Compensadores Passivos de Reativos

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Débora César Santarém
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1 Compensadores Passivos de Reativos CEN : Condicionadores de Energia Julho 2013

2 Cenário Atual no Sistema Elétrico de Potência As cargas possaram a demandar elevados niveis de qualidade da rede elétrica (receber o que contratou). As dificuldades para o cumprimento dos requisitos normativos são variados: raios, entradas e saídas de cargas, cargas com alto requisitos de reativos, impedâncias de linhas, transformadores, geradores entre outros. Pode-se considerar uma relação direta entre a qualidade da energia e sua capacidade e eficiência, ou seja, quão maior a qualidade da energia, melhor será seu aproveitamento. 2

3 Normas Regulatórias No Brasil a função de fiscalizar e multar é exercida pela ANEEL. No quisito distribuição de energia elétrica, a mesma normatiza a atividade através do PRODIST. PRODIST: normatiza e padromiza as atividades técnicas relacionadas ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia elétrica. O PRODIST contém 9 Módulos dispostos da seguinte maneira: Módulo 1 - Introdução Módulo 2 - Planejamento da Expansão do Sistema de Distribuição Módulo 3 - Acesso ao Sistema de Distribuição Módulo 4 - Procedimentos Operativos do Sistema de Distribuição Módulo 5 - Sistemas de Medição Módulo 6 - Informações Requeridas e Obrigações Módulo 7 - Cálculo de Perdas na Distribuição Módulo 8 - Qualidade da Energia Elétrica Módulo 9 - Ressarcimento de Danos Elétricos 3

cada. o DRP máxima 3% nlp número de leituras

4 PRODIST Classificação da Tensão de Atendimento Formas de Medição o Conjunto de leituras com 1008 leituras válidas obtidas em intervalos consecutivos de 10 minutos cada. o DRP máxima 3% nlp número de leituras precárias o DRC máxima 0,5% nlc número de leituras críticas 4

5 Influência da Impedância da Linha na Transmissão de Energia Elétrica As linhas de transmissão possuem impedâncias inerentes de qualquer circuito elétrico. As impedâncias são compostas por resistências e indutâncias dos cabos, bem como, a capacitância entre os cabos e o solo. Em linhas de transmissão aéreas os efeitos capacitivos podem ser desprezados, simplificando o cirucito para um RL série. 5

6 Influência da Impedância da Linha na Transmissão de Energia Elétrica A linha de distruição quando conduz corrente gera uma queda de tensão (VR) diretamente proporcional com sua impedância e nível de corrente transmitido. V Q = V S V R Em linhas de transmissão V Q pode ser aproximada por: V Q I R R + I X X L 6

7 Diagrama Fasorial de uma Linha de Distribuição V S Tensão na barra regulada da subestação V R Tensão no ponto de atendimento ao consumidor PAC V Q Queda de tensão na linha de distribuição I R Componente real da corrente na linha I X Componente imaginária da corrente na linha R Resistência da linha de distribuição X L Impedância da da indutância da linha dedistribuição V S I Q X L I carga V R I R R 7

8 Ações para Melhoria na Tensão no Sistema de Distribuição de Média Tensão A. Equilíbrio de Fases B. Redivisão de Circuitos C. Lançamento de Fases D. Troca de Bitola de Condutores E. Construção no Novos Alimentadores ou Subestações F. Mudança de Tap no Transformador da Subestação G. Instalação de Reguladores de Tensão Automáticos H. Instalação de Banco de Capacitores 8

9 Correção da Tensão no PAC Utilizando Capacitor Shunt A correção de tensão com capacitores shunt se faz acoplando os mesmos em paralelo com a carga normalmente no PAC. A adição do capacitor shunt produz uma corrente sobre o mesmo (I C ) adiantada 90 0 da tensão sobre o mesmo (V R ). V Q = I R R + I X X L I C X L A elevação de tensão proporcionada pelo capacitor será: V QC = I C X L 9

10 Correção da Tensão no PAC Utilizando Capacitor Shunt V S I Q X L I carga V R I R R V S I Q X L I carga V R I R R I C X L V S V R I R R I Q X L - I C X L I carga 10

11 Correção da Tensão no PAC Utilizando Capacitor Shunt Condição com Carga Pesada Condição com Carga Leve 11

12 Correção da Tensão no PAC Utilizando Capacitor Shunt - Circuito Transformador de Acoplamento Barra PT Controle Vref Bando de Capacitores Estabelecimento de Parâmetros 12

13 Será avaliado o Sistema com as características abaixo, onde o mesmo deverá ser capaz de fornecer 15 níveis diferentes de reativos capacitivos. 13

14 Os parâmetros da Linha de distribuição são definidos abaixo 14

15 Simulação sem compensação V S Carga com variação entre 0-100% 15

16 Simulação sem compensação Corrente na Carga 16

17 Simulação sem compensação Tensão na Carga 17

18 Dimensionamento dos capacitores para compensação 18

19 Cambo de Capacitores os fabricantes vendem os bancos de capacitores de acordo com a potência dos mesmos, assim, as potências são definidas como: 19

20 Sistema de Controle O controle deste circuito baseia-se em definir o número necessário de capacitores para atender os limites de tensão desejadas (0,93pu 1,05pu). O controle faz uso da medição da tensão eficaz no ponto de interesse, que neste caso é no ponto de atendimento (PAC). Para evitar instabilidade, a atualização do valor de capacitância necessária só é feita a cada 5 ciclos de rede, tempo suficiente para o sistema se adaptar a variação de capacitância (não demanda controlador PI ou PID). É indispensável a existência de um circuito de sincronismo na abertura e fechamento dos capacitores. Como os mesmos podem ser considerados fontes de tensão, a conexão de fontes de tensão em paralelo com tensões diferentes causam problemas para o sistema, como por exemplo, curto franco de tensão. A abertura é feita em zero de corrente, condição garantida pelos TRIAC s/scr s. 20

21 Fluxograma do Controle Início Medição da tensão eficaz no PAC durante 5 ciclos de rede Tensão inferior ao limite mínimo? Não Tensão superior ao valor nominal? Não Sim Incrementa número demandado de capacitores Sim Decrementa número demandado de capacitores Converte de decimal para binário e aguarda sincronismo Converte de decimal para binário e aguarda sincronismo Liga as chaves referêntes aos capacitores selecionados (2 4 = 16 opções) Liga as chaves referêntes aos capacitores selecionados (2 4 = 16 opções) 21

22 Circuito de Controle 22

23 Circuito com Compensação V S Carga 23

24 Simulação com compensação Corrente na Carga 24

25 Simulação com compensação Tensão na Carga 25

26 Simulação com compensação Comando dos Capacitores 26

27 Simulação com compensação Corrente do Banco de Capacitores 27

28 Simulação com compensação Sincronismo de Disparo do Banco de Capacitores 28

Conclusão Os Bancos de Capacitores tem a capacidade de compensar as quedas de tensão nas Linhas de Transmissão devido a circulação de reativos.

29 Conclusão Os Bancos de Capacitores tem a capacidade de compensar as quedas de tensão nas Linhas de Transmissão devido a circulação de reativos. Apresentam robustez e flexibilidade na reatância resultante desde que possuam mais de um banco de capacitores. Possuem baixo custo pois fazem uso apenas de capacitores e tiristores. Estes circuitos requerem o controle de disparo sincronizado com o ponto de acoplamento (para evitar surtos de corrente). O mesmos não atuam linearmente, apenas por steps, ou seja, aumentando ou diminuindo o número de capacitores conectados ao sistema. 29

30 Referências [1] Luis Antonio FELBER, Regulação de Tensão em Subestações e Distribuição de Energia Elétrica Universidade Federal de Itajubá, Dissertação de Mestrado, Julho [2] Jean CUNHA, "Sistema automático para regulação de tensão em redes de baixa tensão," UDESC, Joinville, Trabalho de Conclusão de Curso [3] ANEEL. Procedimentos de distribuição (PRODIST)

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