qualidade da energia eléctrica experiência edp como operador da rede distribuição

Qualidade da Energia Eléctrica

Experiência EDP como

operador da rede distribuição

Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica


Manual da Qualidade da Energia EléctricaManual da Qualidade da Energia Eléctrica

• Motivar o reforço dos conhecimentos na área da Qualidade da Energia Eléctrica (QEE)

• Cooperar com os Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamentos na implementação de eventuais soluções (tecnologias reparadoras)

• Alertar os Clientes para a escolha das melhores práticas de projecto e para a definição de requisitos nos novos equipamentos

• Envolver todos os “Stakeholders” na minimização/resolução das eventuais incompatibilidades entre as características das redes eléctricas e as exigências de alguns equipamentos


Normas e regulamentos

ClienteCliente

Fabricante Fabricante EquipamentosEquipamentos

Operador Operador RedeRede

QualidadeQualidadedede

EnergiaEnergiaEspecificações

Equipamentos compatíveis

Energia eléctrica de acordo com o RQS

Comunicação de necessidades



Custo das soluções de QEE em função do ponto de intervenção• 1 – Equipamento crítico

• 2 – Processo

• 3 – Instalação

• 4 – Rede de distribuição



IntroduçãoIntrodução



• A QEE apresenta-se como factor de competitividade para a generalidade das actividades económicas

• Constante renovação tecnológica Aumento do n.º Clientes com necessidades acrescidas de QEE

• As redes de Transporte e Distribuição (T&D) podem apresentar índices de fiabilidade bastante elevados – Ordem dos 4 nove (99.99% -- 52.5min/ano de indisponibilidade)

• Muitas aplicações tecnológicas exigem níveis de fiabilidade superiores a 6 noves (99.9999% -- 31.5s/ano de indisponibilidade) Impossível de atingir com os sistemas de T&D convencionais

• Compromisso QEE/imunidade do equipamento Cooperação entre operadores das redes de T&D, Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamento



Susceptibilidade a Interrupções Longas

Susceptibilidade a Interrupções Breves (“micro-cortes”)

Susceptibilidade aPerturbações de QEE

Elevada dependência tecnológica

Investimento em soluções de imunização

Operadores das redes de T&D

ClienteCliente



Principais perturbações de QEE• Variações temporárias de tensão

• Sobretensões

• Abaixamentos de tensão

• Cavas de tensão

• Flutuações tensão Flicker

• Distorção harmónica

• Sobretensões transitórias

• Desequilíbrio de tensões

• Variações de frequência

• Interrupções breves ( 3min)

• Interrupções longas (>3min)

Tensão

1 min Duração3 min

100 %

110 %

1 %

Cavasde

tensão

Transitórios

Flutuações de tensão

Flutuações de tensão

Interrupções breves Interrupções longas

Abaixamentos de tensão

Sobretensões

10 ms

90 %


Continuidade de tensãoContinuidade de tensão



Infra-estruturas da EDP Distribuição em final de 2006



Classificação das interrupções de alimentação• Interrupções previstas – Execução de trabalhos programados, no

âmbito de acções de manutenção, com aviso prévio dos Clientes

• Interrupções acidentais – Consequência de defeitos transitórios ou permanentes: breves (3min); longas (>3min)

Evolução do indicador TIEPI MT• Tempo de Interrupção Equivalente da Potência Instalada em MT

Total

n

ierrupçãoii

P

tPTIEPI

1

int



Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão

• Optimização das topologias de exploração da rede

• Implementação de circuitos redundantes e exploração em malha

fechada

• Expansão das redes AT e MT e aumento da potência instalada

• Automatização e telecomando da rede MT

• Reforço das estratégias de manutenção preventiva e preditiva

• Implementação de sistemas de informação técnica e de

monitorização QEE

• Aposta em novos materiais e tecnologias de rede (Ex. condutores

cobertos em linhas aéreas MT, reguladores automáticos BT, etc.)



Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Entrada em exploração de novas subestações

• Telecomando da rede MT

SE Orgens

SE ChegançasTelecomando Rede MT – Região Norte



Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Cobertura de pontos críticos – Minimização da acção das cegonhas


Cavas de tensãoCavas de tensão



Definição baseada na norma NP EN 50160• “Diminuição brusca da tensão de alimentação para um valor situado

entre 90% e 1% da tensão declarada UC, seguida do restabelecimento da tensão depois de um curto lapso de tempo”

Valores indicativos• N.º cavas de tensão pode variar das dezenas a um milhar por ano

• Normalmente: Duração < 1 segundo; Amplitude < 60%


Origem das cavas de tensão em redes de T&D

AT

MT

Saída N

Saída 1

t1

U1

Un

tI1

In

tU2Un

t0t

Cliente alimentado pela saída N

Caso de um defeito permanente

U1

Un

tI1

In

tU2

Un

t0t1 t


Caso de um defeito transitório



AT

MT

Saída N

Saída 1

t1 t2

U1

Un

tI1

In

tU2Un

t0t



U1

Un

tI1

In

tU2

Un

t0t1 tt2







t1 t2 t3 t4 t5

U1

Un

tI1

In

tU2Un

t0t



AT

MT

Saída N

Saída 1

AT

MT

Saída NSaída 1

U1

Un

tI1

In

tU2

Un

t0t1 tt2






A causa dos defeitos em sistemas de T&D é bastante diversificada


Fonte: Copper Development Association


Propagação de cavas de tensão nos sistemas de T&D

• Defeito em F1 – é expectável• Carga 1 – Interrupção de tensão

• Carga 2 e 3 – Cavas de tensão até 50%

• Defeito em F3 – é expectável• Carga 3 – Interrupção de tensão

• Carga 2 – Cavas de tensão até 36%

• Carga 1 – Cavas de tensão até 2%



Amplitude: 32% Duração: 95ms





• Consequências das cavas de tensão• Cava de tensão de reduzida severidade (amplitude 14%; duração

60ms) Perturbação de funcionamento de 2 Máq. Electroerosão CNC Perdas significativas para o Cliente

Gráfico da incidência de cavas de tensão por instalação/ano em função da amplitude e duração – Estudo efectuado pelo EPRI (Electric Power Research Institute) ao longo de 9 anos, tendo em consideração 480 locais nos EUA

SÓ DEVIDO A CAVAS DE TENSÃODe acordo com este estudo é de esperar que estas máq. CNC sejam sujeitas entre 84 a 114 interrupções por ano



Mitigação de cavas de tensão• Vários estudos têm demonstrado que a severidade das cavas de

tensão, com origem em defeitos nos sistemas de T&D é superior à tolerância dos equipamentos indicada pelas curvas CBEMA ou ITIC

• Seria desejável que os equipamentos electrónicos apresentassem níveis de imunidade superiores aos propostos por estas curvas

DC – Curva característica das cavas de tensão com origem na rede distribuiçãoITIC – Curva ITICRT – Imunidade exigida

Fonte: Copper Development Association



Mitigação de cavas de tensão• Enquadramento na curva ITIC das cavas de tensão registadas numa

subestação da EDP durante o 1º Trim. 2007 (06Jan – 31Mar)

Eventos no BUS MT (15kV) Eventos no BUS AT (60kV)


SobretensõesSobretensões


Duração Frequência (ou taxa de crescimento)

Amortecimento com a distância

Descargas atmosféricas Muito curta (s) Muito alta ( até 1.000 kV/s) Forte Descargas electrostáticas

Muito curta (ns) Alta (10MHz) Muito forte

Comutação Curta (ms) Média (1 a 200 kHz) Médio Sobretensões temporárias à frequência do sistema

Longa (s) ou Muito longa (h)

50 Hz Não existe


Classificação de sobretensões• Baixa frequência – Quando ocorrem à frequência do sistema (50Hz)

• Alta frequência – Apresentam frequências muito superiores a 50Hz

Sobretensões transitórias• Variações extremamente rápidas da tensão, com durações tipicamente

compreendidas entre os micro e os mili-segundos



Origem das sobretensões• Descargas atmosféricas

• A circulação através do solo da corrente de descarga pode provocar uma elevação do potencial de terra

Sobretensão resultante da elevação do potencial de terra [Séraudie, 1999]


Oscilações de frequênciaOscilações de frequência



A estabilidade da frequência é garantida pelo equilíbrio entre a absorção e a geração de potência activa nos sistemas eléctricos

• Em Portugal continental não são de esperar oscilações de frequência significativas dada a interligação das redes a nível Europeu

Raramente verificam-se defeitos nas redes de interligação Europeias – Oscilações de frequência que podem conduzir ao deslastre de várias subestações nos diferentes países, ou mesmo, levar ao colapso global do sistema eléctrico

• Caso recente: Perturbação de 4Nov2006, pelas 21:10, causada pela desligação da linha dupla 380kV Conneforde-Diele, na Alemanha (rede de transporte da E.ON), para passagem de um navio no rio Ems para o Mar do Norte

• Por dificuldade de controlo do fluxo de potência, verificou-se a divisão da rede Europeia em 3 ilhas, com consequências bastante significativas para todo o sistema eléctrico Europeu e para o Português em particular



SE Vila do Bispo

SE Alto S. João

SE Touvedo


Desequilíbrio de tensõesDesequilíbrio de tensões



Sistema desequilibrado ou assimétrico – Situações cujas tensões apresentam amplitudes diferentes ou desfasamento assimétrico, diferente de 120º

Sistema eléctrico equilibrado Sistema eléctrico desequilibrado



Consequências do desequilíbrio de tensões• Potência máxima desenvolvida por um motor de indução em função

do desequilíbrio do sistema de tensões

Mitigação do desequilíbrio de tensões• Redistribuição de cargas

• Aumento da potência de curto-circuito

• Utilização de transformadores com ligações especiais


Distorção harmónicaDistorção harmónica



Deformação das sinusoides da tensão ou da corrente• Desenvolvimento em séries de Fourier Decomposição das formas de

onda distorcidas num somatório de sinusoides com frequências múltiplas da componente fundamenta (50Hz)

Classificação das harmónicas quanto à ordem e sequência

Ordem Fundamental 2.º 3.º 4.º 5.º 6.º 7.º 8.º ... n.º Frequência (Hz)

50 100 150 200 250 300 350 400 ... n50

Sequência + – 0 + – 0 + – ... ...

Fonte: PSL – Power Standards Lab



Origem da distorção harmónica• Cargas não-lineares – Apresentam impedância variável em função da

tensão de alimentação A corrente absorvida não é proporcional à tensão, assumindo formas de onda não sinusoidais

• Fontes de alimentação electrónicas

• Lâmpadas de descarga

• Transformadores em regime de saturação



Origem da distorção harmónica• Rectificadores estáticos

• Variadores electrónicos de velocidade



Origem da distorção harmónica• Fontes de alimentação comutadas



Consequências da distorção harmónica• Ressonância em baterias de condensadores

THD BUS 15kV c/ BC ressonância

5ª harmónica BUS 15kV c/ BC ressonância5ª harmónica BUS 15kV típico

THD BUS 15kV típico


Experiência EDPExperiência EDP



EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE(Ex. Ano 2006 – Monitorizados em períodos trim.: 108 Bus MT + 124 Bus BT Aprox. 500.000

horas monitorização)

• Análise da QEE ao nível da rede de distribuição• Identificação precisa das causas das perturbações de tensão

• Apoio à implementação de esquemas alternativos de exploração Minimização da incidência/severidade de perturbações de tensão

• Identificação de infra-estruturas críticas Suporte a algumas acções de manutenção

• Identificação de Cliente potencialmente “poluidores”

• Suporte à pesquisa, desenvolvimento e implementação de soluções de QEE ao nível da rede de distribuição



EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE

• Caracterização das necessidades de QEE dos Clientes• Apoio à identificação de sectores/equipamentos críticos nas instalações

• Análise do comportamento desses equipamentos

• Suporte à implementação de soluções para Clientes e PRE• Adopção de técnicas de imunização dos equipamentos críticos

• Pesquisa de soluções caso-a-caso, quando necessário

• Apoio na optimização da ligação de sistemas de geração à rede

• Fornecimento de informação às entidades reguladoras



Metodologia de trabalho• 1ª Fase – Análise preliminar das instalações de Clientes ou PRE

potencialmente sensíveis a perturbações de QEE

• 2ª Fase – Monitorização da tensão ao nível de SE ou PTD de acordo com um plano previamente estabelecido

• 3ª Fase – Análise causa/efeito – Registos de monitorização face às perturbações reportadas pelos Clientes ou PRE

• 4ª Fase – Apresentação de conclusões e/ou recomendações• EDP Exploração e manutenção da rede

• Clientes Equipamentos que sofreram perturbações


Curto-circuito numa saída MT do Barramento II

Barramento I Barramento II

Experiência EDP – Melhoria de rede 1 Experiência EDP – Melhoria de rede 1

MT 2

AT

TP 1 TP 2

MT 1

Defeito


Defeito numa linha MT do Barramento II• Curto-circuito num PS de Cliente Disparo com religação do

disjuntor da linha MT

• PS com humidade elevada e ruído característico de contornamentos

Experiência EDP – Melhoria de rede 1Experiência EDP – Melhoria de rede 1


Curto-circuito numa saída MT do Barramento II

Barramento I Barramento II


MT 2

AT

TP 1 TP 2

MT 1

Defeito

Amplitude: 51%Amplitude: 14%



• Clientes AT Cavas de tensão, de origem MT, com amplitudes inferiores

• Clientes alimentados pelo BUS MT, independente, não sujeito a defeito Cavas de tensão com amplitudes muito inferiores

MT 2

AT

TP 1 TP 2

MT 1

Defeito



QEE fornecida a uma indústria automóvel

• Estudos internacionais têm mostrado que as grande unidades industriais são tipicamente sujeitas entre 8 a 24 eventos QEE Interrupção de produção

• Durante o ano 2005 – Este Cliente reportou 16 interrupções de produção com origem nas seguintes perturbações de QEE

• 75% causadas por cavas de tensão

• 19% causadas por interrupções breves

0

2

4

6

8

10

12

14

Overvoltages Long interruptions(t>3min)

Short interruptions(t<3min)

Voltage dips

Main voltage disturbances

Nº

of

even

ts

Cava de tensãoAmplitude 53% / Duração 160ms (8 ciclos)

Causou uma perturbação de produção



Neste caso, as principais causas das perturbações de QEE• Interferência de cegonhas em linhas aéreas AT

• Contactos acidentais de gruas em linhas aéreas, por terceiros

• Descargas atmosféricas

• Perturbações de tensão com origem na rede MAT

• Defeitos na rede MT


Sub A

Sub B

Rede AT crítica


Acções de melhoria desenvolvidas pela EDP• Monitorização permanente da QEE em AT e MT Apoio à decisão

• Deslocalização da linha MT com maior incidência de defeitos

• Optimização da configuração da rede AT face à sensibilidade do Cliente• Cavas amplitude 53% para durações < 500ms

• Cavas amplitude 24% para durações > 500ms

Rede AT – Malha fechada Rede AT – Configuração radial

60 kV 68 km 41 km

30 kV 4,3 km * 4,3 km *

15 kV 21,5 km 23,2 km

MT 2 (30kV)

AT

TP 1 TP 2

MT 1 (30kV)

MT 3 (15kV)

Sub C


Experiência EDP – Soluções para ClienteExperiência EDP – Soluções para Cliente

Soluções ao nível do equipamento crítico• Seleccionar equipamento com imunidade

• Configurar rigorosamente os sistemas de protecção• Garantir o compromisso segurança/disponibilidade



Soluções ao nível do equipamento crítico• Explorar todas as funcionalidades do equipamento

• Exemplo – Activação da função de controlo de subtensão em VEV (aproveitamento da energia cinética na presença de cavas de tensão)

VEV ABB ACS600 400kW Ventilador 3.000 rpm



Ten

são

AC

nor

mal

Tensã

o AC n

orm

al

100%

Ponto de disparo

t1 tt2 t3

t1 – t3: Cava de Tensão t2 – t3: Aproveitamento Energia Cinética Ventilador

Tensão DC (VEV)

Velocidade (Motor)

Tensão AC (rede)



Soluções ao nível do processo/instalação

Cavas de Tensão

Interrupções

Variações de Frequência

Sobretensões Transitórios

Soluções Soluções dede

elevada QEEelevada QEE

UPS

DVR



Plataforma de monitorização da QEE• Monitorização remota de SE, PTD e PTC

• Recolha periódica e automática dos dados de QEE

• Armazenamento e gestão centralizada dos dados de QEE

• Elaboração automática de relatórios

• Disponibilização da informação de QEE• Vários Departamentos EDP Apoio à rede distribuição

• Clientes

• Optimização da exploração das instalações/equipamentos

• Apoio na fase de planeamento de novas unidades industriais

• Entidade Reguladora



Subestações com monitorização permanente

Subestações em monitorização – 2º Trim. 2007

Subestações a monitorizar – 3º Trim. 2007


FinalFinal

Obrigado pela atenção

Contactos:

António Amorim ([email protected])

Nuno Melo ([email protected])

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