2 17/02/2012 Correções no texto CMAJ CSF CSF. 1 07/02/2012 Análise energização dos transformadores CMAJ CSF CSF

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1 2 17/02/2012 Correções no texto CMAJ CSF CSF 1 07/02/2012 Análise energização dos transformadores CMAJ CSF CSF 0 27/07/2011 Emissão inicial CMAJ/NSC NSC CSF Nº Data Natureza da Revisão Elaborado Verificado Aprovado MARTE Aprovado CLIENTE RELATÓRIO R2 ESTUDOS DE ENERGIZAÇÃO DOS BANCOS DE TRANSFORMADORES 230/138/13,8 kv 150 MVA ELAB. VERIF. APROV. RESP. TÉCNICO CREA DATA CMAJ CSF CSF JETV D 17/02/2012 BANCOS DE TRANSFORMADORES 230/138 13,8 kv 150 MVA SE LECHUGA ESTUDOS DE ENERGIZAÇÃO DOS BANCOS DE TRANSFORMADORES DA SE LECHUGA 230/138 13,8 kv 150 MVA N DOCUMENTO FOLHA REVISÃO SE de 39 2

2 SUMÁRIO Página 1. INTRODUÇÃO CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ESTUDOS DE TRANSITÓRIOS ELETROMAGNÉTICOS RECOMENDAÇÕES ESTUDOS DE TRANSITÓRIOS ELETROMAGNÉTICOS CONFIGURAÇÃO DA REDE ANÁLISADA CRITÉRIOS E METODOLOGIA MODELAGEM DOS DISJUNTORES SIMULAÇÕES E RESULTADOS RESPOSTA EM FREQUÊNCIA (RF) ENERGIZAÇÃO DO BANCO DE TRANSFORMADORES ESTUDOS DE CURTO-CIRCUITO REFERÊNCIAS ANEXO A ANEXO B FOLHA 2 de 31

3 1. INTRODUÇÃO Atualmente o atendimento energético do estado do Amazonas é realizado principalmente pela UHE Balbina, de 250 MW, e pelas usinas térmicas a óleo da região que participam com 600 MW, sendo que a maior parte destas está sendo convertida a gás natural. Esta dependência com a geração local se deve à operação isolada da região com o SIN, Sistema Interligado Nacional. A previsão de normalização completa do atendimento à região metropolitana de Manaus é 2012, através de duas linhas de transmissão em 500 kv entre Tucuruí e Manaus (Interligação Tucuruí Macapá Manaus), estabelecendo assim a interligação da região com o SIN. Com objetivo de melhorar o atendimento à cidade de Manaus e implantar reforços na região após a conexão com o SIN, o relatório EPE-DEE-RE r0, Estudos de Suprimento à Região Metropolitana de Manaus , elaborado pela EPE [1] indica a implantação dos bancos de transformadores de 230/138/13,8 kv 150 MVA na SE Lechuga. O presente documento refere-se ao Relatório R2 Estudos de Energização dos bancos de transformadores 230/138/13,8 kv 150 MVA, tendo o objetivo de identificar as máximas solicitações de tensões, correntes e energias decorrentes da energização deste transformadores, de forma a fornecer subsídios para a especificação dos equipamentos a serem instalados na subestação de Lechuga, bem como identificar situações potencialmente problemáticas, e se necessário, apontar restrições operativas para o sistema elétrico. FOLHA 3 de 31

4 2. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 2.1 ESTUDOS DE TRANSITÓRIOS ELETROMAGNÉTICOS As manobras de energização analisadas levaram as principais conclusões listadas a seguir: No que diz respeito às correntes de inrush, nas manobras de energização sem aplicação de defeito, caso mais usual, a utilização de mecanismos de manobra controlada reduz sensivelmente a magnitude das correntes máximas, trazendo um benefício significativo ao equipamento. Nas energizações seguidas de falta monofásica, casos em que foram observadas as maiores demandas de energia nos pára-raios, não foram observados valores que ultrapassassem os limites de absorção destes equipamentos. Não foram verificadas sobretensões sustentadas que ultrapassem os limites de sobretensão apresentados no procedimento de redes do ONS submódulo Diretrizes e Critérios para Estudos Elétricos. A utilização de mecanismos de manobra controlada reduziu sensivelmente as sobretensões sustentadas. Não é possível realizar a manobra de energização dos bancos de transformadores pelo terminal de 138 kv, devido à falta de suporte reativo para a manobra por este terminal. A manobra de energização dos bancos de transformadores pelo terminal de 230 kv é viável, considerando o transformador com joelho de 1,20 pu e Xac de 40%. A Tabela 2.1 a seguir, apresenta um resumo dos resultados com as situações mais críticas encontradas para as avaliações de energização dos transformadores 230/ ,8 kv de 150 MVA, da SE Lechuga pelo terminal de Lechuga 230 kv sem a ocorrência de curtocircuito monofásico. Tabela 2.1 Resultados do estudo de energização dos bancos de transformadores da SE Lechuga Energia Sobretensão Corrente nos Pára- Sincronismo Setor Máxima de Inrush Raios (kv) (pu I nom ) (kj) Não 230 1,90 (4) 14,7 (3) 1,5 (1) Sim 230 1,91 (3) 7,7 (3) 2,0 (2) Obs.: (1) Configuração completa; (2) Configuração com apenas um banco de transformadores 230/138-13,8 kv 150 MVA SE Lechuga; (3) Configuração sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira; (4) Configuração sem a LT 230 kv Lechuga Balbina. É observado que a corrente de Inrush acarreta uma distorção na forma de onda das tensões, principalmente na barra onde se realiza a manobra que, esta distorção da sobretensão se mantêm por todo o período de permanência da corrente de inrush. FOLHA 4 de 31

5 Devido a este fenômeno embora o patamar das sobretensões com e sem sincronizador seja semelhante o nível de distorção para os casos de energização sem sincronizador foi muito maior que os casos com sincronizador. A Tabela 2.2 apresenta um resumo dos resultados com as situações mais críticas encontradas para as avaliações de energização pelo terminal de Lechuga 230 kv seguida de uma falta monofásica: Tabela 2.2 Resultados do estudo de energização dos bancos de transformadores da SE Lechuga, seguida de uma falta monofásica no terminal da energização Sincronismo Setor Sobretensão Máxima (kv) Corrente de Inrush (pu I nom ) Energia nos Pára- Raios (kj) Não 230 1,99 (3) 43,6 (1) 9,3 (3) Sim 230 1,97 (1) 42,6 (1) 7,7 (2) Obs.: (1) Configuração completa; (2) Configuração com apenas um banco de transformadores 230/138-13,8 kv 150 MVA SE Lechuga; (3) Configuração sem a LT 230 kv Lechuga Balbina. Ressalta-se que as avaliações de energização sob defeito, foram realizadas estritamente sob a ótica conservadora do dimensionamento de equipamentos, uma vez que embora esta manobra não seja considerada como restrita, normalmente é caracterizada como insucesso, seja pela atuação da proteção ou pela atuação de algum mecanismo de manobra. Nas simulações as maiores solicitações, considerando ou não mecanismos de mitigação de sobretensões (sincronizadores), ocorrem nos casos de aplicação de falta, durante o processo de energização. Nas energizações sob defeito predomina o efeito da corrente de falta. A retirada desta falta é que leva a sobretensões mais elevadas. Essas sobretensões são também responsáveis pela energia dissipada nos pára raios, que chega a cerca 9,3 kj. Para pára-raios de rating 192 kv e capacidade de dissipação de 7,8 kj/kv que são capazes de dissipar até 1,498 MJ. Dessa forma, pelos resultados apresentados, fica demonstrada a viabilidade operativa da manobra de energização, se considerados os parâmetros das simulações, a saber: Xac= 40%, joelho=1,20 pu e fluxo residual < 50%. FOLHA 5 de 31

6 2.2 RECOMENDAÇÕES Com base nas análises realizadas e apresentadas no presente documento recomenda-se a implantação dos bancos de transformadores 230/138 13,8 kv 150 MVA na SE Lechuga. Quanto aos equipamentos do vão dos transformadores na SE Lechuga são feitas as seguintes recomendações: A utilização de mecanismo de fechamento sincronizado para os disjuntores de 230 kv que manobram os bancos de transformadores 230/138-13,8 kv, 150 MVA, da SE Lechuga, reduz as sobrecorrentes proporcionando menores esforços ao transformador. Portanto, a sua utilização é indicada, cabendo ao agente transmissor a decisão final recomendável. Ressalte-se que mesmo sem a utilização destes mecanismos nenhuma sobretensão ou energia nos pára-raios foi identificada que pudesse limitar as manobras ou colocar em risco o equipamento manobrado. Para o terminal de 230 kv recomenda-se a adoção de pára-raios de ZnO 192 kv com capacidade de dissipação de energia igual a 1497,6 kj (classe 3 com capacidade não inferior a 7,8 kj/kv rating). Para o terminal de 138 kv recomenda-se a adoção de pára-raios de ZnO 120 kv com capacidade de dissipação de energia igual a 936,0 kj (classe 3 com capacidade não inferior a 7,8 kj/kv rating). Os transformadores 230/138/13,8 kv devem ser especificados com um joelho igual ou maior que aqueles considerados neste estudo, de 1,20 pu. O valor de Xac do transformador 230/138/13,8 kv deverá da ordem daquele considerado neste estudo, isto é, próximo a 40%. Não é possível realizar a manobra de energização do banco de transformadores pelo terminal de 138 kv, devido à falta de suporte reativo para a manobra. FOLHA 6 de 31

7 3. ESTUDOS DE TRANSITÓRIOS ELETROMAGNÉTICOS 3.1 CONFIGURAÇÃO DA REDE ANÁLISADA Para a elaboração do sistema utilizado nos estudos de transitórios eletromagnéticos foram utilizados os seguintes arquivos de referência: Referência de fluxo de potência do Plano de Ampliação e Reforços, PAR do ONS referente ao ano de 2014; Baco de Dados para Estudo de Curto Circuito, BDCC da EPE, referente ao ano de Nestes arquivos foram feitas algumas alterações visando representar as obras previstas até o ano em estudo, medida que visa tornar o sistema elaborado mais próximo do proposto no relatório EPE-DEE-RE r0, Estudos de Suprimento à Região Metropolitana de Manaus Partindo destas informações o sistema equivalente descrito na Figura A.1 presente no Anexo A, foi implementado na ferramenta computacional ATP. Antes de elaborar as análises transitórias, o sistema equivalente, foi validado considerando os dados de fluxo (tensão e ângulo) e os níveis de curto obtidos nas referências supracitadas. Os dados utilizados para a modelagem do sistema e do transformador analisado são apresentados em detalhe no anexo A e B. 3.2 CRITÉRIOS E METODOLOGIA Para as manobras de energização dos bancos de transformadores 230/138 13,8kV 150 MVA da SE Lechuga foram adotados os seguintes critérios: Tensão pré-manobra próxima a 1,05 pu; Variações nas configurações da rede; Ocorrência ou não de um defeito no sistema; Presença e ausência de sincronizadores nas manobras; Pára-raios ZnO de 192 kv, para o terminal da SE Lechuga de 230 kv; Pára-raios ZnO de 120 kv, para o terminal da SE Lechuga de 138 kv. Critério de suportabilidade a sobretensões de manobra indicado no submódulo 23.3 do Procedimento de Rede do ONS. Para as manobras de energização dos bancos de transformadores da SE Lechuga, foram consideradas as seqüência de eventos descritos a seguir: Energização tripolar do terminal em análise 20 ms após do inicio da simulação; Os sincronizadores, presentes em alguns dos disjuntores que manobram os transformadores, possuem identificadores de falta, de tal sorte que não permitem o FOLHA 7 de 31

8 fechamento sob defeito. Por este motivo nos casos com aplicação de defeito monofásico em um dos terminais, a falta é aplicada aos 20 ms após a energização; Considerou-se o tempo de 150 ms para a eliminação de defeitos no 230 kv. O tempo total de simulação foi de 300 ms. As manobras de energização dos bancos de transformadores foram simuladas no modo estatístico, com um conjunto de 200 chaveamentos que ocorrem numa janela de um ciclo. Foram adotados os seguintes valores para a análise estatística: Tempo de simulação: 300 ms; Passo de integração: 3 μs. Nas manobras estatísticas, foi admitida uma distribuição normal dos instantes de fechamento dos três pólos truncada em ± 2σ. O valor de 1,375 ms foi convencionado para o desvio-padrão dessa distribuição. Dessa forma, a dispersão máxima dos instantes de fechamento dos contatos nos três pólos (pole spread) corresponde a 5,5 ms (4 σ). Foram monitoradas as correntes inrush, as tensões nos terminais dos transformadores manobrados e as energias dissipadas nos pára-raios dos transformadores. Foi considerada, em todas as manobras de energização, a presença de magnetismo residual, da ordem de 50%. 3.3 MODELAGEM DOS DISJUNTORES Para as manobras de energização dos bancos de transformadores foram utilizadas chaves ideais, simulando o fechamento estatístico das 3 (três) fases dos disjuntores, por meio de uma amostragem de 200 chaveamentos, numa janela de um ciclo de 60 Hz (16,67ms). Admitiu-se uma distribuição normal para os instantes de fechamento dos três pólos, truncada em ± 2σ. O valor de 1,375 ms foi convencionado para o desvio-padrão dessa distribuição. Dessa forma, a dispersão máxima dos instantes de fechamento dos contatos nos três pólos (pole spread) corresponde a 5,5 ms (4 σ). As solicitações, identificadas como as mais severas das simulações estatísticas, foram reproduzidas de forma determinística. Utilizou-se a distribuição normal dos tempos de fechamento, com um desvio de ± 2 σ, de forma a tornar o sorteio mais conservativo. As simulações com os sincronizadores, o fechamento do primeiro pólo se dá no máximo da tensão de polaridade inversa a do magnetismo residual e o fechamento das duas outras fases se dá 90º elétricos após o fechamento do 1º pólo. Utilizou-se a partir deste alvo inicial, uma distribuição normal dos tempos de fechamento, com um desvio de ± 3 σ. FOLHA 8 de 31

9 A modelagem dos dispositivos de manobra controlada atendeu as recomendações estabelecidas em Controlled Switching of HVAC Circuit Breakers Guide for Applications : lines, reactors, capacitors, transformers (1st Part, 2nd Part), ELECTRA 183/185, April/Agosto FOLHA 9 de 31

10 4. SIMULAÇÕES E RESULTADOS 4.1 RESPOSTA EM FREQUÊNCIA (RF) A Figura 4.1, apresenta a variação da impedância com a freqüência, vista pelos terminais dos bancos de transformadores 230/138-13,8 kv de 150 MVA da SE Lechuga a ser manobrado Visto pelo terminal de 230 kv a manobra dos transformadores da SE Lechuga, apresenta as ressonâncias mais significativas da rede próximas ao 13º harmônico com amplitude da ordem de 1700 ohms. Assim, a análise das curvas mostra que o nível de interação transformador x sistema deverá ser baixo. Serão estudadas as seguintes configurações no domínio do tempo: Sistema completo; Sem um dos transformadores de 230/138-13,8 kv da SE Lechuga; Sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira; Sem o circuito da LT 230 kv Lechuga Balbina. FOLHA 10 de 31

11 1800 [V] [Hz] 900 A-RF.pl4: v :LE500A B-RF.pl4: v :LE500A C-RF.pl4: v :LE500A D-RF.pl4: v :LE500A Figura RF (/Z/ x frequência) sistema completo (vermelho); sem um dos transformadores de 230/138-13,8 kv da SE Lechuga (verde); sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira (azul) e Sem o circuito da LT 230 kv Lechuga Balbina (rosa) RELATÓRIO R2 ESTUDOS DE ENERGIZAÇÃO DO 3 BANCO DE TRANSFORMADORES DE 230/138/13,8 kv 150 MVA 3 BANCO DE AUTOTRANSFORMADORES 230/138 13,8 kv 150 MVA SE LECHUGA SE FOLHA 11 de 31

12 4.2 ENERGIZAÇÃO DOS BANCOS DE TRANSFORMADORES A Tabela 4.1 apresenta os resultados encontrados para as manobras de energização analisadas para os bancos de transformadores 230/138-13,8 kv 150 MVA Lechuga pelo terminal de Lechuga. São apresentados os valores médios, máximos e desvios padrões das sobretensões encontrados para cada simulação, bem como a energia absorvida pelos pára-raios de ambos os terminais. Consideraram-se as tensões de pré-manobra ao redor da máxima tensão operativa (1,05 pu). Foram efetuadas avaliações estatísticas conforme metodologia indicada no item 3.2, sendo registrados os valores médios, máximos e desvios padrões no terminal de energização. Foram analisadas manobras de energização apenas pelo setor de 230 kv, uma vez que a manobra pelo terminal de 138 kv é inviável devido à falta de suporte reativo. Foram analisadas manobras de energização dos bancos de transformadores 230/138/13,8 kv 150 MVA da SE Lechuga para as seguintes configurações: Sistema completo; Sem um dos transformadores de 230/138-13,8 kv da SE Lechuga; Sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira; Sem o circuito da LT 230 kv Lechuga Balbina. Para todas as configurações analisadas considerou-se: a) A manobra de energização dos transformadores realizada com um sincronizador e fluxo residual de 50%; b) A ausência de sincronizadores nos disjuntores manobrados e fluxo residual de 50%. Foram também avaliadas as energizações sob defeito monofásico, aplicado no lado de 230 kv, para as configurações supra mencionadas. As Tabela 4.2 e 4.3 resumem, os resultados para as energizações sem a aplicação de falta, o efeito da utilização de mecanismos de controle de sobretensões de manobra na magnitude das tensões e na corrente de Inrush em Lechuga 230 kv: Tabela 4.2 Energização sem aplicação de falta Tensões (pu) Com Sinc. Sem Sinc. Sistema completo; 1,862 1,887 Sem um dos Trafos de 230/138-13,8 kv da SE Lechuga; 1,886 1,886 Sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira 1,906 1,885 Sem o circuito da LT 230 kv Lechuga Balbina 1,863 1, /138/13,8 kv 150 MVA SE FOLHA 12 de 31

13 Sob o ponto de vista da magnitude das tensões, os sincronizadores apresentaram desempenho adequado, reduzindo o valor da sobretensão máxima e as sobretensões sustentadas. No que diz respeito às correntes de inrush, sem a aplicação de falta, foram obtidos os seguintes resultados: Tabela 4.3 Energização sem aplicação de falta Inrush (pu) Com Sinc. Sem Sinc. Sistema completo 7,4 13,6 Sem um dos Trafos de 230/138-13,8 kv da SE Lechuga 7,2 13,2 Sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira 7,7 14,7 Sem o circuito da LT 230 kv Lechuga Balbina 7,2 13,3 Estes resultados atestam a efetividade da utilização dos mecanismos de manobra controlada, para a redução da corrente de inrush, o que é benéfico ao equipamento, o que justifica a sua presença. A dissipação de energia nos pára-raios, para as manobras sem a aplicação de defeito, foi desprezível. Nas energizações sob defeito predomina o efeito da corrente de falta. A retirada desta falta é que leva a sobretensões mais elevadas, da ordem de 1,989 pu (Figuras 4.10). Essas sobretensões são também responsáveis pela energia dissipada nos pára raios, que chega a cerca 6,9 kj (Fig. 4.13). Para os pára-raios de rating 192 kv e capacidade de dissipação de 1,948 MJ. As Tabela 4.4 e 4.5 resumem, para as energizações com a aplicação de falta, o efeito da utilização de mecanismos de controle de sobretensões de manobra na magnitude das tensões e na corrente de Inrush em Lechuga 230 kv. Tabela 4.4 Energização com aplicação de falta Tensões (pu) Com Sinc. Sem Sinc. Sistema completo; 1,966 1,973 Sem um dos Trafos de 230/138-13,8 kv da SE Lechuga; 1,969 1,933 Sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira 1,973 1,926 Sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Balbina 1,904 1,989 Sob o ponto de vista da magnitude das tensões, os sincronizadores apresentaram desempenho adequado, reduzindo o valor da sobretensão máxima. No que diz respeito às correntes de inrush, sem a aplicação de falta, foram os seguintes os resultados obtidos. Tabela 4.5 Energização sem aplicação de falta Inrush (pu) Com Sinc. Sem Sinc. Sistema completo; 42,6 43,5 Sem um dos Trafos de 230/138-13,8 kv da SE Lechuga; 41,5 42,3 Sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira 42,0 42,9 Sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Balbina 41,4 42,4 230/138/13,8 kv 150 MVA SE FOLHA 13 de 31

14 Efetivamente quem regula a magnitude das tensões é a retirada do defeito e a ação dos pára-raios, por isso não há diferença significativa para a situação sem sincronizadores. Embora o valor da corrente de inrush encontrado seja muito elevado deve se destacar que nestas situações de defeito a proteção operará tornando, a manobra de energização um insucesso. 230/138/13,8 kv 150 MVA SE FOLHA 14 de 31

15 Tabela 4.1 Energização dos bancos de transformadores 230/138-13,8 kv da SE Lechuga Caso Configuração do Sistema Defeito Sincronizador Vpré (pu) Terminal de Lechuga 230 kv Vméd σ Vmáx Pára- Raios Terminal de Lechuga 138 kv Vméd σ Vmáx Pára- Raios (pu) (pu) (pu) (kj) (pu) (pu) (pu) (kj) Corrente de Inrush (pu Inom) Figura nº 1 Não 1,623 0,1650 1,862 1,8 1,808 0,0648 1,994 0,6 7,4 --- Sim 2 Configuração Sim 1,593 0,2118 1,966 6,7 1,865 0,0739 2,107 2,1 42,6 Fig 4.7 e Fig 4.8 1,050 3 completa Não 1,544 0,1768 1,887 1,5 1,747 0,0888 2,012 0,8 13,6 Fig 4.6 Não 4 Sim 1,497 0,2080 1,973 6,4 1,775 0,1018 1,993 2,9 43,5 Fig Não 1,648 0,1579 1,886 2,0 1,815 0,0684 1,967 0,7 7,2 Fig 4.3 Apenas com um Sim 2 Trafo 230/138 Sim 1,605 0,2135 1,969 7,1 1,865 0,0707 2,024 2,1 41,5 Fig 4.9 1,050 3 kv na SE Não 1,543 0,1826 1,886 1,3 1,751 0,1059 2,000 0,9 13,2 --- Lechuga Não 4 Sim 1,529 0,2168 1,933 6,0 1,793 0,0965 2,250 5,1 42, Não 1,632 0,1626 1,906 1,5 1,814 0,0624 1,992 0,7 7,7 Fig 4.1 e Fig 4.2 Sem um circuito Sim 2 da LT 230 kv J. Sim 1,575 0,2014 1,973 7,0 1,854 0,0706 2,054 2,1 42, ,050 3 Teixeira - Não 1,537 0,1771 1,885 1,4 1,750 0,0893 1,992 0,5 14,7 Fig 4.5 Lechuga Não 4 Sim 1,522 0,2113 1,926 5,8 1,798 0,0924 2,028 2,7 42, Não 1,619 0,1630 1,863 1,2 1,803 0,0632 1,984 0,6 7,2 --- Sem um circuito Sim 2 Sim 1,518 0,1924 1,904 4,9 1,859 0,0776 2,070 2,0 41,4 --- da LT 230 kv 1,050 3 Lechuga - Não 1,523 0,1644 1,903 1,4 1,742 0,0880 1,901 0,5 13,3 Fig 4.4 Balbina Não Fig 4.10 e 4 Sim 1,516 0,2162 1,989 6,9 1,769 0,1018 1,975 1,8 42,4 Fig /138/13,8 kv 150 MVA SE FOLHA 15 de 31

16 400 [kv] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0019.pl4; x-v ar t) v :L2L1-A v :L2L1-B v :L2L1-C Figura 4.1 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema sem um autotransformador 500/230 kv de Lechuga Com sincronizador Tensão em Lechuga 230 kv 5000 [A] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0154.pl4; x-v ar t) c:le230a-l2l1-a c:le230b-l2l1-b c:le230c-l2l1-c Figura 4.2 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema sem um autotransformador 500/230 kv de Lechuga Com sincronizador Corrente de inrush no transformador FOLHA 16 de 31

17 2000 [J] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0036.pl4; x-v ar t) e:pr230a- e:pr230b- e:pr230c- Figura 4.3 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema com apenas um transformador 230/138/13,8 kv de Lechuga Com sincronizador Energia nos pára-raios no terminal de Lechuga 230 kv 400 [kv] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0152.pl4; x-v ar t) v :L2L1-A v :L2L1-B v :L2L1-C Figura 4.4 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema sem a LT 230 kv Lechuga - Balbina Sem sincronizador Tensão em Lechuga 230 kv FOLHA 17 de 31

18 8000 [A] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0011.pl4; x-v ar t) c:le230a-l2l1-a c:le230b-l2l1-b c:le230c-l2l1-c Figura 4.5 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira Sem sincronizador Corrente de inrush no transformador 1500 [J] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0080.pl4; x-v ar t) e:pr230a- e:pr230b- e:pr230c- Figura 4.6 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema completo Sem sincronizador Energia nos pára-raios no terminal de Lechuga 230 kv FOLHA 18 de 31

19 400 [kv] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0089.pl4; x-v ar t) v :L2L1-A v :L2L1-B v :L2L1-C Figura 4.7 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema completo Com sincronizador Com falta monofásica no terminal de Lechuga Tensão em Lechuga 230 kv 15 [ka] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0014.pl4; x-v ar t) c:aux2-a-l2l1-a c:aux2-b-l2l1-b c:aux2-c-l2l1-c Figura 4.8 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema sem um circuito da LT 230 kv Lechuga Jorge Teixeira Com sincronizador Corrente de inrush no transformador FOLHA 19 de 31

20 8000 [J] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0028.pl4; x-v ar t) e:pr230a- e:pr230b- e:pr230c- Figura 4.9 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema com um transformador 230/138/13,8 kv na SE Lehuga Com sincronizador Energia nos pára-raios no terminal de Lechuga 230 kv 400 [kv] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0047.pl4; x-v ar t) v :L2L1-A v :L2L1-B v :L2L1-C Figura 4.10 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema sem a LT 230 kv Lechuga - Balbina Sem sincronizador Com falta monofásica no terminal de Lechuga Tensão em Lechuga 230 kv FOLHA 20 de 31

21 15 [ka] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0115.pl4; x-v ar t) c:aux2-a-l2l1-a c:aux2-b-l2l1-b c:aux2-c-l2l1-c Figura 4.11 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema completo Sem sincronizador Corrente de inrush no transformador 7000 [J] ,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30 (f ile SHOT0047.pl4; x-v ar t) e:pr230a- e:pr230b- e:pr230c- Figura 4.12 Energização do banco de transformadores 150 MVA pelo terminal de Lechuga Sistema completo Sem sincronizador Energia nos pára-raios no terminal de Lechuga 230 kv FOLHA 21 de 31

22 5. ESTUDOS DE CURTO-CIRCUITO A Tabela 5.1 mostra os níveis de curto-circuito na subestação de Lechuga 230 kv a serem utilizados como referência para o dimensionamento dos equipamentos e instalações que compõem a alternativa selecionada. Tabela 5.1 Níveis de curto-circuito da SE Lechuga 230 kv ANO TENSÃO (kv) MÓDULO (MVA) TRIFÁSICO ÂNGULO ( ) MÓDULO (MVA) MONOFÁSICO ÂNGULO ( ) , , , , FOLHA 22 de 31

23 6. REFERÊNCIAS [1] EPE-DEE-RE r0 ESTUDOS ASSOCIADOS AO PLANO DECENAL DE EXPANSÃO DE ENERGIA - Estudos de Suprimento à Região Metropolitana de Manaus , EPE, Outubro de [2] PDE Plano Decenal de Expansão 2010 a 2020 da EPE, massa de dados para estudos de fluxo de potência, EPE. FOLHA 23 de 31

24 ANEXO A FIGURAS DO SISTEMA FOLHA 24 de 31

25 EQUIVALENTE DO SISTEMA 500 kv EQOR5 Empreendimento em estudo 500 kv G BALBINA Geração G-BAL BALBINA 13,8 kv BA131 5 X 62 MVA P.FIGUE. 13,8 kv PF131 BALBINA 230 kv BA MVA P.FIGUE. 230 kv PF230 C.ROCHA 230 kv CR230 2 X 75 MVA GERAÇÃO C.ROCHA G-CRO G C.ROCHA 13,8 kv CR13 ORIXIMINA 500 kv OR500 LECHUGA 500 kv LE MVA CADA UM ORIT1 ITOR1 ITLE1 LEIT1 ORIT2 ITOR2 ITLE2 LEIT2 ITACOATIARA 138 kv IT MVA ITACOATIARA 500 kv IT kv 138 kv Níveis inferiores de tensão Elemento desligado Equivalente em 60 HZ LECHUGA 230 kv LE230 MANAUS 230 kv MN MVA CADA UM LECHUGA 138 kv LE138 J,TEIXEIRA 230 kv JT230 MAUA 230 kv MA230 MANAUS 69 kv MN069 EQUIVALENTE DO SISTEMA EQMN6 4 X 150 MVA ST.ETELVINA 138 kv SE138 PARQUE kv PA MVA CADA UM J.TEIXEIRA 138 kv JT138 MAUA 138 kv MA138 D.INDUSTRIAL 138 kv D X 150 MVA D.INDUSTRIAL 138 kv D X 150 MVA MAUA 69 kv MA069 Figura A.1 Diagrama unifilar com a configuração da área de influência da SE Lechuga EQUIVALENTE DO SISTEMA EQMA6 BANCO DE AUTOTRANSFORMADORES 230/138 13,8 kv 150 MVA SE LECHUGA 230/138/13,8 kv 150 MVA SE FOLHA 25 de 31

26 ANEXO B TABELAS COM DADOS DO SISTEMA FOLHA 26 de 31

27 B.1 Dados utilizados B.1.1 Máquinas A Tabela B.1 apresenta os parâmetros das máquinas representadas. Usina Tabela B.1 Parâmetros das máquinas N de unidades MVA/ Máquina X"d (% base da máquina) UHE Balbina 5 55,5 21 UTE Cristiano Rocha 2 32,5 18 B.1.2 Equivalentes A Tabela B.2 apresenta os equivalentes utilizados na modelagem do sistema elétrico. Tabela B.2 - Equivalentes considerados no estudo Subestação R 0 (Ω ) L 0 (Ω ) R 1 (Ω ) L 1 (Ω ) Oriximiná 500 kv 2,75 52,52 7,25 43,50 Manaus 69 kv 0,31 3,87 0,21 3,43 Mauá 69 kv 3,47 57,47 2,13 30,37 B.1.3 Transformadores A Tabela B.3 apresenta os parâmetros dos transformadores e transformadores representados nas simulações. Todas as curvas de saturação dos transformadores e transformadores abaixo relacionados foram representadas. Tabela B.3 Parâmetros dos transformadores e transformadores Subestação Potência (MVA) Relação de tensão (kv) Ligação Impedância (% base de 100 MVA) Xp Xs Xt Itacoatiara 1 X / ,8 Δ 10,67-6,00 16,00 Lechuga 3 X / ,8 Δ 1,55-0,20 1,11 FOLHA 27 de 31

28 Subestação Potência (MVA) Relação de tensão (kv) Ligação Impedância (% base de 100 MVA) Xps Lechuga 3 X / 138 6,67 Jorge Teixeira 4 X / 138 7,67 Manaus 4 X / 69 9,33 Mauá 4 X / Mauá 2 X / 69 6,60 Balbina 5 X / 69 20,80 Cristiano Rocha 2 X / ,00 Pres. Figueiredo 1 X / 13,8 83,40 Considerou-se nas simulações de manobra do autotransformador 345/ 138 /13,8 kv de 375 MVA, curvas de saturação com um joelho por volta de 1,20 pu e um valor de Xac próximo a 40%. Como exemplo ilustrativo, a Figura B.1 representa a curva de saturação para os transformadores da SE Lechuga 230/138/13,8 kv 150 MVA. 1,4 1,35 1,3 Tensão - (pu) 1,25 1,2 1,15 1,1 1, ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Corrente - (pu) Figura B.1 - Curvas de saturação dos transformadores de Lechuga, vistas do 230 kv Foi representado o laço de histerese, do autotransformador trifásicos 230/138/ 13,8 kv de 150 MVA da SE Lechuga. Para este transformador, com base nesta curva, foi calculado o laço de histerese, por meio da rotina Hysteresis. Considerou-se por premissa um nível de magnetismo residual de 50% e o limite de perdas máximas estabelecido no anexo técnico. FOLHA 28 de 31

29 Como exemplo ilustrativo, a Figura B.2 representa o laço de histerese simulados para o transformador trifásico 230/138/13,8 kv de 150 MVA da SE Lechuga. Fluco - Vs Corrente - Apico Figura B.2 Laços de histerese dos transformadores trifásicos da SE Lechuga B.1.4 Linhas de Transmissão Para representação das Linhas de Transmissão de 500 kv, 230 kv foram considerados os parâmetros indicados na Tabela B.4. Linha Tabela B.4 Parâmetros das linhas de Transmissão V ( kv) R0 (Ω/km) X0 (Ω/km) B0 (µs/km) R1 (Ω/km) X1 (Ω/km) B1 (µs/km) LT 500 kv Oriximiná - Itacoatiara C1 e C ,2487 0,9820 3,4835 0,0160 0,2547 6, ,0 LT 500 kv Itacoatiara - Lechuga C1 e C ,1639 0, ,0000 0,0170 0,2627 6, ,0 LT 230 kv Lechuga - Jorge Teixeira C1 e C ,3962 1,5752 2,9207 0,0358 0,3354 4, ,0 LT 230 kv Lechuga - Jorge Teixeira C ,4166 1,2257 2,6859 0,0341 0,3431 4, ,0 LT 230 kv Lechuga - Cristiano Rocha 230 0,2222 1,1215 2,8742 0,0529 0,3386 4,8862 2,5 LT 230 kv Cristiano Rocha - Pres. Figueiredo 230 0,2195 1,1197 2,8780 0,0523 0,3392 4, ,2 LT 230 kv Pres. Figueiredo - Balbina 230 0,2209 3,6638 2,5067 0,0484 0,3134 4, ,3 LT 230 kv Lechuga - Manaus C1 e C ,2645 1,3357 3,1912 0,0628 0,4045 5, ,0 LT 230 kv Jorge Teixeira - Mauá C1 e C ,3962 1,1481 1,1088 0,0358 0,3354 4, ,5 LT 138 kv Mauá 3 - Dist. Industrial 3 C1 e C ,1181 1,1141 2,7552 0,0381 0,2895 4, ,0 LT 138 kv Mauá 3 - Dist. Industrial 4 C1 e C ,1110 1,1141 2,7846 0,0381 0,2895 4,7339 6,6 LT 138 kv Lechuga - Sta. Etelvina C1 e C ,1309 1,2379 3,0618 0,0405 0,3214 5,2051 8,0 LT 138 kv Sta. Etelvina - Parque ,1309 1,2379 3,0618 0,0405 0,3214 5, ,6 L (km) FOLHA 29 de 31

30 C1 e C2 B.1.5 Reatores A Tabela B.5 apresenta os reatores shunt considerados Tabela B.5 Reatores Shunt considerados Oriximiná 500 kv Barra Oriximiná 500 kv LT 500 kv Oriximiná - Itacoatiara C1 Oriximiná 500 kv LT 500 kv Oriximiná - Itacoatiara C2 Itacoatiara 500 kv Barra + Comp. Estático Itacoatiara 500 kv LT 500 kv Oriximiná - Itacoatiara C1 Itacoatiara 500 kv LT 500 kv Oriximiná - Itacoatiara C2 Itacoatiara 500 kv LT 500 kv Itacoatiara - Lechuga C1 Itacoatiara 500 kv LT 500 kv Itacoatiara - Lechuga C2 Lechuga 500 kv Barra Lechuga 500 kv LT 500 kv Itacoatiara - Lechuga C1 Lechuga 500 kv LT 500 kv Itacoatiara - Lechuga C2 Manaus 230 kv 1 15 LT 230 kv Manaus - Lechuga C2 Crist. Rocha 230 kv 1 15 LT 230 kv Crist. Rocha - Pres. Figueiredo B.1.6 Capacitores A Tabela B.6 apresenta os capacitores série e shunt representados. Tabela B.6 Capacitores considerados Localização Linha de Transmissão Próximo Nº de unidades Reatância (Ω) Tipo LT 500 kv Oriximiná - Itacoatiara C1 Oriximiná 500 kv 1 33,25 Série LT 500 kv Oriximiná - Itacoatiara C1 Itacoatiara 500 kv 1 33,25 Série LT 500 kv Oriximiná - Itacoatiara C2 Oriximiná 500 kv 1 33,25 Série LT 500 kv Oriximiná - Itacoatiara C2 Itacoatiara 500 kv 1 33,25 Série B.1.7 Disjuntores LT 500 kv Itacoatiara - Lechuga C1 Itacoatiara 500 kv 1 19,50 Série LT 500 kv Itacoatiara - Lechuga C1 Lechuga 500 kv 1 19,50 Série LT 500 kv Itacoatiara - Lechuga C2 Itacoatiara 500 kv 1 19,50 Série LT 500 kv Itacoatiara - Lechuga C2 Lechuga 500 kv 1 19,50 Série Lechuga 230 kv 1 480,91 Barra Para as linhas de transmissão em 230 kv, os disjuntores nas SE s Lechuga e J. Teixeira foram representados com e sem resistores de pré-inserção de 400 Ω. FOLHA 30 de 31

31 B.1.8 Pára-raios ZNO Para os setores de 230 kv e 138 kv da subestação Lechuga foram simulados pára-raios de ZnO classe 3 de 192 kv e 120 kv, respectivamente, com capacidades de dissipação de energia de 7,8 kj / kv e as seguintes curvas V x I, com forma de onda 30x60 µs: Tabela B.7 Curvas de descarga 30 x 60 µs e capacidades de dissipação Corrente (A) Tensão Residual (kv) 192 kv 120 kv 0, Capacidades de dissipação máximas (kj) FOLHA 31 de 31