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FACULDADE SANTO AGOSTINHO - FASA
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS - FACET
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
CORREÇÃO DOS NÍVEIS DE TENSÃO EM REDES DE
DISTRIBUIÇÃO SECUNDÁRIA USANDO BANCO DE
CAPACITORES
Samuel Vieira Silva
Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação em Engenharia Elétrica Com Ênfase em Sistemas Elétricos de Potência, Orientado pelo Msc. José Albuquerque Junior
FASA Montes Claros
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Monografia parcial apresentada como requisito para a aptidão na disciplina de TCCI do curso de Engenharia Elétrica das Faculdades Santo Agostinho como requisito para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista. Orientador: José Albuquerque Junior
CORREÇÃO DOS NÍVEIS DE TENSÃO EM REDES DE
DISTRIBUIÇÃO SECUNDÁRIA USANDO BANCO DE
CAPACITORES
Samuel Vieira Silva
FASA Montes Claros 2012
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ABSTRACT
Due to the large increase in energy consumption in recent decades, the distribution utilities of electricity, struggling to control and maintain the voltage profile of the secondary distribution network within the acceptable operating levels of active losses of the system.
With the passage of time after construction of the secondary distribution network quality degradation occurs tension profile, the difficulties of providing precise conditions during system planning. Due to this there is the need for short term planning as the installation of equipment to ensure operation within the limits set of voltage magnitudes.
To control these problems, there is the allocation of capacitor bank, which installed correctly provide the correct voltage drop in the secondary distribution network.
In this context, this work of completing course aims to apply the capacitor bank in the secondary distribution network in order to correct the voltage drop existing parameters acceptable by National Agency of Electric Energy - ANEEL.
Keyword : Correction Voltage Levels, Secondary Distribution Network, Capacitor Bank.
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6. REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO. ............................................................. 44
1. INTRODUÇÃO
1.1 Introdução
Na história do desenvolvimento da sociedade, a energia elétrica, desde a descoberta do seu manuseio, sempre ocupou lugar de destaque no cotidiano das pessoas, tendo em vista a dependência da qualidade de vida, do progresso econômico, da qualidade do produto e serviços relacionados à mesma.
A energia elétrica proporciona à sociedade trabalho, produtividade e desenvolvimento, e a todas as pessoas conforto, comodidade, bem-estar e praticidade, o que torna a sociedade cada vez mais dependente de seu fornecimento e mais sensível às eventuais falhas do sistema elétrico. Em contrapartida, esta dependência dos usuários vem se traduzindo em exigências por melhor qualidade de serviço e do produto que, no caso, é a própria energia elétrica. A sua facilidade de geração, transporte, distribuição e utilização, com as consequentes transformações em outras formas de energia, atribuem à eletricidade uma característica de universalização, disseminando o seu uso.
O contínuo crescimento da população mundial e da economia dos países desenvolvidos e em desenvolvimento implica necessariamente, no aumento do consumo de energia. Porém, atualmente, tendo em vista que a sociedade vem aumentando o seu engajamento com as questões sustentáveis e ambientais, a produção de energia passa a seguir os conceitos de desenvolvimento sustentável e de responsabilidade ambiental.
Com o aumento do consumo de energia elétrica no Brasil, o rigor de fiscalização pela sua qualidade na área de distribuição de energia, torna-se cada vez mais intensificado pela Agencia Nacional de Energia Elétrica - ANEEL.
A necessidade dos níveis de tensão dentro dos padrões estabelecidos pela ANEEL faz com que as concessionárias de distribuição de energia busquem técnicas para elaboração de banco de capacitores, na rede de modo a se adequarem a disposições previstas na resolução.
1.5 Justificativa
O consumidor deve receber energia de qualidade e em quantidade suficiente para suprir suas necessidades. Assim, torna-se relevante a qualidade da energia entregue pelas concessionárias, sendo para tanto, necessário à reestruturação de redes elétricas específicas do meio rural.
A importância da realização desse trabalho é buscar uma melhor posição para inserção dos bancos de capacitores, sendo assim, o trabalho proposto servirá para que as tensões ao longo da rede sejam distribuídas aos consumidores em níveis admissíveis, para atender os padrões estabelecidos pela ANEEL, entregando energia de qualidade aos mesmos. Pois operando fora dos limites estabelecidos pelas agências reguladoras, pode provocar o pagamento de multas e até mesmo ações indenizatórias.
É importante lembrar que alocando o banco de capacitores de forma correta nas redes de distribuição evita-se o deterioramento da qualidade de energia fornecida pelas concessionárias, e o mau funcionamento até mesmo de equipamentos elétricos e eletrônicos.
1.6 Metodologia
Para a implementação e desenvolvimento desse sistema de alocação de banco de capacitores, optou-se pela pesquisa qualitativa, de caráter descritivo com abordagem explicativa.
Como instrumento de coleta de dados foi feito uma pesquisa bibliográfica, e com a análise dos dados possibilitou de maneira exploratória a familiarização com o tema, visando deixar o mesmo bem claro para consequentemente tirar todas as dúvidas encontradas.
Com o conhecimento das redes de distribuição já existentes, verificando seu funcionamento e especificações em livros, normas técnicas, revistas e com material disponibilizado na internet, podendo assim realizar um estudo diagnosticando a necessidade de melhorias nos sistemas de correção de níveis de tensão.
Para programação e simulação desse sistema será utilizado o software MATLAB, que é destinado a fazer cálculos com matrizes. Os comandos do MATLAB são muito próximos da forma como escrevemos expressões algébricas, tornando mais simples o seu uso. Podem ser incorporadas as rotinas pré-definidas, pacotes para cálculos específicos. Escrevemos um pacote chamado gaal com funções que são direcionadas para um curso de Geometria Analítica e Álgebra Linear.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Redes de Distribuição
Os sistemas de distribuição são classificados pelas redes de distribuição primária e circuitos secundários. Nas subestações de distribuição começa a rede primária, sendo composta de transformadores, para abaixar a tensão da rede de subtransmissão e de equipamentos de proteção e controle para sua adequada operação. A rede primária é constituída também de alimentadores primários e secundários que podem atender as cargas maiores ou as subestações da rede de distribuição secundária de forma direta. A distribuição secundária sendo composta por transformadores de distribuição e equipamentos de proteção adequados distribui assim a energia para usuários de baixa tensão. (SALAS, 2006, pg.1)
O processo de reestruturação em seus respectivos setores elétrico vem acontecendo em vários países nas últimas décadas, que em muitos casos, passaram das mãos do estado para as empresas privadas, com o objetivo principal de torná-los mais eficientes e competitivos. Entretanto o estado deve estar representado por órgãos de legislação e fiscalização que por sua vez representa o interesse do usuário regulamentando os agentes do setor elétrico. (SALAS, 2006, pg.1)
No Brasil foi criada a Agencia Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), que tem como objetivo principal proporcionar condições favoráveis para que o mercado de energia elétrica se desenvolva com equilíbrio e em benefício da sociedade, traçando as diretrizes da indústria de energia e fiscalizando o cumprimento da legislação. (LUCHINI, 2011, pg.20).
Outro agente que surgiu foi o Operador Nacional do Sistema (ONS) que é o órgão responsável pela coordenação e controle da operação das instalações de geração e transmissão de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional (SIN), sob a fiscalização e regulação da ANEEL. (SALAS, 2006, pg.1)
As empresas de distribuição de energia elétrica são obrigadas a atender todos os clientes que se encontram dentro e fora (clientes livres) de sua área de concessão de acordo com a legislação vigente, sendo concernente a confiabilidade, segurança, qualidade e proteção ao meio ambiente. (SALAS, 2006, pg.1)
Para que isso seja possível é necessário à operação do sistema de forma segura e com alto nível de confiabilidade e também investir em equipamentos e sistemas de controle cada vez mais sofisticados para trazer a segurança necessária. Entretanto a execução deve ser feita visando um custo operacional baixo, tornando as margens de lucro atrativas para as empresas de energia elétrica. (SALAS, 2006, pg.1)
Estes requisitos procuram garantir que os sistemas de transmissão e distribuição sejam economicamente viáveis, benéficos e, sobretudo, o planejamento destes sistemas devem ser tal que a frequência AC e magnitudes de tensão devam estar mantidas entre os limites de operação estabelecidos na resolução 505 da ANEEL para níveis de tensão permanente. Além disso, deve ser garantido um alto nível de continuidade de serviço. A extrapolação desses limites ocorre devido à variação das cargas na rede ao longo do tempo, dentre outros fatores que obrigam as concessionárias distribuidoras a investirem em melhorias para evitar que ocorra a variação da tensão. (SALAS, 2006, pg.1)
Uma das formas de melhorar o nível de tensão para que se mantenha dentro das faixas estabelecidas é a instalação de bancos de capacitores, proporcionando através da inserção de reativos, elevação da tensão e redução da corrente ao longo do alimentador, reduzindo as perdas elétricas, aumento da capacidade do sistema em atender as cargas ativas e redução da necessidade de compensação de reativos nos sistemas de subtransmissão e transmissão. Uma grande vantagem da instalação de banco de capacitores em circuitos secundários aéreos de distribuição é por ser uma técnica de rápida implementação e, principalmente, baixo custo. (LUCHINI, 2011, pg.20).
Figura 2: Diagrama sistema de distribuição secundária em anel. Fonte: LUCHINI, 2011, pg. 22.
A topologia radial é a mais utilizada do sistema elétrico brasileiro, possui apenas um único caminho de alimentação ao consumidor e é a mais simples e econômica. Já a topologia anel possui um caminho alternativo de alimentação, proporcionando assim maior garantia de continuidade de serviço, pois, em caso de falhas em algum trecho do circuito, as cargas continuam sendo alimentadas pelo caminho alternativo. (LUCHINI, 2011, pg.24).
2.1.2 Qualidade da Energia na Distribuição Secundária.
A energia elétrica no contexto da história da sociedade moderna, sempre ocupou lugar de destaque, trazendo qualidade de vida e progresso econômico da qualidade do produto, que dependem de como as empresas de eletricidade projetam, operam e mantêm o sistema de distribuição. Desta forma a Resolução Normativa Nº 469 da ANEEL de 2011 prevê o controle da qualidade de energia entregue ao consumidor através dos seguintes itens: (ANEEL, 2011).
Tensão em regime permanente; Fator de potência; Harmônicos; Desequilíbrio de tensão; Flutuação de tensão; Variações de tensão de curta duração; Variação da frequência.
2.1.2.1 Tensão em Regime Permanente.
A tensão em regime permanente é de extrema importância, já que é considerada constante pelos consumidores e sua variação acima ou abaixo de valores limites pode causar nos equipamentos, diminuição da vida útil, redução do rendimento, mau funcionamento, variações que necessitem de manutenção e até mesmo perda total. (LUCHINI, 2011, pg.25).
A tensão em regime permanente deve ser avaliada por meio de um conjunto de leituras obtidas por medição apropriada. São determinados limites adequados, precários e críticos para conformidade dos níveis de tensão nos pontos de conexão, já que a tensão nas barras das unidades consumidoras pode variar de acordo com a variação das cargas no decorrer do dia. (ANEEL, 2011).
O atendimento nos pontos de conexão da rede de distribuição secundária, cujas tensões determinadas pelo PRODIST são de 220/127 V e 380/220 V (fase-fase/fase-neutro) são demonstradas nas tabelas 1 e 2. (ANEEL, 2011).
Para uma tensão de fornecimento na distribuição secundária abaixo dos valores adequados há diversos fatores que podem ser considerados causadores, entre eles, tap inadequado do transformador, queda de tensão no transformador de distribuição, queda de tensão na rede, fator de potência das cargas, dimensionamento inadequado do sistema, presença de harmônicos, queda de tensão no ramal do consumidor, carga desequilibrada, influência dos equipamentos do consumidor, mau contato na rede ou tensão baixa na rede primária. (LUCHINI, 2011, p.26).
2.1.2.2 Fator de Potência
O fator de potência pode ser classificado como indutivo ou capacitivo, quando a instalação está consumindo energia reativa, o fator de potência é indutivo, e quando a instalação está fornecendo energia reativa para a rede elétrica o fator de potência é capacitivo. Esse fornecimento de Energia Reativa (capacitiva), normalmente, é originado em capacitores que são utilizados para corrigir o Fator de Potência dos equipamentos que consomem Energia Reativa (indutiva) e não são desligados quando os equipamentos/cargas (indutivas) são desligadas. (LIGHT, 2012).
A qualidade da energia entregue, também está relacionada com fator de potência, valores abaixo de 0,92 indica que há excesso de energia reativa, mostrando um uso inadequado da energia. O baixo fator de potência na rede de distribuição resulta no aumento da corrente que circula pela rede elétrica, causando problemas diversos, entre eles, sobreaquecimento dos cabos condutores e dos transformadores, aumentando as perdas e reduzindo a capacidade de operação e suas vidas úteis. Para os clientes, o baixo fator de potência gera uma variação de tensão, causando danos dos equipamentos eletroeletrônicos e aumento da conta de energia devido ao aumento das perdas externas. (LIGHT, 2012).
Considerando-se um circuito com impedância Z cujo ângulo de fase é ᶲ, como
mostra as figuras (3) e (4).
Figura 3: Circuito sem correção do fator de potência. Fonte: Tateoki – Correção do Fator de Potência.
Figura 4: Diagrama fasorial sem correção do fator de potência. Fonte: Tateoki - Correção do Fator de Potência.
O objetivo é diminuir esse ângulo para ᶲ 2.
A colocação do capacitor em paralelo com a carga diminui o ângulo de fase ᶲ 1
para ᶲ2, o que significa um aumento no FP do circuito, como mostra as figuras
(5) e (6).
