PRINCIPAIS APLICAÇÕES DE LIMITADORES DE CORRENTES DE CURTO CIRCUITO

O contínuo crescimento da geração de energia elétrica e a conexão de pro- dutores independentes no sistema elétrico interligado causam variações no fluxo de carga no sistema. De forma a otimizar a distribuição deste fluxo nas linhas de transmissão, o número de interconexões no sistema aumenta. Assim, uma maior capacidade de geração (sem interface via eletrônica de potência em seu ponto de conexão) associada a um sistema altamente malhado resulta no crescimento das correntes de curto-circuito, podendo alcançar ou superar os limites de equipamen- tos que estão em operação [30].

Caso os limites operativos de disjuntores e/ou barramentos sejam supera- dos, os mesmos devem ser substituídos. Os custos relativos à compra e a troca dos equipamentos nos pátios das subestações não devem ser os únicos a serem levados em consideração, sendo que este procedimento nem sempre é de fácil execução, podendo implicar na interrupção de fornecimento de energia elétrica por longos períodos e consequente perda de faturamento, além do impacto negativo

nos indicadores de continuidade. Em casos mais críticos são necessárias repoten- ciações de subestações completas, demandando investimentos acima da capaci- dade financeira das concessionárias no curto prazo. Neste cenário, o uso de técni- cas de limitação de correntes de curto-circuito e dispositivos LCCs se torna uma solução economicamente atrativa.

Para sistemas elétricos industriais, uma situação semelhante à exposta an- teriormente pode ser observada. Muitas plantas industriais crescem gradativamen- te, sofrendo ampliações sucessivas. De forma a suprir a crescente demanda do processo industrial, transformadores de maior potência são instalados. Paralelis- mos permanentes entre transformadores também são utilizados, visando amplia- ção da capacidade de fornecimento ou redundância, para obter maior confiabilida- de no fornecimento de energia.

No cenário atual de crescente aumento das tarifas de energia elétrica, proje- tos de sistemas de geração própria se tornam mais atrativos, o que resulta no au- mento do nível de curto-circuito nas subestações principais, devido ao paralelismo entre o sistema de geração própria e o sistema da concessionária.

Portanto, analogamente ao que ocorre nos sistemas das concessionárias, os limites operativos de equipamentos elétricos das plantas industriais podem ser superados, resultando na necessidade de substituição de disjuntores ou de CMCPs completos. Os custos destes investimentos podem ser impeditivos e se tornarem a principal restrição para o crescimento de unidades industriais.

Uma condição particular para sistemas industriais são sistemas que operam em alto mar, conhecidos como “offshore”, como plataformas de extração de petró- leo e navios. Estes sistemas são supridos apenas por geradores locais e o metro quadrado tem custo muito elevado [3]. Assim, uma solução típica se baseia em utilizar a própria tensão de geração dos geradores como a tensão de distribuição do sistema. Porém, geradores eletricamente próximos resultam em níveis de curto- circuito elevados com relação X/R também elevada, podendo tornar o investimento inviável, não só economicamente, como também tecnicamente devido a restrições de equipamentos disponíveis no mercado. Neste tipo de sistema, a aplicação de dispositivos LCCs é usual.

Neste contexto, o interesse em técnicas de limitação de correntes de curto- circuito e o desenvolvimento de novos dispositivos LCCs têm aumentado [1, 30,

31]. As técnicas de limitação de correntes de curto-circuito tipicamente utilizadas são:

 Separação de redes com desligamento sequencial de linhas de transmissão ou alimentadores. Esta técnica de alta complexidade po- de resultar em instabilidade do sistema e/ou desligamentos indevidos.

 Separação de barras e segregação do sistema. A desconexão do sis- tema altera o fluxo de carga e pode piorar o perfil de tensão das bar- ras, diminuindo sua robustez.

 Introdução de níveis de tensão mais elevados. Esta solução de alto custo implica na substituição de vários equipamentos. Restrições de espaço físico podem inviabilizar esta alternativa;

 Instalação de transformadores com impedância de curto-circuito ele- vada.

Devido às desvantagens associadas às duas primeiras técnicas, muitas ve- zes são consideradas apenas como soluções paliativas ou provisórias, até que uma solução definitiva mais robusta seja executada. A solução baseada em dispo- sitivos LCCs é tida como uma das soluções definitivas de melhor custo x benefício, uma vez que pode evitar a necessidade de substituição de equipamentos.

A aplicação mais usual para dispositivos LCC é na interconexão entre bar- ramentos, conforme Figura 3.1. Com a aplicação de apenas um LCC, o sistema não precisa ser dimensionado para a capacidade total de curto-circuito, uma vez que a contribuição entre barramentos será reduzida.

Outra aplicação encontrada é a conexão de um LCC em cada entrada do barramento, conforme Figura 3.2. Esta solução reduz a contribuição de todas as fontes, de forma que o sistema possa ser dimensionado para correntes menores. A desvantagem é a necessidade de uso de um LCC para cada fonte existente, au- mentando o custo de implantação.

Figura 3.2 – LCC Aplicado nas Entradas dos Barramentos. Adaptado de [30].

A terceira e última aplicação típica é a conexão de um LCC em cada saída do sistema, desta forma os subsistemas serão dimensionados para correntes de falta menores, porém o sistema principal de alimentação deverá ser dimensionado para capacidade máxima. Outra desvantagem desta solução é a quantidade de dispositivos LCCs a serem instalados no sistema, aumentando consideravelmente o seu custo. A Figura 3.3 ilustra esta aplicação.