divisão de perdas elétricas em lt’s compartilhadas · desperdiçada através de seus isoladores...
TRANSCRIPT
Divisão de Perdas Elétricasem LT’scompartilhadas
CPE – Estudos e Projetos Elétricos
Daniel Mamede - Diretor Técnico
- O que seria esse compartilhamento?
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Empresas com ponto de conexão semelhantes formam um
consórcio e compartilham o mesmo PCC.
Uma usina (ou conjunto de usinas) já encontra-se conectada
ao Sistema Elétrico, ou seja, já realizou o investimento na
infraestrutura para conexão (Linha de Transmissão,
Subestação Elevadora e Bay de Conexão) e outra usina,
com objetivo de redução de custos, pede conexão no
barramento da Subestação Elevadora, através de um
prolongamento do barramento.
- Motivação e Vantagens
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Rápido crescimento no número de usinas ao longo do tempo;
Elevado preço e prazo de implantação de novas LT’s;
Possibilidade de divisão dos custos de operação da LT;
Otimizar a conexão, reduzindo o elevado número de bays em
algumas subestações das transmissoras.
- Exemplo: 1 agente
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
𝑅𝐿𝑇 = 100 𝑘𝑚 ⋅ 0,11 = 11 Ω
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝐺1 = 𝑅 ⋅ 𝐼2 = 11 ⋅ 3762
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝐺1 = 1,55 𝑀𝑊
- Exemplo: 2 agentes compartilhando
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝐺1+𝐺2 = 𝑅 ⋅ 𝐼2 = 11 ⋅ 7532
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝐺1+𝐺2 = 6,23 𝑀𝑊
- Exemplo: divisão das perda
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Pelo método da CCEE: proporcional a geração
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝐺1 = 6,23 ⋅150
150 + 150= 3,115 MW
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝐺2 = 6,23 ⋅150
150 + 150= 3,115 MW
Diferença entre as Perdas antes e depois do compartilhamento:
𝐹% =3,115
1,55− 1 ⋅ 100 = 100%
- Exemplo: porque?
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
G1
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝐺1 = 𝑅 ⋅ 𝐼𝐺12
G1 + G2
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝐺1+𝐺2 = 𝑅 ⋅ 𝐼𝐺1 + 𝐼𝐺22
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝐺1+𝐺2 = 𝑅 ⋅ 𝐼𝐺12 + 𝑅 ⋅ 𝐼𝐺2
2 + 2 ⋅ 𝑅 ⋅ 𝐼𝐺1 ⋅ 𝐼𝐺2
- Solução:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Caso a primeira usina entenda que deva pagar os
mesmos valores de perdas antes do compartilhamento, várias
medidas devem ser tomadas afim de viabilizar essa decisão.
Todas as perdas devem ser estimadas. Para uma maior precisão, um
método estatístico deve se adotado. Os dados elétricos serão
proveniente dos Medidores de Faturamento.
Além das perdas na Linha de Transmissão, as Perdas nos
Transformadores também devem ser consideradas;
- Solução:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Deve-se também investigar Perdas Adicionais, como
Perdas por Condutância nos isoladores e Perdas do Efeito Corona;
Ao final, um pequeno Fluxo de Carga deve ser realizado para o
cálculo das Perdas;
Caso exista na subestação de conexão elementos shunts (banco de
capacitores e reatores) para a correção do fator de potência, os
mesmos devem ser corretamente introduzidos na formulação.
- Solução:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Todas as principais variáveis elétricas devem ser investigadas.
Algumas como o TAP dos transformadores podem ser desprezadas.
- Solução Alternativa:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Instalar novos medidores no lado de AT dos Trafos para medição das
perdas dos transformadores. Ao final, as Perdas poderia ser calculada
a cada ciclo de medição através de uma divisão ponderada. Depende
da configuração da SE existente.
- Solução Alternativa:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Desvantagem: O investimento em novos medidores e interligações é
elevada, além de incluir no cálculo elementos que não são oficiais
para a CCEE.
- Perdas em Linhas de Transmissão:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Perdas por nos condutores: depende da
Resistência dos cabos e a corrente que do
circuito;
Perdas por Condutância: parcela relativa
às perdas através dos isoladores e o
Efeito Corona.
- Perdas nos condutores:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
É a Principal perda nas LT´s.
O valor da resistência varia com a Temperatura;
𝑅 = 𝑅20𝑜𝐶 ∙ 1 + 𝛼 ∙ Tcond. − 20
𝑇𝑐𝑜𝑛𝑑. do condutor depende alguns parâmetros meteorológicos
influenciam no seu valor final com: Velocidade e Direção do Vento,
Temperatura Ambiente e Radiação Solar.
- Perdas no condutor:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Na situação de regime permanente, o calor fornecido ao condutor é
balanceado pelo calor dissipado (nenhuma energia é armazenada no
condutor). Assim, a equação de balanço de calor pode ser escrita
como: 𝑃𝑗 + 𝑃𝑠 + 𝑃𝑚 = 𝑃𝑐 + 𝑃𝑟
Sendo:
𝑃𝑗 – é o ganho por Efeito Joule
𝑃𝑚 – é o ganho pelo calor magnético
𝑃𝑠 – ganho por radiação solar
𝑃𝑐 – perda de calor por convecção
𝑃𝑟 – perda de calor por radiação
- Perdas no condutor:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
𝑃𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒 = 1,0123 ⋅ 𝐼2 ⋅ 𝑅𝑐𝑐 ⋅ 1 + 𝛼 ⋅ 𝑇𝑐𝑜𝑛𝑑 − 20𝑜 𝑃𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 = 𝑎𝑠 ⋅ 𝑅𝑠 ⋅ 𝐷
Aquecimento
𝑃𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑐çã𝑜 = 𝜋 ⋅ 𝜆𝑓 ⋅ 𝑇𝑐𝑜𝑛𝑑 − 𝑇𝑎 . 𝑁𝑢
𝑁𝑢90𝑜 = 𝐵1 ⋅ 𝑅𝑒 𝑛𝑅𝑒 𝑅𝑒 = 𝜌𝑟 ⋅ 𝑣 ⋅𝐷
𝜐𝜆𝑓 = 2,42 ⋅ 10−2 + 7,2 ⋅ 10−5 ⋅ 𝑇𝑓
𝜐 = 1,32 ⋅ 10−5 + 9,5 ⋅ 10−8 ⋅ 𝑇𝑓 𝑇𝑓 = 0,5 ⋅ (𝑇𝑐𝑜𝑛𝑑 + 𝑇𝑎)
𝑅𝑓 =𝑑
2 ⋅ 𝐷 − 2𝑑𝑁𝑢 = 𝑁𝑢90𝑜 𝐴1 + 𝐵1 ⋅ 𝑠𝑒𝑛 𝜃 𝑚𝑙
Resfriamento
𝑃𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎çã𝑜 = 𝜋 ⋅ 𝐷 ⋅ 𝜖 ⋅ 𝜎𝐵 ⋅ [ 𝑇𝑐𝑜𝑛𝑑 + 273 4 − 𝑇𝑎 + 273 4]
- Perdas no Transformador:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Perdas no cobre
Depende da resistência do
transformador e a corrente elétrica que
o atravessa. A resistência deve ser
definida em uma dada temperatura.
Perdas no ferro
Depende do material do núcleo de ferro e da tensão
As perdas dependem da frequência, mas por questões de simplificação,
será considerado apenas a componente fundamental nos cálculos.
- Perdas no Transformador:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Temperatura do transformador
A temperatura adotada pode ser obtida
através de uma investigação mais
detalhada em campo ou através de um
cálculo aproximad utilizando a
metodologia descrita na NBR 5356-7:
Transformador de potência - Parte 7: Guia de carregamento para
transformadores emersos em líquido isolante.
- Perdas no Transformador - Exemplo:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Perdas no cobre – considerando a temperatura do Trafo igual a 55ºC
- Resistência no TAP central (9) na temperatura de 27,8 graus
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎85𝑜𝐶 = 𝑅85𝑜𝐶 ⋅ 𝐼2
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎27,8𝑜𝐶 = 𝑅27,8𝑜𝐶 ⋅ 𝐼2
𝑅85𝑜𝐶 = 𝑅27,8𝑜𝐶 ⋅ (1 + 𝛼 ⋅ 85 − 27,8 )
𝛼 = 0,00314 𝑜𝐶−1
Considerando 𝑇𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜 = 55𝑜, 𝑅55𝑜 = 2,68 Ω
- Perdas no Transformador - Exemplo:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Perdas no ferro
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝑓𝑒𝑟𝑟𝑜 = 2.124 ⋅ 𝑒3,685⋅𝑉
- Perdas no Transformador - Exemplo:
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Perdas no totais
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎𝑇𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2,68 ⋅ 𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙2 + 2.124 ⋅ 𝑒3,685⋅𝑉
Caso a tensão do ensaio seja em AT do transformador, por
simplificações pode-se adotar o mesmo nível de tensão do ponto de
conexão, a depender das diferenças encontradas nos MF’s.
- Perdas Adicionais
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Como não há isolamento elétrico perfeito,
uma pequena parte da energia transmitida é
desperdiçada através de seus isoladores e
também através do Efeito Corona.
Nas linhas em média tensão, a escolha das secções dos condutores
geralmente se baseia em um equacionamento econômico entre
perdas por efeito Joule e os investimentos necessários. Nas linhas
em alta tensão, o controle do Efeito Corona pode ser o elemento
dominante para orientar essa escolha.
- Perdas Adicionais
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
De modo geral, esta perda se baseia na:
geometria e raio dos condutores;
tensão da rede;
gradiente de potencial na superfície dos
condutores
condições meteorológicas
𝑃𝑇𝐵 = 0,00002094 ∙ 𝑓 ∙ 𝑈2 ∙𝜙
log𝐷𝑚𝑟
2
Fórmula empírica para cálculo das perdas do Efeito Corona (Peterson):
- Perdas Adicionais
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Geralmente o valor das Perdas
Adicionais é desprezível mas, em
determinadas épocas do ano, em
especial após a época de altos
ventos, os isoladores e cabos
encontram-se repletos de impurezas, aumentando drasticamente as
Perdas.
- Exemplo Prático
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Um estudo estatístico da resistência de uma LT de aproximadamente
60km de extensão foi realizado para o ano de 2016.
Os dois agentes de geração já encontravam-se conectados.
Os dados de Velocidade e Direção do Vento e Temperatura
Ambiente foram extraídos de uma das torres meteorológicas
instalada em uma das usinas. Levou-se em consideração o ângulo
entre a LT e o vento. Período de amostragem: 10min
- Exemplo Prático
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
A Radiação Solar foi retirado de uma estação meteorológica de
observação do IMET (Instituto Nacional de Meteorologia) próxima ao
complexo. Período de amostragem: 1 hora
Os dados elétricos foram extraídos dos Medidores de Faturamento
de cada usina e do Ponto de Conexão. Os dois Complexo possuem
um total de 8 usinas. Período de amostragem: 5min
Os transformadores eram de Potências, Impedâncias e Fabricantes
diferentes. Os dados dos Relatórios de Ensaio foram utilizados.
- Resultados Finais
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Pequenas variações na temperatura não acarretam grandes erros:
- Aumento da Temperatura com a Geração
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
A inserção de uma nova geração provoca o aumento de temperatura
do cabo e, consequentemente, aumento da resistência.
- Cálculo da Divisão das Perdas
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
A diferença entre as Perdas Estimadas e as Perdas Medidas, em
vários meses encontrava-se abaixo de 5%, entretanto em um
determinado mês, esse valor saltou para 28%.
Esse mês correspondia a época de baixos ventos.
Analisando um período de geração, notou-se um padrão diferente.
- Cálculo da Divisão das Perdas
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Um aumento nas Perdas Medidas não mais coincidiam com uma
elevação da Geração
- Cálculo da Divisão das Perdas
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
Estas Perdas eram provenientes de falhas nos isoladores e
pelo Efeito Corona nos cabos.
As usinas concordaram em dividir estas Perdas Adicionais
através de uma média ponderada da potência instalada de
cada Complexo.
- Conclusão
Divisão de Perdas Elétricas em LT’s Compartilhadas
A Metodologia de Cálculo Estatístico das Perdas Elétricas em Linhas de
Transmissão mostrou-se eficaz. Os erros inerentes ao processo eram
aceitáveis, garantindo confiabilidade aos investidores.
O ressarcimento das Perdas que deve ocorrer entre os agentes de geração
não inviabiliza o compartilhamento de LT’s, apenas promove uma correta
divisão dos custos envolvidos.
A Metodologia de cálculo é relativamente Complexa, e ao final, pode envolver
alguns trechos de Fluxo de Carga. Recomenda-se a elaboração de um
software que possa automaticamente gerar os resultados.