Qualidade da Energia Eléctrica Experiência EDP como operador da rede distribuição

1. Qualidade da Energia Eléctrica Experiência EDP como operador da rede distribuição Seminário – Qualidade da Energia Eléctrica Coimbra – Lisboa – Porto, Maio 2007

2. Manual da Qualidade da Energia Eléctrica • Motivar o reforço dos conhecimentos na área da Qualidade da Energia Eléctrica (QEE) • Alertar os Clientes para a escolha das melhores práticas de projecto e para a definição de requisitos nos novos equipamentos • Envolver todos os “Stakeholders” na minimização/resolução das eventuais incompatibilidades entre as características das redes eléctricas e as exigências de alguns equipamentos • Cooperar com os Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamentos na implementação de eventuais soluções (tecnologias reparadoras)

3. Manual da Qualidade da Energia Eléctrica Fabricante Equipamentos Equipamentos compatíveis Normas e regulamentos Qualidade de Energia Especificações Operador Rede Cliente Comunicação de necessidades Energia eléctrica de acordo com o RQS

4. Manual da Qualidade da Energia Eléctrica • Custo das soluções de QEE em função do ponto de intervenção • 1 – Equipamento crítico • 2 – Processo • 3 – Instalação • 4 – Rede de distribuição

5. Introdução

6. Introdução • A QEE apresenta-se como factor de competitividade para a generalidade das actividades económicas • Constante renovação tecnológica  Aumento do n.º Clientes com necessidades acrescidas de QEE • As redes de Transporte e Distribuição (T&D) podem apresentar índices de fiabilidade bastante elevados – Ordem dos 4 nove (99.99% --52.5min/ano de indisponibilidade) • Muitas aplicações tecnológicas exigem níveis de fiabilidade superiores a 6 noves (99.9999% -- 31.5s/ano de indisponibilidade)  Impossível de atingir com os sistemas de T&D convencionais • Compromisso QEE/imunidade do equipamento  Cooperação entre operadores das redes de T&D, Clientes e fabricantes/fornecedores de equipamento

7. Introdução Cliente Elevada dependência tecnológica Investimento em soluções de imunização Susceptibilidade a Perturbações de QEE Susceptibilidade a Interrupções Breves (“micro-cortes”) Susceptibilidade a Interrupções Longas Operadores das redes de T&D

8. Tensão Transitórios Sobretensões 110 % Flutuações de tensão 100 % Flutuações de tensão 90 % Cavas de tensão Abaixamentos de tensão 1 % Interrupções breves Interrupções longas 10 ms 1 min 3 min Duração Introdução • Principais perturbações de QEE • Variações temporárias de tensão • Sobretensões • Abaixamentos de tensão • Cavas de tensão • Flutuações tensão  Flicker • Distorção harmónica • Sobretensões transitórias • Desequilíbrio de tensões • Variações de frequência • Interrupções breves ( 3min) • Interrupções longas (>3min)

9. Continuidade de tensão

10. Continuidade de tensão • Infra-estruturas da EDP Distribuição em final de 2006

11. Continuidade de tensão • Classificação das interrupções de alimentação • Interrupções previstas – Execução de trabalhos programados, no âmbito de acções de manutenção, com aviso prévio dos Clientes • Interrupções acidentais – Consequência de defeitos transitórios ou permanentes: breves (3min); longas (>3min) • Evolução do indicador TIEPI MT • Tempo de Interrupção Equivalente da Potência Instalada em MT

12. Continuidade de tensão • Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Optimização das topologias de exploração da rede • Implementação de circuitos redundantes e exploração em malha fechada • Expansão das redes AT e MT e aumento da potência instalada • Automatização e telecomando da rede MT • Reforço das estratégias de manutenção preventiva e preditiva • Implementação de sistemas de informação técnica e de monitorização QEE • Aposta em novos materiais e tecnologias de rede (Ex. condutores cobertos em linhas aéreas MT, reguladores automáticos BT, etc.)

13. Continuidade de tensão • Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Entrada em exploração de novas subestações • Telecomando da rede MT SE Orgens SE Cheganças Telecomando Rede MT – Região Norte

14. Continuidade de tensão • Melhoria dos indicadores de continuidade de tensão • Cobertura de pontos críticos – Minimização da acção das cegonhas

15. Cavas de tensão

16. Cavas de tensão • Definição baseada na norma NP EN 50160 • “Diminuição brusca da tensão de alimentação para um valor situado entre 90% e 1% da tensão declarada UC, seguida do restabelecimento da tensão depois de um curto lapso de tempo” • Valores indicativos • N.º cavas de tensão pode variar das dezenas a um milhar por ano • Normalmente: Duração < 1 segundo; Amplitude < 60%

17. Cavas de tensão • Origem das cavas de tensão em redes de T&D U1 Un t I1 AT In t U2 Un Cliente alimentado pela saída N MT t0 t1 t Caso de um defeito transitório U1 Un Saída N t I1 In Saída 1 t U2 Un Cliente alimentado pelasaída N t0 t1 t Caso de um defeito permanente

18. Cavas de tensão • Origem das cavas de tensão em redes de T&D U1 Un t I1 AT In t U2 Un Cliente alimentado pela saída N MT t0 t1 t2 t Caso de um defeito transitório U1 Un Saída N t I1 In Saída 1 t U2 Un Cliente alimentado pelasaída N t0 t1 t2 t Caso de um defeito permanente

19. AT U1 Un t I1 MT In t U2 Un Cliente alimentado pela saída N Saída 1 Saída N t0 t1 t2 t Caso de um defeito transitório AT U1 Un t I1 In MT t U2 Un Cliente alimentado pelasaída N t0 t1 t2 t3 t4 t5 t Saída N Caso de um defeito permanente Saída 1 Cavas de tensão • Origem das cavas de tensão em redes de T&D

20. Cavas de tensão • A causa dos defeitos em sistemas de T&D é bastante diversificada

21. Fonte: Copper Development Association Cavas de tensão • Propagação de cavas de tensão nos sistemas de T&D • Defeito emF1– é expectável • Carga 1 – Interrupção de tensão • Carga 2 e 3 – Cavas de tensão até 50% • Defeito emF3– é expectável • Carga 3 – Interrupção de tensão • Carga 2 – Cavas de tensão até 36% • Carga 1 – Cavas de tensão até 2%

22. Cavas de tensão

23. Amplitude: 14% Duração: 60ms Amplitude: 12% Duração: 42ms Amplitude: 32% Duração: 95ms Cavas de tensão

24. Gráfico da incidência de cavas de tensão por instalação/ano em função da amplitude e duração – Estudo efectuado pelo EPRI (Electric Power Research Institute) ao longo de 9 anos, tendo em consideração 480 locais nos EUA Cavas de tensão • Consequências das cavas de tensão • Cava de tensão de reduzida severidade (amplitude 14%; duração 60ms)  Perturbação de funcionamento de 2 Máq. Electroerosão CNC  Perdas significativas para o Cliente SÓ DEVIDO A CAVAS DE TENSÃO De acordo com este estudo é de esperar que estas máq. CNC sejam sujeitas entre 84 a 114 interrupções por ano

25. Cavas de tensão • Mitigação de cavas de tensão • Vários estudos têm demonstrado que a severidade das cavas de tensão, com origem em defeitos nos sistemas de T&D é superior à tolerância dos equipamentos indicada pelas curvas CBEMA ou ITIC • Seria desejável que os equipamentos electrónicos apresentassem níveis de imunidade superiores aos propostos por estas curvas DC – Curva característica das cavas de tensão com origem na rede distribuição ITIC – Curva ITIC RT – Imunidade exigida Fonte: Copper Development Association

26. Eventos no BUS AT (60kV) Eventos no BUS MT (15kV) Cavas de tensão • Mitigação de cavas de tensão • Enquadramento na curva ITIC das cavas de tensão registadas numa subestação da EDP durante o 1º Trim. 2007 (06Jan – 31Mar)

27. Sobretensões

28. Sobretensões • Classificação de sobretensões • Baixa frequência – Quando ocorrem à frequência do sistema (50Hz) • Alta frequência – Apresentam frequências muito superiores a 50Hz • Sobretensões transitórias • Variações extremamente rápidas da tensão, com durações tipicamente compreendidas entre os micro e os mili-segundos

29. Sobretensões • Origem das sobretensões • Descargas atmosféricas • A circulação através do solo da corrente de descarga pode provocar uma elevação do potencial de terra Sobretensão resultante da elevação do potencial de terra [Séraudie, 1999]

30. Oscilações de frequência

31. Oscilações de frequência • A estabilidade da frequência é garantida pelo equilíbrio entre a absorção e a geração de potência activa nos sistemas eléctricos • Em Portugal continental não são de esperar oscilações de frequência significativas dada a interligação das redes a nível Europeu • Raramente verificam-se defeitos nas redes de interligação Europeias – Oscilações de frequência que podem conduzir ao deslastre de várias subestações nos diferentes países, ou mesmo, levar ao colapso global do sistema eléctrico • Caso recente: Perturbação de 4Nov2006, pelas 21:10, causada pela desligação da linha dupla 380kV Conneforde-Diele, na Alemanha (rede de transporte da E.ON), para passagem de um navio no rio Ems para o Mar do Norte • Por dificuldade de controlo do fluxo de potência, verificou-se a divisão da rede Europeia em 3 ilhas, com consequências bastante significativas para todo o sistema eléctrico Europeu e para o Português em particular

32. Oscilações de frequência SE Touvedo SE Alto S. João SE Vila do Bispo

33. Desequilíbrio de tensões

34. Desequilíbrio de tensões • Sistema desequilibrado ou assimétrico – Situações cujas tensões apresentam amplitudes diferentes ou desfasamento assimétrico, diferente de 120º Sistema eléctrico equilibrado Sistema eléctrico desequilibrado

35. Desequilíbrio de tensões • Consequências dodesequilíbrio de tensões • Potência máxima desenvolvida por um motor de indução em função do desequilíbrio do sistema de tensões • Mitigação dodesequilíbrio de tensões • Redistribuição de cargas • Aumento da potência de curto-circuito • Utilização de transformadores com ligações especiais

36. Distorção harmónica

37. Distorção harmónica • Deformação das sinusoides da tensão ou da corrente • Desenvolvimento em séries de Fourier  Decomposição das formas de onda distorcidas num somatório de sinusoides com frequências múltiplas da componente fundamenta (50Hz) • Classificação das harmónicas quanto à ordem e sequência Fonte: PSL – Power Standards Lab

38. Distorção harmónica • Origem da distorção harmónica • Cargas não-lineares – Apresentam impedância variável em função da tensão de alimentação  A corrente absorvida não é proporcional à tensão, assumindo formas de onda não sinusoidais • Fontes de alimentação electrónicas • Lâmpadas de descarga • Transformadores em regime de saturação

39. Distorção harmónica • Origem da distorção harmónica • Rectificadores estáticos • Variadores electrónicos de velocidade

40. Distorção harmónica • Origem da distorção harmónica • Fontes de alimentação comutadas

41. Distorção harmónica • Consequências da distorção harmónica • Ressonância em baterias de condensadores THD BUS 15kV c/ BC ressonância THD BUS 15kV típico 5ª harmónica BUS 15kV típico 5ª harmónica BUS 15kV c/ BC ressonância

42. Experiência EDP

43. Experiência EDP • EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE • (Ex. Ano 2006 – Monitorizados em períodos trim.: 108 Bus MT + 124 Bus BT  Aprox. 500.000 horas monitorização) • Análise da QEE ao nível da rede de distribuição • Identificação precisa das causas das perturbações de tensão • Apoio à implementação de esquemas alternativos de exploração  Minimização da incidência/severidade de perturbações de tensão • Identificação de infra-estruturas críticas  Suporte a algumas acções de manutenção • Identificação de Cliente potencialmente “poluidores” • Suporte à pesquisa, desenvolvimento e implementação de soluções de QEE ao nível da rede de distribuição

44. Experiência EDP • EDP tem em curso um vasto programa de monitorização da QEE • Caracterização das necessidades de QEE dos Clientes • Apoio à identificação de sectores/equipamentos críticos nas instalações • Análise do comportamento desses equipamentos • Suporte à implementação de soluções para Clientes e PRE • Adopção de técnicas de imunização dos equipamentos críticos • Pesquisa de soluções caso-a-caso, quando necessário • Apoio na optimização da ligação de sistemas de geração à rede • Fornecimento de informação às entidades reguladoras

45. Experiência EDP • Metodologia de trabalho • 1ª Fase – Análise preliminar das instalações de Clientes ou PRE potencialmente sensíveis a perturbações de QEE • 2ª Fase – Monitorização da tensão ao nível de SE ou PTD de acordo com um plano previamente estabelecido • 3ª Fase – Análise causa/efeito – Registos de monitorização face às perturbações reportadas pelos Clientes ou PRE • 4ª Fase – Apresentação de conclusões e/ou recomendações • EDP  Exploração e manutenção da rede • Clientes  Equipamentos que sofreram perturbações

46. AT TP 1 TP 2 MT 1 MT 2 Defeito Experiência EDP – Melhoria de rede 1 Curto-circuito numa saída MT do Barramento II Barramento I Barramento II

47. Experiência EDP – Melhoria de rede 1 • Defeito numa linha MT do Barramento II • Curto-circuito num PS de Cliente  Disparo com religação do disjuntor da linha MT • PS com humidade elevada e ruído característico de contornamentos

48. AT TP 1 TP 2 MT 1 MT 2 Defeito Experiência EDP – Melhoria de rede 1 Curto-circuito numa saída MT do Barramento II Amplitude: 14% Amplitude: 51% Barramento I Barramento II

49. AT TP 1 TP 2 MT 1 MT 2 Defeito Experiência EDP – Melhoria de rede 1 • Clientes AT  Cavas de tensão, de origem MT, com amplitudes inferiores • Clientes alimentados pelo BUS MT, independente, não sujeito a defeito  Cavas de tensão com amplitudes muito inferiores

50. Cava de tensão Amplitude 53% / Duração 160ms (8 ciclos) Causou uma perturbação de produção Experiência EDP – Melhoria de rede 2 • QEE fornecida a uma indústria automóvel • Estudos internacionais têm mostrado que as grande unidades industriais são tipicamente sujeitas entre 8 a 24 eventos QEE  Interrupção de produção • Durante o ano 2005 – Este Cliente reportou 16 interrupções de produção com origem nas seguintes perturbações de QEE • 75% causadas por cavas de tensão • 19% causadas por interrupções breves