geraÇÃo distribuÍda com saneamento ambiental estudos e requisitos elÉtricos

GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COM SANEAMENTO GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COM SANEAMENTO

AMBIENTALAMBIENTAL

ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOSESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS

GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOSGD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS

Alternativa: 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.


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 num 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;

• Este impedimento prático atual é que se começa a eliminar dentro da legalidade, com sustentabilidade financeira, sem subsídios e de forma definitiva.


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;


O PROJETO PILOTO:O PROJETO PILOTO: 6 instalações na região Oeste do Estado do Paraná

Granja Colombari

Star Milk

Sanepar

Cooperativa Lar Aves

Cooperativa Lar Leitões

Cooperativa Lar Vegetais


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;

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;

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

ETAPA 5:ETAPA 5: instalação e comissionamento;instalação e comissionamento;


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

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;


SE Medianeira 34,5kV Estação de Chaves Missal

Z1 = 0,4090 + j0,8537pu

Z0 = 0,7898 + j3,9516pu

UNIDADE PRODUTORA DE LEITÕES

Z1 = 0,2335 + j0,2170pu

Z0 = 0,3085 + j0,8785pu

Z1 = 0,1401 + j0,1302pu

Z0 = 0,1851 + j0,4935pu

Z1 = 0,1541 + j0,1432pu

Z0 = 0,2036 + j0,5429pu

Z1 = 0,1681 + j0,1562pu

Z0 = 0,2221 + j0,5922pu

Z1 = 0,7243 + j0,6722pu

Z0 = 0,9557 + j2,5494pu

Portão Ocoy V. Alegre Esquina Gaúcha

PI/Cerme

CermeRamal B.Esperança

Z1 = 3,3550 + j1,1075pu

Z0 = 3,7275 + j4,1350pu

UNIDADE INDUSTRIAL VEGETAIS

0,38kV

0,22kV

34,5kV

34,5kV

STA Inês

j9,72pu

Z0 = 0,1260 + j0,4518pu

Z1 = 0,0992 + j0,1328pu

Z0 = 0,1485 + j0,5324pu

Z1 = 0,4270 + j0,5714pu

Z0 = 0,6390 + j2,2910pu

j9,76pu

500kVA

500kVA

Z1 = 0,0842 + j0,1127pu

Z1 = 0,0421 + j0,6075pu

Z0 = 0,0114 + j0,1416pu

Equiv.

4x100kVA

1x50kVA

Itaipulândia/PI ITAIP

300kVA

j14,50pu

Y YYY YY

Y YYY YY

Y YYY YY

DIAGRAMA DA REDE DE SUPRIMENTO À UPL E UIV

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.


SE Medianeira 34,5kV Estação de Chaves Missal

Z1 = 0,4090 + j0,8537pu

Z0 = 0,7898 + j3,9516pu

UNIDADE PRODUTORA DE LEITÕES

Z1 = 0,2335 + j0,2170pu

Z0 = 0,3085 + j0,8785pu

Z1 = 0,1401 + j0,1302pu

Z0 = 0,1851 + j0,4935pu

Z1 = 0,1541 + j0,1432pu

Z0 = 0,2036 + j0,5429pu

Z1 = 0,1681 + j0,1562pu

Z0 = 0,2221 + j0,5922pu

Z1 = 0,7243 + j0,6722pu

Z0 = 0,9557 + j2,5494pu

Portão Ocoy V. Alegre Esquina Gaúcha

PI/Cerme

CermeRamal B.Esperança

Z1 = 3,3550 + j1,1075pu

Z0 = 3,7275 + j4,1350pu

UNIDADE INDUSTRIAL VEGETAIS

0,38kV

0,22kV

34,5kV

34,5kV

STA Inês

j9,72pu

Z0 = 0,1260 + j0,4518pu

Z1 = 0,0992 + j0,1328pu

Z0 = 0,1485 + j0,5324pu

Z1 = 0,4270 + j0,5714pu

Z0 = 0,6390 + j2,2910pu

j9,76pu

500kVA

500kVA

Z1 = 0,0842 + j0,1127pu

Z1 = 0,0421 + j0,6075pu

Z0 = 0,0114 + j0,1416pu

Equiv.

4x100kVA

1x50kVA

Itaipulândia/PI ITAIP

300kVA

j14,50pu

Y YYY YY

Y YYY YY

Y YYY YY

DIAGRAMA DA REDE DE SUPRIMENTO À UPL E UIV

CASO

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

59 27 df/dt 81 sobre 81 sub 78 s.v.

Ifase(1)

Ides/I2(2)

Total de atuações

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


CASO

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

59 27 df/dt 81 sobre 81 sub 78 s.v.

Ifase(1)

Ides/I2(2)

Total de atuações

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

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

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

CONCLUSÃO:

Fica 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:

• Instalar nos religadores esquema para evitar religamento em condição de linha viva (NA CONDIÇÃO ANTERIOR);

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

Bloquear o religamento automático para o caso de linha viva sempre que a jusante de qualquer religador o total de GD for superior a 50% da correspondente carga; ou

• 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 PLCC (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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INFORMAÇÕES ADICIONAIS:

Francisco J. A. de Oliveira – COPEL – [email protected]

Leo Mikami – ITAI / POWER SOLUTION – [email protected]

OBRIGADO


geraÇÃo distribuÍda com saneamento ambiental estudos e requisitos elÉtricos

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