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Qualidade da Energia Eléctrica operador da rede distribuição

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Apresentação em tema: "Qualidade da Energia Eléctrica operador da rede distribuição"— Transcrição da apresentação:

1 Qualidade da Energia Eléctrica operador da rede distribuição
Experiência EDP como operador da rede distribuição Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007

2 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)

3 Manual da Qualidade da Energia Eléctrica
Fabricante Equipamentos Equipamentos compatíveis Normas e regulamentos Qualidade de Energia Especificações Operador Rede Cliente Energia eléctrica de acordo com o RQS Comunicação de necessidades

4 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

5 Introdução

6 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% min/ano de indisponibilidade) Muitas aplicações tecnológicas exigem níveis de fiabilidade superiores a 6 noves ( % s/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

7 Cliente Introdução 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

8 Abaixamentos de tensão
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) Tensão 1 min Duração 3 min 100 % 110 % 1 % Cavas de tensão Transitórios Flutuações de tensão Interrupções breves Interrupções longas Abaixamentos de tensão Sobretensões 10 ms 90 %

9 Continuidade de tensão

10 Continuidade de tensão
Infra-estruturas da EDP Distribuição em final de 2006

11 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

12 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.)

13 Continuidade de tensão
Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão Entrada em exploração de novas subestações Telecomando da rede MT SE Orgens Telecomando Rede MT – Região Norte SE Cheganças

14 Continuidade de tensão
Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão Cobertura de pontos críticos – Minimização da acção das cegonhas

15 Cavas de tensão

16 Definição baseada na norma NP EN 50160
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%

17 Origem das cavas de tensão em redes de T&D
U1 Un t AT I1 In U2 t Un Cliente alimentado pela saída N MT t0 t1 t Caso de um defeito transitório U1 Un Saída N t I1 In Saída 1 U2 t Un Cliente alimentado pela saída N t0 t1 t Caso de um defeito permanente

18 Origem das cavas de tensão em redes de T&D
U1 Un t AT I1 In U2 t 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 U2 t Un Cliente alimentado pela saída N t0 t1 t2 t Caso de um defeito permanente

19 Origem das cavas de tensão em redes de T&D
AT MT Saída N Saída 1 U1 Un t I1 In U2 t0 t1 t2 Cliente alimentado pela saída N Caso de um defeito transitório t1 t2 t3 t4 t5 U1 Un t I1 In U2 t0 Cliente alimentado pela saída N Caso de um defeito permanente AT MT Saída N Saída 1

20 Cavas de tensão A causa dos defeitos em sistemas de T&D é bastante diversificada

21 Fonte: Copper Development Association
Cavas de tensão Propagação de cavas de tensão nos sistemas de T&D Defeito em F1 – é expectável Carga 1 – Interrupção de tensão Carga 2 e 3 – Cavas de tensão até 50% Defeito em F3 – é expectável Carga 3 – Interrupção de tensão Carga 2 – Cavas de tensão até 36% Carga 1 – Cavas de tensão até 2% Fonte: Copper Development Association

22 Cavas de tensão

23 Cavas de tensão Amplitude: 14% Duração: 60ms

24 SÓ DEVIDO A 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 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 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

25 Fonte: Copper Development Association
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

26 Mitigação de cavas de tensão
Enquadramento na curva ITIC das cavas de tensão registadas numa subestação da EDP durante o 1º Trim (06Jan – 31Mar) Eventos no BUS MT (15kV) Eventos no BUS AT (60kV)

27 Sobretensões

28 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

29 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]

30 Oscilações de frequência

31 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

32 Oscilações de frequência
SE Touvedo SE Alto S. João SE Vila do Bispo

33 Desequilíbrio de tensões

34 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

35 Desequilíbrio de tensões
Consequências do desequilíbrio de tensões Potência máxima desenvolvida por um motor de indução em função do desequilíbrio do sistema de tensões Mitigação do desequilíbrio de tensões Redistribuição de cargas Aumento da potência de curto-circuito Utilização de transformadores com ligações especiais

36 Distorção harmónica

37 Fonte: PSL – Power Standards Lab
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

38 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

39 Origem da distorção harmónica
Rectificadores estáticos Variadores electrónicos de velocidade

40 Origem da distorção harmónica
Fontes de alimentação comutadas

41 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

42 Experiência EDP

43 EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE
Experiência EDP EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE (Ex. Ano 2006 – Monitorizados em períodos trim.: 108 Bus MT Bus BT  Aprox 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

44 EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE
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

45 Metodologia de trabalho
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

46 saída MT do Barramento II
Experiência EDP – Melhoria de rede 1 MT 2 AT TP 1 TP 2 MT 1 Defeito Curto-circuito numa saída MT do Barramento II Barramento I Barramento II

47 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

48 saída MT do Barramento II
Experiência EDP – Melhoria de rede 1 MT 2 AT TP 1 TP 2 MT 1 Defeito Curto-circuito numa saída MT do Barramento II Amplitude: 14% Amplitude: 51% Barramento I Barramento II

49 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 MT 2 AT TP 1 TP 2 MT 1 Defeito

50 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 Cava de tensão Amplitude 53% / Duração 160ms (8 ciclos) Causou uma perturbação de produção

51 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

52 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 MT 2 (30kV) AT TP 1 TP 2 MT 1 (30kV) MT 3 (15kV) Sub A Sub B Rede AT crítica Sub C Rede AT – Malha fechada Rede AT – Configuração radial 60 kV 68 km 41 km 30 kV 4,3 km * 15 kV 21,5 km 23,2 km

53 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

54 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 ACS kW Ventilador rpm

55 Experiência EDP – Soluções para Cliente
Tensão AC (rede) Tensão DC (VEV) Velocidade (Motor) 100% Tensão AC normal Ponto de disparo t1 t2 t3 t t1 – t3: Cava de Tensão t2 – t3: Aproveitamento Energia Cinética Ventilador

56 Experiência EDP – Soluções para Cliente
Soluções ao nível do processo/instalação Cavas de Tensão Interrupções Variações de Frequência Sobretensões Transitórios Soluções de elevada QEE UPS DVR

57 Plataforma de monitorização da QEE
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

58 Experiência EDP

59 Experiência EDP Subestações com monitorização permanente
Subestações em monitorização – 2º Trim. 2007 Subestações a monitorizar – 3º Trim. 2007

60 Obrigado pela atenção Contactos: Final
António Amorim Nuno Melo


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