Simulação computacional

Os níveis de desequilíbrio em redes secundárias trifásicas são consideravelmente superiores ao nível de desequilíbrio em redes primárias. O Módulo 8 do PRODIST defi- ne somente o limite máximo de desequilíbrio de tensão para redes de distribuição de média tensão, em 2%. Todavia, como não há limite estabelecido para BT, no PRODIST ou em guias técnicos das concessionárias brasileiras, os estudos consideram o limite conservativo de 2,0%.

4.2.2.1 Caso base

Na análise apresentada nesta subseção inicial, cujo intuito é identificar o pro- blema do desequilíbrio de tensão nodal, considera-se um VE com carregador bifásico conectado entre as fases A-B da barra 22. A potência consumida pelo carregador foi incrementada gradualmente até que o limite de desequilíbrio seja atingido em alguma barra do sistema. O resultado obtido para o caso limite é apresentado na Tabela 4.4, em que o nível de desequilíbrio de tensão na barra 22 ultrapassa 2,0 %.

O limite foi atingido primeiramente na barra 22, por ser a barra de conexão do VE. Destaca-se que o consumo máximo neste caso é quase igual ao limite de potência (6,5 kW) identificado no impacto de perfil de tensão. Porém, cabe ressaltar que o limite de 2% considerado de desequilíbrio é conservativo, podendo ser superior na prática. Caso o limite de desequilíbrio seja maior, a magnitude de tensão pode se tornar o im- pacto mais conservativo.

Tabela 4.4 - Potência máxima consumida da rede pelo carregador bifásico – desequilíbrio de tensão

Barra de conexão do carregador

Potência máxima consumida pelo car- regador do VE [kW]

Percentual da po- tência em relação à

carga total [%]

Percentual da potên- cia em relação à po-

tência nominal do transformador [%]

22 6,2 14,4 8,27

Também na Figura 4.8 pode ser observado o comportamento do desequilíbrio de tensão das barras 17 e 31, que são barras críticas do sistema por possuírem baixo nível de curto-circuito, nas quais também houve elevação no nível de desequilíbrio de tensão. Entretanto, o impacto é maior na barra 22, onde está sendo recarregado o VE.

Figura 4.8 - Elevação do desequilíbrio de tensão em algumas barras do sistema

Embora, na barra 22, o nível de desequilíbrio cresça de forma aproximadamente linear até atingir o limite de 2,0 %, este impacto é um fator não linear (ver Equação (4.8)). Portanto, conforme o ponto de conexão do VE é possível que o desequilíbrio seja reduzido. Isso ocorre caso o VE seja conectado em uma fase cuja carga já existente seja menor que a carga das fases adjacentes. Nesta situação, o consumo na fase A minimiza o desequilíbrio da rede. Logo, se devidamente alocado, o VE pode melhorar o nível de desequilíbrio de tensão no sistema, reduzindo a taxa de correntes de sequências negativa e zero na rede elétrica, conforme previsto na discussão teórica apresentada. No caso simulado, é possível observar este efeito (redução inicial no nível de desequilíbrio) nas barras 17 e 31.

4.2.2.2 Estudos de sensibilidade

É importante identificar e caracterizar os fatores que contribuem em maior ou menor intensidade com o desequilíbrio de tensão na recarga do VE. Para esta análise foram utilizados os mesmos casos do item anterior.

1.1.1.1.5 Nível de carregamento do sistema

Na análise do perfil de tensão foi observado que o nível de carregamento do sis- tema possui impacto nos limites de potência que podem ser consumidos da rede de dis- tribuição. Neste contexto, para verificar se o mesmo acontece também para o desequilí-

brio de tensão, considera-se a conexão de um carregador bifásico de 3,5 kW entre as fases A-B da barra 22, e são obtidos os perfis de desequilíbrio da rede operando com demanda normal, demanda leve (50 % da normal) e demanda pesada (150 % normal). Os resultados obtidos são apresentados na Figura 4.9.

(a) demanda leve (b) demanda normal

(c) demanda pesada

Figura 4.9 - Valor de desequilíbrio de tensão para diferentes níveis de demanda da rede

Observa-se que o nível de desequilíbrio de tensão das barras do sistema é maior nos cenários com maior demanda. Isso ocorre porque ao multiplicar a carga por 1,5 (demanda pesada) aumenta-se a diferença entre as cargas de uma determinada barra, o que eleva a diferença entre as correntes que circulam nos condutores de cada fase, acen- tuando assim a desigualdade nas quedas de tensão em diferentes fases e, consequente- mente, o desequilíbrio de tensão nas barras. A mesma explicação é utilizada para a re- dução do nível de desequilíbrio para o cenário com carga leve.

1.1.1.1.6 Distância elétrica em relação à subestação

No intuito de verificar se os níveis de curto-circuito das barras da rede influenci- am no desequilíbrio de tensão, é considerada a conexão de um VE bifásico com potên- cia de 3,5 kW, em três pontos da rede com diferentes níveis de curto-circuito. Para cada um dos casos, é traçado o perfil de desequilíbrio de tensão nas barras da rede, sendo os resultados apresentados na Figura 4.10.

Figura 4.10 - Valor de desequilíbrio de tensão para diferentes pontos de conexão do VE

A conexão de um VE na barra 17 provoca um impacto consideravelmente supe- rior à conexão na barra 8, o qual é superior à barra 4. Isso reforça que o limite máximo da potência consumida pela recarga do VE é tanto maior quanto maior for o nível de curto-circuito, ou seja, quanto menor for a distância do ponto de conexão em relação ao transformador.

1.1.1.1.7 Recarga bifásica versus monofásica

Os VEs bifásicos apresentam menor impacto no nível de desequilíbrio de tensão da rede, em relação à conexão de um VE monofásico. Na conexão bifásica, a carga é igualmente dividida em duas fases da rede, reduzindo o impacto no desequilíbrio. A Tabela 4.5 comprova esta afirmação, comparando as conexões monofásica e bifásica na barra 22. Na Figura 4.11 e Tabela 4.5 é possível verificar que o limite de potência de um carregador bifásico é superior ao limite para um monofásico, indicando mais uma van- tagem da conexão bifásica.

(a) (b)

Figura 4.11 - Elevação do desequilíbrio de tensão considerando a conexão de um VE monofási- co (fig.a) e bifásico (fig.b)

Tabela 4.5 - Potência máxima consumida da rede – desequilíbrio de tensão

Forma de cone- xão do carrega- dor Potência máxima consumida pelo carregador do VE [kW] Percentual da potência em rela-

ção à carga total [%]

Percentual da potência em relação à potência nominal

do transformador [%]

Monofásico 4,6 10,7 6,1

Bifásico 6,2 14,4 8,27

1.1.1.1.8 Avaliação do caso com múltiplos VEs

Também será analisado o comportamento de uma rede com múltiplos VEs sobre o impacto do desequilíbrio de tensão.

Para realizar tais estudos, é novamente considerada a conexão de cinco VEs, sendo três VEs bifásicos (3,5 kW cada) conectados às fases A-B da barra 22, fases A-B da barra 4 e fases A-C da barra 29, e dois VEs monofásicos (1,5 kW cada) conectados à fase A da barra 28 e à fase C da barra 17.

(a) demanda leve (b) demanda normal

(c) demanda pesada

Figura 4.12 - Perfis de desequilíbrio de tensão considerando-se a conexão de múltiplos VEs com diferentes níveis de demanda

Os resultados mostram que a conexão de múltiplos VEs intensificou o desequilí- brio, mantendo o pior caso sob a demanda pesada. Com uma simulação adicional, foi elaborada a Tabela 4.6, na qual mostra que a potência máxima individual foi reduzida de 4,6 kW para 1,6 kW (carregador monofásico) e de 6,2 kW para 3,2 kW (carregador bifásico).

Tabela 4.6 - Potência máxima consumida por múltiplos VEs – desequilíbrio de tensão

Barra de conexão do carregador

Potência máxima consumida por cada VE individualmente [kW] Percentual da po- tência em relação à carga total [%] Percentual da po- tência em relação à potência nominal do transformador [%] 4, 17, 22, 28, 29 1,6 (VE monofásico) 3,72 2,13 3,2 (VE bifásico) 7,44 4,27