade, disponibilidade segurança das pessoas, animais e bens, a um menor custo e com foco no meio ambiente. Continuação de conceito do SEP Geração, transmissão e distribuição são os segmentos do SEP que viabilizam a utilização da energia elétrica de forma segura e confiável, através dos geradores, transformadores, subestações, barramentos, linhas de transmissão, redes de distribuição e os sistemas desenvolvidos (operação, manutenção, proteção, controle, automação). Transporte de grandes blocos de energia entre as usinas geradoras e os centros de carga, através das Linhas de Transmissão, compondo o SIN – Sistema Interligado Nacional,. 4 cabos por fase Cabo pára- raios • DE ACORDO COM O SITE DA ONS-OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA, DEFINE-SE E APRESENTA O SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL-SIN • O sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil é um sistema hidro-termo-eólico de grande porte, com predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários. O Sistema Interligado Nacional é constituído por quatro subsistemas: Sul, Sudeste/Centro-Oeste, Nordeste e a maior parte da região Norte. A interconexão dos sistemas elétricos, por meio da malha de transmissão, propicia a transferência de energia entre subsistemas, permite a obtenção de ganhos sinérgicos e explora a diversidade entre os regimes hidrológicos das bacias. A integração dos recursos de geração e transmissão permite o atendimento ao mercado com segurança e economicidade. A capacidade instalada de geração do SIN é composta, principalmente, por usinas hidrelétricas distribuídas em dezesseis bacias hidrográficas nas diferentes regiões do país (Tocantins, Xingú, Madeira, Tapajós, São Francisco, Parnaíba, Rio Grande, Paranaíba, Paraguai, Paraná, Tietê, Paranapanema, Paraíba do Sul, Iguaçú, Uruguai e Jacui). Nos últimos anos, a instalação de usinas eólicas, principalmente nas regiões Nordeste e Sul, apresentou um forte crescimento, aumentando a importância dessa geração para o atendimento do mercado. As usinas térmicas, em geral localizadas nas proximidades dos principais centros de carga, desempenham papel estratégico relevante, pois contribuem para a segurança do SIN. Essas usinas são “despachadas” em função das condições hidrológicas vigentes, permitindo a gestão dos estoques de água armazenada nos reservatórios das usinas hidrelétricas, para assegurar o atendimento futuro. Os sistemas de transmissão integram as diferentes fontes de produção de energia e possibilitam o suprimento do mercado consumidor. Fonte: ONS Informações sobre o SIN O que é o SIN MAPAS LTs em Corrente Contínua (Bipolar): LT Itaipú/Ibiúna – 600KV(+/-): 790km LT Araraquara/Porto Velho – 600KV(+/-): 2.400km LT Rio Grande/Belo Monte-Xingú – 800KV (+/-): 2.518km(2019) Usinas Hidrelétricas da área: UHE Itaipú: 7x700MW+7x700MW=14.000MW UHE Santo Antônio: 4x69,5MW+8x73,2MW+16x69,5MW+ +16x72,3MW=3146MW UHE Jiraú: 25x75MW+15x75MW=3000MW UHE Balbina: 5x50MW=250MW; UHE Belo Monte :18x611,11MW+6x38,55MW=11.231,3MW; UHE Tucuruí: 12x350MW+11x390MW= 8.490MW Usinas Hidrelétricas do S.Fco: UHE 3 Marias: 6x66MW=396MW UHE Sobradinho:6x175MW =1050MW. UHE Luiz Gonzaga: 6x250MW =1500MW UHE A.Sales: 4x100MW=400MW UHEs PA I-II-III: 1423MW UHE PA IV: 6x410MW=2460MW UHE Xingó: 6x527MW=3.162MW MLG QXD PCD SBT FTD Integração Eletroenergética Principais bacias hidrográficas Detalhes da interligação do sistema norte com o SIN – 2019 Levando a energia de Tucuruí a Macapá e Manáus Cruzamento da Linha de transmissão sobre o Rio Amazonas com torres de 320m de altura Torre da LT ancorada no leito do rio (30m de profundidade) sobre estacas raízes e blocos de concreto. • Ver o filme “Atravessando o Amazonas” • No canal Youtube. • Construção da linha de transmissão em 500kV para interligar a UHE de Tucuruí as cidades de Manáus e Macapá, interligando ao SIN. Obra executada entre novembro de 2011 e o ano de 2012. • Subestação Juruparí com 7 transformadores de 500/230KV – 1610MW – 7x250MVA Eólicas não interligadas ao sistema ENEL Eólicas não interligadas ao sistema ENEL Enel-Ce Usinas Eólicas interligadas ao sistema elétrico da Enel-Ce COMO É PRODUZIDA A ENERGIA ELÉTRICA NAS USINAS HIDROELÉTRICAS E OS CAMINHOS ATÉ OS CENTROS CONSUMIDORES 2 4 5 7 9 10 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 6 11 12 1 3 IFCE Prof. Gênova 69/13,8KV 13,8KV/380/220V 230/69KV 13,8/230KV 8 LEGENDA: 1 Reservatório 12 Leito natural do rio 2 Barragem 13 Transformador elevador 3 Tomada d’água 14 Linha de transmissão (230 ou 500kV) 4 Comporta da tomada d’água 15 Subestação abaixadora 5 Conduto forçado 16 Linha de subtransmissão (69kV) 6 Caracol (caixa espiral) 17 Subestação abaixadora 7 Pré-Distribuidor e Distribuidor 18 Rede de distribuição MT (13,8kV) 8 Turbina hidráulica 19 Transformador de poste 9 Tubo de Sucção e Canal de fuga 20 Rede secundária (BT) (380/220V) 10 Gerador síncrono(rotor-estator- excitatriz) 21 Medição de energia 11 Comporta do canal de fuga 22 Unidade consumidora-UC Usina termoelétrica Aspecto de uma usina nuclear na França Usina nuclear Usina Eólica do Mucuripe 2. A IMPORTÂNCIA DO SISTEMA ELÉTRICO A utilização da energia elétrica no mundo moderno continua cada vez mais crescente nas diversas aplicações, não obstante as constantes pesquisas e utilizações em outras formas de energia. O Brasil em suas dimensões continentais, com cerca de 8,5 milhões de quilômetros quadrados, e mais de 7 mil quilômetros de litoral, condições de solo e clima favoráveis, possui um dos maiores e melhores potenciais energéticos do mundo. Se por um lado as reserva de combustíveis fósseis são relativamente reduzidas, por outro, os potenciais hidráulicos, a irradiação solar, a energia da biomassa e a força dos ventos são suficientemente abundantes para garantir a autossuficiência energética do país. Apesar dessa abundância, apenas duas fontes energéticas, hidráulica e petróleo, têm sido extensivamente aproveitadas. Cerca de 65,2% do suprimento de energia elétrica do país tem origem hidráulica, 19,70% de origem térmica (gás natural, der. Petróleo, carvão e der. e nuclear) e 15,1% nas demais formas (Biomassa, solar e eólica). Conceitos de Matriz Energética e Matriz Elétrica. Conceito de Matriz Energética Matriz energética é uma representação quantitativa de todos os recursos energéticos disponíveis (em um determinado território, região, país ou continente) para serem utilizados nos diversos processos produtivos. Pode ser comparado com o conceito de TPES=Total Primary Energy Suplle, ou Oferta Total de Energia Primária, onde as fontes primárias correspondem a: Fontes Primárias PetróleoSol Gás Natural Vento Carvão Fontes Geotérmicas Urânio Biomassa Água • Análise da Matriz Energética é fundamental para orientar o planejamento do setor energético, nos seguintes segmentos: • Produção,Transporte, Inovação, Manejo, Venda. No Brasil a Matriz Energética é representada pelo consumo final por fonte: F o n te : M M E /E P E (E m p re s a d e P e s q u is a E n e rg é ti c a ), 2 0 1 9 , b a s e 2 0 1 8 Fonte 2018 2017 Óleo Diesel 16,7% 18,1% Eletricidade 18,0% 17,5% Outras Fontes 17,4% 16,0% Bagaço de cana 10,8% 11,3% Gasolina 8,4% 9,6% Gás Natural 7,7% 7,4% Lenha 6,6% 6,5% Etanol 6,4% 5,5% GLP 3,2% 3,2% Lixívia 2,7% 2,5% Óleo combustível 0,8% 1,1% Querosene 1,3% 1,3% TOTAL 100% 100% • Conceito de Matriz Elétrica • A matriz elétrica representa a quantidade de processos produtivos aplicados para geração de energia elétrica: • No Brasil a Matriz Elétrica é representada pelos seguintes itens: Forma de energia 2018 2017 Hidráulica 66,6% 65,2% Gás Natural 8,6% 10,6% Biomassa 8,5% 8,2% Derivados de Petróleo 2,4% 3,0% Carvão e derivados 3,2% 3,6% Nuclear 2,5% 2,5% Solar 0,5% 0,1% Eólica 7,6% 6,8% Total 100% 100% Apesar da importância dessas fontes, a conjuntura atual do setor elétrico brasileiro, com o crescimento da demanda, escassez de oferta e restrições financeiras, socioeconômicas e ambientais à expansão dos sistemas, indica que o suprimento futuro de energia elétrica exigirá maior aproveitamento das fontes renováveis.(Já é uma realidade, ver gráfico da evolução da eólica). A produção e o transporte de energia em suas várias formas de um lugar a outro, e a conversão desta para outras formas mais úteis, até os grandes centros consumidores ou mesmo para unidades consumidoras mais isoladas no campo, são componentes essenciais que fazem parte de um sistema elétrico de potência (SEP). GWh 3. Qualidade da Energia Elétrica Quando nos reportamos às condições atuais do suprimento e consumo energético do país, verificamos que está necessidade de energia elétrica tem exigido cada vez mais uma alta qualidade do produto e dos serviços, que atualmente são normalizados pela ANEEL através dos Procedimentos de Distribuição – PRODIST (Módulo 8) Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica 1 OBJETIVO 1.1 Estabelecer os procedimentos relativos à qualidade da energia elétrica - QEE, abordando a qualidade do produto e a qualidade do serviço. 1.2 Para a qualidade do produto,. QUALIDADE DO PRODUTO: define a terminologia, caracteriza os fenômenos e estabelece os indicadores e limites ou valores de referência relativos à conformidade de tensão em regime permanente e às perturbações na forma de onda de tensão; Assunto: Introdução Seção: 8.0 Revisão: 9 Data de Vigência: 01/01/2018 Página: 4 de 84 Procedimentos de Distribuição 1.3 QUALIDADE DO SERVIÇO: define os conjuntos de unidades consumidoras, estabelece as definições, os limites e os procedimentos relativos aos indicadores de continuidade e dos tempos de atendimento; O PRODIST é segmentado em dois pilares (qualidade do produto e qualidade dos serviços), que podem ser traduzidos como tensões de suprimento adequadas, alta continuidade dos serviços e forma de onda sem distorções harmônicas ou atenuadas. I – Qualidade do Produto II- Qualidade dos Serviços Qualidade da Energia Elétrica I- Qualidade do Produto Caracterizam os fenômenos e estabelece os parâmetros e valores de referência relativos à conformidade de tensão em regime permanente e em regime transitório, implicando nas perturbações na forma de onda de tensão: I) Regime permanente i. Tensão em regime permanente ii. Fator de Potência iii. Harmônicos iv. Desequilíbrio de tensão v. Flutuação de Tensão vi. Variação de frequência II) Regime transitório: i) Variações de tensão de curta duração (VTCD) II – Qualidade dos Serviços Estabelece procedimentos relativos aos indicadores de continuidade e dos tempos de atendimento Estabelece procedimentos relativos à qualidade do serviço prestado pelas distribuidoras aos consumidores a às distribuidoras acessantes. 1. Indicadores de Continuidade: São os indicadores operativos DEC e FEC, DIC e FIC 2. Tempos de atendimento: • Tempo médio de preparação, • tempo médio de deslocamento, • tempo médio de execução, • tempo médio de atendimento de emergência . I- Qualidade do produto: Regime permanente: Parâmetros ligados ao valor de tensão: i. Tensão em regime permanente; Crítica TR + ∆(Ad.Sup. + Pr.Sup.) Precária TR + ∆(Ad.Sup.) Adequada TR (Tensão Nominal) Precária TR - ∆(Ad. Inf.) Crítica TR - ∆(Ad.Inf. + Pr.Inf.) • A tensão de suprimento adequada pode ser aferida através das medições em tempo real, desde a geração até os pontos de distribuição e consumo, de acordo com valores previamente estabelecidos e padronizados pelo órgão regulador. A resolução normativa 794/2017 (10ª Revisão) da ANELL, com vigência a partir de 01/01/2018, define os limites adequados, precários e críticos da tensão de fornecimento, nos vários níveis e classes de tensão padronizadas, e mantém uma sistemática de monitoramento e acompanhamento junto aos distribuidores de energia elétrica, de forma que a qualidade do produto seja atendida. Com o advento e o avanço da eletrônica de potência e dos sistemas automatizados, hoje as medições podem ser aquizitadas remotamente através da transmissão de dados para os centros de controle ou mesmo através da instalação de aparelhos digitais com memória de massa capazes de registrar um ciclo completo, com uma precisão a níveis excelentes e um mínimo de erro. ii. Fator de Potência O valor do fator de potência deverá ser calculado a partir dos valores registrados das potências ativa (P) e reativa (Q) ou das respectivas energias (EA, ER): P EA fp = ou fp = √ P2 + Q2 √ EA2 + ER2 Valores de referência de fp: Para UCs com tensão < 230kV, fator de potência no ponto de conexão deve estar compreendido entre 0,92 e 1,00 indutivo ou 1,00 e 0,92 capacitivo. 0,92 < fpindutivo < 1,0 ou 1,0 > fp capacitivo > 0,92 Para outros valores de tensão seguir o procedimento de redes. iii. Harmônicos - Distorções Harmônicas A qualidade da energia tem sido alvo de muito interesse e discussão nos últimos anos. A forma de onda que representa a corrente alternada é a seguinte: V = Vmáx .sen(ωt), onde ω = frequência angular = 2f e f = frequência da rede = 60Hz. A forma de onda dada por esta expressão é denominada de forma de onda fundamental ou primeiro harmônico. O problema de harmônicos em sistemas de potência não é de hoje, no entanto devido ao crescente aumento das cargas não lineares conectadas ao sistema elétrico, os níveis de harmônicos vêm aumentando consideravelmente. Quando a forma de onda senoidal se apresenta deformada, dizemos que esta forma de onda contém harmônicos. Os harmônicos são senoídes com frequências múltiplas da fundamental (60Hz), que são obtidas matematicamente através da Série de Fourier. Veja exemplo a seguir: Uma forma de onda qualquer, desde que seja periódica, pode ser escrita como um somatório de ondas senoidais. O 1º termo do somatório corresponde a freqüência fundamental (60Hz), e os outros termos correspondem aos harmônicos. Série trigonométrica de Fourier: f(t) • Fig. 01 – Onda senoidal fundamental (60Hz) e de 5ª ordem (5x60Hz=300Hz) Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V • Fig. 01 – Onda senoidal fundamental (60Hz) e de 5ª ordem (5x60Hz=300Hz) Time 0s10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V • Fig. 02 – Forma de onda resultante com o conteúdo harmônico de 5ª ordem (soma da senóide fundamental com a de 5ª ordem) Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V • Fig. 02 – Forma de onda resultante com o conteúdo harmônico de 5ª ordem (soma da senóide fundamental com a de 5ª ordem) Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Os efeitos das harmônicas na rede elétrica podem ser resumidos nos seguintes itens: 3.1- Sobrecarga em banco de capacitores; 3.2- Interferência em sistemas controle/ comunicação; 3.3-Perdas adicionais e aquecimento em motores e transformadores (perdas no ferro e no cobre); 3.4- Sobretensões e correntes excessivas devido ao efeito da ressonância; 3.5- Operação indevida de relés de proteção; 3.6- Erro em Medições implicando em maior custo; 3.7- Outros. As distorções harmônicas podem ser atenuadas ou mesmo eliminadas através do emprego de filtros de harmônicas, ou através do bloqueio no software do relé digital, uma vez que se torna praticamente impossível a não utilização de aparelhos que provocam o surgimento de distorções na onda senoidal ou que possuam fontes chaveadas, tais como: lâmpadas fluorescentes compactas, inversores de frequência, variadores de velocidade, acionamentos tiristorizados, acionamentos em CC ou CA, retificadores, drives, conversores eletrônicos de potência, fornos de indução e a arco, no-breaks, máquina de solda a arco e demais aparelhos que utilizam a tecnologia da eletrônica de potência. • Na área de subestações foi verificado que quando da energização do transformador de potência (corrente de inrush) surgem harmônicos de 2ª ordem e quando da sobreexcitação (saturação do núcleo), predominam harmônicos de 5ª ordem o que poderá operar inadequadamente o relé diferencial (87), com o desligamento intempestivo do transformador. • Para eliminar estas situações é possível inibir as harmônicas de 2ª e 5ª ordem nos relés digitais. Fundamental (1X60Hz) Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Fundamental (1X60Hz) Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Fundamental e 2ª Harmônica (2x60Hz) Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Fundamental e 2ª Harmônica (2x60Hz) Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vf:+) V(Vh1:+) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Fundamental e 2ª Harmônica Fundamental e 2ª Harmônica Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vf:+) V(Vh1:+) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Sinal resultante com componente de 2ª ordem Sinal resultante com componente de 2ª ordem Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Fundamental e 5ª Harmônica (5x60Hz) Fundamental e 5ª Harmônica (5x60Hz) Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) V(Vf:+) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Superposição da Fundamental e 5ª Harmônica Superposição da Fundamental e 5ª Harmônica Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) V(Vf:+) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Sinal resultante com componente de 5ª ordem Sinal resultante com componente de 5ª ordem Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) V(Vh1:-,Vh2:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Fundamental, 2ª e 5ª Harmônica (1x60Hz+2x60Hz+5x60Hz) Fundamental, 2ª e 5ª Harmônica (1x60Hz+2x60Hz+5x60Hz) Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) V(Vh1:-,Vh2:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) V(Vh1:-,Vh2:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Fundamental, 2ª e 5ª Harmônica Fundamental, 2ª e 5ª Harmônica Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) V(Vf:+,Vf:-) V(Vh1:+,Vh1:-) V(Vh1:-,Vh2:-) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V Sinal resultante com componentes de 2ª e 5ª ordem Sinal resultante com componentes de 2ª e 5ª ordem Time 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms V(Vf:+,0) -150V -100V -50V -0V 50V 100V 150V iv. Desequilíbrio de tensão É o fenômeno associado as alterações dos padrões trifásicos do sistema de distribuição. Em um sistema trifásico ideal, as tensões nas três fases possuem a mesma amplitude e estão defasadas entre si de 120 graus. O desequilíbrio de tensão em um sistema elétrico trifásico é uma condição na qual as fases apresentam tensão com módulos diferentes entre si, ou defasagem angular entre as fases diferentes de 120 graus ou, ainda, as duas condições simultaneamente. • O desequilíbrio de tensão provoca efeitos no sistema elétrico, tais como: • sobreaquecimentos e redução da vida útil em motores, transformadores e cabos, mau funcionamento e falhas dos dispositivos de proteção. • Valores de Referência • O PRODIST determina que o valor de referência para o desequilíbrio de tensão nos barramentos do sistema de distribuição, com exceção da baixa tensão, deve ser igual ou inferior a 2%. Tal valor deve ser adotado para o planejamento do sistema elétrico em termos de qualidade da energia elétrica. • Os Procedimentos de Rede definem os limites para os desequilíbrios de tensão. São definidos dois tipos de limites: • limite global dos barramentos igual a 2%; • limite individual dos pontos de conexão igual a 1,5%. • O Módulo 8 estabelece que os limites serão estabelecidos em resolução específica, após um período experimental de coleta de dados. v. Flutuação de tensão (Flicker ou oscilação) Variação aleatória, repetitiva ou esporádica do valor eficaz da tensão e provoca incômodo visual, fadiga no trabalho devido a cintilação luminosa. • Flutuação de Tensão • As flutuações de tensão são oscilações provocadas por cargas variáveis. O principal efeito destas oscilações de tensão são cintilações em sistemas de iluminação, que provocam uma sensação desagradável aos olhos humanos (Kagan et. al, 2005). • Cargas industriais que exibem variações contínuas e rápidas na magnitude da corrente de carga podem causar variações na tensão que são frequentemente referidas como flicker ou oscilação. • Porém, flutuação de tensão é um fenômeno eletromagnético, enquanto flicker é o resultado indesejável da flutuação de tensão em algumas cargas, principalmente, em sistemas de iluminação. • Tais flutuações são geralmente causadas por cargas industriais e manifestam se de diferentes formas, a destacar: • Flutuações Aleatórias: A principal fonte destas flutuações são os fornos a arco, onde as amplitudes das oscilações dependem do estado de fusão do material, bem como do nível de curto- circuito da instalação. • Flutuações Repetitivas: Dentre as principais fontes geradorasde flutuações são: máquinas de solda, laminadores, elevadores de minas e ferrovias. • Flutuações Esporádicas: Relacionam-se às manobras de rede ou de carga. • Além das magnitudes envolvidas e frequência (60Hz) destas variações, quando comparadas à componente fundamental, o tempo de permanência destas sobre o sistema é o fator primordial para classificá-las entre VTCD e VTLD. No primeiro caso, o tempo associado é menor ou igual a três minutos, e em consequência deste, para o segundo caso, maior do que três minutos. • Os termos técnicos e suas definições relativas à VTCD constantes do Módulo 1 são apresentadas no que segue: • Afundamento momentâneo de tensão: Evento em que o valor eficaz da tensão do sistema se reduz, momentaneamente, para valores abaixo de 90% e acima de 10% da tensão nominal de operação, durante intervalo superior ou igual a um ciclo (1 ciclo=16,67ms) e inferior ou igual a 3 (três) segundos. • Afundamento temporário de tensão: Evento em que o valor eficaz da tensão do sistema se reduz, momentaneamente, para valores abaixo de 90% e acima de 10% da tensão nominal de operação, durante intervalo superior a 3 (três) segundos e inferior a 3 (três) minutos. vi. Variação de frequência Frequência nominal = 60Hz (no Brasil) O sistema de distribuição e as instalações de geração conectadas no sistema elétrico, devem, em condições normais de operação e em regime permanente, operarem dentro dos limites de frequência situados entre 59,9 Hz e 60,1 Hz. Havendo necessidade de corte de geração ou de carga para a recuperação do equilíbrio carga-geração, durante os distúrbios no sistema de distribuição, a frequência: vi.1. não pode exceder a 66 Hz ou ser inferior a 56,5 Hz em condições extremas. vi.2. Pode permanecer acima de 62 Hz por no máximo 30 segundos e acima de 63,5 Hz por no máximo 10 segundos; vi.3. Pode permanecer abaixo de 58,5 Hz por no máximo 10 segundos e abaixo de 57,5 Hz, por no máximo 5 segundos. • Hoje com os sistemas interligados a nível nacional, é preciso limitar as subfrequências ou sobrefrequências quando da ocorrências de grandes impactos para o sistema elétrico. • Foram então implantados os relés de subfrequência (função 81) nas diversas subestações do SIN, sendo denominado de ERAC = Esquema regional de alívio de carga, que devem atuar, dando trip, junto aos diversos disjuntores nos pontos de conexão afetados pela anomalia. Regime Transitório: i. Variação de tensão de curta duração São desvios significativos no valor eficaz da tensão em curto intervalo de tempo. Exemplo deste fenômeno são os chamados afundamentos de tensão. • Dentre os diversos problemas relacionados à qualidade do produto, observam-se os relativos aos níveis de tensão que se refletem nas variações de tensão de curta duração (VTCD) e variações de tensão de longa duração (VTLD). Vale lembrar que afundamento, elevação e interrupção momentânea ou temporária de tensão integram os fenômenos referentes à classe das VTCD; e subtensão, sobretensão e interrupção sustentada são alocadas à classe das VTLD. • Além das magnitudes envolvidas e frequência (60Hz) destas variações, quando comparadas à componente fundamental, o tempo de permanência destas sobre o sistema é o fator primordial para classificá-las entre VTCD e VTLD. No primeiro caso, o tempo associado é menor ou igual a três minutos, e em consequência deste, para o segundo caso, maior do que três minutos. Parâmetros ligados a qualidade dos serviços i) Continuidade do Serviço A continuidade do serviço é aferida através dos índices de continuidade do sistema, denominados de DEC e FEC, ou dos índices de continuidade de cada consumidor, denominados de DIC e FIC: DEC = Duração em horas que cada consumidor do conjunto considerado ficou sem energia; k ∑ Ca(i) x t(i) i=1 DEC = Cc FEC = Freqüência em que cada consumidor do conjunto considerado sofreu interrupção de energia, ou seja, é o número de faltas de energia. Ambos os índices traduzem o desempenho do sistema elétrico, mas quando analisado em detalhes e sob a ótica de cada segmento, o DEC pode representar o desempenho da operação, enquanto o FEC pode representar o desempenho da manutenção. k ∑ Ca(i) i=1 FEC = Cc Onde: • Ca(i) = Número de unidades consumidoras interrompidas em um evento (i), no período de apuração; • t(i) = Duração de cada evento (i) no período de apuração; • i = índice de eventos ocorridos no sistema que provocam interrupções em uma ou mais unidades consumidoras; • k = Número máximo de eventos no período considerado; • Cc = Número total de unidades consumidoras, do conjunto considerado, no final do período de apuração. • DIC = Duração em horas, que cada unidade consumidora alimentada em baixa tensão, do conjunto considerado, sofreu interrupção de energia elétrica. • FIC = Freqüência em que cada unidade consumidora alimentada em baixa tensão, do conjunto considerado, sofreu interrupção de energia. De acordo com o Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica do PRODIST, Revisão 10 (Módulo 8 do PRODIST) – Revisão 10 (Módulo 1 do PRODIST) – Revisão 10 Módulo 1 - Introdução ao PRODIST – Glossário de termos técnicos II. Tempos de atendimento: • Tempo médio de preparação, • tempo médio de deslocamento, • tempo médio de execução, • tempo médio de atendimento de emergência . A operação do sistema de potência é monitorado em tempo real através dos centros de controle do sistema (CCS) ou centro de controle da operação (COD) que acompanham os tempos de preparação, deslocamento e execução das turmas de prontidão (manutenção de emergência (196), de forma que os indicadores de duração (horas) da falta possam ser reduzidos no enfoque deste atendimento. Os Concessionários que são os responsáveis pela distribuição e comercialização da energia elétrica, e que não atenderem as metas estabelecidas para os seus índices de continuidade, ficam sujeitos a sanções que podem ser transformadas em pesadas multas, influenciando significativamente na receita financeira do conjunto mensurado. A qualidade de energia, a forma da onda fundamental também hoje já pode ser monitorada através de estações digitais, instaladas nos próprios consumidores industriais, ou mesmo nas subestações supridoras e distribuidoras, com a possibilidade do envio de dados remotamente através de modem, para os centros de acompanhamento e controle. Sistema de Potência Adequado Um sistema de potência bem elaborado corresponde a um número significativo de estações geradoras, interligadas entre si através de linhas de transmissão em circuitos duplos, triplos..., de forma que a energia total produzida possa ser utilizada em toda a região coberta pelo sistema interligado, daí a vantagem da concepção de um sistema de potência forte, bem consolidado e bem estruturado. Para que a premissa de se obter uma alta continuidade do serviço possa se tornar realidade, é imprescindível a adoção de uma política de manutenção preventiva e preditiva bem consolidada, e passar a considerar a condição de suprimento “n -1”, o que significa dizer, se ocorrer a falência de um sistema, o outro terá condições de suprir a deficiência de suprimento das cargas adequadamente, sem perda da qualidade do produto. 4. Componentes do Sistema Elétrico de Potência por Segmento: Um SEP consiste basicamente em três componentes principais: Produção de Energia Elétrica (Usinas geradoras), transmissão de energia elétrica (Linhas de Transmissão) e distribuição de energia elétrica (sistemas de distribuição). Mais detalhadamente podemos desmembrar nos seguintes segmentos: ..................... G As estações geradoras. Os transformadores elevadores das usinas. As Linhas de transmissão. As subestações distribuidoras abaixadoras. Os sistemas de distribuição (Alimentador, RDP, RDS). As unidades de consumo (UCs). ..................... G As estações geradoras. Os transformadores elevadores das usinas. As Linhas de transmissão. As subestações distribuidoras abaixadoras. Os sistemas de distribuição (Alimentador, RDP, RDS). As unidades de consumo (UCs). 4.1. Produção de Energia Elétrica - Geração Corresponde a toda forma de geração de energia elétrica, dentre as quais destacamos: - Geração hidroelétrica (UHE(P≥30MW), PCH(30<P<1MW), CGH(P≤1MW); - Geração térmica a óleo diesel; - Geração térmica a gás natural; - Geração térmica a carvão vegetal ou mineral; - Geração por energia eólica; - Geração por energia solar; - Geração por energia atômica; - Geração das usinas maremotrizes e das ondas; - Geração por energia da biomassa. - Geração por energia geotérmica Geração de energia atômica Usina térmica a gás natural e vapor Usina eólica Usina térmica a carvão mineral Usina com painel solar Usina geotérmica Usina térmica a óleo diesel http://www.youtube.com/watch?v=hWcuuQWybWg Energia das ondas http://www.youtube.com/watch?v=hWcuuQWybWg A nível de Brasil a energia de origem hidroelétrica continua vantajosa frente as demais formas de geração, pelos seguintes aspectos: -Fonte renovável, não poluente, existência de diversidade e disponibilidade de sistemas pluviais aproveitáveis (norte, nordeste e sul), energia firme, o Brasil domina a tecnologia, rápida partida para obtenção do sincronismo e carregamento nominal, a energia primária é praticamente a custo zero, alta eficiência (-turbina entre 90 a 94% e -gerador entre 95 e 99%). Desvantagens da geração hidrelétrica: • Envolve um alto custo na construção civil da usina, alto custo dos equipamentos, retorno do investimento é relativamente longo, tempo destinado a construção é longo, usinas com grandes reservatórios provocam grandes áreas inundadas com impacto ambiental na fauna e na flora. Por vezes necessita de reassentamento de zonas urbanas devido a inundação da área pelo reservatório. • Sistema sujeito a período de estiagens, que reduz o volume dos reservatórios e limita a geração, exigindo utilizar o sistema interligado; Quanto as demais formas de geração de energia, são consideradas viáveis a sua expansão tendo em vista que a política de hoje é economizar a geração hidráulica de forma a se preparar melhor para um futuro incerto, onde o período de chuvas pode ser úmido ou seco. Hoje a energia eólica tem se expandido em grande escala, aproveitando a abundância das rajadas dos ventos que favorecem o litoral brasileiro e no mundo. A nível mundial (Alemanha, Espanha, Portugal, ...) as fontes alternativas já são uma realidade e contribuem de forma significativa na matriz energética, destes países, como é o caso da energia eólica. A energia solar ainda é cara, mas já dá sinais de crescimento como forma alternativa de aquecimento de água em residências, comércio e indústria. No Ceará existe uma aplicação de uma usina solar em Tauá. A energia da biomassa deve ser ampliada no meio rural com a disseminação de biogeradores em fazendas e habitações isoladas. A energia térmica a gás natural é uma excelente alternativa de geração de energia, principalmente para atender esta política de economizar hoje a energia hidráulica, que pode fazer falta amanhã devido ao período seco. • Visão geral do gerador síncrono de uma UHE 4.2. Transformadores Elevadores das Usinas São transformadores concebidos em unidades monofásicas ou trifásicas e estão localizados próximos as unidades geradoras. Como normalmente são de grande potência frequentemente são monofásicos ligados em banco de forma a aumentar a confiabilidade e flexibilidade de manobras no pátio da subestação. • Foto do fechamento das bobinas de armadura do gerador síncrono em Y, em barramento blindado, na Usina de Luiz Gonzaga. • Os transformadores são responsáveis pela transferência da energia recebida do gerador pelos enrolamentos primários, sendo transferida por ação transformadora, aos enrolamentos secundários. A geração hidroelétrica, por exemplo, a tensão de geração em CA é realizada em 13,8KV, 16 KV ou 18 KV, é elevada através de bancos de transformadores monofásicos para a tensão de transmissão trifásica de 230KV ou 500KV. Banco de transformadores monofásicos na UHE de Luiz Gonzaga com detalhe da parede corta fogo Bucha HO Banco de transformadores elevadores de 16kV/500kV da UHE de Luiz Gonzaga-CHESF 4.3. Linhas de Transmissão São instalações constituídas de suportes metálicos ou de concreto, cujos condutores são apoiados ou ancorados nestes suportes e acessórios, através de cadeias de isoladores e fazem a interligação elétrica entre a Subestação de suprimento e as diversas subestações distribuidoras ou abaixadoras. Normalmente as linhas de transmissão têm seu caminhamento a grandes distâncias, pois são responsáveis pelo transporte do bloco de energia dos centros geradores aos centros consumidores. Cabo Pára- Raios Cabo fase • Com o avanço da tecnologia dos materiais, é tendência mundial utilizar o cabo pára-raios das Linhas aéreas de transmissão, do tipo OPGW, como meio de comunicação, automação e controle entre os centros geradores, de controle e as subestações distribuidoras. Pelo menos um dos cabos pára-raios ou cabo fase CA, é substituído pelo cabo OPGW ou OPPW, respectivamente. OPGW=Optical Ground Wire (Cabo pára-raios com núcleo de fibra óptica, para instalação em torres de transmissão). OPPW=Optical Phase Wire (Cabo fase com núcleo de fibra óptica). 4.4. Subestação Distribuidora Abaixadora São subestações localizadas estrategicamente em locais geográficos e de maior concentração de carga, e são geralmente abaixadoras de tensão. São responsáveis pela interligação entre as linhas de transmissão supridora com os centros consumidores, através dos seus equipamentos, partes internas da SED e os alimentadores de distribuição, que levam o suprimento da energia elétrica para as cidades com suas indústrias, comércio, unidades residenciais, iluminação pública e demais pontos consumidores. Semelhante a uma SE supridora, a SED distribuidora é constituída dos seguintes elementos básicos: São constituídas de pórticos e vigas, barramentos de AT (138kVou 72,5 kV) e MT (34,5kV ou 15 kV, barramento principal e de transferência, transformador de força abaixador, transformador de serviço auxiliar, equipamento de disjunção e seccionamento, religadores, disjuntores de transferência, equipamentos de medição e proteção, banco de capacitores, TP. TC, Chave a óleo, pátio da SE, casa de comando, sistema de proteção-comando e controle, etc. SED de distribuição – Barramento de 69kV SED de distribuição – Barramento de 13,8kV 4.5. Sistemas de Distribuição Os sistemas de distribuição são os responsáveis pelas interligações das SEDs distribuidoras com os centros de consumo. Fazem parte do sistema de distribuição, os alimentadores e os ramais e sub-ramais de 13,8 KV, que constituem a rede primária de distribuição com todos os seus componentes tais como: postes, cruzetas, condutores, isoladores, ferragens, equipamentos e acessórios, transformadores de distribuição, instalações particulares ou governamentais, equipamentos de disjunção, proteção e manobra, rede secundária, também constituída com todos os seus postes de BT, condutores, isoladores, ferragens e demais acessórios. Como no sistema de transmissão os sistemas de distribuição também podem ser concebidos em diversas formas, ou seja: sistema radial simples, radial com recurso, sistema em anel aberto, sistema em anel fechado. A enel-Ce utiliza nos grandes centros consumidores, o sistema radial aberto, ou seja, com recurso de encontro entre alimentadores da mesma SED ou de SEDs diferentes, em algumas situações pode-se verificar o anel aberto e no interior, principalmente nas sedes municipais mais importantes, existe o sistema radial com recurso, mas predominando o radial simples. Na zona rural basicamente o sistema adotado é o radial simples 4.6. Unidades Consumidoras São todas as cargas residenciais, comerciais, industriais ou de órgãos públicos, que são interligadas e supridas pelos sistemas de distribuição ou de transmissão de energia elétrica da Concessionária. A nível de regulamentação oficial do poder concedente, existem os consumidores com prioridade de atendimento no suprimento de energia elétrica, tais como hospitais, centros de abastecimento e tratamento de água, indústrias de grande porte com regime contínuo ou intermitente, indústria com atividade especial, torres de comunicação, transmissão de TV e rádio, centrais telefônicas dentre outros. Sistema de distribuição a partir do alimentador de uma subestação distribuidora t1 t2 t Relé Fusível CBCB F Icc 51 Regra básica: - Falta transitória & Permanente : Isola o menor trecho, no menor tempo isolador de pino que apresentou um furo, rachaduras e o esmalte isolante danificado no seu corpo. Isolador de pedestal de porcelana apresentando o isolamento deteriorado que pode levar a curto-circuito fase-terra Defeito da rede de distribuição primária causada por abalroamento de poste Curto circuito na saída da rede MT do transformador da SED onde o espaçador da RDP foi rompido ; Afastador isolante para evitar que os condutores se toquem num vão da rede de MT durante uma ventania ou devido aos efeitos eletrodinâmicos de um curto-circuito Vandalismo – corrente jogada na rede de MT para provocar um curto circuito bifásico ou trifásico Defensa com anel de concreto e preenchido com areia, instalada em ponto crítico da rede, para evitar que durante um abalroamento neste poste ocorra o seu tombamento e provoque um curto circuito. • 10.8 - HABILITAÇÃO,QUALIFICAÇÃO,CAPACITAÇÃO E AUTORIZAÇÃO DOS TRABALHADORES. 10.8.1 - É considerado trabalhador qualificado aquele que comprovar conclusão de curso específico na área elétrica reconhecido pelo Sistema Oficial de Ensino. 10.8.2 - É considerado profissional legalmente habilitado o trabalhador previamente qualificado e com registro no competente conselho de classe. 10.8.3 - É considerado trabalhador capacitado aquele que atenda às seguintes condições, simultaneamente: a) receba capacitação sob orientação e responsabilidade de profissional habilitado e autorizado; b) trabalhe sob a responsabilidade de profissional habilitado e autorizado. PONTOS IMPORTANTES DA NR-10 - NORMA REGULAMENTADORA Nº 10: SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE NO TEMAS ASSINALADOS A SEGUIR: 10.8.3.1 - A capacitação só terá validade para a empresa que o capacitou e nas condições estabelecidas pelo profissional habilitado e autorizado responsável pela capacitação. 10.8.4 - São considerados autorizados os trabalhadores qualificados ou capacitados e os profissionais habilitados, com anuência formal da empresa. 10.8.5 - A empresa deve estabelecer sistema de identificação que permita a qualquer tempo conhecer a abrangência da autorização de cada trabalhador, conforme o item 10.8.4. (210.079-7/I=1) 10.8.6 - Os trabalhadores autorizados a trabalhar em instalações elétricas devem ter essa condição consignada no sistema de registro de empregado da empresa. (210.080-0/I=1). Ex. trabalhador cadastrado no sistema de OS e documentos de PERMISÃO DE ACESSO (PAC). PONTOS IMPORTANTES DA NR-10 - NORMA REGULAMENTADORA Nº 10: SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE 10.8.7 - Os trabalhadores autorizados a intervir em instalações elétricas devem ser submetidos à exame de saúde compatível com as atividades a serem desenvolvidas, realizado em conformidade com a NR 7 e registrado em seu prontuário médico. (210.081-9/I=3) 10.8.8 - Os trabalhadores autorizados a intervir em instalações elétricas devem possuir treinamento específico sobre os riscos decorrentes do emprego da energia elétrica e as principais medidas de prevenção de acidentes em instalações elétricas, de acordo com o estabelecido no Anexo II desta NR. (210.082-7/I=4) 10.8.8.1 - A empresa concederá autorização na forma desta NR aos trabalhadores capacitados ou qualificados e aos profissionais habilitados que tenham participado com avaliação e aproveitamento satisfatórios dos cursos constantes do ANEXO II desta NR. (210.083-5/I=4) PONTOS IMPORTANTES DA NR-10 - NORMA REGULAMENTADORA Nº 10: SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE 10.8.8.2 - Deve ser realizado um treinamento de reciclagem bienal e sempre que ocorrer alguma das situações a seguir: (210.084-3/I=2) a) troca de função ou mudança de empresa; (210.085-1/I=2) b) retorno de afastamento ao trabalho ou inatividade, por período superior a três meses; (210.086-0/I=2) c) modificações significativas nas instalações elétricas ou troca de métodos, processos e organização do trabalho. (210.087-8/I=2) 10.8.8.3 - A carga horária e o conteúdo programático dos treinamentos de reciclagem destinados ao atendimento das alíneas "a", "b" e "c" do item 10.8.8.2 devem atender as necessidades da situação que o motivou. (210.088-6/I=1) PONTOS IMPORTANTES DA NR-10 - NORMA REGULAMENTADORA Nº 10: SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE 10.8.8.4 - Os trabalhos em áreas classificadas devem ser precedidos de treinamento especifico de acordo com risco envolvido. (210.089-4/I=3) 10.8.9 - Os trabalhadores com atividades não relacionadas às instalações elétricas desenvolvidas em zona livre e na vizinhança da zona controlada, conforme define esta NR, devem ser instruídos formalmente com conhecimentos que permitam identificar e avaliar seus possíveis riscos e adotar as precauções cabíveis. (210.090-8/I=2) PONTOS IMPORTANTES DA NR-10 - NORMA REGULAMENTADORA Nº 10: SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE Distâncias no ar que delimitam radialmente as zonas de risco, controlada e livre Distâncias no ar que delimitam radialmente as zonas de risco, controlada e livre com interposição de superfície de separação física adequada. • RESUMO DAS EXIGÊNCIAS DA NR10 • Qualificado = Ter concluído curso no sistema oficial de ensino (Certificado)• Habilitado = ser qualificado e ter registro no conselho (CREA); • Capacitado = Receba capacitação sob a orientação e responsabilidade de profissional habilitado e autorizado e trabalhe sob a responsabilidade de profissional habilitado e autorizado. • Autorizado=trabalhadores qualificados ou capacitados e profissionais habilitados, com anuência formal da empresa. • Zona de Risco, Zona Controlada e Zona Livre
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