Geração eólica curto circuito em aerogeradores

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