CONTROLE DE COMUTADOR AUTOMÁTICO DOS TAP´s E
TEMPERATURA DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA
Robson Lopes
Acadêmico do Curso de Engenharia Elétrica – UNIJUÍ
[email protected]
Rafael Knod
Acadêmico do Curso de Engenharia Elétrica – UNIJUÍ
[email protected]
Mauro F. Rodrigues
Professor do curso de Engenharia Elétrica – UNIJUÍ
[email protected]
Resumo. Atualmente a regulação de tensão
em linhas de transmissão é realizada em
grande
parte
manualmente,
onde
controladores existentes de mercado não
são utilizados pelo alto número de
comutações de TAPs que os mesmos
realizam. Assim realizar as comutações de
forma confiável e automática, além de
monitorar remotamente os dados de
transformadores de distribuição, torna o
sistema mais estável, já que os desgastes dos
comutadores serão reduzidos, além dos
transitórios de comutações evitados.
Palavras-chave: Comutação. Subestação.
Transformadores de distribuição.
1.
INTRODUÇÃO
Atualmente, as linhas de transmissão
brasileiras tem um desperdício energético de
aproximadamente 20%, segundo a edição do
relatório “O setor Elétrico Brasileiro e a
Sustentabilidade
no
Século
21
–
Oportunidades e Desafios”[5]. Essas perdas
são devidas, basicamente, ao efeito Joule
nos condutores, quando os mesmos estão
conduzindo altas correntes. Quando o
transformador encontra-se com pouca carga,
ocorre o efeito capacitivo das linhas e a
diminuição da queda de tensão na linha, o
que ocasiona elevações na tensão no destino
final da transmissão.
O controle de comutação dos TAPs
do transformador de potência deve ser feito
com certa cautela, já que as comutações
além de gerar desgastes no mecanismo de
comutação geram transitórios na rede
elétrica, mesmo muitos dos mesmos sendo
absorvidos pelos transformadores, alguns
podem ser transmitidos para a carga dos
consumidores, ocasionando um stress nos
componentes dos consumidores pelo motivo
das bruscas variações de tensão.
Além do controlador de comutação
de TAP(Transformer Adjust Position),
existem monitores de temperatura bastante
empregados nos transformadores de
potência, onde os mesmos são muito
importantes para garantir maior vida útil ao
transformador, o qual ajuda a mantê-lo em
faixas recomendáveis de operação.
Sua função é monitorar e alertar a
temperatura
de
operação
dos
transformadores, porém, estes monitores são
comercializados de forma independente,
portanto além de demandar de um espaço
físico maior para implementar ambas
automações, os custos de implementação são
separados, tornando o valor final mais
XXVI CONGRESSO REGIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
EM ENGENHARIA – CRICTE 2014
8 a 10 de outubro de 2014 – Alegrete – RS – Brasil
elevado ao comparar-se com a instalação de
apenas um controle.
2.
PROBLEMA
A proposta deste artigo é apresentar
um controle para comutador de TAP e
monitor de temperatura de um transformador
de distribuição, conhecendo que algumas
concessionárias de distribuição de energia
utiliza-se de tabelas e de comutação manual,
efetuado o controle manualmente através da
potência consumida.
Mesmo existindo controladores no
mercado específico para esta aplicação, os
mesmos são pouco usados pelo alto número
de comutações realizadas e baixa
confiabilidade.
A Fig. 1 mostra alguns
controladores existentes no mercado:
muitas vezes o fornecimento de energia
elétrica precisa ser interrompido, causando
multas às concessionárias, as quais são
estabelecidas no módulo 8 do PRODIST (
Procedimentos de Distribuição de Energia
Elétrica no Sistema Elétrico Nacional)[6] da
ANEEL (Agência Nacional de Energia
Elétrica).
Também
é
importante
o
monitoramento da temperatura de operação,
uma vez que esta pode altera as
características dos materiais isolantes do
transformador[3][4]. Nestes casos, pode-se
ocorrer um arco elétrico, e nos piores casos,
um incêndio do equipamento. Na Fig. 2 são
apresentados
alguns
monitores
de
temperatura de mercado.
Figura 2 – Monitores de temperatura
existentes no mercado.
Figura 1 – Controladores de TAP existentes
no mercado.
Em casos de falhas, perturbações,
entre outros problemas ocorridos na linha de
transmissão, os controles que realizam a
leitura apenas da tensão vão identificar
alguma irregularidade, assim em alguns
casos, comutando sem a real necessidade.
Devido ao grande desgaste dos
contatos do comutador de TAPs, o
transformador tende a passar por
manutenções mais frequentes. Nestes casos,
Ambos controles são encontrados de
forma independente, onde para utilizar-se
das proteções o custo torna-se elevado, já
que existem dois hardwares para realizar
estes controles e monitoramentos.
3.
CONTROLE PROPOSTO
O controle proposto tem por objetivo
comutar os TAP automaticamente de acordo
com a potência instantânea consumida,
reduzindo o número de comutações dentro
de um intervalo de tempo, o que torna o
XXVI CONGRESSO REGIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
EM ENGENHARIA – CRICTE 2014
8 a 10 de outubro de 2014 – Alegrete – RS – Brasil
sistema estável já que comutações ocorrerão
somente quando necessárias.
Quando se fornece uma grande
potência, ocorre uma grande perda de
energia pelo efeito Joule nos condutores, o
que ocasiona uma queda de tensão ao longo
da linha, assim deve-se aumentar a tensão a
fim de compensar tal fenômeno. Se a
potência fornecida é baixa, a impedância
capacitiva [2] da linha torna-se mais
relevante perante a carga, além da menor
queda de tensão na linha, ocasionando um
aumento de tensão, assim deve-se diminuir a
tensão.
Ao integrar o monitoramento de
temperatura no mesmo hardware, torna-o
uma central de controle para o
transformador,
assim
facilita-se
a
implementação de acesso remoto. Uma vez
que poderá existir uma central de controle
interligada em uma rede, onde através de
protocolos de comunicação industrial, com o
auxilio de um software supervisório, obtémse uma central de monitoramento regional.
Na Fig. 3, observa-se o diagrama proposto
para a rede de comunicação até uma central.
Figura 3 – Diagrama de blocos da rede
proposta para a comunicação com a central.
Central
Subestação 1
IP 1
Subestação 2
IP 2
Subestação 3
IP 3
Trafo1
Trafo 1
Trafo 1
Trafo 247
Trafo 247
Trafo 247
O controlador é dividido em 3 etapas,
sendo elas: a medição das grandezas[1], o
processamento dos sinais e a atuação quando
necessária[3]. Para garantir que o sistema
opere de maneira adequada, é realizado um
conjunto de medidas, garantindo que
anormalidades não foi um caso esporádico.
Figura 4 – Diagrama de blocos do
controlador proposto.
Para calcular qual o TAP ideal,
divide-se a diferença entre a potência
nominal e a potência média com o número
de TAPs acima. Assim tem-se que cada TAP
corresponde a uma faixa de potência. O
mesmo é realizado considerando a razão
entre a potência média e o número de TAPs
abaixo. Na Fig. 4, observa-se o diagrama
simplificado do controlador.
O algoritmo é implementado em um
microcontrolador PIC16F877, onde é
realizado um conjunto de N medições, caso
o valor de tensão esteja em desacordo com
os valores estabelecidos para a potencia
instantânea fornecida, é habilitada a
XXVI CONGRESSO REGIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
EM ENGENHARIA – CRICTE 2014
8 a 10 de outubro de 2014 – Alegrete – RS – Brasil
comutação de TAP, ou seja, o fato deve ser
detectado N vezes pelo controlador, isto
garante um tempo mínimo entre atuações,
onde a ação tomada permanecerá por certo
tempo.
Para tomar a decisão de comutar um
TAP, o microcontrolador calcula a potência
instantânea e compara com uma tabela, a
qual é inserida na memória do
microcontrolador, acessada apenas através
do sistema supervisório, onde a mesma deve
conter as seguintes informações: Número de
TAPs acima e abaixo do nominal, potência
média, tensão e correntes nominal do
transformador.
4.
REFERÊNCIAS
[1] BOYLESTAD, R.; NASHELSKY, L.
Dispositivos Electrónicos e Teoria de
Circuitos. Prentice Hall, 8ª. ed., 2004. 453 –
489p.
[2] KOSOV, I; Maquinas Elétricas e
Transformadores. São Paulo: Globo, 1995.
511-570p.
[3] Operador Nacional do Sistema Elétrico.
Manual de Procedimentos da Operação. Rio
de Janeiro, 2014. Módulo 10 – Submódulo
10.21.
[4] Trafo Equipamentos Elétricos S.A..
Treinamento Transformadores de Força.
Gravatai, 2007.
[5] Notícias OECO. Disponível em:
<http://www.oeco.org.br/noticias>. Acesso
em 22 jun. 2014
5.
CONDISERAÇÕES FINAIS
Conforme
o
projeto
proposto,
percebemos uma evolução na integralização
de dois controles, atualmente distintos no
mercado, bem como no aprimoramento de
soluções em termos de eficiência de
comandos, para a operação de comutadores
de TAP. A estabilidade do sistema é
garantida pelo alto número de repetitividade
dos fatos, o que proporciona maior
confiança nas atuações realizadas.
A implementação dos controles a um
hardware, pode reduzir os custos de
instalação, além de facilitar o trabalho. Desta
forma,
pode-se
facilitar
ainda
o
monitoramento remoto, uma vez que agora
se tem apenas um controlador para
monitorar
através
de
um
sistema
supervisório. A utilização de um protocolo
de comunicação industrial (Modbus)
possibilita flexibilidade no desenvolvimento
de uma central de controle, onde o mesmo é
aberto e de confiança em termos de perda de
pacotes.
Analisando-se um contexto geral, a
instalação de apenas um hardware com os
controles integrados, torna mais usual o
monitoramento
individual
dos
transformadores de distribuição, onde a
automação
de
processos
manuais,
empregado em grandes casos atualmente,
demanda menos plantonistas, sendo que
apenas um pode monitorar as anormalidades
regionais através de uma central.
Mesmo não implementado na pratica,
acreditamos que o projeto tenha viabilidade,
já que operações manuais são dependentes
de funcionários e vulneráveis a erros
humanos.
[6] PRODIST - Módulo 8. Disponível em:
<http://www.aneel.gov.br/visualizar_texto.cf
m?idtxt=1877>. Acesso em 22 jun. 2014
XXVI CONGRESSO REGIONAL DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA
EM ENGENHARIA – CRICTE 2014
8 a 10 de outubro de 2014 – Alegrete – RS – Brasil