ASPECTOS ELÉTRICOS DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA

ASPECTOS ELÉTRICOS DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA

GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
Objetivo geral: criar mecanismo que motive os proprietários das fontes poluidoras (em propriedades rurais, agroindústria e esgotos domésticos) a gerar energia elétrica aproveitando o potencial energético contido nos dejetos que está sendo desperdiçado – Geração Distribuída. Objetivo específico: eliminar as barreiras de natureza elétrica que existem e impedem que este objetivo geral seja atingido

COMO SE DÁ O PROCESSO? Dejetos de animais geram biogás na ausência do ar; Biogás produzido move motor a combustão; Motor aciona um gerador; Gerador acoplado ao eixo do motor gera energia elétrica; Gerador opera em paralelo com a rede elétrica da concessionária; Energia elétrica é consumida localmente; Excedente de energia elétrica vendida à concessionária; e Biofertilizante é utilizado localmente na propriedade. 4

MODOS DE OPERAÇÃO DO GERADOR Isolado do sistema da Copel para auto-suprimento da energia: sem dificuldades, não há qualquer restrição. Há inúmeras instalações operando desta forma no país. Em paralelo com o sistema da Copel, para venda dos excedentes: há restrições de toda natureza, a começar pela segurança que resultam em impedimento real. 5

Este impedimento prático atual é que se pretende eliminar: Dentro da legalidade; Com sustentabilidade financeira; Sem subsídios; e De forma definitiva. 6

A REALIDADE BRASILEIRA: A complexidade do setor elétrico brasileiro é grande: torna-se complicado e caro para que um gerador possa operar em paralelo com a rede elétrica; Para estes micro-geradores a biogás (25 a 100 kVA) os requisitos legalmente exigidos (iguais para todos) na prática inviabilizam tal operação em paralelo; Se hoje existe no Brasil algum gerador deste porte operando em paralelo com a rede elétrica ele o faz ou com prejuízo financeiro ou de forma irregular; 7

DESAFIOS: Permitir conectar os micro-geradores em qualquer ponto da rede de distribuição sem provocar violação dos requisitos de segurança da Copel; Eliminar riscos de avaria dos equipamentos dos proprietários rurais; Não alteração das características e ajustes do sistema de distribuição da Copel; Sistema de proteção do gerador adequado para “enxergar” também condições anormais (faltas) de operação da rede de distribuição; 8

DESAFIOS: Maior redução possível dos investimentos para permitir viabilidade econômica e auto-sustentabilidade do programa de geração distribuída; Simplificação dos requisitos de conexão desses micro- geradores à rede; e Simplificação dos requisitos para comercialização da energia excedente. Preço justo para compra da energia elétrica excedente. 9

AQUI SERÃO ABORDADOS APENAS OS ASPECTOS ELÉTRICOS 10

PREMISSAS BÁSICAS: Geradores não podem, NUNCA, injetar tensão em rede de distribuição da Copel que esteja desligada; Se uma rede de distribuição é automaticamente desligada o GD a ela conectado tem que ser desconectado ANTES que tal rede seja religada; 11

ETAPA 1: os sistemas elétricos e os micro-geradores são estudados com grande detalhamento e sofisticação técnica para avaliação completa do desempenho frente às mais diversas condições de operação da rede. Sistemas de proteção são também modelados; 12

ESQUEMA DE PROTEÇÃO Y Rede Copel Transf. Copel 34,5/0,22kV Consumidor kW Disj. Termomagnético Contactor c/bob. comando e contatos de status Cargas Abertura e fechamento KC Status contactor relés externos 78TX 78 0,22kV KG 25 32 46 51 Status contactor Relés do gerador 27 59 81o 81u Relés da rede 27 59 78 81o 81u Y CONTROLADOR DIGITAL Abertura e fechamento 13

RESULTADOS DE ESTUDOS 14 CASO
ATUAÇÃO OU NÃO DAS PROTEÇÕES DO GERADOR PARA OS GERADORES DE 100kVA NA SIMULAÇÃO 59 27 df/dt 81 sobre 81 sub 78 s.v. Ifase (1) Ides/I2 (2) Total de atuações D A 1-Falta fase-terra em Medianeira N S 4 3 2-Falta fase-fase-terra em Medianeira 5 3-Falta trifásica-terra em Medianeira 4-Abertura de duas fases em Medianeira - 5-Abertura de uma fase em Medianeira 2 6-Falta fase-terra em Itaipulândia 7-Falta fase-fase-terra em Itaipulândia 8-Falta trifásica-terra em Itaipulândia 9-Abertura de uma fase em Itaipulândia 1 10-Abertura de duas fases em Itaipuândia 11-Falta fase-terra em al. Adjacente 6 12-Falta fase-fase-terra em al. adjac. 13-Falta trif-terra em al. Adjacente 14- Ab religador, sem falta, em Missal 15- Falta Fase-Terra Med, Rf=100ohms 16-Carga 942 kVA, ab do rel Med 16a- Ger 50% da carga ab Med RESULTADOS DE ESTUDOS 14

ETAPA 2: definidos os requisitos elétricos, especificações e requisitos de projetos; ETAPA 3: aquisição do sistema de comando, proteção, supervisão, etc; 15

ETAPA 4: ensaios de laboratório do sistema adquirido; 16

RESULTADOS DE ENSAIOS DE LABORATÓRIO
CASO SIMULAÇÃO 1 (msegundos) SIMULAÇÃO 2 (msegundos) SIMULAÇÃO 3 (msegundos) SIMULAÇÃO 4 (msegundos) Caso 1 87 103 92 65 Caso 2 91 94 84 89 Caso 3 88 85 Caso 4 82 90 Caso 5 96 Caso 6 93 80 112 Caso 7 75 Caso 7A 64 Caso 8 81 Caso 8A 102 69 Caso 9 106 100 Caso 10 107 Caso 11 98 Caso 12 95 76 Caso 13 73 Caso 14 Caso 15 144 113 54 Caso 16 185 175 66 17

ETAPA 5: elaboração e aprovação do projeto; ETAPA 6: instalação e comissionamento; 18

ETAPA 6: ensaios de campo; 3.1 RESULTADO DO ENSAIO 1 1- SISTEMA: Colocar o grupo gerador em paralelo com a rede de distribuição da COPEL. 1.1 AÇÃO: Desligar a rede. Através da abertura manual do religador de trecho RA São Vicente, deve ser realizada uma abertura trifásica, o religador deverá estar com o religamento bloqueado. 1.2 Resultado esperado: Deve ocorrer a atuação das proteções no disjuntor do gerador, provocando sua saída de operação. Ocorreu a abertura do contactor KG_52a por atuação do rele salto de vetor, com tempo de atuação de 76 mseg. Para melhor visualização foi dado um zoom no oscilograma acima. Veja a figura abaixo. 19

ETAPA 7: operação em caráter experimental; e 20

ETAPA 8: operação comercial. 21

O SISTEMA DE PROTEÇÃO: Não existe uma única solução, há várias soluções possíveis. A alternativa adotada é a mais econômica que atende todos os requisitos e premissas estabelecidos; O requisito de detectar condições de defeito na rede externa à instalação do cliente é muito severa e, portanto, NÃO SE CONSEGUE SELETIVIDADE DE ATUAÇÃO DA PROTEÇÃO; 22

ESQUEMA DE PROTEÇÃO Y Rede Copel Transf. Copel 34,5/0,22kV Consumidor kW Disj. Termomagnético Contactor c/bob. comando e contatos de status Cargas Abertura e fechamento KC Status contactor relés externos 78TX 78 0,22kV KG 25 32 46 51 Status contactor Relés do gerador 27 59 81o 81u Relés da rede 27 59 78 81o 81u Y CONTROLADOR DIGITAL Abertura e fechamento 23

O SISTEMA DE PROTEÇÃO (cont.): Admitiu-se que há coordenação deste sistema quando os resultados das simulações e dos ensaios de laboratorio mostrarem que o gerador é desligado pelo menos 0,3s antes de haver religamento do circuito desligado; A redundância de atuação da proteção é necessária: admitiu-se que há necessidade de redundância de atuação de pelo menos 3 proteções para cada evento nos estudos e nos ensaios de laboratório. 24

RESULTADOS DE ESTUDOS 25 CASO
ATUAÇÃO OU NÃO DAS PROTEÇÕES DO GERADOR PARA OS GERADORES DE 100kVA NA SIMULAÇÃO 59 27 df/dt 81 sobre 81 sub 78 s.v. Ifase (1) Ides/I2 (2) Total de atuações D A 1-Falta fase-terra em Medianeira N S 4 3 2-Falta fase-fase-terra em Medianeira 5 3-Falta trifásica-terra em Medianeira 4-Abertura de duas fases em Medianeira - 5-Abertura de uma fase em Medianeira 2 6-Falta fase-terra em Itaipulândia 7-Falta fase-fase-terra em Itaipulândia 8-Falta trifásica-terra em Itaipulândia 9-Abertura de uma fase em Itaipulândia 1 10-Abertura de duas fases em Itaipuândia 11-Falta fase-terra em al. Adjacente 6 12-Falta fase-fase-terra em al. adjac. 13-Falta trif-terra em al. Adjacente 14- Ab religador, sem falta, em Missal 15- Falta Fase-Terra Med, Rf=100ohms 16-Carga 942 kVA, ab do rel Med 16a- Ger 50% da carga ab Med RESULTADOS DE ESTUDOS 25

CONCLUSÃO: Confirmada a necessidade das seguintes proteções: Sobrecorrente; Subtensão; Sobretensão; Subfreqüência; Sobrefreqüência; Desbalanço de corrente; Salto de vetor; Taxa de variação de freqüência; e Reversão de potência ativa 26

RECOMENDAÇÕES PRELIMINARES: Em princípio, não permitir que a GD seja superior a 50% da carga mínima a jusante do respectivo religador; Caso a condição anterior seja superada, instalar nos religadores esquema para evitar religamento em condição de linha viva; Analisar outras formas alternativas de baixo custo para envio de sinal via PLC (power line carrier communication); Pesquisar formas alternativas de baixo custo para forçar o desligamento de contactores/disjuntores dos geradores sempre que se mostrar necessário; Revisar dos procedimentos de intervenção do pessoal da Copel e de terceiros na rede de distribuição. 27

Uma instalação em operação comercial;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS SITUAÇÃO PRESENTE: Uma instalação em operação comercial; Três instalações em operação experimental; Uma instalação em construção; e Uma instalação em projeto. 28

DATA DE ENTRADA EM OPERAÇÃO
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS 6 contratos assinados pela primeira vez no Brasil com micro-usinas em 03/02/2009 dentro do atual modelo do setor elétrico: TOTAL: 524 kW Equivalente ao suprimento a cerca de 130 residências CLIENTE CAPACIDADE INSTALADA DATA DE ENTRADA EM OPERAÇÃO Colombari 32 kW 10/03/2009 Coop. Lar - Aves 160 kW 14/08/2009 Coop. Lar - Leitões 240 kW 02/07/2009 Coop. Lar - Vegetais 40 kW 01/12/2009 (*) Sanepar 20 kW 15/09/2009 (*) StarMilk 27/07/2009 Previsão de conclusão do projeto piloto no final de 2009. 29

PRÓXIMAS ETAPAS: Elaboração de um “Guia de Conexão de Geradores Distribuídos ao Sistema da Copel”; Elaboração de normas internas à Copel para acomodação de um futuro Programa de GD permenente; Definição de requisitos para certificação de agentes prestadores do serviço de habilitação de geradores para conexão ao sistema da Copel; Relatório de “fechamento” do Programa Piloto. 30

OBRIGADO 31

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