Aula de Biologia - Ensino Médio - 1° Ano - Desequilíbrio Ambiental
METODOLOGIA UTILIZADA PARA MINIMIZAR O DESEQUILÍBRIO …
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CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DOS CAMPOS GERAIS – CESCAGE http://www.cescage.edu.br/publicacoes/technoeng 3ª Edição/Jan – Jul de 2011
ISSN 2178-3586
METODOLOGIA UTILIZADA PARA MINIMIZAR O DESEQUILÍBRIO DE CORRENTES ENTRE FASES NOS CIRCUITOS ALIMENTADORES DE
DISTRIBUIÇÃO
METHODOLOGY USED TO MINIMIZE THE IMBALANCE OF CURRENT BETWEEN PHASES IN DISTRIBUTION FEEDERS CIRCUITS
Sadi Roberto Schiavon1; Gilnei Almeida de Souza2; Felipe Rautter Neto3 1Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais - CESCAGE – Ponta Grossa, Brasil.
[email protected] 2Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais - CESCAGE – Ponta Grossa, Brasil.
[email protected] 3Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais - CESCAGE – Ponta Grossa, Brasil.
[email protected] Resumo: Este artigo tem como objetivo apresentar uma metodologia de balanceamento (equilíbrio) de cargas/correntes em alimentadores de distribuição de energia elétrica, os quais são responsáveis por abastecer uma ou mais regiões, bem como atender os diversos clientes a eles ligados, clientes estes que poderão ser classificados como Industriais, Comerciais ou Residenciais. O sistema pode ser considerado “equilibrado” quando a corrente de “neutro”, percebida pelo equipamento de proteção e comando, não excede o valor adotado em seu ajuste de proteção.
Palavras-chave: proteção, desequilíbrio, distribuição, balanceamento. Abstract: This paper aims to present a methodology for balancing (balance) of cargo / feeder currents in power distribution, which are responsible for supplying one or more regions, as well as meet various clients connected to them, these customers that could be classified as Industrial, Commercial or Residential. The system can be considered "balanced" when the current "neutral", as perceived by the protective equipment and command shall not exceed the value adopted in its setting of protection.
Key-words: protection, balance, distribution, balancing. 1 CIRCUITOS ALIMENTADORES - DISTRIBUIÇÃO
As redes de distribuição de energia, conhecidas também por circuitos
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alimentadores, são disponibilizadas em tensões de 13,8kV ou 34,5kV (padrão
adotado pela Companhia de Energia XIS) e compostas por trechos nominados
de “tronco” e “ramais”, ou seja, são principais e secundários. Normalmente os
troncos dos alimentadores são trifásicos (três fases). Já os ramais podem ser
tanto trifásicos como monofásicos (em redes atendidas na tensão de 13,8kV –
duas fases; em redes atendidas na tensão de 34,5kV – uma fase). Os
alimentadores possuem dispositivos de proteção que são responsáveis por
desligar momentânea ou definitivamente, parte ou todo o circuito, quando de
ocorrências indesejadas que interferem no fornecimento continuado de energia
elétrica aos diversos clientes atendidos por estes.
Os dispositivos de proteção contra curto-circuito (fase-fase ou fase-terra)
podem ser automáticos (Disjuntores ou Religadores Automáticos) e manuais
(chaves-fusíveis ou chaves-fusíveis repetidoras).
Religadores automáticos são equipamentos de interrupção da corrente elétrica dotados de uma determinada capacidade de repetição em operações de abertura e fechamento de um circuito, durante a ocorrência de um defeito (JOÃO MAMEDE FILHO, 2005, P. 702).
Todos eles sensibilizados pela intensidade da corrente elétrica a que
estão ou são submetidos.
Com a expansão do sistema elétrico de distribuição, cargas
desequilibradas (ramais bifásicos e monofásicos) são continuamente ligadas à
rede, provocando problemas como o aumento das perdas técnicas de energia,
níveis indesejados de tensão, sobrecargas em condutores e equipamentos,
atuações indevidas de sistemas de proteção, etc. O controle natural destes
desequilíbrios consiste em se ligar tais cargas alternadamente nas fases ao
longo do alimentador, porém a sua operacionalização se mostra difícil, pois o
volume de obras a serem interligadas à rede de distribuição é muito elevado e
não se dispõe de indicativos de quais fases são mais adequadas para a ligação
de cada uma das novas cargas (ramais bifásicos e monofásicos). Com as
obras de reforço e ampliação do sistema de distribuição, exigidas pela
implantação do programa federal de eletrificação rural “Luz para Todos”, um
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número muito elevado de ramais bifásicos e monofásicos estão sendo
construídos pela Companhia XIS, sendo que as ligações destes ramais têm
provocado uma elevação considerável no grau de desequilíbrio das correntes
nas saídas dos alimentadores (subestação - SE) e ao longo destes (trecho).
Dispositivos de proteção são ajustados conforme as correntes que
circulam por eles, medidas ou calculadas de acordo com a carga instalada. A
atuação da proteção poderá ser associada ao desequilíbrio das correntes em
um alimentador. Por isso, ações para minimizar tais impactos são requeridas e
as mais comuns são as alterações dos ajustes da proteção. Neste momento se
faz necessária a redução do grau de desequilíbrio das correntes (entre fases)
para se preservar a segurança e atuação adequada da proteção quanto aos
níveis mínimos de curto-circuito estudados para o alimentador.
Na figura 1 podemos observar um alimentador representado num
diagrama unifilar, composto por uma fonte (barramento da SE), um religador
automático (R – dispositivo de proteção e comando), uma linha mais espessa
(tronco) e linhas mais finas (derivações ou ramais). Ainda compõem este
diagrama unifilar os transformadores e as chaves-fusíveis (dispositivos de
proteção e controle).
Figura 1 – Esquema unifilar básico de uma rede de distribuição
Fonte: Autoria própria (2011)
A figura 2 representa um diagrama trifilar contendo os mesmos
equipamentos da figura 1, porém com a possibilidade de identificar os trechos
do circuito atendido por sistemas monofásicos e trifásicos (dois e três fios).
Lembrando que o sistema monofásico a dois fios é característica do
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atendimento em tensão de 13,8kV.
Figura 2 - Rede de distribuição (13,8kV) - diagrama trifilar
Fonte: Autoria Própria (2011)
Em um alimentador de distribuição atendido na tensão de 34,5kV, além
da voltagem mais elevada, a outra característica que difere do sistema 13,8kV
é o circuito monofásico. Neste caso o atendimento é realizado com apenas um
fio (figura 3).
Figura 3 - Rede de distribuição (34,5kV) - diagrama trifilar
Fonte: Autoria Própria (2011)
Diante do exposto até aqui, temos, agora, a condição de analisar o
comportamento das correntes em alimentadores constituídos por sistemas
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trifásicos e monofásicos (sejam eles atendidos por um ou dois fios). Tais
correntes, como já descrito anteriormente, são conseqüência da forma como as
cargas são ligadas e da intensidade da potência demandada por elas.
Doravante, iremos expor a metodologia utilizada na Companhia XIS,
mais precisamente no âmbito de atuação da Região Sul do estado, quando
detectados problemas dessa natureza (desequilíbrio de cargas/correntes).
1. Softwares de apoio
Primeiramente iremos relacionar alguns aplicativos (programas) que nos
permitem monitorar grandezas elétricas dos alimentadores de distribuição:
Sistema SASE_VISU (R1.4) – Visualizador de Unifilares de SEs
O sistema SASE_VISU nos permite visualizar o unifilar dos barramentos
que compõem a subestação. Nestes barramentos estão distribuídos os
equipamentos de potência, regulação, operação e proteção (transformadores,
reguladores de tensão, bancos de capacitores, religadores automáticos,
chaves, entre outros) e a monitoração de grandezas elétricas (tensão, corrente,
potência, entre outros).
Na figura 4 podemos observar a tela inicial do sistema, com os dados da
subestação Beta.
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Figura 4 – Barramento SE/Beta – 34,5/13,8kV
Fonte: Companhia XIS – Sistema SASE_VISU (2011)
Sistema GASA (Versão 5.2.4P) – Gerência dos Alimentadores das Subestações Automatizadas
Trata-se de um software que disponibiliza gráficos de tensão (V) e/ou
corrente (A) a partir de informações enviadas pela automação (sistema de
monitoramento e operação de equipamentos em SE’s) ao Centro de Operação
do Sistema – COD.
Este sistema permite o monitoramento das grandezas elétricas (tensão,
corrente e potência), em um período estabelecido pelo usuário, dos circuitos
alimentadores de distribuição de uma determinada subestação. Neste caso, o
alimentador escolhido foi o Ípsilon (13,8kV), conforme mostra a figura 5, o qual
é objeto desse artigo.
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Figura 5 – Sistema GASA - Aplicativo
Fonte: Companhia XIS – Sistema GASA (2011)
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Uma vez selecionados os parâmetros desejados (Regional, Subestação,
Grandeza Elétrica, Alimentador e o período do registro) o resultado é um
gráfico (figura 6) que, neste caso, trata-se de um gráfico da grandeza corrente.
Figura 6 – Gráfico de Correntes - Alimentador Ípsilon (13,8kV)
Fonte: Companhia XIS – Sistema GASA (2011)
O gráfico da figura 6 reflete a situação atual (MAI/2011) de equilíbrio de
cargas/correntes do alimentador Ípsilon (13,8kV), da subestação Ipiranga.
Mas não foi sempre assim. O município, que é atendido em parte pelo
alimentador Ípsilon, possui uma agricultura fumageira extensiva e este tipo de
cultura é sazonal. Após a colheita (geralmente no mês de novembro) o fumo
passa por um processo de secagem das folhas e, para tal, são utilizados fornos
(estufas) elétricos.
Com o aumento da demanda de energia, aparecem também os
problemas de desequilíbrio de correntes, ocasionando a atuação (abertura)
indesejada do dispositivo de proteção/manobra do alimentador (religador
automático na SE). Por tratar-se de desequilíbrio de correntes entre fases,
aparece um valor de corrente de neutro e o equipamento de proteção, que
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possui um ajuste (curva) estabelecido para tal, promove a abertura do circuito.
2. MEDIÇÕES DE CORRENTES E EQUILÍBRIO DE CARGAS
Uma vez constatado o desequilíbrio de correntes entre fases, num
circuito alimentador, deverão ser realizadas medições (correntes) no tronco e
em ramais (trifásicos ou monofásicos).
De acordo com o grau do desequilíbrio de correntes existente, adotamos
o método de indicação dos ramais que serão medidos, tendo como auxílio um
mapa que contém o circuito unifilar do alimentador e as medições são
efetuadas com um amperímetro (tipo garfo) que, acoplado a uma vara
telescópica (figura 7), nos permite medir os valores, em cada fase,
simultaneamente (demonstração de como efetuar a medição poderá ser
visualizada através do link: http://www.sensorlink.com/product?id=20#).
Figura 7 – Amperímetro AmpstikPlus
Fonte – www.sensorlink.com (2011) As medições são anotadas em planilha1 confeccionada em Excel,
contendo dados suficientes que identifiquem o local (chave ou ponto de
referência ao longo do alimentador) e o horário de cada medição efetuada. É
1 A planilha utilizada para anotações dos dados coletados em campo está no Anexo I (figura 9).
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conveniente salientar a importância da realização das medições em horários
distintos daqueles considerados como “horário de pico”.
Horário de ponta (P) Horário de ponta, ou “horário de pico”, é o período definido pela COPEL e composto por três horas diárias consecutivas, durante o qual o consumo de energia elétrica tende a ser maior. No caso da Copel, de 2ª a 6ª feira das 18h às 21h (das 19h às 22h no Horário de Verão). São considerados exceções os sábados, domingos, terça-feira de carnaval, sexta-feira da Paixão, "Corpus Christi" e demais feriados definidos por lei federal, considerando as características do seu sistema elétrico (COPEL, disponível em http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel2.nsf%2F0%2FC8C0FB31C7B9BD93032573F700549161).
Neste caso, por tratar-se de alimentador rural, a característica da carga
é basicamente residencial, porém, não se pode desprezar a contribuição das
estufas de fumo que, no período, estão em plena atividade de secagem do
produto.
De posse das medições efetuadas e dos dados extraídos dos softwares
de apoio analisam-se as possibilidades de inversão das fases que poderão
contribuir com o equilíbrio das correntes que convergem até o equipamento de
proteção (religador automático) instalado na subestação e, em alguns casos,
ao longo do alimentador.
A figura 8 exemplifica as ações corretivas aplicadas ao alimentador
Ípsilon, evidenciando a mudança do comportamento das correntes com
conseqüente melhora (redução) no desequilíbrio entre as três fases do
alimentador.
Figura 8 – Alimentador Ípsilon (13,8kV)
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Fonte: Companhia XIS – Sistema GASA (2007)
Antes Depois
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Anexo I
Figura 8 – Material de Apoio – Planilha de acompanhamento das medições
Ípsilon
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Fonte: Autoria Própria (2007) 3. CONCLUSÃO
É notória a necessidade de equilíbrio entre as correntes por fase, num
sistema composto por circuitos trifásicos e monofásicos, para que os
equipamentos de proteção operem de acordo com o estudo de proteção
realizado para cada alimentador. Isto se faz necessário, pois as
concessionárias de energia elétrica devem atender as metas dos Indicadores
de Continuidade do Fornecimento (DEC – Duração Equivalente por
Consumidor e FEC – Freqüência Equivalente por Consumidor), propostos pelo
órgão regulador do setor (ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica), mas,
sobretudo, devem se preocupar com a segurança dos seus clientes e
funcionários, referente ao risco oferecido pelo produto (energia elétrica).
A ANEEL estabelece limites para os indicadores de continuidade individuais. Eles são definidos para períodos mensais, trimestrais e anuais. Quando há violação desses limites, a distribuidora deve compensar financeiramente a unidade consumidora. A compensação é automática, e deve ser paga em até 2 meses após o mês de apuração do indicador (mês em que houve a interrupção). As informações referentes aos indicadores de continuidade estão disponíveis na fatura de energia elétrica (ANEEL, disponível em http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=79&idPerfil=2).
Contudo, a atividade de balanceamento de cargas poderá ser
minimizada caso exista um rigoroso processo de planejamento, envolvendo as
áreas competentes, que defina em quais fases deverão ser ligadas as novas
cargas (monofásicas a um ou dois fios), pois, dependendo da quantidade de
cargas e extensão da ampliação do circuito, poderão ser prejudiciais ao correto
desempenho dos equipamentos de proteção e comando instalados em
subestações e ao longo da malha do alimentador.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, Distribuição de Energia Elétrica, Qualidade do Serviço. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idArea=79&idPerfil=2>. Acesso em 15 de maio de 2011.
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ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, Distribuição de Energia Elétrica, Glossário. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/biblioteca/glossario.cfm?att=H>. Acesso em 16 de maio de 2011. COPEL - Companhia Paranaense de Energia, Sustentabilidade, Programas de Acesso Universal a Energia. Disponível em: <http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel2.nsf%2Fdocs%2FD671C8F7C43F477B032573FB006A6C47?OpenDocument&secao=Sustentabilidade%3AProgramas%2520de%2520Acesso%2520Universal%2520a%2520Energia>. Acesso em 11 de maio de 2011. COPEL - Companhia Paranaense de Energia, Comercial, Glossário, Glossário - Industrial e Comercial. Disponível em: <http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=%2Fhpcopel%2Froot%2Fpagcopel2.nsf%2F0%2FC8C0FB31C7B9BD93032573F700549161>. Acesso em 11 de maio de 2011. MAMEDE FILHO, J. Manual de equipamentos elétricos. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. SOUZA CRUZ, Tabaco e seus produtos, Cadeia produtiva, Plantio. Disponível em: <http://www.souzacruz.com.br/group/sites/SOU_7UVF24.nsf/vwPagesWebLive/DO7V9KLC>. Acesso em 15 de maio de 2011.
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