Capítulo 3
Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
O principal objetivo do projeto é a colocação de equipamentos de proteção (relés) numa rede, dimensionando os mesmos para estes serem coordenados e seletivos no caso de um defeito. De modo a melhor entender os resultados deste estudo, inicialmente será abordada a rede explorada e todos os seus componentes. Neste capítulo é ainda realizada uma breve introdução ao ETAP - Electrical Transient Analyzer Program, bem como uma apresentação das funcionalidades que foram utilizadas ao longo da realização do trabalho e as suas particularidades. Algumas especifi- cações do programa serão exploradas com maior detalhe no Capítulo4.
32ApresentaçãodoCasodeEstudoeMeiosdeCálculoUtilizados
AL09
30kV AL08
30kV AL05
3~
G
CONVERSOR
TSA TG
30kV
AL06 AL07
30kV
√ √√
3~
G
CONVERSOR
TSA TG
30kV
3~
G
CONVERSOR
TSA TG
30kV
3~
G
CONVERSOR
TSA TG
30kV 3~
G
CONVERSOR
TSA TG
30kV √√
√√
√√ √√
√ √√
sisint
sistemas integrados DESENHO N.º CLIENTE
DESENHO CLIENTE N.º REVISÃO
DATA NOME ESCALA
FOLHA PROJ.
DES.
APROV.
REVISÃO FORMATO
DESCRIÇÃO DATA ALTERADOAPROVADO
PARQUE EÓLICO DE ALISEO PROJETO DE LICENCIAMENTO ESQUEMA UNIFILAR GERAL A21043-002-101
08/09/21P. MAIO 08/09/21P. SILVA 08/09/21M. MARQUES
A0 A2
N/A
01/02
A1Versão inicial 08/09/2021SISINT INFINITA
A2Alteração do número de aerogeradores 27/12/2021SISINT INFINITA
Figura 3.1: Esquema unifilar da rede (fonte: Sisint)
3.1 Descrição da Rede em Estudo 33
Para observar melhor os elementos da rede, esta foi seccionada em zonas consoante o nível de tensão mesmas (400kV, 400kV para 60kV, 400kV para 30kV, 60kV e 30kV).
3.1.1 Zona de 400kV
Na figura3.2encontra-se a linha que liga a rede da REN ao barramento de 400kV.
Figura 3.2: Linha que interliga a subestação da REN ao primeiro barramento de 400kV Os elementos presentes na linha, da interligação com a REN até ao barramento de 400kV, são:
• Um transformador de tensão (TT_1) com três núcleos, de 400kV no primário e 100V nos restantes núcleos. Este TT está ligado a um descarregador de sobretensões (DST), que por sua vez está ligado à terra.
• Um seccionador de linha (SL) ligado a um seccionador de terra (ST).
• Um transformador de intensidade (TI_1) de quatro núcleos. No trabalho considerou-se que o primário deste transformador é de 1000A, e o secundário de 1A.
• Um disjuntor (DJ1) com corrente nominal de 3150A, acionado por um motor (M).
34 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
• Um seccionador de barras (SB), também ligado a um seccionador de terra.
O transformador de intensidade (TI) tem classe de proteção 5P20 eburdende 30VA. A letra P indica que este TI funciona como um elemento de proteção. O 5 representa a precisão do mesmo, ou seja, este TI tem um erro composto de 5%. O número 20 indica o ponto de saturação do transformador - se a corrente for 20 vezes superior à corrente nominal do primário do TI, este vai saturar.
Oburden de um TI é a potência máxima no secundário do transformador. No caso do TI presente, toma o valor de 30VA.
Presente no barramento de 400kV está um transformador de tensão (TT_2), também de 400kV no primário e 100V no secundário.
É de relembrar que todos os transformadores de intensidade e tensão vão servir como instru- mentos de medida para os relés a dimensionar neste projeto.
3.1.2 Interligação da Área de 400kV com a Área de 60kV
Na figura3.3observa-se o subsistema de interligação da área de 400kV à área de 60kV.
Figura 3.3: Subsistema que interliga o barramento de 400kV ao barramento de 60kV Este subsistema, novamente da área com maior tensão para a menor, apresenta:
• Um seccionador de barras acionado por um motor.
• Um disjuntor (DJ2) com corrente nominal de 3150A, acionado por um motor.
• Um transformador de intensidade (TI_2) de quatro núcleos. A corrente do primário é de 150A e no secundário é de 1A. Tal como o TI_1, tem classe de proteção 5P20 eburdende 30VA.
3.1 Descrição da Rede em Estudo 35
• Um transformador de potência (TP1) de 70MVA, com 400kV no primário e 60kV no se- cundário. Tanto o primário como o secundário têm ligação em estrela, sendo que o primário tem ligação à terra.
• Dois DST, colocados antes e depois do transformador de potência.
• Um transformador de intensidade (TI_3) de quatro núcleos. A corrente do primário é de 800A e no secundário é de 1A. Tal como o TI_1 e o TI_2, tem classe de proteção 5P20 e burdende 30VA.
• Um disjuntor (DJ3) com corrente nominal de 1250A, acionado por um motor.
• Um seccionador de barras ligado a um seccionador de terra.
No barramento de 60kV está ligado um transformador de tensão (TT_3) de 60kV no primário e 100V no secundário.
O TP1 tem a designação de ONAN. Estas letras descrevem o tipo de arrefecimento do trans- formador de potência. Tem-se que:
• A primeira letra designa o meio de arrefecimento interno em contacto com os enrolamentos.
Para este transformador, o O demonstra que é arrefecido por óleo mineral ou líquido de isolamento sintético com um ponto de combustão menor que 300°C
• A segunda letra descreve o mecanismo de circulação para o meio de arrefecimento interno.
Para este transformador, o N é fluxo de convecção natural através de equipamento de arre- fecimento e em enrolamentos.
• A terceira letra indica o tipo de arrefecimento externo. A letra A indica que é arrefecido externamente por ar.
• A quarta letra designa o mecanismo de circulação para o meio de arrefecimento externo.
Assim, N é convecção natural.
3.1.3 Zona de 60kV e Ligação aos Parques Eólicos
Ao barramento de 60kV ligam dois ramais provenientes de dois parques eólicos, Tristão e Lariço, como se pode ver na figura3.4.
Os ramais têm os mesmos equipamentos, do barramento de 60kV para os parques eólicos:
• Um seccionador de barras acionado por um motor.
• Um disjuntor (DJ4; DJ5) com corrente nominal de 1250A, ao qual está ligado um motor.
• Um transformador de intensidade (TI_4; TI_5), de quatro núcleos. A corrente do primário é de 400A e no secundário é de 1A. A classe de proteção é 5P20 eburdende 30VA.
• Um seccionador de linha ligado a um seccionador de terra.
• Um transformador de tensão (TT_4; TT_5) de 60kV no primário e 100V no secundário.
36 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
Figura 3.4: Ramais que ligam o barramento de 60kV e os parques eólicos de Tristão e Lariço 3.1.4 Ligação da Área de 400kV com a Área de 30kV
De seguida observa-se a ligação de 400 kV para 30 kV na figura3.5.
Os equipamentos presentes são, de novo do barramento de maior tensão para o de menor:
• Um seccionador de barras acionado por um motor.
• Um disjuntor (DJ6) com corrente nominal de 3150A acionado por um motor.
• Um transformador de intensidade (TI_6), de quatro núcleos. A corrente do primário é de 150A e no secundário é de 1A. A classe de proteção é 5P20 eburdende 30VA.
• Um transformador de potência (TP2) de 65MVA, com 400kV no primário e 30kV no secun- dário. O primário têm ligação em estrela e à terra, e o secundário está ligado em triângulo.
• Dois DST, colocados antes e depois do transformador de potência.
• Um TI (TI_7) de 1500A no primário e 1A no secundário, com classe de proteção 5P15 e burdende 5VA.
• Um disjuntor (DJ7) com corrente nominal de 2500A acionado por um motor.
3.1 Descrição da Rede em Estudo 37
Figura 3.5: Ligação da área de 400kV para a área de 30kV
Ao barramento de 30kV está ligado um transformador de tensão (TT_6) de 30kV no primário e 100V no secundário.
No esquema unifilar, para este ramal está definido o cabo a utilizar - LXHIOV 18/30kV, 3x3x400mm2, com comprimento de 25m. Este tipo de cabo tem um condutor de alumínio, e o isolamento é de XLPE, ou seja, polietileno reticulado, e a secção corresponde aos 400mm2. Para além disso, tem três condutores por fase, sendo que tem três fases. [15]
O transformador TP2 é do tipo ONAN, tal como o TP1. Para além disso, apresenta a desig- nação YNd11, ou seja, tem ligação estrela/triângulo com um desfasamento das fases de +30º. No primário apresenta ligação ao neutro.
3.1.5 Zona de 30kV
Ao barramento de 30kV estão ligados cinco ramais, para além do subsistema que vem do barramento de 400kV (ramal 1). No esquema unifilar da figura 3.1 pode-se ver a numeração destes ramais. Assim, tem-se:
• O ramal 2, que liga a um parque eólico composto por 3 turbinas (AL05, AL06 e AL07).
• O ramal 3, que liga ao posto de corte.
• O ramal 4, que liga a um parque eólico composto por 3 turbinas (AL08 e AL09).
• O ramal 5, que liga a um barramento de 400V e tem um transformador de serviços auxiliares (TSA).
38 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
• O ramal 6, que liga a uma resistência de neutro (RN) 3.1.5.1 Ramal 2
(a) Equipamentos e cabo da linha (b) Turbinas que compõem o primeiro parque eólico
Figura 3.6: Ramal que liga ao primeiro parque eólico
Para se visualizar melhor este ramal, dividiu-se em duas partes, como está na figura3.6.
Os equipamentos presentes nesta linha, observados na figura3.6a, são:
• Um disjuntor (DJ8) com corrente nominal de 1250A.
• Um TI (TI_8) de 400A no primário e 1A no secundário, com classe de proteção 5P20 e burdende 5VA.
• Um TORO (TORO_1) de 100A no primário e 1A no secundário, com classe de proteção 5P15 eburdende 5VA.
Para este ramal estava definido o cabo LXHIOV 18/30kV 3x1x240mm2, com comprimento de 835m. Este tipo de cabo é o mesmo que se usou na ligação do barramento de 400kV para o de 30kV. Neste caso, só tem um condutor por fase.
Na figura3.6bencontram-se as turbinas que compõem o parque eólico - AL05, AL06 e AL07.
Na ligação entre as turbinas AL05 e AL06, o cabo definido é o LXHIOV 18/30kV, com 3x1x95mm2 e 515m de comprimento. Na ligação entre as turbinas AL06 e AL07, o cabo de- finido é o LXHIOV 18/30kV, com 3x1x120mm2e 1970m de comprimento.
3.1 Descrição da Rede em Estudo 39
3.1.5.2 Ramal 3
(a) Primeira parte do ramal que liga o barramento de 30kV ao Posto de Corte
(b) Segunda parte do ramal que liga o barramento de 30kV ao Posto de Corte
Figura 3.7: Ramal que liga ao Posto de Corte
Este ramal 3 faz a ligação ao posto de corte, como se vê na figura3.7. Este ramal tem:
• Um disjuntor (DJ9) com corrente nominal de 1250A.
• Um TI (TI_9) de 800A no primário e 1A no secundário, com classe de proteção 5P15 e burdende 5VA.
O cabo definido para este ramal é o LXHIOV 18/30kV com 3x2x400mm2e 30m de compri- mento. Para este caso, o cabo tem dois condutores por fase.
3.1.5.3 Ramal 4
Este ramal, representado na figura3.8, faz a ligação do barramento de 30kV ao segundo parque eólico, composto por duas turbinas - AL08 e AL09.
40 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
(a) Equipamentos e cabo da linha (b) Turbinas que compõem o segundo parque eólico
Figura 3.8: Ramal que liga ao segundo parque eólico Na figura3.8apodemos ver os equipamentos presentes na linha:
• Um disjuntor (DJ10) com corrente nominal de 1250A.
• Um TI (TI_10) de 250A no primário e 1A no secundário, com classe de proteção 5P20 e burdende 5VA.
• Um TORO (TORO_2) de 100A no primário e 1A no secundário, com classe de proteção 5P15 eburdende 5VA.
Para este ramal estava definido o cabo LXHIOV 18/30kV 3x1x120mm2, com comprimento de 400m. Na ligação entre as turbinas AL08 e AL09, o cabo definido é o LXHIOV 18/30kV, com 3x1x120mm2e 825m de comprimento.
3.1.5.4 Ramais 5 e 6
Estes ramais podem ser vistos na figura3.9.
3.1 Descrição da Rede em Estudo 41
Figura 3.9: Ramal 5 (TSA) e ramal 6 (RN)
O ramal 5 faz a ligação do barramento de 30kV a um barramento de 400V. Neste ramal estão presentes:
• Um fuvível (ISF1).
• Um transformador de serviços auxiliares (TSA) de 30kV no primário e 400V no secundário, com potência de 50kVA. O primário está ligado em triângulo e o secundário em estrela com ligação à terra.
• Um disjuntor (DJ11) com corrente nominal de 80A.
O ramal 6 faz a ligação a uma resistência de neutro e tem:
• Um fusível (ISF2).
• Uma resistência de neutro (RN1) com 173.2Ωde impedância e corrente de defeito de 300A.
• Um TORO (TORO_3) de 100A no primário e 1A no secundário, com classe de proteção 5P15 eburdende 15VA.
Este ramal liga à terra.
42 Apresentação do Caso de Estudo e Meios de Cálculo Utilizados
3.1.6 Cabos Utilizados
Apenas se encontram definidos os cabos nas zonas referidas anteriormente. Para todos os outros casos, os cabos a definir serão determinados e dimensionados mais à frente no capítulo4.
Todos os cabos presentes no esquema unifilar são do tipo LXHIOV, para tensão de 30kV.
Estes cabos monopolares são compostos por:
• Alma rígida de alumínio
• Bainha semicondutora interior
• Isolação em polietileno reticulado (XLPE ou PEX)
• Camada semicondutora exterior
• Écran metálico em cobre (fita ou fios e fita)
• Bainha exterior em policloreto de vinilo (PVC)