Análise de curto-circuito em sistemas eólicos

UNIVERSIDADE FEDERAL
DO PARÁ

GERAÇÃO EÓLICA:
Níveis de curto-circuito

Keila Maia
Wilson Braga Júnior

Introdução

Crescimento na instalação de parques eólicos no Brasil:
Cerca de 1,5 GW de capacidade instalada registrada até o final de
2011 e mais 7 GW previstos até 2016

 Análise do impacto desses geradores no sistema elétrico brasileiro;

 Comportamento do gerador eólico em situações de curto-circuito;

 Simulações de cada tipo de gerador eólico na análise de curto-circuito;

AUMENTO DA CONFIABILIDADE E DA DISPONIBILIDADE

Definições

Curto-Circuito
Conexão intencional ou acidental, entre dois ou mais pontos de um circuito que
estão em diferentes potenciais elétricos. Pode ser por contato direto ou indireto.

São geralmente chamados por defeitos ou faltas e ocorrem de maneira
aleatória no sistema.

Classificação

• Quanto ao número de fases: • Quanto ao equilíbrio do curto

Curto-Circuito Trifásico Curto-circuito equilibrado
Curto-Circuito Fase-Terra
Curto circuito bifásico Curto-circuito desequilibrado
Curto-circuito bifásico-Terra

Causas

 Danos mecânicos – Quebra de isoladores, quebra de suportes, queda de postes.

 Sobrecarga – Operação em potência mais elevada que a nominal dos
equipamentos, com consequente deterioração da isolação

 Umidade – Isolantes porosos apresentam redução da rigidez quando absorvem
umidade.

 Sobretensões - Por manobras - Ligamento ou desligamento do sistema
 Atmosféricas – Queda de raio nas proximidades

Importância da análise

• Determinação da capacidade dos aerogeradores em suportar elevadas correntes
de falta;

• Cálculo dos ajustes dos dispositivos de proteção contra sobrecorrente;

• Cálculo dos esforços mecânicos dos elementos estruturais dos equipamentos;

• Evitar sobreaquecimento de componentes do gerador;

• Seleção e análise de superação de disjuntores e outros equipamentos
de seccionamento.

Normas internacionais

ANSI – American National Standards Institute

ANSI/IEEE C37.13 - IEEE Standard for low-voltage AC power circuit breakers used
in enclosures Tensões inferiores a 1 kV.

ANSI/IEEE C37.010 - IEEE application guide for AC high-voltage circuit breakers
rated on a symmetrical current basis: tensões superiores a 1 kV

IEC – International Eletrotechnical Comission

IEC 60909 – Mais precisa por considerar:
Assimetria CC da corrente de curto-circuito;
Decaimento da componente CA da corrente de curto nas proximidades de
motores e geradores síncronos

Objetivo: Cálculo da corrente máxima durante o curto-circuito.

Submódulo 3.6 Aneel

1. O acessante deve realizar um estudo de curto-circuito pelo com a presença da central
geradora. Verificar necessidade de ajuste de parâmetros de proteção e controle.

2. O acessante é responsável por avaliar qualquer efeito que o SIN possa provocar sobre
suas instalações e por tomar as ações corretivas que lhe são cabíveis.

3. Operação em regime de
tensão não nominal

Exemplo - Descrição do sistema

Geração hidrelétrica de
10 GW

Carga aproximada de
7,5 GW

Curto circuitos trifásicos
de 100 a 500 ms

Simulações de curto-circuito

Curto circuito trifásico
100ms

Absorção de potência
Gerador de indução reativa
diretamente conectado

Simulações de curto-circuito

200ms

Gerador de indução
diretamente conectado

Outras influências

Aumento elevado no
torque elétrico Perda de sincronismo

Exemplo prático

500 ms

Gerador Síncrono

introdução

500 ms

Gerador Síncrono

Gerador síncrono com
retificador a diodos

Curto-circuito trifásico


Curto-circuito bifásico


Curto-circuito monofásico

conversores PWM


Gerador de indução duplamente
alimentado (DFIG)

Corrente

Tensão


alimentado (DFIG)

Corrente

Tensão



S. Diodo S. PWM

DFIG

Tensão 3F

Corrente 3F

Tensão DC 3F

Tensão 2F

Corrente 2F

Tensão DC 2F

Tensão 1F

Corrente 1F

Tensão DC 1F

Corrente máxima


Proteção dos sistemas

• Determinação da capacidade dos aerogeradores em suportar elevadas correntes de
falta;

• Cálculo dos ajustes dos dispositivos de proteção contra sobrecorrente;

• Seleção de reatores limitadores de corrente, fusíveis, transformadores de corrente;

• Cálculo dos esforços mecânicos dos elementos estruturais dos equipamentos;

• Dimensionamento do sistema de aterramento;

• Seleção e análise de superação de disjuntores e outros equipamentos de seccionamento.


Proteções do sistema

Regulador de Tensão

0,9 e 1,1 PU - Nenhuma atuação
Relé de sub ou
sobretensão
0,85 e 1,15 – Atuação com temporização mínima de 5s

Pick up

Relé sobrecorrente

Temporizado

Conclusões

Importancia da análise de curto-circuito para instalação de aerogeradores.

Variação do tipo de gerador na capacidade de se manter conectado a rede.

O gerador síncrono com retificador a diodos apresenta maior rejeição aos distúrbios
ocorridos na rede.

Os geradores síncronos PWM e o DFIG necessitam de um banco de resistores para
dissipar a energia excedente.

O tipo de distúrbio é um dos fatores que mais influencia nos tipo de transitórios das
correntes e das tensões durante os afundamentos de tensão

Referências Bibliográficas

FERREIRA, S. Análise de Critérios de Suportabilidade de Centrais Eólicas
Durante Afundamentos Momentâneos de Tensão. Belo Horizonte: Ahsdf, 2010.

KASIKCI, Ismail. Short Circuits in Power Systems. Weinheim: Wiley-vch, 2002.

Operador Nacional do Sistema - ONS, “Requistos técnicos mínimos para a
conexão à rede básica”, Brasil, 2006, pp. 21-25.

RAMOS, Manoel Cândido de Lima. Análise do Comportamento de
Aerogeradores Frente a Afundamentos Momentâneos de Tensão. 2009. 112 f.
Dissertação (Mestrado) - Ufmg, Belo Horizonte, 2009.

SANTOS, Vanessa Malaco dos Santos. Estudo de caso de curto-circuito em um
sistema elétrico industrial. 2009. São Carlos, 2009.

Obrigado!

Keila Maia – keila@ufpa.br
Wilson Braga Júnior – wbj99@yahoo.com.br

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