ETE Barueri. Avaliação das Distorções Harmônicas e Fator de Potência

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1 Soluções em Serviços Assistência Técnica Autorizada; Manutenção preventiva e corretiva de Fontes e UPS s; Start Up,Testes, Laudos e Treinamentos; Logística de movimentação de equipamentos; Avaliação das Distorções Harmônicas e Fator de Potência ETE Barueri Rua João da Silva de Moraes, Campo Grande São Paulo SP Tel.: 0xx Fax.:0xx Site: vendas@grothec.com.br

2 Prevenindo riscos de ressonância, queima de capacitores e equipamentos elétricos através da análise da qualidade da energia da ETE Barueri. Everaldo Luiz Grothe Engenheiro Eletricista com habilitação em eletrônica, eletrotécnica e telecomunicações pela Faculdade de Engenharia de Barretos (1985) e pós-graduado em mecatrônica, pela Universidade São Judas Tadeu (2002) atuando há 20 anos na área. Elaborou projetos, desenvolveu produtos e prestou serviços de consultoria e treinamento para equipamentos de energia no Brasil, México, Equador e Espanha. Atual Diretor Técnico da Grothec Comércio e Serviços Ltda. Endereço: Rua João da Silva de Moraes, 183 Jd. Ernestina São Paulo/SP CEP Brasil Tel: (11) e_grothe@grothec.com.br Resumo O presente trabalho mostra os níveis de potencia, fator de potência e distorção harmônica dos diversos locais dentro da ETE Barueri com o propósito de determinar os melhores pontos para iniciar um processo de mitigação com base na ANEEL/ONS e IEEE-519 bem como avaliar os impactos dos mesmos em futura ampliação de banco de capacitores para correção do Fator de Potência ali existente e o estudo do fenômeno de ressonância associado. Palavras-Chave: Fluxo de potência, Estudos de Fluxo Harmônico, Fator de potência, Distorção harmônica, Simulação Computacional, Ressonância, Filtro de harmônicos. Introdução A ETE Barueri possui dois Bancos de Capacitores com 6 elementos cada. Esses Bancos são responsáveis pela compensação de energia reativa indutiva consumida na ETE que se reflete em um índice chamado Fator de Potência (FP). Por regulamentação da ANEEL, o FP mínimo dos consumidores de energia de categoria idêntica ao da ETE Barueri é de 0,92 (92%). Atualmente, o processo da ETE exige a operação dos dois Bancos de Capacitores para que seja atingido um FP médio de 0,945 (94,5%). Dessa forma, qualquer tipo de ocorrência, seja de efeito natural (intempéries) ou forçado (manutenção), a compensação é reduzida pela metade e a ETE deve efetuar o desligamento de equipamentos, provocando a queda de produção, para que o índice de Fator de Potência não seja afetado. Situação semelhante ocorre se houver aumento de vazão a ser tratada, pois será exigida a operação de mais equipamentos o que pode comprometer o FP da ETE. Por outro lado, um fenômeno elétrico conhecido como ressonância pode ocorrer com aplicação de cargas não lineares (como exemplo inversores de freqüência) e capacitores gerando níveis de distorção na tensão e na corrente que prejudicam a operação e a vida útil das cargas instaladas. Esse fenômeno é conseqüência da interação entre o sistema elétrico (transformadores, motores, etc.) com a reatância capacitiva do banco de capacitores em uma ou mais freqüências que se forem excitadas pelas harmônicas geradas em cargas não lineares levam a amplificação das correntes e tensões nos barramentos onde os mesmos estão conectados. Tal situação é danosa ao sistema elétrico e aos capacitores e deve ser prevista e evitada através de estudos preliminares chamados Estudos de Fluxo Harmônico, que garantirão o bom funcionamento da solução a ser adotada para a correção do fator de potência. Página 1 de 5

3 Objetivo O objetivo principal deste trabalho é o de apresentar os serviços de engenharia realizados para a prevenção riscos de ressonância e queima de capacitores e equipamentos elétricos através da análise da qualidade da energia da ETE Barueri. Esse serviço é necessário para que a futura ampliação da capacidade de correção do fator de potência da ETE Barueri não comprometa as instalações e equipamentos existentes. A ampliação do sistema visa atender o aumento da capacidade de tratamento da ETE. A avaliação será efetuada a partir dos estudos especializados de engenharia e medições em campo verificando os níveis de harmônicos existentes e avaliar, através de programas computacionais específicos, os possíveis efeitos da instalação de bancos de capacitores adicionais e aumento de cargas geradoras de harmônicas (cargas especiais). Metodologia Adotada: Medição no secundário do transformador principal de 33 MVA 88KV/23KV das instalações da ETE Barueri por um período mínimo de 24 horas com capacitores de correção de fator de potencia. Medição no secundário do transformador principal de 33 MVA 88KV/23KV das instalações da ETE Barueri por um período mínimo de 24 horas sem capacitores de correção de fator de potencia (*). Medição nos secundário dos transformadores abaixadores de 23KV/6,9KV das instalações da ETE Barueri por um período mínimo de 24 horas tanto para operação plena como para operação leve. Medição nos secundário dos transformadores abaixadores de 23KV/0,46KV das instalações da ETE Barueri por um período mínimo de 24 horas tanto para operação plena como para operação leve. Simulação computacional do fluxo de carga futuro do sistema elétrico da ETE Barueri para determinação da futura necessidade de compensação de reativos. Simulação computacional do fluxo de carga futuro do sistema elétrico da ETE Barueri para determinação do fluxo harmônico futuro Equipamentos Utilizados: Os equipamentos utilizados para a elaboração desde relatório foram os seguintes: Descrição Modelo Marca Aferiçã o Série Analisador de Energia MARH-21 RMS OK Alicate Flexível 3000 A Flex Probe Chauvin Arnoux OK Multímetro Digital - Minipa ET 3200A Minipa OK EN Multímetro Digital - Fluke 83-IV Fluke OK Equipe Técnica: Função Formação Nome Coordenador de Projeto Engenheiro Eletricista Everaldo Luiz Grothe Coletar dados em Campo Engenheiro Eletricista Robson Ribeiro Gonçalves Projetista Técnico Eletrotécnico Roberson Liberi Silva Técnico Técnico Eletroténico Lucas Barreto N o Página 2 de 5

4 Dados do Site: Início da Operação: 11 de Maio de 1988 População Equivalente de Projeto: 4,4 milhões de habitantes Área da Planta: m² Vazão Média de Projeto: 9,5 mil litros por segundo Vazão Atual: 7 mil litros por segundo Tipo de Planta: O processo de tratamento é de lodo ativado convencional e em nível secundário, com grau de eficiência de 90% de remoção de carga orgânica medida em DBO. Sistema de Esgotamento Sanitário: Os esgotos são transportados para a estação através de um sistema de esgotamento constituído por interceptores, sifões, travessias, emissários, totalizando 73 km de extensão com diâmetros entre 0,60 m e 4,50 m. Limites da legislação: DBO: 60 mg/l média mensal, ou 80% de remoção SS: 0,1 ml/l, média mensal ph: 5,0 a 9,0 Página 3 de 5

5 Localização: A Estação está localizada no município de Barueri e serve a maior parte da cidade de São Paulo, além de Jandira, Itapevi, Barueri, Carapicuíba, Osasco, Taboão da Serra e partes de Cotia e Embu. Histórico: A ETE Barueri foi projetada na década de 70 e está em operação desde É uma estação de lodo ativado por mistura completa. A estação de tratamento foi projetada originalmente para uma vazão média máxima de 63 m³/s. A divisão, em fases de expansão da estação, exigiu nove módulos, cada um dimensionado para tratar 7,0 m³/s. Em 1985, na Revisão e Atualização do Plano Diretor de Esgotos da RMSP - COPLADES, a vazão máxima planejada foi reduzida para 28,5 m³/s e cada módulo teve sua capacidade máxima recalculada. O módulo existente foi então adequado e hoje apresenta capacidade nominal de 9,5 m³/s (vazão média). A estação deverá ser implementada visando atingir a capacidade final de 28,5 m³/s. Atualmente a capacidade da estação é de 9,5 mil litros por segundo e a vazão média que hoje aflui à estação é igual a 7,0 mil litros por segundo O efluente final da estação é lançado no Rio Tietê. Descrição dos Processos Unitários Unidades da Fase Líquida 4 Poço Distribuidor e Elevatória Final 4 Grades Médias Mecanizadas 4 Caixas de Areia 4 Decantadores Primário 4 Tanque de Aeração 4 Decantadores Secundários Unidades da Fase Sólida 4 Adensadores por Gravidade 4 Adensadores por Flotação 4 Digestores 4 Condicionamento Químico dos Lodos 4 Desidratação Mecânica Sistemas de Apoio 4 Edifício dos Compressores 4 Gasômetro/ Queimadores 4 Edifício das Caldeiras 4 Sistema de Água de Utilidades 4 Sistema Elétrico Dados da subestação Potência Nominal 33/55 MVA Banco de Capacitores 2.400kVAr/23kV Principais cargas: 04 Motores de 3500 HP 6,9 kv partida direta 04 Motores de 3100 HP 6,9 kv cascata sub-síncrona Consumo Médio kwh Página 4 de 5

6 Referências Bibliográficas Para a elaboração deste relatório foram observadas as normas técnicas, resoluções, códigos e recomendações dos órgãos oficiais competentes em nível Federal, Estadual e Municipal, vigentes no País, entre as quais citamos: NORMAS BRASILEIRAS: NBR Instalações Elétricas de Baixa Tensão; NBR Instalações elétricas de Alta tensão; NBR Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas; NR10 - Norma Regulamentadora Nº 10 Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade. RESOLUÇÕES: RESOLUÇÃO Nº 456, DE 29 DE NOVEMBRO DE Estabelece, de forma atualizada e consolidada, as Condições Gerais de Fornecimento de Energia Elétrica. RESOLUÇÃO ANEEL NO 505, DE 26 DE NOVEMBRO DE Estabelece de forma atualizada e consolidada, as disposições relativas à conformidade dos níveis de tensão de energia elétrica em regime permanente. ÓRGÃOS / INSTITUTOS INTERNACIONAIS: National Electrical Manufactures Association NEMA International Electrotechnical Commission IEC American National Standards Institute ANSI Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE European Committee for Electrotechnical Standardization CENELEC NORMAS INTERNACIONAIS: IEEE Std Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems. IEC : Electromagnetic compatibility (EMC) Part 3-4 Limits Limitation of emission of harmonic currents in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16A. Página 5 de 5