( PDF ) Estudo de potência reativa, tensão, contingência e perdas em empresas de energia elétrica localizadas na grande São Paulo

Download PDF

ads:

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

PÓS-GRADUAÇAO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

ESTUDO DE POTÊNCIA REATIVA, TENSÃO, CONTINGÊNCIA E PERDAS

EM EMPRESAS DE ENERG CALIZADAS NA GRANDE

SÃO PAULO.

WALTER RAGNEV

JUNHO

2005

IA ELÉTRICA LO

ads:

Livros Grátis

http://www.livrosgratis.com.br

Milhares de livros grátis para download.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA

PÓS-GRADUAÇAO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

ESTUDO DE POTÊNCIA REATIVA, TENSÃO, CONTINGÊNCIA E PERDAS EM

EMPRESAS DE ENERGIA ELÉTRICA LOCALIZADAS NA GRANDE SÃO PAULO.

Dissertação apresentada por Walter Ragnev à Universidade

Federal de Uberlândia, como parte dos requisitos para a

obtenção do título de Mestre em Ciências. Aprovada em

24/06/2005 pela banca examinadora:

Prof. José Roberto Camacho, PhD (UFU) – Orientador;

Prof. Alexandre Rocco, Dr (USP/UNISANTA);

Prof. Carlos Henrique Salerno, Dr (UFU);

Prof. Sebastião Camargo Guimarães Jr., Dr(U FU).

ads:

FICHA CATALOGRÁFICA

Elaborada pelo Sistema de Bibliotecas da UFU / Setor de Catalogação e Classificação

R143e

Ragnev, Walter, 1964-

Estudo de potência reativa, tensão, contingência e perdas em empresas de

energia elétrica localizadas na Grande São Paulo / Walter Ragnev. -

Uberlândia, 2005.

125f. : il.

Orientador: José Roberto Camacho.

Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Uberlândia, Progra-

ma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Inclui bibliografia.

1. Sistemas de ener

ia elétrica - Teses. 2. Potência reativa (Engenharia

elétrica) - Teses. I. Camacho, José Roberto. II. Universidade Federal de

Uberlândia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. III. Tí-

tulo.

CDU:621.311(043.3)

ESTUDO DE POTÊNCIA REATIVA, TENSÃO, CONTINGÊNCIA E

PERDAS EM EMPRESAS DE ENERGIA ELÉTRICA

LOCALIZADAS NA GRANDE SÃO PAULO

WALTER RAGNEV

Dissertação apresentada por Walter Ragnev à Universidade Federal de Uberlândia

para a obtenção do título de Mestre em Ciências.

Prof. José Roberto Camacho, Ph.D. Prof. Darizon Alves de Andrade, Ph.D.

Orientador Coordenador do Curso de Pós Graduação

Aos meus pais Athanasio Ragnev (in Memorian) e

Ana Ragnev, a minha esposa Andréa de Paula

Ferrer Ragnev e aos meus filhos Mariana de Paula

Ragnev e Vinícius de Paula Ragnev.

AGRADECIMENTOS

Á Deus por me prover condições e oportunidade de desenvolver este trabalho.

À minha mãe pelo apoio incondicional prestado durante todo o meu estudo. Este momento

alcançado também é mérito seu.

À minha esposa Andréa de Paula Ferrer Ragnev pelo amor, incentivo, paciência, renúncia,

apoio e compreensão.

Aos meus filhos Mariana de Paula Ragnev e Vinícius de Paula Ragnev que também

contribuíram com renúncias, carinho e atenção.

Ao meu orientador professor José Roberto Camacho pelo ensinamento, orientação

acadêmica e por sua dedicação ao longo do desenvolvimento desse trabalho. Nesse tempo de

convivência criou uma verdadeira admiração como pessoa e como professor, além de uma grande

amizade.

Aos meus amigos João Marcos Brito da Silva, Carlos Roberto Bastelli e Edval Delbone pelo

incentivo e ajuda dada ao longo do trabalho.

Aos Engº Jack Polakicwicz da EMAE, Erasmo Fontana, José Maciel Filho e Fabio Fonseca

da CTEEP e João Carlos Martins da AES-Eletropaulo pelas informações fornecidas para o

desenvolvimento do trabalho.

Ao amigo Daniel Borges Ricardo pela ajuda no desenvolvimento computacional ao longo

do trabalho.

RESUMO

Com o crescimento acelerado do setor de energia elétrica no Brasil a partir de meados do século XX,

o problema do controle de tensão nos sistemas de transmissão e distribuição necessitou de uma maior

atenção das empresas de energia elétrica, dos órgãos responsáveis pelo gerenciamento do setor

elétrico e dos consumidores, uma vez que a limitação do fluxo de potência reativa nas linhas começou

a causar dificuldades na operação dos sistemas na medida do crescimento das cargas e das tensões nas

linhas de transmissão.

O presente trabalho mostra um estudo teórico e simulações computacionais da utilização das

máquinas síncronas da Usina Elevatória de Pedreira como compensadores síncronos, usina esta

localizada no coração de um grande centro consumidor (a cidade de São Paulo). Utilizar estas

máquinas como compensadores síncronos tem como objetivo inicial melhorar os níveis de tensão na

área do entorno da usina. Foram consideradas configurações operativas que possibilitam a geração de

potência reativa na Usina Elevatória de Pedreira com conseqüente melhoria nos indicativos de

desempenho do restante do sistema. Os resultados obtidos a partir dos estudos realizados apontam

para as seguintes melhorias: nível de tensão mais adequado; redução das perdas elétricas; diminuição

do fluxo de potência reativa no sistema (linhas e transformadores); redução na geração de potência

ativa para atendimento das cargas da região; alívio dos demais compensadores síncronos do sistema; e

aumento na confiabilidade do sistema em caso de contingência. Para finalizar faz-se uma comparação

dos custos evitados para o sistema, mudando-se apenas a filosofia de operação, sem custos de novos

investimentos em equipamentos de compensação de reativos.

Palavras chave: controle, limites de tensão, máquina síncrona, potência reativa, qualidade de energia,

topologia de sistemas.

ABSTRACT

In the middle of the 20

century the Brazilian electrical energy sector experienced a rapid growth,

since that occasion the problem of voltage control in the transmission and distribution systems

grabbed the attention of energy authorities, electrical sector offices and high voltage consumers. With

the limitation of reactive power in transmission lines this started to be the reason of difficulties in the

system operation at the same pace of the increase of loads and system voltage level along the system.

The present work shows the theoretical study of the synchronous machines at the Pedreira

pumping/generating station as synchronous compensators, the station is located at the heart of a huge

consumer center (São Paulo and adjacencies). The use of these machines as synchronous

compensators has the primary objective to improve the voltage levels in the station surroundings.

Operative configurations were considered to allow the generation of reactive power at the Pedreira

pumping/generating station for the system improvement. The research show the following factors of

improvement in the area: increase in voltage levels; reduction of electrical losses; decrease in flux of

reactive power in the system (transmission lines and transformers); decrease in active power

generation for the supply of loads in the area; decrease in reactive power generated by other nearby

synchronous compensators; and increase in system reliability during contingencies. Finally a

comparison of system avoided costs is made, with the only change being the system operating

philosophy, without investment costs in reactive power compensation equipment.

Keywords: control, energy quality, reactive power, synchronous machine, systems topology, voltage

limits.

Sumário

vii

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 1

1.1 A definição do problema .................................................................................... 2

2 TEORIA DOS COMPONENTES DO SISTEMA ..................................................... 8

2.1 A linha de transmissão......................................................................................... 8

2.2 A máquina síncrona ............................................................................................ 10

2.3 Efeito da excitação da máquina síncrona ........................................................... 11

2.4 Curva de capabilidade do gerador ...................................................................... 15

2.4.1 Limite de aquecimento da armadura ........................................................ 15

2.4.2 Limite de aquecimento do enrolamento de campo .................................. 16

2.4.3 Limite de potência da turbina .................................................................. 17

2.4.4 Limite de estabilidade .............................................................................. 18

2.4.5 Limite de excitação mínima ..................................................................... 20

2.5 Compensador síncrono ....................................................................................... 21

2.6 Curva V de um motor síncrono .......................................................................... 23

3 O SISTEMA ELÉTRICO .......................................................................................... 25

3.1 O sistema elétrico em estudo............................................................................... 25

3.2 Linhas de transmissão do sistema ...................................................................... 29

3.3 Transformadores do sistema .............................................................................. 31

Sumário

viii

3.4 Compensadores síncronos .................................................................................. 32

3.4.1 Compensador síncrono de Ibiúna ............................................................ 32

3.4.2 Compensador síncrono de Embu-Guaçu.................................................. 33

3.4.3 Compensador síncrono de Tijuco Preto ................................................... 33

3.4.4 Compensador síncrono de Santo Ângelo ................................................. 34

3.5 Usinas do sistema ............................................................................................... 34

3.5.1 Usina Hidroelétrica Henry Borden ........................................................... 34

3.5.1.1 Usina externa .............................................................................. 36

3.5.1.2 Usina subterrânea......................................................................... 37

3.5.2 Usina Termoelétrica Piratininga................................................................ 38

3.5.3 Usina Termoelétrica Nova Piratininga ..................................................... 40

3.5.4 Usina Elevatória de Traição ..................................................................... 41

3.5.5 Usina Elevatória de Pedreira .................................................................... 42

3.5.5.1 Ensaios nas máquinas da Usina Elevatória de Pedreira .............. 44

3.5.5.2 Análise dos ensaios das unidades da UEP................................... 47

3.6 Cargas do sistema ............................................................................................... 47

3.7 Operação do sistema ........................................................................................... 52

3.7.1 Área de 230kV e 88kV ............................................................................. 52

3.7.2 Área de 345kV e 440kV ........................................................................... 54

4 SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL ........................................................................ 56

4.1 Introdução............................................................................................................ 56

4.2 O programa ANAREDE ..................................................................................... 56

Sumário

4.2.1 Programa de fluxo de potência ................................................................. 57

4.2.1.1 Função do programa .................................................................... 57

4.2.1.2 Algoritmo do programa ............................................................... 57

4.3 Configurações estudadas .................................................................................... 58

4.3.1 Configuração elétrica do caso nº 1 ........................................................... 59

4.3.2 Configuração elétrica do caso nº 2 ........................................................... 60

4.3.3 Configuração elétrica do caso nº 3 ........................................................... 61

4.3.4 Configuração elétrica do caso nº 4 ........................................................... 62

4.4 Cargas analisadas ................................................................................................ 63

4.5 Contingências analisadas..................................................................................... 64

5 ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................................................................... 66

5.1 Introdução............................................................................................................ 66

5.2 Resultados de potência gerada e tensões............................................................. 66

5.2.1 Período de carga pesada............................................................................ 66

5.2.2 Período de carga média ............................................................................ 70

5.2.3 Período de carga leve ............................................................................... 73

5.3 Análise do reativo gerado pelos síncronos ......................................................... 75

5.3.1 Período de carga pesada ........................................................................... 75

5.3.2 Período de carga média ............................................................................ 77

5.3.4 Período de carga leve ............................................................................... 78

5.4 Aumento na capacidade das linhas de transmissão e transformadores ............... 80

5.4.1 Linhas de 88kV Henry Borden – Baixada circuitos nº 1 a 4 .................... 80

Sumário

5.4.2 Banco de transformadores de 88/345kV da SE Baixada .......................... 81

5.4.3 Banco de transformadores de 88/230kV da SE Piartininga...................... 81

5.5 Perdas elétricas no sistema entorno da Usina Elevatória de Pedreira ................. 82

5.6 Análise das contingências.................................................................................... 85

5.6.1 Perda de um banco de 345/88kV – 400MVA da SE Baixada................... 85

5.6.2 Perda das duas linhas 230kV Piratininga – Interlagos (circuitos 1 e 2 )... 87

5.6.3 Perda de um banco de transformador de 230/88kV da SE Piratininga..... 90

5.6.4 Perda de uma linha de 88kV Henry Borden – Pedreira ............................ 91

6 CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA FUTUROS TRABALHOS ...................... 94

6.1 Conclusões .......................................................................................................... 94

6.2 Propostas para futuros trabalhos ......................................................................... 97

Bibliografia ..................................................................................................................... 99

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira ........................................................................ 101

Anexo B – Usina Hidroelétrica Henry Borden ............................................................... 117

Anexo C – Usina Termoelétrica Piratininga .................................................................. 120

Anexo D – Usina Termoelétrica Nova Piratininga ......................................................... 122

Anexo E – ETD’s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes ................................................... 123

Índice de figuras

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 - Gráfico de tensão da ETD Imigrantes – TR1 ................................................ 6

Figura 1.2 - Gráfico de tensão da ETD Rio Bonito ........................................................... 7

Figura 2.1 - Circuito equivalente de um gerador CA ........................................................ 11

Figura 2.2 - Circuito equivalente simplificado de um gerador CA.................................... 12

Figura 2.3 - Circuito para um gerador e um motor............................................................. 12

Figura 2.4 - Diagrama fasorial do gerador......................................................................... 13

Figura 2.5 - Diagrama fasorial do motor............................................................................ 14

Figura 2.6 - Limite de aquecimento da armadura............................................................... 16

Figura 2.7 - Limite de aquecimento do enrolamento de campo......................................... 17

Figura 2.8 - Limite de potência na turbina......................................................................... 18

Figura 2.9 - Limite de estabilidade imposto como valor máximo do ângulo de potência 19

Figura 2.10 - Efeito da margem de estabilidade em potência no valor de δ max................. 20

Figura 2.11 - Limite mínimo de excitação........................................................................... 20

Figura 2.12 - Curva de capabilidade de geração.................................................................. 21

Figura 2.13 - Curva V de um motor síncrono...................................................................... 24

Figura 3.1 - Localização da região em estudo ................................................................... 25

Figura 3.2 - Detalhe da região em estudo........................................................................... 26

Índice de figuras

xii

Figura 3.3 - Diagrama elétrico da região estudada............................................................. 27

Figura 3.4 - Foto via satélite com a localização da UEP.................................................... 42

Figura 3.5

- Cargas da barra nº 485 – SE Piratininga......................................................... 49

Figura 3.6 - Cargas da barra nº 481 – ETU Henry Borden ............................................... 50

Figura 3.7 - Cargas nas barras Imigrantes (3499), Varginha I e II (3488 e 3489) e Rio

Bonito (3492).................................................................................................. 51

Figura 4.1 - Configuração elétrica do caso nº 1................................................................. 60

Figura 4.2 - Configuração elétrica do caso nº 2................................................................. 61

Figura 4.3 - Configuração elétrica do caso nº 3................................................................. 62

Figura 4.4 - Configuração elétrica do caso nº 4................................................................. 63

Figura 5.1 - Diagrama elétrico das perdas ......................................................................... 83

Figura A1 - Diagrama elétrico ETU Pedreira ................................................................... 101

Figura A2 - Vista superior da Usina Elevatória de Pedreira ............................................. 102

Figura A3 - Vista em corte das unidades reversíveis da UEP ........................................... 103

Figura A4 - Detalhes do sistema de refrigeração e aquecimento das unidades da Usina

Elevatória Pedreira ......................................................................................... 104

Figura A5 - Curva de operação da unidade nº 2 da UEP................................................... 105

Figura A6 - Gráfico de operação da unidade nº 2 da UEP................................................. 106

Figura A7 - Curva V da unidade nº 2 da UEP.................................................................... 107

Figura A8 - Curva V da unidade nº 5 da UEP.................................................................... 108

Figura A9 - Gráfico de operação da unidade nº 4 da UEP................................................. 109

Figura A10 - Curva de operação da unidade nº 4 da UEP................................................... 110

Índice de figuras

xiii

Figura A11 - Gráfico de operação da unidade nº 5 da UEP................................................. 111

Figura A12 - Curva de operação da unidade nº 5 da UEP................................................... 112

Figura A13 - Curvas características da unidade nº 4 da UEP.............................................. 113

Figura A14 - Curvas características da unidade nº 2 da UEP.............................................. 114

Figura A15 - Curva de capabilidade das unidades nº 1 e 6 da UEP.................................... 115

Figura A16 - Curva de capabilidade das unidades nº 2, 3 e 7 da UEP................................. 115

Figura A17 - Curva de capabilidade da unidade nº 5 da UEP ............................................ 116

Figura A18 - Curva de capabilidade da unidade nº 8 da UEP ............................................ 116

Figura B1 - Diagrama elétrico da ETU Henry Borden ..................................................... 117

Figura B2 - Curva de capabilidade das unidades de 35 MW de UHB........................... 118

Figura B3 - Curva de capabilidade das unidades de 65 MW de UHB .............................. 118

Figura B4 - Curva de capabilidade das unidades de 66 MW de UHB............................... 119

Figura B5 - Curva de capabilidade das unidades de 70 MW de UHB............................... 119

Figura C1 - Curva de capabilidade das unidades nº 1 e 2 da UTP .................................... 120

Figura C2 - Curva de capabilidade das unidades nº 3 e 4 da UTP .................................... 121

Figura D1 - Curva de capabilidade das unidades geradoras da UTNP.............................. 122

Figura E1 - Diagrama elétrico da ETD Varginha ............................................................. 123

Figura E2 - Diagrama elétrico da ETD Rio Bonito........................................................... 124

Figura E3 - Diagrama elétrico da ETD Imigrantes............................................................ 125

Índice de tabelas

xiv

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 3.1 - Valores dos parâmetros das linhas...................................................................... 30

Tabela 3.2 - Características dos transformadores do sistema.................................................. 32

Tabela 3.3 - Características dos geradores da UHB Externa.................................................. 36

Tabela 3.4 - Características dos geradores da UHB subterrânea............................................ 37

Tabela 3.5 - Característica das turbinas da usina termoelétrica Piratininga............................ 39

Tabela 3.6 - Características dos geradores da usina termoelétrica Piratininga....................... 40

Tabela 3.7 - Características das unidades reversíveis da Usina Elevatória de Pedreira.......... 43

Tabela 3.8 - Valores das unidades da UEP como bomba capacitiva...................................... 45

Tabela 3.9 - Valores das unidades da UEP como bomba indutiva.......................................... 45

Tabela 3.10 - Valores das unidades da UEP como síncrono sobreexcitado.............................. 46

Tabela 3.11 - Valores das unidades da UEP como síncrono subexcitado................................. 46

Tabela 3.12 - Comparação entre o turbinamento de UEP e UHB............................................. 47

Tabela 3.13 - Faixas para controle de tensão nos barramentos de controle área São Paulo..... 55

Tabela 5.1 - Resultados da geração período de carga pesada................................................. 67

Tabela 5.2 - Tensão nas barras mês de fevereiro carga pesada............................................... 69

Tabela 5.3 - Tensão nas barras mês de julho carga pesada..................................................... 69

Tabela 5.4 - Tensão nas barras mês de agosto carga pesada................................................... 69

Índice de tabelas

Tabela 5.5 - Resultados da geração período de carga média................................................... 71

Tabela 5.6 - Tensão nas barras mês de fevereiro carga média................................................ 72

Tabela 5.7 - Tensão nas barras mês de julho carga média...................................................... 72

Tabela 5.8 - Tensão nas barras mês de agosto carga média.................................................... 72

Tabela 5.9 - Resultados da geração período de carga leve...................................................... 73

Tabela 5.10 - Tensão nas barras mês de fevereiro carga leve................................................... 74

Tabela 5.11 - Tensão nas barras mês de julho carga leve......................................................... 74

Tabela 5.12 - Tensão nas barras mês de agosto carga leve....................................................... 74

Tabela 5.13 - Resultados da geração dos síncronos no período de carga pesada...................... 76

Tabela 5.14 - Resultados da geração dos síncronos no período de carga média....................... 77

Tabela 5.15 - Resultados da geração dos síncronos no período de carga leve.......................... 79

Tabela 5.16 - Fluxo de potência reativa nas linhas 88kV HB-Baixada circuitos 1 a 4............. 80

Tabela 5.17 - Fluxo de potência reativa nos bancos da SE Baixada......................................... 81

Tabela 5.18 - Fluxo de potência reativa nos bancos da SE Piratininga..................................... 82

Tabela 5.19 - Perdas na região no período de carga leve.......................................................... 84

Tabela 5.20 - Perdas na região no período de carga média....................................................... 84

Tabela 5.21 - Perdas na região no período de carga pesada...................................................... 84

Tabela 5.22 - Carregamento do banco remanescente – Carga leve........................................... 86

Tabela 5.23 - Carregamento do banco remanescente – Carga média....................................... 86

Tabela 5.24 - Carregamento do banco remanescente – Carga pesada...................................... 86

Tabela 5.25 - Tensão nas barras – Carga Pesada...................................................................... 88

Tabela 5.26 - Tensão nas barras – Carga Média....................................................................... 88

Índice de tabelas

xvi

Tabela 5.27 - Geração de potência reativa na Usina Elevatória de Pedreira............................. 89

Tabela 5.27 - Carregamento dos equipamentos no período de carga pesada............................ 89

Tabela 5.29 - Carregamento dos equipamentos no período de carga média............................. 90

Tabela 5.30 - Carregamento dos bancos remanescentes........................................................... 90

Tabela 5.31 - Geração de potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira............................. 91

Tabela 5.32 - Carregamento da linha 88kV Henry Borden – Pedreira (remanescente)............ 92

Tabela 5.33 - Tensão nas barras – Carga leve........................................................................... 92

Tabela 5.34 - Tensão nas barras – Carga média........................................................................ 92

Tabela 5.35 - Tensão nas barras – Carga pesada....................................................................... 93

Lista de Símbolos e Abreviaturas

xvii

LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS

CEPEL

CNOS

CPFL

CTEEP

EMAE

ETD

ETT

ETU

GECO

ampére – unidade de corrente elétrica

corrente alternada

corrente contínua

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica

Centro Nacional de Operação do Sistema

Companhia Paulista de Força e Luz

Companhia de Transmissão de Energia Elétrica Paulista

Empresa Metropolitana de Águas e energia

Estação Transformadora de Distribuição

Estação Transformadora de Transmissão

Estação Transformadora de Usina

fator de potência

General Electric Company

corrente elétrica

quilometro quadrado – unidade de área (10

)

quilovolt – unidade de tensão elétrica (10

linha de transmissão

metro cúbico - unidade de volume

metro – unidade de distância

/ s

MVA

metro cúbico por segundo - unidade de vazão

megavoltampere – unidade de potência aparente (10

VA)

Lista de Símbolos e Abreviaturas

xviii

MVAr

MW.h

ONS

Pmec

Ppri

rpm

UEP

UET

UHB

UNP

UTP

X´d

X´q

megavolt-ampére reativo – unidade de potência reativa (10

VAr)

megawatt – unidade de potência ativa (10

megawatt-hora – unidade de energia elétrica

Operador Nacional do Sistema Elétrico

Potência mecânica

Potência primária

por unidade

unidade de velocidade - rotação por minuto

Subestação

Usina Elevatória de Pedreira

Usina Elevatória de Traição

Usina Hidroelétrica Henry Borden

Usina Termoelétrica Nova Piratininga

Usina Termoelétrica Piratininga

Volt – unidade de tensão elétrica

Reatância subsíncrona do eixo d

Reatância subsíncrona do eixo q

Reatância síncrona do eixo d

Reatância síncrona do eixo q

ângulo de potência do gerador

ângulo entre a tensão e a corrente

Capítulo I - Introdução

CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO

Este capítulo inicial tem como característica principal apresentar o trabalho em sua totalidade,

desde as considerações iniciais abordando o objetivo geral da dissertação até as considerações

finais onde são mostrados os resultados pretendidos através deste estudo. Para isso é necessário

fazer uma descrição geral da dissertação passando por um resumo de cada capítulo.

O objetivo desta dissertação de mestrado é apresentar possíveis soluções para o problema

de operação do sistema elétrico no entorno da Usina Elevatória de Pedreira, onde algumas

subestações de distribuição de energia elétrica apresentam baixos valores de tensão em suas

barras de 88kV. No desenvolvimento da dissertação foi estudada a utilização das unidades

reversíveis da Usina Elevatória de Pedreira para a geração de energia reativa, mantendo as

demais condições técnicas de operação do sistema elétrico.

Para melhor compreender o assunto abordado, segue-se a descrição da estrutura em

capítulos desta dissertação de mestrado.

Neste primeiro capítulo também é descrito o trabalho com o objetivo de familiarizar o

leitor ao assunto e à forma como o mesmo encontrará a estrutura da dissertação.

No segundo capítulo, “Teoria dos Componentes do Sistema” são desenvolvidos aspectos

teóricos dos principais equipamentos elétricos utilizados no sistema em estudo. Aqui são

mostradas as curvas características de funcionamento de cada equipamento, seus limites de

operação, e aplicações.

No capítulo III, “O Sistema Elétrico em Estudo”, é explicado através de diagramas

elétricos e de tabelas de dados técnicos, incluindo as usinas de geração, usinas de

Capítulo I - Introdução

bombeamento, as linhas de transmissão, compensadores síncronos, transformadores e cargas do

sistema. Aqui são mencionadas as suas características operacionais com limitações e

recomendações através das instruções de operações do ONS – Operador Nacional do Sistema

Elétrico. Neste capítulo também são incluídos ensaios realizados nas unidades reversíveis da

Usina Elevatória de Pedreira, feitos pela LIGHT S/A.

No capítulo IV, é apresentado o programa utilizado nas simulações computacionais, o

ANAREDE, programa oficial utilizado pelo ONS e empresas pertencentes do Sistema Elétrico

Nacional. São considerados quatro casos possíveis da utilização do reativo gerado pela Usina

Elevatória de Pedreira e são propostas as análises de algumas simulações de contingências do

sistema.

No capítulo V, são expostos os resultados das simulações computacionais do capítulo IV,

comparando os casos com e sem a geração de potência reativa na Usina Elevatória de Pedreira,

analisando sob a ótica dos seguintes pontos: nível de tensão, geração de potência ativa, geração

de potência reativa, sobrecargas de equipamentos, alivio dos compensadores síncronos e perdas

no sistema e comportamento no caso de contingências.

No último capítulo são descritas as conclusões obtidas no estudo, indicando as melhorias

obtidas com a utilização da Usina Elevatória de Pedreira.

1.1 A definição do problema.

A questão da compensação reativa e sua influência na tensão de um determinado sistema de

potência são assuntos que vêm sendo discutidos entre os especialistas do setor de energia elétrica

durante algum tempo. Neste aspecto, a compensação reativa quando efetuada de forma adequada,

é necessária para, dentre outras razões, garantir um maior e melhor aproveitamento do sistema

Capítulo I - Introdução

elétrico existente, propiciando adequadamente o equilíbrio no balanço entre a geração e o

consumo de potência reativa e desse modo disponibilizando para a operação, uma condição

adequada de controle de tensão e, principalmente, o atendimento ao sistema.

Sendo assim, o desejo de se controlar a tensão é justificável, pois praticamente todos os

equipamentos utilizados num sistema de potência são projetados para funcionar num dado nível

de tensão, a tensão nominal ou tensão de placa. Se a tensão do sistema afastar-se desse valor, o

desempenho desses equipamentos, bem como sua expectativa de vida, diminui. Por exemplo, o

conjugado de um motor de indução é proporcional ao quadrado da tensão aplicada, o fluxo

luminoso de uma lâmpada varia fortemente com a tensão, entre outros. São, portanto, fortes, os

motivos que levam a controlar o nível de tensão em um sistema elétrico. Entretanto, não há

necessidade de controlá-lo mantendo-o entre estreitos limites, como o que ocorre com a

freqüência. Existem padrões industriais que fixam as variações toleráveis da tensão da rede, em

valores relativamente amplos.

Diante disto, assim como a constância da freqüência do sistema é a melhor garantia de

que o balanço da potência ativa está sendo mantido no sistema, um perfil praticamente constante

de tensão de barra garante que o equilíbrio entre a potência reativa produzida e consumida,

também está sendo mantido. Sempre que o módulo de uma dada tensão sofrer variações, isso

significará que o balanço de reativo está comprometido no entorno da barra analisada.

Deve-se deste modo, observar que o controle do fluxo de reativo é geralmente um

problema local, em contraste com o controle do fluxo de potência ativa, que é um problema do

sistema. Devido aos numerosos fatores interagentes, incluindo taps do transformador,

capacitores, reatores, controle de tensão pelos geradores, e geração ou absorção de reativo na

linha de transmissão, o não atendimento dos requisitos de reativo em uma área pode resultar em

Capítulo I - Introdução

tensão baixa ou alta naquela área, sendo necessário assim a utilização de equipamentos para

corrigir este problema.

Devido à diversidade de problemas, o aspecto econômico do controle automático de

tensão e reativo, enquanto seja possível, pode ser muito oneroso sob o ponto de vista de

equipamentos de controle, quando necessário.

Portanto, durante a realização deste trabalho, pode ser verificada a questão do nível de

tensão abaixo do adequado em algumas barras do sistema de sub-transmissão de 88kV da AES –

Eletropaulo. Este baixo valor de tensão não se justifica, pois um estudo bem elaborado dos

equipamentos ociosos da EMAE poderia resolver o problema. O sistema como se encontra hoje é

de causar preocupação uma vez que a EMAE é uma das empresas que atende o principal centro

consumidor de energia elétrica do país. Um outro aspecto importante e bastante relevante a ser

considerado neste estudo é o fato que as linhas adjacentes ao sistema EMAE, são linhas curtas e

que não contribuem de forma apreciável para geração de reativos em carga leve, não ajudando

assim com o problema de baixo perfil de tensão até mesmo nesta situação.

Diante dessa situação, para se corrigir este problema, foi feito um estudo para a

utilização de alguns geradores da empresa EMAE que se encontram ociosos e que podem vir a

funcionar como fonte de reativos (compensadores síncronos), contribuindo assim para a

manutenção do perfil correto de tensão em algumas barras do sistema, e tendo como vantagem a

utilização de recursos próprios da empresa, não havendo aí a necessidade de grandes custos

adicionais para se corrigir tal problema. Um exemplo é o caso da UEP (Usina Elevatória de

Pedreira) que ficou ligada ao sistema no ano de 2004, funcionando como motor e bombeando

água apenas 2,84% do tempo. Sendo que no restante do tempo ficou parada, consumindo uma

energia de 518,3 MW.h, com um custo de R$ 40.427,00, somente para manter seus enrolamentos

Capítulo I - Introdução

aquecidos evitando que estes absorvessem umidade, o que diminuiria a sua vida útil.

As ETD´s – Estação Transformadoras de Distribuição de Imigrantes, Varginha e Rio

Bonito, pertencentes a AES - Eletropaulo, apesar de estarem próximas a usinas de geração de

energia elétrica, apresentam tensões baixas nos seus barramentos de 88kV, o que obriga a

empresa a fazer a compensação de tensão através de seus transformadores de potência e banco de

capacitores, o que as vezes não é suficiente. A ETD Imigrantes possui transformador sem tap de

regulação de tensão, o que faz com que a baixa tensão no 88kV se reflita na tensão primária de

distribuição, 13,8kV.

Conforme informação da AES - Eletropaulo, com a ocorrência de tensões baixas nas suas

ETD`s é comum o aumento de reclamação dos consumidores, como é o caso da SABESP –

Companhia de Saneamento Básico de São Paulo, que tem bombas de grande potência para

captação de água, ligadas na rede de 13,8kV e que com tensões baixas é comum a atuação do seu

sistema de proteção.

A seguir são mostrados dois gráficos, fornecidos pela AES - Eletropaulo, das ETD´s

Imigrantes e Rio Bonito ao longo do mês de dezembro de 2002, aonde pode-se observar o perfil

de tensão nestas estações transformadoras.

Capítulo I - Introdução

Figura 1.1 – Gráfico de tensão da ETD Imigrantes – TR1

(obs: V1; V2; V3 → tensões nas fases Azul, Branca e Vermelha)

ETD Imigrantes - TR-1

01/11/2002 à 30/11/2002

80.000

81.000

82.000

83.000

84.000

85.000

86.000

87.000

88.000

89.000

90.000

01/11/2002 00:15 sex

01/11/2002 15:15 sex

02/11/2002 06:15 sáb

02/11/2002 21:15 sáb

03/11/2002 12:15 dom

04/11/2002 03:15 seg

04/11/2002 18:15 seg

05/11/2002 09:15 ter

06/11/2002 00:15 qua

06/11/2002 15:15 qua

07/11/2002 06:15 qui

07/11/2002 21:15 qui

08/11/2002 12:15 sex

09/11/2002 03:15 sáb

09/11/2002 18:15 sáb

10/11/2002 09:15 dom

11/11/2002 00:15 seg

11/11/2002 15:15 seg

12/11/2002 06:15 ter

12/11/2002 21:15 ter

13/11/2002 12:15 qua

14/11/2002 03:15 qui

14/11/2002 18:15 qui

15/11/2002 09:15 sex

16/11/2002 00:15 sáb

16/11/2002 15:15 sáb

17/11/2002 06:15 dom

17/11/2002 21:15 dom

18/11/2002 12:15 seg

19/11/2002 03:15 ter

19/11/2002 18:15 ter

20/11/2002 09:15 qua

21/11/2002 00:15 qui

21/11/2002 15:15 qui

22/11/2002 06:15 sex

22/11/2002 21:15 sex

23/11/2002 12:15 sáb

24/11/2002 03:15 dom

24/11/2002 18:15 dom

25/11/2002 09:15 seg

26/11/2002 00:15 ter

26/11/2002 15:15 ter

27/11/2002 06:15 qua

27/11/2002 21:15 qua

28/11/2002 12:15 qui

29/11/2002 03:15 sex

29/11/2002 18:15 sex

30/11/2002 09:15 sáb

Data

Tensão (V)

V1 V2 V3

Capítulo I - Introdução

Figura 1.2 – Gráfico de tensão na ETD Rio Bonito.

ETD Rio Bonito - 88 kV

11/12/2002

76000

78000

80000

82000

84000

86000

88000

90000

92000

11/12/2002 - qua - 00:00

11/12/2002 - qua - 00:30

11/12/2002 - qua - 01:00

11/12/2002 - qua - 01:30

11/12/2002 - qua - 02:00

11/12/2002 - qua - 02:30

11/12/2002 - qua - 03:00

11/12/2002 - qua - 03:30

11/12/2002 - qua - 04:00

11/12/2002 - qua - 04:30

11/12/2002 - qua - 05:00

11/12/2002 - qua - 05:30

11/12/2002 - qua - 06:00

11/12/2002 - qua - 06:30

11/12/2002 - qua - 07:00

11/12/2002 - qua - 07:30

11/12/2002 - qua - 08:00

11/12/2002 - qua - 08:30

11/12/2002 - qua - 09:00

11/12/2002 - qua - 09:30

11/12/2002 - qua - 10:00

11/12/2002 - qua - 10:30

11/12/2002 - qua - 11:00

11/12/2002 - qua - 11:30

11/12/2002 - qua - 12:00

11/12/2002 - qua - 12:30

11/12/2002 - qua - 13:00

11/12/2002 - qua - 13:30

11/12/2002 - qua - 14:00

11/12/2002 - qua - 14:30

11/12/2002 - qua - 15:00

11/12/2002 - qua - 15:30

11/12/2002 - qua - 16:00

11/12/2002 - qua - 16:30

11/12/2002 - qua - 17:00

11/12/2002 - qua - 17:30

11/12/2002 - qua - 18:00

11/12/2002 - qua - 18:30

11/12/2002 - qua - 19:00

11/12/2002 - qua - 19:30

11/12/2002 - qua - 20:00

11/12/2002 - qua - 20:30

11/12/2002 - qua - 21:00

11/12/2002 - qua - 21:30

11/12/2002 - qua - 22:00

11/12/2002 - qua - 22:30

11/12/2002 - qua - 23:00

11/12/2002 - qua - 23:30

Data

Tensão (V)

V1 Vmín.Res.505 Vmáx.Res.505

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

CAPÍTULO II – TEORIA DOS COMPONENTES DO SISTEMA

2.1 A Linha de Transmissão

Um dos principais problemas enfrentados na operação de grandes sistemas elétricos consiste na

obtenção de valores nominais de tensão em todas as barras nos diversos níveis de tensão e nos

pontos extremos de linhas de transmissão muito longas, isto é:

● Linhas de transmissão (LT´s) muito longas quando à vazio ou carga reduzida, devido

ao seu efeito capacitivo, aumentam a tensão à medida que se caminha do início para o fim das

mesmas, ou seja, no sentido da geração para o consumidor.

● Linhas de transmissão muito longas quando carregadas, devido ao efeito indutivo

próprio e do fator de potência tipicamente indutivo da carga, diminuem a tensão à medida que se

caminha do início para o fim das mesmas, ou seja, no sentido da geração para o consumidor.

No primeiro caso, a fim de reduzir o efeito capacitivo, é comum a utilização de reatores

que são conectados às linhas de transmissão.

Os reatores nada mais são que indutâncias cuja finalidade é anular uma parcela do efeito

capacitivo da linha de transmissão e desta forma reduzir o aumento de tensão que este efeito

provoca.

Os reatores não possuem regulação. Uma vez ligados à linha de transmissão, o operador

não tem mais como alterar seu efeito sobre a mesma, e assim a sua potência reativa indutiva tem

um valor fixo. Por esta razão uma forma de variar a tensão no lado receptor da LT, é variar a

tensão de geração das máquinas síncronas pelo controle da excitação.

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Existem casos também em que se recorre às manobras de linhas de tal forma que a

alteração da configuração do sistema concorra para a variação do valor da tensão nos extremos

das mesmas.

No segundo caso, quando as linhas de transmissão estão muito carregadas (horário de

ponta de carga), devido ao efeito indutivo que elas possuem e ao efeito indutivo da carga ocorrerá

a diminuição da tensão nos extremos das mesmas.

A fim de compensar estas quedas é necessário que a tensão de geração seja alta e

também que se recorra à mudança de taps sob carga nos transformadores elevadores. Estes dois

recursos possuem alguns inconvenientes, tais como:

• A tensão de geração nos limites superiores em muitos casos é prejudicial aos

geradores, pois níveis de tensão mais elevados levam necessariamente a uma maior solicitação da

isolação destas máquinas.

• A variação da tensão do sistema acontece devido à variação no consumo, isto fará

com que transformadores com regulação automática sob carga sofram freqüentes mudanças de

tap´s. Isto com certeza trará desgaste prematuro dos contatos devido à alta freqüência com que

são acionados.

Basicamente, portanto, é através da redução ou elevação da tensão de geração que se

obtém o valor nominal de tensão em ambos os casos citados, isto é, durante períodos de ponta de

carga ou fora da ponta de carga.

No entanto, estes recursos têm sérias limitações operativas quanto mais próximos de

seus limites estiverem operando os geradores.

Nos sistemas de potência o controle de tensão é feito pelo despacho reativo das usinas

geradoras, pelos compensadores síncronos e pelos taps dos transformadores. Este controle conta

com o auxílio na distribuição dos sistemas de compensação de reativos junto à carga.

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Os capacitores e reatores estáticos não servem para regular a tensão de forma suave,

mas apenas para controlá–la de forma mais grosseira, sendo extensivamente utilizados em

correção de fator de potência no nível de distribuição.

2.2 A Máquina Síncrona

As máquinas síncronas têm a característica de trabalhar sempre com velocidade constante e de

possuir dois campos magnéticos que interagem: do estator, de corrente alternada (induzido), e do

rotor, de corrente contínua (indutor). A máquina síncrona quando absorve energia mecânica e

fornece energia elétrica é denominada gerador, quando absorve energia elétrica e fornece energia

mecânica é denominada motor.

Como gerador dependendo de sua aplicação, ela pode diferir quanto ao aspecto

construtivo. Para utilização em unidades geradoras de usinas termoelétricas, com turbinas à vapor

ou turbinas à gás, cuja rotação é alta de 1800rpm a 3600rpm, seu rotor é cilíndrico, denominado

de pólos lisos, ou rotor liso. Por causa da alta rotação sua refrigeração normalmente é feita

através do Hidrogênio. Para utilização em unidades geradoras de usinas hidroelétricas, com

turbinas Pelton, Francis ou Kaplan, cujas rotações são baixas, menores que 900rpm, seu rotor é

de pólos salientes. Sua refrigeração normalmente é feita através do próprio ar ou da água.

A máquina síncrona é bastante flexível, pois pode trabalhar sobre-excitada, com a

tensão de excitação (em corrente contínua) acima da nominal, absorvendo potência ativa quando

trabalha como motor ou fornecendo potência ativa quando trabalha como gerador e fornecendo

potência reativa para o sistema. Seu efeito físico é igual ao de um capacitor. Quando trabalha

com tensão de excitação abaixo da nominal, sub-excitada, absorve potência ativa (motor) ou

fornece potencia ativa (gerador) e absorve potência reativa do sistema. Seu efeito físico é

semelhante ao de um indutor.

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Para funcionar como compensador síncrono, a máquina é movimentada à velocidade

síncrona através de passagem de água pela turbina, ou através da absorção de uma pequena

potência ativa da rede para movimentar a máquina como motor. A máquina síncrona pode

fornecer ou absorver potência reativa, dependendo de sua tensão de excitação.

2.3 Efeito da Excitação da Máquina Síncrona

A máquina síncrona pode ser representada pelo circuito equivalente abaixo, mostrado na

Figura 2.1:

Figura 2.1 - Circuito equivalente de um gerador CA

Onde: V

→ Tensão nos terminais, por fase;

→ Tensão equivalente no rotor;

→ Tensão gerada, por fase;

→ Resistência do enrolamento da armadura, por fase;

→ Indutância da armadura que representa o fluxo disperso, por fase;

→ Indutância que representa a reação da armadura, por fase.

A soma das indutâncias X

e X

é chamada de reatância síncrona (X

), então o circuito

equivalente, mostrado na Figura 2.2, fica:

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Figura 2.2 - Circuito equivalente simplificado de um gerador CA

Como R

normalmente é bem menor que X

o circuito contendo um gerador e um motor

síncrono pode ser reduzido para:

Motor

Gerador

Motor

Gerador

Figura 2.3 - Circuito para um gerador e um motor

Onde:

= Reatância síncrona do gerador

= Reatância síncrona do motor

= Corrente fornecida pelo gerador e recebida pelo motor

= Tensão nos terminais do gerador e motor

= Tensão gerada pelo gerador

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

= Tensão recebida pelo motor

A variação da excitação da máquina síncrona constitui um fator importante para o

controle do fluxo de potência reativa. Considere um gerador síncrono ligado a um grande sistema

de potência, no qual a tensão na barra terminal V

seja constante. Se for mantida constante a

potência ativa do gerador para o sistema, a parcela │V

│.│I

│cosθ permanecerá

aproximadamente constante, quando é variada a excitação de campo CC, e com isso variando-se

│E

│, tem-se:

│E

│cosδ = V

(2.1)

onde:

δ = é o ângulo de conjugado ou ângulo de potência da máquina.

O gerador, quando está sobreexcitado, fornece corrente atrasada em relação à tensão do

sistema. Como um capacitor, ela fornece potência reativa ao sistema. Observa-se neste caso que

│E

│>│V

│.

O gerador quando está subexcitado, fornece corrente adiantada em relação à tensão do

sistema. O gerador subexcitado recebe potência reativa do sistema. Esta ação pode ser explicada

pela fmm interna e pela corrente adiantada da tensão terminal. Observa-se que neste caso

│E

│<│V

│.

-jI X

(a) Gerador

-jI X

(b) Gerador

-jI X

(a) Gerador

sobreexcitado

-jI X

(b) Gerador

subexcitado

Figura 2.4 - Diagrama fasorial do gerador (a) subexcitado (b) sobreexcitado.

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

O motor síncrono sobreexcitado, solicita corrente adiantada em relação à tensão e se

comporta como um circuito capacitivo quando visto do sistema para o qual ele fornece potência

reativa, pois neste caso│E

│>│V

│. O motor subexcitado, solicita corrente em atraso, absorve

potência reativa e se comporta tal qual um circuito indutivo quando visto do sistema, pois neste

caso │E

│<│V

│.

Os diagramas apresentados nas Figuras 2.4 e 2.5 mostram, respectivamente, que os

geradores e motores síncronos sobreexcitados fornecem potência reativa ao sistema e os

geradores e motores síncronos subexcitados absorvem potência reativa do sistema.

Figura 2.5 - Diagrama fasorial do motor (a) sobreexcitado (b) subexcitado

A expressão matemática das tensões da máquina síncrona, funcionando como gerador é

dada pela Equação (2.2):

= (V

. cos θ + I

) + j (V

.sen θ ± I

), para geradores (2.2)

Para a máquina síncrona funcionando como motor a expressão matemática é dada pela

Equação (2.3):

= (V

. cos θ – I

) + j (V

.sen θ ± I

), para motores (2.3)

Nas duas equações acima, o termo em quadratura com sinal (+) é usado para fatores de

potência em avanço e com sinal (–) é usado para fatores de potência em atraso.

Onde: E

= tensão gerada pelo gerador;

= tensão recebida pelo motor;

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

= Reatância síncrona do gerador ou motor;

= Corrente fornecida pelo gerador ou recebida pelo motor;

= Tensão nos terminais do gerador ou motor

θ = Ângulo entre a corrente I

e a tensão V

A expressão de potência ativa por fase é dada por:

P = V

. cosθ (2.4)

A expressão de potência reativa por fase é dada por:

Q = V

. sen θ (2.5)

2.4 Curva de Capabilidade do Gerador

A curva de capabilidade de um gerador mostra os limites de operação indicando como pode ser

operado um gerador ligado a um sistema elétrico, com fornecimento de potência ativa e reativa,

dentro dos limites da máquina [11].

Os limites dos geradores síncronos são:

- Aquecimento da armadura (corrente máxima de armadura);

- Aquecimento do enrolamento de campo (corrente máxima de campo);

- Potência da turbina;

- Estabilidade;

- Excitação mínima e máxima.

2.4.1 Limite de Aquecimento da Armadura:

A corrente de armadura I provoca aquecimento dos enrolamentos por perdas ôhmicas por fase.

Calculadas como mostra a Equação 2.6:

P = R

(2.6)

Onde:

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

. = resistência da armadura, por fase.

Nos enrolamentos da armadura a reatância síncrona tem magnitude maior do que a

resistência elétrica, porém a resistência é a responsável pelo aquecimento dos enrolamentos. Ela

pode ser responsável pela limitação da potência máxima fornecida em algumas situações de

operação.

Na Figura 2.6 é mostrado um exemplo da influência do limite de aquecimento na

potência ativa máxima fornecida pela máquina. Considerando uma máquina conectada a uma

barra infinita com tensão Vt, a corrente de armadura é responsável pelo aquecimento da máquina

e do valor da potência aparente (MVA) fornecida pela máquina, que dependendo do angulo θ

teremos uma limitação da potência ativa fornecida pela máquina.

Figura 2.6 – Limite de aquecimento da armadura (corrente de armadura)

2.4.2 Limite de Aquecimento do Enrolamento de Campo

O enrolamento do campo alojado no rotor do gerador síncrono pode sofrer aquecimento devido

às perdas ôhmicas por fase dada pela Equação (2.7):

P = R

(2.7)

Onde

= resistência do enrolamento de campo;

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

= corrente de campo.

O limite de aquecimento do enrolamento de campo aparece na Figura 2.7 como

um segmento de circunferência com centro no ponto O´ e raio

E.V

, onde E

é a força

eletromotriz produzida pela corrente de campo (valor correspondente à máxima corrente de

campo) , V

é tensão da barra infinita na qual está conectado o gerador e X

é a reatância da

armadura.

Figura 2.7 - Limite de aquecimento do enrolamento de campo (corrente de campo máxima)

2.4.3 Limite de Potência da Turbina.

Existe uma limitação imposta sobre a potência que o gerador pode receber da turbina. A potência

mecânica que a turbina fornece ao eixo da máquina síncrona é dada por:

mec

= T.ω

(2.8)

Onde:

T = torque; ω

= velocidade angular mecânica =

, onde f é a freqüência e p o

número de pares de pólos da máquina.

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Na Figura 2.8 mostra esse limite na forma de um valor máximo de potência ativa gerada

pela máquina. Dependendo das características da máquina, esse limite pode ser mais ou menos

restritivo que o limite imposto pelo aquecimento da armadura. No exemplo da figura o limite está

mais restritivo.

O limite de potência de turbina só afeta a potência ativa, pois a energia líquida associada

à potencia reativa é nula. A energia elétrica fornecida ao sistema é igual à energia mecânica

fornecida ao eixo, descontadas as perdas.

Figura 2.8 – Limite de potência na turbina

2.4.4 Limite de Estabilidade

O limite de estabilidade é imposto pelo ângulo de potência máximo permitido, δ

max

. Este tipo de

limite está ilustrado na Figura 2.9 para duas situações distintas: ponto O´ dentro da região viável

de aquecimento da armadura e fora dessa região. Nos dois casos, o limite de δ

max

= 2

aparece

como uma linha vertical, sendo que, no caso de O´ ficar fora da região de aquecimento viável, o

limite de estabilidade é inoperante. A Figura 2.9 seguir também indica outras situações nas quais

os limites de estabilidade são impostos na forma de uma margem angular em relação ao ângulo

máximo teórico ( 2

(MW)

(MVAr)

pri

max

(MW)

(MVAr)

pri

max

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Figura 2.9 – Limite de estabilidade imposto como valor máximo do ângulo de potência (margem

angular).

Nesses casos, o ângulo máximo varia com o nível de excitação do gerador: quanto

menor a excitação, menor o ângulo possível.

A curva P – δ ilustrada na Figura 2.10, mostra que quando a excitação cai, cai a

magnitude de Ef e, portanto, cai o valor máximo de potência teórica; como a margem é

especificada em MW, isto equivale a aumentar a porcentagem da margem em relação ao pico de

potência na medida que cai a excitação.

(MW)

(MVAr)

max

margemmargem

max

(MW)

(MVAr)

max

margemmargem

max

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Figura 2.10 - Efeito da margem de estabilidade em potência no valor de δmax

2.4.5 Limite de Excitação Mínima

A diminuição contínua da corrente de excitação if nos levará a um ponto no qual o valor de pico

correspondente à

se igualará à própria margem imposta, e curva P – δ passa a coincidir com

o eixo da abscissas (capacidade de geração nula). Isto indica que existe uma limitação adicional

que deve ser imposta ao valor da corrente de excitação. Na figura 2.11 no gráfico da potência

(P,Q) mostra-se os lugares geométricos das correntes if.

pico

margem

max

pico

max

π / 2 π

pico

margem

max

pico

max

π / 2 π

Figura 2.11 – Limite mínimo de excitação.

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Levando em conta todas as limitações possíveis na carta de capabilidade dos geradores

os a seguinte curva final:

síncronos terem

encontram

2.5

O comp as de

tensão, de form e

Absorve Fornece

Figura 2.12 – Curva de capabilidade de geração.

Os geradores do sistema em estudo foram ensaiados e suas curvas de capabilidade se

nos anexos A, B, C e D.

Compensador Síncrono

ensador é uma máquina síncrona que é utilizada para compensar variações lent

a a atender o que se procura em um sistema transmissão, ou seja, a possibilidad

de entregar para consumo a máxima potência ativa possível sob um valor nominal de tensão.

reativo reativo

MVAr

Corrente máxima de

armadura (aquecimento)

Limite de

estabilidade

Excitação mínima

Limite de potência

(fonte primária)

Corrente máxima de

armadura (aquecimento)

Excitação máxima

(aquecimento)

Região viável

MVAr

Corrente máxima de

armadura (aquecimento)

Limite de

estabilidade

Excitação mínima

Limite de potência

(fonte primária)

Corrente máxima de

armadura (aquecimento)

Excitação máxima

(aquecimento)

Região viável

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Se mantivermos um gerador síncrono ligado ao sistema e deixássemos de fornecer água

à sua turbina, este gerador funcionaria como um motor síncrono. Nesta condição, poderíamos

atuar na regulação de tensão e observaríamos que mesmo sobreexcitando ou subexcitando o

gerador,

dade de variação de sua tensão terminal. A máquina síncrona não

funciona

os de consumo, o

compens

orme

exigido p

ão nos pontos de consumo.

ele continuaria girando por estar sincronizado ao sistema. Isto ocorre porque a máquina

síncrona tem excitação própria que independe do sistema e ficando conectada a este operando

como motor ou como gerador.

A máquina síncrona estaria, portanto, girando a vazio, consumindo do sistema uma

potência suficiente para vencer as suas perdas internas (atrito, ventilação, aquecimento, etc.) e

que ainda ofereceria a possibili

ria mais um gerador síncrono, mas como um “compensador síncrono”.

Desta forma, o compensador síncrono consome uma certa potência ativa do sistema e

através da variação de sua excitação pode fornecer ou absorver potência reativa do sistema.

Em situações de carga pesada, quando a tensão tende a baixar nos pont

ador pode ser sobre-excitado fornecendo-se energia reativa na medida necessária, pela

variação suave de seu sistema de excitação, e fazendo com que a tensão se eleve conf

elo sistema.

Na situação de carga leve em que a tensão tende a aumentar devido ao efeito capacitivo

das linhas de transmissão, o compensador deverá ser sub-excitado, absorvendo energia reativa e

assim reduzindo a tens

É importante ressaltar algumas das vantagens que estes compensadores trazem à

operação do sistema:

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

1 - Maior disponibilidade de potência ativa dos geradores, para atendimento das cargas.

Isto ocorre porque para manter a tensão do consumidor no valor nominal em horas de ponta de

carga, os geradores ao trabalharem com tensões mais elevadas estarão gerando potência reativa

além da potência ativa necessária. Quando o gerador gera potência ativa junto com uma grande

quantidade de potência reativa, seu fator de potência é baixo, ou seja, para os mesmos MVA de

potência do gerador, menor será a potência ativa disponível;

2 – Evita que os geradores trabalhem com tensão de geração próxima de seus valores

limites e evita variação constante nos tap´s dos transformadores elevadores equipados com

modificação automática de tap´s sob carga;

3 – Reduz o número de manobras com reatores ou manobras de linhas de transmissão

quando estas são necessárias para corrigir o valor de tensão;

4 – Facilidade de ajuste de tensão. Apenas com o ajuste da excitação do compensador

síncrono, em uma atuação bastante simples e rápida, evita-se uma série de outras manobras, que

seriam necessárias, para se conseguir o mesmo efeito e que envolveriam mais equipamentos,

maior comunicação entre unidades, maior tempo e conseqüentemente maior probabilidade de

falhas.

2.6 Curva V de um motor síncrono

A curva V de um motor síncrono, apresentada na Figura 2.13, mostra a relação entre a corrente

de armadura e a corrente de campo para uma tensão terminal constante e com uma carga

constante no eixo. Para potência de saída constante, a corrente de armadura é, naturalmente,

mínima com fator de potência unitário, e aumenta conforme o fator de potência decresce. As

linhas tracejadas correspondem aos pontos de fator de potência constante. Elas são as curvas

compostas para o motor síncrono, mostrando como a corrente de campo deve ser alterada

conforme a variação da carga, a fim de manter o fator de potência constante [6].

Capítulo II – Teoria dos Componentes do Sistema

Na Figura 2.13 nota-se também que a vazio, a corrente de armadura para o fator

potência unitário não é nula, mas tem um pequeno valor de corrente de armadura CA por fase,

que é necessária para produzir um torque que equilibra as perdas rotacionais. Conforme se

aumenta a carga, não apenas cresce a corrente de armadura, mas também é necessário que se

aumente a excitação para levar a corrente de armadura novamente a uma posição de defasamento

nulo em relação à tensão do barramento, por fase, V

As curvas possuem um certo deslocamento para a direita conforme o aumento de carga,

de modo que seja fornecida a excitação necessária para se obter o mesmo ângulo de fase para

uma carga maior. Assim, as curvas V representam os diagramas fasoriais, e vice - versa, para

diferentes condições de carga e de fator de potência.

Na curva é mostrado também que com a variação da corrente de excitação, pode-se

variar o ângulo de potência do motor, absorvendo ou fornecendo reativo à rede em que ele está

ligado.

As unidades reversíveis da usina elevatória de Pedreira foram ensaiadas e suas curvas V

se encontram no anexo A.

Figura 2.13 - Curva V de um motor síncrono.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

CAPÍTULO III – O SISTEMA ELÉTRICO

3.1 O Sistema Elétrico em Estudo

O sistema elétrico em estudo, mostrado em detalhes nas Figuras 3.1 e 3.2, refere-se a área VI do

Estado de São Paulo que atende parte do principal centro consumidor do país, abrangendo parte

da cidade de São Paulo, parte do litoral de São Paulo compreendendo as cidades de Santos, Praia

Grande, Cubatão e São Vicente.

Figura 3.1 – Localização da região em estudo.

Empresas de eletricidade que fazem parte do sistema: EMAE – Empresa Metropolitana

de Águas e Energia S.A. (geração de energia elétrica), AES Eletropaulo S.A. (distribuidora de

P. PRIMAVERA

ROSANA

F. PAULISTA

V. PARAÍSO

N. AV.

VOTUPORANGA

S. J. R. PRETO

CATANDUVA I E II

PROMISSÃO

IBITINGA

R. PRETO

BARIRI

BAURÚ

TAQUARUÇÚ

CAPIVARA

ASSIS

OESTE

C. PAULISTA

E. SOUZA

STA BARBARA

C. BONITO

S. GRANDE

CHAVANTES

ITAIPU

JURUMIRIM

ITABERÁ

B. BONITA

SUMARÉ

CAMPINAS

B. JARDIM

TAUBATÉ

APARECIDA

STA CAB.

CABREUVA

BOTUCATU

JUPIÁ

JALES

P. COLÔMBIA

V. GRANDE

M. MORAES

LIMOEIRO

E. CUNHA

CACONDE

P. CALDAS

FUNIL

ANGRA I

ANGRA II

N. PEÇANHA

JAGUARA

L. C. BARRETO

A. VERMELHA

S. SIMÃO

MARIMBONDO

T. IRMÃOS

I. SOLTEIRA

P. PRUDENTE

ARARAQUARA

M. MIRIM 3

DETALHE

(NOV/01 )

LEGENDA:

USINA TÉRMICA

ELO C.C.

750 kV

500 kV

440 kV

345 kV

230 kV

138 kV

69 kV

USINA HIDRELÉTRICA

SUBESTAÇÃO

P. PRIMAVERA

ROSANA

F. PAULISTA

V. PARAÍSO

N. AV.

VOTUPORANGA

S. J. R. PRETO

CATANDUVA I E II

PROMISSÃO

IBITINGA

R. PRETO

BARIRI

BAURÚ

TAQUARUÇÚ

CAPIVARA

ASSIS

OESTE

C. PAULISTA

E. SOUZA

STA BARBARA

C. BONITO

S. GRANDE

CHAVANTES

ITAIPU

JURUMIRIM

ITABERÁ

B. BONITA

SUMARÉ

CAMPINAS

B. JARDIM

TAUBATÉ

APARECIDA

STA CAB.

CABREUVA

BOTUCATU

JUPIÁ

JALES

P. COLÔMBIA

V. GRANDE

M. MORAES

LIMOEIRO

E. CUNHA

CACONDE

P. CALDAS

FUNIL

ANGRA I

ANGRA II

N. PEÇANHA

JAGUARA

L. C. BARRETO

A. VERMELHA

S. SIMÃO

MARIMBONDO

T. IRMÃOS

I. SOLTEIRA

P. PRUDENTE

ARARAQUARA

M. MIRIM 3

DETALHE

(NOV/01 )

P. PRIMAVERA

ROSANA

F. PAULISTA

V. PARAÍSO

N. AV.

VOTUPORANGA

S. J. R. PRETO

CATANDUVA I E II

PROMISSÃO

IBITINGA

R. PRETO

BARIRI

BAURÚ

TAQUARUÇÚ

CAPIVARA

ASSIS

OESTE

C. PAULISTA

E. SOUZA

STA BARBARA

C. BONITO

S. GRANDE

CHAVANTES

ITAIPU

JURUMIRIM

ITABERÁ

B. BONITA

SUMARÉ

CAMPINAS

B. JARDIM

TAUBATÉ

APARECIDA

STA CAB.

CABREUVA

BOTUCATU

JUPIÁ

JALES

P. COLÔMBIA

V. GRANDE

M. MORAES

LIMOEIRO

E. CUNHA

CACONDE

P. CALDAS

FUNIL

ANGRA I

ANGRA II

N. PEÇANHA

JAGUARA

L. C. BARRETO

A. VERMELHA

S. SIMÃO

MARIMBONDO

T. IRMÃOS

I. SOLTEIRA

P. PRUDENTE

ARARAQUARA

M. MIRIM 3

DETALHE

(NOV/01 )

LEGENDA:

USINA TÉRMICA

ELO C.C.

750 kV

500 kV

440 kV

345 kV

230 kV

138 kV

69 kV

USINA HIDRELÉTRICA

SUBESTAÇÃO

LEGENDA:

USINA TÉRMICA

ELO C.C.

750 kV

500 kV

440 kV

345 kV

230 kV

138 kV

69 kV

USINA HIDRELÉTRICA

SUBESTAÇÃO

Capítulo III – O Sistema Elétrico

energia elétrica), CTEEP - Companhia Paulista de transmissão de energia elétrica S.A., CPFL

Piratininga S.A. (distribuidora de energia elétrica) e FURNAS Centrais Elétricas S.A. (geradora e

transmissora de energia elétrica).

Figura 3.2 – Detalhe da região em estudo.

Historicamente, esse sistema foi importante no século passado, sendo responsável pelo

desenvolvimento industrial da região. Neste sistema encontram-se o complexo gerador Henry

Borden e a Usina Termoelétrica Piratininga que são considerados marcos históricos devido à sua

grandeza e aos desafios tecnológicos da época, sendo sem dúvida a obra mais importante na área

para o desenvolvimento industrial do país.

Com o passar do tempo e com a forte industrialização da área teve-se um grande

aumento nas cargas da região, sendo necessário a construção de diversas subestações

transformadoras de transmissão e de distribuição e de linhas de transmissão. Hoje esse sistema

teve o incremento de geração de grandes usinas geradoras como: Ilha Solteira, Três Irmãos,

DETALHE

ITAPETI

MOGI (FU)

MOGI (ELP)

S. ANGELO

NORTE

NORDESTE

PARAIBUNA

S. J. CAMPOS

P/ TAUBATÉ

T. BAIXADA

SUL

H. BORDEN

INTERLAGOS

XAVANTES

BANDEIRANTES

GUARULHOS

TIJUCO PRETO

LESTE

P/ C. PAULISTA

P/ TAUBATÉ

P/ ITABERÁ

(JUN/01 )

P/ BAURU

P/ OESTE

CABREUVA

E.SOUZA

PIRITUBA

CENTRO

P/ FOZ

P/ CAMPINAS

P/ P. CALDAS

P/ B. JARDIM

P/ M. MIRIM 3

P/ ARARAQUARA

PIRATININGA

EMBUGUAÇU

IBIÚNA

ANHANGUERA

M. FORNASARO

UHE Henry

Borden

UE Pedreira

DETALHE

ITAPETI

MOGI (FU)

MOGI (ELP)

S. ANGELO

NORTE

NORDESTE

PARAIBUNA

S. J. CAMPOS

P/ TAUBATÉ

T. BAIXADA

SUL

H. BORDEN

INTERLAGOS

XAVANTES

BANDEIRANTES

GUARULHOS

TIJUCO PRETO

LESTE

P/ C. PAULISTA

P/ TAUBATÉ

P/ ITABERÁ

(JUN/01 )

P/ BAURU

P/ OESTE

CABREUVA

E.SOUZA

PIRITUBA

CENTRO

P/ FOZ

P/ CAMPINAS

P/ P. CALDAS

P/ B. JARDIM

P/ M. MIRIM 3

P/ ARARAQUARA

PIRATININGA

EMBUGUAÇU

IBIÚNA

ANHANGUERA

M. FORNASARO

UHE Henry

Borden

UE Pedreira

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Itaipu, dentre outras. Energia essa que chega através de linhas de transmissão de extra-alta tensão

em corrente alternada e/ou em corrente contínua. O diagrama elétrico da região estudada é

mostrado na Figura 3.3.

Figura 3.3 – Diagrama elétrico da região estudada

Capítulo III – O Sistema Elétrico

O sistema conta hoje com diversos níveis de tensão, e para o seu controle utiliza-se:

bancos de capacitores, indutores e compensadores síncronos dispostos estrategicamente em

algumas subestações.

Nas subestações de 88kV Piratininga e Baixada Santista encontram-se bancos de

capacitores de 28,8MVAr e 126MVAr. Nas subestações de 345kV Ibiúna e Tijuco Preto estão

instalados bancos de 1200MVAr e 800MVAr.

Além dos dispositivos acima citados, o sistema possui usinas que ficaram praticamente

no centro de carga. Através da geração de potência reativa em seus geradores é possível controlar

as tensões nas barras de 88kV e 230kV. Pode-se citar o caso da Usina Hidroelétrica de Henry

Borden, que por problemas ambientais e do baixo nível em seu reservatório, tem gerado mais

reativo do que ativo.

Nesse sistema encontram-se as usinas elevatórias de Traição (UET) e de Pedreira (UEP)

que tem a função de inverter o fluxo normal das águas do rio Pinheiros, para seu bombeamento

na Represa Billings e para aproveitamento na usina de Henry Borden. Hoje, por motivos

ambientais, esse bombeamento é restritivo, só sendo permitido em caso de chuvas fortes para

controle de cheias.

Os aumentos das cargas e das linhas de interligação, nesse sistema, resultaram também

em um aumento do nível de corrente de curto circuito, o que obriga o sistema a operar com certas

restrições. Outra característica é que existem algumas linhas antigas com alto valor de

impedância quando da sua construção e devido a sua manutenção, como é o caso das linhas de

88kV entre as ETU Henry Borden e Pedreira, as quais alimentam as ETD´s Varginha, Rio Bonito

e Imigrantes.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

As cargas alimentadas pelo sistema possuem ainda características sazonais, devido à

variedade das regiões que nela se encontram como, capital e litoral e também pelas suas

características: industrial, residencial e comercial.

3.2 Linhas de Transmissão do Sistema

As linhas de transmissão do sistema em estudo possuem diversos níveis de tensão, desde 88kV a

440kV e seus parâmetros variam muito devido aos seus comprimentos e a época que foram

projetadas e construídas. O sistema se caracteriza pela presença de um grande número de linhas

curtas entre as subestações. Na Tabela 3.1 são apresentados os parâmetros das linhas de

transmissão.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Tabela 3.1 – Valores dos parâmetros das linhas.

Capacidade

(MVA)

Nº

Nome

Tensão

(kV)

Impedância (Z%)

Comp.

(m)

Normal Emerg.

1 Henry Borden - Piratininga 230 Z = 0,61 + j 3,01 B = 5,54 33067 311 311

2 Henry Borden – Baixada C1 230 Z = 0,05 + j 0,43 B = 1,318 6318 637 637

3 H. Borden – Carbocloro 230 230 Z = 0,01 + j 0,10 B = 0,321 1516 637 637

4 Piratininga – Interlagos C1 230 Z = 0,02 + j 0,13 B = 0,29 1516 478 478

5 Piratininga – Interlagos C2 230 Z = 0,02 + j 0,13 B = 0,29 1516 478 478

6 Ibiúna – Interlagos C1 345 Z = 0,61 + j 3,01 B = 5,54 61023 2020 2627

7 Ibiúna – Interlagos C2 345 Z = 0,61 + j 3,01 B = 5,54 61023 2020 2627

8 Ibiúna – Tijuco Preto C1 345 Z = 0,61 + j 3,01 B = 5,54 97000 1149 1149

9 Ibiúna – Tijuco Preto C2 345 Z = 0,61 + j 3,01 B = 5,54 97000 1149 1149

10 Embu-Guaçu – Baixada 345 Z = 0,61 + j 3,01 B = 5,54 46396 895 895

11 Embu-Guaçu – Sul 345 Z = 0,61 + j 3,01 B = 5,54 55035 895 895

12 Embu-Guaçu – Santo Ângelo 440 Z = 0,61 + j 3,01 B = 5,54 74650 1522 1522

13 Interlagos – Embu-Guaçu C1 345 Z = 0,07 + j 0,70 B = 12,166 22446 895 895

14 Interlagos – Embu-Guaçu C2 345 Z = 0,07 + j 0,70 B = 12,166 22446 895 895

15 Henry Borden - Carbocloro88 88 Z = 0,42 + j 1,52 B = 0 2643 118 118

16 Carbocloro88 - Baixada C4 88 Z = 0,01 + j 0,07 B = 0,007 2643 236 236

17 Henry Borden - Baixada C3 88 Z = 0,84 + j 3,04 B = 0 5286 118 118

18 Henry Borden - Baixada C2 88 Z = 0,66 + j 3,01 B = 0 5286 118 118

19 Henry Borden - Baixada C1 88 Z = 0,66 + j 3,01 B = 0 5286 118 118

20 Baixada – Sul 345 Z = 0,08 + j 0,78 B = 11,503 21275 1076 1076

21 Baixada – T. Preto C1 345 Z = 0,08 + j 0,86 B = 12,56 26503 912 1195

22 Baixada – T. Preto C2 345 Z = 0,08 + j 0,81 B = 12,56 26503 1184 1195

23 T. Preto – Itapeti C1 345 Z = 0,07 + j 0,66 B = 12,85 21416 1184 1195

24 T. Preto – Itapeti C2 345 Z = 0,07 + j 0,66 B = 12,85 21416 1184 1195

25 Itapeti – S. Ângelo C1 345 Z = 0,04 + j 0,41 B = 7,15 13255 895 895

26 Itapeti – S. Ângelo C2 345 Z = 0,04 + j 0,41 B = 7,15 13255 895 895

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Tabela 3.1 – Valores dos parâmetros das linhas (continuação).

Os parâmetros constantes nas tabelas foram obtidos do programa

Anarede do ONS (base

100MVA e tensão 138kV).

3.3 Transformadores do Sistema

Na Tabela 3.2 são mostrados os dados dos transformadores de interligação do sistema.

Capacidade

(MVA)

Nº

Nome

Tensão

(kV)

Impedância (Z%)

Comp.

(m)

Normal Emerg.

27 Baixada – Tijuco Preto C3 345 Z = 0,08 + j 0,81 B = 12,56 26503 1184 1195

28 Embu Guaçu – Cabreuva 440 Z = 0,09 + j 1,22 B = 73,50 73980 1524 1829

29 Bom Jardim – Cabreuva 440 Z = 0,03 + j 0,38 B = 23,71 23720 1522 1522

30 Bom Jardim – S. Ângelo 440 Z = 0,01 + j 0,10 B = 0,321 119210 637 637

31 Carbocloro230 – Baixada 230 Z = 0,04 + j 0,33 B = 0,997 4801 637 637

32 H. Borden – Pedreira C1 88 Z = 4,48 + j 24,71 B = 0 42488 137 137

33 H. Borden – Pedreira C2 88 Z = 4,48 + j 24,71 B = 0 42488 137 137

34 Piratininga – Pedreira 88 Z = 0,04 + j 0,21 B = 0 554 180 180

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Tabela 3.2 – Características dos transformadores do sistema.

Tipo Barras

Potência

nominal

(MVA)

Tensão

(KV)

TAP´s

(PU)

Reatância

Capacidade

Emergência

(MVA)

Transformador 484-485 100 230/88 0,88 a 1,12 16,08% 100

Transformador 484-485 100 230/88 0,88 a 1,12 16,13% 100

Transformador 484-485 100 230/88 0,88 a 1,12 16,25% 100

Transformador 484-485 100 230/88 0,88 a 1,12 15,99% 100

Auto transformador 488-489 500 345/230 1,00 1,59% 500

Auto transformador 581-582 750 440/345 0,97 0,72% 900

Auto transformador 581-582 750 440/345 0,97 0,71% 900

Auto transformador 471-472 500 345/230 1,00 1,59% 500

Transformador 471-473 400 345/88 0,874 a 1,128 5,58% 436

Transformador 471-473 400 345/88 0,874 a 1,128 5,63% 436

Auto transformador 593-594 750 440/345 1,00 0,72% 750

Auto transformador 593-594 750 440/345 1,00 0,71% 750

Obs: O tap usual varia conforme a característica da carga (leve, média e pesada) e com

o período do ano.

3. 4 Compensadores Síncronos

O sistema em estudo possui quatro compensadores síncronos distribuídos estrategicamente e tem

a função de ajuste da tensão da região, com atuação nas barras de 440kV e 345kV. Estes

compensadores síncronos são descritos a seguir.

3.4.1 Compensador síncrono de Ibiúna

É composto por quatro máquinas síncronas, podendo produzir um total de potência reativa de -

1080 MVAr a + 1200 MVAr. Sua tensão de saída é de 20kV, ligado através de um

transformador, conectado à Subestação de Ibiúna de 345kV.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Este compensador é responsável pelo ajuste de tensão na entrada da energia proveniente

do elo de corrente contínua de Itaipu e mantém a tensão nos seguintes patamares: carga pesada e

média de 354 a 362kV, carga leve de 335 a 348kV.

O compensador síncrono de Ibiúna trabalha com o máximo de folga possível, pois

torna-se imprecindível para evitar um colapso de tensão, caso haja perda de um bipolo do elo de

corrente contínua.

3.4.2 Compensador síncrono de Embú-Guaçú

Esta máquina é acionada por um motor assíncrono de 500kW, de rotor bobinado, montado no

mesmo eixo do compensador e que o aciona até próximo da velocidade de sincronismo. Este

compensador síncrono pode produzir potência reativa de -175 MVAr a + 250 MVAr, sua tensão

de saída é de 16kV, ligado através de um transformador e conectado à Subestação de Embú-

Guaçú de 440kV.

O compensador síncrono de Embú-Guaçú tem a função de controlar a tensão na barra nº

582 – Embú-Guaçú de 345kV nos seguintes patamares: carga pesada e média de 354 a 362kV,

carga leve de 335 a 348kV.

3.4.3 Compensador síncrono de Tijuco Preto

Pode produzir uma variação de potência reativa de - 180 MVAr a + 300 MVAr. Sua tensão de

saída é de 20kV, ligado através de um transformador, conectado à Subestação de Tijuco Preto de

345kV.

Ele é responsável pelo ajuste da tensão na entrada da energia proveniente das linhas de

750kV de Itaipu e mantém a tensão na barra nº 78 Tijuco Preto 345kV, nos patamares de carga

pesada e média de 354 a 362kV e carga leve de 335 a 348kV.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

3.4.4 Compensador síncrono de Santo Ângelo

Acionado por um motor assíncrono de 500kW, de rotor bobinado, montado no mesmo eixo do

compensador e que o aciona até próximo da velocidade de sincronismo. Pode variar a potência

reativa de - 175 MVAr a + 250 MVAr, sua tensão de saída é de 16kV, ligado através de um

transformador, conectado à Subestação de Santo Ângelo de 440kV.

Este compensador síncrono tem a função de controlar a tensão na barra nº 449 – Santo

Ângelo de 345kV nos seguintes patamares de carga pesada e média de 354 a 362kV e carga leve

de 335 a 348kV.

3.5 Usinas do Sistema:

No sistema em estudo encontra-se o complexo gerador de Henry Borden, as usinas termoelétricas

Piratininga e Nova Piratininga e as usinas elevatórias de Pedreira e Traição. Estas usinas são

detalhadas a seguir.

3.5.1 Usina Henry Borden

O projeto original para o aproveitamento hidráulico da Usina Henry Borden, idealizado pelo

Engenheiro Billings, resultou na formação do Reservatório Billings, localizado no planalto, com

capacidade de 1,2 x 10

e com área inundada de 127,1 km

Este grande lago artificial é depositário das mais elevadas taxas de precipitações

pluviométricas e também das águas captadas da bacia do Rio Tietê.

A barragem principal, localizada junta à Estação Elevatória de Pedreira, tem 1.500

metros de comprimento e 25 metros de altura.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

As águas da Bacia do Rio Tietê são lançadas no Reservatório Billings, através do Canal

do Rio Pinheiros, sendo este formado pelas águas dos Rios Guarapiranga e Grande, cujo curso foi

invertido e recebe as águas do Tietê na Estrutura de Retiro. Um sistema de comportas construído

na confluência dos Rios Tietê e Pinheiros destinam-se a controlar a passagem das águas e reter

detritos e vegetação aquática na entrada do canal.

A vazão de águas do Rio Tietê é bombeada para o Reservatório Billings primeiramente

na Estação Elevatória de Traição a um nível 5 metros mais alto. De Traição, as águas escoam até

a Estação Elevatória de Pedreira onde são elevadas em mais 25 metros e lançadas no

Reservatório Billings.

Do Reservatório Billings as águas são encaminhadas por gravidade ao Reservatório do

Rio das Pedras, através de um canal a céu aberto de 1.800 metros de comprimento e por 8,5

metros de profundidade, onde estão localizadas as tomadas d'água para as duas seções da Usina

Henry Borden. A passagem das águas do Reservatório Billings para o Reservatório Rio das

Pedras é feito através da Barragem Reguladora Billings-Pedras.

O Reservatório do Rio das Pedras possui 30 km

de área e volume d'água de 33.10

na conta máxima de 728,50 metros. Junto a um dos braços do Reservatório do Rio das Pedras fica

instalada a Barragem do Rio das Pedras, com estrutura em arco de gravidade com 173 metros de

comprimento e 35 metros de largura. Possui 03 (três) comportas deslizantes, tipo gaveta, com

capacidade de descarga de 75,24 m

na cota máxima de 728,50 m.

O projeto hidroelétrico Henry Borden da EMAE consiste de duas Usinas: Uma usina

Externa e de uma usina Subterrânea com alta queda, aproximadamente 728 metros, com alta

eficiência energética sendo que 1 m

/s turbinado gera 5,654MW.

No reservatório Billings encontra-se o sistema de captação de água pela SABESP, para

tratamento e consumo da população da cidade de São Paulo. Este sistema captação de água não

Capítulo III – O Sistema Elétrico

permite que o nível da represa possa ficar em níveis baixos, o que limita algumas vezes a geração

da usina de Henry Borden.

3.5.1.1 - Usina Externa

É composta por oito unidades geradoras, com capacidade instalada total de 469 MW. Cada

unidade geradora é constituída por duas turbinas tipo Pelton, cada uma acionada por um injetor,

montados nas extremidades de um eixo horizontal, com gerador ao centro.

Os oitos geradores são do tipo eixo horizontal assentado sobre dois mancais, tendo no

rotor 20 bobinas-pólos. As características destes geradores são apresentadas na Tabela 3.3.

Tabela 3.3 - Características dos geradores da UHB Externa

Unidade Fabricante Potência Tensão

Fator de

Potência

Xd X´d X”d

01 GECO 47MVA 11kV 0,85 140% 55% 35,01%

02 GECO 33MVA 11kV 0,85 100% 30% 24,59%

03 GECO 72MVA 11kV 0,85 91,1% 40,8% 20,02%

04 GECO 76MVA 11kV 0,85 151% 45% 27,85%

05 GECO 72MVA 11kV 0,85 91,1% 40,8% 20,02%

06 GECO 76MVA 11kV 0,85 150% 43% 27,85%

07 GECO 72MVA 11kV 0,85 91,1% 40,8% 20,02%

08 GECO 72MVA 11kV 0,85 91,1% 40,8% 20,02%

As unidades geradoras nº 1 a 7 geram em seus terminais uma tensão de 11kV e os

transformadores a elevam para a tensão de 88kV, suprindo os barramentos Norte e Sul de 88kV

da ETU Henry Borden 88kV, onde estão instaladas 16 linhas de transmissão das empresas: AES -

Eletropaulo, CPFL – Companhia Paulista de Força e Luz e CTEEP – Companhia de Transmissão

de Energia Elétrica Paulista e uma linha de interligação do sistema de 88kV com o de 230kV. A

unidade geradora nº 8 pode der conectada ao sistema de 230kV ou 88kV, atualmente encontra-se

ligada ao sistema de 230kV, devido ao nível de corrente de curto circuito na região.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

3.5.1.2 Usina Subterrânea

A planta consiste de 6 turbinas hidráulicas do tipo Pelton, de eixo vertical com uma roda integral

de aço inoxidável, com 4 injetores cada e potência nominal de 70 MW. A rotação nominal das

máquinas é de 450 rpm e a queda bruta é igual a 718 m. As turbinas das unidades geradoras nº11

a 14 são de fabricação da empresa Dominion Engineering e o das unidades nº15 e 16 são da

Allis-Chalmers.

Os geradores 11 a 14 são de fabricação General Eletric e os 15 e 16 Westinghouse,

ligados por meio de eixo próprio ao eixo da turbina com capacidade de 70 MW cada um, tensão

de saída 13,8kV com enrolamento em estrela aterrado no estator, possuindo 240 bobinas

distribuídas em 2 circuitos por fase ligados em paralelo. O enrolamento do rotor consiste de 16

bobinas pólos. As características dos geradores são mostradas na Tabela 3.4.

Tabela 3.4 - Características dos geradores da UHB Subterrânea

Unidade Potência Tensão

Fator de

Potência

Xd Xq X´d X”d

11 75MVA 13,8kV 0,85 108% 62% 25,5% 17,4%

12 75MVA 13,8kV 0,85 108% 62% 25,5% 17,4%

13 75MVA 13,8kV 0,85 108% 62% 25,5% 17,4%

14 75MVA 13,8kV 0,85 108% 62% 25,5% 17,4%

15 75MVA 13,8kV 0,85 100% 60% 26,2% 18%

16 75MVA 13,8kV 0,85 100% 60% 26,2% 18%

A tensão gerada em 13,8kV é elevada através de transformadores trifásicos de

fabricação da General Electric, capacidade nominal de 75 MVA em 230kV.

Toda energia gerada por estes geradores é transmitida através de cabos conectados a

uma estação convencional de superfície, suprindo os barramentos leste e oeste de 230kV, onde

derivam-se 3 linhas de transmissão da empresa CTEEP, sendo que uma interliga a ETU Henry

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Borden 230kV a SE Piratininga 230kV e duas que interligam a ETU Henry Borden a SE Baixada

Santista 230kV, e mais uma linha de interligação entre a ETU HB-230kV e o Anel de 230kV.

3.5.2 Usina Termoelétrica Piratininga

A Usina Termoelétrica Piratininga foi construída nas margens do Canal Pinheiros, próximo ao

Reservatório Billings e possui 4 unidades geradoras, duas destas unidades têm tensão de saída de

13,2kV que é transformada para 88kV através de um banco de transformadores com ligação

triângulo / estrela, que é conectada ao barramento de 88kV da SE Piratininga. As outras duas

unidades têm tensão de saída de 14,4kV que é transformada para 230kV através de um banco de

transformadores com ligação triângulo / estrela, que é conectado ao barramento de 230kV da SE

Piratininga.

As unidades 1 e 2, que estão conectadas ao 88kV, possuem potência de 100MW cada.

As unidades 3 e 4, que estão conectadas no 230kV, possuem potência de 136MW cada.

As turbinas são a vapor e originalmente utilizavam óleo como combustível. Devido a

restrições ambientais, atualmente utilizam o gás natural. Em janeiro de 2001 foi instituído um

consórcio com a Petrobrás para que as duas empresas executem a implantação de quatro turbinas

a gás em ciclo combinado, aumentando a capacidade de geração.

As unidades nº 1 e 2 utilizam o ciclo Rankine regenerativo sem reaquecimento. As

unidades nº 3 e 4 operam segundo o mesmo ciclo, porém com reaquecimento.

Os dados técnicos da Usina Termoelétrica Piratininga são apresentados nas tabelas 3.5 e

3.6.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Tabela 3.5 – Características das turbinas da Usina Termoelétrica Piratininga.

Nº ITENS TURBINAS Nº 1 E 2 TURBINAS Nº 3 E 4 Unidades

1 Fabricante General Eletric Co. General Eletric Co.

2 Tipo

Condensação com

sangrias

Condensação com

sangrias e

reaquecimento

Turbina 1 Turbina 2 Turbina 3 Turbina 4

3 N° de série

99.692 99.693 118.393 118.394

4 Ano de instalação 1954 1960 -

5 Potência nominal 100 125 MW

6 Potência max. contínua garantida 100 136 MW

Nº ITENS TURBINAS Nº 1 E 2 TURBINAS Nº 3 E 4 Unidades

7 Pressão de vapor principal 59,8 126,6 atm. ef.

8 Pressão de vapor reaquecido - 33,4 atm. ef.

9 Temperatura de vapor principal 496,1 537,8 ºC

Temperatura de vapor

reaquecido

- 537,8 ºC

11 Pressão de exaustão (absoluta) 0,052 0,069 atm

12 Rotação 1.800 3.600 rpm

13 Nº de estágios 17 19 -

14 Nº de estágios 5 5 -

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Tabela 3.6 – Características dos geradores da Usina Termoelétrica Piratininga.

Nº ITENS GERADORES Nº 1 E 2 GERADORES Nº 3 E 4

1 Fabricante General Eletric Co. General Eletric Co.

2 Tipo ATB ATB

Gerador 1 Gerador 2 Gerador 3 Gerador 4

3 N° de série

6.198.174 6.198.175 8.287.047 8.287.048

4 Ano de instalação 1954 1960

5 Rotação – rpm 1.800 3.600

6 N° de pólos 4 2

7 Freqüência - ciclos/segundo 60 60

8 Tensão dos terminais V 13.800 14.400

9 Tensão de Excitação V 250 375

10 Fator de potência 0,8 0,85

11 Classe de isolação B B

12 Aumento de temp. máx. - ºC 60 estator 85 rotor 50 estator 76 rotor

13 Números de fase 3 3

Parâmetros relacionados com a pressão do hidrogênio no interior do gerador

Pressão de hidrogênio - atm. 0,035 1,05 2,10 0,035 1,05 2,10

Potência aparente - KVA 100.000 115.000 125.000 128.000 147.058 160.000

Potência real – KVA 80.000 92.000 100.000 108.000 125.000 136.000

Corrente no estator - A 4.184 4.810 5.229 5.132 5.895 6.415

Corrente de excitação - A 985 1.080 1.150 806 880 934

Xd 126% 126% 166% 166%

Xq 120% 120% 155% 155%

X´d 21% 21% 24% 24%

X´q 14% 14% 11,5% 11,5%

X´´d 14% 14% 11,5% 11,5%

3.5.3 Usina Termoelétrica Nova Piratininga

A Usina Termoelétrica Nova Piratininga é composta de quatro grupos de geradores com potência

de 100MW cada, sendo que dois geradores estão ligados ao barramento de 88kV e os outros dois

Capítulo III – O Sistema Elétrico

estão ligados ao barramento de 230kV da SE Piratininga. As suas unidades geradoras utilizam

turbinas tipo explosão sendo que o combustível utilizado é o gás natural. Seus geradores geram

tensão em 13,8kV, sendo transformado para 88kV ou 230kV, através de transformadores

trifásicos, ligados aos barramentos de 88kV e 230kV da SE Piratininga.

Para um melhor aproveitamento e rendimento da usina ela foi projetada para operar em

ciclo aberto ou em ciclo combinado com a Usina Termoelétrica Piratininga, ou seja, duas

unidades da Usina Nova Piratininga alimentam, através de uma caldeira de recuperação uma

unidade da Usina Termoelétrica Piratininga, utilizando os gases de exaustão. As unidades

geradoras são do tipo turbo geradores de fabricação da Alstom.

3.5.4 Usina Elevatória de Traição

A Usina Elevatória de Traição foi inaugurada em 1940 e tem como objetivo reverter o curso das

águas dos rios Tietê e Pinheiros, para que estas águas possam ser encaminhadas à Usina

Elevatória de Pedreira e depois ao Reservatório Billings. A usina possui quatro unidades

reversíveis com potência total de 22MW. As unidades reversíveis podem funcionar como

geradoras de energia e como bomba, dotadas de turbinas com rotor tipo Kaplan de eixo vertical,

acionadas por motores síncronos. A capacidade de bombeamento é de 280m

/s, elevando as

águas em cerca de 5 metros.

Do ponto de vista energético, a reversão do rio tem como propósito manter volumes d'

água nos reservatórios do Rio das Pedras e Billings suficientes para garantir a geração na Usina

Henry Borden. Hoje a operação do sistema de reversão do Rio Pinheiros, só é acionada para o

controle das enchentes.

A Usina Elevatória de Traição não é importante, sob o ponto de vista elétrico, por não

estar no caminho do fluxo necessário de reativos. Ela está ligada a SE Bandeirantes que possui

Capítulo III – O Sistema Elétrico

um bom suporte de reativos através de bancos de capacitores podendo fornecer um total de

132,8MVAr.

3.5.5 Usina Elevatória de Pedreira

A Usina Elevatória de Pedreira, cuja localização é mostrada na Figura 3.3, foi inaugurada em

1939, com a entrada em operação da unidade 4, e foi ampliada gradativamente. A unidade 7 foi

instalada em 1986, sendo que esta unidade transferida da usina hidroelétrica Edgard de Souza, e a

unidade 8 que foi concluída em 1993.

Figura 3.4 - Foto via satélite com a localização da U.E. Pedreira.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Todas as turbinas, cujas características são mostradas na Tabela 3.7, são dotadas de

rotor tipo Francis, movidas por motores síncronos de 6,6kV. As unidades 1 a 7 operam

absorvendo ou fornecendo potência ativa para o sistema, podendo ainda funcionar como

compensadores síncronos, absorvendo ou fornecendo potência reativa, quando houver

necessidade de controlar os níveis de tensão do sistema elétrico. A unidade 8 pode operar

absorvendo potência ativa e fornecendo potência reativa.

Tabela 3.7 – Características das unidades reversíveis da Usina Elevatória Pedreira.

Unidade Potência Tensão

Fator de

Potência

Xd Xq X´d X”d

01 17,5MVA 6,6kV 0,85 102% 72% 33% 23%

02 17,5MVA 6,6kV 0,85 111% * 36% 28%

03 17,5MVA 6,6kV 0,85 111% * 36% 28%

04 6,25MVA 6,6kV 0,80 * * * *

05 16,5MVA 6,6kV 0,85 102% 72% 33% 23%

06 17,5MVA 6,6kV 0,85 102% 72% 33% 23%

07 17,5MVA 6,6kV 0,85 111% * 36% 28%

08 26,25MVA 6,6kV 0,85 80,4% 49% 23% 17%

Obs: (*) Valores não disponíveis

As águas do Canal Pinheiros passam para o Reservatório Billings através desta usina,

cuja capacidade atual de bombeamento é de 395m

/s, elevando as águas em cerca de 25 m. De

acordo com a Resolução Conjunta SMA/SES 03/92, atualizada pela Resolução SEE-SMA-

SRHSO-I, de 13/03/96, da Secretaria do Meio Ambiente, na qual diz que as águas do Canal

Pinheiros não podem mais ser bombeadas continuamente para o Reservatório Billings. Esse

bombeamento é feito somente quando as vazões provocadas pelas chuvas elevam o nível das

águas dos rios Pinheiros e Tietê, podendo provocar enchentes na região. Estas resoluções limitam

a utilização da Usina Elevatória de Pedreira.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Cada unidade é interligada à Estação de 88kV por um transformador trifásico. A partida

é realizada diretamente pelos transformadores, em tap de tensão reduzida, através de

chaveamento de disjuntores. No caso da unidade 4 a partida se dará com tensão plena. A partida é

feita como motor assíncrono através de seus enrolamentos amortecedores com aplicação de

corrente alternada no estator da unidade.

A Usina Elevatória de Pedreira dispõe de dois barramentos trifásicos de 88kV, podendo

ser alimentados por duas linhas de transmissão

paralelas diretamente ligadas à estação da Usina

Henry Borden e mais uma linha ligada à estação da Usina Termoelétrica Piratininga. Os

transformadores de cada unidade são ligados aos barramentos de 88kV através de um disjuntor e

uma seccionadora para cada barra. Essa disponibilidade de dois barramentos para alimentação

dos trafos das unidades proporciona inúmeras opções de manobra para equilíbrio de carga,

transferência de barramento e linha de serviço, isolamento de equipamento para manutenção e

etc.

3.5.5.1 Ensaios nas máquinas da Usina Elevatória de Pedreira

As unidades de nº 1, 2, 3, 6 e 7 são similares, sendo que os ensaios foram realizados apenas na

unidade nº 2.

Conforme relatórios da EMAE, as máquinas síncronas da Usina Elevatória de Pedreira

nº 2, 4 e 5 foram ensaiadas, sendo obtidos os seguintes resultados [24]:

● Ensaios das unidades funcionando como bomba capacitiva:

Neste ensaio, com resultados mostrados na Tabela 3.8, foi verificado o desempenho das

unidades com carga, isto é, bombeando o máximo que a unidade permitia e com a máquina

sobreexcitada, respeitando os limites operacionais das unidades.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Tabela 3.8 - Valores das Unidades da UEP como bomba capacitiva

Unidade 02 04 05

Potência ativa (MW) 13,3 5,2 13,9

Potência reativa (MVAr) 10 3,9 5,0

Potência aparente (MVA) 16,9 6,5 14,8

Tensão (KV) 7,1 6,84 6,85

Corrente do estator (A) 1360 550 1245

Fator de potência 0,79 0,80 0,939

Corrente de campo (A) 588 179 387

Tensão de excitação (V) * 180 175

Obs: * Dado não disponível.

● Ensaios das unidades funcionando como bomba indutiva:

Este ensaio foi realizado conforme o anterior, porém com as unidades sub-excitadas. Os

resultados são mostrados na Tabela 3.9.

Tabela 3.9 - Valores das Unidades da UEP como bomba indutiva

Unidade

02 04 05

Potência ativa (MW) 13,2 5,1 13,8

Potência reativa (MVAr) 5 2,0 3,0

Potência aparente (MVA) 14,1 5,4 14,1

Tensão(kV) 6,4 6,66 6,5

Corrente do estator (A) 1288 480 1250

Fator de potência 0,925 0,94 0,977

Corrente de campo (A) 253 93 259

Tensão de excitação (V) * 93 112

Obs: * Dado não disponível.

● Ensaios das unidades funcionando como compensador síncrono sobre-excitado:

Neste ensaio foi verificado o desempenho das unidades sem carga, isto é, foram

sincronizadas ao sistema elétrico sobre-excitados, absorvendo uma pequena quantidade de

potência ativa, apenas para movimentar a máquina à velocidade síncrona, verificando a geração

de reativos. Os resultados são apresentados na Tabela 3.10.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Tabela 3.10 - Valores das Unidades da UEP como síncrono sobreexcitado.

Unidade 02 04 05

Potência ativa (MW) 1,2 0,4 0,9

Potência reativa (MVAr) 12 5,0 9,5

Tensão (kV) 7,1 7,0 7,1

Corrente do estator (A) 992 450 780

Fator de potência 0,08 0,104 0,122

Corrente de campo (A) 600 184 429

Tensão de excitação (V) * 185 190

Obs: * Dado não disponível.

● Ensaios das unidades funcionando como compensador síncrono subexcitado:

Este ensaio foi realizado conforme o anterior, porém com as unidades sub-excitadas, e

seus resultados são apresentados na Tabela 3.11.

Tabela 3.11 - Valores das Unidades da UEP como síncrono subexcitado.

Unidade 02 04 05

Potência ativa (MW) 1,2 0,3 0,7

Potência reativa (MVAr) 5,0 1,0 3,0

Tensão (kV) 6,3 6,75 6,6

Corrente do estator (A) 512 80 200

Fator de potência 0,17 0,24 0,325

Corrente de campo (A) 152 68 180

Tensão de excitação (V) * 70 80

Obs: * Dado não disponível.

Os ensaios poderiam ser realizados com as unidades sem carga e turbinando o mínimo

de água necessária para dar a rotação da velocidade síncrona. Fazendo uma comparação entre o

aproveitamento hidroenergético do reservatório Billings que pode abastecer tanto a U. E. Pedreira

como a Usina de Henry Borden, observa-se que o melhor aproveitamento seria na Usina de

Henry Borden, conforme demonstrado na Tabela 3.12.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Tabela 3.12 - Comparação entre o turbinamento de UEP e UHB

Unidade 02 04 05

Potência ativa

necessária para

manter a rotação

síncrona

(MW)

1,2 0,4 0,9

Turbinamento

necessário para

manter a velocidade

sincrona

/s)

2,0 1,5 2,0

Geração que pode

ser obtida na UHB

com o mesmo

turbinamento

(MW)

11,308 8,481 11,308

3.5.5.2 Análise dos ensaios das unidades síncronas da Usina Elevatória de Pedreira.

Pelos resultados obtidos nos ensaios pode-se concluir que a Usina Elevatória Pedreira pode

funcionar nas seguintes características:

- Como usina de bombeamento: turbinamento máximo de 395m

/s, potência necessária

de 113,6MW. Nesta situação poder operar de – j 67,9 MVAr a + j 30 MVAr.

- Como compensador síncrono: conectada ao sistema, absorvendo 7,8 MW e gerando 100MVAr

ou absorvendo do sistema –111MVAr.

Observação: os dados relativos à unidade nº 8 foram retirados de sua curva de

capabilidade e dados históricos de sua operação.

3.6 Cargas do Sistema

O sistema em estudo abrange uma grande área com alimentação de diversas cargas que possuem

características sazonais, devido à variedade das regiões, capital e litoral e também pelas

características de seus consumidores: industrial, residencial e comercial.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Para o estudo da geração do reativo da usina elevatória de Pedreira para o sistema,

foram levantadas as cargas que estão mais próximas e que teriam maior influência, que são:

● As cargas das barras nº 485 – SE Piratininga 88kV, que atende parte da região sul da

cidade de São Paulo, concessionária AES Eletropaulo;

● As cargas da barra nº 481- ETU Henry – Borden 88kV, que atende as cargas das

cidades de Praia Grande, São Vicente, parte de Santos e as cargas industriais de Cubatão,

concessionária CPFL;

● As cargas das barras nº 3499 – ETD Imigrantes, nº 3488 – ETD Varginha e nº 3492 –

ETD Rio Bonito, que atende cargas da região sul da cidade de São Paulo e do município de São

Bernardo de Campo, concessionária AES Eletropaulo.

Foram levantadas as cargas mensais durante um ano (2004), considerando os períodos

de carga leve, média e pesada.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

CARGAS DE PIRATININGA - CARGA LEVE

100

120

140

160

180

200

janeiro fevereiro março abril maio junho julho agosto setembro outubro novembro dezembro

meses

potencia

485 (Q)

485 (P)

485 (S)

CARGAS DE PIRATININGA - CARGA MEDIA

100

150

200

250

300

350

janeiro fevereiro março abril maio junho julho agosto setembro outubro novembro dezembro

MESES

POTENCIA

485 (P)

485 (Q)

485 (S)

CARGAS PIRATININGA - PESADA

100

150

200

250

300

350

janeiro fevereiro março abril maio junho julho agosto setembro outubro novembro dezembro

MESES

POTENCIA

485 (P)

485 (Q)

485 (S)

Figura 3.5 - Cargas da barra nº 485 – SE Piratininga.

Obs: valores de potência em 10

Capítulo III – O Sistema Elétrico

CARGAS UHB 88KV- LEVE

-50

100

150

200

250

300

350

400

janeiro fevereiro março abril maio junho julho agosto setembro outubro novembro dezembro

meses

potencia

481 (P)

481 (Q)

481 (S)

CARGAS UHB - MEDIA

100

200

300

400

500

janeiro fevereiro março abril maio junho julho agosto setembro outubro novembro dezembro

MESES

POTENCI

481 (P)

481 (Q)

481 (S)

CARGAS UHB - PESADA

100

200

300

400

500

janeiro fevereiro março abril maio junho julho agosto setembro outubro novembro dezembro

MESES

POTENCI

481 (P)

481 (Q)

481 (S)

Figura 3.6 - Cargas na barra nº 481 – ETU Henry Borden

Obs: valores de potência em 10

Capítulo III – O Sistema Elétrico

CARGAS DE HB PED -LEVE

janeir o f ever eir o março abr il maio junho julho agosto setembr o outubr o novembr o dezembro

MESES

HB-PED(S)

HB-PED (P)

HB-PED (Q)

CARGAS HB - PED - MEDIA

100

110

janeir o f ever eir o mar ço abr il mai o junho j ulho agosto setembr o outubr o novembr o dezembr o

MESES

HB-PED(S)

HB-PED (P)

HB-PED (Q)

CARGAS HB-PED PESADA

100

120

140

160

180

janeir o f ever eir o mar ço abr il mai o junho jul ho agosto setembr o outubr o novembr o dezembr o

MESES

HB-PED(S)

HB-PED (P)

HB-PED (Q)

Figura 3.7 - Cargas nas barras Imigrantes (3499), Varginha I e II (3488 e 3489), e Rio Bonito (3492)

Obs: valores de potência em 10

Capítulo III – O Sistema Elétrico

3.7 Operação do Sistema:

3.7.1 Área de 230kV e 88kV

Com o aumento das cargas e conseqüente aumento de geração, e de novas linhas de transmissão

que interligaram a região e das novas fontes de energia (novas usinas), o nível de curto circuito

admissível em vários equipamentos do sistema foram superados principalmente na região de

88kV. Isto levou a certas restrições na operação do sistema [25]:

● Quando ligamos nas duas extremidades uma das duas linhas de 88kV entre as

Subestações ETU Pedreira e ETU Henry Borden, temos que desligar duas unidades geradoras de

65MW na usina de Henry Borden 88kV.

● Quando ligamos nas duas extremidades as duas linhas de 88kV entre as Subestações

ETU Pedreira e ETU Henry Borden, temos que desligar duas unidades geradoras de 65MW mais

uma de 35 MW na usina de Henry Borden 88kV.

● O banco de transformadores nº 231 de 75MVA que interliga as ETU Henry Borden

88kV e 230kV, permanece desligado, pois por ele passaria um fluxo de potência muito superior à

sua capacidade.

● Quando ligamos as unidades de bombeamento da Usina Elevatória de Pedreira, temos

que desligar a interligação de 88kV Piratininga – Pedreira – Henry Borden.

A Usina Hidroelétrica Henry Borden devido a problemas ambientais, já citados

anteriormente, não dispõem de água suficiente para a geração em carga máxima. Sendo

normalmente despachada com geração mínima nos horários de carga leve e média e no horário de

carga pesada com o suficiente para atender as cargas da ETU Henry Borden, eliminando as

sobrecargas das linhas de 88kV Henry Borden - Baixada Santista.

Outra característica de operação e despacho da Usina de Henry Borden é a sua

utilização em casos de contingências ou em grandes manutenções no sistema, nos quais a usina é

Capítulo III – O Sistema Elétrico

despachada com geração máxima até a normalização do sistema, quando volta ao seu despacho

minimizado. Esta operação está prevista nos procedimentos de rede, estabelecida pelo ONS –

Operador Nacional do Sistema Elétrico.

Devido à sua localização, próxima à carga, a usina Henry Borden tem um importante

papel na regulação de tensão da região, pois ela consegue manter a tensão nos barramentos de

88kV e 230kV, através de seu despacho de reativo.

Sempre que é necessário são utilizados os bancos de capacitores dos barramentos de

88kV para auxiliar no controle de tensão da malha de 345kV.

Devido a ocorrência de tensão baixa nas cargas das linhas de 88kV Henry Borden –

Pedreira (ETD´s Varginha, Imigrantes e Rio Bonito), quando em configuração normal, ou seja,

alimentadas pelo barramento 88kV da ETU Henry Borden, uma alternativa pode ser ligar todas as

cargas apenas pelo barramento da ETU de Pedreira, devido à restrições do nível de curto circuito

entre os dois barramentos.

As linhas de 88kV entre as ETU Henry Borden – Pedreira circuitos nº1 e 2 não podem

ficar ligadas em operação cruzada, ou seja, uma linha ligada em cada ponta, pois o anel de 88kV

entre Piratininga – Pedreira – Henry Borden seria fechado através do secundário dos

transformadores das ETD´s: Varginha, Imigrantes e Rio Bonito.

A elevação de geração térmica da UTE Piratininga (EMAE), por razões elétricas,

somente poderá ser adotada depois de esgotados todos os recursos operativos disponíveis e

atingido os níveis de tensão mínimo definidos nas instruções de operação ou os carregamentos

máximos permitidos.

Capítulo III – O Sistema Elétrico

3.7.2 Área de 345kV e 440kV

No período de carga média os compensadores síncronos da SE Embu – Guaçu, SE Santo Ângelo,

SE Tijuco Preto e SE Ibiúna deverão operar, sempre que possível, com uma reserva de

1300MVAr [26] [27] [28] [29].

Os compensadores síncronos da SE Embu – Guaçu e SE Santo Ângelo deverão operar,

preferencialmente, mantendo folga em torno de 100MVAr, em cada um deles.

As tensões de geração deverão ser ajustadas de forma a obter níveis de tensão

satisfatórios (o mais plano possível) ao longo de toda área de 440kV, procurando sempre que

possível, manter em condições normais, folga de regulação tanto no sentido de aumentar como

abaixar a tensão do sistema.

O CNOS e o COS-SP coordenam junto com a EMAE, no período de carga pesada as

providências necessárias para a maximinização da geração em Henry Borden (EMAE),

respeitando a reserva de potência, no sentido de manter a área de São Paulo em nível de

confiabilidade elevado e reduzir o carregamento no sistema de transmissão comum às áreas Rio e

São Paulo.

Visando suprir as necessidades de potência reativa do processo de conversão do ELO

CC, em condição de regime normal, os compensadores síncronos de Ibiúna devem operar

mantendo uma margem global equivalente a capacidade de 1 compensador síncrono (-200 /

+300 MVAr). Assim em função do número de compensadores síncronos em serviço, as faixas de

operação dos mesmos devem ser as seguintes:

Com 1 compensador síncrono: em torno de zero MVAr

Com 2 compensadores síncronos: -100 + 150MVAr por compensador síncrono

Com 3 compensadores síncronos: -135 + 200MVAr por compensador síncrono

Com 4 compensadores síncronos: -150 + 225MVAr por compensador síncrono

Capítulo III – O Sistema Elétrico

Os barramentos de 230 e 440kV deverão operar dentro das faixas estabelecidas de

tensão. Para os demais barramentos de 230kV e 440kV: tensão máxima 105% e tensão mínima

de 95%, controle dentro das faixas pré-estabelecidas, conforme tabelas de faixa de tensão abaixo.

Tabela 3.13 - Faixas para controle de tensão nos barramentos de controle Área São Paulo.

NOME Nº BARRA PESADA (kV) MÉDIA (kV) LEVE (kV)

IBIUNA – 345kV 86 354 A 362 354 a 352 335 a 348

S. ÂNGELO – 345kV 594 335 a 362 335 a 362 335 a 348

E. GUAÇU – 345kV 582 335 a 362 335 a 362 335 a 348

T. PRETO – 345kV 78 354 a 362 354 a 362 335 a 348

PIRATININGA –

230kV

484 232 a 238 232 a 238 228 a 236

HENRY BORDEN –

230kV

480 231 a 237 231 a 237 229 a 235

Capítulo IV – Simulação Computacional

CAPÍTULO IV – SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

4.1- Introdução

Para o desenvolvimento do estudo foi utilizado o Programa de Análise de Redes (ANAREDE).

Este é o programa oficial do ONS - Operador Nacional do Sistema Elétrico e das empresas de

energia elétrica conectadas ao SIN - Sistema Interligado Nacional.

Os dados necessários para a execução são: cargas, geração, manutenção de

equipamentos, inclusão de novos equipamentos e dados técnicos característicos de todos os

equipamentos incluídos no sistema. Estes dados são fornecidos pelas empresas de energia

elétrica, nos grupos: anual, quadrimensal e mensal do ONS.

Os dados do programa contemplam a Rede de Operação, incluindo a Rede Básica

(tensão igual ou superior a 230kV) e as demais redes com tensão inferior a 230kV que tenham

influência direta na operação do SIN que são disponibilizados mensalmente a todos os agentes.

O programa ANAREDE é utilizado pelo ONS e pelas empresas de energia elétrica para

prever a geração necessária para o sistema, para análise dos desligamentos de equipamentos

elétricos para manutenção, estudo de modificações topológicas e de geração no sistema.

4.2 O Programa ANAREDE

O Programa Análise de Redes – ANAREDE é um conjunto de aplicações

computacionais resultante de esforços do CEPEL – Centro de Pesquisas de Energia Elétrica, no

sentido de tornar disponível às empresas do setor, novas técnicas, algoritmos e métodos

Capítulo IV – Simulação Computacional

eficientes, adequados à realização de estudos nas áreas de operação e de planejamento de

sistemas elétricos de potência.

O conjunto de aplicações integradas é composto dos seguintes programas:

1 - Programa de Fluxo de Potência;

2 - Programa de Equivalente de Redes;

3 - Programa de Análise de Contingências;

4 - Programa de Análise de Sensibilidade de Tensão;

5 - Programa de Redespacho de Potência Ativa;

6 - Programa de Fluxo de Potência Continuado;

4.2.1 Programa de Fluxo de Potência

4.2.1.1 Função do programa

O programa de fluxo de potência tem como objetivo o cálculo do estado operativo da rede

elétrica para definidas condições de carga, geração, topologia e determinadas restrições

operacionais.

4.2.1.2 Algoritmo do programa de fluxo de Potência

O processo iterativo do cálculo do estado operativo da rede elétrica para as condições impostas

consiste na obtenção de forma alternada, de soluções para o sistema CA e para o sistema CC. O

algoritmo é executado até que as variações, entre iterações consecutivas, das potências injetadas

na rede CA e pela rede CC sejam menores que uma determinada tolerância.

O primeiro passo do processo de solução é a determinação do estado operativo do

sistema CC para as condições iniciais estabelecidas. Nos passos seguintes os sistemas CA e CC

são solucionados alternadamente, considerando os controles automáticos ativados, até a obtenção

da convergência da interface entre estes sistemas.

Dois métodos estão disponíveis para a solução das equações da rede elétrica CA:

Capítulo IV – Simulação Computacional

- Método Desacoplado Rápido

- Método de Newton

A solução das equações é normalmente efetuada pelo Método Desacoplado Rápido.

4.3

Configurações estudadas.

Para o estudo da influência do reativo gerado pelas unidades reversíveis da Usina Elevatória de

Pedreira, foi considerada a configuração operativa normal. Quando há necessidade de

sincronismo das unidades para bombeamento, o anel de 88kV entre as subestações Piratininga,

Pedreira e Henry Borden, tem que ficar aberto devido ao nível admissível de curto circuito dos

disjuntores da região.

A ETU Pedreira possui barramento duplo de 88kV, o que possibilita a abertura do anel,

através dos disjuntores de saída das linhas de transmissão de Henry Borden - Pedreira circuitos nº

1 e 2 e da linha Piratininga - Pedreira e do disjuntor de paralelo de barras de 88 kV.

Outra possibilidade de abertura do anel seria através do disjuntor da linha Piratininga -

Pedreira na SE Piratininga ou da abertura dos disjuntores das linhas Henry Borden - Pedreira

circuitos nº 1 e 2 na ETU Henry Borden (88kV).

Foram analisados quatro casos possíveis, nestes casos as unidades geradoras reversíveis

da Usina Elevatória de Pedreira foram colocadas como compensadores síncronos, consumindo

energia ativa e gerando energia reativa para o sistema.

Na simulação computacional (programa ANAREDE) da barra nº 483, na qual está

conectada a Usina Elevatória de Pedreira, esta barra foi estabelecida como sendo do tipo PQ, com

P igual a zero e Q de – 111MVAr a + 100MVAr. Esse limite foi estabelecido com base nos dados

obtidos nos ensaios das unidades e pela operação da unidade nº 8 que já foi operada como

Capítulo IV – Simulação Computacional

síncrono para o sistema. O programa despachou o reativo da usina, conforme necessidade do

sistema.

4.3.1 Configuração Elétrica do Caso nº 1

A configuração elétrica do caso nº 1 é mostrado na Figura 4.1.

As linhas de transmissão Henry Borden – Pedreira, circuitos nº 1 e 2, ficaram abertos na

ETU Pedreira e fechados na ETU Henry Borden (88kV). A linha de transmissão Piratininga -

Pedreira ficou ligada na SE Piratininga (88kV) e na ETU Pedreira. O reativo gerado pelas

unidades da Usina Elevatória de Pedreira foi inserido no sistema através da linha de transmissão

Piratininga – Pedreira, direcionado para SE Piratininga 88kV e as cargas das linhas transmissão

Henry Borden - Pedreira ficaram alimentadas pela ETU Henry Borden.

Verifica-se, portanto a influência da geração da potência reativa pela Usina Elevatória

de Pedreira na SE Piratininga e nas demais subestações da região.

Este caso se constitui na configuração de operação mais utilizada atualmente, com as

ETD´s Rio Bonito, Varginha e Imigrantes conectadas à ETU Henry Borden, sem a geração de

potência reativa na Usina Elevatória de Pedreira.

Capítulo IV – Simulação Computacional

→ disjuntor aberto

→ disjuntor fechado

M → motor em vazio, não está bombeando

Figura 4.1 - Configuração elétrica do caso nº 1.

ETT PIRATININGA

88 KV

ETU PEDREIRA

ETU H.BORDEN

88 KV

4.3.2 Configuração Elétrica do Caso nº 2

No caso nº 2 a configuração elétrica é mostrada na Figura nº4.2.

As linhas de transmissão Henry Borden - Pedreira circuitos nº 1 e 2, ficaram ligadas na

ETU Pedreira e na ETU Henry Borden (88kV). A linha de transmissão Piratininga - Pedreira

ficou desligada na SE Piratininga (88kV). O reativo gerado pelas unidades da Usina Elevatória de

Pedreira foi inserido no sistema através das linhas Henry Borden - Pedreira circuitos nº 1 e 2,

direcionado para ETU Henry Borden 88kV e as cargas das linhas Henry Borden - Pedreira

ficaram alimentadas pela ETU Henry Borden.

Verifica-se, portanto a influência da geração do reativo na ETU Henry Borden

(88kV) e nas demais subestações da região.

(3499)

(3488)

(3489)

ETD

VARGINHA

ETD

RIO BONITO

ETD

IMIGRAMTES

ETD

VARGINHA

(

481

)

(

483

)

(485)

(3492)

88 KV

1a 8

Capítulo IV – Simulação Computacional

→ disjuntor aberto

→ disjuntor fechado

M → motor em vazio, não está bombeando

Figura 4.2 - Configuração elétrica do caso nº 2.

ETT PIRATININGA

88 KV

ETU PEDREIRA

ETU H.BORDEN

88 KV

(3499)

(3488)

ETD

RIO BONITO

ETD

IMIGRAMTES

ETD

VARGINHA

(

481

)

(

483

)

(485)

(3492)

4.3.3 Configuração Elétrica do Caso nº 3

Na Figura 4.3 é mostrada a configuração elétrica do caso nº 3.

Os disjuntores das linhas de transmissão Henry Borden - Pedreira circuitos nº 1 e 2,

ficaram fechados na ETU Pedreira e abertos na ETU Henry Borden (88kV). A linha de

transmissão Piratininga - Pedreira ficou ligada na SE Piratininga (88kV) e na ETU Pedreira

(88kV). O reativo gerado pelas unidades da Usina Elevatória de Pedreira foi inserido no sistema

através das linhas Henry Borden - Pedreira circuitos nº 1 e 2 e da linha Piratininga - Pedreira,

direcionado para ambos os lados. As cargas das linhas Henry Borden - Pedreira ficaram

alimentadas pela ETU Pedreira. Neste caso, vamos verificar a influência da geração da potência

reativa na SE Piratininga e nas demais subestações da região.

(3489)

ETD

VARGINHA

1 a 8

88 KV

Capítulo IV – Simulação Computacional

ETT PIRATININGA

88 KV

ETU PEDREIRA ETU H.BORDEN

88 KV

(3499)

(3488)

(3489)

ETD

VARGINHA

ETD

RIO BONITO

ETD

IMIGRAMTES

ETD

VARGINHA

(

481

)

(

483

)

(485)

(3492)

1 a 8

88 KV

→ disjuntor aberto

→ disjuntor fechado

M → motor em vazio, não está bombeando

Figura 4.3 - Configuração elétrica do caso nº 3.

4.3.4 Configuração Elétrica do Caso nº 4

A configuração elétrica do caso nº4 é apresentada na Figura 4.4.

No caso nº 4, na ETU Pedreira o disjuntor de paralelo de barras de 88kV foi aberto,

operando a subestação com duas barras simples. Em uma barra foram conectadas as linhas Henry

Borden - Pedreira circuitos nº 1 e 2 e metade das unidades reversíveis da Usina Elevatória de

Pedreira, na outra foi conectada a linha Piratininga - Pedreira e as demais unidades reversíveis da

Usina Elevatória de Pedreira.

Neste caso poderemos ver a influência da potência reativa da Usina Elevatória de

Pedreira tanto para SE Piratininga como para ETU Henry Borden.

Capítulo IV – Simulação Computacional

→ disjuntor aberto

→ disjuntor fechado

M → motor em vazio, não está bombeando

Figura 4.4 - Configuração elétrica do caso nº 4

4.4 Cargas Analisadas.

Para a análise computacional foram escolhidos os meses de Fevereiro, Julho e Agosto do ano de

2004, nos períodos de carga leve, média e pesada.

O mês de Fevereiro foi escolhido por ser um mês de carga alta na região da Baixada

Santista e média na região da SE Piratininga e nas ETD´s Varginha Rio Bonito e Imigrantes.

O mês de Julho foi escolhido por ter carga alta na SE Piratininga e nas ETD´s Varginha,

Rio Bonito e Imigrantes e média na Baixada Santista.

O mês de Agosto foi escolhido por ter carga baixa na região da SE Piratininga, Baixada

Santista e nas ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes.

ETT PIRATININGA

88 KV

ETU PEDREIRA

ETU H.BORDEN

88 KV

(3499)

(3488)

(3489)

ETD

VARGINHA

ETD

RIO BONITO

ETD

IMIGRAMTES

ETD

VARGINHA

(

481

)

(

483

)

(485)

(3492)

88 KV

5 a 8

1 a 4

Capítulo IV – Simulação Computacional

4.5 Contingências analisadas.

Dos casos analisados foram simuladas algumas contingências, conforme critério

estabelecido pelo ONS:

- Transformadores 1 por vez;

- Linhas de transmissão em faixas (torres) diferentes 1 por vez;

- Linhas de transmissão que compartilham a mesma faixa 2 por vez.

As contingências analisadas não prevêem ilhamento no sistema no entorno da EMAE.

Contingências analisadas:

• Perda do compensador síncrono de Ibiúna

• Perda do compensador síncrono de Santo Ângelo

• Perda do compensador síncrono de Embu – Guaçu

• Perda do compensador síncrono de Tijuco Preto

• Perda de um banco de transformadores – 100MVA (SE Piratininga)

• Perda de um banco de transformadores – 400MVA (SE Baixada)

• Perda do autotransformador – 500MVA (SE Baixada)

• Perda de uma linha de 88kV Henry Borden - Pedreira

• Perda de duas linhas de transmissão Tijuco Preto – Baixada (345kV)

• Perda de duas linhas de transmissão Interlagos – Piratininga (230KV)

• Perda de uma linha de transmissão Ibiúna – Interlagos (345kV)

• Perda da linha de transmissão Henry Borden - Piratininga (230kV)

• Perda das duas linhas de transmissão H. Borden – Baixada (230kV)

• Perda das duas linhas de transmissão Itapeti – Santo Angelo (345kV)

• Perda da linha de transmissão Interlagos – Embu Guaçu (345kV)

Capítulo IV – Simulação Computacional

• Perda de uma linha de transmissão H.Borden – Baixada (88kV)

• Perda de duas linhas de transmissão Ibiúna – T.Preto (345kV)

• Perda da linha de transmissão Embu Guaçu (440kV)

Capítulo V – Análise dos resultados

CAPITULO V – ANÁLISE DOS RESULTADOS

5.1. Introdução

Os casos simulados no programa ANAREDE, conforme configurações elétricas mostradas no

capítulo IV, nos permitem fazer uma análise do comportamento do sistema com a inserção da

potência reativa produzida na Usina Elevatória de Pedreira, através da utilização de suas

máquinas como motores síncronos sobre-excitados.

5.2. Resultados de potência gerada e tensões

O despacho mínimo da Usina Hidroelétrica Henry Borden é de 19MW em 88kV e de 15MW em

230kV, com turbinamento de 6m

/s. Esses valores são necessários para dar estabilidade nas

unidades geradoras que estão em sincronismo, para possibilitar a captação de água pela SABESP

no município de Cubatão e possibilitar a refrigeração das unidades geradoras.

Na Usina Termoelétrica Piratininga (88kV) o despacho mínimo é de 20 MW, valor

necessário para dar estabilidade ao turbo gerador de uma unidade geradora.

A Usina Termoelétrica Piratininga (230kV) não foi despachada, devido estar em fase de

modernização e reforma para possibilitar seu funcionamento em ciclo combinado.

5.2.1. Período de carga pesada

Os resultados obtidos das simulações computacionais para o período de carga pesada são

apresentadas na tabela 5.1.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.1 - Resultados da geração no período de carga pesada.

MÊS: FEVEREIRO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

BARRA

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

400-HB 88kV 100 95,9 100 96,6 96 84,9 96 81,1 98 83,8

401-HB 230kV 15 49,8 15 50,1 15 47,5 15 48,7 15 47,8

403-PI 88kV 20 26,6 20 26,6 20 26,7 20 26,7 20 26,6

483-PED (1) 0 0 0 25 0 44 0 42,2 0 43,1

4831-PED (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3,8

MÊS: JULHO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

BARRA

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

400-HB 88kV 77 45,8 77 45,8 71 37,7 19 32,3 69 38,2

401-HB 230kV 15 49,4 15 49,8 15 46,1 15 46,1 15 46,7

403-PI 88kV 20 25,6 20 25,6 20 24,8 72 27,6 20 26,6

483-PED (1) 0 0 0 2,9 0 57,1 0 41,8 0 51,3

4831-PED (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5,9

MÊS: AGOSTO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

BARRA

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

400-HB 88kV 44 57,9 44 57,9 41 48,2 19 41,9 39 48,4

401-HB 230kV 15 46,4 15 46,3 15 43,2 15 41,8 15 41,4

403-PI 88kV 20 25,1 20 26,6 20 25,6 58 26,8 20 25,6

483-PED (1) 0 0 0 3,2 0 53,2 0 41,3 0 51,3

4831-PED (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,2

Durante as simulações, foi observado que no período de carga pesada, em alguns casos,

as LT´s Henry Borden – Baixada 88kV circuitos 1 a 4 e os transformadores 230/88kV da SE

Piratininga apresentavam sobrecargas. Como estes componentes estão localizados na área de

88KV, para eliminar estas sobrecargas durante as simulações foi necessário aumentar o despacho

mínimo das usinas de Henry Borden e de Piratininga.

Capítulo V – Análise dos resultados

No caso original, sem a utilização da geração de potência reativa da Usina Elevatória de

Pedreira, as cargas das ETD´s Varginha, Imigrantes e Rio Bonito estão sendo alimentadas através

da barra nº 481 (Henry Borden 88KV). Nessa situação foi necessário o aumento do despacho da

usina Henry Borden (88kV) para: 100MW no mês de fevereiro, 77MW no mês de julho e 44MW

no mês de agosto.

Nos casos nº

2 e 4, onde a geração de potência reativa é feita pela Usina Elevatória de

Pedreira, as cargas das ETD´s Varginha, Imigrantes e Rio Bonito ficaram alimentadas através da

ETU Henry Borden (barra nº 481). O reativo gerado pela Usina Elevatória de Pedreira atende

primeiro a essas cargas e o restante do reativo é utilizado na barra nº 481. Como conseqüência há

uma necessidade menor no despacho de geração da usina de Henry Borden (88kV) para: 96MW

ou 98MW no mês de fevereiro (caso nº 2 e 4); 71MW ou 69MW no mês de julho (caso nº 2 e 4) e

41 ou 39MW no mês de agosto (caso nº 2 e 4).

No caso original, sem a utilização da geração de potência reativa na Usina Elevatória de

Pedreira, as cargas das ETD´s Varginha, Imigrantes e Rio Bonito são alimentadas através da

barra nº 481 (Henry Borden 88KV), não há sobrecarga nos bancos de transformadores de

88/230kV da SE Piratininga entre as barras nº 485 e 484. Porém, no caso 3, onde, essas cargas

ficaram alimentadas através da barra nº 483 (Pedreira 88kV) os referidos bancos de

transformadores apresentaram sobrecargas em alguns meses do ano, no período de carga pesada.

Para a retirada dessas sobrecargas deve-se aumentar a geração da Usina Termoelétrica

Piratininga. Como resultado do estudo verificou-se que era necessária a geração de 72MW para o

mês de julho e de 58MW para o mês de agosto. Sem a geração de potência reativa na Usina

Elevatória de Pedreira, a geração necessária na Usina Termoelétrica Piratininga seria: 78MW

para o mês de julho e de 64MW para o mês de agosto.

Capítulo V – Análise dos resultados

Nos casos nº

2, 3 e 4 estudados foi observado que quando a potência reativa era gerada

na usina elevatória de Pedreira, houve uma diminuição de geração de potência reativa na usina

Henry Borden (88kV), carregando menos os geradores e aumentando sua capacidade de geração

de potência ativa.

Nas tabelas 5.2 a 5.4 são mostrados os valores de tensões obtidos nas simulações

computacionais para carga pesada.

Tabela 5.2 - Tensão nas barras mês de fevereiro carga pesada (valores em pu)

Barra original Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

3499 (ETD Imigrantes) 0,920 0,920 0,991 0,988 0,991

3488 (ETD Varginha) 0,880 0,880 0,984 0,984 0,984

3489 (ETD Varginha) 0,979 0,979 0,993 0,993 0,993

3492 (ETD R. Bonito) 0,882 0,882 0,990 0,990 0,990

Tabela 5.3 - Tensão nas barras mês de julho carga pesada (valores em pu)

Barra original Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

3499 (ETD Imigrantes) 0,890 0,890 0,988 0,987 0,984

3488 (ETD Varginha) 0,848 0,848 0,981 0,981 0,975

3489 (ETD Varginha) 0,971 0,971 0,991 0,993 0,985

3492 (ETD R. Bonito) 0,841 0,841 0,989 0,989 0,982

Tabela 5.4 - Tensão nas barras mês de agosto carga pesada (valores em pu).

Barra original Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

3499 (ETD Imigrantes) 0,899 0,899 0,989 0,987 0,987

3488 (ETD Varginha) 0,858 0,858 0,982 0,982 0,979

3489 (ETD Varginha) 0,975 0,975 0,991 0,993 0,989

3492 (ETD R. Bonito) 0,851 0,851 0,989 0,989 0,986

Conforme informação da empresa distribuidora local AES Eletropaulo, o valor ideal

para as tensões nas ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes, durante o período de carga pesada

seria de 1,0pu referidas a 88kV.

Capítulo V – Análise dos resultados

No caso original, sem a utilização da geração da potência reativa da Usina Elevatória de

Pedreira as tensões nestas ETD´s apresentavam valores muito abaixo de 1,0 pu, variando entre

0,841 a 0,978 pu. Isto ocorre porque as impedâncias das linhas de 88kV Henry Borden –

Pedreira, mostradas na Tabela 3.1, possuem valores elevados e a única fonte de geração de

potência reativa mais próxima é a usina hidroelétrica de Henry Borden 88kV, que está conectada

na barra nº 481, imediatamente à montante das linhas Henry Borden - Pedreira.

Nos casos estudados nº

2, 3 e 4, nos quais a geração de potência reativa da Usina

Elevatória de Pedreira está direcionado para as barras nº 3499, 3488, 3489 e 3492, há uma

melhora considerável no nível de tensão, ficando com valores bem próximos dos 1,0 pu, o que

resolveria o problema de baixa tensão no período de carga pesada.

5.2.2 Período de carga média

Os resultados da geração no período de carga média são mostrados na Tabela 5.5.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.5 - Resultados da geração no período de carga média.

MÊS: FEVEREIRO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

BARRA

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

400-HB 88kV 19 111,2 19 111,3 19 102,6 19 97,8 19 102,4

401-HB 230kV 15 71,1 15 71,2 15 69,1 15 67,2 15 69

403-PI 88kV 20 26,7 20 26,5 20 26,5 20 26,6 20 26,7

483-PED (1) 0 0 0 0,6 0 35,1 0 35,8 0 34,5

4831-PED (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,5

MÊS: JULHO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

BARRA

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

400-HB 88kV 19 52,7 19 52,7 19 47,4 19 44,9 19 47,4

401-HB 230kV 15 47,7 15 48,4 15 45,5 15 45,1 15 45,5

403-PI 88kV 20 26,7 20 26,7 20 26,7 20 26,7 20 26,8

483-PED (1) 0 0 0 7,7 0 44,4 0 34,8 0 43,8

4831-PED (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

MÊS: AGOSTO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

BARRA

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

400-HB 88kV 19 92,5 19 92,6 19 86,5 19 79,7 19 84,1

401-HB 230kV 15 61,8 15 61,8 15 59,7 15 58,5 15 59,7

403-PI 88kV 20 26,3 20 26,3 20 26,7 20 26,3 20 26,7

483-PED (1) 0 0 0 0,6 0 39,1 0 41,2 0 38,0

4831-PED (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,4

No período de carga média não foram observadas sobrecargas nas LT´s Henry Borden –

Baixada 88kV circuitos 1 a 4 e nos transformadores 230/88kV da SE Piratininga, sendo que as

usinas hidroelétrica de Henry Borden e a termoelétrica Piratininga foram despachadas com seus

valores mínimos.

Nas Tabelas 5.6 a 5.8 são apresentadas as tensões nas barras obtidas das simulações

para a carga média.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.6 - Tensão nas barras mês de fevereiro carga média (valores em pu).

Barra original Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

3499 (ETD Imigrantes) 0,920 0,920 0,991 0,988 0,991

3488 (ETD Varginha) 0,880 0,880 0,984 0,984 0,984

3489 (ETD Varginha) 0,979 0,979 0,993 0,993 0,993

3492 (ETD R. Bonito) 0,882 0,882 0,990 0,990 0,990

Tabela 5.7 - Tensão nas barras mês de julho carga média (valores em pu).

Barra original Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

3499 (ETD Imigrantes) 0,890 0,890 0,988 0,987 0,984

3488 (ETD Varginha) 0,848 0,848 0,981 0,981 0,975

3489 (ETD Varginha) 0,971 0,971 0,991 0,993 0,985

3492 (ETD R. Bonito) 0,841 0,841 0,989 0,989 0,982

Tabela 5.8 - Tensão nas barras mês de agosto carga média (valores em pu).

Barra original Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

3499 (ETD Imigrantes) 0,920 0,920 0,991 0,988 0,991

3488 (ETD Varginha) 0,880 0,880 0,984 0,984 0,984

3489 (ETD Varginha) 0,979 0,979 0,993 0,993 0,993

3492 (ETD R. Bonito) 0,882 0,882 0,990 0,990 0,990

A tensão ideal das ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes, durante o período de

carga média, seria 1,0pu (88kV), conforme informação da AES Eletropaulo.

No caso original, sem a utilização da geração de potência reativa da Usina Elevatória de

Pedreira, as tensões nestas ETD´s apresentavam valores muito abaixo de 1,0 pu, variando entre

0,841 a 0,979pu.

Nos casos estudados nº 2, 3 e 4, onde a geração de potência reativa da Usina Elevatória

de Pedreira está direcionado para as barras nº 3499, 3488, 3489 e 3492, foi verificado uma

melhora considerável no nível de tensão, ficando com valores bem próximos de 1,0 pu, o que

resolveria o problema de baixa tensão no período de carga média.

Capítulo V – Análise dos resultados

5.2.3 Período de carga leve

Os resultados da geração no período de carga leve são mostrados na Tabela 5.9.

Tabela 5.9 - Resultados da geração no período de carga leve.

MÊS: FEVEREIRO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

BARRA

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

400-HB 88kV 19 53 19 53 19 53 19 53 19 53

401-HB 230kV 15 67,3 15 67,3 15 66,8 15 64,4 15 66,9

403-PI 88kV 20 26,6 20 26,6 20 26,6 20 26,5 20 26,6

483-PED (1) 0 0 0 0,5 0 1,7 0 17,6 0 2,2

4831-PED (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

MÊS: JULHO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

BARRA

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

400-HB 88kV 19 53,0 19 53,0 19 53,0 19 53,0 19 53,0

401-HB 230kV 15 67,3 15 67,3 15 66,8 15 64,4 15 66,9

403-PI 88kV 20 26,6 20 26,6 20 26,6 20 26,5 20 26,6

483-PED (1) 0 0 0 0,5 0 1,7 0 17,6 0 2,2

4831-PED (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

MÊS: AGOSTO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

BARRA

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

(MW)

(MVAr)

400-HB 88kV 19 6,0 19 6,0 19 5,6 19 8,9 19 5,6

401-HB 230kV 15 62,1 15 62,2 15 62,2 15 60,2 15 62,2

403-PI 88kV 20 25,3 20 25,3 20 25,3 20 25,3 20 25,5

483-PED (1) 0 0 0 0,4 0 1,1 0 14,3 0 1,3

4831-PED (2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,3

No período de carga leve não foram observadas sobrecargas nas LT ´s Henry Borden –

Baixada 88kV circuitos 1 a 4 e nos transformadores 230/88kV da SE Piratininga, sendo que as

usinas hidroelétrica de Henry Borden e a termoelétrica Piratininga puderam ser despachadas no

mínimo.

Capítulo V – Análise dos resultados

Nas Tabelas 5.10 a 5.12 são apresentadas as tensões nas barras obtidas das simulações

para a carga média.

Tabela 5.10 - Tensão nas barras mês de fevereiro carga leve (valores em pu).

Barra original Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

3499 (ETD Imigrantes) 0,969 0,969 0,983 0,991 0,983

3488 (ETD Varginha) 0,954 0,954 0,974 0,989 0,973

3489 (ETD Varginha) 0,992 0,992 0,978 0,993 0,978

3492 (ETD R. Bonito) 0,951 0,951 0,973 0,992 0,973

Tabela 5.11 - Tensão nas barras mês de julho carga leve (valores em pu).

Barra original Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

3499 (ETD Imigrantes) 0,974 0,974 0,994 0,971 0,994

3488 (ETD Varginha) 0,962 0,962 0,994 0,970 0,990

3489 (ETD Varginha) 0,993 0,994 0,993 0,974 0,993

3492 (ETD R. Bonito) 0,960 0,991 0,991 0,973 0,991

Tabela 5.12 - Tensão nas barras mês de agosto carga leve (valores em pu).

Barra original Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4

3499 (ETD Imigrantes) 0,975 0,975 0,984 0,972 0,984

3488 (ETD Varginha) 0,963 0,963 0,975 0,970 0,975

3489 (ETD Varginha) 0,994 0,994 0,979 0,974 0,979

3492 (ETD R. Bonito) 0,961 0,961 0,974 0,973 0,974

Conforme informação da empresa distribuidora local AES Eletropaulo, a tensão ideal

nas ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes, durante o período de carga leve seria de 0,977pu

(86kV). Este valor é devido ao carregamento e regulação de tensão dos transformadores.

No caso original, sem a utilização da geração da potência reativa na Usina Elevatória de

Pedreira as tensões nestas ETD´s apresentavam valores abaixo de 0,977 pu, variando entre 0,951

a 0,975pu.

Capítulo V – Análise dos resultados

Nos casos estudados nº

2, 3 e 4, nos quais a geração de reativos da Usina Elevatória de

Pedreira está direcionado para as barras nº 3499, 3488, 3489 e 3492, há uma melhora

considerável no nível de tensão, ficando com valores bem próximos dos 0,977 pu, o que

resolveria o problema de baixa tensão no período de carga leve.

5.3.

Análise do reativo gerado pelos síncronos

5.3.1 Período de carga pesada

Os resultados da geração de potência reativa dos síncronos no período de carga média são

mostrados na Tabela 5.13.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.13 - Resultados da geração dos síncronos no período de carga pesada.

MÊS: FEVEREIRO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

SÍNCRONO

Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr)

532-Embu–Guaçu (440kV) +49,4 +49,4 +48,4 +53 +48,6

593-Santo Ângelo (440kV) +37,8 +38,1 +36,1 +39,6 +36,2

81-Tijuco Preto (345kV) +2 +2,3 +2,1 +0,7 +2,1

86- Ibiúna (345kV) +131,8 +135,9 +109,6 +144,9 +111,9

483-Pedreira (1) 88kV 0 +2,5 +44,0 +42,2 +43,1

4831-Pedreira (2) 88kV 0 0 0 0 +3,8

MÊS: JULHO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

SÍNCRONO

Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr)

532-Embu–Guaçu (440kV) -1,9 -1,3 -5,0 -5,8 -4,2

593-Santo Ângelo (440kV) -11,3 -10,8 -14,4 -16,1 -13,8

81-Tijuco Preto (345kV) +45,5 +45,9 +39,3 +35,4 +40,1

86- Ibiúna (345kV) +68,1 +73,7 +33,9 +30,7 +41,4

483-Pedreira (1) 88kV 0 -2,9 +57,1 +41,8 51,3

4831-Pedreira (2) 88kV 0 0 0 0 -5,9

MÊS: AGOSTO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

SÍNCRONO

Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr)

532-Embu–Guaçu (440kV) -55,9 -55,6 -58,6 -59,9 -61,4

593-Santo Ângelo (440kV) -57,5 -57,3 -60,2 -62,4 -63,1

81-Tijuco Preto (345kV) +56,7 +56,7 +51,1 +46,8 +49,2

86- Ibiúna (345kV) +70,5 +72,6 +37,8 +31,8 +19,6

483-Pedreira (1) 88kV 0 -3,2 +53,2 +41,3 +51,3

4831-Pedreira (2) 88kV 0 0 0 0 +0,2

Nas simulações dos casos nº

2, 3 e 4, com a geração de potência reativa pela Usina

Elevatória de Pedreira, pode-se observar que os síncronos são menos solicitados resultandoem

uma diminuição na geração de reativo. Isto verifica-se, principalmente, nos síncronos de Ibiúna

(345kV) e Tijuco Preto (345kV), os mais próximos eletricamente da Usina Elevatória de

Pedreira.

Capítulo V – Análise dos resultados

Para o sistema elétrico quanto maior a folga dos compensadores síncronos melhor, pois

estes teriam uma faixa maior de regulação de tensão, atendendo melhor o sistema no caso de

alguma contingência.

5.3.2

Período de carga média

Os resultados da geração de potência reativa dos síncronos no período de carga média são

mostrados na Tabela 5.14.

Tabela 5.14 - Resultados da geração dos compensadores síncronos no período de carga média.

MÊS: FEVEREIRO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

SÍNCRONO

Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr)

532-Embu–Guaçu (440kV) +31,2 +31,0 +32,7 +33,3 +32,7

593-Santo Ângelo (440kV) -14,1 -13,9 -15,5 -16,4 -15,5

81-Tijuco Preto (345kV) -73,9 -73,9 -77,0 -80,4 -77,0

86- Ibiúna (345kV) -207,6 -205,9 -219,9 -223,6 -219,7

483-Pedreira (1) 88kV 0 +0,6 +35,1 +35,8 +34,5

4831-Pedreira (2) 88kV 0 0 0 0 +0,5

MÊS: JULHO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

SÍNCRONO

Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr)

532-Embu–Guaçu (440kV) -1,9 -1,3 -5,0 -5,8 -4,2

593-Santo Ângelo (440kV) -11,3 -10,8 -14,4 -16,1 -13,8

81-Tijuco Preto (345kV) +45,5 +45,9 +39,3 +35,4 +40,1

86- Ibiúna (345kV) +68,1 +73,7 +33,9 +30,7 +41,4

483-Pedreira (1) 88kV 0 -2,9 +57,1 +41,8 +51,3

4831-Pedreira (2) 88kV 0 0 0 0 -5,9

MÊS: AGOSTO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

SÍNCRONO

Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr)

532-Embu–Guaçu (440kV) -71,5 -71,3 -73,1 -73,3 -73

593-Santo Ângelo (440kV) -86,8 -86,6 -88,6 -89,1 -88,3

81-Tijuco Preto (345kV) -6,9 -6,8 -10,4 -12,9 -10,2

86- Ibiúna (345kV) -55,9 -54,3 -73,4 -74,8 -72,3

483-Pedreira (1) 88kV 0 +0,6 +39,1 +41,2 +38

4831-Pedreira (2) 88kV 0 0 0 0 +0,4

Capítulo V – Análise dos resultados

No período de carga média, dependendo do mês do ano, os compensadores síncronos

podem estar gerando ou absorvendo reativo. Com a geração de potência reativa na Usina

Elevatória de Pedreira, nos casos nº

2, 3 e 4, os síncronos de Ibiúna (345kV) e Tijuco Preto

(345kV) podem ser mais ou menos solicitados.

5.3.3 Período de carga leve

Os resultados da geração de potência reativa dos síncronos no período de carga leve são

mostrados na Tabela 5.15.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.15 - Resultados da geração dos compensadores síncronos no período de carga leve.

MÊS: FEVEREIRO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

SÍNCRONO

Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr)

532-Embu–Guaçu (440kV) -31,0 -30,8 -31,1 -32,6 -31,0

593-Santo Ângelo (440kV) -61,8 -61,7 -62,0 -63,8 -62,0

81-Tijuco Preto (345kV) -55,4 -55,3 -55,8 -59,6 -55,7

86- Ibiúna (345kV) -681,4 -680,2 -682,7 -695,2 -681,7

483-Pedreira (1) 88kV 0 +0,5 +1,7 +17,6 +2,2

4831-Pedreira (2) 88kV 0 0 0 0 +0,5

MÊS: JULHO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

SÍNCRONO

Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr)

532-Embu–Guaçu (440kV) -31,0 -30,8 -31,1 -32,6 -31,0

593-Santo Ângelo (440kV) -61,8 -61,7 -62,0 -63,8 -62,0

81-Tijuco Preto (345kV) -55,4 -55,3 -55,8 -59,6 -55,7

86- Ibiúna (345kV) -681,4 -680,2 -682,7 -695,2 -681,7

483-Pedreira (1) 88kV 0 +0,5 +1,7 +17,6 +2,2

4831-Pedreira (2) 88kV 0 0 0 0 0

MÊS: AGOSTO

Original CASO 1 CASO 2 CASO 3 CASO 4

SÍNCRONO

Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr) Q (MVAr)

532-Embu–Guaçu (440kV) -54,2 -54,0 -54,0 -54,7 -54,0

593-Santo Ângelo (440kV) -70,3 -70,2 -70,1 -71,0 -70,1

81-Tijuco Preto (345kV) -120,0 -119,9 -119,8 -122,7 -119,8

86- Ibiúna (345kV) -790,2 -789,1 -789,0 -797,3 -788,6

483-Pedreira (1) 88kV 0 +0,4 -1,1 +14,3 -1,3

4831-Pedreira (2) 88kV 0 0 0 0 -0,3

No período de carga leve os compensadores síncronos absorvem potência reativa.

Com a geração de potência reativa na Usina Elevatória de Pedreira os compensadores síncronos

de Ibiúna (345kV) e Tijuco Preto (345kV) são mais solicitados, aumentando sua necessidade de

absorver potência reativa. Isto acontece no caso nº 3.

Capítulo V – Análise dos resultados

5.4 Aumento na capacidade das linhas de transmissão e transformadores

Foram analisadas as linhas e os transformadores que sofreriam maior influência com a geração de

potência reativa na Usina Elevatória de Pedreira.

5.4.1 Linhas de 88kV Henry Borden Baixada circuitos nº1 a 4

Na Tabela 5.16 é mostrado o fluxo de reativo das linhas de 88kV Henry Borden – Baixada, nos

quatro circuitos. Nesta Tabela estão indicados os valores nos casos: original (configuração sem a

potência reativa gerada pela Usina Elevatória de Pedreira) e nos casos nº 1 a 4, nos quais a

geração da UEP é incluída no sistema.

Tabela 5.16 – Fluxo de potência reativa nas linhas 88kV HB – Baixada circuitos 1 a 4.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Caso

Pesada

(MVAr)

Média

(MVAr)

Leve

(MVAr)

Pesada

(MVAr)

Média

(MVAr)

Leve

(MVAr)

Pesada

(MVAr)

Média

(MVAr)

Leve

(MVAr)

Original

60,0 45,6 58,0 120,8 100,4 90,0 97,6 52,0 86,4

C1 59,2 45,6 58,0 120,8 100,4 90,0 97,6 52,0 86,4

C2 18,8 15,6 54,4 55,6 56,4 78,0 40,0 14,8 86,4

C3 20,8 16,4 36,8 52,8 56,0 76,0 38,0 18,0 72,8

C4 18,8 16,0 55,6 60,0 56,0 78,0 41,6 17,6 86,4

Pela tabela acima pode-se observar que, com a geração de potência reativa na Usina

Elevatória de Pedreira, o fluxo de reativo na linha de 88kV Henry Borden – Baixada circuitos de

1 a 4 diminui, principalmente no período de carga pesada e média. Como conseqüência há um

aumento na capacidade de transmitir potência ativa, fazendo com que o despacho de geração da

usina de Henry Borden (88kV) possa ser diminuído. Este novo despacho otimiza a sua geração,

fazendo o sistema operar em condições melhores, pois a Usina de Henry Borden teria maiores

condições de atender grandes contingências.

Capítulo V – Análise dos resultados

5.4.2 Banco de transformadores de 88/345kV da SE Baixada.

Na Tabela 5.17 é apresentado o fluxo de potência reativa nos dois bancos de transformadores de

400MVA - 88/345kV da SE Baixada. Nesta Tabela estão indicados os valores nos seguintes

casos: original (configuração sem o reativo gerado pela UEP) e nos casos de nº

1 a 4, nos quais a

geração da UEP é incluída no sistema.

Tabela 5.17 – Fluxo de potência reativa nos bancos da SE Baixada

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Caso

Pesada

(MVAr)

Média

(MVAr)

Leve

(MVAr)

Pesada

(MVAr)

Média

(MVAr)

Leve

(MVAr)

Pesada

(MVAr)

Média

(MVAr)

Leve

(MVAr)

Original 70,8 53,8 68,4 142,5 118,5 106,2 115,2 61,4 101,9

C1 70,8 53,8 68,4 142,5 118,5 106,2 115,2 61,4 101,9

C2 29,6 23,8 64,8 77,3 74,5 94,2 57,5 24,2 99,0

C3 31,6 24,3 47,2 74,5 74,0 92,2 55,5 27,4 88,3

C4 29,6 24,2 66,0 81,7 74,0 94,0 59,2 27,0 98,0

Observa-se que os bancos de transformadores 88/345kV da SE Baixada apresentam uma

substancial redução em seu fluxo de potência reativa. Isto ocorre principalmente nas cargas

pesada e média nos meses de Fevereiro e Agosto. Pode-se observar também que a maior redução

de fluxo de potência reativa ocorre para o caso nº 3 em todas as situações.

5.4.3 Banco de transformadores de 88/230kV da SE Piratininga

O fluxo de potência reativa nos quatro bancos de transformadores de 100MVA - 88/230kV da SE

Piratininga é mostrado na tabela 5.18. Foi analisado o caso nº 3, o qual apresenta maior influência

sobre os bancos de transformadores, pois as cargas das linhas 88kV Henry Borden – Pedreira

ficaram alimentadas pela ETU Pedreira.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.18 – Fluxo de potência reativa nos bancos da SE Piratininga

MES FEVEREIRO JULHO AGOSTO

COM PED. SEM PED. COM PED.

SEM PED.

COM PED.

SEM PED.

CARGA

MVAr MVAr MVAr MVAr MVAr MVAr

LEVE 54,4 72 46,0 58,8 41,2 55,2

MÉDIA 94,8 131,6 86,4 121,6 74,8 116,4

PESADA 77,6 120,0 77,2 118,8 71,2 112,4

Com a geração de potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira há uma substancial

redução do fluxo de potência reativa nos bancos de transformadores 88/345kV da SE Piratininga.

Isto ocorre principalmente nas cargas pesada e média.

5.5 Perdas elétricas no sistema no entorno da Usina Elevatória de Pedreira.

Foram analisadas as perdas elétricas na fronteira do sistema estudado com a influência da geração

de potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira. As variações mais significativas se deram

nas proximidades da usina.

Na Figura 5.1 é mostrado o diagrama elétrico indicando as barras, linhas e

transformadores que foram considerados.

Capítulo V – Análise dos resultados

Figura 5.1 – Diagrama elétrico das perdas

Nas Tabelas 5.19 a 5.21 são mostradas as perdas elétricas no entorno da Usina

Elevatória de Pedreira

ETT

ETT PIRATININGA

88 KV

ETU PEDREIRA

ETU H. DEN

230 kV

BOR

230 KV

ETU H.BORDEN

88 KV

LTA HB-BSA 4

LTA HB-BSA 3

LTA HB-BSA 2

3499

3488

G. 14

N.1

N.8 - 100 MVA

N.7 - 100 MVA

N.6 - 100 MVA

N.5 - 100 MVA

N.4 - 400 MVA

N.3 - 400 MVA

N.1 - 500 MVA

3489

ETD

VARGINHA

75 MVA

ETT P NINGAIRATI

230 KV

LTA HB-BSA 1

ETT

B.SANTISTA

230 KV

ETT B.SANTISTA

88 KV

ETT B.SANTISTA

345 KV

ETD

RIO BONITO

ETD

IMIGRAMTES

ETD

VARGINHA

G. 11

G. 12

G. 13

G. 15

G. 16

G. 08

G. 07

G. 01

G. 02

G. 03

G. 04

G. 05

G. 06

G. 01

G. 02

G. 03

G. 04

INTERLAGOS

481

483485

470

473

471

484

3492

480

472

28,8 MVAR

126

MVAr

489

ETT

ETT PIRATININGA

88 KV

ETU PEDREIRA

ETU H. DEN

230 kV

BOR

230 KV

ETU H.BORDEN

88 KV

LTA HB-BSA 4

LTA HB-BSA 3

LTA HB-BSA 2

3499

3488

G. 14

N.1

N.8 - 100 MVA

N.7 - 100 MVA

N.6 - 100 MVA

N.5 - 100 MVA

N.4 - 400 MVA

N.3 - 400 MVA

N.1 - 500 MVA

3489

ETD

VARGINHA

75 MVA

ETT P NINGAIRATI

230 KV

LTA HB-BSA 1

ETT

B.SANTISTA

230 KV

ETT B.SANTISTA

88 KV

ETT B.SANTISTA

345 KV

ETD

RIO BONITO

ETD

IMIGRAMTES

ETD

VARGINHA

G. 11

G. 12

G. 13

G. 15

G. 16

G. 08

G. 07

G. 01

G. 02

G. 03

G. 04

G. 05

G. 06

G. 01

G. 02

G. 03

G. 04

INTERLAGOS

481

483485

470

473

471

484

3492

480

472

28,8 MVAR

126

MVAr

ETT

ETT PIRATININGA

88 KV

ETU PEDREIRA

ETU H. DEN

230 kV

BOR

230 KV

ETU H.BORDEN

88 KV

LTA HB-BSA 4

LTA HB-BSA 3

LTA HB-BSA 2

3499

3488

G. 14

N.1

N.8 - 100 MVA

N.7 - 100 MVA

N.6 - 100 MVA

N.5 - 100 MVA

N.4 - 400 MVA

N.3 - 400 MVA

N.1 - 500 MVA

LTA HB-BSA 1

ETT

B.SANTISTA

3489

ETD

VARGINHA

75 MVA

ETT P NINGAIRATI

230 KV

ETT B.SANTISTA

88 KV

ETT B.SANTISTA

345 KV

ETD

RIO BONITO

ETD

IMIGRAMTES

ETD

VARGINHA

G. 07

G. 01

G. 02

G. 03

G. 04

G. 05

G. 06

G. 01

G. 02

G. 11

G. 12

G. 13

G. 15

G. 16

G. 08

G. 03

G. 04

INTERLAGOS

481

483485

470

473

471

484

3492

480

472

28,8 MVAR

126

MVAr

489

3499

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.19 - Perdas na região no período de carga leve.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Caso

ATIVA

(MW)

REATIVA

(MVAr)

ATIVA

(MW)

REATIVA

(MVAr)

ATIVA

(MW)

REATIVA

(MVAr)

Original 3,8 13,6 2,4 4,9 1,9 5,8

C1 3,8 13,3 2,3 4,9 1,9 5,8

C2 3,7 12,5 2,3 4,5 1,9 5,5

C3 2 4,6 1,3 0,9 0,9 2,4

C4 3,6 12,2 2,2 4,0 1,8 5,2

Tabela 5.20 - Perdas na região no período de carga média.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Caso

ATIVA

(MW)

REATIVA

(MVAr)

ATIVA

(MW)

REATIVA

(MVAr)

ATIVA

(MW)

REATIVA

(MVAr)

Original 5,7 25,3 6,3 26,3 4,7 23,6

C1 5,7 25,3 6,3 26,2 4,7 23,4

C2 5,1 22,0 5,3 21,1 4,1 19,7

C3 2,9 10,8 2,5 6,9 1,8 7,6

C4 5,0 21,6 5,3 20,5 3,9 20

Tabela 5.21 - Perdas na região no período de carga pesada.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Caso

ATIVA

(MW)

REATIVA

(MVAr)

ATIVA

(MW)

REATIVA

(MVAr)

ATIVA

(MW)

REATIVA

(MVAr)

Original 8,9 43,4 12,3 62,1 10,5 53,9

C1 8,9 43,4 12,3 61,9 10,6 54

C2 7,6 35,2 9,6 46,1 8,2 40,2

C3 3,8 13,6 4,1 14,2 2,9 11,8

C4 7,5 34,5 9,5 44,5 8,2 40,1

Com a geração de potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira as perdas elétricas

dos componentes que pertencem a fronteira em estudo diminuíram nos três períodos de carga:

leve, média e pesada. Isto pode ser observado nas Tabelas 5.19, 5.20 e 5.21, onde no caso

original as perdas no sistema estudado são calculados sema utilização da geração de potência

reativa naquele local e nos casos de 1 a 4, as perdas são consideradas com a geração da potência

reativa na Usina Elevatória de Pedreira.

Capítulo V – Análise dos resultados

As perdas reativas tiveram uma redução maior do que as perdas ativas. Sendo que no

Caso nº 3 houve a maior redução de 12,3MW para 4,1MW e de 62,1MVAr para 14,2 MVAr , no

mês de Julho, que é o período de carga pesada.

Nas quatro configurações propostas pode-se observar que o Caso nº 3 foi o que

apresentou melhor desempenho, com as menores perdas. Essa redução se deu em função da

diminuição do fluxo de potência reativa ao longo do sistema, pois a geração na Usina Elevatória

de Pedreira está próxima às cargas das ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes e da SE

Piratininga.

5.6 Análise das Contingências

Para análise das contingências, foram consideradas aquelas que não deixam a área em estudo

ilhada e também foi seguido o critério adotado atualmente pelo ONS – Operador Nacional do

Sistema Elétrico, que determina que sejam consideradas contingências duplas nas linhas de

transmissão que compartilham a mesma torre.

Das contingências simuladas conforme a lista apresentada no item 4.5, as que

apresentavam influência com a geração de potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira são

apresentadas a seguir.

5.6.1 Perda de um banco de 345/88kV - 400MVA da SE Baixada

O desligamento de um banco de transformadores de 400MVA - 345/88kV acarreta sobrecarga no

banco remanescente, pois devido à restrição de geração da usina Henry Borden, a potência ativa

entregue para as cargas da barra nº 481 de 88kV é transmitida pelos dois bancos.

As Tabelas 5.22 a 5.24 mostram o carregamento do banco remanescente em potência e

o percentual de sobrecarga.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.22 - Carregamento do banco de transformadores remanescente e percentual de

sobrecarga.- Carga leve.

MES FEVEREIRO JULHO AGOSTO

COM PED. SEM PED. COM PED. SEM PED. COM PED. SEM PED.

CASO

MVA % MVA % MVA % MVA % MVA % MVA %

C1 550 37,5 550 37,5 474 18,5 474 18,5 457,4 14,3 457,4 14,3

C2 553 38,25 549 37,25 472 18,0 474 18,5 462 15,5 458 14,5

C3 469 17,25 469 17,25 408 2,0 408 2,0 393 0,0 393 0,0

C4 550 37,5 549 37,25 470 17,5 474 18,5 462 15,5 462 15,5

Tabela 5.23 - Carregamento do banco de transformadores remanescente e percentual de

sobrecarga.- Carga Média.

MES FEVEREIRO JULHO AGOSTO

COM PED. SEM PED. COM PED. SEM PED. COM PED. SEM PED.

CASO

MVA % MVA % MVA % MVA % MVA % MVA %

C1 589 47,25 589 47,25 574 43,5 574 43,5 544 36,0 544 36,0

C2 588 47,0 588 47,0 567 41,75 572 43,0 542 35,5 543 35,75

C3 495 23,75 495 23,75 456 14,0 456 14,0 453 13,25 453 13,25

C4 585 46,25 588 47,0 564 41,0 572 43,0 545 36,25 543 35,75

Tabela 5.24 - Carregamento do banco de transformadores remanescente e percentual

de sobrecarga.- Carga Pesada.

MES FEVEREIRO JULHO AGOSTO

COM PED. SEM PED. COM PED. SEM PED. COM PED. SEM PED.

CASO

MVA % MVA % MVA % MVA % MVA % MVA %

C1 669 67,25 669 67,25 629 57,25 629 57,25 625,2 56,3 625,2 56,3

C2 663 65,75 666 66,5 619 54,75 629 57,25 616 54,0 624 56,0

C3 604 51,0 604 51,0 497 24,25 497 24,25 474 18,5 474 18,5

C4 668 67,0 673 68,25 620 55,0 632 58,0 617 54,25 623 55,75

Nas tabelas acima para os casos 2 e 4, nos quais as cargas das ETD´s Varginha, Rio

Bonito e Imigrantes são alimentadas através da ETU Henry Borden 88kV, pode-se observar a

influência da potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira em relação ao carregamento do

banco remanescente de 400MVA, 345/88kV da SE Baixada.

Capítulo V – Análise dos resultados

Quando há geração de potência reativa na Usina Elevatória de Pedreira o carregamento

do banco de transformadores remanescente diminui, como pode ser observado no período de

cargas pesada e média. No período de carga leve essa influência não é tão expressiva.

Outra observação importante é quanto ao ECE (Esquema de Controle de Emergência)

que o ONS adota para evitar o desligamento total das cargas na região. Quando um dos bancos de

400MVA da SE Baixada fica com sobrecarga maior que 19% o ECE é acionado, sendo:

● 1º Estágio: Sobrecarga > 19%, corte de carga na região: 100MW;

● 2º Estágio: Sobrecarga ≥ 40%, corte de carga na região: 70MW;

● 3º Estágio: Sobrecarga ≥ 55%, corte de carga na região: 60MW;

● 4º Estágio: Sobrecarga ≥70%, corte de carga na região: 40MW.

Nas Tabelas 5.23 e 5.24 pode ser observado que com a geração de potência reativa da

Usina Elevatória de Pedreira em vários casos a sobrecarga do banco remanescente diminui

evitando o acionamento do ECE, ou fazendo o ECE atuar em estágios menores.

5.6.2 Perda das duas Linha 230kV Piratininga – Interlagos (Circuitos nº 1 e 2).

Para a análise de contingência foi considerado o Caso nº 3, o qual apresentava maior influência,

pois as cargas das ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes ficaram alimentadas pela SE

Piratininga 88kV.

O desligamento dos dois circuitos desta linha acarreta sobrecarga no autotransformador

de 500MVA, 345/230kV na SE Baixada Santista em carga pesada. O desligamento implica

também sobrecarga na Linha 230kV Henry Borden – Piratininga em carga pesada e média, com

indicativo da possibilidade de corte de carga na SE Piratininga.

Capítulo V – Análise dos resultados

Nas Tabelas 5.25 e 5.26 são mostrados os valores de tensão nas barras, nos períodos de

carga pesada e média, quando da perda das duas Linhas 230kV Piratininga – Interlagos (Circuitos

nº 1 e 2).

Tabela 5.25 -Tensão em (PU) nas barras – Carga Pesada

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Barra

Com

reativo de

Pedreira

Sem

reativo de

Pedreira

Com

reativo de

Pedreira

Sem

reativo de

Pedreira

Com

reativo de

Pedreira

Sem

reativo de

Pedreira

484 0,938 0,909 0,955 0,924 0,958 0,929

485 1,000 0,999 1,001 1,001 1,001 1,001

483 1,000 0,998 1,001 1,000 1,001 1,000

3492 0,999 0,988 0,989 0,988 0,989 0,988

3488 0,984 0,981 0,981 0,980 0,982 0,981

3499 0,988 0,986 0,987 0,985 0,987 0,986

3489 0,993 0,991 0,993 0,992 0,993 0,992

Tabela 5.26 - Tensão em (PU) nas barras – Carga Média.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Barra

Com

reativo de

Pedreira

Sem

reativo de

Pedreira

Com

reativo de

Pedreira

Sem

reativo de

Pedreira

Com

reativo de

Pedreira

Sem

reativo de

Pedreira

484 0,934 0,912 0,937 0,914 0,954 0,923

485 1,000 0,996 1,000 1,000 1,000 1,000

483 1,000 0,995 1,000 0,999 1,000 0,999

3492 0,992 0,987 0,990 0,989 0,991 0,990

3488 0,989 0,984 0,987 0,986 0,988 0,987

3499 0,991 0,987 0,990 0,989 0,991 0,990

3489 0,993 0,988 0,991 0,990 0,992 0,991

Com a utilização da geração de potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira,

pode-se observar, pelas tabelas acima, que os valores de tensões não caíram tanto, principalmente

na barra nº 484 (Piratininga 230kV).

Na Tabela 5.27 mostra a geração de potência reativa na UEP durante a

contingência.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5. 27 - Geração de Potência Reativa na Usina Elevatória de Pedreira.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Carga

Pesada

(MVAr)

Carga

Média

(MVAr)

Carga

Pesada

(MVAr)

Carga

Média

(MVAr)

Carga

Pesada

(MVAr)

Carga

Média

(MVAr)

44,1 38,7 52,8 36,5 52,3 59,0

Nas Tabelas 5.28 e 5.29 mostram o carregamento dos equipamentos durante a

contingência nos períodos de carga pesada e média.

Tabela 5.28 - Carregamento dos equipamentos no período de carga pesada.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Equipamento

Carregamento

Nominal

(MVA)

Com

reativo

Pedreira

(MVA)

Sem

reativo

Pedreira

(MVA)

Com

reativo

Pedreira

(MVA)

Sem

reativo

Pedreira

(MVA)

Com

reativo

Pedreira

(MVA)

Sem

reativo

Pedreira

(MVA)

LT Henry

Borden -

Piratininga

230kV

311 373,0 385,9 368,7 372,3 359,5 378,6

Bco trafo

Piratininga

230-88kV

100 88,9 90,7 88,2 89,7 86,8 89,5

Auto trafo

Baixada

345-230kV

500 591,8 603,5 571,5 583,6 570,3 580

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.29 - Carregamento dos equipamentos no período de carga média

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Equipamento

Carregamento

Nominal

(MVA)

Com

reativo

Pedreira

(MVA)

Sem

reativo

Pedreira

(MVA)

Com

reativo

Pedreira

(MVA)

Sem

reativo

Pedreira

(MVA)

Com

reativo

Pedreira

(MVA)

Sem

reativo de

Pedreira

(MVA)

LT Henry

Borden -

Piratininga

230kV

311 373,0 385,9 368,7 372,3 359,5 378,6

Bco trafo

Piratininga

230-88kV

100 88,9 90,7 88,2 89,7 86,8 89,5

Auto trafo

Baixada

345-230kV

500 509,9 516,0 484,6 492,2 482,6 487,8

Pelas tabelas acima pode-se observar que com a geração de potência reativa pela Usina

Elevatória de Pedreira ajuda a diminuir a sobrecarga na Linha 230kV Henry Borden – Piratininga

e no autotransformador 345/230kV – 500MVA da SE Baixada Santista.

5.6.3 Perda de um banco de transformadores de 230/88KV - 100MVA da SE Piratininga

O desligamento de um banco de transformadores 230/88kV – 100MVA acarreta sobrecarga nos

bancos remanescentes. O Caso nº 3 é o que apresenta maior influência.

Na Tabela 5.30 mostra os carregamentos e percentagem de sobrecarga dos bancos

remanescentes.

Tabela 5.30 - Carregamento dos bancos remanescentes e percentagem de sobrecarga.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Com

reativo de

Pedreira

Sem

reativo de

Pedreira

Com

reativo de

Pedreira

Sem

reativo de

Pedreira

Com

reativo de

Pedreira

Sem

reativo de

Pedreira

Carga

MVAr % MVAr % MVAr % MVAr % MVAr % MVAr %

PESADA 131,9 31,9 136,8 36,8 133,0 33,0 137,4 37,4 133,4 33,4 137,2 37,2

MÉDIA 118,4 18,4 123,4 23,4 117,3 17,3 121,4 21,4 116,7 16,7 120.8 20,8

Observação: valores por banco.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.31 - Geração de potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira.

Carga FEVEREIRO

(MVA)

JULHO

(MVA)

AGOSTO

(MVA)

PESADA 58,5 62,1 60,7

MÉDIA 55,8 53,3 57,6

Pelas Tabelas acima pode-se observar que a potência reativa gerada pela Usina

Elevatória de Pedreira ajuda a diminuir a sobrecarga nos bancos de transformadores

remanescentes de 230/88kV – 100MVA da SE Piratininga.

O máximo de sobrecarga que suporta cada banco de transformadores é 20%

durante 15 minutos, para sobrecargas maiores o tempo é bem inferior. No período de carga média

sem a potência reativa gerada pela Usina Elevatória de Pedreira, as sobrecargas obtidas nos

bancos de transformadores remanescentes são maiores que 20%, o que obriga a transferência

imediata de cargas dessa subestação. Esta transferência de carga pode ocasionar problemas de

tensão e carregamento em outros pontos do sistema.

5.6.4 Perda de uma linha de 88kV Henry Borden – Pedreira

O desligamento de uma linha de 88kV Henry Borden – Pedreira acarreta sobrecarga na linha

remanescente, o Caso nº 2 é o que apresenta maior influência.

A Tabela 5.32 mostra o carregamento da linha 88kV Henry Borden – Pedreira

remanescente.

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.32 - Carregamento da linha 88kV Henry Borden - Pedreira remanescente.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

Carga

MVAr MVAr MVAr MVAr MVAr MVAr

PESADA 136,3 144,6 165,2 183,4 160,0 175,8

MÉDIA 87,2 91,9 102,2 110,3 94,7 100.8

LEVE 55,2 55,5 55,8 56,4 55,2 55,5

Tabela 5.33 – Tensão (PU) nas barras – Carga leve.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Barra

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

3488-ETD

Varginha II

0,974 0,961 0,989 0,960 0,974 0,961

3489-ETD

Varginha I

0,975 0,963 0,990 0,962 0,975 0,963

3492- ETD

Rio Bonito

0,974 0,960 0,991 0,960 0,974 0,960

3499-ETD

Imigrantes

0,980 0,970 0,992 0,969 0,980 0,970

Tabela 5.34 – Tensão (PU) nas barras – Carga Média.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Barra

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

3488-ETD

Varginha II

0,988 0,915 0,985 0,890 0,987 0,905

3489-ETD

Varginha I

0,988 0,915 0,985 0,890 0,987 0,905

3492- ETD

Rio Bonito

0,991 0,911 0,988 0,885 0,990 0,901

3499-ETD

Imigrantes

0,992 0,931 0,988 0,910 0,991 0,923

Capítulo V – Análise dos resultados

Tabela 5.35 – Tensão (PU) nas barras – Carga Pesada.

FEVEREIRO JULHO AGOSTO

Barra

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

Com

reativo

Pedreira

Sem

reativo

Pedreira

3488-ETD

Varginha II

0,981 0,879 0,977 0,831 0,977 0,842

3489-ETD

Varginha I

0,985 0,883 0,989 0,837 0,982 0,848

3492- ETD

Rio Bonito

0,988 0,878 0,986 0,830 0,986 0,841

3499-ETD

Imigrantes

0,986 0,902 0,981 0,861 0,982 0,871

Pela Tabela 5.32 pode observar-se que a potência reativa gerada pela Usina

Elevatória de Pedreira ajuda a diminuir ou eliminar a sobrecarga na linha remanescente.

Pelas Tabelas 5.33, 5.34 e 5.35 pode-se observar que, sem a utilização da potência

reativa da Usina Elevatória de Pedreira, as tensões nas barras: 3488 (ETD Varginha II), 3489

(ETD Varginha I), 3492 (ETD Rio Bonito) e 3499 (ETD Imigrantes), ficam com valores baixos

quando da contingência da perda de uma linha de 88kV Henry Borden – Pedreira.

Capítulo VI – Conclusões e Propostas Para Futuros Trabalhos

CAPÍTULO VI – CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA FUTUROS TRABALHOS

6.1

Conclusões:

Pelos resultados das simulações computacionais, nos quatro casos estudados, pode-se observar as

modificações que ocorrem no sistema com a inserção de potência reativa gerada pela Usina

Elevatória de Pedreira. Da análise dos resultados pode-se verificar que as melhorias foram além

da simples correção da tensão no entorno da região da usina.

A quantidade de energia reativa gerada pela Usina Elevatória de Pedreira nas

simulações ficou no máximo em 60% de sua capacidade de produção, o que facilitaria os

impedimentos de manutenção de suas unidades de bombeamento. Pode-se inclusive bombear e

gerar potência reativa simultaneamente.

As tensões nas ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes, ficaram por volta de 1,0pu

nos períodos de carga média e pesada e de 0,977pu no período de carga leve. Este fato poderia

resolver os problemas de reclamação de baixa tensão na região feitos pelos consumidores da AES

- Eletropaulo.

Com a localização da Usina Elevatória de Pedreira e a inserção de sua potência reativa

na área de 88kV, próxima ás cargas, foi diminuída a necessidade de geração de potência ativa na

usina termoelétrica Piratininga e na usina hidroelétrica Henry Borden. O custo de geração de

energia elétrica para o sistema é reduzido e pode-se aumentar a disponibilidade da usina de Henry

Borden para atender o sistema em ocasiões de grandes manutenções ou grandes contingências.

Os compensadores síncronos instalados na área em estudo ficaram menos solicitados,

trabalhando com necessidade de geração de potência reativa mais próxima de zero ou em

condições melhores para atender o sistema em caso de grandes contingências, como é o caso da

Capítulo VI – Conclusões e Propostas Para Futuros Trabalhos

perda de um bi-pólo de CC de Itaipu, ou da perda de uma linha de 750kV de Itaipu. Esse alívio

nos compensadores síncronos é mais significativo nos de Ibiúna e Tijuco Preto, conectados nos

barramentos de 345kV, por estarem mais próximos eletricamente da Usina Elevatória de

Pedreira. Essa redução foi maior no período de carga pesada.

Pelos resultados obtidos, pode-se concluir que a utilização da geração da potência

reativa da Usina Elevatória Pedreira evitaria no sistema local, investimentos em compensadores

estáticos da ordem de 60MVAr e em nível sistêmico (SIN) na ordem de 38MVAr. De acordo

com a tabela de custos modulares da ELETROBRÁS de 2004, o custo estimado de equipamentos

de controle de tensão através de capacitores é da ordem de R$ 100 / KVAr. Pelos resultados

obtidos poderia se evitar um custo de investimento para o sistema na ordem de R$ 9.800.000,00.

Com a diminuição da necessidade de potência reativa vinda de regiões mais distantes

para atender as cargas das ETD´s Varginha, Rio Bonito, Imigrantes e da SE Piratinga, os

equipamentos elétricos na região tiveram sua capacidade de transmissão e transformação de

energia ativa aumentadas. Isto pode ser verificado nos bancos de Transformadores de 100MVA -

230/88kV da SE Piratininga, nos bancos de Transformadores de 400MVA - 345/88kV da SE

Baixada Santista e nas linhas de transmissão de 88kV Henry Borden – Baixada circuitos de 1 a 4.

Como conseqüência pode haver uma diminuição na geração de potência ativa das usinas da

região, e reservá-las para eventuais contingências.

Os geradores da usina hidroelétrica Henry Borden e da usina termoelétrica Piratininga

tiveram a geração de potência reativa diminuída o que aumentou a disponibilidade para a geração

de potência ativa.

As perdas elétricas da região foram diminuídas no entorno da Usina Elevatória de

Pedreira, tendo maior influência nas perdas reativas, como é o caso do mês de Julho, período de

carga pesada, que passou de 62,1MVAr, sem a utilização da potência reativa da Usina Elevatória

Capítulo VI – Conclusões e Propostas Para Futuros Trabalhos

de Pedreira, para 14,2MVAr com a utilização de sua potência reativa. Nas perdas ativas houve

uma redução menor, como no caso do mês de Julho, período de carga pesada, que passou de

12,3MW, sem a utilização da potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira, para 4,1MW com

a utilização de sua potência reativa.

Nas simulações de contingências foi verificado que a geração de potência reativa da

Usina Elevatória de Pedreira ajuda a diminuir a sobrecarga nos equipamentos remanescentes,

evitando ou diminuindo o corte de carga, através dos esquemas controle de emergência

estipulados pelo ONS em caso de contingências. A seguir são destacadas as contingências que

mais seriam beneficiadas com a geração de reativos pela Usina Elevatória de Pedreira:

● Perda de um banco de transformadores de 400MVA, 345/88kV da SE Baixada

Santista, diminuiria a atuação do ECE (Esquema Controle de Emergência) da SE Baixada

Santista, cortando a carga da região em estágios menores.

● Perda dupla da linha de transmissão 230kV Piratininga – Interlagos circuitos 1 e 2,

diminuiria a sobrecarga no auto transformador de 500MVA, 345/230 kV da SE Baixada Santista

e da linha 230kV Henry Borden – Piratininga, evitando ou diminuindo a necessidade de

transferência ou corte de carga na SE Piratininga.

● Perda de banco de transformadores de 100MVA, 230/88kV da SE Piratininga,

diminui a sobrecarga nos bancos remanescentes, evitando ou diminuindo a necessidade de

transferência ou corte de carga na SE Piratininga.

Dos casos estudados o Caso nº 3 apresentou melhor desempenho, em relação a todos

os aspectos analisados, com bons resultados na correção de tensão, alívio dos compensadores

síncronos, diminuição de geração de potência ativa e perdas na região.

Cabe ressaltar que, pelos resultados obtidos, é possível corrigir o problema original de

tensão baixa no sistema, como também obter uma nova forma de operação mais eficaz, mais

Capítulo VI – Conclusões e Propostas Para Futuros Trabalhos

estável, com menores perdas elétricas. Tudo isto pode ser realizado sem investimento adicional

para o sistema, apenas mudando a sua forma de operação, utilizando as unidades de

bombeamento da Usina Elevatória de Pedreira, que ficam mais de 97% do tempo desligadas.

6.2 Propostas para futuros trabalhos

Podem ser desenvolvidos outros trabalhos de estudo na área, auxiliando a operação do sistema e

indicando possíveis trocas de equipamentos, como por exemplo: os que têm valores elevados de

impedâncias, obtendo como conseqüência a melhora no desempenho do sistema.

Com o intuito de originar novas contribuições, cita-se a seguir algumas idéias

percebidas no decorrer do desenvolvimento desse trabalho.

Pode-se continuar o desenvolvimento desse trabalho, fazendo um estudo sob o

ponto de vista de estabilidade transitória. As máquinas da Usina Elevatória de Pedreira estão

conectadas às suas turbinas quando em funcionamento como compensadores síncronos o que,

provavelmente devido à sua inércia, resultará em um comportamento diferente dos demais

compensadores síncronos existentes no sistema.

Outro estudo seria a análise de despacho econômico do sistema através de lógica

nebulosa, incluindo a geração de potência reativa da Usina Elevatória de Pedreira.

Existem, no sistema estudado, alguns equipamentos antigos, transformadores e linhas

com alta impedância. Outra sugestão seria um estudo econômico de troca desses equipamentos e

com recondutoração e reisolamento de linhas de transmissão para modernização do sistema.

Pode-se fazer uma análise do impacto econômico de custo de modificação da

configuração da rede do sistema para a melhoria de tensão, sem a utilização das máquinas

síncronas da Usina Elevatória de Pedreira como compensadores síncronos.

Capítulo VI – Conclusões e Propostas Para Futuros Trabalhos

Outra proposta seria a análise do ganho econômico com menor geração de potência

ativa pelos geradores do sistema estudado, devido às menores perdas resultantes da utilização da

geração de potência reativa em Pedreira. Poder-se-ia também fazer um estudo sobre a influência

na vida útil das máquinas síncronas da usina elevatória de Pedreira, quando despachadas como

compensadores síncronos.

Bibliografia

BIBLIOGRAFIA

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

Alvarado, F.; Borissov, B.; Kirsch, L.D.; Reactive Power as an Identifiable Ancillary

Service, Transmission Administrator of Alberta, Ltd., Alberta, Canada, March 2003.

ELGERD, OLLE I. Introdução à Teoria de Sistemas de Energia Elétrica. Tradução:

Ademaro A. M. B. Cotrim. São Paulo: Editora Mcgraw Hill, 1976.

FITZGERALD, AE.; KINGSLEY, CHARLES JR.; KUSKO, ALEXANDER.

Máquinas Elétricas. Tradução: Josafá Neves. São Paulo.

JORDÃO, RUBENS GUEDES. Máquinas Síncronas. São Paulo: Editora da

Universidade de São Paulo. 1980.

Kirby, B.; Hirst, E.; Ancillary Service Details: Voltage Control, National Regulatory

Research Institute, December 1997, Columbus, Ohio, USA.

KOSOW, IRVING I. Máquinas Elétricas e Transformadores. Tradução: Felipe Luiz

Ribeiro Daiello e Percy Antônio Pinto Soares. São Paulo: Editora Globo, 14º ed.

KOSTENKO, M.; PIOTROVSKI, L. Máquinas Elétricas de Corrente Alternada.

Tradução: Antônio Fernandes Magalhães. Porto Portugal: Editora Lopes da

Silva,1979.

Manhire, B. On Three-Phase Reactive Power, Proceedings of the 2004 American

Society for Engineering Education Annual Conference and Exposition, Section

1793, USA..

Milano, F.; PSAT 1.3.1(MatLab/Power System Analysis Toolbox), Universidade de

Waterloo, Canadá, 2004.

Miller, T.J.E.. Reactive Power Control in Electric Systems. John Wiley &

Sons,1982.

MONTICELLI, ALCIR.; GARCIA, ARIOVALDO. Introdução a Sistemas de

Energia Elétrica. São Paulo: Editora Unicamp, 2003.

MURTY, P.S.R. Power System Operation and Control, McGraw-Hill, 1984.

NASAR, SYED A. Máquinas Elétricas. São Paulo: Editora Mcgraw Hill, 1980

ROBBA, ERNESTO JOÃO. Introdução a Sistemas de Potência. São Paulo: Editora

da Universidade de São Paulo. 1972.

Bibliografia

100

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

SEPÚLVEDA, HUGO LUIZ. Máquinas Síncronas, apostila. Edições Engenharia

61/77, Universidade Federal de Minas Gerais, 1967.

STEVENSON, WILLIAN D.JR. Elementos de Análise de Sistemas de Potência. São

Paulo: Editora Mcgraw Hill, 2º ed. Em português

TAYLOR, C.W. Power System Voltage Stability, McGraw-Hill, 1994.

VIEIRA FILHO, XISTO. Operação de Sistemas de Potência Com Controle

Automático de Geração. Eletrobrás – Editora: Campus: Rio de Janeiro.

WEEDY, B. M. Sistemas Elétricos de Potência. Editora Polígono. São Paulo.

WOOD, A. J.;WOLLENBERG, B. F. Power Generation, Operation, and Control,

John Wiley & Sons, 1984.

EMAE. IEO 002 - Instrução Específica de Operação da Usina Termoelétrica

Piratininga.

EMAE. IEO 005 - Instrução Específica de Operação da Usina Termoelétrica Nova

Piratininga.

EMAE. IEO 001 - Instrução Específica de Operação da Usina Hidroelétrica Henry

Borden.

EMAE. – Relatórios de ensaios nas unidades reversíveis da Usina Elevatória de

Pedreira.

ONS. Instrução de Operação – IO-CG.Br.01- Controle de Geração em Condições

Normais

ONS. Instrução de Operação – IO-OC.SE.3SP- Operação em Contingência da Área

de 345kV de São Paulo.

ONS. Instrução de Operação – IO-OC.SE.4SP- Operação em Contingência da Área

de 440kV de São Paulo.

ONS. Instrução de Operação – IO-ON.SE.3SP- Operação Normal da Área de 345kV

de São Paulo.

ONS. Instrução de Operação – IO-ON.SE.4SP- Operação Normal da Área de 440kV

de São Paulo.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

101

Figura A1- Diagrama elétrico ETU Pedreira 88kV

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

102

Figura A2 - Vista Superior da Usina Elevatória de Pedreira

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

103

Figura A3 - Vista em corte das unidades reversíveis da Usina Elevatória de Pedreira

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

104

Figura A4 - Detalhes do sistema de refrigeração e aquecimento das unidades da UEP

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

105

Figura A5 - Curva de operação da unidade nº 2 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

106

Figura A6 - Gráfico de operação da unidade nº 2 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

107

Figura A7 - Curva V da unidade nº 2 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

108

Figura A8 - Curva V da unidade nº 5 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

109

Figura A9 - Gráfico de operação da unidade nº 4 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

110

Figura A10 - Curva de operação da unidade nº 4 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

111

Figura A11- Gráfico de operação da unidade nº 5 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

112

Figura A12 - Gráfico de operação da unidade nº 5 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

113

Figura A13 - Curvas características da unidade nº 4 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

114

Figura A14 - Curvas características da unidade nº 2 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

115

Figura A16 - Curva de capabilidade das unidades 2, 3 e 7 da UEP.

Figura A15 - Curva de capabilidade das unidades nº 1 e 6 da UEP.

Anexo A – Usina Elevatória de Pedreira

116

Figura A18 - Curva de capabilidade da unidade nº 8 da UEP.

Figura A17 - Curva de capabilidade da unidade nº 5 da UEP.

Anexo B – Usina Hidroelétrica Henry Borden

117

Figura B1 - Diagrama elétrico da ETU Henry Borden.

Anexo B – Usina Hidroelétrica Henry Borden

118

Figura B3 - Curva de capabilidade das unidades de 65MW de UHB.

Figura B2 - Curva de capabilidade das unidades de 35 MW de UHB.

Anexo B – Usina Hidroelétrica Henry Borden

119

Figura B4 - Curva de capabilidade das unidades de 66 MW de UHB

Figura B5 - Curva de capabilidade das unidades de 70 MW de UHB.

Anexo C - Usina Termoelétrica Piratininga.

120

Figura C1 - Curva de capabilidade das unidades n º 1 e 2 da Usina Termoelétrica Piratininga.

Anexo C - Usina Termoelétrica Piratininga.

121

Figura C2 - Curva de capabilidade das unidades n° 3 e 4 da Usina Termoelétrica Piratininga.

Anexo D – Usina Termoelétrica Nova Piratininga.

122

Figura D1 - Curva de capabilidade das unidades geradoras da Usina Termoelétrica Nova

Piratininga.

Anexo E – ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes

123

Figura E1 - Diagrama elétrico da ETD Varginha.

Anexo E – ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes

124

Figura E2 - Diagrama elétrico da ETD Rio Bonito.

Anexo E – ETD´s Varginha, Rio Bonito e Imigrantes

125

Figura E3 - Diagrama elétrico da ETD Imigrantes.

Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
 
Milhares de Livros para Download:
 
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas

Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
 
 