Critérios para load shedding

.Un¿veàóidade Fedenai de Sanza Catanina ..\

W .

-4

Uepantamento de Engenhaàia Eíetaáca

_ /

Ca¿tëÀ¿oó paha Load Sheddihg

L I

Teóe óubmet¿da a Un¿vehó¿dade Fedeâai _{de Santa} Ca-

Iaâina paha a obtènção do gnau de Meótae em C¿ënc¿aó. '

Joao Caafioó Caócaeó

ii

~

'

_ Eóta teóe áoi juigada adequada paaa a obtençao do íltg

. .1 ' _ ‹ z £o de ' , ' , -a

. Maótae em Ciëncáaó - Eópec¿a£¿dade Engenhaa¿a E£ãta¿ca

-e apaouada _em óua goama ¿¿na£ pe£o”Paogaama de Põó-Gaaduaçäo.

'*Pao5. _{Êanf:ÊZ V¿tta£daó Ba£¿ga ,}

Ph-U. - _Oaáentadon . -- › ' ;¬. \_,`

1

_ _ : W' " _I-¡ 11 ` “

/QQ?/,lfíg

v »¿Í%FWWV"5 _ z 44' _ ^ _{_:}

,P4«4¬ ypÓ%¿xo,¢g Vafiie Peaeiàa 59,

\ Ph.D. - Iaieèaadoa do Caaóo

‹

U

-'

- Apaeóentada peaahte a banca examinadoaa compoóta 'doó

pâoáeóóoaeó: .

-.

Paof. Po£¿doaoZEanan¿ S;:É;%¿ago FQ,

M o Sco ~ _

*WH

Wä

Ê~^««‹›b.

Paofi. Seagáo Robeato Aaauda, M.Sc.

Paofi. Rogeà Poufiáquen,

M.Sc.`

â ‹ \

‹\. ‹\. è~.

iv

AGRADECIMENTOS

'

Queda deóiacaa o empenho, o incentivo e

a confiiança do paaáeóóoa Baiiga, que me paoponcionaaam eóiimu-

io paaa deóenuoiuea e conciuia eóie iaabaino.

Do Eng. Janacy Rezende de Caóino Andna-

d¢ tive a honaa _de indicação pana eóie cunóo de pãó gaaduação .

Ataaueó deie, tambem, o apoio ineóiimavei da COPEL em todoó oó

inóianieó deóia ionga caminhada. .

-.

AGRADECIMENTOS - › . z

I . _

Conóeiho Nacionai de Peóquióaó

Companh¿a Paaanaenóe de Eneagáa E£ëta¿ca

Aanefidq we¿mea4 .

-E

Sa. ' '

Eng. Eugen Romeo Lawa£Z

Eng. Ia¿neu M¿che£ -E

Eng. Mania N¿ehueó de Faaáaó 4

Eng) Jdóë Auguóto Afiveó Rodaigueó

Eng. Geaafido Peaa¿aa Cakdaó

Eng. Rébeato J. Mayo '

Eng. Giióon Maóói Machado'

P105. Seag¿0 Robeaio Aaauda '

Paoá. Po£¿doao Eananá São Thiago Fíiho

Paoá. Rogea Poufiáquen '

Ui suMÃR10 _ cAPTTuL0 I _ ° z / - _1NTRovuçÃo . _ ”

'IT.1 ¬ Natuaeza do paobiema .

7.2 - _{O que E "Load} óhedding" _{e pod que ampaegã-ía}

1.3 - _{0 que tem óido geito em teamdó de "load óhedding"}

1,4 - _{Eócofio da peóqa¿óa} . .- _ _ ^ cAP1TuL0 11

- _{A PROBLEMÃTICA DO} "LOAD SHEUDING"

2.7 - _Deócaiçao ' '

252 _ _{Aópectoó d¿venóoó}

f

2.3 - _{Quando empaegah um eóquema automatico de} "Load óhedd¿ng '

_ ›

." '

CAPITULO III .

- _{CRITÉRIOS PARA ELABORAÇÃO DE ESQUEMAS DE "LOÁD} SHEUDING"

5.1 4 Inzâõdaçäú _ W

' `

3.2 - _{Recuaóoó de anäkióe teõaáca}

3.3 - _{Anãfiióe da con5¿gaaação do óáótema}

3.4 - Paaametaoó _do ó¿ótema '

3.5 - _{Eócofiha do câitëaio bãÁ¿co}

~

3.6 - Detenminaçao _{do vokuma de canga a óea_deó¿¿gada/fiaeqüëg}

cia V

~

.

3.7 - _{Pâ¿ba¿dade de deó£¿gam¢nto»daó aaàgaó}

3.8 - _{RaL¿gamento daó caagaó}

3.9 - _{Reiëó de ¿aeqüëna¿a} . 3.10- Reóumo cAPTTuL0 Iv - _{vevuções TEÓRICAS} _

4.1 L Inthoduçao A ' ~ 4.2 - _{Toaque de áce£emaçao} V ` ~ A- ._ /'

4.3 - _{Expaeóóao paâa a} ¿âeqüenc¿a'flm _{áunçao do tempo}

~

4.4 f-Conóideaaçoeá da cãicuko . .

.n L

'CAPITULO V

PROGRAMAs PARA A FREQuENc1A EM FUNÇÃO vo TEMPO 5.1 - _Intaodução 5.2 - Caficufiadona utifiizada ' ~ 5.3 - _{Deócaiçao do} pàogaama 5.4 - _{D¿aguama_de biocoó} ,

5.5 ~ _{Paogaama paâa teóie da cooâdenaçãq}

^ .-

vii

Figuma 1 - Paognama paaa anãkióè da fiaeqäencia em 5unçao" dd V

'tampo ' -

A

`

F¿guàa 2Õ- _Pâogâama fianàmzeóte de coondenação

CAPÍTULO VI EXEMPLO E cÓNs1vERAçõEs_PnÃT1cAs ~ - _Intâoduçao _ ' 6.1

6.2 - _{Conóideaaçõeó ániciaáó, anãkióe de confiágunaçäo}

_ _

6.3 - _{Cäátehio baÁ¿co} *

6.4 - _{DeteamÁnaçao`daó condáçoeó de abeatuna do paâa£e£o}

- _{Eócoiha da tëcnica de paoteção} _

\ _

6.5

6.6 ~ d _ 9 '

6.7 " ^

6.8 - _{Reiigamanio daó caagaó} '

A A 6.9 - _{Reieó de §àeqäenc¿a} ^ _ . ' a ~ _.

6.10- Pnoced¿mentoó apcó atuaçao do eóquema auiomatico

Figuàa 3 - Cumvaó obtidaó no teóte de coondenação

- _{Deteâmánaçao do numeho de eótagioó de a£4u¿o de caaga}

viii

4

o ~ '

Figaaaó 4 e 5 - Caauaó de queda maxima da gaeqüënaia _

Figuaaó 6, 7 a 8 ~ Deóempenho do eóquema dupio de-aiivio de caa-

/ _ , . u `- j ga ' 1 Ê\ // ° REFERÊNCIAS BIBLIOGRÃFICAS

~//

Apêndice 1 - Eóqaema paopoóto ao COOI e em áaóe de impiantação

Apêndice 2 - Dedução da equação paaaaiimitação da fiaçqüëncia

- _{Cuauaó e paogaama paaa peóqaióa do tempo maximo} Figuaa 9

3 - Paogaamaó H.P;= Lióiagam .

Apëndico

Apêndice 4 - Deócaição

do¿¿¿Í€m4cü›Sa¿

do Baaóii

Figuaa 10 - _{Mapa do} Sióiema _{Sai do Baaóii}

Figaaa 71'- _{Mapa do Siótema de Taanómióóão em Cuaitiba} figuaa 12 - _{Mapa do Sióiema de Taanómióóao em Ponto Afiegae}

SIMBOLOGIA

t =_ tempo L _óegundoó

5 = fiheqüãncia 4 Heafz

50 = fiaeqüëncia nománai - Heatz

5' = _{daóuio da óaeqäëncia} - _Heatz '

Ta § _{toaque de aceieaação} - _{megaƒouleó poa aadiano}

T9 = tanque da geaação

u

IL = T¿ =-tanque da caaga Tbaóe f toaque bao¿co

Tga = tanque de geaação no ¿notante £n¿c£a£ H' _á conótante de Lnëacia - _óegundoó

ø = ãngufio - aadianoó -

wo_= `ve£oç¿dade de aotaçäo`mom¿na£ _f aadianoó poa óegundo

V _{=_} vekoaidade de notação - _{aadianoó poa óegundo} 'A

n = _{nãmeao de paaeó de pãfioó} 4

I = momento de ¿nEac¿a - quifiogaama uezeó metao quadaado

Ea = eneag¿a cinëtica - megaƒoufieó -

Mwg = _Pg = potënc¿a _{da geaação} - mega-wati

Mw¿ = _P¿ = _PL = _{potência da caaga} ~ _mega-wait ~ ~

h = conótante _de paopoac¿ona£¿dade"

DL = fiatoa _de amoatecámenio _da caaga _{com a} áaeqäãnaia

nz 1 X. 4 0 R E S'U M'0 .v ‹

H A teóe tem poa objetivo bãóáco oaientaa quem venha a .

_

J

\

tea poa áncumbencia a _execução de um eóquema de "£oadãóhedd¿ng".

Aóóim E que, apãó uma ¿n£aodução e uma apaeóentação da paoblemã-

tica da defiánição de um eóquema de "Zoad óhedd¿ng¶apaeóenta com

O 4 . ~ 4

óeu 3. capntuio um conjunto de conóedeaaçoeó uteió paaa uma eócg

_. ~ ~

Zha de caitëaioó e uma oaieniaçao paaa a de6¿n¿çao de um cam¿nho

~

_no eótudo e conciuóoeó do taabaího. -

_ .

- O capliufio-4, baóeado em conóideaaçoeó teoaicaó de _Bea

dy (22), apaeóenta expaeóóoeó matemãticaó cuja utiíidade o capí- tulo 5~¿¿u¿taa na apfiácação em pequenoó-paogaamaó e o 69, baóeaj

do noó antea¿oae¿, com á óupoate teãa¿co do 4? e oó paogaamaâ do

59, exemp£¿5¿ca apaeóentando a dedução de um eóquema de "Koad

ó/¿eddz;VzQ" .'

q

H . O apënd¿ce ₇ moótaa o 79 eóquema adotado pefiaó empae-

óaó'¿n£ea¿¿gadaó do Su¿ do Baaóáfi. 0 apêndice 2, a dedução de

uma equação paaa a £¿m¿£ação da ¿aeqäënc¿a em condáçãeó de anãlá óe de "fioadç óheddáng". _q

-Í

A

. O apendice 3 apaeóenta a iáótagem doó~paogaamaó men-

cionadoó no 49 capZtu£o,enquan¿o que o apend¿ce 4 moótaa uma deá caição do óáótema Su¿ do Baaóáfi. 0 ã£t¿mo apendíce (5) É ¿mpoa

-^

tante, poáó apaeóenta um aeóumo de coaaeópondenc¿a maniáda com

xt

A B S T R A C T

Thtó theótó haó, aó ttó baóte object, the ócope 05 dt- neet thoóe peopte tnvotued wtth the deótgn 05 a toad óheddtng ócheme. Thuó, a5tea an tntaoduetton and a paeóentatton 05 the phobtem 05 de5¿ntng a _{toad óheddtng tcheme, tt paeóentó, tn chafi}

tea 3, a óet 05 uóe5u£ conótdeaattonó on ehttehta óetectton and

an ohtentatton on how to _{conduct the ótudy and obtatntng the con}

ctuótonó 5n0m the wonh.

-A

Chapten 4 tó baóed on Bendy'ó theohettcat conótdeha- ttonó and tt paeóentó home mathemattcat expheóótonó, the_uóe5u£-

neóó 05 which tô óhown tn chapteh 5, wtth appttcatton tn óhoat

I .

paognamó. Chaptea 6, baóed on the 50hmea oneó,.atong wtth _the

theoaettcat óuppoht 05 ehapteä 4 and phoghamó ₀₅ chaptea _5,g¿veó

an exampte 05 a _{toad óheddtng ócheme.} '

Appendtx 7 óhowó the 5thót óeheme adopted by the tnteí

connected utttttteó 05 óoathean Bhazt£..Appendtx 2 deató wtth

the tn5eaenee 05 an _{equatton hepheóenttng the 5aequeney ttmtta-}

tton on toad óheddtng anatyótó condtttonó. '_

V hu

Appendtx 3 óhowó a ttóttng ₀₅ the paogaamó named tn

ehapten 4 whteh tó a deócatptton 05 the óouthenn Bnaztt óyótem .

The taót appendtx tô 05 tmp0atance~becauóe tt óhowó an abátnaet 05 the matttng about the óubƒect matntatned by the authoh with utttttteó 5nom thaoughout the would. . ,g

H _ \ _ 1 ' » ` I \i I \ . \ z

u 4 ' . ' . ` c A P Í T U L 0 'I 1.- INTRODUÇÃU- ' 1.1 - Natureza do problema _ .

_ q O mundo moderno atingiu uma dependência muito grande

da energia elétrica. Em todos os setores da atividade humana en-

contram-se _{aparelhos elétricos desempenhando alguma função impor}

tante.

A

_{Medicina, por exemplo, deve seu avanço acelerado dos ül}

,_ ‹ . - V ' . 1- , . ê* _{timos anos}

a dispositivos que, direta ou indiretamente, dependem

da energia elétrica e de sua natureza atômica. Nas residências ,

A fãbricas, comércio, instalações militares, hospitais, no campo ,

em todos os lugares, enfim, a dependência da energia elétrica é

evidente e irrecusãvel.

I

4 As empresas de energia elétrica, responsáveis por este

suprimento, sentem-se cada vez mais associadas ãs`regioes _que

. Í '

têm a necessidade de receber energia. A .abundância de energia é

~ ~

uma condiçao tao evidente de prosperidade que, em muitos países,

_ __ 1

tornou-se uma atribuiçao do estado onde, independentemente ,de

-v -

consideraçoes de _{lucros imediatos ou diretos, constroem usinas e}

redes de transmissao e de distribuiçao, sempre na preocupaçao de

oferecer energia elétrica em abundância e a um bom nível de qua-

lidade. '

-1 Infelizmente, a simples existência de usinas, estaçoes

‹~ ~

transformadoras e linhas de transmissao nao basta para; garantir

um fornecimento permanente a _{locais onde esta condição é desejá-}

vel. A interligaçao de sistemas, a _{multiplicaçao} de máquinas e

linhas de _{transmissao, por serem um recurso muito caro, so se}

2

~ ix

.~

~

.\

`A1êm _{deste fator, a evoluçao ãs vezes imprevisível da carga sur}

preende a empresa em situações para as quais não estava prepara-

1 , 9

›

.

da, dando oportunidade a _{ocorrências indesejáveis. Berdas} de fon

'

tes de geração significativas, se não forem compensadas, levarão

ao desligamento total do sistema ("black out"). A queda total do

°'» _{sistema farã com que o tempo}

de reenergização seja significativa

mente prolongado, podendo, no caso de sistemas têrmicos, .levar

~algumas horas. A perda dos serviços auxiliares e problemas de

` ~ ~

,_ caldeira complicam consideravelmente sua recomposiçao.

A

reduçao

Q ' ~

da potencia fornecida poderã ser compensada pela diminuiçao da

carga com a redução da freqüência no processo de frenagem apõs a

~ aâ

perda de geraçao. Nestas circunstancias, o sistema estabilizarã

em uma freqüência inferior ã nominal. A redução da tensão ainda

s

poderá compensar o "deficit" de potência. De qualquer modo,i uma

situação em que, em condições nominais, o sistema se encontresan

geração suficiente para atender ã carga, levará a`uma condição

_

'de _{operação indesejável ou ao "black out".}

1.2 - O que 5 ”Zoad shedding" e por que empregã-Z0 -

"Load shedding", um termo comumente empregado para de-

nominar um esquema de alivio.e restauração de carga, seria, lite

ralmente falando, traduzido por mudança de carga. Tecnicamente ,

entendetse por "load shedding" o desligamento de cargas diante

de perdas bruscas de geraçao. O religamento ê uma conseqüência

natural do restabelecimento do sistema, se bem que raramente ê

automatizado, enquanto que.o desligamento, pela velocidade neces

sãria, depende da utilizaçao de relês. Como se pode ver, ê um rg curso extremo e _{tem como objetivo principal evitar} a perda total

3

das cargas pela queda sucessiva das unidades geradoras, assim cg

. ~ .

mo a operaçao em freqüências perigosamente baixas. O investimen-

I

.

_ .

to reduzido e a rapidez de sua intervenção justificam sua aplica

~ -4

çao. Mesmo em regioes cuja importância justificar a multiplicida

› ~

de de geradores, transformadores e linhas de _{transmissao, um} es-

- j

,I \_

quema de conservaçao de carga ("load shedding") sera uma boa _pro

teção de retaguarda. i

"

' L

'

~ ~

. Basicamente, encontramos 3 motivos para a aplicaçao de

um esquema de alívio e restauração de carga: 'V

- _{a garantia de fornecimento a áreas prioritárias;}

_

- _{a proteção ã qualidade do fornecimento de certos consumidores;}

- _{a proteção aiturbinas e caldeiras das usinas.} `

A

escolha de um ou mais destes critérios básicos determinará! as

~ ~ -

condiçoes de desligamento e restauraçao das cargas.

1.3 - 0 que tem sido feito em termos de "load shedding"f

Há mais de 25 anos encontramos esquemas de alívio auto

mãtico de carga ( 2, 3 ) funcionando. Em sistemas alimentadospor

usinas térmicas, a condição de subfreqüéncia provocada por sobre

cargas permanentes, desde longo tempo, preocupa aqueles que de-

las se utilizam. Além disto, problemas térmicos nas caldeiras

~ '

nao recomendam desligar-se a usina do sistema ao primeiro sinto-

ma de excesso de carga. Assim, o desligamento automático ou ma-

nual de cargas tornou-se rotina em companhias onde a geração té;

mica compunha parte importante na sustentação das cargas. O su-

cesso desta técnica propagou-se a ponto de, na atualidade, quase todas as grandes empresas a empregarem. '

z

4-

' '

A queda da freqüência é o ünico sintoma evidente, em

qualquer ponto do sistema; de que deve'estar havendo perda de ge'

~.

ração. Por outro lado, nestas condições, é uma grandeza elétrica

causadora de prejuízos tanto ás concessionárias quanto aos consu

midores. Em conseqüência disto, relês de freqüência têm sido usa

dos para o "load shedding". Relês de subfreqüência são os mais

utilizados, se bem que também a velocidade de.queda da freqüên-

cia é.a base de certos relês empregados em algumas empresas (On-

tario Hydro). Os relês eletromecânicos associavam estas duas con

dições (subfreqüência e velocidade de variação), mas a .impreci-

são destes dispositivos limitava sensivelmente a expectativa de

sucesso e as condições de emprego. Atualmente, com o desenvolvi-

mento da técnica de semicondutores, relês estáticos de subfreqân

cia, apesar de insensíveis ã velocidade de queda da freqüência

as ~

(falando dos reles existentes no mercado), pela grande precisao

e insensibilidade aos fatores que prejudicavam o desempenho dos

A ~

eletromecanicos, dao uma nova e melhor oportunidade de utiliza-

ção, praticamente eliminando as restrições quanto ã implantação

de um esquema de "load shedding". u

' i

_ Em condições especiais, outros relês são empregados. A

escolha de dispositivos sensíveis ã tensão, fluxos de _ potência

ou corrente, depende de uma análise profunda do sistema de gera-

ção e transmissão e da existência de condições que recomendem es

ta forma de proteção.

Além do desligamento automático ou manual de cargas ,

certos países (Inglaterra) possuem comando automático de tensão,

diante de perdas bruscas de geração, como um 19 estágio de alí-

.~

vio de carga. Sistemas com problemas de estabilidade nao pode-

5.

'

V 'Nota-se, tambëm, que em todos os_países, ã medida que

as empresas se vao interligando, um esquema ünico vai sendo ado-

,

.

~

tado, na preocupaçao de todos participarem igualmente de uma si-

., ' ,

‹ -;

` ~

›

tuaçao cujo responsavel nao se tem condiçoes de apontar nos pri-

_, z meiros instantes. ' z _ _ . . . B \ .

Concluindo, com uma certa diversidade de formas,o "kád shedding" vem sendo adotado sucessivamente por todas as empresas

de energia elétrica do mundo. Condições prõprias determinam as

diferenças mas a idêia básica de desligar cargas diante de uma

~ ' 4 as

condiçao de sobrecarga inesperada e a tonica destas empresas.

1.4 - _{Escopo da pesquisd}

.'Toda decisão, se possível, deve ter um caminho lõgico, ~

de tal forma que as hipõteses adotadas estejam tao claras _

que

~

qualquer modificaçao básica seja percebida e as alternativas apa

reçam com clareza, havendo na própria ciência do esêädo uma indi

oaçáo da melhor solução.-Dar ao "load shedding" um roteiro de _es

~ .~

tudos e decisao ë a intençao deste trabalho.,No 39 capítulo, de-

pois de se discorrer sobre a problemática do "load shedding" no

~ ~

29 capítulo, desenvolver-se-ao consideraçoes teõricas e práticas

~

que, com a literatura existente, deverao orientar o 'engenheiro

para a escolha do esquema mais conveniente ã sua empresa. No 49

capítulo, apresentam-se algumas deduções teõricas que possibili-

taram o desenvolvimento de um programa para análise do desempe-

nho do "load shedding", no 59 capítulo. O 69 capítulo dá um exem plo prático, enquanto que os apêndices ilustram a pesquisa e _tra

//4

-

cAPÍTuLo411

\ ,_ V \ _r _ \ .

CAPÍTULO

II " .| ›

2 - A PROBLEMÃTICA DO "LOAD SHEDDING" .

gk . ‹ › ` ` . à 2.1 - _Descrição

.m O alívio automático de carga, assim como sua restaura-

ção, pode ser feito por telecomando, através de um controle su-

pervisor, ou com relês instalados em locais estratégicos do sis-

_. '

7 I.

V 4. __

__ ~

tema. Reles de subtensao e.de subfreqüencia sao os equipamentos mais utilizados para evitar os problemas decorrentes de uma defi

ciencia brusca de geraçao. Evidentemente, se existir reserva de

Q

potencia e se esta reserva intervierem tempo hábil, evita-se des

ligar consumidores. Infelizmente, por maior que seja esta reser-

va, em termos práticos, dificilmente ela impedirá que o sistema

atinja valores.indesejáveis de baixa freqüência. Esta situação»

faz com que se desliguem as unidades geradoras térmicas sensí-

~ ` ~

~

veis a esta condiçao de operaçao ou se alivie, pelo menos o tem-

po suficiente para se.dispor de novas 'fontes de _{energia,uma par}

te da carga. Note-se que o objetivo básico ê evitar, por uma a-

~ ~ ~

çao em cascata, a perda total_da geraçao e, ainda, impedir a opg raçao em baixas freqüências, prejudicialšs usinas têrmicas_ e*ía

certos tipos de consumidores.“ á

_ O problema básico ë desligar a menor quantidade possí

vel de cargas e restabelecê-la no menor tempo possível. Para is-~

to procura-se manter as interligaçoes, evitando-se ilhamentosque

terão por efeito a imprecisão das disponibilidades e, eventual -

mente, um mau aproveitamento dos recursos energéticos. "

.

A

determinação da prioridade das cargas, do número de

7

4 _u

_ _ \

estágios e da freqüência de calibração dos relês, ou seja,O"PiÇk

up"',", _{freqüência para} a qual o _{sensor está ajustado,} sao 'pro-

blemas.para os quais se deve dar uma atençao especial. A tempori

zação dos relês("delay") mais o ajuste do "tap" (freqüência de

atuação) são os detalhes determinados pelo esquema, assim como a

quantidade de carga desligada, em percentagem.

Um esquema de "load shedding", por mais simples que se

ja, deverá, se feito com relês de subfreqüência estáticos, defi-

nir para cada empresa a quantidade de carga a ser desligada, em

~

que freqüência e a temporizaçao dos relês, assim como definir as

condições de restauração. ' `

_ j

E

Um conhecimento profundo das características do siste-

ma a que se aplicará um esquema de "load shedding" ê imprescindš

vel, ois, se . for mal distribuído, ou se`a, se o alívio de car-

_ 3

' ~ ~

~

gas nao observar restriçoes tais como limitaçoes de

transferên-~

cia de energia, controle de reativo, estabilidade, dispersao de

freqüência, composição das cargas e surtos de tensão e corrente,

. ~

o "load shedding" poderá nao atender os objetivos a que se pro- ~_

poe.

O aspecto social e de segurança nacional ê- _{o fator}

mais importante na determinação de prioridades de desligamento ;

~ - -¬ - ~

Uma investigaçao cuidadosa devera apontar a localizaçao de hospi

4 ~ ~ 4

tais, quarteis, instalaçoes militares e de administraçao publi-

ca, iluminação pública e outros consumidores prioritários. Para

a _elaboração de quadros deste tipo, o engenheiro deverá

procu-~

rar o apoio da direçao de sua empresa, pois apenas ela terá con-~

8

2.2 -~Aspectos diversos

- ‹

V O,desligamento intencional de consumidores, a possibi-

›

. /

lidade de sobretensões, a má utiliàação da reserva girante de _pg

tência, aberturas provocadas por defeito no equipamento de prote

ção e comando, problemas de coordenação e _{má informação,} levam

muitos a questionar sobre a validade e os cuidados na aplicação

do "load shedding". 4

A

evolução do sistema leva ã necessidade de supervisão

constante, o que, por outro lado, tem a vantagem de servir como

mais uma forma de manter o sistema policiado. '

'

O "load shedding" automático ainda ê uma forma de se ~

distribuir e planejar riscos de perda de geraçao. Distribuirqxis

com relês de subfreqüência não ë possível distinguir-se onde se

A

encontra o responsável pela deficiencia. Planejar, pois desta

forma limitam-se os prejuízos de forma calculada e com dimensões

aceitáveis. De qualquer modo, se em uma oportunidade uma empresa

ê prejudicada, haverá ocasiões em que, sendo ela a causadora da

queda de freqüência, outras contribuirão com seu quinhão de _redu

ção da carga. Os prejuízos são divididos, assim como os lucros ,

pois as cargas desligadas primeiro são as menos importantes e,

dentro.de um esquema destes, dificilmente as cargas prioritárias

~

serao perdidas.

~ ~

Para a recomposiçao do sistema, a comunicaçao assume

um aspecto importante, sendo decisiva no sucesso do esquema de

_ zw

restauraçao das cargas. Nesta ocasiao, deverá ser atendido um a-

cordo que beneficie as empresas não-responsáveis pela queda, as-

sim como, lembrando as limitações do sistema de transmissão de-

e 9 ~ \ . E , -i I. ~

instabilidade, etc., o religamento nao deverã trazer de volta _pro

-

.r -

blemas como os que causaramza perda de carga e geraçao.

I z

1

A

escolha do relés de subfreqüência é outro ponto deli-

cado, pois, dependendo do fabricante, teremos recursos diversos , ~

tais como? religamento automático, precisao maior ou menor, - uma

faixa mais ampla ou menos ampla, um ou mais estágios por relé ,

etcoo ` "

V

az n , ~ *

- O emprego de reles eletromecanicos em instalaçoes novas

é algo praticamente abandonado, principalmente pelo.erro que apre senta diante de variações de tensão.q

2z3 - _{Qaando empregar um esquema automatico de "load shedding"'}

O crescimento de importância do consumidor leva uma em-

' `

~

presa de energia elétrica a _{sofisticar cada vez mais} a operaçao e

tornã-la mais e mais resistente a problemas tais como os

conse-~

'qüentes de perda de linhas de transmissao e fontes de energia. O

A ~

preço de um rele mais o custo de sua instalaçao, comparado com a

garantia de uma continuidade de fornecimento de energia elétrica

bem maior aos grandes centros

shedding" seja atraente mesmo

consumidores, faz com que o "load ãs empresas menores, desde que en-

-w

cidades _de porte médio, instalaçoes tre seus consumidores existam

militares, hospitais e outros lugares onde a _{energia pode repre-}

sentar até uma questão de vida ou morte. .

Lembrando-se ainda que o "load shedding" aumenta a velg

_

cidade de recomposiçao do sistema, pois, evitando que caia, desli

gando apenas cargas, circuitos radiais, ou quando muito, interli-

qações, vé-se que praticamente não hã razões para não se empregar

10

de, ê um recurso poderoso para a continuidade de fornecimento a

cargas prioritárias e um recurso de custo relativamente baixo. ‹

/ _ ,z

_ Todos os trabalhos alinhados na lista

de/ _referências

descrevem alguma forma ou equipamento para "load shedding"; a

, na ~

propria relaçao mostra a universalidade de sua aplicacao.

,

A

finica razão para não se ter um esquema de "load shed

ding" _{implantado serã, então,} a condição de confiabilidade quase absoluta, admitida por algumas empresas do nosso planeta. '“ `

.Consciente, pois, do valor de tal medida, no 4

prõximo

capítulo procurar-se-ã apresentar a seqüência de perguntas que

_É

quele que for desenvolver um esquema de "load shedding" `

deverá responder, ã medida que for tomando decisões. '

/ / f ' × \ C A P Í T U L O III - _- CRITÉRIOS PARA

í e ¿ . '* _ -\ 0 A P Í T U L 0 rir *

3 - CRITÊRIOÊ _{PARA ÉLABORAÇÃO} DE ESQUEMAS DE "LOAD SHEDDING"

o

~

3.1 - Introduçao

~ . _ ~

,

A

execuçao de qualquer trabalho exige a ordenaçao do

raciocínio, sob Ó risco de, quando feito sem maiores preocupa-

"' ' "' '

n u _{_}i

çoes, levar a soluçoes inconvenientes. O load shedding , envol

.

vendo diretamente_proteçao_de usinas e consumidores, deverá ser

tratado com o máximo de seriedade.. `

A Q 4 -

A ausencia de experiencia e _{um problema delicado. Esta}

situação leva, normalmente,as empresas de energia elétrica a _con

tratar consultoria a preços elevados. O load shedding" carece

~

de uma bibliografia autoconclusiva. Para uma tomada de decisoes,

há necessidade de recorrer-se a inúmeros " _{a ers"» nem sem re ü-}

_ Í

teis e, no conjunto, conflitantes. Este capítulo procurará orga-

nizar o raciocínio do _{responsável por um trabalho deste tipo.}

3.2 - _{Recursos de análise teõrica}

Pode-se partir para uma de duas posiçoes quanto ao _pro

blema da simulação matemática de um sistema para a definição de

um esquema de conservação de carga. Ou se utiliza um programa cg

~ ~ ~

4

mo uma condiçao para a escolha do esquema ou a simulaçao matema-

tica de um sistema fica apenas como um elemento auxiliar do estg

_»

do, a que se recorrerá para uma indicaçao do comportamento' do

sistema sem, entretanto, apoiar-se neste estudo para uma tomada

de decisão. A importância desta escolha terá grande influência

12

L .

_

r _\

simulação matemática, que represente com razoável fidelidade as

.|

' ~

máquinas, linhas _e cargas, durante os muitos segundos de duraçao do fenômeno, o volume de dados necessários, a qualidade do pro -

r \

grama e a quantidade de casos a serem estudados _será, fatalmen- te, um fator de retardamento na tomada de decisões. As cargas ,

por exemplo, mudam ano a ano, mes a mês, dia a dia, hora a hora,

tanto em volume quanto em composição. Qualquer estudo (24) mos-

tra facilmente a importância da qualidade desta representação . ,Junte-se a este problema o ajuste de reguladores e relês. e lem-

bre-se que os parâmetros variam com a freqüência e sentir-se-ã

como um estudo teõrico representará um volume de trabalho formi- dável e,de resultados sempre.suspeitos. Esperar que uma' _análise

teõrica mostre todas as alternativas _{para uma tomada} de posições

ë algo que implicará em um trabalho muito caro e de difícil exe- cuçao.

A Por outro lado, dispondo-se de um bom programa de esta

bilidade, pode-se ver, através de uma análise paramêtrica, o e-

~ ~

feito de certos ajustes e configuraçoes. Uma avaliaçao da disper

são da freqüência e _{dos ilhamentos prováveis são dois outros} fa-

-v

tores importantes na definiçao de um esquema, e um programa de

estabilidade pode mostrar estes detalhes facilmente. Há que se

considerar, contudo, que a longa observação do comportamento do

sistema, assim como o conhecimento dos ajustes<ÍH5relês, permite

_ _

normalmente, uma boa avaliaçao do comportamento do sistema, dan-~

do a estas pessoas uma excelente condiçao de opinar a respeito ;

A experiência operacional, a complicação e o custo de um estudo

~

teõrico completo, a necessidade de uma definiçao tem levado a

grande maioria a _{optar por estudos simplificados. O trabalho de}

c

l3

_ \.

\

2 \

ra) pode-se chegar a _{uma solução.}

, Concluindo, a menos que se disponha de um bom programa

de estabilidade e de toda a coleção de dados necessários, a _def;

nição de um esquema deve procurar mêtodos simplifícados'e de efl

ciência comprovada em inúmeras empresas onde foram adotados. Nes

te trabalhozpartindo do Berdy (22), uma série de consideraçõesde

verão permitir um suporte teõrico senão perfeito, pelo menos _prá

tico na formulação de um esquema de "load shedding". l

A ‹ V _l4 L 1 Q \ A ... - ' \

t3y3 - _{Análise da configuraçao do sistema}

.1

. - _‹

._

O início de um estudo para aplicação de "load shedding“

ê, evidentemente, uma análise da configuração do sistema.Nas con

dições extremas poder-se-á _{ter um sistema malhado.ou sem anéis} .

~

Um sistema de transmissao formado por diversas linhas fechando

_a

nêis, com fontes de geraçao e cargas distribuídas _será, normal- mente, muito mais estável e, eletricamente, uniforme, que _mncons

tituído por uma ou duas linhas-tronco e, em diversos pontos seus, usinas e cargas. _{Neste segundo sistema, perdas grandes} de gera- çao terao por conseqüência fluxos de energia muito grandes em um

ou em outro sentido, quando de uma queda de uma _{usina pesada, so}

brecarregando o prõprio sistema de'transmissáo e, eventualmente,

criando condiçoes de _{instabilidade. Este efeito poderá,} ás vezes,

tornar conveniente o seccionamento das linhas abrindo interliga ,

í

ções. O relato e análise cuidadosos _{de ocorrências passadas} con-

~ . -

tribuirao significativamente na avaliaçao de medidas futuras.Ne§

~ ~ `

tas condiçoes, sente-se agudamente a necessidade de um programa

e _{dados confiáveis para um estudo} de estabilidade confiável. Um sistema deste tipo, alêm disto, pode empregar com certa facilida

de relês direcionais de potência para a determinação da localiza

çáo da perda de geração. A

^

-.. ~

Assim, a esta primeira questao, sistema malhado ou nao,

na ocorrência da segunda hipõtese, deve-se ficar alerta quanto ã

conveniência ou náo da abertura de interligações..

Uma segunda pergunta ê verificar se o sistema

_É

isola- do ou está interligado

₅

outro Ê, neste caso, qual

_Q

porte rela- tivo deste 29 sistema. Evidentemente, se a diferença for muito

A

, .

15f

àr I

condiçoes, ou se adapta ao esquema implantado no maior ou dele ~ '

se desliga na ocorrência de uma perturbaçao grave, pela qual,cer~

~ n a . / '

tamente, nao sera o responsavel. O ideal seria evitar-se uma a-

bertura de interligações mas se esta união não trouxer vantagens

e for inconveniente para um dos dois_sistemas (ou mais), a aber-

tura_torna-se necessária. Pode acontecer, inclusive, que um dos

dois seja têrmico enquanto o outro hidráulico, havendo, pois, a

possibilidade de terem esquemas completamente diferentes. O têr-

mico, mais rigoroso, abriria a interligação com o hidráulico

_guy

do a freqüência atingisse um nível perigoso. O sistema hidráuli¬

co poderia iniciar o desligamento de cargas em um valor bem infg

rior ao do têrmico. Basicamente, a tolerância de uma usina hi-

dráulica ã baixa freqüência ê bem maior que para uma têrmica. O

problema que uma unidade deste tipo enfrentará será a sobrecarga

provocada pela potência reativa (efeito têrmico sobre os enrolaf

~

mentos), assim como suas excitatrizes estarao em risco, pois po-

derão estar operando sob tensão máxima, perigosa em regime contí

nuo, em alguns casos podendo destruir o enrolamento em *questão

.~ >

de minutos- Nao se pode esquecer que a perda de uma usina signi-'

ficará, normalmente, também uma deficiência de reativo. -

O tamanho relativo das unidades geradoras vai dar uma

_; ~ '

indicaçao de uma perturbaçao com grande probabilidade de ocorrer,

~

tanto por motivos reais quanto por falsa atuaçao. Assim o esque- ma deverá atender a este detalhe muito significativo em sistemas onde a maior usina constitui-se _{em uma parcela grande do total}

~

de geracao (mais que 10%). '

«Normalmente uma justificativa para o desligamento do

primeiro bloco de carga ê a perda do maior gerador ou da maior

_E

correspon-16

~

~

g

derá ao primeiro bloco, enquanto que a perda da maior usina será

.z

compensada pelo segundo bloco de alívio de carga.

pg

'

Certas condições de geração e transmissão podem criar

problemas pelo excesso de reativo em certas áreas, o que seria

agravado se houvesse desligamento adicional de cargas. Estes lo-

cais ”devem ser evitados para alívio de carga.

Normalmente, uma perda de geração brusca pode causar

problemas de estabilidade, balanços de potência ativa e reativa

e, conseqüentemente, ilhamentos acidentais. Em vista disto, o a-

lívio de carga deve ser tao espalhado quanto possível e, para es

tas prováveis ilhas, convém a implantação de um esquema suplemen

tar de "load shedding", se esta área do sistema, na eventualida-

de da formação destas ilhas, estiver em uma condição de geração

~

e carga para a qual o esquema de "load shedding" existente nao seja suficiente. '

4~

3.4 - _{Parametros do sistema}

A característica mais importante no comportamento de

um sistema, diante de uma perda de geração, é a sua constante _de inércia, ou seja, a _{relação entre} a energia cinética de seus cor pos girantes ã freqüência nominal e sua potência de geração to-

tal em MVA. Berdy (22), assim como todas as publicações que tra-

tam do assunto, apresentam expressões que relacionam _a freqüén -

cia em função do tempo, constante de inércia (H) e outros paráme

tros. Neste trabalho, no capítulo seguinte, a constante de inér-

' ~

cia _{aparece com destaque em algumas deduçoes.} O fato é que um

sistema com uma constante de inércia pequena será muito sensível

~ '

.

17

po para os reguladores de velocidade agirem. Este detalhe ë sig-

nificativo para grandes perdas de geração, quando se sentem agu-

.' _z

damente a sobrecarga e a falta de tempo para a |.z. Õ 8'\ rvenção da re

serva girante. Um sistema de constante de inércia reduzida terá

necessidade de um esquema de "load shedding" de ação muito rápi-

Iiø Q V

da, A temporizaçao dos reles, o elemento de tempo do _{esquema, se}

rá reduzido ao máximo para os casos extremos.

Assim, para efeito de "load shedding", quanto maior:&r

a constante de inércia do sistema, melhorz`

a.

~ ~

Em funçao da composiçao das cargas, todo sistema tem

uma determinada capacidade de auto-regulação. A simples redução

da freqüência poderá se constituir em um alivio de carga. Este

_Ê

feito terá por conseqüência diminuir-um pouco (quase desprezí-

vel) a velocidade da queda da freqüência; no caso de atuação do

; .

"load shedding" e recuperaçao do sistema, levantará a freqüência

mínima atingida e, apõs a atuação do "load _{sneddingÚ,acelerará} a

~

recuperaçao da freqüência _{nominal. Este efeito ainda poderá} fa-

, ~ .

zer com que, se o alívio de carga nao for suficiente, levar a

freqüência do sistema a estabilizar _{em um valor inferior} ao _nomi

nal. O conhecimento desta taxa de _variação da carga em função da

freqüência não ê fácil, podendo ser estimada pela análise de os-

cilogramas e registros gráficos do sistema. A potência e a fre-

\

_

qüencia em p.u; levam a uma faixa de variaçao normal desta taxa

_

para os limites de zero a três. Um valor prático (vide equaçao

~ ~

13) será l para uma regiao de baixa industrializaçao e 2 para o caso de ser altamente industrializada.

‹

18

s.5 - Eécózha do critério básico V

' ”

_ › '

1

Evidentemente, ê bom determinar com a maior clareza pos

_ / __

sível qual o objetivo básico do esquema. O desligamento intencio- nal de cargas poderá ser feito para garantir a qualidade da fre-

qüência, importante para certos consumidores, evitar a perda' do

.sistema sem se preocupar com alguma usina térmica, e proteger as

têrmicas, assim como pode ser uma associação destas intenções. Há

diferenças sutis ao se adotar um ou outro critêrio. Um esquema

~

preocupado em manter a freqüência tao próxima quanto possível da

A

nominal desligará cargas com pequenos desvios de.freqüencia,antes

mesmo de se atingir niveis perigosos ás usinas. Grandes sistemas

podem pretender uma regulação deste tipo pois, nestes_casos, alêm

da preocupação pela qualidade do fornecimento, um desvio da ordem

de - _{0,3 Hertz já ê um sintoma de perturbação grave. Sistemas me-}

nores, adotando um critêrio muito rígido de regulação, levarão ã

. ~

multiplicação dos desligamentos. Para a proteçao das térmicas, _o

'load shedding" deverá ,atender ás restrições de freqüência deter-

minadas pelos fabricantes. Assim, o_alívio de carga será feito

~

com atençao ás mais frágeis, evitando deixá-las em níveis perigo-

-4

sos de freqüência. _

Faltando elementos para estas definiçoes, os trabalhos

- › _

de Brandon (20) e o'de Akers, Dickinson e Skooglund (21) sao uma

\. `

boa indicaçao dos limites aceitaveis. Considerando os problemas

com as excitatrizes mais os das turbinas, pode-se adotar uma ex-

~ ~ ,-

pressao do tipo (o desenvolvimento desta equaçao e mostrado no a-

pêndice): * _{_} _ t = 0,407 * _‹ ez “'(f 56) - ₁ ) (1) _ t - -segundos l i

v 19' \ L _~. z f - Hertz .‹ , .

para a Verificaçao da qualidade de _{um esquema. Assim, dentro, da}

faixa de 58,5 a 56,0 Hertz, esta equação daria o tempo máximo de

permanência da freqüência do sistema abaixo de qualquer valor da

quela faixa. Em 58,5 Hz provavelmente LI. SIH se estará em um “valor

~

perigoso enquanto que a freqüência _{de 56,0 Hz nao deve ser atin-}

gida. Esta faixa de riscos para as térmicas'torna-se importante para o “load shedding"sesaadmitir _que a freqüência do"' sistema chegue a estes valores. Se o último estágio de alívio de carga

estiver em um nível superior a 58,5 Hz, o _{esquema estará, impli-}

citamente, protegendo as usinas. Tal fato ocorre em _{algumas gran}

des empresas. Os valores apresentados em Hertz, se _{convertidos 1} ~

para

₉

_sistema de 50 _Hertz, mantendo-se as proporçoes, têm

₃

_mes

ma 'yalidad€. (vide ref. 9). Na preocupação de manter de pé um

sistema misto, composto por usinas hidráulicas e térmicas,se for

conveniente, pode-se ignorar aspectos de _proteção pelo "load.áE§ ding" ás _{térmicas. Isto pode significar uma.simplifica§áo.doesque}

~ '

ma pois no caso anterior haveria a preocupaçao em se proteger as térmicas. Admitindo-se a queda da freqüência a valores inferio- res a 58,5 Hz, o que ocorre se, _{simplesmente, houver etapas ajuâ} tadas 'P“a r ã'; _{freqüências abaixo de 58,5 Hz, existirá a neces} sidade de uma proteção-suplementar, ou nas térmicas ou no-

prõ-~

prio esquema. Esta condiçao pode ser atendida se o dispositivo

para desligamento das cargas, além de um estágio ajustado com u-

ma freqüência baixa e tempo mínimo, tiver uma _{supervisão do}

tem-~

po de duraçao abaixo de _{certos níveis críticos, como 58,5 Hz.”}

Voltando ao problema de se aplicar um esquema a _{um sis} tema com o unico objetivo de mantê-lo operando sem se preocupar

c ° 20' ‹ ›â \ ' \ e . E

com algumatënmica porventura existente, este esquema poderá ser

~

bem mais tolerante. A temporizaçao e o ajuste do "pick up" dos

relês deverá ser tal que permita um aproveitamento máximo de re~

serva girante e a grande preocupação será a condição de_ atuação

do esquema antes que o sistema se desintegre.

›

› _{. .-}

_

. Resumindo, se o esquema se preocupar em nao deixar a

freqüência se afastar da nominal, deverá atuar para pequenos _des

vios de freqüência, e todo o esquema estará concentrado em uma

pequena faixa abaixo da freqüência nominal. * '

~ 4 4 ~

. Sendo a proteçao das termicas o ponto basico, nao

dei-~

xará a freqüência cair a valores intoleráveis e nao aceitará uma

permanência da freqüência, por um tempo além do determinado por

~

uma lõgica de proteçao, abaixo de valores seguros.' '

Um sistema que náo se.preocupe com as térmicas nem com

a _{primeira condição (freqüência nominal), será mais tolerante} -

' ~

que o baseado nas 2 condiçoes expostas, preocupando-se apenascom

o carregamento de linhas e máquinas, procurando evitar dano a _es

-v

tes elementos ou a queda de todo o sistema pela atuaçao da protg

~ `

,

çao. '

3.6 - _{Determinação do vóíume de carga a ser desligada/freqüência}

ê determinar o alcance do "loadsmed

~

~ _{Uma questao básica}

~ , ~

limitaçao e de nao se desligar tan- ding". Em princípio, a única

de o sistema ficar com excesso de ta carga que possa acontecer

-v

reativo em relaçao ás usinas remanescentes. De modo geral, o es-

quema deve prever o desligamento de cargas de modo a _atenderqual

quer ilhamento acidental possivel do sistema. Para tanto, ê

im-~

É

21'

possível. Esta condição normalmente leva o total de cargas afläcon

trole a valores entre 30 e 50% da carga inicial (carga máxima). A

~ '

- A ~ 4

determinaçao dos contornos da freqüencia em funçao do tempo dara

a freqüência-limite do sistema, respeitando um nível de segurança

(56,0 a 57,0 Hz, normalmente). Assim, para uma perda de geração

que venha a ser _{compensada por} um desligamento de 30 a 50% da _cá;

. .

ga inicial, a freqüência do sistema nao deverá atingir o valor-li

mite. Esta ê uma condição de desempenho. A outra ê _o primeiro _ní-

vel de alívio de carga. O ajuste do "pick up" dos relês de fre-

qüência para o desligamento do primeiro bloco de carga deve ser

tal que, mais a _{temporizaçao, nao} se tenha a fatuaçao indevida do

esquema. Isto será determinado pelo histõrico do desempenho da

regulaçao da freqüência. Com alguma _ margem de segurançacaprimeiro

. . '

A

bloco de alívio de carga deverá acontecer em um valor de freqüen-

cia que seguramente denuncie uma deficiência de _{geraçao. Entre es} te e o _{último estágio, pode-se ter níveis intermediários} de alí-

. .

5 -

vio de carga, distribuindo os desligamentos_em blocos tao .peque- nos que náo venham, eles próprios, a _{causar problemas mas não} tão

.

reduzidos a ponto de implicar na instalaçao de um número excessi- vo de relês.

Por outro lado, os blocos devem ser suficientementeçxan

des para, em suas faixas de responsabilidade,-considerada a

auto-~

regulaçao do sistema, recuperar a freqüência a valores aceitáveis.

O número de blocos também será afetado pelo intervalo de freqüên-

cia, necessário ã coordenaçao entre os blocos. Um estudo do

pro-~

blema de dispersao da freqüência através de um programa de estabi

lidade poderá indicar o intervalo de freqüência necessário entre

os estágios de modo a dar uma certa dose de coordenação (garan- tia). Por uma questão de justiça e respeito ás prioridades de _des

‹«

:

22

'ligamento de cargas de um bloco sõ deverá iniciar apõs a conclu-

4-»

sao do anterior. Assim, o nivel mais baixo será determinado pela

freqüência minima admissível, o nível mais alto por um valor su-

ficientemente afastado das oscilações normais e`o número de está

gios pelo seu porte e a necessidade de um espaçamento entre os

blocos. . - Y

~

Havendo uma supervisao dupla na forma mencionada no i-

tem 3.5, os blocos abaixo do limite de segurança em regime perma

nente estarão sujeitos a um comando adicional, _{determinado pelo}

tempo de permanência abaixo deste limite. «

ç z

.-4

Além da determinaçao _{da quantidade} de carga a ser des-

ligada e da freqüência de "pick up", hã necessidade de se deter-

'

z -

. '

~

minar a temporizaçao dos relês de _{freqüência responsáveis por es}

A

te corte. Para tal fim parte-se para cãlculos da freqüencia em

funçao do tempo. Usando-se a expressao desenvolvida por Berdy (22)= ` ~ 1 =

(TG-TL)

_2*H

=ç foi

df

= ATa * fo dt 2 * H (2) onde: A pf : freqüência freqüência nominal« fo : H : constante de inêrcia « TG : torque de geração ê ' ° TL : torque da carga

encontra-se a taxa de variação da freqüência. A favor da _segu -

rança, pode-se admitir que os torques não variem com a freqüên -

fre-c

ZÍ

qüência, a envolvente da freqüência em funçao do tempo. ¿Se< `os

torques não variam com a freqüência, a equação 2 ê útil, apenas

¡ I

x ~

para a Verificaçao da _{freqüência mínima atingida pelo sistema pa}

~ 4 ~

ra a condiçao admitida de perda maxima de geraçao. Nesta etapa

dos trabalhos parte-se do esquema resultante de todas as _demais

»

~ .

~ .

.

\

consideraçoes. Acontecendo nao ser respeitado o limite mínimo-to

lerãvel de freqüência, procura-se primeiro reduzir o tempo de a-

~ ' A

tuaçao dos reles. Este tempo, além de conter o tempo dos disjun-

tores, pois a abertura efetivamente sõ se dará após a abertura

completa do disjuntor, ê limitado pela necessidade de uma garan-

tia contra _{tensões induzidas pela prõpria carga. Para que os_re-}

lês não atuem falsamente, hã necessidade de uma temporização mí-

nima da ordem de 0,15 segundos que devem ser adicionados ao tem-

po de abertura dos disjuntores para se ter o tempo total de aber

tura do circuito alimentador da carga. _{Esta limitação implica} na

necessidade, conforme o caso considerado, de se aumentar a quan-

tidade de carga desligada em cada bloco de alívio de carga. En-

contrada a combinaçao ideal para atendimento do caso extremo de

perda de geração, parte-se para uma verificação do comportamento

da freqüência durante o "load shedding", considerando agorai o

. ›‹›

torque variando com a _{freqüência. Para isto} ë conveniente o em-

, _ .

prego de computadores equipados, se possível, com traçadores de

~

gráficos. O prõximo capítulo desenvolve uma equaçao,partindo das

deduçoes de Berdy (22), que poderá ser empregada para tal fim.Um

exemplo ê o.69 capítulo deste trabalho onde um _{programazúümlmini}

computador H.P. ê apresentado.

Com estes gráficos ou quadro de valores (na ausência -

~ _ › ~

de uma plotadora), a condiçao de proteçao ãs térmicas, se for o

‹

24

dever-se-á modificar o esquema de modo a atender ás , condições

pré-estabelecidas de proteção. Se, no critério básico, toma-se a

decisão de aplicar.o "load shedding" integralmente em _ freqüên-

cias acima das perigosas âs _térmicas, o tempo de duraçao da fre-

qüência abaixo da nominal náo é uma condição muito rígida pois

- Í.

4 n O I ` I \

o sistema devera estar acima dos _{níveis perigosos} as usinas e' _a

~ . ~

necessidade de um estudo que leve á determinaçao deste tempo nao

é-um requisito fundamental. Quando isto ocorrer, a `

verificação

~

da queda da freqüência para a _{perda máxima de geraçao e} a _consta

~ ` ~ ,f ,` - `“ " -

taçao do respeito a condiçao de minima freqüencia predeterminada

bastará. Do contrário, o tempo de permanência da freqüência em

niveis perigosos deverá ser avaliado com muito cuidado.

Consul-~

tas aos fabricantes ou a adoçao de valores publicados por_alguns

-›

(20, 21) sao as _{alternativas válidas.} `

3.7 - _{Prioridade de desligamento das cargas} '

Um ponto básico do esquema de "load shedding" é manter

as cargas principais._A importância das cargas será determinada

através de ponderaçoes politicas, econômicas, sociais e milita-

res. O desligamento das _{cargas pela açáo} dos relês, sempre' que possivel, obedecerá a um critério de avaliaçao de importáncia.LQ

gicamente, nos primeiros blocos, as menos significativas; ã me-

dida que o desligamento dos consumidores for avançando, envolve-

rá alimentadores cada vez mais importantes. À '

O conhecimento do consumidor, sua localização e quali-

ficaçáo é, pois, muito importante na implantação _{do "load _shed-}

n " ” "'

ding . O aspecto tecnico podera impor uma fuga a consideraçoes

~

Ê

25

todo o sistema, por exemplo, obriga a ordenar os consumidoresi em

-v

quase todas as barras. O desligamento classificado por regioes(ru

: ä

ral, urbana, metropolitana) nao ê, tecnicamente, conveniente,pois

poderá criar grandes áreas sem um programa de alivio de carga ade

' ~

-

quado. Em princípio, em cada regiao e, no caso extremo, em cada

~

-_

'\_

barra, dever-se-a implantar o esquema em todos os escaloes. ,Evi-

~ - ~ ~

.

dentemente, uma análise cuidadosa das condiçoes de transmissao _pg

~ ~

_

derá permitir manter certas regioes livres de "load shedding";tal

lv _

decisao deverá ser tomada com cuidado pois poderá.estar implican-

~ `- - A

do em sobrecargas perigosas. O ideal, na distribuiçao dos reles,

será a determinação de todos os ilhamentos possiveis - e colocar

dentro destes fragmentos do sistema um esquema de alívio de carga

~

capaz de enfrentar todas as condiçoes razoáveis de perda ,de gera

ção. V

~

O interesse em aplicar-se uma determinada seqüência de

desligamentos cria uma condição para a determinação do número de

estágios para o "load shedding". Se entre as cargas a serem desli

gadas houver interesse em se estabelecer uma seqüência em 10 de- graus, por exemplo (um nümero elevado), ê lõgico que o _{esquema se}

rá aplicado em 10 _{estágios. A conveniência desta atitude} ê uma hi

erarquização bem seletiva, a desvantagem será a multiplicação de

^ ~ ~ '

~

reles, a reduçao do intervalo de coordenaçao e a colocaçao de re-~

lês em subestaçoes de menor importância, complicando a comunica- ção e o religamento. A redução de estágios contribui para a sim -

plificação, redução de custos de implantação e aumento da veloci- dade de recomposição, pois os blocos serão maiores e, portanto,os

relës colocados em unidades mais importantes e melhor equipadas .

~

A adoçao do religamento automático evita estes inconvenientes da

f

25

3.8 - Religameñto das cargas I

HA reenergizaçao de _{circuitos desligados durante} a que-

da de freqüência ê _{um assunto delicado, tanto tecnicamente quan-}

to por outros fatores. Considerando que os primeiros a receberem

~ '

energia terao suportado um desligamento por menostempo que os _de

mais, isto será uma atenção conseqüente de uma avaliação de pri- oridades. Em ordem inversa 'ã seqüencia definida para _{os desliga}

-v

mentos, ter-se-á _{a.restauraçao. Aqui, mais uma vez,} -' _critérios têcnicos poderão modificar alguma decisão. A necessidade de con-‹ trole de reativo, por exemplo, poderá indicar a prioridade de rg

~

ligamento de uma regiao em detrimento de outras. Relês de sobre-

~ .-1 '

tensao poderao ser usados para o religamento quando houver ris- cos deste tipo. Um outro problema sêrio ê a ganumia de existên-

cia de reserva de potência no instante da restauração (ver _publi

cação ref. N9 15). Este ê o principal argumento contra a implan-

tação de religamento automático sem possibilidades de telecoman-

do. Este recurso, o telecomando, poderia ou impedir o

religamen-~

to automático antes da liberaçao de um despacho de carga ou, ele

.

'

›

~

prõprio ser o elemento de comando da restauraçao.

O religamento automático, se _{aplicado sem maiores cui-}

~ o -

dados, poderá levar a um efeito de pendulaçao do sistema provoca

do por uma seqüência de _{desligamentos, recuperação da freqüência,}

\

religamento, queda da freqüência, religamento, queda da freqüên- cia, desligamentos, e assim _{sucessivamente. Este efeito,}

entre-~

tanto, pode ser evitado se a restauração automática for feita

a-A

través de relês de religamento, autobloqueáveis. O rele» de fre-

qüência determinaria o nível de freqüência para comando do reli-

. 27

um comando de fechamento do _{disjuntor, ficando, então, bloqueado}

por um tempo que garanta a normalização do sistema. A"resetagem"

1 H .

~

(recolocaçao do relê em serviço) poderia ser feita/por comando humano, garantindo a _{performance do Úload shedding" mas acrescen} tando o risco de um tempo longo na restauração do circuito sob controle.

A reenergização das cargas automaticamente trará um

problema adicional, ou seja, a determinação da freqüência de re-

ligamento e da.temporização<kB relês para este fim (ver rref.

~

N? 2, 3, 15 e 16). A conveniência de acelerar a restauraçao leva

a baixar o nível - da freqüência para a reenergização (ref. N9:3),

¬

\ .

.

a garantia contra um religamento indesejável, a subir o nível da

freqüência (ref. N9 : 16). Este ê um problema delicado com alter

nativas a serem consideradas. Um sistema que conte com uma reser

va girante grande, capaz de _{contornar deficiências violentas, pg} ~

derá, com certa tranqüilidade, iniciar a restauraçao em níveis

de freqüência inferiores ã nominal pois o "load shedding" deve

ter atuado como uma proteção contra baixas freqüências e, cumpri

da esta meta, os reguladores de velocidade colocam as máquinas em condiçoes de alimentar o sistema.

~

Um sistema isolado pode efetuar a _{restauraçao-automáti}

ca em freqüências levemente acima da nominal (O,l%, por exemplo)

\ _~ .

__

pois tal tipo de sistema, nao dependendo de interligaçao '

a ou-

tros, não terá necessidade de estabilizar a freqüência em um va-

lor (nominal) para o restabelecimento do paralelo. Nestas condi- ções, o religamento automático em um número elevado de etapas em

freqüência acima da nominal terá sucesso garantido pois,logo que

‹

28^

sendo pequeno, a freqüência _{cairá um pouco, saindo do "pick up"}

A I

dos reles e estabilizando _{em um valor próximo ao nominal e,} pro- vavelmente, suficiente para a operação por um tempo necessário ã

-u -

normalizaçao do sistema. ~

'

~

Evitar-se automatismos leva a um custo de. implantaçao

. .

'

Ã

menor. O prolongamento dos tempos de _{restauração, contudo,, logb}

tornará o "load shedding" algo de custos elevados tanto para a

. .

empresa quanto para o consumidor. Os grandes problemas sao as

-

_

_ _`

possibilidades de erros humanos e a dependência dos meios de co-

municação. Os _{responsáveis pela operação acabam adotando técni-} cas quase automáticas, usando o homem no lugar dos relês.

~

De qualquer modo, a adoçao de equipamentos para coman-

do (decisão) ê algo que deve ser considerado com o máximo de cau

~

tela. Dentro de uma orientaçao destas, na falta de experiência ,

uma boa medida ë adotar o religamento automático de forma Ípar-

cial. Restaurar automaticamente 50% de cada estágio de alívio de ~

carga ê uma soluçao intermediária que dará oportunidade ã verifi

.

caçao do desempenho do esquema de _{religamento automático adotado}

_ '

,

A restauração automática das cargas pode ser utilizada

como uma forma de prevenção contra sobrefreqüëncias após umaã a-

tuação do "load shedding". Neste caso, calibrados em uma freqüên

cia superior_ã _{nominal, relês para religamento provocariam aree-}

nergização de cargas afetadas pelo esquema de alívio. '

Concluindo, o religamento das cargas ê a última etapa

do "load shedding" e, pelo seu significado, _{constituirá parte im}

portante no bom desempenho do.esquema. Executá-lo com eficiên -

cia e rapidez ë uma qualidade importante, que recursos modernos

~