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Qualidade da Energia Eléctrica Experiência EDP como operador da rede distribuição

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Qualidade da Energia Eléctrica Experiência EDP como operador da rede distribuição. Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica. Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007. Manual da Qualidade da Energia Eléctrica. Motivar o reforço dos conhecimentos na área da Qualidade da Energia Eléctrica (QEE).

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Presentation Transcript
slide1

Qualidade da Energia Eléctrica

Experiência EDP como

operador da rede distribuição

Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica

Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007

manual da qualidade da energia el ctrica
Manual da Qualidade da Energia Eléctrica
  • Motivar o reforço dos conhecimentos na área da Qualidade da Energia Eléctrica (QEE)
  • Alertar os Clientes para a escolha das melhores práticas de projecto e para a definição de requisitos nos novos equipamentos
  • Envolver todos os “Stakeholders” na minimização/resolução das eventuais incompatibilidades entre as características das redes eléctricas e as exigências de alguns equipamentos
  • Cooperar com os Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamentos na implementação de eventuais soluções (tecnologias reparadoras)
manual da qualidade da energia el ctrica1
Manual da Qualidade da Energia Eléctrica

Fabricante Equipamentos

Equipamentos compatíveis

Normas e regulamentos

Qualidade

de

Energia

Especificações

Operador Rede

Cliente

Comunicação de necessidades

Energia eléctrica de acordo com o RQS

manual da qualidade da energia el ctrica2
Manual da Qualidade da Energia Eléctrica
  • Custo das soluções de QEE em função do ponto de intervenção
    • 1 – Equipamento crítico
    • 2 – Processo
    • 3 – Instalação
    • 4 – Rede de distribuição
introdu o1
Introdução
  • A QEE apresenta-se como factor de competitividade para a generalidade das actividades económicas
  • Constante renovação tecnológica  Aumento do n.º Clientes com necessidades acrescidas de QEE
  • As redes de Transporte e Distribuição (T&D) podem apresentar índices de fiabilidade bastante elevados – Ordem dos 4 nove (99.99% --52.5min/ano de indisponibilidade)
  • Muitas aplicações tecnológicas exigem níveis de fiabilidade superiores a 6 noves (99.9999% -- 31.5s/ano de indisponibilidade)  Impossível de atingir com os sistemas de T&D convencionais
  • Compromisso QEE/imunidade do equipamento  Cooperação entre operadores das redes de T&D, Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamento
introdu o2
Introdução

Cliente

Elevada dependência tecnológica

Investimento em soluções de imunização

Susceptibilidade a

Perturbações de QEE

Susceptibilidade a Interrupções Breves (“micro-cortes”)

Susceptibilidade a Interrupções Longas

Operadores das redes de T&D

introdu o3

Tensão

Transitórios

Sobretensões

110 %

Flutuações de tensão

100 %

Flutuações de tensão

90 %

Cavas

de

tensão

Abaixamentos de tensão

1 %

Interrupções breves

Interrupções longas

10 ms

1 min

3 min

Duração

Introdução
  • Principais perturbações de QEE
    • Variações temporárias de tensão
      • Sobretensões
      • Abaixamentos de tensão
    • Cavas de tensão
    • Flutuações tensão  Flicker
    • Distorção harmónica
    • Sobretensões transitórias
    • Desequilíbrio de tensões
    • Variações de frequência
    • Interrupções breves ( 3min)
    • Interrupções longas (>3min)
continuidade de tens o1
Continuidade de tensão
  • Infra-estruturas da EDP Distribuição em final de 2006
continuidade de tens o2
Continuidade de tensão
  • Classificação das interrupções de alimentação
    • Interrupções previstas – Execução de trabalhos programados, no âmbito de acções de manutenção, com aviso prévio dos Clientes
    • Interrupções acidentais – Consequência de defeitos transitórios ou permanentes: breves (3min); longas (>3min)
  • Evolução do indicador TIEPI MT
    • Tempo de Interrupção Equivalente da Potência Instalada em MT
continuidade de tens o3
Continuidade de tensão
  • Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão
    • Optimização das topologias de exploração da rede
    • Implementação de circuitos redundantes e exploração em malha fechada
    • Expansão das redes AT e MT e aumento da potência instalada
    • Automatização e telecomando da rede MT
    • Reforço das estratégias de manutenção preventiva e preditiva
    • Implementação de sistemas de informação técnica e de monitorização QEE
    • Aposta em novos materiais e tecnologias de rede (Ex. condutores cobertos em linhas aéreas MT, reguladores automáticos BT, etc.)
continuidade de tens o4
Continuidade de tensão
  • Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão
    • Entrada em exploração de novas subestações
    • Telecomando da rede MT

SE Orgens

SE Cheganças

Telecomando Rede MT – Região Norte

continuidade de tens o5
Continuidade de tensão
  • Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão
    • Cobertura de pontos críticos – Minimização da acção das cegonhas
cavas de tens o1
Cavas de tensão
  • Definição baseada na norma NP EN 50160
    • “Diminuição brusca da tensão de alimentação para um valor situado entre 90% e 1% da tensão declarada UC, seguida do restabelecimento da tensão depois de um curto lapso de tempo”
  • Valores indicativos
    • N.º cavas de tensão pode variar das dezenas a um milhar por ano
    • Normalmente: Duração < 1 segundo; Amplitude < 60%
cavas de tens o2
Cavas de tensão
  • Origem das cavas de tensão em redes de T&D

U1

Un

t

I1

AT

In

t

U2

Un

Cliente alimentado pela saída N

MT

t0

t1

t

Caso de um defeito transitório

U1

Un

Saída N

t

I1

In

Saída 1

t

U2

Un

Cliente alimentado pelasaída N

t0

t1

t

Caso de um defeito permanente

cavas de tens o3
Cavas de tensão
  • Origem das cavas de tensão em redes de T&D

U1

Un

t

I1

AT

In

t

U2

Un

Cliente alimentado pela saída N

MT

t0

t1

t2

t

Caso de um defeito transitório

U1

Un

Saída N

t

I1

In

Saída 1

t

U2

Un

Cliente alimentado pelasaída N

t0

t1

t2

t

Caso de um defeito permanente

cavas de tens o4

AT

U1

Un

t

I1

MT

In

t

U2

Un

Cliente alimentado pela saída N

Saída 1

Saída N

t0

t1

t2

t

Caso de um defeito transitório

AT

U1

Un

t

I1

In

MT

t

U2

Un

Cliente alimentado pelasaída N

t0

t1

t2

t3

t4

t5

t

Saída N

Caso de um defeito permanente

Saída 1

Cavas de tensão
  • Origem das cavas de tensão em redes de T&D
cavas de tens o5
Cavas de tensão
  • A causa dos defeitos em sistemas de T&D é bastante diversificada
cavas de tens o6

Fonte: Copper Development Association

Cavas de tensão
  • Propagação de cavas de tensão nos sistemas de T&D
    • Defeito emF1– é expectável
      • Carga 1 – Interrupção de tensão
      • Carga 2 e 3 – Cavas de tensão até 50%
    • Defeito emF3– é expectável
      • Carga 3 – Interrupção de tensão
      • Carga 2 – Cavas de tensão até 36%
      • Carga 1 – Cavas de tensão até 2%
cavas de tens o8

Amplitude: 14% Duração: 60ms

Amplitude: 12% Duração: 42ms

Amplitude: 32% Duração: 95ms

Cavas de tensão
cavas de tens o9

Gráfico da incidência de cavas de tensão por instalação/ano em função da amplitude e duração – Estudo efectuado pelo EPRI (Electric Power Research Institute) ao longo de 9 anos, tendo em consideração 480 locais nos EUA

Cavas de tensão
  • Consequências das cavas de tensão
    • Cava de tensão de reduzida severidade (amplitude 14%; duração 60ms)  Perturbação de funcionamento de 2 Máq. Electroerosão CNC  Perdas significativas para o Cliente

SÓ DEVIDO A CAVAS DE TENSÃO

De acordo com este estudo é de esperar que estas máq. CNC sejam sujeitas entre 84 a 114 interrupções por ano

cavas de tens o10
Cavas de tensão
  • Mitigação de cavas de tensão
    • Vários estudos têm demonstrado que a severidade das cavas de tensão, com origem em defeitos nos sistemas de T&D é superior à tolerância dos equipamentos indicada pelas curvas CBEMA ou ITIC
      • Seria desejável que os equipamentos electrónicos apresentassem níveis de imunidade superiores aos propostos por estas curvas

DC – Curva característica das cavas de tensão com origem na rede distribuição

ITIC – Curva ITIC

RT – Imunidade exigida

Fonte: Copper Development Association

cavas de tens o11

Eventos no BUS AT (60kV)

Eventos no BUS MT (15kV)

Cavas de tensão
  • Mitigação de cavas de tensão
    • Enquadramento na curva ITIC das cavas de tensão registadas numa subestação da EDP durante o 1º Trim. 2007 (06Jan – 31Mar)
sobretens es1
Sobretensões
  • Classificação de sobretensões
    • Baixa frequência – Quando ocorrem à frequência do sistema (50Hz)
    • Alta frequência – Apresentam frequências muito superiores a 50Hz
  • Sobretensões transitórias
    • Variações extremamente rápidas da tensão, com durações tipicamente compreendidas entre os micro e os mili-segundos
sobretens es2
Sobretensões
  • Origem das sobretensões
    • Descargas atmosféricas
      • A circulação através do solo da corrente de descarga pode provocar uma elevação do potencial de terra

Sobretensão resultante da elevação

do potencial de terra [Séraudie, 1999]

oscila es de frequ ncia1
Oscilações de frequência
  • A estabilidade da frequência é garantida pelo equilíbrio entre a absorção e a geração de potência activa nos sistemas eléctricos
    • Em Portugal continental não são de esperar oscilações de frequência significativas dada a interligação das redes a nível Europeu
  • Raramente verificam-se defeitos nas redes de interligação Europeias – Oscilações de frequência que podem conduzir ao deslastre de várias subestações nos diferentes países, ou mesmo, levar ao colapso global do sistema eléctrico
    • Caso recente: Perturbação de 4Nov2006, pelas 21:10, causada pela desligação da linha dupla 380kV Conneforde-Diele, na Alemanha (rede de transporte da E.ON), para passagem de um navio no rio Ems para o Mar do Norte
      • Por dificuldade de controlo do fluxo de potência, verificou-se a divisão da rede Europeia em 3 ilhas, com consequências bastante significativas para todo o sistema eléctrico Europeu e para o Português em particular
oscila es de frequ ncia2
Oscilações de frequência

SE Touvedo

SE Alto S. João

SE Vila do Bispo

desequil brio de tens es1
Desequilíbrio de tensões
  • Sistema desequilibrado ou assimétrico – Situações cujas tensões apresentam amplitudes diferentes ou desfasamento assimétrico, diferente de 120º

Sistema eléctrico equilibrado

Sistema eléctrico desequilibrado

desequil brio de tens es2
Desequilíbrio de tensões
  • Consequências dodesequilíbrio de tensões
    • Potência máxima desenvolvida por um motor de indução em função do desequilíbrio do sistema de tensões
  • Mitigação dodesequilíbrio de tensões
    • Redistribuição de cargas
    • Aumento da potência de curto-circuito
    • Utilização de transformadores com ligações especiais
distor o harm nica1
Distorção harmónica
  • Deformação das sinusoides da tensão ou da corrente
    • Desenvolvimento em séries de Fourier  Decomposição das formas de onda distorcidas num somatório de sinusoides com frequências múltiplas da componente fundamenta (50Hz)
  • Classificação das harmónicas quanto à ordem e sequência

Fonte: PSL – Power Standards Lab

distor o harm nica2
Distorção harmónica
  • Origem da distorção harmónica
    • Cargas não-lineares – Apresentam impedância variável em função da tensão de alimentação  A corrente absorvida não é proporcional à tensão, assumindo formas de onda não sinusoidais
      • Fontes de alimentação electrónicas
      • Lâmpadas de descarga
      • Transformadores em regime de saturação
distor o harm nica3
Distorção harmónica
  • Origem da distorção harmónica
    • Rectificadores estáticos
    • Variadores electrónicos de velocidade
distor o harm nica4
Distorção harmónica
  • Origem da distorção harmónica
    • Fontes de alimentação comutadas
distor o harm nica5
Distorção harmónica
  • Consequências da distorção harmónica
    • Ressonância em baterias de condensadores

THD BUS 15kV c/ BC ressonância

THD BUS 15kV típico

5ª harmónica BUS 15kV típico

5ª harmónica BUS 15kV c/ BC ressonância

experi ncia edp1
Experiência EDP
  • EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE
  • (Ex. Ano 2006 – Monitorizados em períodos trim.: 108 Bus MT + 124 Bus BT  Aprox. 500.000 horas monitorização)
    • Análise da QEE ao nível da rede de distribuição
      • Identificação precisa das causas das perturbações de tensão
      • Apoio à implementação de esquemas alternativos de exploração  Minimização da incidência/severidade de perturbações de tensão
      • Identificação de infra-estruturas críticas  Suporte a algumas acções de manutenção
      • Identificação de Cliente potencialmente “poluidores”
      • Suporte à pesquisa, desenvolvimento e implementação de soluções de QEE ao nível da rede de distribuição
experi ncia edp2
Experiência EDP
  • EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE
    • Caracterização das necessidades de QEE dos Clientes
      • Apoio à identificação de sectores/equipamentos críticos nas instalações
      • Análise do comportamento desses equipamentos
    • Suporte à implementação de soluções para Clientes e PRE
      • Adopção de técnicas de imunização dos equipamentos críticos
      • Pesquisa de soluções caso-a-caso, quando necessário
      • Apoio na optimização da ligação de sistemas de geração à rede
    • Fornecimento de informação às entidades reguladoras
experi ncia edp3
Experiência EDP
  • Metodologia de trabalho
    • 1ª Fase – Análise preliminar das instalações de Clientes ou PRE potencialmente sensíveis a perturbações de QEE
    • 2ª Fase – Monitorização da tensão ao nível de SE ou PTD de acordo com um plano previamente estabelecido
    • 3ª Fase – Análise causa/efeito – Registos de monitorização face às perturbações reportadas pelos Clientes ou PRE
    • 4ª Fase – Apresentação de conclusões e/ou recomendações
      • EDP  Exploração e manutenção da rede
      • Clientes  Equipamentos que sofreram perturbações
slide46

AT

TP 1

TP 2

MT 1

MT 2

Defeito

Experiência EDP – Melhoria de rede 1

Curto-circuito numa

saída MT do Barramento II

Barramento I

Barramento II

experi ncia edp melhoria de rede 1
Experiência EDP – Melhoria de rede 1
  • Defeito numa linha MT do Barramento II
    • Curto-circuito num PS de Cliente  Disparo com religação do disjuntor da linha MT
    • PS com humidade elevada e ruído característico de contornamentos
slide48

AT

TP 1

TP 2

MT 1

MT 2

Defeito

Experiência EDP – Melhoria de rede 1

Curto-circuito numa

saída MT do Barramento II

Amplitude: 14%

Amplitude: 51%

Barramento I

Barramento II

experi ncia edp melhoria de rede 11

AT

TP 1

TP 2

MT 1

MT 2

Defeito

Experiência EDP – Melhoria de rede 1
  • Clientes AT  Cavas de tensão, de origem MT, com amplitudes inferiores
  • Clientes alimentados pelo BUS MT, independente, não sujeito a defeito  Cavas de tensão com amplitudes muito inferiores
experi ncia edp melhoria de rede 2

Cava de tensão

Amplitude 53% / Duração 160ms (8 ciclos)

Causou uma perturbação de produção

Experiência EDP – Melhoria de rede 2
  • QEE fornecida a uma indústria automóvel
    • Estudos internacionais têm mostrado que as grande unidades industriais são tipicamente sujeitas entre 8 a 24 eventos QEE  Interrupção de produção
    • Durante o ano 2005 – Este Cliente reportou 16 interrupções de produção com origem nas seguintes perturbações de QEE
      • 75% causadas por cavas de tensão
      • 19% causadas por interrupções breves
experi ncia edp melhoria de rede 21
Experiência EDP – Melhoria de rede 2
  • Neste caso, as principais causas das perturbações de QEE
    • Interferência de cegonhas em linhas aéreas AT
    • Contactos acidentais de gruas em linhas aéreas, por terceiros
    • Descargas atmosféricas
    • Perturbações de tensão com origem na rede MAT
    • Defeitos na rede MT
experi ncia edp melhoria de rede 22

AT

TP 1

TP 2

MT 1 (30kV)

MT 2 (30kV)

Rede AT crítica

MT 3 (15kV)

Sub A

Sub B

Experiência EDP – Melhoria de rede 2
  • Acções de melhoria desenvolvidas pela EDP
    • Monitorização permanente da QEE em AT e MT  Apoio à decisão
    • Deslocalização da linha MT com maior incidência de defeitos
    • Optimização da configuração da rede AT face à sensibilidade do Cliente
      • Cavas amplitude 53% para durações < 500ms
      • Cavas amplitude 24% para durações > 500ms

Sub C

experi ncia edp solu es para cliente
Experiência EDP – Soluções para Cliente
  • Soluções ao nível do equipamento crítico
    • Seleccionar equipamento com imunidade
    • Configurar rigorosamente os sistemas de protecção
      • Garantir o compromisso segurança/disponibilidade
experi ncia edp solu es para cliente1
Experiência EDP – Soluções para Cliente
  • Soluções ao nível do equipamento crítico
    • Explorar todas as funcionalidades do equipamento
    • Exemplo – Activação da função de controlo de subtensão em VEV (aproveitamento da energia cinética na presença de cavas de tensão)

VEV ABB ACS600 400kW

Ventilador 3.000 rpm

experi ncia edp solu es para cliente2

Tensão DC (VEV)

Tensão AC normal

Tensão AC normal

Velocidade (Motor)

Experiência EDP – Soluções para Cliente

Tensão AC (rede)

100%

Ponto de disparo

t1

t2

t3

t

t1– t3: Cava de Tensão

t2– t3:Aproveitamento Energia Cinética Ventilador

experi ncia edp solu es para cliente3

Variações de Frequência

DVR

Transitórios

Sobretensões

Cavas de Tensão

Soluções de

elevada QEE

Interrupções

UPS

Experiência EDP – Soluções para Cliente
  • Soluções ao nível do processo/instalação
experi ncia edp4
Experiência EDP
  • Plataforma de monitorização da QEE
    • Monitorização remota de SE, PTD e PTC
    • Recolha periódica e automática dos dados de QEE
    • Armazenamento e gestão centralizada dos dados de QEE
    • Elaboração automática de relatórios
    • Disponibilização da informação de QEE
      • Vários Departamentos EDP  Apoio à rede distribuição
      • Clientes
        • Optimização da exploração das instalações/equipamentos
        • Apoio na fase de planeamento de novas unidades industriais
      • Entidade Reguladora
experi ncia edp6
Experiência EDP

Subestações com monitorização permanente

Subestações em monitorização – 2º Trim. 2007

Subestações a monitorizar – 3º Trim. 2007

final
Final
ad