Melhorando a qualidade de energia elétrica para o sistema de sinalização metroferroviário

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1 Melhorando a qualidade de energia elétrica para o sistema de sinalização metroferroviário

2 Resumo A sinalização é um dos sistemas vitais mais importante numa ferrovia, pois ela é responsável pela operacionalidade do tráfego, otimizando o fluxo de trens de forma segura. Foi baseada nesta importância que foi analisada a fonte de energia do sistema de sinalização metroferroviário e desenvolvido este trabalho, que tem como meta obter uma fonte de energia elétrica limpa de interferências harmônicas, nocivas aos equipamentos elétricos, gerando menos falhas à sinalização, maior operacionalidade do sistema, menos passageiros prejudicados e de menos custo por kwh. 3

3 1. Introdução Todo sistema eletroeletrônico depende de uma fonte de energia para alimentação e funcionamento de suas funções. No sistema de sinalização metroferroviário, a dependência da energia elétrica é praticamente cem por cento. E uma das fontes de energia que poderá ser utilizada é oriunda das subestações de tração. 2. Objetivo Este trabalho tem como objetivo mostrar a melhor maneira de se obter uma energia elétrica mais confiável ao sistema de sinalização metroferroviário provinda de subestação de tração. 3. Metodologia A energia elétrica provinda de subestação de tração traz consigo harmônicas, que é muito nocivo a sistemas de potência de entrada dos circuitos de sinalização metroferroviário. Em nosso sistema de sinalização, havia muitos desarmes nos sistemas de proteção de entrada de energia dos sistemas de sinalização; onde após muitas análises, percebemos que a origem eram as harmônicas presentes na freqüência da energia provinda da subestação de tração. As subestações de tração são compostas entre muitos equipamentos, por um transformador principal que alimenta um retificador de tração, que fornecerá energia ao suprimento de tração da malha metroferroviário, e outro transformador que alimenta os circuitos de sinalização. O que normalmente acontece é que o transformador responsável para o sistema de sinalização, fica situado no secundário do transformador principal da subestação de tração, conforme figura Circuito Unifilar Simplificado da Subestação de Tração (original) Figura 1 Na situação da figura 1 (acima), ocorrerá muita interferência harmônica provocada pelas cargas (trens) do sistema de tração. E estas harmônicas acabam por perturbar toda a 4

4 alimentação para o sistema de energia elétrica de entrada dos sistemas de sinalização ao longo do trecho. Analisando o exposto acima, pensamos em instalar filtros (bancos de capacitores) nas subestações e ou nos pontos de chegada desta energia para o sistema de sinalização ao longo do trecho. O trabalho e custo destas realizações tornaram inviável o projeto. A segunda opção, a adotada, e assunto deste trabalho foi retirar o transformador (trafo 2, figura 1) e instalar outro transformador, trafo 2, no primário do transformador 1, vide figura Circuito Unifilar Simplificado da Subestação de Tração (alterado) Figura 2 Nesta situação o transformador principal da subestação (trafo 1), funcionará como filtro ao transformador 2. Com isso não haverá nenhuma interferência causadas pelas harmônicas do sistema de tração. Nesta instalação tomamos o cuidado de inserir todas as proteções do trafo 2, no trip de desligamento do disjuntor de grupo da subestação, disj Interferências harmônicas Qualquer oscilação da freqüência da alimentação elétrica, acima do valor especificado pelo fabricante, faz com que o retificador altere a seqüência dos pulsos dos tiristores, provocando o desligamento e interrupção do circuito de alimentação elétrica, e conseqüentemente surgirá falha nos sistema de sinalização daquele trecho correspondido. A figura 3 ilustra como é o esquema de entrada de energia numa sala técnica do sistema de sinalização. 5

5 Figura 3 Onde: Ch1 - Chave de entrada do CD (centro de distribuição de energia) Trafo cd Transformador 6,6/0,220 (kv) do CD RET Retificador do CD INV Inversor CH EST Chave Estática CH TR Chave de Transferência Ger Gerador Houve uma época que estávamos trabalhando como fonte principal a local. Usávamos o gerador como segunda fonte, e a fonte oriunda da subestação, como última alternativa; vide figura 3. Tudo pelo motivo, da fonte oriunda da subestação portar harmônicas e prejudicar o bom funcionamento dos equipamentos elétricos do circuito de sinalização. A nova instalação do transformador de 88/6, 6 kv na subestação de tração ocorreu em Setembro de Até o ano de 2003, a quantidade de falhas no centro de distribuição ficava na média de 80 falhas por ano. Com a nova instalação, o número caiu pela metade. Temos que considerar que as falhas que ainda existem neste sistema são devidas aos equipamentos internos, intrínsecos aos componentes do CD. Praticamente não há mais falhas causadas por interferências harmônicas. Abaixo o quadro demonstrativo das falhas nos centros de distribuição de energia do período de Janeiro 2002 a Julho de Histórico de Falhas: CENTRO DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA (CD) JAN - DEZ JAN - DEZ JAN - DEZ JAN - DEZ JAN - DEZ JAN - DEZ JAN - JUL NÚMERO DE FALHAS Quadro 1 Demonstrativo do número de falhas Anual do CD 6

6 3.4 Custos A energia elétrica oriunda da subestação de tração tem um custo menor, por ser do grupo A2 (Alta Tensão). Se para cada sala de equipamentos da sinalização ao longo do trecho fossemos utilizar a energia elétrica, (ponto local), este custo seria bem mais elevado, como demonstrado a seguir: Potência do CD 20 kva Valor do kwh (A2 oriunda da subestação) = R$ 0, (ponta e fora da ponta) Valor do kwh (A4 Azul ponto local) = R$ 0, (fora da ponta) = R$ 0, (ponta) Fazendo os cálculos para um mês de 30 dias, e considerando que o sistema tenha cinco centros de distribuição de energia, teremos: Custo da energia oriunda da subestação: E = P h d( kwh) E = = 14400kWh C = , = 303 C = R$ 303,00 (mensal por CD) C anual = = C total = R$18180, Custo da energia local para o CD E = P h d(kwh) E = = 12600kWh( fora da ponta) E = = 1800kWh( ponta) C fora = , = 1801,55( fora ponta) C ponta = , = 414,29( ponta) C = R$ 2215,84 (mensal por CD) C anual = = C total = R$132900,00 Comparando os valores dos itens e 3.4.2, temos um custo total anual para a energia oriunda da subestação de R$ ,00, e para energia local de R$ ,00. Para o caso acima a economia é da ordem de R$ ,00 (Anual). Este valor pode ainda ser acrescido se considerarmos: Aumento da vida útil dos equipamentos Diminuição da mão de obra para atendimento de falhas Diminuição de materiais utilizados nas falhas 7

7 4. Conclusão: É o desejo de todos alcançarem um melhor aproveitamento energético do sistema; porém para muitos casos, há uma necessidade de análise específica e detalhada, observando os tipos de contratos de compra de energia, utilização e operação, tipos de equipamentos e todas as características da instalação. A solução apresentada neste trabalho trouxe importantes melhorias para o sistema metroferroviário: Melhor qualidade de energia elétrica ao sistema de sinalização Menor custo de energia elétrica Menor quantidade de falhas na sinalização Maior operacionalidade ao sistema de trens Menos usuários prejudicados no sistema Aumento da vida útil dos equipamentos do centro de distribuição de energia Mais conforto e rapidez nas viagens 8