a 11/07/17 SOM DHVL AMP RDA Arquivo. REV. DATA PREP. VERIF. VISTO APROV. DESCRIÇÃO CEMIG GERAÇÃO E TRANSMISSÃO S.A. Sistema Elétrico SE SÃO SIMÃO

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1 DISTR. QTDE/TIPO ORGÃO DISTRIBUIÇÃO AUTOMÁTICA DE CÓPIAS TOTAL a 11/07/17 SOM DHVL AMP RDA Arquivo. REV. DATA PREP. VERIF. VISTO APROV. DESCRIÇÃO RESERVADO CONT. CLASSIFICAÇÃO ELABORADO POR: VISTO POR: SOM AMP VERIFICADO POR: APROV. DHVL RDA DATA 11/07/2017 CEMIG GERAÇÃO E TRANSMISSÃO S.A. Sistema Elétrico SE SÃO SIMÃO RESULTADOS DE SIMULAÇÕES NO ATP ASSOCIADAS AOS DISJUNTORES DE 500 kv CLASSIF. INFORMAÇÃO RESERVADO Nº PO/PL- 874 FOLHA 1 ARQ

2 Superintendência de Planejamento e Operação de Geração e Transmissão PO Gerência de Planejamento Elétrico PO/PL SE SÃO SIMÃO RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES NO ATP ASSOCIADAS AOS DISJUNTORES DE 500 KV Julho/2017

3 ÍNDICE 1 INTRODUÇÃO E OBJETIVO CONCLUSÕES REPRESENTAÇÃO DA REDE E DADOS CONSIDERADOS ANÁLISE E SIMULAÇÕES TENSÕES DE RESTABELECIMENTO TRANSITÓRIAS (TRT) E TAXAS DE CRESCIMENTO (TCTRT) Faltas do tipo quilométrica Faltas do tipo terminal Simulações complementares REFERÊNCIAS

4 1 INTRODUÇÃO E OBJETIVO Está prevista para a SE São Simão a substituição dos 14 disjuntores do tipo PK, pertencentes à Cemig GT, conectados à barra de 500 kv e responsáveis pela operação das unidades geradoras da Usina São Simão e linhas de transmissão. Este estudo visa principalmente avaliar as tensões de restabelecimento transtitórias (TRT), respectivas taxas de crescimento (TCTRT) e outras grandezas elétricas, obtidas através de simulações no ATP. 2 CONCLUSÕES A avaliação das tensões de restabelecimento transtitórias (TRT) e taxas de crescimento (TCTRT) impostas aos disjuntores da SE São Simão, além das solicitações de abertura de LT em vazio, foi realizada tomando-se como referência para a maioria dos casos a LT 500 kv São Simão Jaguara 500 kv, por seu destacado comprimento, no caso 342,71 km. Os resultados constantes no item 4 devem ser apresentados para o fabricante dos disjuntores. 3 REPRESENTAÇÃO DA REDE E DADOS CONSIDERADOS Os estudos de transitórios foram realizados utilizando-se o sistema modelado no ATP [3], tendo como referência o ano A 3.1 apresenta a tela com o diagrama operativo da SE São Simão. 4

5 3.1 Diagrama operativo da SE São Simão Os principais componentes do sistema foram modelados no ATP conforme descrito a seguir: - Modelo de parâmetros distribuídos para as linhas de transmissão; - Modelo de geradores: Fonte de tensão senoidal tipo 14; - Modelos 51, 52, 53, circuitos R, L, C acoplados, para os equivalentes de curto-circuito; - Parâmetros concentrados R, L, C para cargas; - Disjuntor modelado como chave ideal tempo-controlada; - Modelo Transformer para os transformadores sem a característica de saturação; 5

6 4 ANÁLISE E SIMULAÇÕES 4.1 Tensões de restabelecimento transitórias (TRT) e taxas de crescimento (TCTRT) Faltas do tipo quilométrica Na modelagem da subestação foram consideradas as capacitâncias parasitas associadas aos barramentos, TPs, TCs, transformadores de potência, disjuntores, secionadoras e bobinas de bloqueio, conforme apresentado pela Tabela 1. Tabela 1. Capacitâncias parasitas para terra setor de 500 kv Elemento Capacitância (pf) Disjuntor aberto 500 Disjuntor fechado 1000 Secion. aberta 500 Secion. fechada 1000 TC 500 TPC 5000 TPI - Para-raios com gap 1000 Bob. bloqueio 500 Isol. pedestal (desconsiderados) - Total lado da SE Fase A-B-C Total lado da LT A tensão pré-falta foi ajustada na barra de 500 kv da SE São Simão em 550 kv (1,1 pu), valor no limite superior da faixa de operação. 6

7 Foi promovida a abertura das 3 fases do disjuntor, num tempo aleatório de 17 ms. Para o caso de defeito monofásico foi ajustado que a abertura da fase sob falta ocorresse após a abertura das fases sãs. Para os casos em análise considerou-se disjuntor de 550 kv, com capacidade de interrupção nominal de 50 ka. Foram aplicados curtos-circuitos em regime, numa distância de aproximadamente 1 km do disjuntor. Para avaliação foram consideradas além de falta quilométrica monofásica, faltas bifásicas e trifásicas com e sem envolvimento da terra. Os resultados da análise para abertura de faltas do tipo quilométrica na LT 500 kv para Jaguara são apresentados na Tabela 2 e de forma gráfica nas figuras. Ressalta-se que a LT 500 kv São Simão Jaguara possui 342,71 km de extensão, com um reator de 100 MVA 525 kv / 3 em cada terminal. Tabela 2. Resultado de TRT e TCTRT para abertura de faltas quilométricas Falta Icc através do TRT TCTRT máxima disjuntor Seq. Tipo Local Fase (ka eficaz ) (%) u1 (kv) T1 (μs) uc (kv) T2 (μs) Fase (kv/μs) Fig. F-T A 0,998 km da SE 19,2 38,4 CBA A 38, , A 2, F-T A 0,998 km da SE 18,8 37,6 ACB A 27, , B 2, F A 0,998 km da SE 15,6 31,2 CAB A 23, , A 2, F-T A 0,998 km da SE 18,0 36,0 CBA C 25, , A 2, F A 0,998 km da SE 18,0 36,0 CAB A 22, , A 2, F Idem, s/ reator SS 18,0 36,0 CAB A 26, , A 2,

8 Verifica-se que o valor máximo de pico da TRT encontrada refere-se ao caso de falta trifasica sem envolvimento de terra. A 4.1 até a 4.6 a seguir, estão relacionadas ao conteúdo da Tabela ,20 25,66 26,12 26,58 27,04 [ms] 27,50 (file SSIMAO-LTJAGUARA-TRT_KILOM-1FT.pl4; x-var t) v:ss500a-x0350a 4.1 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta quilométrica monofásica ,8 17,9 19,0 20,1 21,2 22,3 23,4 [ms] 24,5 (file ssimao-ltjaguara-trt_kilom-2ft.pl4; x-var t) v:ss500a-x0350a v:ss500b-x0350b v:ss500c-x0350c 4.2 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta quilométrica bifásica com terra 8

9 ,5 21,6 23,7 25,8 27,9 [ms] 30,0 (file ssimao-ltjaguara-trt_kilom-2f.pl4; x-var t) v:ss500a-x0350a v:ss500b-x0350b v:ss500c-x0350c 4.3 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta quilométrica bifásica sem terra [ms] 29 (file ssimao-ltjaguara-trt_kilom-3ft.pl4; x-var t) v:ss500a-x0350a v:ss500b-x0350b v:ss500c-x0350c 4.4 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta quilométrica trifásica com terra ,5 21,5 23,5 25,5 27,5 [ms] 29,5 (file ssimao-ltjaguara-trt_kilom-3f.pl4; x-var t) v:ss500a-x0350a v:ss500b-x0350b v:ss500c-x0350c 4.5 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta quilométrica trifásica sem terra 9

10 0,55 [MV] 0,24-0,07-0,38-0,69-1,00 19,5 21,5 23,5 25,5 27,5 [ms] 29,5 (file ssimao-ltjaguara-trt_kilom-3f-semreator.pl4; x-var t) v:ss500a-x0350a v:ss500b-x0350b v:ss500c-x0350c 4.6 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta quilométrica trifásica sem terra com reator de São Simão fora de operação Faltas do tipo terminal Neste item, serão apresentados os resultados das simulações, que foram realizadas também com o programa de cálculo de transitórios eletromagnéticos ATP [3], para os casos de faltas do tipo terminal, do lado da linha. Na modelagem da subestação foram consideradas as capacitâncias parasitas associadas aos barramentos, TPs, TCs, transformadores de potência, disjuntores, secionadoras e bobinas de bloqueio, conforme foi apresentado pela Tabela 1. Foram simulados curtos-circuitos na saída do disjuntor da SE São Simão, do lado da LT 500 kv Jaguara. Foi promovida a abertura das 3 fases do disjuntor, num tempo aleatório de 17 ms. Para o caso de defeito monofásico foi ajustado que a abertura da fase sob falta ocorresse após a abertura das fases sãs. A tensão pré-falta foi ajustada na barra de 500 kv da SE São Simão em 550 kv (1,1 pu), valor do limite superior da faixa de operação e corrente de curto-circuito passante no disjuntor encontra-se em aproximadamente 40% da corrente nominal (50 ka). Os resultados da análise são apresentados na Tabela 3 e de forma gráfica nas figuras a seguir. 10

11 Tabela 3. Resultado de TRT e TCTRT para abertura de falta terminal Classificação: RESERVADO Falta Icc através do TRT TCTRT máxima disjuntor Seq. Tipo Local Fase (ka eficaz ) (%) u1 (kv) T1 (μs) uc (kv) T2 (μs) Fase (kv/μs) Fig. F-T Lado da LT 20,0 40,0 CBA A 307, , A 0, F-T Lado da LT 19,4 38,8 ACB B 272, , A 0, F Lado da LT 15,9 31,8 CAB A 236, , A 1, F-T Lado da LT 18,4 36,8 CBA A 223, , B 0, F Lado da LT 18,4 36,8 CAB A 356, , A 1, F Lado da barra 2,2 4,4 ABC A 277, , A 0, ,20 25,66 26,12 26,58 27,04 [ms] 27,50 (file ssimao-ltjaguara-trt_term-1ft.pl4; x-var t) v:ss500a-x0349a 4.7 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta terminal monofásica 11

12 ,80 18,83 20,87 22,90 24,93 26,97 [ms] 29,00 (file ssimao-ltjaguara-trt_term-2ft.pl4; x-var t) v:ss500a-x0349a v:ss500b-x0349b v:ss500c-x0349c 4.8 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta terminal bifásica com terra ,5 21,4 23,3 25,2 27,1 [ms] 29,0 (file ssimao-ltjaguara-trt_term-2f.pl4; x-var t) v:ss500a-x0001a v:ss500b-x0001b v:ss500c-x0001c 4.9 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta terminal bifásica sem terra [ms] 29 (file ssimao-ltjaguara-trt_term-3ft.pl4; x-var t) v:ss500a-x0349a v:ss500b-x0349b v:ss500c-x0349c 4.10 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta terminal trifásica com terra 12

13 650,00 448,75 247,50 46,25-155,00-356,25-557,50-758,75-960,00 19,5 21,4 23,3 25,2 27,1 [ms] 29,0 (file ssimao-ltjaguara-trt_term-3f.pl4; x-var t) v:ss500a-x0001a v:ss500b-x0001b v:ss500c-x0001c 4.11 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta terminal trifásica sem terra 0,6500 [MV] 0,4438 0,2375 0,0313-0,1750-0,3812-0,5875-0,7937-1, ,5 18,8 21,1 23,4 25,7 [ms] 28,0 (file SSIMAO-LTJAGUARA-TRT_TERM_LBARR-3F.pl4; x-var t) v:sslbaa-x0348a v:sslbab-x0348b v:sslbac-x0348c 4.12 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta terminal trifásica sem terra lado da barra Simulações complementares Como nos itens anteriores foi apresentado os resultados de TRT relativos à LT 500 kv São Simão Jaguara, foram realizadas as simulações de resultados mais severos, desta feita para a LT 500 kv Água Vermelha (96,29 km) e LT 500 kv Itumbiara (166 km). A 4.13 apresenta a TRT para o caso de falta quilométrica trifásica sem envolvimento de terra relativa à LT 500 kv Água Vermelha. Verifica-se que o pico da TRT atinge o valor de 850,1 kv na fase C. 13

14 580,00 368,57 157,14-54,29-265,71-477,14-688,57-900,00 19,5 21,6 23,7 25,8 27,9 [ms] 30,0 (file ssimao-ltaguaverm-trt_kilom-3f.pl4; x-var t) v:ss500a-x0351a v:ss500b-x0351b v:ss500c-x0351c 4.13 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta quilométrica trifásica sem terra A 4.14 apresenta a TRT para o caso de falta quilométrica trifásica sem envolvimento de terra relativa à LT 500 kv Itumbiara. Verifica-se que o pico da TRT atinge o valor de 866,9 kv na fase A e 948,6 kv na fase C. 900,00 586,67 273,33-40,00-353,33-666,67-980,00 16,5 18,4 20,3 22,2 24,1 [ms] 26,0 (file ssimao-ltitumb-trt_kilom-3f.pl4; x-var t) v:ss500a-x0351a v:ss500b-x0351b v:ss500c-x0351c 4.14 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta quilométrica trifásica sem terra A 4.15 apresenta a TRT para o caso de falta terminal trifásica sem envolvimento de terra relativa à LT 500 kv Itumbiara. Verifica-se que o pico da TRT atinge o valor de 955,7 kv. 14

15 900,00 586,67 273,33-40,00-353,33-666,67-980,00 16,5 18,4 20,3 22,2 24,1 [ms] 26,0 (file ssimao-ltitumb-trt_term-3f.pl4; x-var t) v:ss500a-x0001a v:ss500b-x0001b v:ss500c-x0001c 4.15 Tensão de Restabelecimento Transitória (TRT) falta terminal trifásica sem terra Adicionalmente, foram simuladas abertura em vazio da LT 500 kv São Simão Jaguara pelo seu destacado comprimento (342,71 km), com desenergização da linha através dos disjuntores da SE São Simão. A maior corrente associada à abertura da LT, foi obtida na configuração em que se encontra em operação apenas o reator do terminal São Simão e desligado o reator do terminal Jaguara, com valor de 621 A pico (439 A rms). Entretanto, nesta mesma situação e ainda considerando uma sobretensão de 130%, os valores passam a ser 734 A pico (519 A rms), conforme apresentado pela Tabela 4 e A tensão entre contatos apresentou o valor máximo de 1347 kv pico, conforme apresentado pela Tabela 4 e Tabela 4. Valores de corrente e tensão entre contatos para abertura de LT em vazio Simulações de abertura do disjuntor na SE São Simão desenergizando a LT 500 kv Jaguara Configuração dos reatores Corrente interrompida Tensão entre contatos Reatores de São Simão e Jaguara em operação 303 A rms 1095 kv pico Apenas o reator de Jaguara em operação 419 A rms 1136 kv pico Apenas o reator de São Simão em operação 439 A rms 1140 kv pico Idem situação anterior, com 130% de sobretensão 519 A rms 1347 kv pico 15

16 750 [A] [ms] 25 (file ssimao-ltjaguara-abertura-lt-vazio_130.pl4; x-var t) c:ss500a-x0350a c:ss500b-x0350b c:ss500c-x0350c 4.16 Corrente no disjuntor da LT Jaguara abertura da LT em vazio 1,40 [MV] 1,05 0,70 0,35 0,00-0,35-0,70-1,05-1,40 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (file ssimao-ltjaguara-abertura-lt-vazio_130.pl4; x-var t) v:ss500a-x0350a v:ss500b-x0350b v:ss500c-x0350c 4.17 Tensão entre contatos abertura da LT em vazio 5 REFERÊNCIAS [1] Diretrizes para a Elaboração de Projetos Básicos para Empreendimentos de Transmissão; ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico; 2013; [2] Procedimentos de Rede do ONS Submódulo 23.3 Diretrizes e Critérios para Estudos Elétricos; [3] ATP Alternative Transient Program. 16