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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2006.tde-11122006-153103
Documento
Autor
Nome completo
Marcos Koehler
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2006
Orientador
Banca examinadora
Oliveira, Carlos César Barioni de (Presidente)
Robba, Ernesto Joao
Rocco, Alexandre
Título em português
Impactos no sistema de proteção da rede de distribuição com a ligação de pequenas centrais hidrelétricas.
Palavras-chave em português
Proteção de sistemas elétricos
Redes de distribuição de energia elétrica
Usinas hidrelétricas
Resumo em português
Geração Distribuída é uma expressão utilizada para designar a geração elétrica proveniente de locais próximos ou juntos de consumidores, não interferindo a potência, tecnologia ou fonte de energia empregada. Estudos indicam que, até o ano de 2010, 20% do total de geração (em termos mundiais) serão provenientes desta forma de obtenção, uma vez que se torna fático sua vantagem sobre a geração central, por oferecer economia em matéria de investimentos relacionados à transmissão, redução de perdas e melhoria acerca da estabilidade do serviço de energia elétrica. Exemplos de geração distribuída são observados em pequenas centrais hidrelétricas, eólicas, térmicas, fotovoltaicas e geradoras de emergência, por terem pequeno porte e serem integradas ao sistema elétrico. Voltandose por hora ao potencial hidráulico passível de exploração no país, associado por sua vez às pequenas centrais hidrelétricas, tem-se cerca de 4% da potência instalável total (parcela extremamente significativa). De acordo com o Plano 2.015 da ELETROBRÁS, centrais que atingem até 30 MW de potência instalada representam um potencial de 9.456 MW. Informações de Geração da ANEEL indicam que há cerca de 254 PCH em operação no país, totalizando 1327 MW (1,4% do total), 40 empreendimentos em construção (500 MW) e 211 projetos outorgados (construção não iniciada) que, se implantados, adicionarão ao sistema elétrico 3426 MW. O panorama da reordenação da matriz energética nacional não tem apresentado abundância no que diz respeito ao investimento público, direcionado a grandes empreendimentos. Desta forma, as quedas d´água de pequeno e médio porte representam uma evidente opção de geração. As Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) surgem então como uma alternativa viável, como já especificado anteriormente. Oferece vantagens primeiramente pelo custo acessível, pelo menor prazo de implementação e maturação do investimento, pelas facilidades oferecidas pela legislação, pela disposição das concessionárias de energia elétrica de comprarem o excedente de energia gerada por autoprodutores e finalmente por disponibilizarem o acesso às suas linhas de distribuição e transmissão à longa distância. A partir do incentivo proveniente do Governo Federal para a construção de PCH e descontos nas tarifas de uso dos sistemas de transmissão e distribuição, propiciou-se a ligação de novos pontos de geração de energia no sistema de Distribuição. Com a finalidade de reduzir os custos de transportes de energia, visa-se a localização dos novos pontos de geração próxima aos pontos de consumo potencial. Sendo assim, na medida em que a rede garante a regulação de freqüência e a absorção permanente da potência total, os grupos serão equipados com geradores que não requerem controle com comando sofisticado. Há, todavia, a possibilidade da construção de interligações que devem ser estudadas mesmo quando se tratando de rede de pequeno porte. Sua vantagem está no fato de permitir a utilização de geradores assíncronos, os quais são menos onerosos e mais robustos. Os efeitos da geração nos sistemas de distribuição irão depender do tamanho, do tipo e do local onde será instalada a geração. Atualmente não se tem dado a devida importância aos impactos na proteção da rede de distribuição da concessionária - fato lamentável já que se poderia evitar a degradação da qualidade de energia, confiabilidade e operação - uma vez que se dá prioridade aos benefícios como a energia de backup, a redução dos afundamentos de tensão, a energia de ponta, dentre outras. A partir do momento em que estas PCH são instaladas nas redes de Distribuição, transforma-se um sistema anteriormente radial em um sistema em anel, com mais de uma fonte de contribuição de corrente de curtocircuito. Sendo assim, têm-se como diretrizes deste trabalho abordar temas relacionados aos problemas com falta de coordenação e sensibilidade dos equipamentos de proteção, bloqueio de religamento, necessidade de proteção de sobre-corrente com função direcional, coordenação com consumidores e ramais (gerando problemas de segurança com pessoas e equipamentos) e continuidade de energia. Portanto, é de suma importância a realização sistemática de estudos de proteção de redes com geração de PCH em paralelo, uma vez que é determinante para a segurança e melhoria dos índices de continuidade de serviço. Finalmente, são descritos e analisados detalhadamente, os impactos no sistema de proteção nas redes de distribuição com a ligação de Pequenas Centrais Hidrelétricas, sendo propostas soluções para a redução deste impacto.
Título em inglês
Impacts of small hydroeletric power plants on the distribution protection systems.
Palavras-chave em inglês
Electrical distribution networks
Hydroelectric power plants
Protection of electrical systems
Resumo em inglês
Distributed Generation is an expression used to designate the electric generation source in places near or contiguous to consumers, regardless of the power, technology or energy source used. Studies show that, by the year 2010, 20% of the total amount of generation (worldwide) will be acquired this way. The advantages of distributed generation, over central generation, are obvious and include: lower investment needed for transmission, reduction of losses and better performance regarding stability in the electric energy service. Examples of distributed generation include: small hydro electrics, wind turbines, thermals, photovoltaics and emergency generators. These examples are small in size and are interconnected to the electric system. Hydraulic power, which is available through exploration in the country, could comprise about 4% of the total power to be generated (which is a verysignificant portion) in small hydro electrics. According to ELETROBRÁS´ Plan 2,015, a power station that reaches up to 30 MW of installed power represents a potential of 9,456 MW. ANEEL´ information about Generation shows that there are about 254 PCH in operation in the country, which total 1,327 MW (1.4% of the total), 40 enterprises under construction (500 MW) and 211 approved projects (construction has not yet begun) that, when finished, will add 3,426 MW to the electric system. Substantial public investments have not been directed toward the larger enterprises since the re-arrangement of the national energy center. Thus, small and medium sized waterfalls represent a very interesting generation option. The small hydro electrics (PCH) appear as a possible choice, as mentioned before. They offer advantages, such as affordable cost, a short implementation time required, return of investment, support through legislation, the willingness of the electric power utilities to buy the exceeded energy generated by selfproducers and, finally, the possibility of access to its distribution and transmission lines through long distances. The connection of new points of energy generation in the Distribution system was made possible with the support from the Federal Government, through encouragement for PCH constructions and tax discounts for use of the transmission and distribution systems. We plan on locating the new points of generation next to the points of potential consumers with the objective of decreasing energy transportation costs. Thus, as the network guarantees the regulation of frequency and the permanent absorption of the total power, groups are equipped with generators that do not require a sophisticated command control. There is, however, the possibility of building interconnections, which must be studied even when related to the small potency network. The advantage lies in the facts that asynchronous generators can be used - which are cheaper and stronger. The effects of generation on distribution systems will depend on size, type and location where the generation will be installed. The protection of the utilities distribution network should be assigned a higher priority. Instead, we prioritize the benefits of energy production, such as the backup energy, voltage sags, top-notch energy, among others. This is unfortunate, since the protection of the utilities distribution network will avoid the degradation of the energy quality, of reliability and of operations. From the moment that these PCH are installed on the Distribution networks, a radial system is turned into a ring system with more than one source of short-circuit current contribution. Thus, the guidelines for this work are the approach to topics related to problems with the lack of coordination and sensibility of protection equipment, re-connection blockage, necessity of protection of overcurrent with directional function, coordination with consumers and extension lines (causing security problems with people and equipment) and energy continuity. It is of great importance to perform systematic studies on the protection of networks with the simultaneous generation of PCH since they are essential for the security and improvement of the current levels of continuity of service. Finally, the impacts on the distribution system protection of networks with connections to Small Hydroelectric Centrals are described and analyzed in detail, followed by proposals of solutions for the reduction of such impacts.
 
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Data de Publicação
2006-12-19
 
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