Divisão de Perdas Elétricas em LT s compartilhadas. CPE Estudos e Projetos Elétricos Daniel Mamede - Diretor Técnico

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Amália Salazar Fidalgo
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1 Divisão de Perdas Elétricas em LT s compartilhadas CPE Estudos e Projetos Elétricos Daniel Mamede - Diretor Técnico

2 - O que seria esse compartilhamento? Empresas com ponto de conexão semelhantes formam um consórcio e compartilham o mesmo PCC. Uma usina (ou conjunto de usinas) já encontra-se conectada ao Sistema Elétrico, ou seja, já realizou o investimento na infraestrutura para conexão (Linha de Transmissão, Subestação Elevadora e Bay de Conexão) e outra usina, com objetivo de redução de custos, pede conexão no barramento da Subestação Elevadora, através de um prolongamento do barramento.

3 - Contextualizando Fonte: ONS

4 - Contextualizando

5 - Contextualizando

6 - Contextualizando

7 - Motivação e Vantagens Rápido crescimento no número de usinas ao longo do tempo; Elevado preço e prazo de implantação de novas LT s; Possibilidade de divisão dos custos de operação da LT; Otimizar a conexão, reduzindo o elevado número de bays em algumas subestações das transmissoras.

8 - Exemplo: 1 agente R LT = 100 km 0,11 = 11 Ω Perda G1 = R I 2 = Perda G1 = 1,55 MW

9 - Exemplo: 2 agentes compartilhando Perda G1+G2 = R I 2 = Perda G1+G2 = 6,23 MW

10 - Exemplo: divisão das perda Pelo método da CCEE: proporcional a geração Perda G1 = 6,23 Perda G2 = 6, = 3,115 MW = 3,115 MW Diferença entre as Perdas antes e depois do compartilhamento: F % = 3,115 1, = 100%

11 - Exemplo: porque? G1 2 Perda G1 = R I G1 G1 + G2 Perda G1+G2 = R I G1 + I G Perda G1+G2 = R I G1 + R I G2 + 2 R I G1 I G2

12 - Solução: Divisão de Perdas Elétricas em LT s Compartilhadas Caso a primeira usina entenda que deva pagar os mesmos valores de perdas antes do compartilhamento, várias medidas devem ser tomadas afim de viabilizar essa decisão. Todas as perdas devem ser estimadas. Para uma maior precisão, um método estatístico deve se adotado. Os dados elétricos serão proveniente dos Medidores de Faturamento. Além das perdas na Linha de Transmissão, as Perdas nos Transformadores também devem ser consideradas;

- Solução: Divisão de Perdas Elétricas em LT s Compartilhadas Deve-se também investigar Perdas Adicionais, como Perdas por Condutância nos isoladores e Perdas do Efeito Corona; Ao final, um pequeno

13 - Solução: Divisão de Perdas Elétricas em LT s Compartilhadas Deve-se também investigar Perdas Adicionais, como Perdas por Condutância nos isoladores e Perdas do Efeito Corona; Ao final, um pequeno Fluxo de Carga deve ser realizado para o cálculo das Perdas; Caso exista na subestação de conexão elementos shunts (banco de capacitores e reatores) para a correção do fator de potência, os mesmos devem ser corretamente introduzidos na formulação.

14 - Solução: Divisão de Perdas Elétricas em LT s Compartilhadas Todas as principais variáveis elétricas devem ser investigadas. Algumas como o TAP dos transformadores podem ser desprezadas.

15 - Solução Alternativa: Instalar novos medidores no lado de AT dos Trafos para medição das perdas dos transformadores. Ao final, as Perdas poderia ser calculada a cada ciclo de medição através de uma divisão ponderada. Depende da configuração da SE existente.

16 - Solução Alternativa: Desvantagem: O investimento em novos medidores e interligações é elevada, além de incluir no cálculo elementos que não são oficiais para a CCEE.

corrente que do circuito; Perdas por Condutância:

17 - Perdas em Linhas de Transmissão: Perdas por nos condutores: depende da Resistência dos cabos e a corrente que do circuito; Perdas por Condutância: parcela relativa às perdas através dos isoladores e o Efeito Corona.

18 - Perdas nos condutores: É a Principal perda nas LT s. O valor da resistência varia com a Temperatura; R = R 20 o C 1 + α T cond. 20 T cond. do condutor depende alguns parâmetros meteorológicos influenciam no seu valor final com: Velocidade e Direção do Vento, Temperatura Ambiente e Radiação Solar.

19 - Perdas no condutor: Na situação de regime permanente, o calor fornecido ao condutor é balanceado pelo calor dissipado (nenhuma energia é armazenada no condutor). Assim, a equação de balanço de calor pode ser escrita como: P j + P s + P m = P c + P r Sendo: P j é o ganho por Efeito Joule P m é o ganho pelo calor magnético P c perda de calor por convecção P r perda de calor por radiação P s ganho por radiação solar

20 - Perdas no condutor: Aquecimento P joule = 1,0123 I 2 R cc 1 + α T cond 20 o P solar = a s R s D Resfriamento P radiação = π D ε σ B [ T cond T a ] P convecção = π λ f T cond T a. Nu Nu 90 o = B 1 Re n Re Re = ρ r v D υ λ f = 2, , T f υ = 1, , T f T f = 0,5 (T cond + T a ) R f = d 2 D 2d Nu = Nu 90 o A 1 + B 1 sen θ m l

21 - Perdas no Transformador: Perdas no cobre Depende da resistência do transformador e a corrente elétrica que o atravessa. A resistência deve ser definida em uma dada temperatura. Perdas no ferro Depende do material do núcleo de ferro e da tensão As perdas dependem da frequência, mas por questões de simplificação, será considerado apenas a componente fundamental nos cálculos.

- Perdas no Transformador: Temperatura do transformador A temperatura adotada pode ser obtida através de uma investigação mais detalhada em campo ou através de um

22 - Perdas no Transformador: Temperatura do transformador A temperatura adotada pode ser obtida através de uma investigação mais detalhada em campo ou através de um cálculo aproximad utilizando a metodologia descrita na NBR : Transformador de potência - Parte 7: Guia de carregamento para transformadores emersos em líquido isolante.

- Perdas no Transformador - Exemplo: Perdas no cobre considerando a temperatura do Trafo igual a 55ºC - Resistência no TAP central (9) na temperatura de 27,8

23 - Perdas no Transformador - Exemplo: Perdas no cobre considerando a temperatura do Trafo igual a 55ºC - Resistência no TAP central (9) na temperatura de 27,8 graus Perda 85 o C = R 85 o C I 2 Perda 27,8 o C = R 27,8 o C I 2 R 85 o C = R 27,8 o C (1 + α 85 27,8 ) α = 0,00314 o C 1 Considerando T trafo = 55 o, R 55 o = 2,68 Ω

24 - Perdas no Transformador - Exemplo: Perdas no ferro Perda ferro = e 3,685 V

25 - Perdas no Transformador - Exemplo: Perdas no totais 2 Perda TRtotal = 2,68 I total e 3,685 V Caso a tensão do ensaio seja em AT do transformador, por simplificações pode-se adotar o mesmo nível de tensão do ponto de conexão, a depender das diferenças encontradas nos MF s.

- Perdas Adicionais Como não há isolamento elétrico perfeito, uma pequena parte da energia transmitida é desperdiçada através de seus isoladores e também através do Efeito Corona.

26 - Perdas Adicionais Como não há isolamento elétrico perfeito, uma pequena parte da energia transmitida é desperdiçada através de seus isoladores e também através do Efeito Corona. Nas linhas em média tensão, a escolha das secções dos condutores geralmente se baseia em um equacionamento econômico entre perdas por efeito Joule e os investimentos necessários. Nas linhas em alta tensão, o controle do Efeito Corona pode ser o elemento dominante para orientar essa escolha.

27 - Perdas Adicionais De modo geral, esta perda se baseia na: geometria e raio dos condutores; tensão da rede; gradiente de potencial na superfície dos condutores condições meteorológicas Fórmula empírica para cálculo das perdas do Efeito Corona (Peterson): P TB = 0, f U 2 φ log D m r 2

28 - Perdas Adicionais Geralmente o valor das Perdas Adicionais é desprezível mas, em determinadas épocas do ano, em especial após a época de altos ventos, os isoladores e cabos encontram-se repletos de impurezas, aumentando drasticamente as Perdas.

29 - Exemplo Prático Um estudo estatístico da resistência de uma LT de aproximadamente 60km de extensão foi realizado para o ano de Os dois agentes de geração já encontravam-se conectados. Os dados de Velocidade e Direção do Vento e Temperatura Ambiente foram extraídos de uma das torres meteorológicas instalada em uma das usinas. Levou-se em consideração o ângulo entre a LT e o vento. Período de amostragem: 10min

30 - Exemplo Prático A Radiação Solar foi retirado de uma estação meteorológica de observação do IMET (Instituto Nacional de Meteorologia) próxima ao complexo. Período de amostragem: 1 hora Os dados elétricos foram extraídos dos Medidores de Faturamento de cada usina e do Ponto de Conexão. Os dois Complexo possuem um total de 8 usinas. Período de amostragem: 5min Os transformadores eram de Potências, Impedâncias e Fabricantes diferentes. Os dados dos Relatórios de Ensaio foram utilizados.

31 - Resultados Finais Janeiro Julho

32 - Resultados Finais Novembro Setembro

33 - Resultados Finais Pequenas variações na temperatura não acarretam grandes erros:

34 - Aumento da Temperatura com a Geração A inserção de uma nova geração provoca o aumento de temperatura do cabo e, consequentemente, aumento da resistência.

35 - Cálculo da Divisão das Perdas A diferença entre as Perdas Estimadas e as Perdas Medidas, em vários meses encontrava-se abaixo de 5%, entretanto em um determinado mês, esse valor saltou para 28%. Esse mês correspondia a época de baixos ventos. Analisando um período de geração, notou-se um padrão diferente.

36 - Cálculo da Divisão das Perdas Um aumento nas Perdas Medidas não mais coincidiam com uma elevação da Geração

37 - Cálculo da Divisão das Perdas Estas Perdas eram provenientes de falhas nos isoladores e pelo Efeito Corona nos cabos. As usinas concordaram em dividir estas Perdas Adicionais através de uma média ponderada da potência instalada de cada Complexo.

38 - Conclusão Divisão de Perdas Elétricas em LT s Compartilhadas A Metodologia de Cálculo Estatístico das Perdas Elétricas em Linhas de Transmissão mostrou-se eficaz. Os erros inerentes ao processo eram aceitáveis, garantindo confiabilidade aos investidores. O ressarcimento das Perdas que deve ocorrer entre os agentes de geração não inviabiliza o compartilhamento de LT s, apenas promove uma correta divisão dos custos envolvidos. A Metodologia de cálculo é relativamente Complexa, e ao final, pode envolver alguns trechos de Fluxo de Carga. Recomenda-se a elaboração de um software que possa automaticamente gerar os resultados.

39 Obrigado! Daniel Mamede CPE ESTUDOS E PROJETOS ELÉTRICOS Contato: (85)

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