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

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

2 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Manual da Qualidade da Energia Eléctrica Motivar o reforço dos conhecimentos na área da Qualidade da Energia Eléctrica (QEE) Cooperar com os Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamentos na implementação de eventuais soluções (tecnologias reparadoras) 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

3 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Normas e regulamentos Cliente Fabricante Equipamentos Operador Rede Qualidadede Energia Energia Especificações Equipamentos compatíveis Energia eléctrica de acordo com o RQS Comunicação de necessidades Manual da Qualidade da Energia Eléctrica

4 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – 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 Manual da Qualidade da Energia Eléctrica

5 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Introdução

6 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Introdução Susceptibilidade a Interrupções Longas Susceptibilidade a Interrupções Breves (“micro-cortes”) Susceptibilidade a Perturbações de QEE Elevada dependência tecnológica Investimento em soluções de imunização Operadores das redes de T&D Cliente

8 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 minDuração3 min 100 % 110 % 1 % Cavas de tensão Transitórios Flutuações de tensão Interrupções brevesInterrupções longas Abaixamentos de tensão Sobretensões 10 ms 90 %

9 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Continuidade de tensão

10 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Continuidade de tensão Infra-estruturas da EDP Distribuição em final de 2006

11 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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

14 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Continuidade de tensão Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão Cobertura de pontos críticos – Minimização da acção das cegonhas

15 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Cavas de tensão

16 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Cavas de tensão Definição baseada na norma NP EN “Diminuição brusca da tensão de alimentação para um valor situado entre 90% e 1% da tensão declarada U C, 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Origem das cavas de tensão em redes de T&D AT MT Saída N Saída 1 t1t1 U1U1 UnUn t I1I1 InIn t U2U2 UnUn t0t0 t Cliente alimentado pela saída N Caso de um defeito permanente U1U1 UnUn t I1I1 InIn t U2U2 UnUn t0t0 t1t1 t Cliente alimentado pela saída N Caso de um defeito transitório Cavas de tensão

18 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica AT MT Saída N Saída 1 t1t1 t2t2 U1U1 UnUn t I1I1 InIn t U2U2 UnUn t0t0 t Cliente alimentado pela saída N Caso de um defeito permanente U1U1 UnUn t I1I1 InIn t U2U2 UnUn t0t0 t1t1 t t2t2 Cliente alimentado pela saída N Caso de um defeito transitório Cavas de tensão Origem das cavas de tensão em redes de T&D

19 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Origem das cavas de tensão em redes de T&D t1t1 t2t2 t3t3 t4t4 t5t5 U1U1 UnUn t I1I1 InIn t U2U2 UnUn t0t0 t Cliente alimentado pela saída N Caso de um defeito permanente AT MT Saída N Saída 1 AT MT Saída N Saída 1 U1U1 UnUn t I1I1 InIn t U2U2 UnUn t0t0 t1t1 t t2t2 Cliente alimentado pela saída N Caso de um defeito transitório Cavas de tensão

20 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Cavas de tensão A causa dos defeitos em sistemas de T&D é bastante diversificada

21 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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%

22 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Cavas de tensão

23 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Cavas de tensão Amplitude: 32% Duração: 95ms Amplitude: 12% Duração: 42ms Amplitude: 14% Duração: 60ms

24 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 (06Jan – 31Mar) Eventos no BUS MT (15kV) Eventos no BUS AT (60kV)

27 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Sobretensões

28 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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

29 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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]

30 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Oscilações de frequência

31 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Oscilações de frequência SE Vila do Bispo SE Alto S. João SE Touvedo

33 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Desequilíbrio de tensões

34 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Desequilíbrio de tensões Sistema desequilibrado ou assimétrico – Situações cujas tensões apresentam amplitudes diferentes ou desfasamento assimétrico, diferente de 120º Sistema eléctrico equilibradoSistema eléctrico desequilibrado

35 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Distorção harmónica

37 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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

39 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Distorção harmónica Origem da distorção harmónica Rectificadores estáticos Variadores electrónicos de velocidade

40 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Distorção harmónica Origem da distorção harmónica Fontes de alimentação comutadas

41 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Distorção harmónica Consequências da distorção harmónica Ressonância em baterias de condensadores THD BUS 15kV c/ BC ressonância 5ª harmónica BUS 15kV c/ BC ressonância 5ª harmónica BUS 15kV típico THD BUS 15kV típico

42 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Experiência EDP

43 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Curto-circuito numa saída MT do Barramento II Barramento IBarramento II Experiência EDP – Melhoria de rede 1 MT 2 AT TP 1TP 2 MT 1 Defeito

47 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Experiência EDP – Melhoria de rede 1

48 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Curto-circuito numa saída MT do Barramento II Barramento IBarramento II Experiência EDP – Melhoria de rede 1 MT 2 AT TP 1TP 2 MT 1 Defeito Amplitude: 51%Amplitude: 14%

49 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 1TP 2 MT 1 Defeito

50 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Sub A Sub B Rede AT crítica 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 Rede AT – Malha fechadaRede AT – Configuração radial 60 kV68 km41 km 30 kV4,3 km * 15 kV21,5 km23,2 km MT 2 (30kV) AT TP 1TP 2 MT 1 (30kV) MT 3 (15kV) Sub C

53 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Experiência EDP – Soluções para Cliente Tensão AC normal 100% Ponto de disparo t1t1 tt2t2 t3t3 t 1 – t 3 : Cava de Tensãot 2 – t 3 : Aproveitamento Energia Cinética Ventilador Tensão DC (VEV) Velocidade (Motor) Tensão AC (rede)

56 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica 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 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Experiência EDP

59 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Experiência EDP Subestações com monitorização permanente Subestações em monitorização – 2º Trim Subestações a monitorizar – 3º Trim. 2007

60 Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Final Obrigado pela atenção Contactos: António Amorim Nuno Melo


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