XVIII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica. SENDI a 10 de outubro. Olinda - Pernambuco - Brasil

Transcrição

1 XVIII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica SENDI a 10 de outubro Olinda - Pernambuco - Brasil Utilização de Relés Digitais para Comutação de Tensão em Subestações Marcelo Maia CPFL Piratininga mmaia@cpfl.com.br PALAVRAS-CHAVE Confiabilidade Experiências Monitoração Qualidade RESUMO Mesmo com o aumento em investimentos em projetos de melhorias e planejamento em nosso sistema elétrico, crescia o número das reclamações de tensão, em comparação aos últimos anos, isto nos alarmou sobre a falta de confiabilidade de respostas dos relés de tensão aos limites estabelecidos. Sendo que a maioria dos relés da concessionária eram relés eletromecânicos, iniciamos assim, um estudo de substituição destes relés eletromecânicos por relés digitais. O objetivo era comparar a eficiência de resposta dos relés observando os impactos na qualidade da energia e nos custos com investimentos e manutenções. Após a substituição e tempo de monitoração dos níveis de tensão, conseguimos com a implantação dos relés digitais total confiabilidade nas respostas dos ajustes estabelecidos, com estimativas de redução nos investimentos em melhoria nas redes de distribuição. 1. INTRODUÇÃO A proposta é relatar as experiências com a substituição dos relés eletromecânicos por relés digitais, suas vantagens e desvantagens, mostrando a importância de mantermos um bom nível de tensão nas saídas das subestações. Relatar como era a resposta dos relés eletromecânicos para os comutadores de tensão da concessionária. A importância da monitoração remota dos níveis de tensão na saída das subestações e como isto serve de alicerce para o planejamento e investimentos de melhorias na rede de distribuição para queda de tensão e os resultados da implantação dos relés digitais. 2. DESENVOLVIMENTO Com a gestão dos níveis de tensão nas saídas das subestações, observamos que os valores de tensão estavam fora dos parâmetros determinados. A variação de tensão nos transformadores das subestações é controlada por relés através da comutação de taps. A maioria dos relés da concessionária são relés eletromecânicos, conforme figuras: 1/7

2 Relés eletromecânicos Figura 1. Relé eletromecânico Raya Figura 2. Relé eletromecânico MK20 Os aumentos das reclamações de tensão, mesmo com projetos de melhorias e planejamento em nosso sistema elétrico, nos alarmaram sobre a falta de confiabilidade das respostas dos limites estabelecidos nos relés eletromecânicos, iniciando assim, um estudo de substituição destes por relés digitais Monitoração Através da gestão de limites, sistema de dados de medições de grandezas elétricas das barras das subestações da concessionária, obtivemos o número de desvio dos parâmetros estabelecidos nos relés eletromecânicos dos comutadores de tensão com as medições de tensão. A monitoração é realizada com faixa de 10 minutos integralizados, na qual contamos a quantidade de pontos que estão fora dos limites máximos e mínimos estabelecidos nos relés de tensão dos reguladores de tensão, que são os campos Fora Lim. Ref Mínimo e Fora Lim. Ref Máximo, onde o número esperado é zero. Figura 3. Software de análise de parâmetros dos níveis de tensão Gestão de limites 2/7

3 Tendo como parâmetros a tensão de referência Limite referência, tensão mínima desejada Limite ref. Mínima e tensão máxima desejada Limite ref. Máxima (sensibilidade), plotamos a confiabilidade dos relés eletromecânicos de nosso sistema, concluímos o seguinte: Tensão de referência 2.2. Impactos Figura 4. Resposta dos relés digitais a) 8 % dos relés estavam com 100 % das respostas acima dos limites máximos estabelecidos b) 6 % dos relés estavam com 100 % das respostas abaixo dos limites mínimos estabelecidos c) 65 % dos relés estávamos com variações das respostas fora dos limites máximos e mínimos estabelecidos, aumentando assim, a banda de variação da tensão esperada. d) e apenas 11 % dos relés estavam com 100 % das respostas dentro dos limites estabelecidos, valor que é esperado em todos os casos. Sendo que, a Resolução 505 estabelece que as variações adequadas para os clientes com tensão nominais superior a 1 kv e inferior a 69 kv, classe de tensão de nossas subestações, devem ser de no máximo 5 % acima e 7 % abaixo, com banda de 12 %, figura abaixo: Figura 5. Parâmetros da Resolução 505 3/7

4 Com base nestas premissas, realizamos o planejamento do sistema elétrico com medidas compensadoras que mantenham em toda a extensão do sistema a adequação dos valores limites de tensão determinados pela Resolução 505, observando as bases de cargas e os valores dos parâmetros esperados de tensão de saídas nas barras das subestações. Normalmente os parâmetros de saídas são determinados em bandas de 3 %, descrita pela figura abaixo, onde são estes os valores esperados de respostas. Parâmetros esperados Inicio de ações compensadoras Figura 6. Perfil de tensão esperado para o alimentador O estudo nos mostrou que as medições de tensão nas barras das subestações, não estavam correspondendo aos parâmetros de tensão estabelecidos para os relés eletromecânicos, desta forma prejudicando nossas ações e em alguns casos a tomarmos ações desnecessárias. Entendemos que estas imprecisões nas respostas dos ajustes estabelecidos poderiam ser uma das possíveis causas do crescimento do número de reclamação de tensão, fazendo assim, que tivéssemos um alto valor de investimentos com melhorias na rede primária e secundária. Segue algumas das possíveis causas de imprecisão na resposta dos parâmetros e desvantagens: Dial de ajuste de valores sem grande precisão. (potenciômetro) Ajustes por degraus de valores, não sendo possíveis valores intermediários. Ex: (1,1 ou 1,2 não é possível 1,01) Equipamentos antigos (obsoletos) Manutenções Baixa confiabilidade Figura 7. Relé eletromecânico 4/7

5 A figura abaixo mostra as medições médias na barra da subestação e ao longo do sistema, sendo que o parâmetro de saída para a barra da subestação foi de 3 % de banda em um relé eletromecânico de comutação de tensão. Figura 8. Perfil de tensão do alimentador Observamos que o relé eletromecânico não respondeu aos ajustes determinados para 3 % de banda, sendo a variação bem superior ao esperado, 9 % de variação na saída. Isto demanda novas ações corretivas no sistema, aumentado grandemente nossos investimentos, despesas e reclamações de clientes Ações Com o baixo poder de precisão dos relés eletromecânicos, resolvermos trocar alguns dos relés por relés digitais e acompanhar os resultados por um determinado tempo, monitorando a confiabilidade, qualidade e os períodos de manutenção para nossos comutadores, baseado em comutações mensais. Escolhemos uma subestação como piloto, onde houvesse inúmeros clientes reclamando de tensão e que por meio de histórico de medições conseguíssemos comprovar que os limites estabelecidos como parâmetros não estavam sendo obedecidos. A substituição dos relés, a princípio, foi apenas com a adequação do relé digital no painel e a ligação dos condutores de comando para comutação de taps. Eletromecânico Conseguimos com o relé digital a memória de massa das grandezas relacionadas e o número de comutações diárias, possibilitando o envio remoto das informações para controle e acompanhamento dos períodos de manutenção. Digital Figura 9. Piloto de substituição dos relés 5/7

6 O gráfico abaixo mostra a resposta do relé eletromecânico e digital, com os mesmos parâmetros. Tensão de referência 1,02 p.u., sensibilidade 1 % (banda 2 %) e tempo de resposta 120 s. Figura 10. Gráfico de tensão Comparando o poder de resposta para os dois relés, certificamos que a confiabilidade de resposta do relé digital é muita mais precisa. Desta forma estaremos garantindo que nossos estudos possam basear em valores seguros e que estamos mantendo um bom nível de tensão para nossos clientes. Segue algumas características dos relés digitais: Figura 9. Esquema de ligação do relé digital 3. CONCLUSÃO Umas das vantagens dos relés digitais: Resposta precisa dos ajustes; Adição de novos ajustes; Memória de massa; Grandezas elétricas (tensão, corrente e potências); Comutação de taps; Controle remoto; Fácil instalação; Baixo custo (compra e manutenção). A substituição dos relés eletromecânicos de comutação de tensão por relés digitais, foi positiva em muitos aspectos e eficiente nas respostas dos parâmetros determinados. Assim conseguimos melhora na qualidade da energia, no atendimento ao cliente, no direcionamento dos investimentos e planejamento do sistema tanto na rede primária como na rede secundária. 6/7

7 A precisão das respostas dos parâmetros determinou um pequeno aumento de comutações, que representava aumento na quantidade de manutenções no comutador, mas conseguimos compensar este acréscimo de manutenções com pequeno aumento de banda percentual de tensão de trabalho. No exemplo mencionado, aumentamos a banda de 2 % para 3 %, visto que o poder de resposta dos parâmetros foram satisfatórios e que estaríamos ainda em um bom nível com a tensão de saída. Sendo que o número de reparos e manutenções para os relés eletromecânicos eram altos e dificultosos, visto obsolescência. Percebemos que o custo de investimento para troca dos relés eletromecânicos por relés digitais seria pago pela redução destes gastos. Além disto, contaríamos também com memórias de massas dos relés digitais, que nos possibilita o arquivamento de grandezas importantes (tensão, corrente, potência, fator de potência e quantidades de comutações). 4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DUGAN, R. C.; Electrical Power Systems Quality, McGraw-Hill, HAYKIN, S., VEEN, B. V, Sinais e Sistemas. Porto Alegre, Ed. Bookman, 2005, Pg PAUL R. REED JR. Desenvolvendo Aplicativos com Visual Basic e UML. Resolução ANEEL, 505, Manual técnico de regulador de tensão TreeTrech. 7/7