Compensadores Passivos de

Reativos

CEN : Condicionadores de Energia

Julho 2013

Cenário Atual no Sistema Elétrico de Potência

As cargas possaram a demandar elevados niveis de qualidade

da rede elétrica (receber o que contratou).

As dificuldades para o cumprimento dos requisitos normativos

são variados: raios, entradas e saídas de cargas, cargas com alto

requisitos de reativos, impedâncias de linhas, transformadores,

geradores entre outros.

Pode-se considerar uma relação direta entre a qualidade da

energia e sua capacidade e eficiência, ou seja, quão maior a

qualidade da energia, melhor será seu aproveitamento.

2

Normas Regulatórias

No Brasil a função de fiscalizar e multar é exercida pela ANEEL.

No quisito distribuição de energia elétrica, a mesma normatiza a

atividade através do PRODIST.

PRODIST: normatiza e padromiza as atividades técnicas relacionadas

ao funcionamento e desempenho dos sistemas de distribuição de energia

elétrica.

O PRODIST contém 9 Módulos dispostos da seguinte maneira: Módulo 1 - Introdução

Módulo 2 - Planejamento da Expansão do Sistema de Distribuição

Módulo 3 - Acesso ao Sistema de Distribuição

Módulo 4 - Procedimentos Operativos do Sistema de Distribuição

Módulo 5 - Sistemas de Medição

Módulo 6 - Informações Requeridas e Obrigações

Módulo 7 - Cálculo de Perdas na Distribuição

Módulo 8 - Qualidade da Energia Elétrica

Módulo 9 - Ressarcimento de Danos Elétricos

3

PRODIST

Classificação da Tensão de Atendimento

Formas de Medição

o Conjunto de leituras com 1008 leituras válidas obtidas em

intervalos consecutivos de 10 minutos cada.

o DRP máxima 3%

o DRC máxima 0,5%

4

nlp – número de leituras precárias

nlc – número de leituras críticas

Influência da Impedância da Linha na

Transmissão de Energia Elétrica

As linhas de transmissão possuem impedâncias inerentes de

qualquer circuito elétrico.

As impedâncias são compostas por resistências e indutâncias

dos cabos, bem como, a capacitância entre os cabos e o solo.

Em linhas de transmissão aéreas os efeitos capacitivos podem

ser desprezados, simplificando o cirucito para um RL série.

5

A linha de distruição quando conduz corrente gera uma queda

de tensão (VR) diretamente proporcional com sua impedância e

nível de corrente transmitido.

Em linhas de transmissão 𝑉𝑄 pode ser aproximada por:

Influência da Impedância da Linha na

Transmissão de Energia Elétrica

6

𝑉𝑄 = 𝑉𝑆 − 𝑉𝑅

𝑉𝑄 ≈ 𝐼𝑅 ∙ 𝑅 + 𝐼𝑋 ∙ 𝑋𝐿

Diagrama Fasorial de uma Linha de Distribuição

7

∅

𝑽𝑺

𝑽𝑹

𝑰𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝑰𝑹 ∙ 𝑹

𝑰𝑸 ∙ 𝑿𝑳

• 𝑉𝑆 − 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑛𝑎 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑒𝑠𝑡𝑎çã𝑜

• 𝑉𝑅 − 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑛𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑟 𝑃𝐴𝐶

• 𝑉𝑄 − 𝑄𝑢𝑒𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑛𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑖çã𝑜

• 𝐼𝑅 − 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎

• 𝐼𝑋 − 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑖𝑛á𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎

• 𝑅 − 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑖çã𝑜

• 𝑋𝐿 − 𝐼𝑚𝑝𝑒𝑑â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑑𝑎 𝑖𝑛𝑑𝑢𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑖çã𝑜

Ações para Melhoria na Tensão no Sistema

de Distribuição de Média Tensão

A. Equilíbrio de Fases

B. Redivisão de Circuitos

C. Lançamento de Fases

D. Troca de Bitola de Condutores

E. Construção no Novos Alimentadores ou Subestações

F. Mudança de Tap no Transformador da Subestação

G. Instalação de Reguladores de Tensão Automáticos

H. Instalação de Banco de Capacitores 8

Correção da Tensão no PAC Utilizando

Capacitor Shunt

9

A correção de tensão com capacitores shunt se faz acoplando os

mesmos em paralelo com a carga normalmente no PAC.

A adição do capacitor shunt produz uma corrente sobre o mesmo (𝐼𝐶)

adiantada 900 da tensão sobre o mesmo (𝑉𝑅).

A elevação de tensão proporcionada pelo capacitor será:

𝑉𝑄 = 𝐼𝑅 ∙ 𝑅 + 𝐼𝑋 ∙ 𝑋𝐿 − 𝐼𝐶 ∙ 𝑋𝐿

𝑉𝑄𝐶 = 𝐼𝐶 ∙ 𝑋𝐿

Correção da Tensão no PAC Utilizando

Capacitor Shunt

10

∅

𝑽𝑺

𝑽𝑹

𝑰𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝑰𝑹 ∙ 𝑹

𝑰𝑸 ∙ 𝑿𝑳

∅

𝑽𝑺

𝑽𝑹

𝑰𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝑰𝑹 ∙ 𝑹

𝑰𝑸 ∙ 𝑿𝑳

𝑰𝑪 ∙ 𝑿𝑳

∅

𝑽𝑺

𝑽𝑹

𝑰𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂

𝑰𝑹 ∙ 𝑹

𝑰𝑸 ∙ 𝑿𝑳- 𝑰𝑪 ∙ 𝑿𝑳

Correção da Tensão no PAC Utilizando

Capacitor Shunt

11

Condição com Carga Pesada

Condição com Carga Leve

Correção da Tensão no PAC Utilizando

Capacitor Shunt - Circuito

12

Barra Transformador

de Acoplamento

Bando de Capacitores

Vref

Estabelecimento

de Parâmetros

PT

Controle

Exemplo

13

Será avaliado o Sistema com as características abaixo, onde o

mesmo deverá ser capaz de fornecer 15 níveis diferentes de

reativos capacitivos.

Exemplo

14

Os parâmetros da Linha de distribuição são definidos abaixo

Exemplo

15

Simulação sem compensação

Carga com

variação entre

0-100%

𝑉𝑆

Exemplo

16

Simulação sem compensação

Corrente na Carga

Exemplo

17

Simulação sem compensação

Tensão na Carga

Exemplo

18

Dimensionamento dos capacitores para compensação

Exemplo

19

Cambo de Capacitores

os fabricantes vendem os bancos de capacitores de acordo com a potência

dos mesmos, assim, as potências são definidas como:

Exemplo

20

Sistema de Controle

O controle deste circuito baseia-se em definir o número necessário de

capacitores para atender os limites de tensão desejadas (0,93pu – 1,05pu).

O controle faz uso da medição da tensão eficaz no ponto de interesse, que

neste caso é no ponto de atendimento (PAC).

Para evitar instabilidade, a atualização do valor de capacitância necessária

só é feita a cada 5 ciclos de rede, tempo suficiente para o sistema se

adaptar a variação de capacitância (não demanda controlador PI ou PID).

É indispensável a existência de um circuito de sincronismo na abertura e

fechamento dos capacitores. Como os mesmos podem ser considerados

fontes de tensão, a conexão de fontes de tensão em paralelo com tensões

diferentes causam problemas para o sistema, como por exemplo, curto

franco de tensão. A abertura é feita em zero de corrente, condição garantida

pelos TRIAC’s/SCR’s.

Exemplo

21

Fluxograma do Controle

Início

Medição da tensão eficaz no PAC durante 5 ciclos de rede

Tensão inferior ao limite mínimo?

Sim

Não

Incrementa número demandado de capacitores

Tensão superior ao valor

nominal?

Não

Sim

Decrementa número demandado de capacitores

Converte de decimal para binário e aguarda sincronismo

Converte de decimal para binário e aguarda sincronismo

Liga as chaves referêntes aos capacitores selecionados

(24 = 16 𝑜𝑝çõ𝑒𝑠)

Liga as chaves referêntes aos capacitores selecionados

(24 = 16 𝑜𝑝çõ𝑒𝑠)

Exemplo

22

Circuito de Controle

Exemplo

23

Circuito com Compensação

Carga

𝑉𝑆

Exemplo

24

Simulação com compensação

Corrente na Carga

Exemplo

25

Simulação com compensação

Tensão na Carga

Exemplo

26

Simulação com compensação

Comando dos Capacitores

Exemplo

27

Simulação com compensação

Corrente do Banco de Capacitores

Exemplo

28

Simulação com compensação

Sincronismo de Disparo do Banco de Capacitores

Conclusão

Os Bancos de Capacitores tem a capacidade de compensar as

quedas de tensão nas Linhas de Transmissão devido a circulação

de reativos.

Apresentam robustez e flexibilidade na reatância resultante desde

que possuam mais de um banco de capacitores.

Possuem baixo custo pois fazem uso apenas de capacitores e

tiristores.

Estes circuitos requerem o controle de disparo sincronizado com o

ponto de acoplamento (para evitar surtos de corrente).

O mesmos não atuam linearmente, apenas por ”steps”, ou seja,

aumentando ou diminuindo o número de capacitores conectados

ao sistema. 29

Referências

[1] Luis Antonio FELBER, “Regulação de Tensão em Subestações

e Distribuição de Energia Elétrica” Universidade Federal de

Itajubá, Dissertação de Mestrado, Julho 2010.

[2] Jean CUNHA, "Sistema automático para regulação de tensão

em redes de baixa tensão," UDESC, Joinville, Trabalho de

Conclusão de Curso 2012.

[3] ANEEL. Procedimentos de distribuição (PRODIST).

http://www.aneel.gov.br/area.cfm?idarea=82, 2012.

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