Planejamento do Sistema Elétrico

O controle de tensão e potência reativa, embora normalmente associado à operação das redes de distribuição, é um aspecto que já deve ser considerado desde antes das redes serem construídas, na fase de planejamento do sistema elétrico. No planejamento do sistema elétrico, diante do conhecimento de toda área da concessão, desde subestações existentes com as respectivas localidades atendidas, caminho das redes elétricas, conjunto de geração distribuída, pontos de fronteira e ainda respectivas situações de contorno a cada ano acompanhando o crescimento de cargas (horizontal, espacial e temporal), existe a obrigação de manter a qualidade de fornecimento dentro dos padrões exigidos pela ANEEL através do PRODIST.

De posse da taxa de crescimento vegetativo de 10 anos, é feita a projeção das cargas para verificar as condições futuras de atendimento, assim como a evolução da queda de tensão, fator de potência, perdas elétricas, carregamentos das subestações (SEs) e das redes elétricas etc., para verificar e analisar os pontos que transgridem os critérios de planejamento para obras necessárias com melhor custo benefício para proporcionar um atendimento de qualidade aos consumidores. Assim, o processo de regulação de tensão no sistema elétrico de distribuição faz parte de um dos acompanhamentos, levando em consideração curvas de cargas, dos critérios- limite de queda de tensão carregamento dos condutores, fator de potência e perdas elétricas. Diante do exposto vamos ver o porquê da importância do planejamento.

Em princípio, a variação permissível da tensão no sistema de distribuição em alta tensão (SDAT) (ou subtransmissão) é de +/-5% da nominal, até a subestação abaixadora para a MT. Quando da análise anual da verificação de carregamento dos ativos da transmissão através do fluxo de potência (ativa e reativa), com as devidas projeções de cargas futuras, sempre verificando a situação da queda de tensão e fator de potência, pode-se notar as necessidades de melhorias no sistema otimizando o uso de ativos para possibilitar o atendimento dentro dos padrões solicitados pelo PRODIST. Sempre devendo ser considerada a opção com menor custo global do conjunto de obras a serem executadas quando necessárias.

Uma das proposições a ser considerada seria a redução do fluxo de potência reativa com instalação de banco de capacitores em locais estratégicos, principalmente em alguma subestação de distribuição existente, conforme mostra a Figura 2.1. Nesta situação existe ainda, a possibilidade de evitar altos custos associados à instalação dos bancos de capacitores na alta tensão (onde necessitam de disjuntor e conjunto de proteções adequadas), com uma solução mais econômica que consiste em instalar vários bancos de menor potência distribuídos ao longo

dos alimentadores de média tensão. Alternativamente, é possível propor obras de construção/recondutoramento de linhas de transmissão, que demanda um tempo elevado devido ao custo ser elevado e tempo de maturação. Já na construção, existe a necessidade de analisar várias alternativas do traçado com possibilidade da negociação de terrenos para a passagem desta e finalmente para obtenção da Licença Ambiental.

Figura 2.1 – Exemplo de sistema radial de alta tensão com instalação de banco de capacitor na subestação.

No caso dos sistemas de distribuição de energia elétrica, a necessidade do estudo de alimentadores inicia-se principalmente quando houver a necessidade de sanar problemas de carregamento das subestações de distribuição; carregamento e desequilíbrio dos alimentadores; atendimento a consumidores novos de grande porte; quedas de tensão ao longo dos alimentadores etc. A outra abordagem também se inicia quando da necessidade de novas saídas de alimentadores em função da ampliação ou da construção de nova subestação na localidade em questão.

Em todos os casos, há a necessidade da redistribuição de cargas entre os alimentadores da área para possibilitar o atendimento do crescimento vegetativo com novas unidades consumidoras até que as subestações envolvidas na área possam carregar até próximo da sua capacidade nominal de modo mais uniforme possível.

Quando da elaboração dos estudos das redes de distribuição para redistribuição de cargas nos alimentadores objetiva-se possibilitar o atendimento de novas unidades consumidoras, considerando a taxa de crescimento vegetativo da área de pelo menos 5 anos,

de modo a não violar o critério de controle descrito no PRODIST Módulo 8 (controle de tensão, fator de potência, perdas técnicas, confiabilidade, proteção).

Assim, o controle de tensão na distribuição inicia-se na subestação, que é controlada pelo OLTC instalado no transformador de potência abaixador ou regulador de tensão trifásico (ou banco de monofásicos) antes do barramento de média tensão. Isto faz com que a tensão seja praticamente constante com variação de +/- 1%.

Uma vez definida a nova configuração dos alimentadores, com construções e/ou recondutoramento de redes de modo a ter um carregamento mais equilibrado entre elas, define- se a necessidade de instalar/realocar banco de reguladores de tensão na rede de distribuição para que nos próximos 5 anos seja possível atender as cargas com qualidade e sem obras adicionais em qualquer ponto. Podem existir até 2 conjuntos de bancos de reguladores de tensão monofásicos [18] em cascata ao longo do alimentador quando necessários, porém em casos excepcionais até 3. Esta limitação está em função da necessidade de sincronizar o tempo de atuação dos reguladores que aumentam à medida que afastam da SE.

Com relação ao controle da potência reativa na rede de distribuição, para os alimentadores com fator de potência menor que 0,92, faz-se necessário o processo de melhoria com realocação/instalação de BCs fixos e automáticos, com objetivo de melhorar o fator de potência para maior ou igual a 0,95 durante o período de carga média e pesada, na saída do alimentador. A máxima compensação resultante deverá ser limitada pelo fator de potência igual a 1,0 no início do alimentador em carga máxima, admitindo-se em determinados períodos o fator de potência levemente adiantado, desde que não ocorra sobretensão nos alimentadores.

De modo geral, a utilização de banco de capacitores pelas concessionárias no sistema elétrico é primeiramente para corrigir o fator de potência, principalmente no horário de maior demanda, assim, reduzindo o carregamento nos alimentadores e também dos transformadores da subestação, em consequência vai melhorando ainda mais o perfil de tensão e reduzindo as perdas elétricas.

A partir do momento em que o carregamento começa a aproximar da sua capacidade nominal, e/ou número de consumidores elevados (por exemplo, acima de 5.000, para classe de tensão de 15 kV), ou atendimento a novas cargas com montante elevado o suficiente para sobrecarregar os alimentadores e também as cargas perturbadoras (partida de motores, cargas controladas por tiristores etc.), necessita-se de um estudo para redistribuir cargas com construção/recondutoramento de redes, instalação/realocação de capacitores e até mesmo para

os bancos de reguladores de tensão de modo a garantir o controle de tensão na rede de distribuição. Dependendo da situação, até mesmo a construção da nova subestação pode ser a melhor opção a ser adotada.