impacto da otimização do fluxo de potência reativa na

SCQ/016
21 a 26 de Outubro de 2001
Campinas - São Paulo - Brasil
STE
INTERFERÊNCIAS, COMPATIBILIDADE ELETROMAGNÉTICA E QUALIDADE DE ENERGIA
IMPACTO DA OTIMIZAÇÃO DO FLUXO DE POTÊNCIA REATIVA NA QUALIDADE DE
ENERGIA EM UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO
João A. Moor Neto*, Nelson C. de Jesus, Laerte L. Piesanti
UNIJUÍ
RESUMO
Este trabalho apresenta uma análise realizada no
sistema de distribuição do DEMEI – Departamento
Municipal de Energia de Ijuí relativa ao impacto da
compensação otimizada do fluxo da potência reativa,
na qualidade de energia, referentes a oscilações
transitórias na tensão e corrente, bem como a
distorção harmônica da tensão .
As informações forma obtidas em simulações no
programa MICROTRAN e em medições no sistema,
para análise harmônica. No caso da análise de
transitórios foi utilizado apenas o citado programa de
transitórios eletromagnéticos.
PALAVRAS-CHAVE
Qualidade de energia. Harmônicos
Sobretensões
e
sobrecorrentes
Monitoramento. MICROTRAN
de tensão.
transitórias.
1.0 - INTRODUÇÃO
Bancos de capacitores tem sido bastante utilizados ao
longo do tempo em sistemas de distribuição como
fonte de energia reativa econômica. Sendo assim, as
concessionárias poderão preterir investimentos de
maior monta para suportar o crescimento do consumo.
A qualidade da energia elétrica tornou-se tópico de
extrema importância em muitos processos industriais,
bem como para os consumidores em geral, visto que
diversos equipamentos são sensíveis a distúrbios na
energia elétrica.
Aproveitando a implementação de uma proposta de
substituição de um banco fixo de capacitores shunt de
1,8 Mvar no barramento da subestação principal que
atende os três alimentadores do DEMEI por outros 12
bancos fixos distribuídos ao longo do sistema [7], foi
realizado um estudo visando verificar os reflexos
associados a distorção harmônica, bem como a
transitórios de tensão e corrente motivados pela
ocorrência de curtos-circuitos e atuação em
equipamentos de proteção do sistema nas duas
condições distintas referentes a compensação de
potência reativa . A análise harmônica foi baseada em
medições realizadas com um Analisador de Qualidade
de Energia e em simulações no programa
MICROTRAN. O estudo referente as oscilações
transitórias, foi baseado em resultados de simulações
obtidas no programa MICROTRAN.
2.0 - VISÃO GERAL DO SISTEMA
A Figura 1 ilustra o diagrama unifilar do sistema de
distribuição simplificado considerado em ambas as
situações de alocação de bancos capacitores visando
a uma compensação de potência reativa. A
subestação de 69/23 KV supre quatro alimentadores,
sendo que apenas três pertencem a concessionária
que teve o seu sistema analisado. O outro alimentador
atende apenas aos consumidores de uma Cooperativa
de Eletrificação Rural. O sistema da concessionária
em questão, apresenta interligadas ao alimentador 12
duas PCH´s, com potências nominais de 2500 kVA e
550 kVA, às subestações 2 e 3, respectivamente,
sendo que a subestação 2 opera em 0.38/23 kV e
subestação 3 em 2.4/23 kV.
O alimentador da Cooperativa de Eletrificação Rural foi
modelado conforme uma idéia aproximada.
Os dados referentes aos bancos de capacitores da
Figura 1 em relação ao ponto de instalação e ao tipo
de conexão, estão apresentados na Tabela 1.
TABELA 1 - BANCOS DE CAPACITORES
Q (MVar)
Barramento
Conexão
0,150
32, 68, 19, 70 estrela isolada
0,300
40, 56, 37, 45 estrela isolada
35, 44, 61, 96
1,800
0
estrela aterrada
Rua São Francisco, 501, Ijuí – RS CEP 98700-000
Tel: 0xx55 332-7100 r.250 Fax: 0xx55 332-9100
E-mail: [email protected]
os transitórios decorrentes de curtos-circuitos em
diferentes pontos do sistema, operação de fusíveis dos
alimentadores e do disjuntor da subestação principal.
No estudo foram considerados os aspectos do tipo de
conexão, localização e potência dos bancos de
capacitores. Também foi verificada a influência de
possíveis atuações de um religador, que protege o
alimentador 13 pertencente à Cooperativa de
Eletrificação Rural.
3.1 - Modelagem do Sistema
(A) SISTEMA COM UM BANCO NA SUBESTAÇÃO 1
Foram incluídos os transformadores de distribuição em
ambas as configurações da Figura 1. As subestações
foram modeladas como fontes de tensão considerando
a impedância relativa ao secundário dos seus
transformadores. Os alimentadores foram modelados
com o modelo PI - simétrico.
3.2 - Sistema com um Banco na Subestação 1
3.2.1 Transitórios relativos a curtos-circuitos 1
As figuras 2 e 3 ilustram, respectivamente, os aspectos
gerais da tensão no ponto 96 e o da corrente em uma
fase do banco de capacitores da barra 0, em
decorrência de um curto-circuito 1 na barra 96.
(B) SISTEMA COM 12 BANCOS DISTRIBUÍDOS
FIGURA 1 – DIAGRAMA UNIFILAR DO SISTEMA
BÁSICO DE DISTRIBUIÇÃO
Foram considerados somente os transformadores de
distribuição mais próximos do barramento de
instalação dos bancos de capacitores, ou seja,
excluindo o barramento 0, todos os outros
representados na Figura 1. Somente foi modelado o
transformador da subestação 1, que apenas foi
incluído no estudo de harmônicos. A Tabela 2 mostra
as impedâncias em relação às
potências dos
transformadores
de
distribuição
do
sistema,
representado na Figura 1.
TABELA 2 - DADOS
DISTRIBUIÇÃO
S (kVA)
Z (%)
75
4,0
150
4,0
225
5,0
500
5,0
FIGURA 2 - COMPORTAMENTO DA TENSÃO
DOS TRANSFORMADORES DE
R (%)
1,700
1,430
1,293
1,470
X (%)
BARRAS
3,621 33, 44, 45, 61, 70
3,736
19, 37, 56, 68
4,823
32, 40
4,779
96
As características do Transformador da subestação1
S n  25 (MVA), Yaterrada (P) / Yaterrada (S) / Delta (T )
FIGURA 3 - COMPORTAMENTO DA CORRENTE
reatâncias ( primário P, secundário S, e terciário T):
X PS  8,10 (%)
X PT  14,02 (%)
X ST  3,69 (%)
3.3 - Sistema com Bancos Distribuídos
3.3.1 - Transitórios relativos a curtos-circuitos 1
3.0 - ANÁLISE DE OSCILAÇÕES TRANSITÓRIAS
A análise foi direcionada para os resultados das
simulações no programa MICROTRAN, considerando
As figuras 4 e 5 mostram, respectivamente, os
aspectos gerais da tensão no ponto 96 e o da corrente
em uma fase do banco de capacitores desta barra,
devido de um curto-circuito monofásico neste ponto.
A Figuras 7 e 8 mostram os espectros de frequências
das barras 0 e 19, respectivamente, num dado
momento. A Tabela 3 resume o monitoramento
realizado no sistema da Figura 1(A).
VOLTAGEHARMONICS
%ofFND
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
FIGURA 4 - COMPORTAMENTO DA TENSÃO
0.5
0.0
Thd
600Hz
100
200
300
400
500
CHAVlt
Frequency (Hz)
FIGURA 7 - ESPECTRO HARMÔNICO DA TENSÃO
VOLTAGEHARMONICS
%ofFND
3.0
2.5
2.0
1.5
FIGURA 5 - COMPORTAMENTO DA CORRENTE
1.0
0.5
3.3.2 - Transitórios motivados pela atuação de um
religador existente no alimentador 13
0.0
Thd
100
200
300
400
500
600H
z
CHAVlt
A figura 6 mostra o aspecto geral da corrente na barra
33 considerando a mesma situação do iten 3.2.2.
Frequency (Hz)
FIGURA. 8 - ESPECTRO HARMÔNICO DA TENSÃO
4.1.2 - Sistema com bancos distribuídos
A Figura 9 e 10 mostram os espectros de frequências
das barras 0, e 19, respectivamente, num dado
momento. A Tabela 4 resume o monitoramento no
sistema da Figura 1(B).
VOLTAGEHARMONICS
%ofFND
3.0
2.5
2.0
FIGURA 6 - COMPORTAMENTO DA CORRENTE
1.5
1.0
0.5
4.0 - ANÁLISE DE DISTORÇÃO HARMÔNICA
A metodologia utilizada foi baseada em uma análise
conjunta de medições e simulações no programa
MICROTRAN. Os harmônicos de correntes obtidos nas
medições foram utilizados na modelagem de fontes
representativas de harmônicos de corrente, nas
simulações realizadas.
0.0
Thd
600Hz
200
300
400
500
CHAVlt
Frequency (Hz)
FIGURA 9 - ESPECTRO HARMÔNICO DA TENSÃO
VOLTAGEHARMONICS
%ofFND
3.0
2.5
2.0
4.1 - Monitoramentos realizados
100
1.5
Além da subestação principal foram monitorados os 12
barramentos mais próximos daqueles especificados
previamente para instalação dos bancos de
capacitores.
4.1.1 - Sistema com um banco na subestação 1
1.0
0.5
0.0
Thd
100
200
300
400
500
600H
z
CHAVlt
Frequency (Hz)
FIGURA. 10 - ESPECTRO HARMÔNICO DA TENSÃO
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