1
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COM
SANEAMENTO AMBIENTAL
ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
GD – 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.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
COMO SE DÁ O PROCESSO?

Dejetos de animais geram biogás na ausência do ar;
• Biogás produzido move motor a combustão;
• Motor aciona um gerador;
• Gerador acoplado ao eixo do motor gera energia elétrica;
• Gerador opera em paralelo com a rede elétrica da concessionária;
• Energia elétrica é consumida localmente;
• Excedente de energia elétrica vendida à concessionária; e
• Biofertilizante é utilizado localmente na propriedade.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
MODOS DE OPERAÇÃO DO GERADOR
• Isolado do sistema da Copel para auto-suprimento da
energia: sem dificuldades, não há qualquer restrição.
Há inúmeras instalações operando desta forma no país.
• 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.
Este impedimento prático atual é que se pretende
eliminar dentro da legalidade, com sustentabilidade
financeira, sem subsídios e de forma definitiva.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
A REALIDADE BRASILEIRA:
• 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;
• 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;
• Este impedimento prático atual é que se começa a
eliminar dentro da legalidade, com sustentabilidade
financeira, sem subsídios e de forma definitiva.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
DESAFIOS:
• Permitir conectar os micro-geradores em qualquer ponto
da rede de distribuição sem provocar violação dos
requisitos de segurança da Copel;
• Eliminar riscos de
proprietários rurais;
avaria
dos
equipamentos
dos
• 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;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
DESAFIOS:
• Maior redução possível dos investimentos para permitir
viabilidade econômica e auto-sustentabilidade do
programa de geração distribuída;
• Simplificação dos requisitos de conexão desses microgeradores à rede; e
• Simplificação dos requisitos para comercialização da
energia excedente.
• Preço justo para compra da energia elétrica excedente.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
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
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
AQUI SERÃO ABORDADOS APENAS OS ASPECTOS
ELÉTRICOS
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
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;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 1: os sistemas elétricos e os microgeradores
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: definidos os requisitos elétricos,
especificações e requisitos de projetos;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 3: aquisição do sistema de comando,
proteção, supervisão, etc;
ETAPA 4: ensaios de laboratório do sistema
adquirido;
ETAPA 5: elaboração e aprovação do projeto;
ETAPA 5: instalação e comissionamento;
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ETAPA 6: ensaios de campo;
ETAPA 7: operação em caráter experimental; e
ETAPA 8: operação comercial.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
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;
Equiv.
SE Medianeira 34,5kV
Estação de Chaves Missal
Z1 = 0,0421 + j0,6075pu
Z1 = 0,4090 + j0,8537pu
Z0 = 0,0114 + j0,1416pu
Z0 = 0,7898 + j3,9516pu
Portão Ocoy
DIAGRAMA DA
REDE DE
SUPRIMENTO
À UPL E UIV
Esquina Gaúcha
V. Alegre
Z1 = 0,1541 + j0,1432pu
Z0 = 0,2036 + j0,5429pu
Z1 = 0,1401 + j0,1302pu
Z1 = 0,2335 + j0,2170pu
Z0 = 0,1851 + j0,4935pu
Z0 = 0,3085 + j0,8785pu
PI/Cerme
Z1 = 0,7243 + j0,6722pu
Z1 = 0,1681 + j0,1562pu
Z0 = 0,9557 + j2,5494pu
Z0 = 0,2221 + j0,5922pu
Cerme
Ramal B.Esperança
Z1 = 3,3550 + j1,1075pu
Z0 = 3,7275 + j4,1350pu
UNIDADE PRODUTORA DE LEITÕES
Y
4x100kVA
Itaipulândia/PI ITAIP
Y
j14,50pu
300kVA
Z1 = 0,0992 + j0,1328pu
Z1 = 0,4270 + j0,5714pu
Z0 = 0,1485 + j0,5324pu
Z0 = 0,6390 + j2,2910pu
34,5kV
UNIDADE INDUSTRIAL VEGETAIS
j9,72pu
1x50kVA
0,22kV
Y
Y
Y
Y
500kVA
j9,76pu
500kVA
0,38kV
STA Inês
Z1 = 0,0842 + j0,1127pu
Z0 = 0,1260 + j0,4518pu
34,5kV
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
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.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
Equiv.
SE Medianeira 34,5kV
Estação de Chaves Missal
Z1 = 0,0421 + j0,6075pu
Z1 = 0,4090 + j0,8537pu
Z0 = 0,0114 + j0,1416pu
Z0 = 0,7898 + j3,9516pu
Portão Ocoy
DIAGRAMA DA
REDE DE
SUPRIMENTO
À UPL E UIV
Esquina Gaúcha
V. Alegre
Z1 = 0,1541 + j0,1432pu
Z0 = 0,2036 + j0,5429pu
Z1 = 0,1401 + j0,1302pu
Z1 = 0,2335 + j0,2170pu
Z0 = 0,1851 + j0,4935pu
Z0 = 0,3085 + j0,8785pu
PI/Cerme
Z1 = 0,7243 + j0,6722pu
Z1 = 0,1681 + j0,1562pu
Z0 = 0,9557 + j2,5494pu
Z0 = 0,2221 + j0,5922pu
Cerme
Ramal B.Esperança
Z1 = 3,3550 + j1,1075pu
Z0 = 3,7275 + j4,1350pu
UNIDADE PRODUTORA DE LEITÕES
Y
4x100kVA
Itaipulândia/PI ITAIP
Y
j14,50pu
300kVA
Z1 = 0,0992 + j0,1328pu
Z1 = 0,4270 + j0,5714pu
Z0 = 0,1485 + j0,5324pu
Z0 = 0,6390 + j2,2910pu
34,5kV
UNIDADE INDUSTRIAL VEGETAIS
j9,72pu
1x50kVA
0,22kV
Y
Y
Y
Y
500kVA
j9,76pu
500kVA
0,38kV
STA Inês
Z1 = 0,0842 + j0,1127pu
Z0 = 0,1260 + j0,4518pu
34,5kV
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
ATUAÇÃO OU NÃO DAS PROTEÇÕES DO GERADOR PARA OS GERADORES DE 100kVA NA
SIMULAÇÃO
CASO
1-Falta fase-terra em
Medianeira
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
N
N
S
S
N
S
N
N
S
S
S
N
S
N
N
N
4
3
ATUAÇÃO OU NÃO DAS PROTEÇÕES DO GERADOR PARA OS GERADORES DE 100kVA NA SIMULAÇÃO
RESULTADOS
DE ESTUDOS
CASO
59
27
81
sobre
df/dt
81 sub
Ifase
(1)
78 s.v.
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
-
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
RESULTADOS DE ENSAIOS DE LABORATÓRIO
CASO
SIMULAÇÃO 1
(msegundos)
SIMULAÇÃO 2
(msegundos)
SIMULAÇÃO 3
(msegundos)
SIMULAÇÃO 4
(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
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
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
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
RECOMENDAÇÕES PRELIMINARES:

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
•
Instalar nos religadores esquema para evitar religamento
em condição de linha viva (NA CONDIÇÃO ANTERIOR);
•
Analisar outras formas alternativas de baixo custo para
envio de sinal via PLCC (power line carrier communication);
•
Pesquisar formas alternativas de baixo custo para
desligamento de contactores/disjuntores dos geradores
sempre que necessário;
•
Revisar dos procedimentos de intervenção do pessoal da
Copel e de terceiros na rede de distribuição.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
SITUAÇÃO PRESENTE:
• Uma instalação em operação comercial;
• Três instalações em operação experimental;
• Uma instalação em construção; e
• Uma instalação em projeto.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
PRÓXIMAS ETAPAS:
• 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;
• Definição de requisitos para certificação de agentes prestadores do
serviço de habilitação de geradores para conexão ao sistema da
Copel;
• Relatório de “fechamento” do Programa Piloto.
GD – ESTUDOS E REQUISITOS ELÉTRICOS
INFORMAÇÕES ADICIONAIS:
Francisco J. A. de Oliveira – COPEL – [email protected]
Leo Mikami – ITAI / POWER SOLUTION – [email protected]
OBRIGADO
32