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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:


Sistema

Elétrico Real

Desequilibrado

Sub Sistema Elétrico

Equilibrado

De Sequencia Positiva


Equilibrado

De Sequencia Negativa


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)


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:


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


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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)

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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)

17

Luís Carlos Origa de Oliveira [email protected]

18

mailto:[email protected]

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