geração eólica curto circuito em aerogeradores
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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.
• Quanto ao número de fases:
Curto-Circuito TrifásicoCurto-Circuito Fase-TerraCurto circuito bifásicoCurto-circuito bifásico-Terra
• Quanto ao equilíbrio do curto
Curto-circuito equilibrado
Curto-circuito desequilibrado
São geralmente chamados por defeitos ou faltas e ocorrem de maneira
aleatória no sistema.
Classificação
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 usedin enclosures Tensões inferiores a 1 kV.
ANSI/IEEE C37.010 - IEEE application guide for AC high-voltage circuit breakersrated 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 centralgeradora. Verificar necessidade de ajuste de parâmetros de proteção e controle.
2. O acessante é responsável por avaliar qualquer efeito que o SIN possa provocar sobresuas 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
Gerador de indução diretamente conectado
Absorção de potência reativa
Simulações de curto-circuito
Curto circuito trifásico 200ms
Gerador de indução diretamente conectado
Outras influências
Aumento elevado no torque elétrico Perda de sincronismo
Exemplo prático
Curto circuito trifásico 500 ms
Gerador Síncrono
introdução
Curto circuito trifásico 500 ms
Gerador Síncrono
Gerador síncrono com retificador a diodos
Curto-circuito trifásico
Gerador síncrono com retificador a diodos
Curto-circuito bifásico
Gerador síncrono com retificador a diodos
Curto-circuito monofásico
Gerador síncrono com conversores PWM
Curto-circuito trifásico
Curto-circuito bifásico
Gerador síncrono com conversores PWM
Curto-circuito monofásico
Gerador síncrono com conversores PWM
Curto-circuito trifásico
Gerador de indução duplamente alimentado (DFIG)
Tensão
Corrente
Curto-circuito bifásico
Gerador de indução duplamente alimentado (DFIG)
Tensão
Corrente
Gerador de indução duplamente alimentado (DFIG)
Curto-circuito monofásico
Tensão
Corrente
Curto-circuito monofásico
S. Diodo
DFIG
S. PWM
Curto-circuito bifásico
S. Diodo
DFIG
S. PWM
Curto-circuito trifásico
S. Diodo
DFIG
S. PWM
Tensão 3F
Tensão DC 3F
Corrente 3F
Tensão DC 1F
Tensão DC 2F
Corrente 2F
Tensão 2F
Tensão 1F
Corrente 1F
Tensão 3F
Tensão DC 3F
Corrente 3F
Tensão DC 1F
Tensão DC 2F
Corrente 2F
Tensão 2F
Tensão 1F
Corrente 1F
Corrente máxima
Curto-circuito monofásico
Proteção dos sistemas
Curto-circuito monofásico
• Determinação da capacidade dos aerogeradores em suportar elevadas correntes defalta;
• 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
Relé de sub ou sobretensão
0,9 e 1,1 PU - Nenhuma atuação
0,85 e 1,15 – Atuação com temporização mínima de 5s
Relé sobrecorrente
Pick up
Temporizado
Atuação da proteção
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 distúrbiosocorridos na rede.
Os geradores síncronos PWM e o DFIG necessitam de um banco de resistores paradissipar a energia excedente.
O tipo de distúrbio é um dos fatores que mais influencia nos tipo de transitórios dascorrentes e das tensões durante os afundamentos de tensão
FERREIRA, S. Análise de Critérios de Suportabilidade de Centrais EólicasDurante 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 aconexão à rede básica”, Brasil, 2006, pp. 21-25.
RAMOS, Manoel Cândido de Lima. Análise do Comportamento deAerogeradores 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 umsistema elétrico industrial. 2009. São Carlos, 2009.
Referências Bibliográficas
Obrigado!
Keila Maia – keila@ufpa.br
Wilson Braga Júnior – wbj99@yahoo.com.br
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