1. ASPECTOS ELÉTRICOS DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA Objetivo geral: criar mecanismo que motive os proprietários das fontes poluidoras (em propriedades rurais,

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ASPECTOS ELÉTRICOS DA ASPECTOS ELÉTRICOS DA

GERAÇÃO DISTRIBUÍDAGERAÇÃO DISTRIBUÍDA

Objetivo geral: criar mecanismo que motive os proprietários das fontes poluidoras (em propriedades rurais, agroindústria e esgotos domésticos) a gerar energia elétrica aproveitando o potencial energético contido nos dejetos que está sendo desperdiçado – Geração Distribuída.

GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOSGD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS

Objetivo específico: eliminar as barreiras de natureza elétrica que existem e impedem que este objetivo geral seja atingido

COMO SE DÁ O PROCESSO?COMO SE DÁ O PROCESSO?

• Biogás produzido move motor a combustão;

• Motor aciona um gerador;

• Gerador acoplado ao eixo do motor gera energia elétrica;

• Energia elétrica é consumida localmente;

• Excedente de energia elétrica vendida à concessionária; e

Dejetos de animais geram biogás na ausência do ar;

• Biofertilizante é utilizado localmente na propriedade.

• Gerador opera em paralelo com a rede elétrica da concessionária;


MODOS DE OPERAÇÃO DO GERADORMODOS DE OPERAÇÃO DO GERADOR

• Em paralelo com o sistema da Copel, para venda dos excedentes: há restrições de toda natureza, a começar pela segurança que resultam em impedimento real.

• Isolado do sistema da Copel para auto-suprimento da energia: sem dificuldades, não há qualquer restrição. Há inúmeras instalações operando desta forma no país.


Este impedimento prático atual é que se pretende eliminar:

• Dentro da legalidade;

• Com sustentabilidade financeira;

• Sem subsídios; e

• De forma definitiva.


A REALIDADE BRASILEIRA:A REALIDADE BRASILEIRA:

• Para estes micro-geradores a biogás (25 a 100 kVA) os requisitos legalmente exigidos (iguais para todos) na prática inviabilizam tal operação em paralelo;

• Se hoje existe no Brasil algum gerador deste porte operando em paralelo com a rede elétrica ele o faz ou com prejuízo financeiro ou de forma irregular;

• A complexidade do setor elétrico brasileiro é grande: torna-se complicado e caro para que um gerador possa operar em paralelo com a rede elétrica;


DESAFIOS:DESAFIOS:

• Eliminar riscos de avaria dos equipamentos dos proprietários rurais;

• Não alteração das características e ajustes do sistema de distribuição da Copel;

• Sistema de proteção do gerador adequado para “enxergar” também condições anormais (faltas) de operação da rede de distribuição;

• Permitir conectar os micro-geradores em qualquer ponto da rede de distribuição sem provocar violação dos requisitos de segurança da Copel;


DESAFIOS:DESAFIOS:

• Simplificação dos requisitos de conexão desses micro-geradores à rede; e

• Preço justo para compra da energia elétrica excedente.

• Simplificação dos requisitos para comercialização da energia excedente.

• Maior redução possível dos investimentos para permitir viabilidade econômica e auto-sustentabilidade do programa de geração distribuída;


AQUI SERÃO ABORDADOS APENAS OS ASPECTOS AQUI SERÃO ABORDADOS APENAS OS ASPECTOS ELÉTRICOSELÉTRICOS


PREMISSAS BÁSICAS:PREMISSAS BÁSICAS:

• Geradores não podem, NUNCA, injetar tensão em rede de distribuição da Copel que esteja desligada;

• Se uma rede de distribuição é automaticamente desligada o GD a ela conectado tem que ser desconectado ANTES que tal rede seja religada;


ETAPA 1:ETAPA 1: oos sistemas elétricos e os micro-geradores são estudados com grande detalhamento e sofisticação técnica para avaliação completa do desempenho frente às mais diversas condições de operação da rede. Sistemas de proteção são também modelados;


(f ile Uiv PL-7.pl4; x-v ar t) factors:offsets:

10,00E+00

v :VT1A 10,00E+00

v :VT1B 10,00E+00

v :VT1C 10,00E+00

m:SUBTA1 1000,00E+00

m:SUBTB1 1200,00E+00

m:SUBTC1 1400,00E+00

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30[s]-250,0

-187,5

-125,0

-62,5

0,0

62,5

125,0

187,5

250,0Caso 7: Tensão nos geradores de 100kVA

(f ile Uiv PL-7.pl4; x-v ar t) factors:offsets:

10,00E+00

c:VT1A -GE1A 10,00E+00

c:VT1B -GE1B 10,00E+00

c:VT1C -GE1C 10,00E+00

m:SOC1A 20000,00E+00

m:SOC1B 21000,00E+00

m:SOC1C 22000,00E+00

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30[s]-2000

-1100

-200

700

1600

2500Caso 7: Corrente nos geradores de 100kVA


46 32

27 59

25 51

81o 81u

kW

Y

YRede Copel

Consumidor

Cargas

Transf. Copel 34,5/0,22kV

KG

KC

78TX 78

Disj. Termomagnético

Contactor c/bob. comandoe contatos de status

0,22kV

Abertura e fechamento


Status contactor

Status contactor

relés externos

Relés do gerador

27 59 78 81o 81u

Relés da rede

CONTROLADOR DIGITAL

ESQUEMA DE PROTEÇÃO

Y

CASO

ATUAÇÃO OU NÃO DAS PROTEÇÕES DO GERADOR PARA OS GERADORES DE 100kVA NA SIMULAÇÃO

59 27 df/dt81

sobre81 sub 78 s.v.

Ifase(1)

Ides/I2(2)

Total de atuaçõe

s

D A D A D A D A D A D A D A D A D A

1-Falta fase-terra em Medianeira

N N S S N S N N S S S N S N N N 4 3

2-Falta fase-fase-terra em Medianeira

N N S S S S N N S S S N S N N N 5 3

3-Falta trifásica-terra em Medianeira

N N S S S S N N S S N N N N N N 3 3

4-Abertura de duas fases em Medianeira

- N - S - S - N - S - S - S - N - 5

5-Abertura de uma fase em Medianeira

- N - S - S - N - N - N - N - N - 2

6-Falta fase-terra em Itaipulândia

S N S S N S N N N S S N S N N N 4 3

7-Falta fase-fase-terra em Itaipulândia

S N S S S S N N S S N N S N N N 5 3

8-Falta trifásica-terra em Itaipulândia


9-Abertura de uma fase em Itaipulândia

- N - S - N - N - N - N - N - N - 1

10-Abertura de duas fases em Itaipuândia

- N - S - S - N - S - S - S - N - 5

11-Falta fase-terra em al. Adjacente

N - S - S - S - S - S - S - N - 6 -

12-Falta fase-fase-terra em al. adjac.

N - S - S - N - S - S - S - N - 5 -

13-Falta trif-terra em al. Adjacente

N - S - S - N - S - N - N - N - 3 -

14- Ab religador, sem falta, em Missal

- N - S - S - N - S - S - N N - 4 -

15- Falta Fase-Terra Med, Rf=100ohms

N N N S N S N N N S N S N N N N 0 4

16-Carga 942 kVA, ab do rel Med

- N - S - S - N - S - S - N - N - 4

16a- Ger 50% da carga ab Med

- N - S - S - N - S - S - N - N - 4

RESULTADOS DE ESTUDOS

ETAPA 2:ETAPA 2: definidos os requisitos elétricos, definidos os requisitos elétricos,

especificações e requisitos de projetoespecificações e requisitos de projetos;


ETAPA 3:ETAPA 3: aquisição do sistema de comando, aquisição do sistema de comando,

proteção, supervisão, etc;proteção, supervisão, etc;

ETAPA 4:ETAPA 4: ensaios de laboratório do sistema ensaios de laboratório do sistema

adquirido;adquirido;


RESULTADOS DE ENSAIOS DE LABORATÓRIO

CASO SIMULAÇÃO 1 (msegundos)

SIMULAÇÃO 2 (msegundos)



Caso 1 87 103 92 65

Caso 2 91 94 84 89

Caso 3 88 94 85 94

Caso 4 82 87 85 90

Caso 5 90 90 96 96

Caso 6 93 80 91 112

Caso 7 87 87 88 75

Caso 7A 85 85 88 64

Caso 8 89 89 85 81

Caso 8A 102 82 84 69

Caso 9 106 106 89 100

Caso 10 107 81 94 75

Caso 11 100 81 87 98

Caso 12 95 76 96 84

Caso 13 88 96 94 73

Caso 14 102 100 95 73

Caso 15 144 107 113 54

Caso 16 185 175 66 76

ETAPA 5:ETAPA 5: elaboração e aprovação do projeto;elaboração e aprovação do projeto;

ETAPA 6:ETAPA 6: instalação e comissionamento;instalação e comissionamento;


ETAPA 6:ETAPA 6: ensaios de campo; ensaios de campo;


3.1 RESULTADO DO ENSAIO 1 1- SISTEMA: Colocar o grupo gerador em paralelo com a rede de distribuição da COPEL.

1.1 AÇÃO: Desligar a rede. Através da abertura manual do religador de trecho RA São Vicente, deve ser realizada uma abertura trifásica, o religador deverá estar com o religamento bloqueado.1.2 Resultado esperado: Deve ocorrer a atuação das proteções no disjuntor do gerador, provocando sua saída de operação.

Ocorreu a abertura do contactor KG_52a por atuação do rele salto de vetor, com tempo de atuação de 76 mseg.Para melhor visualização foi dado um zoom no oscilograma acima. Veja a figura abaixo.

ETAPA 7:ETAPA 7: operação em caráter experimental; e operação em caráter experimental; e


ETAPA 8:ETAPA 8: operação comercial. operação comercial.


O SISTEMA DE PROTEÇÃO:O SISTEMA DE PROTEÇÃO:

• Não existe uma única solução, há várias soluções possíveis. A alternativa adotada é a mais econômica que atende todos os requisitos e premissas estabelecidos;

• O requisito de detectar condições de defeito na rede externa à instalação do cliente é muito severa e, portanto, NÃO SE CONSEGUE SELETIVIDADE DE ATUAÇÃO DA PROTEÇÃO;



46 32

27 59

25 51

81o 81u

kW

Y

YRede Copel

Consumidor

Cargas

Transf. Copel 34,5/0,22kV

KG

KC

78TX 78

Disj. Termomagnético

Contactor c/bob. comandoe contatos de status

0,22kV



Status contactor

Status contactor

relés externos

Relés do gerador

27 59 78 81o 81u

Relés da rede

CONTROLADOR DIGITAL

ESQUEMA DE PROTEÇÃO

Y

O SISTEMA DE PROTEÇÃO (cont.):O SISTEMA DE PROTEÇÃO (cont.):

• Admitiu-se que há coordenação deste sistema quando os resultados das simulações e dos ensaios de laboratorio mostrarem que o gerador é desligado pelo menos 0,3s antes de haver religamento do circuito desligado;

• A redundância de atuação da proteção é necessária: admitiu-se que há necessidade de redundância de atuação de pelo menos 3 proteções para cada evento nos estudos e nos ensaios de laboratório.


CASO

ATUAÇÃO OU NÃO DAS PROTEÇÕES DO GERADOR PARA OS GERADORES DE 100kVA NA SIMULAÇÃO

59 27 df/dt81

sobre81 sub 78 s.v.

Ifase(1)

Ides/I2(2)

Total de atuaçõe

s

D A D A D A D A D A D A D A D A D A

1-Falta fase-terra em Medianeira

N N S S N S N N S S S N S N N N 4 3

2-Falta fase-fase-terra em Medianeira

N N S S S S N N S S S N S N N N 5 3

3-Falta trifásica-terra em Medianeira


4-Abertura de duas fases em Medianeira

- N - S - S - N - S - S - S - N - 5

5-Abertura de uma fase em Medianeira

- N - S - S - N - N - N - N - N - 2

6-Falta fase-terra em Itaipulândia

S N S S N S N N N S S N S N N N 4 3

7-Falta fase-fase-terra em Itaipulândia

S N S S S S N N S S N N S N N N 5 3

8-Falta trifásica-terra em Itaipulândia


9-Abertura de uma fase em Itaipulândia

- N - S - N - N - N - N - N - N - 1

10-Abertura de duas fases em Itaipuândia

- N - S - S - N - S - S - S - N - 5

11-Falta fase-terra em al. Adjacente

N - S - S - S - S - S - S - N - 6 -

12-Falta fase-fase-terra em al. adjac.

N - S - S - N - S - S - S - N - 5 -

13-Falta trif-terra em al. Adjacente

N - S - S - N - S - N - N - N - 3 -

14- Ab religador, sem falta, em Missal

- N - S - S - N - S - S - N N - 4 -

15- Falta Fase-Terra Med, Rf=100ohms

N N N S N S N N N S N S N N N N 0 4

16-Carga 942 kVA, ab do rel Med

- N - S - S - N - S - S - N - N - 4

16a- Ger 50% da carga ab Med

- N - S - S - N - S - S - N - N - 4

RESULTADOS DE ESTUDOS

CONCLUSÃO:

Confirmada a necessidade das seguintes proteções:

•Sobrecorrente;

•Subtensão;

•Sobretensão;

•Subfreqüência;

•Sobrefreqüência;

•Desbalanço de corrente;

•Salto de vetor;

•Taxa de variação de freqüência; e

•Reversão de potência ativa


RECOMENDAÇÕES PRELIMINARES:RECOMENDAÇÕES PRELIMINARES:

• Caso a condição anterior seja superada, instalar nos religadores esquema para evitar religamento em condição de linha viva;

• Pesquisar formas alternativas de baixo custo para forçar o desligamento de contactores/disjuntores dos geradores sempre que se mostrar necessário;

Em princípio, não permitir que a GD seja superior a 50% da carga mínima a jusante do respectivo religador;

• Revisar dos procedimentos de intervenção do pessoal da Copel e de terceiros na rede de distribuição.

• Analisar outras formas alternativas de baixo custo para envio de sinal via PLC (power line carrier communication);


SITUAÇÃO PRESENTE:SITUAÇÃO PRESENTE:

• Uma instalação em operação comercial;Uma instalação em operação comercial;

• Três instalações em operação experimental; Três instalações em operação experimental;

• Uma instalação em construção; eUma instalação em construção; e

• Uma instalação em projeto.Uma instalação em projeto.


PRÓXIMAS ETAPAS:

• Definição de requisitos para certificação de agentes prestadores do serviço de habilitação de geradores para conexão ao sistema da Copel;

• Elaboração de um “Guia de Conexão de Geradores Distribuídos ao Sistema da Copel”;

• Elaboração de normas internas à Copel para acomodação de um futuro Programa de GD permenente;

• Relatório de “fechamento” do Programa Piloto.


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OBRIGADO


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