Disjuntores eletrônicos de abertura rápida

Por possuírem um tempo de abertura muito curto [23], estes disjuntores podem ser utilizados para atuarem antes dos disjuntores superados, limitando a corrente nestes dispositivos e garantindo uma atuação segura dos mesmos. Estes dispositivos não substituem o uso dos disjuntores convencionais [23].

No capítulo 5 será estudado um caso real do sistema elétrico brasileiro, em que serão analisadas as implantações das medidas para redução de nível de curto-circuito aqui apresentados.

Capítulo 5

Caso de Estudo

Neste capítulo será apresentado o problema identificado nas subestações do Rio de Janeiro (área Rio), onde diversos casos de superação surgem no horizonte de 2023. Também serão estudadas medidas mitigadoras para reduzir os níveis de curto- circuito destas subestações. Todas as análises foram feitas utilizando o programa ANAFAS.

5.1

Descrição do caso

A área Rio é um grande centro de carga do Brasil e, por isso, seu sistema de atendi- mento contém muitas subestações de fronteira com elevadas capacidades de transfor- mação. Esta área apresenta uma rede extremamente malhada, com transformações de 500/345 kV, 345/138 kV e 500/138 kV. A potência instalada nessa região também é muito grande, cerca de 7,5 GW, com usinas conectadas nos setores de 138 kV e principalmente no 500 kV.

Pelos motivos expostos acima, a área Rio apresenta elevados níveis de curto- circuito nas subestações de fronteira (138 kV), com valores próximos aos da capa- cidade de interrupção do disjuntores instalados. A Figura 5.1 mostra o diagrama unifilar simplificado da área do Rio de Janeiro.

Figura 5.1: Diagrama unifilar simplificado da área Rio.

Atualmente, já é necessário o uso de recursos operativos para a redução dos níveis de curto-circuito da área Rio, como o desligamento de compensadores síncronos e a separação de barramentos. No entanto, quando são feitos estudos considerando novos empreendimentos já previstos para a expansão do sistema no horizonte de 2023, essas medidas passam a não ser mais efetivas. Com isso, os elevados níveis de curto-circuito passam a ser fatores limitantes para o crescimento do sistema.

A implantação da SE Nova Iguaçu 500/138 kV – 900 MVA em 2018 teve um grande impacto nos níveis de curto-circuito das subestações da área Rio, inclusive acarretando problemas de superação. Destaca-se o aumento no setor de 138 kV da subestação de Grajaú, que já possui todos os seus disjuntores com capacidade de interrupção de 63 kA (maior capacidade disponível no mercado), e passou a apresentar problemas de superação.

A solução encontrada para resolver este problema foi a separação do sistema da concessionária de distribuição Light em dois subsistemas. Esta solução evitou a superação de diversas subestações da área Rio, como as SE’s São José 138 kV e Grajaú 138 kV. A Figura 5.2 mostra como era o sistema da Light antes da entrada em operação da SE Nova Iguaçu e a 5.3 mostra como ele está hoje.

Figura 5.3: Sistema da Light divido em dois subsistemas.

A expansão da SE Nova Iguaçu 500/138 kV está prevista para 2020, com a entrada em operação do segundo banco de transformadores de 900 MVA, que já foi autorizado pela Agência Nacional de Energia Elétrca (ANEEL) e, nos estudos do PAR 2019-2023, foi indicada a necessidade de um terceiro banco de 900 MVA. A entrada em operação desses dois empreendimentos no SIN acarreta a superação de diversas subestações da área Rio, inclusive da própria SE Nova Iguaçu, com níveis acima de 63 kA no setor de 138 kV. Além disso, há outros empreendimentos planejados na área Rio, como o quinto transformador 500/138 kV de 600 MVA na SE São José, o segundo transformador 500/138 kV de 900 MVA na SE Zona Oeste e a SE Terminal Rio 500 kV, que causam significativo impacto na região.

A Tabela 5.1 mostra os níveis de curto-circuito de algumas subestações de in- teresse da área Rio nos horizontes de 2018 e 2023. O critério de escolha para o monitoramento destas subestações foi o nível de curto-circuito ser mais elevado (apresentando disjuntores superados ou em estado de alerta), ter sofrido um au- mento significativo no horizonte analisado, acima de 3 kA, ou ser uma subestação importante para o sistema. Adicionalmente, é comparado o nível de curto-circuito com o valor da capacidade do menor disjuntor instalado na subestação. As células em vermelho representam uma subestação superada e as células em azul representam que a subestação está em estado de alerta.

Tabela 5.1: Nível de curto-circuito nas subestações da área Rio.

Nível de curto-circuito (kA) Nome Tensão (kV) Caso 2018 Caso 2023 Capacidade do menor disjuntor (kA) ADRIANÓPOLIS 500 24,8 35,5 31,5 ADRIANÓPOLIS 138 27,6 30,3 37 BERNADINO MELO 138 31,0 42,8 40 CACHOEIRA PAULISTA 500 26,8 34,6 31,5 CACHOEIRA PAULISTA 138 17,3 17,8 40 CASCADURA 138 38,2 44,0 40 COMENDADOR SOARES 138 35,0 49,8 40 ELETROBOLT 138 37,1 46,2 40 FONTES NOVA 138 36,0 40,5 40 GRAJAÚ 500 18,3 21,4 31,5 GRAJAÚ 138 47,5 51,5 63 JACAREPAGUÁ 138 41,1 45,2 40 LEOPOLDO 138 37,6 40,1 40 MADUREIRA 138 36,8 42,2 40 NOVA IGUACU 500 24,2 37,0 63 NOVA IGUAÇU (LIGHT) 138 30,4 42,1 40 NOVA IGUACU (LTTE) 138 46,1 72,4 63 QUEIMADOS 138 30,8 40,1 40 SÃO JOSÉ 500 22,6 27,8 40 SÃO JOSÉ A 138 41,3 40,7 50 SÃO JOSÉ B 138 42,3 52,3 50 TERMORIO A 138 23,7 23,6 50 TERMORIO B 138 25,4 26,8 50 ZIN 138 33,2 40,6 40 ZONA OESTE 500 18,3 22,3 63 ZONA OESTE 138 36,2 48,1 63

Pela Tabela 5.1 verifica-se que no horizonte de 2018 há subestações com níveis de curto-circuito elevados e até mesmo em estado de alerta, porém, nenhuma delas apresenta problemas de superação. Já para o horizonte de 2023, 15 subestações encontram-se superadas.

O setor de 138 kV da subestação de Jacarepaguá já teve seus disjuntores indicados para troca nos estudos PAR 2015-2017 e autorizados pela resolução autorizativa (REA) da ANEEL 5.710/2016 [30]. Por isso, esta subestação não será objeto de análise no presente estudo.

ções de tensão maior ou igual 345 kV devem ter seus equipamentos com capacidade de interrupção de, no mínimo, 50 kA [31]. Por esta razão, a troca dos equipamentos de 31,5 kA das subestações de Adrianópolis 500 kV e Cachoeira Paulista 500 kV é mais indicada em vez de buscar soluções para a redução dos níveis de curto-circuito. As outras subestações com problemas de superação são tratadas a seguir, por meio da implantação de medidas mitigadoras apresentadas no capítulo 4. Os setores de 138 kV das subestações Nova Iguaçu e São José serão o principal foco das análises, pois os reforços planejados nessas subestações são a maior causa da elevação dos níveis de curto-circuito na área Rio.