projecto 2011 hnt- versao final

Parque Elico da Serra dos Candeeiros

Turno 3 Grupo 01 2010/11Alunos:

7086 27907 36060

Helder Sintra Nuno Rosa Tiago Castro


IPI 2010/11

Helder Sintra / Nuno Rosa / Tiago Castro

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ndice Geral1. Condies gerais, natureza e importncia da instalao ....................................... 4 1.1. 1.2. Introduo ...................................................................................................... 4 Definio do Projecto...................................................................................... 4 Localizao da instalao ........................................................................ 4 Ligao do parque elico rede de distribuio ...................................... 4 Descrio da instalao e do seu funcionamento .................................... 4 Classificao quanto s influncias externas e utilizao ..................... 5 Cdigos IP e IK, escolha das caractersticas do equipamento ................. 5

1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.2.4. 1.2.5. 1.3.

Constituio do Parque Elico ........................................................................ 7 Aerogeradores ......................................................................................... 7 Subestao ............................................................................................. 7

1.3.1. 1.3.2. 2.

Dimensionamento das impedncias ...................................................................... 9 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. Impedncias para clculo dos curto-circuitos.................................................. 9 Impedncia do aerogerador .......................................................................... 10 Impedncia do transformador 20/0,69 (kV) ................................................... 12 Impedncia das linhas do parque elico ....................................................... 13 Impedncia dos transformadores da subestao 20/60 (kV) ........................ 17 Impedncia da bateria de condensadores e do cabo de alimentao ........... 18

2.7. Impedncia do conjunto: Posto de Transformao auxiliar e cabo de alimentao ............................................................................................................. 19 2.8. 2.9. Impedncia da rede ...................................................................................... 22 Corrente de curto-circuito trifsico simtrico ................................................. 23

no barramento 0.1 ................................................................................................... 23 2.10. Corrente de curto-circuito trifsico simtrico .............................................. 25

no barramento 0.3 ................................................................................................... 25 2.11. Corrente de curto-circuito fase-terra no barramento 0.3 ............................ 25 Clculo de Zi impedncia inversa .................................................... 26 Clculo de Zo impedncia homopolar ............................................. 28

2.11.1. 2.11.2. 3.

Dimensionamento contra curto-circuitos .............................................................. 31 3.1. Correntes de curto-circuito dos 60kV ............................................................ 31 Impedncias equivalentes na alta tenso .............................................. 32 Curto-circuito trifsico-simtrico ............................................................. 32 Curto-circuito fase-terra ......................................................................... 32Helder Sintra / Nuno Rosa / Tiago Castro Pgina 2 de 47

3.1.1. 3.1.2. 3.1.3.IPI 2010/11

Parque Elico da Serra dos Candeeiros3.2. Correntes de curto-circuitos dos 20 kV ......................................................... 33 Impedncias equivalentes na mdia tenso .......................................... 33 Curto-circuito trifsico-simtrico ............................................................. 34

3.2.1. 3.2.2. 3.3.

Curto-circuitos trmicos e de pico ................................................................. 34 Curto-Circuitos trmicos e de pico nos 60 kV ........................................ 35 Curto-Circuitos trmicos e de pico nos 20 kV ........................................ 36

3.3.1. 3.3.2. 4.

Validao da Rede de terra atravs de clculo manual ....................................... 36 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. Passo 1: Dados de campo ............................................................................ 36 Passo 2: Dimetro dos condutores de terra .................................................. 37 Passo 3: Critrios para a tenso de contacto................................................ 38 Passo 4: Configurao inicial .................................................................... 39

Passo 5: Resistncia da rede de terra .......................................................... 39 Passo 6: Corrente da rede de terra ............................................................... 40 Passo 7: Verificao da elevao do potencial de terra ................................ 41 Caractersticas do equipamento utilizado ..................................................... 42 Equipamento da rede de gerao .......................................................... 42 Equipamento na subestao ................................................................. 44

4.8.1. 4.8.2. 5. 6.

Regulamentos e Normas do Projecto .................................................................. 47 Bibliografia ........................................................................................................... 47

ndice de FigurasFig. 1 - Influncias externas .......................................................................................... 6 Fig. 2 - Desenho IPI 01.04 Esquemas Equivalente Icc............................................... 9 Fig. 3 Esquema equivalente da rede no barramento 0.3 .......................................... 25 Fig. 4 Curto-circuito fase-terra no barramento 0.3 .................................................... 26 Fig. 5 Localizao do defeito no barramento de alta tenso .................................... 31 Fig. 6 Localizao do defeito no barramento de mdia tenso ................................ 33 Fig. 7 Grfico da influncia da componente DC num curto-circuito .......................... 34 Fig. 8 Tenso de contacto........................................................................................ 38 Fig. 9 Factor Sf da subestao ............................................................................... 41

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 1. Condies gerais, natureza e importncia da instalao 1.1. IntroduoO objectivo deste trabalho a elaborao de um projecto de uma Instalao de Produo Independente (IPI), a instalar na Serra dos Candeeiros. O Parque Elico que compe a nossa gerao ter uma disposio no terreno conforme mostrado no anexo IPI 00.00. Os princpios que vo reger a abordagem elaborao do projecto da IPI so os seguintes: Segurana das pessoas e bens em todas as fases do projecto; Simplificao e incluso de standards de construo; Facilidade de implementao e manuteno da obra.

1.2. Definio do Projecto 1.2.1. Localizao da instalaoA implantao do parque elico deste projecto, ser efectuada na Serra dos Candeeiros, no centro do pas. Esta gerao ter uma disposio no terreno conforme mostrado na documentao adicional.

1.2.2. Ligao do parque elico rede de distribuioA subestao do parque elico vai ter duas linhas de sada a 60 kV. A ligao destas linhas rede de distribuio ser feita em pontos de interligao j existentes, situados em subestaes com relao de transformao de 60/30 (kV), localizadas nas freguesias de Turquel e Alcanede.

1.2.3. Descrio da instalao e do seu funcionamentoO parque elico ter como elementos de produo de energia, 30 (trinta) aerogeradores assncronos de 1000 kW. No interior da torre de cada um deles, sero instalados transformadores elevadores da baixa tenso de produo, para o nvel de mdia tenso a fornecer subestao (0,69/20 kV). Estes transformadores tero uma potncia unitria de 1,25kVA. A subestao exterior associada IPI, ter uma relao de transformao de 20/60 (kV).IPI 2010/11 Helder Sintra / Nuno Rosa / Tiago Castro Pgina 4 de 47

Parque Elico da Serra dos CandeeirosAs interligaes dos aerogeradores do parque elico sero efectuadas atravs de 6 circuitos independentes, segundo uma topologia radial. Em cada circuito estaro instalados 5 aerogeradores. Para o transporte da energia elctrica gerada at subestao do parque, sero utilizados cabos enterrados. Estes cabos tero uma configurao telescpica.

Contagem de energiaA contagem da energia entregue rede ser efectuada por telecontagem, instalada num armrio com todo o equipamento necessrio para este modo de medio remota. Os contadores (3) ficaro colocados na subestao, de acordo com o seguinte:

- 2 Contadores destinados a medir a energia que o parque elico consome, mais concretamente um no posto de transformao de servios auxiliares e outro no consumo da subestao. - 1 Contador colocado sada da subestao, para medir a energia vendida. - 1 Contador junto ao ponto do distribuidor para controlo da energia efectivamente entregue rede.

1.2.4. Classificao quanto s influncias externas e utilizaoO Parque Elico da Serra dos Candeeiros est classificado, quanto aos ambientes, utilizaes e construo dos edifcios (influncias externas), de acordo com as Regras Tcnicas das Instalaes Elctricas de Baixa Tenso (RTIEBT), parte 3, seco 321, 322 e 323. De acordo com a regulamentao quanto classificao dos diversos locais, esta instalao s pode ser utilizada por pessoas classificadas como BA4 e BA5.

1.2.5. Cdigos IP e IK, escolha das caractersticas do equipamentoOs ndices de proteco dos equipamentos so fixados por dois cdigos: IP e IK. Estes cdigos so indicados nas Normas NP EN 60529 e EN 50102, onde so regulamentadas as caractersticas de proteco a assegurar pelos invlucros dos aparelhos e equipamentos elctricos, para garantir a fiabilidade das medidas de proteco que validam o seu nvel de segurana. Num complexo industrial, sob o ponto de vista de utilizao, os equipamentos a instalar devero ter diferentes classificaes, conforme o local onde esto instalados.IPI 2010/11 Helder Sintra / Nuno Rosa / Tiago Castro Pgina 5 de 47

Parque Elico da Serra dos CandeeirosNa Fig. 1, apresentam-se os ndices IP e IK recomendados. Pretende-se que a classificao dos equipamentos referida neste documento, esclarea a entidade instaladora de uma forma clara, quanto ao nvel de qualidade e exigncia dos materiais aplicados. No se aplica nenhuma limitao livre apresentao de outros equipamentos alternativos, no entanto, ter sempre que ser garantido que as caractersticas dos novos equipamentos nunca sero inferiores s que aqui se recomendam.

Caractersticas dos equipamentos em funo de influncias externas

Cdigo AD1 AD2 AD3

Classe das influncias externas Desprezvel Gotas de gua Chuva

Caractersticas dos equipamentos e sua instalao lPX0 IPX1 IPX3

Caso 1 - Presena de gua

Cdigo AE2

Classe das influncias externas Objectos pequenos ( 2,5 mm)

Caractersticas dos equipamentos e sua instalao IP3X

Caso 1 - Presena de corpos slidos estranhos

Cdigo/Classes influncias AG1 (fracos) AG2 (mdios) Caso 2 - Impactos

Cdigo IK IK02 IK07

Fig. 1 - Influncias externas

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 1.3. Constituio do Parque Elico 1.3.1. AerogeradoresOs aerogeradores so constitudos por uma torre, um rotor, um alternador e, ao nvel superior do fuste, sero montadas celas de mdia tenso e um transformador elevador.

Caractersticas do aerogerador, torre e transformador:

Gerador: ALPHA-OMEGA AO-1MW (Double-coil asynchronous generator) Dimetro do rotor: 54,4 m Nmero de ps: 3 Altura da torre: 70 m Potncia: 1000 kW Un= 690 V f= 50 Hz cos = 0,95

Transformador: EcoDry99Plus Sn=1,25 MVA Pcu= 10,5 kW Un1= 24 kV Un2= 0,69 kV Ucc= 6 %

1.3.2. Subestao Entrada a 20 kV (painis P210 e P211): Transformador 20/0,4 (kV) de 160 kVA para servios auxiliares; Barramento de 20 kV; Trs painis de entrada de linha;

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Sada em alta tenso a 60 kV (painis P501 e P504): Dois painis com um transformador 20/60 (kV) de 40 MVA, cada um; Barramento de 60 kV (Interbarras); Dois painis de sada linha.

Dimenses mnimas a considerar:Para este ponto teve se em conta o disposto no regulamento indicado no ponto 2 do captulo 6 do presente documento (Bibliografia) - Decreto Regulamentar n 42895/60 Regulamento de segurana de Subestaes e de Postos de Transformao e Seccionamento (rectificativos: Portaria n 37/70; Decreto Regulamentar n 14/77 e Decreto Regulamentar n 56/85) Distncia entre fases (artigo 74 alnea a): ; Por opo, vai ser utilizada uma distncia igual para os 60 kV e para os 20 kV:

Distncia aos locais de passagem (artigo 75):

Proteco contra contactos acidentais (Artigo 79): ; Por opo, ser considerada uma altura de: para os 60 kV e , para os 20 kV.

Afastamento da vedao do recinto (artigo 80): ;

Na prtica, as dimenses nunca sero inferiores a 2200mm em qualquer zona do recinto exterior sob tenso. Proporciona-se desta forma um elevado grau deIPI 2010/11 Helder Sintra / Nuno Rosa / Tiago Castro Pgina 8 de 47

Parque Elico da Serra dos Candeeirossegurana para as pessoas que executam actividades de manuteno, entre outras, na aparelhagem da subestao exterior sob as variadas condies de explorao, minimizando atravs destas distncias, a existncia de contactos directos acidentais.

2. Dimensionamento das impedncias 2.1. Impedncias para clculo dos curto-circuitosO clculo das correntes de curto-circuito foi baseado no mtodo das impedncias, segundo a norma IEC60909, utilizando as componentes simtricas. Permite determinar o valor mximo e mnimo das correntes. O valor mximo permite determinar as caractersticas dos equipamentos elctricos e o valor mnimo permite ajustar o calibre das proteces de sobreintensidade. O diagrama da rede o mostrado na Fig. 2 (Desenho IPI 01.04), com os respectivos elementos (geradores, transformadores e cabos).

Fig. 2 - Desenho IPI 01.04 Esquemas Equivalente Icc

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Parque Elico da Serra dos CandeeirosPara uma maior facilidade no clculo, este estudo ser feito por partes, a seguir mencionadas:

Conjunto gerador Parque elico Ligao Subestao interior e exterior Transformadores da subestao Bateria de Condensadores Transformadores de servios auxiliares Rede montante

2.2. Impedncia do aerogeradorAs 6 linhas de geradores tm caractersticas semelhantes, todos os geradores, transformadores e equipamento a colocar no PT so iguais e a distncia entre cada torre de 400m. Atendendo s seguintes caractersticas: Un Pn fp S Sn xd'' xq'' Ta f Xo 0,69 kV 1 MW 0,95 1,05 MVA 1,25 MVA 0,02 0,19 60 50 Hz 9

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Componente directa

Para calcular os valores das impedncias directas desprezou-se o valor associado s resistncias visto o valor destas serem muito reduzidos. Considerando: Ubase=0,69 kV ; Srede=300 MVA ; Sn-g=1,05 MVA ; Sn =1,25 MVA ; Un =20 kV

As impedncias directas obtidas so:

Componente inversa

O valor de X2 do aerogerador normalmente dado pelo fabricante, como no foi possvel obter este parmetro, este foi calculado da seguinte maneira:

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Componente homopolar

2.3. Impedncia do transformador 20/0,69 (kV)Sn Un f Pcu Ucc 1,25 MVA 20 kV 50 Hz 12500 W 6%

Componente directa

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Componente inversa

As componentes directas, inversas e homopolares do transformador so calculadas atravs da mesma expresso, ficando:


Como referido na alnea anterior, o valor da impedncia homopolar igual ao valor da impedncia inversa e directa, sendo o seu valor de:

2.4. Impedncia das linhas do parque elico Componente directa

Ao longo da nossa instalao existem 2 tipos de linhas: efectuadas a LXHIOV 3x1x300mm2 e a LXHIOV 3x1x185mm2: Apresenta-se de seguida as seguintes impedncias para cada uma das situaes, dado que as distncias so semelhantes (400m) em todas as linhas, tendo em considerao as seguintes expresses: ; ;

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Cabo LXHIOV 3x1x300mm2:

Cabo LXHIOV 3x1x185mm2:

Componente inversa

A componente inversa da impedncia das linhas calculada da mesma forma que a componente directa, calculada anteriormente, que assume os seguintes valores:

Cabo LXHIOV 3x1x300mm2:; ;

Cabo LXHIOV 3x1x185mm2:;

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Componente homopolar

Cabo LXHIOV 3x1x300mm2:

Valores utilizados para o clculo de ZoL:RF (/km) LF (mH/km) XF (/km) RPE (/km) XPE (/km) 0,077 0,29 0,94 0,206 0,16

Valores obtidos:; ;

;

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Cabo LXHIOV 3x1x185mm2::

Valores utilizados para o clculo de ZoL:RF (/km) LF (mH/km) XF (/km) RPE (/km) XPE (/km) 0,127 0,37 1,16 0,32 1,19

Valores obtidos:; ;

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 2.5. Impedncia dos transformadores da subestao 20/60 (kV) Componente directa

Os dois transformadores da subestao tm as seguintes caractersticas: Sn PCu U1n U2n UCC 40 MVA 300 kW 60 kV 20 kV 10 %

Componente inversa


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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 2.6. Impedncia da bateria de condensadores e do cabo de alimentao Bateria de condensadores Componente directa

Componente inversa

Cabo LXHIOV 3x1x240mm2

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Componente Inversa A componente inversa da impedncia das linhas calculada da mesma forma que a componente directa, calculada anteriormente, que assume os seguintes valores:

Cabo LXHIOV 3x1x240mm2

Componente Homopolar

2.7. Impedncia do conjunto: Posto de Transformao auxiliar e cabo de alimentao Transformador 20/0,4 (kV)

Sn Un f PCu UCC

160 kVA 20 kV 50 Hz 3000 W 4%

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Componente Directa

Componente Inversa As componentes directas, inversas e homopolares do transformador so calculadas atravs da mesma expresso, ficando:

Componente Homopolar Como referido na alnea anterior, o valor da impedncia homopolar igual ao valor da impedncia inversa e directa, sendo o seu valor de:

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Cabo de alimentao LSVAV 4x120mm2 Componente directa

Componente Inversa A componente inversa da impedncia das linhas calculada da mesma forma que a componente directa, calculada anteriormente, que assume os seguintes valores:

Cabo de alimentao LSVAV 4x120mm2

Componente Homopolar

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 2.8. Impedncia da rede Componente directa ;

De seguida mostra-se o diagrama da rede com as respectivas impedncias directas clculadas anteriormente e necessrias para o clculo do curto-circuito trifsico simtrico.

Componente inversa

;

Componente homopolar Dado que o transformador da subestao tem os seus enrolamentos montados em tringulo, a componente homopolar bloqueada por estes, no sendo portanto contemplada no clculo do curto-circuito Fase-Terra.

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 2.9. Corrente de curto-circuito trifsico simtrico no barramento 0.1As indicaes de barramentos neste captulo remetem para o desenho IPI.01.01.

Impedncia do conjunto aerogerador+ transformador, calculado com as componentes directas:

No barramento 8 temos (G1.1+T1.1+L1.1) // (G1.2+T1.2):

No barramento 6, temos (ZBUS8+L1.2) // (G1.3+T1.3):



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Parque Elico da Serra dos CandeeirosDe modo a determinarmos a impedncia nos barramento 0.1 e 0.2, temos em conta que todos os circuitos de gerao so iguais do ponto de vista de elementos constituintes (transformadores, geradores e cabos), de forma a que as impedncias de cada circuito so iguais nas 6 (seis) situaes.

No barramento 0.1, temos (ZBUS2+L1.5) // (ZBUS12+L2.5) // (Z BUS22+L3.5)

No barramento 0.2, temos (ZBUS32+L4.1) // (ZBUS42+L5.1) // (ZBUS52+L6.1)

Dado que: (ZBUS2+L1.5) = (ZBUS12+L2.5) = (ZBUS22+L3.5) = (ZBUS32+L4.1) = (ZBUS42+L5.1) = = (Z BUS52+L6.1) = Vem: ZBUS0.1 = (ZBUS2+L1.5) // (ZBUS12+L2.5) // (Z BUS22+L3.5)

No barramento 0.3, temos (ZdBUS0.1// ZdBUS0.2 // ZdBC // ZdPTsa) + ZdTrfSE) // (ZdRede)=

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 2.10. Corrente de curto-circuito trifsico simtrico no barramento 0.3

Zd

Id

Ed

Fig. 3 Esquema equivalente da rede no barramento 0.3

Este clculo necessrio para a escolha do poder de corte da subestao, visto que o curto-circuito trifsico simtrico o mais severo, ou seja, o de corrente eficaz de maior valor. Sendo assim os aparelhos de proteco seleccionados tero que ter um poder de corte nunca inferior a este valor de corrente (1,95 kA), ou seja, serem capazes de interromper um curto-circuito sem se danificar. Com base neste clculo foi escolhido o disjuntor referido em 4.8.1, com um poder de corte de 25 kA. De seguida, por motivos meramente acadmicos sero efectuados os clculos para determinar o valor de curto-circuito fase-terra no barramento 0.3 (20 kV).

2.11. Corrente de curto-circuito fase-terra no barramento 0.3Dado que o valor de Zd j foi determinado anteriormente, e para o clculo da corrente fase-terra necessrio calcular as trs componentes (directa, inversa e homopolar) sero calculados de seguida os valores da impedncia inversa e homopolar, vistas da subestao e assim obter a corrente de curto-circuito fase-terra neste barramento 0, de acordo com o esquema equivalente da rede mostrado na Fig. 4.

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Fig. 4 Curto-circuito fase-terra no barramento 0.3

2.11.1.

Clculo de Zi impedncia inversa



No barramento 4, temos (ZiBUS6+L1.3) // (G1.4+T1.4):

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No barramento 2, temos (ZiBUS4+L1.4) // (G1.5+T1.5):

De modo a determinarmos a impedncia nos barramento 0.1 e 0.2, temos em conta que todos os circuitos de gerao so iguais do ponto de vista de elementos constituintes (transformadores, geradores e cabos), de forma a que as impedncias de cada circuito so iguais nas 6 (seis) situaes.

No barramento 0.1 temos:(ZiBUS2+L1.5) // (ZiBUS12+L2.5) // (Z iBUS22+L3.5)

E analogamente no barramento 0.2 temos:(ZiBUS32+L4.1) // (ZiBUS42+L5.1) // (Z iBUS52+L6.1)

Atendendo a que:(ZiBUS2+L1.5) = (ZiBUS12+L2.5) = (ZiBUS22+L3.5) = (ZiBUS32+L4.1) = (ZiBUS42+L5.1) = =(ZiBUS52+L6.1) =

Obtemos:ZiBUS0.1 = (ZiBUS2+L1.5) // (ZiBUS12+L2.5) // (ZiBUS22+L3.5)

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros No barramento 0.3, temos (ZiBUS0.1// ZiBUS0.2 // ZiBC // ZiPTsa) + ZiTrfSE // (ZiRede):=

2.11.2.

Clculo de Zo impedncia homopolar


No barramento 6, temos (ZoBUS8+L1.2) // (G1.3+T1.3):



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Parque Elico da Serra dos CandeeirosDe modo a determinar a impedncia nos barramento 0.1 e 0.2, tido em conta que todos os circuitos de gerao so iguais do ponto de vista de elementos constituintes (transformadores, geradores e cabos), de forma a que as impedncias de cada circuito so iguais nas 6 (seis) situaes.

No barramento 0.1 temos:(ZoBUS2+L1.5) // (ZoBUS12+L2.5) // (Z oBUS22+L3.5)

E analogamente no barramento 0.2 temos:(ZoBUS32+L4.1) // (ZoBUS42+L5.1) // (Z oBUS52+L6.1)

Atendendo a que:(ZoBUS2+L1.5) = (ZoBUS12+L2.5) = (ZoBUS22+L3.5) = (ZoBUS32+L4.1) = (ZoBUS42+L5.1) =(Z oBUS52+L6.1) =

Obtemos:ZoBUS0.1 = (ZoBUS2+L1.5) // (ZoBUS12+L2.5) // (Z oBUS22+L3.5)

No barramento 0.3, temos (ZoBUS0.1// ZoBUS0.2 // ZoBC // ZoPTsa) + ZoTrfSE)

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Parque Elico da Serra dos CandeeirosDado que o transformador da subestao tem os seus enrolamentos montados em tringulo, a componente homopolar bloqueada por eles, no sendo portanto contemplada no clculo do curto-circuito fase-terra.

Em resumo:

Para o clculo do Icc fase terra, temos:

Logo, atravs do esquema equivalente de curto-circuito temos a C.C. Fase-Terra:

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 3. Dimensionamento contra curto-circuitos 3.1. Correntes de curto-circuito dos 60kVNa figura seguinte esto mencionadas as duas configuraes possveis de explorao da subestao:

Fig. 5 Localizao do defeito no barramento de alta tenso

Apesar de representadas, desprezam-se para o clculo do valor dos defeitos na alta e mdia tenso, as impedncias associadas ao painel interbarras e cabos na alta tenso, visto estas serem de valores reduzidos. Desta forma, ser correcto considerar a corrente de curto circuito na seta com o sentido . No lado da mdia tenso, e em virtude de todas as ligaes serem em tringulo, leva a que no se considere a componente homopolar, deixando apenas o clculo da corrente de curto-circuito trifsico simtrico. Por outro lado, dado que na alta tenso o transformador de potncia tem a sua ligao feita em estrela com ponto neutro ligado terra efectua-se tambm o clculo da corrente de curto-circuito faseterra.

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 3.1.1. Impedncias equivalentes na alta tenso Do ponto de vista do defeito na alta tenso:

3.1.2. Curto-circuito trifsico-simtrico

3.1.3. Curto-circuito fase-terra

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 3.2. Correntes de curto-circuitos dos 20 kVClculo da impedncia equivalente directa vista do ponto de defeito bMT ( barramento de mdia tenso):

Fig. 6 Localizao do defeito no barramento de mdia tenso

3.2.1. Impedncias equivalentes na mdia tenso Do ponto de vista do defeito na mdia tenso:

=

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 3.2.2. Curto-circuito trifsico-simtrico

3.3. Curto-circuitos trmicos e de picoPara determinar os curto-circuitos trmicos e de pico necessrio considerar os seguintes coeficientes:

Fig. 7 Grfico da influncia da componente DC num curto-circuito

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 3.3.1. Curto-Circuitos trmicos e de pico nos 60 kV

Curto-circuito trifsico-simtrico

Curto-circuito fase terra

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 3.3.2. Curto-Circuitos trmicos e de pico nos 20 kVConforme verificado nos clculos anteriores, a situao onde se obtm um valor mais elevado da corrente de curto-circuito no cc trifsico (entre 3 fases), desta forma s iremos calcular a ocorrncia de um curto-circuito nesta situao.

Curto-circuito trifsico-simtrico

4. Validao da Rede de terra atravs de clculo manualNeste ponto foi tido em considerao o indicado no documento da EDPDRP-C13530N[1]_Tenses de passo e contacto consideraes de projecto

4.1. Passo 1: Dados de campoComo dados de campo teremos a resistividade mdia do terreno (Mrmores e argilas compactas) onde se vai construir a nossa subestao e tambm a rea global que vamos utilizar, vindo para o caso do nosso clculo:

;

;

(permetro)

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 4.2. Passo 2: Dimetro dos condutores de terraPara a prossecuo deste passo vamos necessitar de conhecer a corrente mxima de curto-circuito e o tempo de eliminao desse defeito, que para o nosso caso sero:

A seco mnima dos condutores de terra a utilizar na rede, ser:

Em que:I = 5,85 kA ; = 0,3 s

Caractersticas do cobre electroltico duro:= = = = = TCAP = 1084 C; 40 C; 0,00381 ; 1,78 .cm; 242 ; 3,42 .

Sendo: S= I= = = = = = seco dos condutores [ ]; corrente de defeito [kA]; mxima temperatura permitida [C]; temperatura ambiente [C]; coeficiente de variao da resistividade temperatura de referncia [1/C]; resistividade do solo temperatura de referncia [.cm]; [C];

= tempo de durao da corrente de defeito [s]; TCAP = capacidade trmica por unidade de volume [

].

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros O dimetro dos condutores ser igual a:

O dimetro mnimo dos condutores a utilizar dever ser de 3,8212 . Como vamos utilizar o cabo de cobre nu de 95 de seco, que tem um dimetro de 10,998 , verifica-se que este cabo ultrapassa os valores mnimos ditados pelo clculo.

4.3.

Passo 3: Critrios para a tenso de contacto

Fig. 8 Tenso de contacto

Os critrios a utilizar no clculo da tenso de contacto, so os que esto definidos no documento de harmonizao da CENELEC (HD 637 S1), resultante da aplicao do grfico da Fig. 8, teremos:

= 0,3 s = 400 V - A tenso tolervel pelo corpo humano.

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 4.4. Passo 4: Configurao inicial

Para alm dos dados resultantes do Passo 1 (resistividade mdia do terreno: = 100 .m, e a rea global da malha de terra: A = 3600 ), definiram-se os outros elementos bsicos necessrios ao projecto, a saber:

Espaamento entre os condutores paralelos da malha de terra: D = 4 m; Profundidade de enterramento da malha de terra: h = 1,0 m; Comprimento total de condutores enterrados: =15 x 60 + 15 x 60 = 1800 m; = 12 x (2 + 2 + 2) = 72 m;

Comprimento total de elctrodos de terra enterrados: =6m ; = 60 m ; = 60 m

Comprimento total dos elementos enterrados:

4.5. Passo 5: Resistncia da rede de terraPara o clculo da resistncia da malha de terra utiliza-se a equao expandida de SveraK:

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 4.6. Passo 6: Corrente da rede de terraA corrente da rede de terra dada pela expresso:

em que a corrente de curto-circuito correspondente ao pior defeito que possa ocorrer, e j definida para a nossa subestao como sendo de 5,85kA, e um factor de depreciao que tem em conta o facto de a corrente de curto-circuito ser assimtrica, quando para os clculos iremos usar a corrente simtrica de curtocircuito. ser calculado de acordo com a seguinte expresso:

Em que: = tempo de durao do defeito[s] ; , para 50 Hz, .

No presente caso, e para o tempo de durao do defeito igual a 0,3 segundos, assumese que praticamente igual a 1. Seguidamente teremos de calcular o valor de , correspondente ao divisor da corrente de defeito, pela existncia dos cabos de guarda das linhas de 20 kV, que para alm de estarem ligados terra em todos os apoios da linha, tambm se encontram ligados terra geral nica da subestao cuja rede de terra estamos a projectar. Um cabo de guarda ligado terra em mltiplos pontos, comporta-se como um condutor que tem uma determinada impedncia longitudinal Z1, e uma condutncia transversal . Se o cabo tiver um grande comprimento, o clculo mostra que a impedncia equivalente aproximadamente . Se vrias linhas ligadas a uma subestao estiverem munidas de cabos de guarda ligados rede de terra da subestao, a condutncia resultante das diversas linhas ser aproximadamente igual adio aritmtica das indutncias. Notar-se- que a impedncia equivalente do cabo de guarda ser da ordem da impedncia longitudinal correspondente a somente 750 metros de cabo. Isto pe em evidncia o facto de as correntes no se propagarem a grandes distncias nestes cabos, escoando-se rapidamente para a terra.IPI 2010/11 Helder Sintra / Nuno Rosa / Tiago Castro Pgina 40 de 47

Parque Elico da Serra dos CandeeirosAssim, no parque elico da serra dos candeeiros, vamos considerar que a subestao ser alimentada por 6 linhas de MT a 20 kV, com 150 metros cada, em alumnio de 300 , sendo o cabo de guarda em condutor OPGW de 145 de seco.

Clculo do factor

para a subestao:

A corrente que ir fluir entre a rede e a terra de referncia ser:

Fig. 9 Factor Sf da subestao

4.7. Passo 7: Verificao da elevao do potencial de terraNeste passo verificado se a elevao do potencial de terra ( . que duas vezes a tenso tolerada pelo corpo humano (2. ), ), igual ou menor 2 :

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Elevao do potencial de terra:2

.

= 850 x 0,772 = 648,48 V = 2 x 400 = 800 V

Como se pode observar,

.

2.

, pelo que a rede de terra pode ser validada.

4.8. Caractersticas do equipamento utilizado 4.8.1. Equipamento da rede de gerao AerogeradorOs aerogeradores sero assncronos trifsicos, tipo Double-coil asynchronous generator com as seguintes caractersticas (Catlogo 3): -Marca: ALPHA-OMEGA - Modelo: AO-1MW - Potncia activa: 1000 kW - Cos () : 0,95 - Tenso nominal: 690 V - Corrente nominal: 909 A - Velocidade nominal: 21.95 rpm - Altura da torre: 70 m - Dimetro do rotor: 54,4 m - Nmero de ps: 3

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Linhas de interligaoAs linhas sero constitudas por cabos de alumnio tripolares, enterrados. As distncias esto descritas no esquema unifilar da rede geral de gerao. As principais caractersticas destes cabos so (Catlogo 1): - Cabo: LXHIOV (12 / 20 kV) 3x1x185mm2 e 3x1x300mm2 - Tenso nominal: 20 kV - Seco: 185 mm2 e 300 mm2 - Resistncia: 0,164 /km e 1 /km - Indutncia: 0,34 mH/km e 0,3 mH/km - Corrente curto-circuito admissvel: 17,5 kA e 28,3 kA (1 seg. - a 20 C)

Transformadores associados aos aerogeradoresOs transformadores elevadores de tenso sero instalados no interior da torre do aerogerador, sero da marca ABB e tero as seguintes caractersticas principais (Catlogo 4): - Transformador: ABB - EcoDry99Plus - Potncia: 1,25 MVA - Pcu: 10,5 kW - Uo: 24 kV - Ui: 0,69 kV - Uk: 6 %

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 4.8.2. Equipamento na subestao Descarregadores de sobretenso (DST)Os descarregadores de sobretenso tm como principal funo a proteco dos circuitos contra as descargas atmosfricas (Catlogo 11). -Marca: ABB - Modelo: EXLIM Q-E - Tenso nominal: 36 kV - Descarga onda 8/20 s: 80,4-105 kA - Descarga onda 30/60 s: 69,2-74,2 kA

Seccionador de terraAssegura a ligao dos condutores terra, para uma eventual corrente de fuga, nas situaes em que necessrio fazer manuteno ao nvel da linha (Catlogo 12). - Marca: EFACEC - Modelo: STD (Movimento duplo) - Corrente nominal: at 40 kA rms - Tenso nominal: at 245 kV

Seccionador de linha / Seccionador de barramentoO seccionador de linha, tal como o seccionador de terra, utilizado habitualmente quando se fazem manutenes. O seccionador de barramento tem uma funo semelhante a esta (Catlogo 13). - Marca: EFACEC - Modelo: SHD-72,5 - Corrente nominal: 3150 A

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros- Tenso nominal: 72,5 kV

Disjuntores para os 20 e 60 kV(Catlogos 9 e 10)

Para os 20 kV - Mraca: ABB - Modelo: OHB 24 - Tenso nominal: 24 kV - Corrente nominal: 1250 A - Corrente Curto-Circuito: 25 kA

Para os 60 kV - Marca: ABB - Modelo: LTB 72.5D1/B - Tenso nominal: 72,5 kV - Corrente nominal: 3150 A - Corrente Curto-Circuito: 40 kA

Transformadores de tenso (TT)Os transformadores de tenso (TT) so usados para ligar s proteces para disparo de disjuntores e tambm para ligar os elementos de medida e contagem de energia (Catlogo 15). - Marca: ABB - Modelo: EMF-52

Transformadores de corrente (TI)Os transformadores de corrente (TI) so usados para ligar s proteces para disparo de disjuntores e tambm para ligar os elementos de medida (Catlogo 14). - Marca: ABB - Modelo: IMB 36-170 - Tenso mxima admissvel: 72,5 kV - Corrente primrio: 150 A - Corrente Curto-Circuito: 16 kA

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros Transformador subestao 20/60 kVO transformador 20/60 (kV) utilizado para elevar o nvel de tenso na rede de gerao (20 kV), para um nvel de tenso superior para entrega rede de distribuio. O nvel de tenso pretendido 60kV (Catlogo 6). - Marca: ABB - Modelo: Small Power Transformers - Primrio: 20 kV - Secundrio: 60 kV - Potncia Aparente: 5 MVA

Contadores de energiaOs contadores de energia destinam-se a medir a energia que fornecida rede em cada uma das linhas de sada (Catlogo 8). - Marca: Schneider - Modelo: PowerLogic PM200 series

Transformador AuxiliarO transformador auxiliar ficar integrado no edifcio de comando da subestao (Catlogo 7). - Marca: EFACEC - Modelo: Transformador Hermtico - Tenso no primrio: 20 kV - Tenso no secundrio: 420 V - Potncia nominal: 160 kVA - Ucc (%): 5 %

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Parque Elico da Serra dos Candeeiros 5. Regulamentos e Normas do ProjectoEste projecto foi realizado de acordo com as normas e regulamentos portugueses em vigor, nomeadamente os seguintes: Regras Tcnicas das Instalaes Elctricas de Baixa Tenso (RTIEBT), portaria n. 949-A de 11 de Setembro de 2006 Regulamento de Segurana das Redes de Distribuio de Energia Elctrica em Baixa Tenso, Decreto Regulamentar N. 90/84, de 26 de Dezembro Validao de rede geral de terra de subestaes AT/MT pelo controlo das tenses de contacto e de passo DRP-C13-530/N Homologao, conforme despacho de CA de 2007-02-13 IEC 60909 Norma Internacional de Calculo de Curto-Circuitos Trifsicos AC Regulamento de Qualidade de Servio da ERSE IEEE Guide for safety in AC Substation Grounding, ANSI/IEEE Std 80-2000

6. BibliografiaGuia Tcnico das Instalaes de Produo Independente de Energia Elctrica publicado em Junho de 1994 pela DGE Projecto Tipo da EDP IEC 60909 Norma Internacional de Calculo de Curto-Circuitos Trifsicos AC ABB Switchgear 11edition ABB MV/LV transformer substations: theory and examples of short-circuit calculation DIT-C98-000N - Guia Tcnico de telecontagem EDP Distribuio Documentao das aulas tericas de IPI Semestre de Vero de 2008/09 Eng Fernando Loureiro Manual de Concepo de Instalaes elctricas Eng. Constantino Soares ISEL/DEEA/SUE, 2009

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projecto 2011 hnt- versao final

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